CC BY
17
УДК 625.7 DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2019.84.0.55
ФОРМУВАННЯ БАЗИ МЕТАДАНИХ Г1С «АВТОМОБ1ЛЬНА ДОРОГА» ДЛЯ МОН1ТОРИНГУ I КАДАСТРУ АВТОМОБ1ЛЬНИХ ДОР1Г
Сарк1сян Г.С.1, Ряпух1н В.М.1, 1Харк1вський нац1ональний автомоб1льно-дорожн1й ун1верситет
Анотаця. У дашй статт1 розглядаеться тдх1д до формування бази даних Г1С «Автомоб1-льна дорога» для мониторингу 1 кадастру автомобыьних дор1г. Розглядаеться схема взаемодИ' рухомого пневматичного колеса автомобыя 7 нер1вност1 на покритт1 автомобыьног дороги. Проведено анал1з ¡снуючих нер1вностей на покриттях експлуатованих дорожшх одяг1в та ви-значено типов7 форми нер1вностей. Запропоновано тдх1д до визначення величини наванта-ження на дорожнт одяг при подоланм нер1вностей р1зног форми 7 тдх1д до формування бази даних Г1С «Автомобтьна дорога».
Ключов1 слова: метадат, геотформацтна система, база даних, автомобтьна дорога, р1в-мсть, надттсть, вих1дм дам, кадастр.
Вступ
Автомобшьна дорога як складна iнженер-на споруда, що безпосередньо пов'язана з певними земельними донками, до сьогодш викликае суперечливi питання стосовно май-ново! категори (рухоме чи нерухоме майно) i власносп. Ц питання не е академiчними, а мають ч^ку практичну значущють. Вщ прийнято! майново! категори вщносно авто-мобiльних дор^ залежать тi чи iншi форми власносп дорiг, наглядовi й контрольш заходи, в тому чи^ обов'язковiсть монiторингу та кадастру автомобшьних i мiських дорiг.
Автомобiльна дорога створюеться з до-триманням порядку, встановленого для ство-рення об'екпв нерухомостi (вiдведення земельно! дшянки, здобуття дозволу на будiвництво, дотримання будiвельних норм i правил, здача в експлуатащю). Автомобiльна дорога включае земельнi дiлянки у межах смуги вщведення i розташованi на них або шд ними конструктивнi елементи (дорожне полотно, дорожне покриття i подiбнi елементи) i дорожш споруди, що е !! технолопчною частиною, - захиснi дорожнi споруди, штуч-нi дорожнi споруди, виробничi об'екти, елементи облаштування автомобшьних дорт
Данi елементи i порядок !х створення до-зволяють зробити висновок, що автодорога е комплексною спорудою, безпосередньо пов'язаною iз землею; при цьому порушення цього зв'язку призведе до знищення об'екта як дороги, що дозволяе характеризувати !! як об'ект нерухомосп.
Створенням кадастру автомобшьних дор^ вирiшуються такi основнi завдання: - реестрацiя прав на нерухоме майно;
- фшсащя кордонiв дн прав власникiв ав-томобiльних дор^ i, у pa3i потреби, !х вщно-влення;
- визначення правового режиму земель, виходячи i3 суспшьних обмежень;
- забезпечення унiкально! щентифшацп автомобiльних дорiг для зв'язку з реестром прав на нерухоме майно;
- здшснення мошторингу змiни яюсних i кiлькiсних характеристик автомобiльних до-рiг.
Ядром кожно! iнформацiйно! системи (i Г1С у тому числ^ е база даних, пiд якою ро-зумiють пойменовану сукупнiсть даних, що вщображае стан об'екта, його властивосп та взаемини з шшими об'ектами, а також комплекс техшчних i програмних засобiв для ведення цих баз даних.
У базi даних всi таблицi можна роздшити на чотири групи: елементи автомобшьно! дороги, характеристики, обстановка i штучнi споруди.
До характеристик автомобiльно! дороги вщносяться розмiри смуги вiдведення, дефе-кти покриття, основнi вiдстанi, статистика ДТП, штенсившсть руху, рiвнiсть покриття, типи поперечних профшв, протяжнiсть пок-риттiв, технiчнi категорi!, проблемнi дшянки (затоплюваш, вiчномерзлi, пучинистi та ш.), стан покриття та iн.
Аналiз публiкацiй
Аналiз робiт В.К. Алестша, А.К. Бируля, В.Ф. Бабкова, А.Н. Васильева, Н.Я. Говору-щенко, Н.Н. 1ванова, М.Б. Корсунського, В.1. Кононова, В.К. Некрасова, В.А. Семенова, В.М. Сиденко, Ю.М. Яковлева та ш. показав, що у процес експлуатацп дорожнього
одягу шд впливом транспортних наванта-жень i клiматичних чинникiв вщбуваеться зниження И мiцностi, що супроводжусться накопиченням залишкових деформацiй та попршенням рiвностi покриття. Зроблений висновок, що мiж мiцнiстю i рiвнiстю юнуе тiсний зв'язок.
Прогнозування змiни транспортно-експ-луатацiйного стану одягу мае велике значен-ня для рацiонального планування ремонтних робiт i забезпечення 1х ефективностi. Як показали практика i результати численних дос-лщжень, залежностi, що описують змiну модуля пружност дорожнього одягу, запро-понованi А.С. Александровим, В.К. Алес-тiним, Д.С. Беляевим, Ю.В. Буртилем, М.Г. Горячевим, 1.А. Золотарем, С.К. 1люпо-ловим, В.Д. Казарновським, М.С. Коганзо-ном, А.В. Кочетковим, I.I. Леоновичем, В.П. Матуа, 1.В. Нестеровичем, А.В. Смiр-новим, G.B. Угловою, В.Б. Фадеевим, Ю.М. Яковлевим та ш., досить добре вщпо-вщають фактичному процесу зниження мщ-носп в перiод експлуатаци [1-9].
Пряме визначення нерiвностей на автомо-бшьнш дорозi виконуеться за допомогою вимiрювальних рейок, нiвелiрiв i профшо-графiв рiзних конструкцiй [10, 11]. Непряме визначення грунтуеться на записi вщносних коливань безпружинних i пiдресорених мас транспортних машин або спещальних випро-бувальних причепiв (установок). Критерiем рiвностi в цьому випадку е сума ампл^уд коливань, вiднесена до одинищ довжини. Найчастiше розмiрнiсть цього критерда ви-ражаеться в м/км.
Бшьшють нерiвностей носять випадковий характер, i тому 1х описують гармонiйними функщями та оцiнюють методами математи-чно! статистики, теорiею iмовiрностi випад-кових процесiв. Визначаемо амплiтуду i частоту коливання, дисперсда, спектральну щшьшсть розподiлу дисперси, амплiтуд i ухилiв подовжнього профiлю, обчислюючи при цьому амплггуди i частоти коливань, се-редньоквадратичнi величини вертикальних прискорень, закони розподшу i тому подiбне.
У св^овш практицi стандартним критер> ем прийнято вважати мiжнародний iндекс рiвностi (International Roughness Index -IRI) [12]. Вiн мае аналогiчний фiзичний сенс i розмiрнiсть, тобто м/км. Для визначення IRI на практищ використовуються вимiрювальнi прилади, адаптованi для отримання шформа-цл за мiжнародним iндексом рiвностi.
Проблема полягае в узгодженш IRI i кшь-KOCTi, po3Mipy i характеру нерiвностей за вза-емодiею з колесом автомобшя за коефщен-том динамiчностi. Треба шукати загальнi закономiрностi.
Пщхщ до визначення додаткового навантаження на дорожнш одяг з урахуванням форми нерiвностi
Зйомка мiкропрофiлю виконувалася за межами мюта Харкiв на автомобшьнш дорозi Т-21-04 та автомобiльнiй дорозi М-03 Кшв-Харкiв-Довжанський. Перед тим, як розпо-чати зйомку, нами було обрано три д^нки довжиною двiстi метрiв, а саме вюмнадця-тий, двадцять перший та двадцять дев'ятий кiлометри на автомобiльнiй дорозi Т-21-04 та дiлянкy 465+000 км - 465+200 км на автомобшьнш дорозi М-03 Кшв-Харюв-Довжанський. Д^нки були обранi за такими показниками: пряма д^нка, мiнiмальний ухил, стан покриття (добрий, середнiй, пога-ний), з доброю видимiстю по оби^ сторони.
Дiлянка №1 мае поганий стан покриття, дшянка №2 вщповщае середньому стану покриття, а д^нка №3 - додрому.
Отримаш данi нiвелювання за кожною д> лянкою заносили до таблиц та обчислювали вiдноснi позначки Н точок поверхш покриття дороги за допомогою програмного забезпе-чення Microsoft Excel i оформляли у виглядi текстового файлу зпдно [13] для кожно1 д> лянки. Отриманi файли е вихщними даними для розрахунку IRI i побудови мiкропрофiлю за допомогою програмного забезпечення ProVAL [14].
Загальний IRI по дшянках №1, №2 та №3 вщповщно мае такi данi: 7,508 м/км, 4,007 м/км та 2,728 м/км.
Необхщно було виконати таю завдання: виявити типи i види нерiвностей за м^оп-рофiлями, визначити вплив нерiвностi на рух автомобiльного транспорту та виконати роз-рахунок напружено-деформованого стану до-рожнього одягу за динамiчних навантажень.
За допомогою програмного забезпечення ProVAL виконано детальний аналiз мшроп-рофiлю. Детальний аналiз передбачае збшь-шення масштабу окремих дiлянок i виявлен-ня нерiвностей. Виявлення нерiвностей на першому етапi виконуеться за допомогою зорово1 оцiнки, використовуючи вiсь абсцис (ткетне положення) i ординат (вiдноснi вщ-мiтки). На рис. 1 представлено нерiвнiсть у виглядi напiвхвилi.
Другий етап передбачае визначення пара-MeTpiB HepiBHOCTi, таких як висота i довжина, а також визначаемо ткетне положення нер> вностi. Визначивши пiкетне положення початку i кшця неpiвностi, використовуючи данi швелювання, визначаемо довжину i ви-соту неpiвностi за формулами (1) i (2)
h = Н„ - Н
(1)
де h - висота неpiвностi, м; Нп - позначка початку неpiвностi, м; Нк - позначка кiнця неpiвностi, м.
l = ПКк - ПК п,
(2)
де l - довжина неpiвностi, м; ПКп - шкет-не положення початку неpiвностi, м; ПКк -пiкетне положення кшця неpiвностi, м.
Пiсля того, як отримали данi щодо висоти i довжини неpiвностi, визначаемо ïï ухил за формулою
tga = h, (3)
де a - ухил неpiвностi, рад; h - висота нер> вностi, м; l - довжина неpiвностi, м.
Рис. 1. Приклад виявлення неpiвностi
Усi розрахунки виконувалися за допомо-гою програмного забезпечення Microsoft Excel. Результати розрахунюв зведено до таблиць.
Для бачення загальноï картини необхiдно встановити кшьюсть тих чи iнших неpiвнос-тей. Неpiвностi pозподiлили на групи за ви-сотою i були вставлеш такi дiапазони висот: вiд 5 до 10 мм, вщ 10 до 15 мм, вщ 15 до 20 мм, вщ 20 до 30 мм, i бшьше 30 мм.
У результат отримали даш, поданi в табл. 1.
Тpетiй етап передбачае розгляд руху колеса через неpiвнiсть. Розглянемо рух колеса через западину, поздовжнш пpофiль яко1'
приймаемо паpаболiчноï форми. Колесо па-дае на дно западини на деякш вiдстанi вiд середини западини. Оскшьки швидкiсть руху для розрахунку взято постшною, на силу удару впливае висота падшня. Удар колеса об дно тим сильшший, чим бшьша висота падiння. Швидкiсть становить 25 м/с, що в> дповщае швидкостi 90 км/год.
Таблиця 1 - Кшькють неpiвностей на дшянках
s s к о со а а а « Дшянка №1 Дшянка №2 Дшянка №3
т g л" т о ь ч д ■а о ^ кн оь ё § S дс га В т а д4 тс т о ьь ч 2 д ■а о ^ ё 3 ö fc 5 о оа сг ■3 8 S В т g тс т о '53 ьь ч 2 д ■а о ё 2 "5 fc 5 о О га у с г кь ■3 8 5 Вк
5-10 20 31 21 57 6 26
10-15 18 28 4 11 8 35
15-20 7 11 4 11 3 13
20-30 8 13 5 14 4 17
>30 11 17 3 8 2 9
Всього 64 100 37 100 23 100
Безпосереднього вiдpиву колеса не вщбу-ваеться, оскiльки ходова частина моментально притискае колесо до поверхш покриття. Удар вiдбуваеться за рахунок розвантаження в момент, коли колесо попадае в неpiвнiсть, а кузов продовжуе рух по паpаболiчнiй кривш, тим самим зменшуючи навантаження на колесо i навантаження, коли вага кузова знову переноситься на колесо, падаючи з певноï висоти, i тим самим утворюючи динамiчнi навантаження.
На даному етат було поставлено завдання визначити мюце виникнення динамiчних на-вантажень, а також висоти падшня кузова автомобшя. Найбшьша висота падiння вщпо-вщае сеpединi западини. У пpоцесi аналiзу було виявлено, що мiсце виникнення динам> чних навантажень може бути розташоване до середини западини або тсля.
Був розглянутий ваpiант, коли динамiчнi навантаження, якi виникають, pозташованi до середини западини. За допомогою про-грамного забезпечення Microsoft Excel було побудовано гpафiки тpаектоpiï руху кузова в западину та графши западин у виглядi пара-болiчноï кривой
Момент пiдйому пропонуеться розглядати як рух по кривш певного pадiуса. Для цього необхщно описати профшь покриття за допомогою кривой для яко1' необхвдно знайти piвняння кривой При цьому нехтують неpiв-ностями висотою до 5 мм, оскшьки неpiвнос-
т до 5 мм вважаються шорсткiстю. Таю не-piBHOCTi повнютю поглинаються демпфую-чою здатнiстю шини, й icTOTHoro впливу на коливання автомобiля не викликають. Знаю-чи рiвняння криво!, яка описуе профшь пок-риття, можна визначити радiус ïï кривизни в будь-якiй ïï точщ. Радiус кривизни профiлю покриття знаходимо за формулою [15]
системи рiвнянь буде горизонтальна координата точки приземления колеса, де i буде найбшьший динамiчний удар. Маючи гори-зонтальну координату, пiдставимо и в будь-яке з рiвиянь i знайдемо величину у, яка вщ-повiдаe висотi «падшня». Ця висота «падшня» i буде визначальним параметром при розрахунку коефщента динамiчностi.
R =
1
к ( х0 ):
(4)
де R - радiус кривизни профiлю покриття, м; k(х0) - кривизна криво! профшю, м-1.
Кривизна криво! профшю при цьому зна-ходиться з виразу [15]
к ( Хо ) = -
У '' ( Хо )
/ т\3/2
(1 + (У '(Хо ))2 )
(5)
де y "( Х0) - друга похщна рiвняння кривоï, м-1; y '( Х0) - перша похiдна рiвняння кривой
Додаткове навантаження на дорожнiй одяг дорiвнюе вiдцентровоï сили, яка з'яв-ляеться внаслiдок руху по кривш траекторiï. Вiдцентрова сила у цьому разi буде дорiвню-вати
m •V1 1000 • R '
(6)
де F - вiдцентрова сила, що дiе на покриття, пiд час руху по кривш, кН; m - маса транспортного засобу, що припадае на колесо, кг; V - швидюсть руху транспортного засо-бу, м/с.
На другш д^нщ подолання нерiвностi (дiлянка «падшня») пропонуеться розрахову-вати точку «падшня» в залежност вiд швид-костi транспортного засобу i ухилу поверхнi, на яку автомобшь приземляеться (рис. 2).
Рiвняння траекторiï, по якiй буде рухатися колесо, уявiмо як траекторда тiла, кинутого горизонтально з певною швидкiстю [16]
у( Х ) = -
g • Х 2 •V2
(7)
де х - горизонтальна координата, м; ^ -прискорення вiльного падiння, м/с2.
Знаючи рiвняння криво! профiлю, можемо розв'язати систему рiвнянь спiльно з рiвнян-ням траекторп руху колеса (7). Розв'язком
Уо
У, < д" ,
Рис. 2. Схема «падшня» колеса шсля подолання нерiвностi:----- траекторiя «па-
дiння» колеса; А - вершина нерiвностi; В -точка «падшня»; V - швидюсть руху колеса; у0 - висота «падшня»; Х0 - дальшсть «падiння»
Коефiцiент динамiчностi можна визначити за формулою С.В. Смiрнова [4]
Кд = 1 +
1 (2•h •V
g •и
S
(8)
де Кд - коефщент динамiчностi; и - про-
гин шини, м; h - висота «падшня», м; £ -шаг нерiвностей, м.
Щоб визначити мюце виникнення динам> чних навантажень, необхiдно розв'язати систему рiвнянь траекторi! руху кузова i нерiв-ностi, точка перетину буде мюцем виникнення динамiчних навантажень (рис. 3).
Рис. 3. Схема падшня колеса на нерiвностi
За допомогою програмного забезпечення Microsoft Excel було виконано зазначений розрахунок i отримано точки перетину для нерiвностей. Данi було зведено до таблиць.
2
Таблиця мiстить ранжовану iнформацiю за величиною коефщента динамiчностi, а та-кож координати мюця виникнення динамiч-них навантажень.
Саме ця iнформацiя е основою формуван-ня бази даних про напружено-деформований стан дорожнього одягу в частит визначення мiсць концентрацй деградаци покриття.
Таблиця 2 - Коефщенти динамiчностi на дiлянках
Висновки
У результат проведеного дослiдження було виявлено недолши iснуючих теорiй вза-емодп колеса з покриттям при подоланш не-рiвностей. Запропоновано шший пiдхiд до визначення додаткового навантаження на
дорожнiй одяг з урахуванням форми нерiв-носп. Запропонований пiдхiд дозволяе бiльш повно охарактеризувати взаемодда колеса та покриття i сформувати бiльш повну базу даних Г1С «Автомобшьна дорога» для мошто-рингу i кадастру автомобшьних дорiг.
Лiтература
1. Буртыль Ю.В., Леонович И.И. Взаимозависи-
мости ровности покрытия и прочности дорожной одежды [Электронный ресурс]. - 2012. -Режим доступу:
ttp://bsc.by/story/vzaimozavisimosti-rovnosti-pokrytiya-i-prochnostidorozhnoy-odezhdy.
2. Горячев М.Г. Обоснование суммарного размера
движения для расчета нежестких дорожных одежд с учетом процесса накопления остаточных деформаций: автореф. дисс... .канд. техн. наук. Москва: МАДИ (ТУ), 1999. 17 с.
3. Золотарь И.А. К определению остаточных деформаций в дорожных конструкциях при многократных динамических воздействиях на них подвижных транспортных средств. СПб.: Изд-во ВАТТ, 1999. 31 с.
4. Смирнов А.В. Александров А.С. Механика дорожных конструкций: учебное пособие. Омск: СибАДИ,. 2009. 212 с.
5. Углова Е.В. Теоретические и методологические
основы оценки остаточного усталостного ресурса асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог: автореф. дисс. на соискание ученой степени д-ра техн. наук. Волгоград, 2009. 38 с.
6. Кочетков А.В., Беляев Д.С., Шашков И.Г. Пря-
мой метод оценки взаимодействия колеса транспортного средства и неровностей дорожного покрытия. Интернет-журнал «Науковедение». 2013. № 4 (17). С. 38-55.
7. Su K., Sun L.J., Hachiya Y. Rut Prediction for
Semi-rigid Asphalt Pavements // First International Symposium on Transportation and Development Innovative Best Practices. 2008. Beijing. P. 486-491.
8. Sun L.J., Bi Y. Top-down cracking analysis and control for asphalt pavements // Proceedings of the tenth international conference on the structural design of asphalt pavements, Quebec, Canada. 2006. P. 110-116.
9. Balay J.M., Kerzreho J.P. Assessment of French
design method for flexible pavement by mean of the LCPC.s ALT facility // 3rd International Conference APT'08. Madrid, Spain, 1-3 Octobre. 2008. P. 1-12.
10. The International Road Roughness Experiment. Establishing Correlation and a Calibration Standard for Measurements: World Bank Technical Paper Number 45. WTP-45/ Sayers M.W., Gillespie T.D., Queiroz C.A.V./THE WORLD BANK. Manufactured in the United States of America. 1986. 453 p.
- Ш 'а не м, B'g м о w и К П Перевищення h, мм Довжина l, м л к о .X tg Довжина х, м а т ом о , S ^ В Кд
Дшянка №1
59,50 34,24 2,00 0,0171 2,06 -0,033 2,70
45,25 32,58 1,50 0,0217 1,81 -0,026 2,44
46,50 41,95 1,25 0,0336 1,77 -0,024 2,39
22,25 36,15 1,25 0,0289 1,70 -0,022 2,31
50,75 26,31 2,00 0,0132 1,68 -0,022 2,29
26,50 24,32 1,50 0,0162 1,66 -0,022 2,28
52,00 26,85 1,25 0,0215 1,58 -0,020 2,19
21,00 39,73 1,00 0,0397 1,53 -0,019 2,14
62,25 21,82 1,25 0,0175 1,50 -0,017 2,07
30,75 17,45 1,25 0,0140 1,15 -0,016 2,00
32,75 19,19 1,75 0,0110 1,40 -0,015 1,96
72,25 14,90 1,25 0,0119 1,08 -0,013 1,81
41,25 13,85 1,25 0,0111 1,06 -0,012 1,72
94,75 25,91 0,75 0,0345 1,18 -0,011 1,67
27,25 19,74 0,75 0,0263 1,12 -0,010 1,58
70,75 18,11 0,75 0,0241 1,10 -0,010 1,54
56,25 10,37 1,00 0,0104 1,09 -0,009 1,52
29,50 9,27 1,00 0,0093 1,05 -0,009 1,44
57,25 9,78 1,00 0,0098 1,06 -0,009 1,44
97,00 10,06 1,00 0,0101 1,08 -0,009 1,44
33,50 14,49 0,75 0,0193 1,05 -0,009 1,43
83,75 13,51 0,75 0,0180 1,03 -0,008 1,40
19,25 50,54 6,25 0,0081 1,03 -0,008 1,38
Дшянка №2
113,00 27,90 2,75 0,0101 1,29 -0,013 1,82
62,50 27,90 2,75 0,0101 1,29 -0,013 1,82
173,25 14,95 1,75 0,0085 1,09 -0,009 1,50
44,00 9,75 1,00 0,0098 1,08 -0,009 1,47
2,50 8,93 1,00 0,0089 1,04 -0,009 1,42
79,75 47,24 6,00 0,0079 1,00 -0,008 1,32
Дшянка №3
102,25 11,19 1,00 0,0112 1,12 -0,010 1,56
71,50 9,70 1,00 0,0097 1,05 -0,009 1,41
