CC BY
0ARCHITECTURE AND CONSTRUCTION
ВИКОРИСТАННЯ ГЕОШФОРМАЦ1ЙНИХ ТЕХНОЛОГ1Й ПРИ ОЦ1НЦ1 ЯК1СНОГО СТАНУ АВТОМОБ1ЛЬНИХ ДОР1Г
Славшська О. С., доктор техмчних наук, професор, Нац^ональний транспортний умверситет,
Кшв, Украна, ORCIDID: https://orcid.org/0000-0002-9709-0078
Дуля М. В., астрант, Нащональний транспортний утверситет, Кшв, Украгна,
ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-1916-8642
DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30062021/7609
ARTICLE INFO ABSTRACT
The article presents a method for assessing the quality of roads using geographic information technologies to create digital models of the road and the surrounding area. The construction of such digital models is performed on the basis of geospatial coordinates to be processed during the certification of roads. When processing data in specialized software packages, geometric parameters and indicators of compliance with traffic safety conditions are obtained on the basis of spatial coordinates. Based on the constructed digital models, the indicators of functional wear are estimated.
Citation: Olena Slavinska, Mykhailo Dulia. (2021) Using of Geoinformation Technologies in Assessment of Quality Condition of Roads. World Science. 6(67). doi: 10.31435/rsglobal_ws/30062021/7609
Copyright: © 2021 Olena Slavinska, Mykhailo Dulia. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Постановка проблеми. Яюсний стан автомобшьних дорн - це комплексне, техшчне, наукове, економiчне та сощальне питання, тдходи до виршення якого рiзняться мiж собою i залежать вщ процесу реалiзацiI шфраструктурного проекту - вщ проектування до експлуатацп. Як правило, яюсний стан дорн характеризусться одним комплексним показником. Проте визначення цього показника ускладнене багатомiрнiстю параметрiв та вщсутнютю достатньо1 кшькосп статистичних даних. Виршення цього питання може грунтуватися на геошформацшних технолопях, що набули широкого використання у багатьох кра1нах св^у та дозволяють вщтворити значну кшьюсть об'екпв на координатно-орiентованш карт^
Аналiз останшх дослщжень i публжацш. На тепершнш час управлшня мережею автомобшьних дор^ забезпечують рiзнi iнформацiйнi системи, зокрема АЕСУМ, СУСП, ЕПАД, що функщонують автономно та, як правило, не мають зв'язку мiж собою. В Укрш'ш розроблено низку нормативно--техшчних документiв, як1 встановлюють вимоги щодо виконання робiт з iнформацiйного забезпечення в дорожнiй галузi, що декларують вимоги до автоматизовано1 системи управлшня дорожньою галуззю та паспортизацiI автомобшьних дор^ [1-4]. Питанням оцiнки яюсного стану автомобiльних дорiг, 1х вщповщносп нормативним та споживчим вимогам, присвячеш роботи [5-8]. Вагомим компонентом для ощнки як1сного стану з використання геошформацшних систем е цифровий паспорт автомобшьно! дороги - документ, що характеризуе II сучасний стан, та використовуеться для прийняття рiшень щодо ремонту, реконструкцп та оцiнки умов руху транспортного потоку. Впровадження геошформащйних систем, зокрема збiр та систематизащю геопросторових даних автомобiльних дорiг, а також вимоги до геоiнформацiйних технологш щодо вдосконалення процесу управлiння в дорожнш галузi розглянуто у роботах [9-12].
У багатьох кра1нах св^у дорожня iнфраструктура сприймаеться як природнш об'ект для впровадження геоiнформацiйних технологш та використання геошформацшних систем при
Received: 02 April 2021 Accepted: 26 May 2021 Published: 30 June 2021
KEYWORDS
digital model of the road, geographic information systems, qualitative condition of the highway.
супроводi автомобшьних дори на всiх етапах життевого циклу. Лiдерами з впровадження геошформацшних систем у свiтi е США, Шмеччина, Швецiя, Великобританiя, Францiя, Норвепя, Фiнляндiя. У цих кра!нах юнують единi централiзованi бази дорожнiх даних та iнтегрованi прикладнi системи [13].
Мета даноТ роботи: визначити яюсний стан автомобiльних дорiг, на основi використання компонентiв геошформацшно! системи, шляхом вщтворення значно! кiлькостi об'ектiв на координатно-орiентованiй картi та побудови !х цифрово! моделi.
Викладка основного матерiалу дослiдження. Автомобiльна дорога, як i будь-який iнший iнфраструктурний об'ект, з часом при експлуатаци мае певний знос, найбшьш наглядним прикладом якого е попршення стану покриття дорожнього одягу. При ощнщ якiсного стану слщ враховувати рiзнi форми накопиченого зносу: фiзичний, зумовлений частковою або повною втратою первiсних технiчних та технолопчних якостей; функцiональний, за рахунок частково! або повно! втрати первюних функцiональних (споживчих) характеристик, впливом соцiально-економiчних, екологiчних та iнших факторiв. Фiзичний знос проявляеться постiйно i величина його збшьшуеться з часом. Функщональний знос наступае тодi, коли проявляеться невщповщшсть наявно! техшчно! категорп автомобшьно! дороги iнтенсивностi руху транспортних потоюв.
Наявнi дослiдження грунтуються на методах квалiметрil з урахуванням вагомостi параметрiв автомобшьно! дороги, результатом яких е загальна модель И якiсного стану (рис. 1) [8].
PiBHi моделi
0 1 2
1нтенсивнють руху
К • к Функщональний знос автомобшьно! дороги Параметри елементiв плану i поздовжнього профiлю
Параметри поперечного профшю автомобiльно! дороги
Показники дшянки автомобiльно! дороги з безпеки дорожнього руху
Ощнка впливу на навколишне середовище (гiгiенiчнi показники)
Земляне полотно
Фiзичний знос автомобшьно! дороги Споруди дорожнього водовщводу
Дорожнiй одяг
Узбiччя
Транспортнi споруди
Дорожнi iнженернi облаштування
Споруди дорожньо! служби
Об'екти дорожнього сервюу
Засоби органiзацi! дорожнього руху
Рис. 1. Загальна модель яюсного стану автомобыьног дороги
Для належного шдтримання транспортно-експлуатацшних якостей дороги треба систематично дослщжувати И стан, режими руху транспортних засобiв, регулярно проводити
паспортизащю та швентаризащю, що надалi значно спростить ощнку яюсного стану автомобшьно! дороги.
Паспорт автомобшьно! дороги визначае:
- цифрову модель дороги i3 шириною смуги 100 - 150 м;
- план дороги i3 прямокутними координатами Х, У;
- поздовжнш профшь i3 координатами Х, Z.
Крiм того, паспорт автомобшьно! дороги фшсуе:
- координати основних елеменпв дороги;
- зЧздв та !х параметрiв;
- розташування штучних споруд;
- розташування дорожшх знакiв;
- автобусних зупинок;
- розташування шдшрних стшок;
- розташування огородження;
- розташування майданчиюв для вiдпочинку;
- розташування АЗС, СТО, тощо.
Отримаш координати використовуються для побудови плану дороги, поздовжнього та поперечних профшв, для визначення радiусiв горизонтальних кривих, поздовжнiх похилiв, радiусiв вертикальних кривих, кривих з'!здiв. На основi прямокутних координат будуеться цифрова модель дороги та прилегло! мюцевосп.
Географiчнi або прямокутш координати, необхiднi для побудови цифрово! моделi дороги та визначення !! геометричних параметрiв, а також цифрово! моделi смуги вiдводу можливо визначити такими методами:
- тахометричною зйомкою;
- за допомогою GPS технологiй;
- за допомогою аерофотозйомки;
- за допомогою супутникових карт розроблених на основi GPS-технологiй;
- за допомогою лазерного сканування.
Таким чином, основш елементи автомобшьно! дороги, таю як ширина про!зно! частини, радiуси горизонтальних кривих, поздовжш похили, радiуси вертикальних кривих, ткетажне положення можна визначити за допомогою супутникових геодезичних карт. Кожна точка на кари характеризуеться географiчними координатами Х, У та висотою Z.
Одним iз методiв аналiзу зiбраних даних, е використання шформацшно-анал^ичних систем, що призначенi для роботи з просторовими координатами, яю здатнi полегшити процес оцiнки функцюнального зносу дороги. Однiею з таких е «GPS TrackCorrector», вона дозволяе визначити поздовжнш похил дшянки дороги, радiуси кривих у планi та радiуси опуклих та увiгнутих кривих у плат на основi зiбраних геопросторових координат осi про!зно! частини дороги (табл.1).
Таблиця 1. . Зщомють горизонтальних кривих
Початок кривоТ Кшець кривоТ Радiус, м Довжина, м Кут повороту, градуси Напрямок
56+715,005 56+869,896 4731 154,891 1,9 праворуч
57+216,155 57+413,384 2500 197,229 4,5 л1воруч
59+535,687 59+997,209 3592 461,522 7,4 л1воруч
60+622,284 61+064,085 3299 441,801 7,7 праворуч
61+736,637 61+900,454 2411 163,817 3,9 праворуч
67+043,047 67+174,86 18429 131,813 0,4 л1воруч
68+692,38 69+095,034 2424 402,654 9,5 л1воруч
69+367,003 69+591,965 3032 224,962 4,3 праворуч
70+130,465 70+299,435 3387 168,97 2,9 л1воруч
72+141,059 72+590,433 2620 449,374 9,8 праворуч
75+307,669 75+786,37 2274 478,701 12,1 праворуч
77+501,87 77+665,837 2618 163,967 3,6 л1воруч
78+589,662 79+134,115 1943 544,453 16 л1воруч
79+883,859 79+992,845 662 108,986 9,4 л1воруч
Таким чином, ми отримуемо значення ращу^в горизонтальних кривих, ix лшшну прив'язку, кут повороту та довжину кривих у плаш.
Аналогiчно можливо визначити радiуси, довжину та тип вертикальних кривих поздовжнього профшю автомобшьно! дороги (табл. 2).
Таблиця 2. Вiдомiсть вертикальних кривих
Початок кривоТ, м Кшець кривоТ, м Довжина кривоТ, м Радiус кривоТ, м Тип кривоТ
56+252,242 57+272,881 1020,639 19649 випукла
58+733,696 59+494,015 760,319 34926 ув1гнута
60+888,907 61+755,085 866,178 25012 ув1гнута
62+255,676 62+916,057 660,381 13131 випукла
63+056,161 63+636,418 580,257 25405 ув1гнута
68+118,89 68+879,472 760,582 29839 випукла
69+159,589 69+820,009 660,42 16812 випукла
70+340,631 71+021,197 680,566 28011 ув1гнута
72+900,383 73+166,149 265,766 6188 ув1гнута
74+946,948 75+307,059 360,111 11979 випукла
75+347,226 75+647,224 299,998 3935 ув1гнута
76+070,637 76+373,301 302,664 6735 ув1гнута
78+563,245 79+079,036 515,791 17503 ув1гнута
Ще одним iнструментом для аналiзу геопросторових координат е «Safety Analysis», програма виявлення дiлянок дорн, якi не вiдповiдають вимогам транспортних потоюв з умов безпеки руху. На основi визначених просторових координат будуеться цифрова модель дороги i прилегло! мюцевосп (рис.2).
Рис. 2. Цифрова модель дороги i прилеглог м1сцевост1: 1 - eicb дороги; 2 - зелем насадження; 3 - eicb дороги, що примите
Програма дозволяе на основi побудовано! цифрово! моделi ощнити видимiсть дороги у плат та профш (рис.3), вщстань вiд крайки про1зно1 частини до зелених насаджень, забудови та ш Використання розглянутих iнструментiв геошформацшних систем та просторових координат зiбраниx в результат паспортизацп автомобшьно! дороги, дозволяе ощнити деяю показники квашметрично! моделi якiсного стану автомобшьно! дороги (рис. 1). Зокрема: поздовжнш похил дiлянки, рацiуси кривих у плаш (табл. 1), довжину прямих д^нок, поздовжнiй
похил дшянок дороги, радiус опуклих /увiгнутих кривих у профiлi (табл. 2), ширину та поперечний похил про!зно1 частини, ширину та поперечний похил узбiччя. Також показники коефiцieнтiв безпеки, вщстань вiд крайки про1зно1 частини до зелених насаджень (рис. 2-3), видимють дороги у планi та профш (рис. 3), видимiсть перетинiв в одному рiвm з дорогою, що примикае.
Рис. 3. Приклад вгзуалгзацИ недостатнъог видимостг у плат: 1 - вгсъ дороги; 2 - зелен! насадження; 3 - в1съ дороги, що примикае; 4 - точка спостереження;
5 - видим1стъ дороги у плат; 6 - зона обмеженог видимост1
Сучасш геошформацшш технологи дають можливють створити базу даних картографiчно! шформаци (топографiчнi та дорожш карти, карти вулиць, кадастрова карта Укра1ни, тощо), користуватись навиащею по карт^ оперувати векторними шарами карти, здшснювати просторовий аналiз, адресний пошук, зберiгати та вiдображати комплексну кадастрову iнформацiю про автодороги, здшснювати автоматизований пошук шформаци та детальний перегляд даних про об'екти дорожньо1 шфраструктури в режимi сумiщення з популярними картографiчними ресурсами, комплексно аналiзувати мережу дорiг та стан 1х покриття, завдяки включенню до вщображення параметрiв рiвностi, мiцностi, зчеплення про1зно1 частини, також геометричних характеристик, отримувати оперативну анал^ичну та статистичну шформащю щодо дорожньо-транспортних пригод, тощо.
Структура геошформацшно! системи дорожньо! мереж включае повну картографiчну iнформацiю щодо стану дорожнього покриття й транспортних умов (мютить техшчш характеристики автодороги, зокрема тип покриття, ширину про1зно1 частини, кшьюсть смуг, наявнiсть розмiтки), даш монiторингу та реестраци дорожньо-транспортних пригод, проведення ремонтiв, iнформацiю про облш iнженерних мереж та споруд. А саме штенсившсть руху, параметри елемеипв плану i поздовжнього профiлю, параметри поперечного профшю дороги, показники дшянки автомобшьно1 дороги з безпеки дорожнього руху та оцшки впливу на навколишне середовище. Також iнформацiю про земляне полотно, споруди дорожнього водовщводу, дорожнш одяг, транспортнi споруди, дорожш iнженернi обладнання, споруди дорожньо! служби, об'екти дорожнього сервiсу та засоби оргашзацп дорожнього руху.
Проте, юнують деякi проблемнi питання з шформатизаци дорожньо-будiвельного комплексу, а саме:
- вщсутшсть единого iнформацiйного простору за рахунок сумюност та взаемодi! створюваних об'ектiв i процесiв);
- вщсутшсть нормативних та iнших документiв, що ч^ко регламентують основнi положення створення галузевих iнформацiйних систем;
- недостатнш рiвень взаемодi! дорожнiх служб з геодезичними та еколопчними, тощо.
Застосування комплексного шдходу з впровадження Г1С та сучасних технологш обстеження автомобшьних дори дасть змогу бiльш ефективно контролювати всю мережу та враховувати ïx як функцiональний, так i фiзичний знос при оцiнцi яюсного стану, Використовувати цифровi моделi дороги та прилегло1' мiсцевостi, а також бази даних з описом об'екпв, що належать дорозь
Висновки. Використання компоненпв геоiнформацiйноï системи дозволяе вщгворити значну кiлькiсть об'ектiв на координатно-орiентованiй картi, що надае змогу ощнити стан функщонального зносу на основi цифровоï моделi автомобiльноï дороги та прилегло1' мiсцевостi: визначити вiдповiднiсть поздовжнього похилу дiлянки, радiусiв кривих у плаш та профш, ширини та поперечного похилу проïзноï частини нормативним вимогам. Визначити показники безпеки руху вiдповiдно до заданих параметрiв на основi просторових даних дiлянки дороги.
Л1ТЕРАТУРА
1. СОУ 42.1-37641918-122:2014 Автомобшьш дороги. Вимоги до комплексу робгг з шформацшного забезпечення (з1 Змшою № 1) (чинний ввд 1 лютого 2015 р.). Кшв, 2015. 14 с. (Стандарт оргашзацп Украши).
2. СОУ 42.1-37641918-109:2013 Норми часу на супроводження геошформацшно1 системи Укравтодору (з1 Змшою № 1) (чинний ввд 5 грудня 2013 р.). Кив, 2016. 34 с. (Стандарт оргатзаци Украши).
3. СОУ 42.1-37641918-063:2016 Геошформацшна система автомобшьних дорп. Вимоги до складу, змюту та застосування (чинний ввд 1 березня 2016 р.). Кив, 2016. 66 с. (Стандарт оргатзаци Украши).
4. СОУ 42.1-37641918-038:2016 Паспорт автомобшьно1 дороги (чинний вщ 1 березня 2016 р). Кшв, 2016. 133 с. (Стандарт оргашзацп Украши).
5. Colonna, Pasquale & D'Amoja, Simona & Maizza, Manuela & Ranieri, Vlttorio. (2003). The quality of service in terms of road serviceability as a fundamental parameter for taking technical, economical and strategic choices that concern road network infrastructures. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/263398449
6. Jonas Matijosius, Aidas Vasilis Vasiliauskas, Virgilija Vasilienè-Vasiliauskienè, Zygintas Krasodomskis. The Assessment of Importance of the Factors that Predetermine the Quality of a Service of Transportation by Road Vehicles. Procedia Engineering Volume 134, 2016, Pages 422-429. ISSN 1877-7058. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.01.034.
7. Славшська О.С., Харченко А.М. Застосування квалтетрично! моделi до оцшки транспортно-експлуатацшного стану автомобшьно1 дороги. Автомобшьш дороги i дорожне буд1вництво. Вип. 96. 2016.
8. Slavinska, Окпя, et al. Development of a Model of the Weight of Motor Roads Parameters as Part of the Information and Management System of Monetary Evaluation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 1, no. 3, 2019, pp. 46-59, doi:10.15587/1729-4061.2019.156519.
9. Alamri S. Independent Map Enhancement for a Spatial Road Network: Fundamental Applications and Opportunities. ISPRS International Journal of Geo-Information. 2021; 10(1):8. Retrieved from https://doi.org/10.3390/ijgi10010008
10. Karduni, A., Kermanshah, A. & Derrible, S. A protocol to convert spatial polyline data to network formats and applications to world urban road networks. Sci Data 3, 160046 (2016). Retrieved from https://doi.org/10.1038/sdata.2016.46
11. Zhang Y, Liu J, Qian X, Qiu A, Zhang F. An Automatic Road Network Construction Method Using Massive GPS Trajectory Data. ISPRS International Journal of Geo-Information. 2017; 6(12):400. Retrieved from https://doi.org/10.3390/ijgi6120400
12. Y. Gao, J. Zhao, B. Zheng and G. Chen, "Efficient Collective Spatial Keyword Query Processing on Road Networks," in IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 17, no. 2, pp. 469-480, Feb. 2016, doi: 10.1109/TITS.2015.2477837.
13. J. Carneiro, R. J. F. Rossetti, D. C. Silva and E. C. Oliveira, "BIM, GIS, IoT, and AR/VR Integration for Smart Maintenance and Management of Road Networks: a Review," 2018 IEEE International Smart Cities Conference (ISC2), 2018, pp. 1-7, doi: 10.1109/ISC2.2018.8656978
