Výpočtový program na hodnotenie premenných parametrov dlhodobo sledovaných úsekov

Článok sa zaoberá opisom a možnosťami softvérového riešenia na hodnotenie premenných parametrov dlhodobo sledovaných úsekov (DSU). Toto riešenie bolo vytvorené v rámci rozborovej úlohy Slovenskej správy ciest ako nadväzujúce riešenie rozborovej úlohy z roku 2014 Metodika výberu kritérií sledovania a vyhodnotenia dlhodobo sledovaných úsekov. Priblížime architektúru, rozsah a možnosti použitia programu.

Výpočtový program vznikol pre ďalší kvalitatívny posun riešenia problematiky hospodárenia s vozovkami v oblasti vývoja a výskumu. Dlhodobo sledované úseky sú veľmi cenným nástrojom na sledovanie zmien premenných parametrov funkčnej spôsobilosti vozovky a na overenie existujúcich degradačných funkcií, najmä pre potreby optimalizácie hospodárenia s vozovkami.

Je veľmi dôležité, že správca ciest má záujem o pozorovanie vozoviek v podrobnejšom meradle na sledovaných úsekoch. Každý dlhodobo sledovaný úsek by mal byť pritom vybratý s vopred definovaným cieľom. V projekte dlhodobo sledovaných úsekov sa získavajú údaje v čo najpodrobnejšom meradle ako podklady na detailné analýzy premenných parametrov konštrukcie vozovky alebo konkrétnych vrstiev.

Východiskovým zdrojom informácií je prvotné zachytenie existujúceho stavu (niekde nazývané aj ako nulté meranie) všetkých sledovaných parametrov pri podrobnom poznaní materiálového a konštrukčného zloženia sledovanej vozovky. Podmienkou hodnotenia je poznanie zmeny okrajových podmienok sledovaného úseku v čase. Z tohto dôvodu je veľmi dôležitý presný a identifikovateľný záznam týchto údajov.

Opis programu

Výpočtový program je založený na programovacom jazyku pre Microsoft Office VBA (Visual Basic for Aplications). Program ponúka otvorený katalógový systém s možnosťou vkladania a hodnotenia nových údajov z meraní, ich spracovania a analýzy.

Pre vybrané parametre umožňuje aj ich štatistické spracovanie s degradačnými funkciami podľa výsledkov reálnych hodnôt. Systém umožňuje takisto dopĺňanie nových DSU podľa aktuálnosti výstavby na cestnej sieti.

Štatistické spracovanie premenných parametrov

Premenné parametre vozovky sú dopravno-prevádzkové parametre, ktoré sa menia počas jej používania najmä vplyvom dopravného zaťaženia a klimatických účinkov – napr. únosnosť vozovky, nerovnosť povrchu, stav povrchu, drsnosť, dopravné parametre atď.

Zber týchto údajov vykonáva Odbor cestnej databanky, oddelenie Diagnostiky vozoviek (oddelenie DV) Slovenskej správy ciest. Kritériá klasifikácie vozoviek z hľadiska prevádzkovej spôsobilosti sú stanovené podľa TP 024 Systém hospodárenia s vozovkami.

Sledované a hodnotené premenné parametre vozoviek

Program sa skladá z deviatich navzájom prepojených blokov.

1. blok – katalógový list cesty (VSD): Ide o základný blok programu, ktorý obsahuje hlavné identifikačné údaje, prípadne fotografiu a mapu DSU (obr. 1).

2. blok – všeobecné identifikačné údaje o sledovanom úseku (VID): Tento blok programu obsahuje všeobecné identifikačné údaje o úseku. Patria sem konštrukčné a materiálové údaje o úseku, vybrané nepremenné parametre (geometrické údaje o úseku…) a premenné parametre (drsnosť povrchu, dopravné parametre…), história lokálnych úprav, významné dopravné nehody, významné transporty, klimatické podmienky, spôsob a režim údržby.

3. blok – identifikačné údaje o konštrukcii sledovaného úseku (IDK): Blok obsahuje identifikačné údaje o konštrukcii vozovky, jej prevádzkovej výkonnosti, životnosti a histórii opráv (obr. 2).

4. blok – identifikačné údaje meraní sledovaného úseku (IDM): Blok obsahuje aktuálne premenné parametre vozovky DSU s ich klasifikáciou podľa TP 024 Systém hospodárenia s vozovkami. Výpis týchto parametrov je naviazaný na ich načítanie a filtráciu do hárkov FWD, SDM a PGH (obr. 3).

5. blok – údaje o meraní úderníkom FWD (FWD): Tento blok obsahuje zoznam meraní úderníkom FWD pre konkrétny DSU (obr. 4). Program umožňuje štandardnými filtrami balíčka MS Office filtrovať jednotlivé dáta podľa potreby. Ku každému meranému bodu zároveň vykreslí priehybovú čašu.

6. blok – údaje o meraní skidometrom (SDM): Blok obsahuje zoznam meraní skidometrom pre konkrétny DSU. Podobne ako pri bloku obsahujúcom merania úderníkom FWD, aj v tomto prípade umožňuje program filtrovať štandardnými filtrami balíčka MS Office jednotlivé dáta podľa potreby.

7. blok – údaje o meraní profilografom (PGH): Blok obsahuje zoznam meraní profilografom pre konkrétny DSU. Podobne ako pri blokoch obsahujúcich merania úderníkom FWD a skidometrom, aj tu umožňuje program filtrovať štandardnými filtrami balíčka MS Office jednotlivé dáta podľa potreby.

8. blok – meranie: Hárok slúži na zobrazenie meraní pre konkrétny DSU na základe dát vyfiltrovaných v blokoch FWD, SDM alebo PGH.

9. blok – štatistika: Hárok slúži na štatistické spracovanie meraní na základe dát vyfiltrovaných v blokoch FWD, SDM alebo PGH podľa veku a na tvorbu degradačných funkcií pre daný DSU.

Pre všetky sledované premenné parametre vozoviek bolo potrebné vytvoriť degradačné funkcie, ktoré predpovedajú zmenu sledovaného parametra v čase.

V našom prípade sme zvolili na účely rozbehnutia systému sledovania teoreticky bližšie nepodmienenú exponenciálnu funkciu. Východiskovým bodom na určenie degradačnej funkcie je počiatočná hodnota premenného parametra (nulté meranie), vzhľadom na túto hodnotu program zvolí exponenciálnu degradačnú funkciu vo formáte: y = Y0 * ex * počet dní od nultého merania kde y je sledovaný premenný parameter vozovky v čase,
x – exponent vyjadrujúci priebeh funkcie (podľa vybraného parametra),
Y0 – počiatočná hodnota sledovaného parametra vozovky.

Funkcia sa vyjadrí a vykreslí v grafe vždy pre konkrétnu vyfiltrovanú databázu údajov meraní (napr. výpis výsledkov meraní pre konkrétne staničenie), obr. 5 a 6.

Integrácia do systému Slovenskej správy ciest

Slovenská správa ciest (SSC) vyvíja, spravuje, udržiava a prevádzkuje Informačný systém modelu cestnej siete (IS MCS, 2022). Tento systém zabezpečuje centrálnu technickú evidenciu ciest pre verejnosť.

Pre profesionálov a pre správcov ciest (registrovaných užívateľov) sú v rámci tohto systému vyvinuté aplikácie pre správu ciest a mostov. Údaje v systéme sa dopĺňajú z meraní diagnostickými prístrojmi (Profilograf, KUAB, Linescan, Skiddometer, Videocar) a tiež z vizuálnych kontrol ciest a diaľnic, ktoré vykonávajú správcovia ciest.

Aplikácie pre systém cestného hospodárstva (obr. 7) sú spracované ako samostatné moduly (modul pre kontroly ciest, modul pre plánovanie na úrovni cestnej siete, modul pre úroveň projektu, ekonomický modul).

Tento spôsob vývoja aplikácie umožňuje v budúcnosti dopĺňať a vylepšovať samotný informačný systém pomocou prezentovanej softvérovej aplikácie na dlhodobé sledovanie a hodnotenie prevádzkyschopnosti a výkonu vozovky. Táto aplikácia umožní dlhodobé sledovanie technických parametrov.

V súčasnosti je na cestnej sieti Slovenska 24 úsekov, ktoré každý rok podrobne meria a vyhodnocuje už spomínaný softvér na dlhodobé sledovanie premenných parametrov. V ďalších etapách vývoja a rozširovania SHS plánuje Slovenská správa ciest integrovať súčasné desktopové riešenie do webového prostredia a odvodené degradačné funkcie priebežne aktualizovať a implementovať v rámci programu rozhodovania o optimalizácii pri výbere úsekov ciest na sanáciu.

Plánuje sa aj doplnenie zoznamu dlhodobo aktuálne sledovaných úsekov o úseky v lokalitách, kde sa nachádzajú systémy predselektívneho váženia vozidiel. Takéto úseky by boli pod každodenným dohľadom aj z pohľadu reálneho zaťaženia úsekov ťažkými vozidlami. Zároveň by na nich bolo možné presnejšie sledovať životnosť a vplyv dopravného zaťaženia na konkrétnu technológiu v mieste opravovanej cesty.

Záver

Ako autori výpočtového programu dúfame, že sa stane dobrým nástrojom v rukách správcu ciest a že bude úspešne slúžiť pre ďalší kvalitatívny posun riešenia problematiky hospodárenia s vozovkami v oblasti vývoja a výskumu.

Systém umožňuje aj dopĺňanie nových DSU podľa aktuálnosti výstavby na cestnej sieti. Do budúcnosti je preto potrebný najmä dôkladný výber týchto nových DSU tak, aby boli zaistené všetky parametre vozovky v čase začiatku sledovania.

Výpočtový program predstavili autori aj na 9. ročníku sympózia SURF, ktorý sa konal 12. až 14. septembra 2022 v talianskom Miláne. Sekcii Hodnotenie kvality povrchových vrstiev vozovky predsedal práve jeden z autorov, Zsolt Boros z TPA Spoločnosti pre zabezpečenie kvality a inovácie, s. r. o.

TEXT: Zsolt Boros, Norbert Dancs,
Filip Buček, Zsolt Benkó
OBRÁZKY: autori

Zsolt Boros, Norbert Dancs a Filip Buček pôsobia v TPA Spoločnosti pre zabezpečenie kvality a inovácie, s. r. o. Zsolt Benkó pôsobí v Slovenskej správe ciest.

Literatúra:

1. TP 024 Systém hospodárenia s vozovkami.
2. TP 025 Meranie a hodnotenie drsnosti vozoviek pomocou zariadení SKIDDOMETER BV11 a PROFILOGRAPH GE.
3. TP 031 Meranie a hodnotenie únosnosti asfaltových vozoviek pomocou zariadenia FWD KUAB.
4. Ullidtz, P.: Modelling Flexible Pavement Response and Performance (Modelovanie odozvy a funkčnej spôsobilosti netuhých vozoviek.) 1998.
5. AASHTO 2008: Mechanistic-Empirical Pavement Design (Príručka pre mechanicko-empirickú návrhovú metódu).
6. AASHTO 2010: Local Calibration of the Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (Lokálna kalibrácia pre príručku mechanicko-empirickej návrhovej metódy).
7. Boros, Z. – Dancs, N. – Buček, F.: RÚ – Hodnotenie dlhodobo sledovaných úsekov – vypracovanie softvérového riešenia DU_SK – správa a manuál k programu, TPA Spoločnosť pre zabezpečenie kvality, s. r. o. 2019.
8. Boros, Z. – Dancs, N. – Buček, F. – Benkó, Z.: Software application for long-term monitoring and assessment of pavement serviceability and performance in Slovakia. In: THE 9TH SYMPOSIUM ON PAVEMENT SURFACE CHARACTERISTICS (SURF) 2022, Milano.

Článok bol uverejnený v časopise IS 3/2023