國道高速公路平坦度檢測及舒適性指標分析之研究

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研究生：	何旻哲 Min-che HO
論文名稱：	國道高速公路平坦度檢測及舒適性指標分析之研究 National Highway Research flatness testing and analysis International Roughness Index
指導教授：	林志棟 Zhi-dong Lin 宋柏勛 Poh-sun Sung
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering
論文出版年：	2014
畢業學年度：	102
語文別：	中文
論文頁數：	153
中文關鍵詞：	國道高速公路、平坦度檢測、鋪面養護路段、鋪面現況調查
外文關鍵詞：	Free way
相關次數：	點閱：7 下載：0
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台灣國道高速公路為台灣交通的重要命脈，透過南北向與東西向的串聯將整個路網的方便性達到提升的效果與目的，從此可知高速公路的道路品質將是上至高公局局本部，下至一般用路人都時時關注的項目，所以為求提升國道高速公路路面舒適性品質的課題將成為本研究的主軸，透過對高速公路的了解，到後續的分析及養護的決策都是論文研究的主要方向。
為了提升國道高速公路舒適性指標，本研究首先針對國道高速公路的體檢部分著手了解，除了先了解高速公路現有的路面檢測項目以及方法之外，更進一步的透過研究之需要而整理出一套國道高速公路路面舒適性指標相關資料的普查作業流程，透過初步的普查作業與後續的相關分析作業將有利於國道高速公路舒適性品質的維持與提升。
有了龐大的檢測資料後，更針對不同的管理等級而做分群分析，從不同的國道別與不同工務段的檢測資料中找尋其中的關係，更透過不同工務段的檢測分析結果進行養護經費的排序，從排序的結果可以初步看出不同的工務段在經費使用上的一個客觀與合理性，最後的分析也加入安全性指標一起做綜合性的考量與評估。
普查並分析完相關的資料後，資料的回饋機制也為本研究最後的討論項目，透過鋪面管理系統建置的概念，研擬出一套專屬於國道高速公路的鋪面管理系統，透過此系統將可以看出高速公路在不同年度所做的體檢資料，有了多年度的資料後更可以做出不同年度的養護經費與相關的使用情形排序，因而在往後的經費預估時將可以更客觀與合理的進行相關的回饋。

Taiwan's National Highway plays an important role in Taiwan's transportation, through a series of north-south and east-west road networks, it is convenient to go to anywhere. From this we can see the highway road quality is a project that always need to be concerned.How to enhance the pavement quality of National Highway, will be the main subject of this study.The understanding, analysis and maintenance decision of highways, are the main topics of this thesis.
In order to improve the comfort index of National Highway.In this study, we first understand the examination part of National Highway.Like road testing items and methods. And because the need of study,we need to organize the relevant information of National Highway road comfort index and survey processes. With the survey and analysis processes,is beneficial to maintain and enhance the comfort quality of National Highway.
With a great amount of data, arrange and analysed with in different level, and find the relationship between their performance and budget. From the sorted results, we can find the reasonable and objective fund that should be used. and in the final analysis,we also added the safety index to make a comprehensive consideration and evaluation to make this study complete.
After analyzing survey relevant information, information feedback mechanism is also developing in this study through the concept of pavement management system,and develop a pavement management system for National Highway .With the record of maintenance funding each year, We can estimate a more objective and reasonable budget.

第一章 緒論    1
1.1 研究動機    1
1.2 研究目的    1
1.3 研究內容及方法    2
1.4 研究流程    3
第二章 文獻回顧    5
2.1 國內外舒適性指標(IRI)之研究    5
2.1.1 國際糙度指標(International Roughness Index , IRI)    5
2.1.2 國內平坦度指標    9
2.1.3 各平坦度指標比較之結果    14
2.2 國內外鋪面狀況指標    15
2.2.1鋪面狀況指標(Pavement Condition Index, PCI)    15
2.2.2鋪面狀況評級(Pavement Condition Rating, PCR)    17
2.2.3其他相關鋪面狀況指標    17
2.3 國內外鋪面管理系統執行現況    18
2.3.1國外鋪面維護管理系統發展    19
2.3.2國內鋪面維護管理系統發展    24
2.3.3 鋪面管理系統層級    30
2.4 集群分析與關聯性分析發展    33
2.4.1 K-Means    33
2.4.2 Two Steps    34
2.4.3小結    35
2.5國外速度影響下之國際糙度指標門檻    35
2.5.1 國外之國際糙度指標門檻回顧    36
2.5.2起伏值的計算    36
第三章 國道高速公路局道路巡查現況與巡查項目精進    38
3.1 國道高速公路檢測方法與調查項目擬定    39
3.1.1 國道高速公路基本資料建立    41
3.1.2 國道高速公路舒適性指標(IRI)與鋪面現況(PCI)指標檢測    43
3.2 國道高速公路檢測作業規劃與相關交維方案擬定    46
3.2.1 國道舒適性檢測(IRI)作業規劃    47
3.2.2 國道鋪面現況(PCI)檢測作業規劃    62
第四章 國道全線舒適性指標(IRI)與關聯性分析    64
4.1國道全線舒適性指標(IRI)分析    64
4.1.1國道高速公路全線平坦度(IRI)檢測調查    65
4.1.2國道高速公路舒適性指標(IRI)屬性篩選分析    104
4.1.3 國道高速公路各區舒適性指標(IRI)之集群分析    108
4.1.4 國道高速公路舒適性指標(IRI)分級標準修正    108
4.1.5國道高速公路舒適性指標(IRI)養護路段排序    117
4.1.6 國道高速公路養護路段排序精進策略研究    126
4.2國道高速公路交通量與鋪面各指標之關聯性分析    131
4.2.1 平坦度IRI與ESALs之關聯性分析    131
4.2.2鋪面現況指標PCI與ESALs之關聯性分析    133
4.2.3 安全性指標SN與ESALs之關聯性分析    134
4.2.4 舒適性、安全性與ESALs之關聯性分析    135
第五章 國道高速公路鋪面維護管理系統建置    138
5.1舒適性指標(IRI)與鋪面現況(PCI)指標管理    138
5.1.1舒適性指標模組建置    138
5.1.2鋪面現況指標模組建置    140
5.2國道鋪面管理系統雛型模組建置    141
5.2.1資料庫整理    141
5.2.2國道鋪面維護管理系統建置    144
5.3 國道鋪面維護管理系統建置    146
5.3.1 國道鋪面維護管理系統    146
5.3.2國道高速公路收費站檢測系統建置    148
第六章 結論與建議    149
6.1 結論    149
6.2 建議    151
參考文獻    152


圖目錄
圖 1 1 研究流程圖    4
圖2 1黃金四分車模型概念    6
圖 2 2 IRI 波譜分布    7
圖 2 3國內與國外PI與IRI實測資料之比較圖    11
圖 2 4紐約市聯合運輸管理中心    20
圖 2 5國道高速公路鋪面維護管理之評估系統    26
圖 2 6中壢市鋪面管理系統主畫面    29
圖 2 7新竹縣鋪面管理系統首頁    30
圖 2 8路面管理之管理與操作層級及其相關組成活動    31
圖 2 9K-means計算流程圖    34
圖 3 1道路座標資料建立流程圖    42
圖 3 2軟體建置示意圖    42
圖 3 3國道十號座標建置示意圖    43
圖 3 4高公局中區工程處三軌式雷射平坦儀    44
圖 3 5國立中央大學智慧型檢測車    44
圖 3 6抗滑儀操作介面    45
圖 3 7高公局中區工程處抗滑儀    45
圖 3 8平坦儀配置圖    48
圖 3 9平坦儀驗證照片    50
圖 3 10驗證流程圖    50
圖 3 11北工處路網示意圖    53
圖 3 12中工處路網示意圖    56
圖 3 13南工處路網示意圖    58
圖 3 14檢測車平坦度資料匯出格式    61
圖 3 15中央大學智慧型路面檢測車    63
圖 4 1IRI與路面狀況與車速之關係    65
圖 4 2木柵工務段轄區示意圖    68
圖 4 3木柵段IRI>3之道路類型分布比例圖    69
圖 4 4關西工務段轄區示意圖    70
圖 4 5關西段IRI>3之道路類型分布比例圖    71
圖 4 6頭城工務段轄區示意圖    73
圖 4 7頭城段IRI>3之道路類型分布比例圖    74
圖 4 8內湖工務段轄區示意圖    75
圖 4 9內湖段IRI>3之道路類型分布比例圖    76
圖 4 10中壢工務段轄區示意圖    77
圖 4 11中壢段國道一號IRI>3之道路類型分布比例圖    78
圖 4 12中壢段國道二號IRI>3之道路類型分布比例圖    79
圖 4 13苗栗工務段轄區示意圖    80
圖 4 14苗栗段國道一號IRI>3之道路類型分布比例圖    81
圖 4 15苗栗段國道四號IRI>3之道路類型分布比例圖    83
圖 4 16大甲工務段轄區示意圖    84
圖 4 17大甲段IRI>3之道路類型分布比例圖    85
圖 4 18南投工務段轄區示意圖    86
圖 4 19南投段國道三號IRI>3之道路類型分布比例圖    87
圖 4 20南投段國道六號IRI>3之道路類型分布比例圖    88
圖 4 21斗南工務段轄區示意圖    89
圖 4 22斗南段IRI>3之道路類型分布比例圖    90
圖 4 23岡山工務段轄區示意圖    91
圖 4 24岡山段國道一號IRI>3之道路類型分布比例圖    92
圖 4 25岡山段國道十號IRI>3之道路類型分布比例圖    94
圖 4 26白河工務段轄區示意圖    95
圖 4 27白河段IRI>3之道路類型分布比例圖    96
圖 4 28岡山工務段轄區示意圖    97
圖 4 29屏東段國道三號IRI>3之道路類型分布比例圖    98
圖 4 30屏東段國道十號IRI>3之道路類型分布比例圖    99
圖 4 31新營工務段轄區示意圖    101
圖 4 32新營段國道一號IRI>3之道路類型分布比例圖    102
圖 4 33新營段國道八號IRI>3之道路類型分布比例圖    103
圖 4 34國道一號平坦度與限速分析圖    109
圖 4 35國道一號起伏值百分比分布圖    112
圖 4 36國道一號依限速100公里/小時的起伏值百分比分布圖    112
圖 4 37國道一號依限速110公里/小時的起伏值百分比分布圖    113
圖 4 38國道五號起伏值百分比分布圖    114
圖 4 39國道五號依限速80公里/小時的起伏值百分比分布圖    115
圖 4 40國道五號依限速90公里/小時的起伏值百分比分布圖    116
圖 4 41國道五號依限速90公里/小時的起伏值百分比分布圖    117
圖 4 42鋪面養護決策流程圖    118
圖 4 43國道高速公路養護路段排序圖(依國道別)    119
圖 4 44國道高速公路養護路段排序圖(依工程處)    120
圖 4 45國道高速公路養護路段排序圖(依工務段)    121
圖 4 46坑洞破壞維修方式 (法)及施工策略    122
圖 4 47凸凹陷、波浪型路面破壞維修方式 (法)及施工策略    124
圖 4 48平坦度IRI>3之個數長條圖    127
圖 4 49抗滑值SN≦35之個數長條圖    128
圖 4 50舒適性與安全性綜合評估圖    128
圖 4 51北中南區需維修比例圖    130
圖 4 52外車道之ESALs與外車道IRI關聯性分析圖    132
圖 4 53外車道之ESALs與全車道IRI關聯性分析圖    133
圖 4 54外車道之ESALs與外車道SN關聯性分析圖    134
圖 4 55外車道之ESALs與全車道SN關聯性分析圖    135
圖 4 56國道一號外車道ESALs與外車道IRI、PCI、SN之關聯性分析圖    136
圖 4 57國道一號外車道Esals與外車道IRI、PCI、SN之關聯性分析總表圖    137
圖 5 1國道高速公路平坦度示意圖    139
圖 5 2檢測里程與樁號示意圖    139
圖 5 3平坦度資料查詢示意圖    140
圖 5 4鋪面現況CCD道路影像示意圖    140
圖 5 5檢測人員自動匯入程式示意圖    145
圖 5 6系統管理人員自動匯入程式示意圖    145

 
表目錄
表 1 1平坦度標準差d2係數表    10
表 2 2計算IRI 與RN 所使用之四分車參數表    12
表 2 3 RN 四分車濾波器波數反應圖    13
表2 4騎乘指數與路面服務水準對照表    14
表2 5PCI評級區間    16
表 2 6 PCI定義之19項破壞    16
表 2 7PCR評級區間    17
表 2 8 LTTP柔性鋪面破壞定義    18
表 2 9各地區發展鋪面管理系統簡表    23
表 4 1道路等級與國際糙度指標與車速範圍之關係    65
表 4 2木柵工務段舒適性指標(IRI)變化百分比    69
表 4 3關西工務段(國道三號)舒適性指標(IRI)變化百分比    71
表 4 4關西工務段(國道二號)舒適性指標(IRI)變化百分比    73
表 4 5頭城工務段舒適性指標(IRI)變化百分比    75
表 4 6內湖工務段舒適性指標(IRI)變化百分比    76
表 4 7中壢工務段(國道一號)舒適性指標(IRI)變化百分比    78
表 4 8中壢工務段(國道二號)舒適性指標(IRI)變化百分比    80
表 4 9苗栗工務段(國道一號)舒適性指標(IRI)變化百分比    82
表 4 10苗栗工務段(國道四號)舒適性指標(IRI)變化百分比    83
表 4 11大甲工務段舒適性指標(IRI)變化百分比    85
表 4 12南投工務段(國道三號)舒適性指標(IRI)變化百分比    87
表 4 13南投工務段(國道六號)舒適性指標(IRI)變化百分比    89
表 4 14斗南工務段舒適性指標(IRI)變化百分比    91
表 4 15岡山工務段(國道一號)舒適性指標(IRI)變化百分比    93
表 4 16岡山工務段(國道十號)舒適性指標(IRI)變化百分比    94
表 4 17白河工務段舒適性指標(IRI)變化百分比    96
表 4 18屏東工務段(國道三號)舒適性指標(IRI)變化百分比    98
表 4 19屏東工務段(國道十號)舒適性指標(IRI)變化百分比    100
表 4 20新營工務段(國道一號)舒適性指標(IRI)變化百分比    102
表 4 21新營工務段(國道八號)舒適性指標(IRI)變化百分比    104
表 4 22整體國道IRI統計分析(全屬性)    105
表 4 23整體國道IRI統計分析(僅路堤)    105
表 4 24整體國道IRI統計分析(僅隧道)    105
表 4 25整體國道IRI統計分析(僅橋梁)    105
表 4 26北區工程處國道IRI統計分析    106
表 4 27中區工程處國道IRI統計分析    106
表 4 28南區工程處國道IRI統計分析    107
表 4 29北中南三個工程處集群分析總表    108
表 4 30速率與國際糙度指標回歸曲線表    110
表 4 31國道高速公各國道別速限一覽表    110
表 4 32國道一號J區間個數與百分比分布表    111
表 4 33國道一號速限100km/h J區間個數與百分比分布表    112
表 4 34國道一號速限110km/h J區間個數與百分比分布表    113
表 4 35國道五號J區間個數與百分比分布表    113
表 4 36國道五號速限80km/h J區間個數與百分比分布表    114
表 4 37國道五號速限90km/h J區間個數與百分比分布表    115
表 4 38國道五號速限100km/h J區間個數與百分比分布表    116
表 4 39國道高速公路限速建議調整表    117
表 4 40平坦度驗收門檻表    118
表 4 41國道高速公路全線依國道別之舒適性指標養護路段排序表    119
表 4 42國道高速公路全線依工程處之舒適性指標養護路段排序表    120
表 4 43國道高速公路全線依工務段之舒適性指標養護路段排序表    120
表 4 44國道高速公路101年的路面整修預算表    124
表 4 45國道高速公路各工務段養護經費權重分配表    129
表 4 46國道高速公路各工務段預估經費與101年預算編列金額比值表    129
表 4 47北中南區需維修比例表    130
表 4 48國道高速公路各區養護經費權重分配表    130
表 4 49國道高速公路各區以維修長度預估養護經費分配表    131
表 5 1道路績效指標資料表    143
 

                                

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