以加速度規做為車輛反應加速度蒐集工具之研究

本研究回顧近年來國內外以加速度規做為評估道路平坦度之研究，本節將針 對日本東京大學土木系[20]、美國麻省理工學院資訊科學暨人工智慧實驗室[17]、

中國科學院深圳先進技術研究院[10] 、美國維吉尼亞大學土木與環境工程學系[55]、

伊朗德黑蘭大學[29]及義大利羅馬大學土木系[30]之研究單位進行文獻回顧。

上述研究所使用之儀器基本架構主要以加速度規做為量測儀器，並搭配 GPS 接收模組紀錄檢測道路之位置座標以及行駛速度。其中加速度規之種類主要可分 為量測方向、加速度值之量測範圍、解析度與靈敏度等，多數研究均採用單軸加速 度規量測車輛反應之垂直加速度，而三軸加速度規則能量測車行方向、轉彎方向之 加速度資料。

2005 年日本東京大學[20]開發透過一套加速度規與 GPS 裝設於檢測車內即可 利用車輛反應辨識路段之平坦度狀況及伸縮縫之 VIMS 系統，且該系統亦可自動 將檢測速度過低之路段剔除以提升資料之正確性，同時透過利用車輛通過特定之 減速丘測得車輛反應加速度，並比較已知之數據進而計算出懸吊系統知參數，隨後 建立非線性之四分車模型即可得到不同車型均能測得一致之加速度結果，且該研 究可以依據門檻值將受測道路區分為路段與伸縮縫。

2008 年美國麻省理工學院所開發之 Pothole Patrol[17]則利用加速度規以及 GPS 搭配人為因素之率除以及加速度資料之濾波處理，成功地找出路網中 90%之 異常路面（坑洞破壞、疲勞裂縫與伸縮縫），其中該研究已將速度明顯變化路段之 資料刪除以增加資料之正確性。

2011 年 中 國 大 陸 科 學 院 深 圳先 進技 術研 究院 [10] 開發 一套 全 名為 Road Condition Monitoring With Three-axis Accelerometer and GPS Sensor 之道路平坦度檢 測儀器，該儀器設備由三軸加速度規及 GPS 接收模組所組。該儀器之擷取頻率為

Quality Index）進行受測路段之分級，如下公式（2-3）所示，該分級指標依據不同 之行駛速度可將路段狀況分為四類，分別為相當良好、良好、普通、及不通過。結 果顯示利用 RQI 作為 PSD 之分級制度可成功評估路面之平坦度，但並未提及其正 確性與相關之轉換公式。

RQI = 4.98 − 0.34 × IRI （2-3）

2015 年美國維吉尼亞大學[55]則以量測車輛反應之加速度計算均方根做為加 速度之平坦度指標，該研究亦證實於同一受測道路以不同之檢測速度行駛所量測 到之加速度值於不同速度行駛下均模擬成以 80 公里/小時檢測時之量測值，如下公 式（2-4）所式，其中該式之 NRMS（Normalized Root Mean Square）代表經速度正 規化後之加速度均方根值、V 為檢測速度、w 為速度影響之次方向、𝑎𝑎𝑧𝑧,𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅則為經 調整後之加速度均方根量測值。該研究將 NRMS 搭配邏輯斯迴歸（logistic regression）

應用於篩選路網中相對不平坦之路段，篩選準則以 IRI 為 140in/mi（2.6m/km）門 檻，研究結果顯示利用該指標成功判斷優良之路段比例約為 90%，但成功判斷需 維修之路段僅具有 60%之正確率，該研究之限制為檢測速度需高於 30mph，且其 建構模式之樣本缺乏 IRI 大於 220in/mi（4.1m/km）之路段，較難應用於實際路網 之狀況。

NRMS = （80/v）^𝑤𝑤𝑎𝑎_{𝑧𝑧,𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅} （2-4）

2015 年伊朗德黑蘭大學 [29]之研究為利用兩個加速度規量測路面之剖面，其 中分別裝設於車輪之簧上質量區與簧下質量區，透過兩個不同擺放位置之加速度 規即可以利用兩彈簧之相對位移量評估車輛之懸吊系統以及計算路面之平坦度指 標，進而與 IRI 與 PSI 進行比較。此研究亦提出將檢測過程中之變速度路段轉換為 定速之 80kph 再進行平坦度之計算，然此研究容易受到設備之裝設以及人為因素 所干擾導致量測有誤差。

2017 年義大利羅馬大學[30]之研究利用加速度規裝載於檢測車輛，主要量測 車內之反應加速度，並搭配 ISO2631 全身振動危害評估方法，進行受測路段之平 坦度評估依據，該研究可在不同之檢測速度中均得到相當一致之評估結果。

2.2.2 以智慧型手機量測鋪面平坦度之相關研究