ISO/TS 13473-4:2008 表面プロファイルを使用した舗装テクスチャの特性評価—パート4:表面プロファイルのスペクトル分析 | ページ 6

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

3 用語と定義

このドキュメントの目的のために、ISO 13473-2:2002 に記載されている用語と定義、および以下が適用されます。ユーザーを支援するために、ISO 13473-2:2002 の最も関連性の高い用語と定義がこの技術仕様にコピーされています。

3.1

(テクスチャー) 波長

λ

表面プロファイルの振幅変動の水平方向の寸法を表す量。

注記1:(テクスチャー)波長は通常、メートル(m)またはミリメートル(mm)で表される。

注記2:波長は、電気技術および信号処理用語で一般的に使用され、受け入れられている量です。この技術仕様の多くのユーザーは、舗装アプリケーションで波長という用語を使用することに慣れていない可能性があり、路面プロファイルの分析では電気信号がよく使用されるため、混乱する可能性があります。したがって、他のアプリケーションとの関係を明確に区別するために、ここでは「テクスチャ波長」という表現が好まれます。

注記 3:プロファイルは、表面に沿った距離の定常的なランダム関数と見なすことができます。フーリエ解析によって、そのような関数は、それぞれが所与の振幅と初期位相を持つ、さまざまな周波数 (および波長) の正弦波成分の無限系列として数学的に表すことができます。典型的で連続的な表面プロファイルの場合、そのフーリエ成分によって分析されたプロファイルには、波長の連続分布が含まれます。 ISO 13473 のテクスチャ波長は空間周波数の逆数であり、その単位はメートルの逆数 (1 メートルあたりのサイクルに相当) です。 3.14 を参照してください。

注記4:波長は、プロファイルの周期的に繰り返される部分のさまざまな長さとして物理的に表すことができます。

3.2

プロファイル サンプリング

プロファイルが測定される路面の代表的な部分の選択

3.3

プロフィルメーター

舗装面のプロファイルを測定するために使用される装置

注記 1:舗装工学で使用されるプロフィロメータの現在の設計には、レーザー、光セクショニング、ニードル トレーサー、および超音波技術に基づくセンサーが含まれますが、これらに限定されません。

3.4

測定速度

v

プロフィロメーターセンサーが測定対象の表面を横切る速度

注記 1:測定速度は通常、時速キロメートル (km/h) または秒速メートル (m/s) で表されます。

3.5

デジタル信号サンプリング

一定間隔のデータポイントでの信号の離散測定値の決定(およびその後のこれらの値のデジタルコードへの変換)

注記1:デジタル信号サンプリングのこの一般的な定義では、信号が捕捉されるドメイン(時間または空間)に応じて、データポイントの規則的な間隔が時間ドメインまたは空間ドメインのいずれかに適用される場合があります。

3.6

サンプリング間隔

表面上の 2 つの隣接するデータ ポイント間の距離。これは、測定速度をセンサーのサンプリング周波数で割った値に等しくなります。

注記 1:サンプリング間隔は、通常、ミリメートル (mm) で表されます。

3.7

プロファイル測定長

lp

中断のないプロファイル測定の長さ

注記 1プロファイルの測定長さは、通常、メートル (m) またはミリメートル (mm) で表されます。

3.8

繰り返し間隔

r

2 つの連続するプロファイル測定長さの開始点間の距離。後者は 3.7 で定義

注記1反復間隔は通常メートル(m)で表される。

3.9

評価の長さ

l

分析された、または分析される予定のプロファイルからのサンプルの長さ

注記 1評価長さはプロファイル測定長さと等しい場合もあれば、等しくない場合もあります (ただし、それより大きくなることはありません)

注記2評価長さは通常メートル(m)またはミリメートル(mm)で表される。

3.10

脱落

無効であると認識され、通常は後続のデータ処理で破棄されるプロファイル上の測定点 (サンプル)

3.11

中退率

評価長内で無効と認識された測定点の割合 (%)

3.12

ゼロ平均、勾配抑制プロファイル カーブ

Z ( x )

評価長にわたるプロファイルの平均レベルがゼロにされ、長波長のトレンドが除去されたプロファイル曲線Z ( x )

注記1数学的計算に役立つプロファイル曲線を得るには、勾配または長波長成分を除去し(勾配抑制)、評価長にわたるプロファイルの平均レベルをゼロにする必要があります(オフセット抑制)。これは、プロファイルから最小二乗フィットを差し引くことで実現できます。9.2 を参照してください。結果として得られるプロファイルの平均線は、ゼロ レベルになります。図 1 を参照してください。

注記 2図 1 の特徴は、図をより明確にするために誇張されています。プロファイルから最小二乗法を差し引く場合、図の左から右への 2 つの手順が 1 回の操作で実行されます (これは、ハイパス フィルター処理によっても実行できます)

図 1 —勾配とオフセットの抑制の図

Key

1垂直距離
2水平距離
3元のプロファイル
40レベル
5勾配抑制が適用されました
6オフセット抑制適用

3.13

表面プロファイルスペクトル

テクスチャスペクトル

凹凸スペクトル

異なる 波長(3.1) 又は空間 周波数(3.14) におけるスペクトル成分の大きさを決定するために,プロファイル曲線がデジタル又はアナログフィルタリング技術によって分析されたときに得られるスペクトル。

注記1:テクスチャスペクトルは、各スペクトル成分の大きさをテクスチャ波長または空間周波数の関数として表します。

3.14

空間周波数

(テクスチャ)波長の逆数

注記1空間周波数は通常,メートルの逆数(m −1 )で表される。 3.1, 注 3 も参照してください。

注記2時間領域で使用される「周波数」,より正確には「時間周波数」という用語は,空間領域での「空間周波数」に対応する。

3.15

表面 (テクスチャ) プロファイル レベル

Lλ

表面プロファイル曲線Z(x)の振幅表現の対数変換。後者は二乗平均平方根値として表されます。

例:

Ltx,80は、中心波長が 80 mm の 1/3 オクターブ バンドのテクスチャ プロファイル レベルを示します。ISO 13473-2:2002 の表 1 を参照してください。

注記1:テクスチャプロファイルレベルは、次の式で表すことができます。

(1)

どこ

Lλデシベル単位の 1/3 オクターブ バンド (ref. 10 -6 m) のテクスチャ プロファイル レベル。
L,λデシベル単位のオクターブ バンド (ref. 10 -6 m) のテクスチャ プロファイル レベルです。
λaは、サーフェス プロファイルの垂直変位の二乗平均平方根値です (メートル単位)
参照aは基準値 (= 10 −6 m) です。
λは、1/3 オクターブバンドまたは中心波長λのオクターブバンドフィルターで得られた値を示す添え字です。

注記 2オクターブ帯域フィルタと 1/3 オクターブ帯域フィルタは、ISO 13473-2:2002 の 4.4 で指定されています。

注記 3:二乗平均平方根値として表されるテクスチャ振幅は、フィルター処理されているかどうかに関係なく、いくつかの大きさの範囲、通常は 10 -5 m から 10 -2 m の範囲を持つ場合があります。音響、振動、電気工学。これらすべての分野で、対数振幅スケールを使用するのが最も一般的です。 ISO 13473 のこの部分では、同じアプローチが推奨されています。

注記 4:実際の舗装技術におけるテクスチャ プロファイル レベルは、通常、これらの定義で 20 dB から 80 dB の範囲です。

3.16

パワースペクトル密度

PSD

周波数または波長の関数として、単位周波数または単位波長あたりの信号に含まれるパワーを表す量。

注記1:時間領域で帯域幅フィルタ処理された信号の場合,PSDは,帯域幅が近づいたときの特定の周波数間隔内の時間平均二乗信号の限界値をこの周波数間隔の帯域幅で割った値として定義することができる。ゼロであり、平均化時間が無限になり、式 (2) で表されるように、スペクトルは単位周波数あたりの振幅の 2 乗で表されます。

(2)

どこ

X_時間信号xのパワー スペクトル密度です。
Δfヘルツ単位の周波数間隔の帯域幅、Hz;
T秒単位の平均化時間、

注記2:サンプリングされた信号の離散フーリエ変換の場合,PSDは,フーリエ級数の成分の大きさの2乗をフーリエスペクトルの(狭い)帯域の有効帯域幅で割ったものとして定義することができる( 9.4を参照)

注記3舗装表面プロファイルのスペクトル解析の場合,信号は時間の関数ではなく,評価長さlの関数である。次いで、パワースペクトル密度は、空間周波数または(テクスチャ)波長の関数として与えられ、単位m /m -1 =m または単位m /mmでそれぞれ表される。

注記 4:この呼称の「電力」という言葉は、信号に実際の電力が組み込まれ、振幅の 2 乗がこの電力の尺度である電気信号および音響信号の用語に由来します。

参考文献

[1]ISO 266, 音響 — 優先周波数
[2]ISO 13473-1, 表面プロファイルを使用した舗装テクスチャの特徴付け — 1: 平均プロファイル深さの決定
[3]ISO/IEC Guide 98-3, 測定の不確かさ — 3: 測定における不確かさの表現の手引き (GUM:1995)1)
[4]B endat JS およびPiersol AGランダム データ: 分析および測定手順、第 2 版: John Wiley, ニューヨーク (ISBN 0-471-04000-2)、1986
[5]Oppenheim AV and Willsky AS Signals and Systems 、Prentice-Hall, Englewood Cliff, 1983 年
[6]Randall 、RB Application of B&K equipment to frequency analysis 、Brüel & Kjær, Nærum, (ISBN 87-87355-14-0)、1977
[7]ハリス、FJ離散フーリエ変換による高調波解析のためのウィンドウの使用について、IEEE の議事録、Vol. 1978 年 1 月 1 日
[8]ローレンス マープル、S.アプリケーションによるデジタル スペクトル分析、プレンティス ホール、エングルウッド クリフ (ISBN 0-13-214149-3)、1987 年
[9]Goubert 、L.平均プロファイル深さと 3 番目のオクターブ テクスチャ スペクトルの計算に対する光学プロフィルメータで測定された道路テクスチャ プロファイルの無効な読み取り値の影響、道路と空港の舗装表面特性に関する第 5 回国際シンポジウムの議事録 (SURF 2004)、 2004 年 6 月 6 日~10 日、カナダ、オンタリオ州トロント

3 Terms and definitions

For the purpose of this document, the terms and definitions given in ISO 13473-2:2002 and the following apply. To assist the users, the most relevant terms and definitions from ISO 13473-2:2002 have been copied into this Technical Specification.

3.1

(texture) wavelength

λ

quantity describing the horizontal dimension of the amplitude variations of a surface profile

Note 1 to entry: (Texture) wavelength is normally expressed in metres (m) or millimetres (mm).

Note 2 to entry: Wavelength is a quantity commonly used and accepted in electrotechnical and signal processing vocabularies. Since many users of this Technical Specification may not be accustomed to using the term wavelength in pavement applications, and because electrical signals are often used in the analyses of road surface profiles, there is a possibility of confusion. Hence, the expression “texture wavelength” is preferred here to make a clear distinction in relation to other applications

Note 3 to entry: The profile may be considered as a stationary, random function of the distance along the surface. By means of a Fourier analysis, such a function may be mathematically represented as an infinite series of sinusoidal components of various frequencies (and wavelengths), each having a given amplitude and initial phase. For typical and continuous surface profiles, a profile analysed by its Fourier components contains a continuous distribution of wavelengths. The texture wavelength in ISO 13473 is the reciprocal of the spatial frequency, the unit of which is reciprocal metre (equivalent to cycles per metre). See also 3.14.

Note 4 to entry: The wavelengths may be represented physically as the various lengths of periodically repeated parts of the profile.

3.2

profile sampling

selection of representative parts of a road surface of which the profile will be measured

3.3

profilometer

device used for measuring the profile of a pavement surface

Note 1 to entry: Current designs of profilometers used in pavement engineering include, but are not limited to, sensors based on laser, light sectioning, needle tracer and ultrasonic technologies.

3.4

measurement speed

v

speed at which the profilometer sensor traverses the surface to be measured

Note 1 to entry: Measurement speed is normally expressed in kilometres per hour (km/h) or metres per second (m/s).

3.5

digital signal sampling

determination of discrete measurement values of a signal at regularly spaced data points (and the subsequent conversion of these values into digital code)

Note 1 to entry: In this generic definition of digital signal sampling, the regular spacing of the data points may be applied either in the time or in the spatial domain, depending on the domain (time or space) in which the signal is captured.

3.6

sampling interval

distance between two adjacent data points on the surface, which is equal to the measurement speed divided by the sampling frequency of the sensor

Note 1 to entry: Sampling interval is normally expressed in millimetres (mm).

3.7

profile measurement length

lp

length of an uninterrupted profile measurement

Note 1 to entry: Profile measurement length is normally expressed in metres (m) or millimetres (mm).

3.8

repetition interval

r

distance between the beginning of two consecutive profile measurement lengths, the latter as defined in 3.7

Note 1 to entry: Repetition interval is normally expressed in metres (m).

3.9

evaluation length

l

length of a sample from a profile which has been or is to be analysed

Note 1 to entry: The evaluation length may or may not be equal to the profile measurement length (but never greater).

Note 2 to entry: Evaluation length is normally expressed in metres (m) or millimetres (mm).

3.10

drop-out

measured point (sample) on the profile which is recognized as invalid, and which is usually discarded in the subsequent data processing

3.11

drop-out rate

percentage (%) of measured points within the evaluation length which are recognized as being invalid

3.12

zero-mean, slope-suppressed profile curve

Z ( x )

profile curve, Z ( x ), for which the mean level of the profile over the evaluation length has been brought to zero and for which long-wavelength trends have been removed

Note 1 to entry: To obtain a profile curve useful for mathematical calculations, it is necessary to remove any slope or long-wavelength component (slope suppression), as well as to bring the mean level of the profile over the evaluation length to zero (offset suppression). This can be accomplished by subtracting a least-squares fit from the profile, see 9.2. The resulting mean line of the profile is then at zero level. See illustration in Figure 1.

Note 2 to entry: The features in Figure 1 are exaggerated in order to make the illustration clearer. If subtracting a least-squares fit from the profile, the two steps from left to right in the figure are performed in one operation (which can be performed also by high-pass filtering).

Figure 1—Illustration of slope and offset suppressions

Key

1vertical distance
2horizontal distance
3original profile
40 level
5slope suppression applied
6offset suppression applied

3.13

surface profile spectrum

texture spectrum

unevenness spectrum

spectrum obtained when a profile curve has been analysed by either digital or analogue filtering techniques in order to determine the magnitude of its spectral components at different wavelengths (3.1) or spatial frequencies (3.14)

Note 1 to entry: A texture spectrum presents the magnitude of each spectral component as a function of either texture wavelength or spatial frequency.

3.14

spatial frequency

inverse of (texture) wavelength

Note 1 to entry: Spatial frequency is normally expressed in reciprocal metres (m−1); see also 3.1, Note 3.

Note 2 to entry: The term “frequency” used in the time domain, more precisely “temporal frequency”, corresponds to “spatial frequency” in the space domain.

3.15

surface (texture) profile level

Ltx,λ

logarithmic transformation of an amplitude representation of a surface profile curve Z(x), the latter expressed as a root mean square value

EXAMPLE:

Ltx,80 denotes the texture profile level for the one-third-octave band having a centre wavelength of 80 mm, see Table 1 in ISO 13473-2:2002.

Note 1 to entry: The texture profile level can be expressed by the following equation:

(1)

where

Ltx,λis the texture profile level in one-third-octave bands (ref. 10−6 m), in decibels;
LTX,λis the texture profile level in octave bands (ref. 10−6 m), in decibels;
aλis the root mean square value of the vertical displacement of the surface profile, in metres;
arefis the reference value (= 10−6 m);
λis the subscript indicating a value obtained with a one-third-octave-band or octave-band filter having centre wavelength λ.

Note 2 to entry: Octave-band and one-third-octave-band filters are specified in 4.4 of ISO 13473-2:2002.

Note 3 to entry: Texture amplitudes expressed as root-mean-square values, whether filtered or not, may have a range of several magnitudes, typically 10-5 m to 10-2 m. Spectral characterization of signals is used frequently in studies of acoustics, vibrations and electrotechnical engineering. In all those fields, it is most common to use logarithmic amplitude scales. The same approach is preferred in this part of ISO 13473.

Note 4 to entry: Texture profile levels in practical pavement engineering typically range from 20 dB to 80 dB with these definitions.

3.16

power spectral density

PSD

quantity expressing the power contained in a signal per unit frequency or per unit wavelength as a function of frequency or wavelength

Note 1 to entry: In the case of a bandwidth filtered signal in the time domain, the PSD may be defined as the limit value of the time averaged squared signal within a certain frequency interval divided by the bandwidth of this frequency interval when the bandwidth approaches zero and the averaging time goes to infinity, resulting in the spectrum being presented in terms of squared amplitude per unit frequency, as expressed by Equation (2).

(2)

where

XPSDis the power spectral density of a time signal x ;
∆fis the bandwidth of the frequency interval in hertz, Hz;
Tis the averaging time in seconds, s.

Note 2 to entry: In the case of a Discrete Fourier Transform of a sampled signal, the PSD may be defined as the squared magnitude of the components of the Fourier series divided by the effective bandwidth of the (narrow) bands of the Fourier spectrum (see 9.4)

Note 3 to entry: In the case of spectral analysis of a pavement surface profile, the signal is not a function of time but of evaluation length l . The Power Spectral Density may then be given as a function of the spatial frequency or the (texture) wavelength and will be expressed in the unit m2/m−1 = m3 or in the unit m2/mm, respectively.

Note 4 to entry: The word “Power” in this designation originates from electric and acoustic signal terminology where signals incorporate actual power and where the squared amplitude is a measure of this power.

Bibliography

[1]ISO 266, Acoustics — Preferred frequencies
[2]ISO 13473-1, Characterization of pavement texture by use of surface profiles — 1: Determination of Mean Profile Depth
[3]ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995)1)
[4]Bendat J.S. and Piersol A.G. Random Data: Analysis and measurement procedures, 2nd edition: John Wiley, New York (ISBN 0-471-04000-2), 1986
[5]Oppenheim A.V. and Willsky A.S. Signals and Systems, Prentice-Hall, Englewood Cliffs (ISBN 0-13-809731-3), 1983
[6]Randall, R.B. Application of B&K equipment to frequency analysis, Brüel & Kjær, Nærum, (ISBN 87-87355-14-0), 1977
[7]Harris, F.J. On the use of windows for harmonic analysis with the Discrete Fourier Transform, Proceedings of the IEEE, Vol. 66. No. 1, January 1978
[8]Lawrence Marple, S. Digital spectral analysis with applications, Prentice Hall, Englewood Cliffs (ISBN 0-13-214149-3), 1987
[9]Goubert, L. Influence of invalid readings in road texture profiles measured with optical profilometers on the calculation of the Mean profile Depth and the third octave texture spectrum, Proceedings of the 5th International Symposium on Pavement Surface Characteristics of Roads and Airports (SURF 2004), June 6-10, 2004, Toronto, Ontario, Canada