Co je třída kvality při hodnocení stavu vozovky?

Stupňování kvality povrchu (škála 1–5) pro hodnocení stavu vozovky

Definice škály kvality 1–5

Systém kvality mapuje vizuální stav povrchu vozovky na ordinální škálu od 1 do 5, kde 1 znamená výborný povrch a 5 znamená velmi špatný povrch. Toto pětistupňové členění navazuje na uspořádaná kategorická hodnocení používaná v zavedené praxi správy vozovek. Jde o hrubé vizuální hodnocení, nikoli protokol založený na poruchách, jako je index stavu vozovky PCI, a agentury mohou jejich pět úrovní namapovat na vlastní prahové hodnoty pro údržbu a rehabilitaci.

TarmacView třídy kvality neprodukuje. Tato stránka vysvětluje pojem a to, jak ho agentury a výzkumníci používají.

Pět tříd se obvykle popisuje takto.

Třída 1, výborná. Žádné viditelné vady jakéhokoli druhu. Textura povrchu je jednotná a nejsou přítomny praskliny, odprýskávání, výtluky, záplaty ani vytékání pojiva. Povrch vypadá jako čerstvě postavený nebo nedávno zrekonstruovaný a spáry, pokud jsou přítomny, jsou těsné a utěsněné.

Třída 2, dobrá. Drobné opotřebení na konstrukčně pevném povrchu. Mohou být přítomny velmi lehké praskliny, ale jsou úzké (vlasové, užší než 1/8 palce). Nevyskytuje se odprýskávání hran, výrazné odlupování povrchu ani záplaty. Možná je lehká oxidace nebo změna barvy. Pro běžnou preventivní údržbu, jako je zalévání trhlin nebo hmlové těsnění, to stačí.

Třída 3, uspokojivá. Viditelné poruchy jsou přítomny, ale povrch zůstává provozuschopný. Střední příčné, podélné nebo blokové praskání se šířkou až přibližně 1/4 palce, lehké rozpadávání a záplaty na malé části povrchu (obvykle méně než 10 %). Kandidáty na ochranné úpravy jsou kalové těsnění, mikrokoberce nebo tenké překryvné vrstvy.

Třída 4, špatná. Významné poruchy ovlivňující kvalitu jízdy. Středně závažné až silné praskání včetně aligátorového (únavového) praskání v kolejových stopách, trhliny širší než 1/4 palce s odprýskáváním hran, středně pokročilé až pokročilé rozpadávání se ztrátou kameniva, záplaty na 10–30 % povrchu a možné koleje. Vozovka potřebuje rehabilitaci, jako je konstrukční překryv nebo frézování a doplnění.

Třída 5, velmi špatná. Nejhorší kategorie. Rozsáhlé závažné praskání, pokročilé aligátorové praskání s uvolněnými kusy, výtluky, pokročilé rozpadávání, záplaty na více než 30 % povrchu nebo selhávající záplaty a případně hluboké koleje. Povrch může představovat bezpečnostní riziko a vyžaduje rekonstrukci nebo zásadní rehabilitaci.

Pětistupňová škála je záměrně hrubší než spojitá škála PCI 0–100. Hrubší členění odpovídá přesnosti vizuálního hodnocení a typickým rozhodovacím úrovním na úrovni sítě.

Jak agentury hodnotí úseky

Agentury odjakživa přiřazovaly třídy stavu ručními průzkumy. Vyškolení hodnotitelé projíždějí nebo procházejí síť, často rychlostí 15-25 mph, posuzují každý úsek očima nebo podle nahraného videa a zapisují třídu nebo sadu hodnocení poruch. Proces je pomalý a podléhá rozdílům mezi hodnotiteli. I po zaškolení a certifikaci mohou dva hodnotitelé přiřadit stejnému úseku různá hodnocení a příručka FHWA Practical Guide for Quality Management of Pavement Condition Data Collection uvádí reprodukovatelnost jako jeden z nejtěžších problémů ručních průzkumů.

Sběr založený na snímcích mění způsob pořizování snímků, protože vozidla se střešními kamerami jezdí rychlostí provozu, ale třída se stále musí přiřadit, buď lidmi, kteří snímky prohlížejí, nebo modelem. Modely jsou atraktivní, protože jsou opakovatelné: stejný snímek dostane při každém spuštění stejnou třídu.

Hodnocení kvality jako výzkum embeddingů a kNN

Jeden výzkumný přístup se vyhýbá tradiční klasifikační síti s výstupní vrstvou softmax. Každá dlaždice snímku vozovky prochází vision transformerem, který byl předtrénován samořízeným učením na velmi velké sbírce obrazů, například v rodině modelů DINO. Výstupem je embeddingový vektor, kompaktní číselný otisk vizuálního obsahu dlaždice. Zachycuje lokální texturu, jako je zrnitost povrchu, vzory trhlin a odkrytí kameniva, i globální strukturu, jako jsou spáry a geometrie jízdního pruhu.

Embedding se porovnává s kurátorsky vybranou referenční sadou, sbírkou embeddingů dlaždic, jejichž třídy určili zkušení lidští hodnotitelé. Obvyklou metrikou je kosinová podobnost:

cosine_similarity(A, B) = (A · B) / (||A|| × ||B||)

kde A a B jsou dva embeddingové vektory. Nabývá hodnot od -1 (opačný směr) přes 0 (nesouvisející) až po +1 (stejný směr).

k nejbližších sousedů dlaždice v referenční sadě hlasuje každý pro svou expertní třídu a dlaždici se přiřadí většinový hlas. Běžnou volbou je okolí asi pěti sousedů. Remízy lze rozhodnout váženým hlasováním, kde je každý hlas vážen svou podobností. Ve srovnání s natrénovanou klasifikační hlavou má hlasování nejbližších sousedů několik praktických výhod:

• Povrch, který připomíná reference třídy 3 i třídy 4, dostane třídu, která tuto nejednoznačnost odráží, místo aby byl vtlačen přes jedinou rozhodovací hranici.
• Referenční sadu lze rozšířit o nové dlaždice s expertním hodnocením bez přetrénování páteře modelu.
• Dlaždice, která není podobná žádné referenci, může být označena jako mimo rozdělení, což signalizuje typ povrchu nebo stav, který referenční sada nepokrývá.

Enkodér embeddingů lze také dolaďovat kontrastivním učením s dohledem (supervised contrastive learning), které přitahuje dlaždice sdílející třídu a odtlačuje dlaždice, které ji nesdílejí.

Přesnost modelu

Model třídy kvality se hodnotí třemi metrikami. Přesnost přesné shody je podíl dlaždic, které dostanou přesně správnou třídu. Přesnost s odchylkou o jednu třídu je podíl predikcí, které jsou v rámci jedné třídy od skutečné hodnoty. Na ordinální škále je to důležitější metrika, protože dlaždice třídy 2 predikovaná jako třída 3 je mnohem méně závažná než dlaždice predikovaná jako třída 5. Střední absolutní chyba (MAE) je průměr hodnoty |predicted_grade - true_grade| přes všechny dlaždice. Matice záměn ukazuje, které sousední třídy model zaměňuje. Výsledky se obvykle ověřují křížovou validací k-fold vůči referenční sadě a shoda mezi expertními hodnotiteli určuje horní hranici dosažitelného výkonu modelu.

Nezávislost kvality na typu povrchu

Třída má popisovat stav bez ohledu na to, zda je povrch asfaltový, betonový, kompozitní vozovka nebo povrchová úprava, jako je chip seal. Výzkumné systémy se toho snaží dosáhnout předtréninkem enkodéru na rozmanité sbírce snímků a zařazením každého typu povrchu do referenční sady s hodnoceními. Embedding tak reaguje na vlastnosti relevantní pro stav, jako jsou trhliny, rozpadávání, záplaty a ztráta textury, nikoli na barvu povrchu nebo vzor spár. To, zda je daný model skutečně nezávislý na typu povrchu, je třeba ověřit na odložených površích, protože model trénovaný převážně na jednom typu povrchu může jiný typ hodnotit špatně.

Agregace tříd dlaždic na úsek

Hodnocení jednotlivých dlaždic není pro správu přímo užitečné, protože správa pracuje s úseky. Třídy dlaždic se proto obvykle agregují na úroveň úseku pomocí mediánu, který je odolný vůči odlehlým hodnotám. Jedna dlaždice chybně zařazená o dvě třídy by posunula průměr, ale ne medián, a přechodné artefakty, jako jsou kapky oleje, stopy pneumatik, kaluže nebo nečistoty, se stejným způsobem odfiltrují.

K agregované třídě může patřit i míra spolehlivosti. Mezikvartilové rozpětí (IQR) tříd dlaždic v rámci úseku ukazuje, jak jednotný povrch je. Úsek s mediánovou třídou 2 a IQR 0 je všude dobrý. Úsek s mediánovou třídou 2 a IQR 2 má lokální vady, které by samotný medián skryl, a jednotlivá dlaždice třídy 4 nebo 5 uvnitř jinak dobrého úseku je hotspot hodný kontroly v terénu.

Třída kvality v hodnocení stavu

Třída kvality může sloužit jako vstup pro celkové hodnocení stavu vozovky. Na nejjednodušší úrovni je stav úseku jeho mediánovou třídou a agentury nastavují prahové hodnoty spouštěčů, které přesouvají úsek z jedné kategorie správy do jiné.

Tyto prahy nejsou pevné. Agentury je kalibrují podle svých rozpočtových cyklů, výkonnostních cílů a míry tolerance rizika. Dobře financovaná agentura může spustit rehabilitaci již při třídě 3, zatímco agentura s omezeným rozpočtem může počkat až na třídu 4.

Podíl sítě v jednotlivých třídách dává zjednodušený ukazatel zdraví sítě a změna třídy mezi jednotlivými prohlídkovými cykly ukazuje rychlost zhoršování. Úseky, které v jednotlivých cyklech klesnou o jednu nebo více tříd, si zaslouží bližší pozornost.

Stabilita třídy kvality

Pro meziroční správu vozovek musí být třída stabilní vůči změnám, které nejsou skutečnými změnami vozovky. Časová stabilita znamená, že úsek, který se nezhoršil, dostane v po sobě jdoucích průzkumech stejnou třídu. Stabilita osvětlení znamená, že přímé slunce, zataženo, svítání a stín třídu nemění, čemuž pomáhá augmentace jasu, kontrastu, sytosti a odstínu během trénování. Stabilita kamery znamená, že různé senzory, objektivy, rozlišení a barevné profily dávají konzistentní třídy, což závisí na standardizovaném zpracování obrazu. Snímky pořízené za špatného osvětlení, například v noci nebo v hustém stínu, by měly být označeny a vyřazeny.

Třída kvality vs. PCI a další indexy

Škála 1–5 existuje vedle zavedených indexů stavu vozovky a plní jinou roli.

Index stavu vozovky (PCI) je spojitý index od 0 do 100, definovaný normou ASTM D6433 pro silnice a parkoviště a normou ASTM D5340 pro letiště. Počítá se z podrobného průzkumu poruch. Inspektor identifikuje každý přítomný typ poruchy (v D6433 jich je 19 pro asfalt a 15 pro beton), ohodnotí jejich závažnost jako nízkou, střední nebo vysokou, kvantifikuje jejich rozsah a z normy aplikuje odečítací hodnoty. PCI je nejrozšířenějším indexem stavu vozovky v Severní Americe a mnoho agentur ho vyžaduje.

Třída kvality koreluje s PCI, ale nemá k němu lineární vztah. Úsek s rozsáhlým praskáním nízké závažnosti (PCI kolem 45) a úsek s jediným závažným výtlukem, ale jinak zdravým povrchem (PCI kolem 50), mohou oba dostat třídu 3. Třída kvality je celkový vizuální dojem, nikoli výpočet založený na poruchách, a agentura, která chce z tříd získávat výstupy kompatibilní s PCI, je musí kalibrovat vůči PCI naměřenému na týchž úsecích.

Hodnocení provozní způsobilosti vozovky (PSR) a index provozní způsobilosti (PSI) pocházejí z AASHO Road Test (1958–1960). PSR je subjektivní hodnocení 0–5, které uděluje panel osob jezdících po vozovce, a PSI se počítá z nerovnosti, praskání, záplatování a kolejí. Třída kvality se liší tím, že vychází z toho, jak povrch vypadá, nikoli z kvality jízdy.

Mezinárodní index nerovnosti (IRI) měří nerovnost podélného profilu a je funkčním ukazatelem kvality jízdy. Oba ukazatele se doplňují, ale nejsou zaměnitelné. Hladká, ale silně popraskaná vozovka má špatnou třídu kvality a přijatelné IRI, zatímco vozovka s mrazovým zdvihem a neporušeným povrchem má opak. Úplný obraz stavu potřebuje oba.

Index kvality vozovky (PQI) je složený index z IRI, kolejí a poškození povrchu, který některé agentury používají jako jednodušší alternativu k PCI. Třída kvality může sloužit jako jeho složka poškození povrchu.