Čo je stupeň kvality pri posudzovaní stavu vozovky?

Hodnotenie kvality povrchu (stupnica 1 – 5) pre stav vozovky

Definície stupnice kvality 1 – 5

Systém kvality mapuje vizuálny stav povrchu vozovky na ordinálnu stupnicu od 1 do 5, kde 1 znamená výborný povrch a 5 znamená veľmi zlý povrch. Toto päťstupňové členenie nadväzuje na usporiadané kategorické hodnotenia používané v zavedenej praxi riadenia vozoviek. Je to hrubé vizuálne hodnotenie, nie protokol založený na poruchách, ako je index stavu vozovky PCI, a agentúry môžu jeho päť úrovní namapovať na vlastné prahové hodnoty pre údržbu a rehabilitáciu.

TarmacView stupne kvality nevytvára. Táto stránka vysvetľuje pojem a spôsob, akým ho agentúry a výskumníci používajú.

Päť stupňov sa zvyčajne opisuje takto.

Stupeň 1, Výborný. Žiadne viditeľné chyby akéhokoľvek druhu. Textúra povrchu je jednotná a nevyskytujú sa praskliny, odlupovanie, výtlky, záplaty ani vyplavovanie spojiva. Povrch vyzerá ako čerstvo postavený alebo nedávno zrekonštruovaný a škáry, ak sú prítomné, sú tesné a utesnené.

Stupeň 2, Dobrý. Menšie opotrebenie na konštrukčne pevnom povrchu. Môžu byť prítomné veľmi ľahké praskliny, ale sú úzke (vlasové, užšie ako 1/8 palca). Nevyskytuje sa odlupovanie hrán, výrazné odlupovanie povrchu ani záplatovanie. Možná je mierna oxidácia alebo zmena farby. Na bežnú preventívnu údržbu, ako je utesňovanie prasklín alebo hmlové tesnenie, to postačuje.

Stupeň 3, Uspokojivý. Viditeľné poruchy sú prítomné, ale povrch zostáva použiteľný. Stredné priečne, pozdĺžne alebo blokové praskanie so šírkou do približne 1/4 palca, ľahké odlupovanie a záplaty na malej časti povrchu (zvyčajne menej ako 10 %). Kandidátmi na ochranné ošetrenia sú kalové tesnenia, mikrokoberce alebo tenké prekryvné vrstvy.

Stupeň 4, Zlý. Významné poruchy ovplyvňujúce kvalitu jazdy. Stredné až závažné praskanie vrátane aligátorového (únavového) praskania v stopách kolies, praskliny širšie ako 1/4 palca s odlupovaním okrajov, stredné až pokročilé odzrňovanie so stratou kameniva, záplaty na 10 – 30 % povrchu a možné vyjazdené koľaje. Vozovka potrebuje rehabilitáciu, ako je konštrukčný prekryv alebo frézovanie a výplň.

Stupeň 5, Veľmi zlý. Najhoršia kategória stavu. Rozsiahle závažné praskanie, pokročilé aligátorové praskanie s uvoľnenými kusmi, výtlky, pokročilé odzrňovanie, záplaty na viac ako 30 % povrchu alebo zlyhávajúce záplaty a možno hlboké vyjazdené koľaje. Povrch môže predstavovať bezpečnostné riziko a potrebuje rekonštrukciu alebo rozsiahlu rehabilitáciu.

Táto päťstupňová stupnica je zámerne hrubšia ako spojitá stupnica PCI od 0 do 100. Hrubšia granularita zodpovedá presnosti vizuálneho hodnotenia a typickým rozhodovacím úrovniam na úrovni siete.

Ako agentúry hodnotia úseky

Agentúry dlhodobo priraďovali stupne stavu manuálnymi prieskumami. Vyškolení hodnotitelia prechádzajú sieť autom alebo pešo, často rýchlosťou 15-25 mph, posudzujú každý úsek očami alebo podľa nahraného videa a zapisujú stupeň alebo súbor hodnotení porúch. Proces je pomalý a podlieha rozdielom medzi hodnotiteľmi. Aj po zaškolení a certifikácii môžu dvaja hodnotitelia priradiť tomu istému úseku rozdielne hodnotenia a príručka FHWA Practical Guide for Quality Management of Pavement Condition Data Collection uvádza reprodukovateľnosť ako jeden z najťažších problémov manuálnych prieskumov.

Zber na základe obrazov mení spôsob získavania snímok, pretože vozidlá s kamerami na streche jazdia rýchlosťou premávky, ale stupeň sa stále musí priradiť, buď ľuďmi, ktorí si snímky prezerajú, alebo modelom. Modely sú atraktívne, pretože sú opakovateľné: ten istý snímok dostane pri každom spustení rovnaký stupeň.

Hodnotenie kvality pomocou vložení a kNN

Jeden výskumný prístup sa vyhýba tradičnej klasifikačnej sieti s výstupnou vrstvou softmax. Každá dlaždica obrazu vozovky prechádza vision transformerom, ktorý bol predtrénovaný samoriadeným učením na veľmi veľkej zbierke obrazov, napríklad na rodine modelov DINO. Výstupom je vektor vloženia, kompaktný číselný odtlačok vizuálneho obsahu dlaždice. Zachytáva lokálnu textúru, ako je zrnitosť povrchu, vzory prasklín a odkrytie kameniva, aj globálnu štruktúru, ako sú škáry a geometria jazdného pruhu.

Vloženie sa porovnáva s kurátorsky vybranou referenčnou sadou, zbierkou vložení dlaždíc, ktorých stupne určili skúsení ľudskí hodnotitelia. Obvyklou metrikou je kosínusová podobnosť:

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

kde A a B sú dva vektory vložení. Nadobúda hodnoty od -1 (opačný smer) cez 0 (nesúvisiace) až po +1 (zhodný smer).

K najbližších susedov dlaždice v referenčnej sade hlasuje každý za svoj expertný stupeň a dlaždici sa priradí väčšinový hlas. Bežnou voľbou je okolie s piatimi susedmi. Remízy možno rozhodnúť váženým hlasovaním, kde každý hlas váži jeho podobnosť. V porovnaní s natrénovanou klasifikačnou hlavou má hlasovanie k najbližších susedov niekoľko praktických výhod:

• Povrch, ktorý vyzerá ako referencie stupňa 3 aj stupňa 4, dostane stupeň, ktorý odráža túto nejednoznačnosť, namiesto toho, aby bol vtlačený cez jedinú rozhodovaciu hranicu.
• Referenčnú sadu možno rozšíriť o nové dlaždice s expertným hodnotením bez pretrénovania kostry modelu.
• Dlaždicu, ktorá nie je podobná žiadnej referencii, možno označiť ako mimo rozdelenia, čo signalizuje typ povrchu alebo stav, ktorý referenčná sada nepokrýva.

Enkóder vložení možno dolaďovať aj kontrastívnym učením s dohľadom (supervised contrastive learning), ktoré priťahuje dlaždice so zdieľaným stupňom a odtláča dlaždice, ktoré ho nezdieľajú.

Presnosť modelu

Model stupňa kvality sa hodnotí tromi metrikami. Presnosť presnej zhody je podiel dlaždíc, ktoré dostanú presne správny stupeň. Presnosť s odchýlkou o jeden stupeň je podiel predikcií, ktoré sú v rámci jedného stupňa od skutočnej hodnoty. Na ordinálnej stupnici je to významnejšia metrika, pretože dlaždica stupňa 2 predikovaná ako stupeň 3 je oveľa menej závažná ako dlaždica predikovaná ako stupeň 5. Stredná absolútna chyba (MAE) je priemer hodnoty |predicted_grade - true_grade| cez všetky dlaždice. Matica zámen ukazuje, ktoré susedné stupne model zamieňa. Výsledky sa zvyčajne overujú krížovou validáciou k-fold voči referenčnej sade a zhoda medzi expertnými hodnotiteľmi určuje horný limit dosiahnuteľného výkonu modelu.

Nezávislosť kvality od typu povrchu

Stupeň má popisovať stav bez ohľadu na to, či je povrch asfaltový, betónový, kompozitná vozovka alebo povrchová úprava, napríklad chip seal. Výskumné systémy sa to snažia dosiahnuť predtrénovaním enkódera na rozmanitej zbierke obrazov a zaradením každého typu povrchu do referenčnej sady s hodnoteniami. Vloženie tak reaguje na vlastnosti dôležité pre stav, ako sú praskliny, odzrňovanie, záplaty a strata textúry, a nie na farbu povrchu alebo vzor škár. To, či je konkrétny model naozaj nezávislý od typu povrchu, treba overiť na odložených povrchoch, pretože model trénovaný hlavne na jednom type povrchu môže iný typ hodnotiť zle.

Agregácia stupňov dlaždíc na úsek

Stupne jednotlivých dlaždíc nie sú pre správu priamo užitočné, pretože správa pracuje s úsekmi. Stupne dlaždíc sa preto zvyčajne agregujú na úroveň úseku pomocou mediánu, ktorý je odolný voči odľahlým hodnotám. Jedna dlaždica nesprávne zaradená o dva stupne by posunula priemer, ale nie medián, a prechodné artefakty, ako sú kvapky oleja, stopy pneumatík, kaluže alebo nečistoty, sa týmto spôsobom odfiltrujú rovnako.

K agregovanému stupňu môže patriť aj miera spoľahlivosti. Medzikvartilové rozpätie (IQR) stupňov dlaždíc v úseku ukazuje, aký jednotný je povrch. Úsek s mediánovým stupňom 2 a IQR 0 je jednotne dobrý. Úsek s mediánovým stupňom 2 a IQR 2 má lokálne chyby, ktoré by samotný medián skryl, a jednotlivá dlaždica stupňa 4 alebo 5 vnútri inak dobrého úseku je horúce miesto hodné kontroly v teréne.

Stupeň kvality pri posudzovaní stavu

Stupeň kvality môže slúžiť ako vstup pre celkové posúdenie stavu vozovky. Na najjednoduchšej úrovni je stav úseku jeho mediánový stupeň a agentúry nastavujú prahové hodnoty spúšťačov, ktoré presúvajú úsek z jednej kategórie správy do druhej.

Tieto prahy nie sú pevné. Agentúry ich kalibrujú podľa rozpočtových cyklov, výkonnostných cieľov a tolerancie rizika. Dobre financovaná agentúra môže spustiť rehabilitáciu už pri stupni 3, zatiaľ čo agentúra s obmedzeným rozpočtom môže počkať až na stupeň 4.

Podiel siete v jednotlivých stupňoch dáva zhrnutý ukazovateľ stavu a zmena stupňa medzi jednotlivými prieskumnými cyklami ukazuje mieru zhoršovania. Úseky, ktoré medzi cyklami klesnú o jeden alebo viac stupňov, si zaslúžia bližšiu pozornosť.

Stabilita stupňa kvality

Pri ročnom riadení vozoviek musí byť stupeň stabilný pri zmenách, ktoré nie sú skutočnými zmenami vozovky. Časová stabilita znamená, že úsek, ktorý sa nezhoršil, dostane v po sebe idúcich prieskumoch rovnaký stupeň. Stabilita osvetlenia znamená, že priame slnko, zamračená obloha, úsvit a tieň nemenia stupeň, čomu pomáha augmentácia jasu, kontrastu, sýtosti a odtieňa počas trénovania. Stabilita kamery znamená, že rôzne snímače, objektívy, rozlíšenia a farebné profily dávajú konzistentné stupne, a to závisí od štandardizovaného spracovania obrazu. Snímky zachytené pri zlom osvetlení, napríklad v noci alebo v hustom tieni, by sa mali označiť a vylúčiť.

Stupeň kvality vs. PCI a ďalšie indexy

Stupnica 1 – 5 existuje spolu so zavedenými indexmi stavu vozovky a plní inú úlohu.

Index stavu vozovky (PCI) je spojitý index od 0 do 100, definovaný normou ASTM D6433 pre cesty a parkoviská a normou ASTM D5340 pre letiská. Vypočíta sa z podrobného prieskumu porúch. Inšpektor identifikuje každý prítomný typ poruchy (v D6433 je to 19 typov pre asfalt a 15 pre betón), ohodnotí jej závažnosť ako nízku, strednú alebo vysokú, kvantifikuje jej rozsah a z normy aplikuje odpočítavacie hodnoty. PCI je najrozšírenejší index stavu vozovky v Severnej Amerike a mnohé agentúry ho vyžadujú.

Stupeň kvality koreluje s PCI, ale nemá k nemu lineárny vzťah. Úsek s rozsiahlym praskaním nízkej závažnosti (PCI okolo 45) a úsek s jedným závažným výtlkom, ale inak zdravým povrchom (PCI okolo 50), môžu oba dostať stupeň 3. Stupeň kvality je celkový vizuálny dojem, nie výpočet založený na poruchách, a agentúra, ktorá chce z hodnotení získavať výstupy kompatibilné s PCI, ich musí kalibrovať voči PCI nameranému na tých istých úsekoch.

Hodnotenie prevádzkovej spôsobilosti vozovky (PSR) a index prevádzkovej spôsobilosti (PSI) pochádzajú z cestnej skúšky AASHO (1958-1960). PSR je subjektívne hodnotenie 0-5, ktoré udeľuje panel osôb jazdiacich po vozovke, a PSI sa počíta z nerovnosti, praskania, záplatovania a vyjazdených koľají. Stupeň kvality sa líši tým, že vychádza z toho, ako povrch vyzerá, nie z kvality jazdy.

Medzinárodný index nerovnosti (IRI) meria nerovnosť pozdĺžneho profilu a je funkčným ukazovateľom kvality jazdy. Oba ukazovatele sa dopĺňajú, ale nedajú sa zameniť. Hladká, ale silno popraskaná vozovka má zlý stupeň kvality a prijateľné IRI, kým vozovka s mrazovým zdvihom a neporušeným povrchom má opak. Úplný obraz stavu potrebuje oba.

Index kvality vozovky (PQI) je zložený index z IRI, vyjazdených koľají a poškodenia povrchu, ktorý niektoré agentúry používajú ako jednoduchšiu alternatívu k PCI. Stupeň kvality môže slúžiť ako jeho zložka poškodenia povrchu.