Estimation of traffic flow using measurements of road surface vibrations

• Autorzy: Burdzik Rafał , Celiński Ireneusz

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.022.009

Warianty tytułu

PL

Szacowanie natężenia strumienia ruchu z wykorzystaniem pomiaru drgań powierzchni jezdni

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Road traffic parameters in a selected road cross-section can be measured using various techniques. Such measurements can be made in the visible wave band, the audible frequency band or they can be based on vibrations. Most vibrations in the roadway are generated by vehicles moving in a traffic flow. This paper presents a simplified way of traffic flow measurement based on an analysis of road surface vibrations generated by vehicles. The vibrations originating from individual vehicles depend on the latter’s specifications and technical condition, as well as on the road’s pavement type, design class and condition. As part of this research an attempt at the parametrization of the traffic flow in a selected road cross-section was made using a road surface vibration analysis method. For this purpose a prototype measuring system equipped with an ADLX335 accelerometer was built. Road pavement vibration measurements acquired in this way were collated with measurement data obtained from a manual traffic recorder. The results show that the presented method is suitable for road traffic flow estimation.

PL

Pomiar parametrów ruchu drogowego w wybranym przekroju drogi zrealizowany może być z wykorzystaniem różnych technik. Pomiar może być wykonany w pasmie fal widzialnych, pasmie akustycznym lub z wykorzystaniem drgań. Większość drgań w pasie drogowym wywołują pojazdy poruszające się w strumieniu ruchu. W artykule przedstawiono sposób uproszczonego pomiaru natężenia strumienia ruchu z wykorzystaniem analizy drgań powierzchni jezdni wywoływanych przez pojazdy. Drgania pochodzące od poszczególnych pojazdów zależą od ich parametrów technicznych i stanu technicznego, jak również od rodzaju nawierzchni, klasy technicznej i stanu drogi. W artykule przedstawiono także próbę parametryzacji strumienia ruchu drogowego w wybranym przekroju drogi z wykorzystaniem metody analizy drgań nawierzchni. W tym celu użyto prototyp układu pomiarowego wyposażonego w akcelerometr ADLX335. Uzyskane w ten sposób wyniki pomiarów drgań nawierzchni zestawiono z danymi pomiarowymi z ręcznego rejestratora ruchu. Na podstawie otrzymanych wyników wykazano, że prezentowana metoda pozwala na szacowanie natężenia strumienia ruchu drogowego.

Słowa kluczowe

EN

MEMS; road; traffic flow; vibroacoustics

PL

droga; MEMS; natężenie ruchu; wibroakustyka

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 21, no. 2
• Strony: 151--165
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys.

Twórcy

autor

Burdzik Rafał

• Politechnika Śląska, Wydział Transportu i Inżynierii Lotniczej, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

autor

Celiński Ireneusz

• Politechnika Śląska, Wydział Transportu i Inżynierii Lotniczej, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

Bibliografia

• 1. Nagurney A.: Traffic Network Equilibrium, in: Network Economics, Springer, Dordrecht, 1993, 137-165, DOI: 10.1007/978-94-011-2178-1_4
• 2. Wardrop J.G.: Some Theoretical Aspects of Road Traffic Research. Proceedings of the Institute of Civil Engineers, 1, 3, 1952, 325-362, DOI: 10.1680/ipeds.1952.11259
• 3. Samuelson P.A.: Spatial price equilibrium and linear programming. American Economic review, 42, 3, 1952, 283-303, http://www.jstor.org/stable/181038 (20.05.2022)
• 4. May A.: Traffic Flow Fundamentals. Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1990
• 5. Taylor N.B.: The CONTRAM dynamic traffic assignment model TRL. Networks and Spatial Economics, 3, 2003, 297-322, DOI: 10.1023/A:1025394201651
• 6. Kerner B.S.: The Physics of Traffic: Empirical Freeway Pattern Features, Engineering Applications, and Theory. Springer, Berlin/Heidelberg, 2004, DOI: 10.1007/978-3-540-40986-1
• 7. Treiber M., Kesting A.: Traffic Flow Dynamics: Data, Models and Simulation. Springer Berlin/Heidelberg, 2013, DOI: 10.1007/978-3-642-32460-4
• 8. Wang H., Ouyang M., Meng Q., Kong Q.: A traffic data collection and analysis method based on wireless sensor network. Journal on Wireless Communications and Networking, 2020, 2, 2020, DOI: 10.1186/s13638-019-1628-5
• 9. Colonna P., Guaragnella C., Ranieri V., Fonzone A.: Use of Radar device in road traffic surveys. 4th International SIIV Congress – Advances in Transport Infrastructures and Stakeholders Expectations, Palermo, 2007
• 10. Llorca D.F., Salinas C., Jimenez M., Parra I., Morcillo A.G., Izquierdo R., Lorenzo J., Sotelo M.A.: Two-camera based accurate vehicle speed measurement using average speed at a fixed point. 2016 IEEE 19th International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), Rio de Janeiro, 2016, 2533-2538, DOI: 10.1109/ITSC.2016.7795963
• 11. Radam I., Heriyatna E.: A Correlation Analysis of Noise Level and Traffic Flow: Case of One Way Road in Banjarmasin. Asian Journal of Applied Sciences, 6, 2, 2018, 1-64, online, https://www.ajouronline.com/index.php/AJAS/article/view/5264 (20.05.2022)
• 12. Daniel C.S.: Vehicle to vehicle communications: Readiness for application. National Highway Traffic Safety Administration, Washington, 2018
• 13. Bazzi A., Masini B.M.L.: Taking advantage of V2V communications for traffic management. 2011 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), Baden-Baden, 2011, 504-509, DOI: 10.1109/IVS.2011.5940511
• 14. Outay F., Kamoun F., Kaisser F., Alterri D.: V2V and V2I Communications for Traffic Safety and CO2 Emission Reduction: A Performance Evaluation. Procedia Computer Science, 151, 2019, 353-360, DOI: 10.1016/j.procs.2019.04.049
• 15. Grabiński J., Waluś K.: The system of acquisition and archiving of motion parameters of mobile systems – an overview of measuring sensors. AUTOBUSY – Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, 20, 1-2, 2019, 234-240, DOI: 10.24136/atest.2019.042
• 16. Shiferaw H.M.: Measuring traffic induced ground vibration using smartphone sensors for a first hand structural health monitoring, Scientific African, 11, 2021, e00703, online, DOI: 10.1016/j.sciaf.2021.e00703
• 17. Jakubczyk-Gałczyńska A., Jankowski R.: Traffic-induced vibrations. The impact on buildings and people. The 9th International Conference “Environmental engineering”, Vilnius, 2014, DOI: 10.3846/enviro.2014.028
• 18. Kouroussis G., Connolly D.P., Verlinden O.: Railway-induced ground vibrations – a review of vehicle effects. International International Journal of Rail Transportation, 2, 2, 2014, 69-110, DOI: 10.1080/23248378.2014.897791
• 19. Hajek J.J., Blaney Ch.T., Hein D.K.: Mitigation of highway traffic-induced vibration. Annual Conference of the Transportation Association of Canada, Charlottetown, 2006
• 20. Hostettler R.: Traffic counting using measurements of road surface vibrations. Master’s thesis 2009:080, Luleĺ University of Technology, 2009, http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-45113
• 21. Isaksson M.: Vehicle detection using anisotropic magnetoresistors. Master’s thesis EX034/2008, Chalmers Univeristy of Technology, Göteborg, 2007, https://hdl.handle.net/20.500.12380/70865 (20.05.2022)
• 22. Ye Z., Wang L., Xu W., Gao Z., Yan G.: Monitoring Traffic Information with a Developed Acceleration Sensing Node. Sensors, 17, 12, 2017, 2817, DOI: 10.3390/s17122817
• 23. Kleyko D., Hostettler R., Lyamin N., Birk W., Wiklund U., Osipov E.: Vehicle Classification using Road Side Sensors and Feature-free Data Smashing Approach. 2016 IEEE 19th International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC), Rio de Janeiro, 2016, 1988-1993, DOI: 10.1109/ITSC.2016.7795877
• 24. Kruszyna M., Suchy G.: A proposal for method to assess alternatives of proposed road investment in a planning phase. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 17, 2, 2018, 159-176, DOI:10.7409/rabdim.018.010
• 25. Jaździk-Osmólska A., Smółka Ł.: Analysis of expenditure on district roads in the years 2006-2010 on the example of Małopolska province. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 15, 3, 2016, 179-189, DOI:10.7409/rabdim.016.011
• 26. Heller S., Mechowski T., Harasim P.: Wykorzystanie badań diagnostycznych stanu nawierzchni do rozpoznania miejsc niebezpiecznych dla użytkowników drogi. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 9, 1, 2010, 57-75
• 27. Nagórski R., Błażejowski K., Nagórska M.: Comparative analysis of deflections and strains of two road pavements with high traffic load. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 14, 1, 2015, 31-46, DOI:10.7409/rabdim.015.003
• 28. Hua X., Gandee E.: Vibration and dynamics analysis of electric vehicle drivetrains. Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 40, 3, 2021, 1241-1251, DOI: 10.1177/1461348420979204
• 29. Shin E.G., Ahlswede M., Muenzberg C., Suh I., Engel F.: Noise and Vibration Phenomena of On-Line Electric Vehicle. SAE 2011 Noise and Vibration Conference and Exhibition, Grand Rapids, USA, 2011, DOI: 10.4271/2011-01-1726
• 30. Uttarakumari M., Koushik A.S., Raghavendra A.S., Adiga A.R., Harshita P.: Vehicle detection using acoustic signatures. 2017 International Conference on Computing, Communication and Automation, Greater Noida, India, 2017, 1173-1177, DOI: 10.1109/CCAA.2017.8229975
• 31. Genuit K.: The new sounds of electric vehicles-Quieter but really better? The Journal of the Acoustical Society of America, 141, 5, 2017, 3876, DOI: 10.1121/1.4988671
• 32. Forum Arduino „Stabilizing Accelerometer (ADXL335) to measure displacement?”, https://forum.arduino.cc/t/stabilizing-accelerometer-adxl335-to-measure-displacement/569416 (23.04.2022)

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).