周衛(wèi), 廖榮, 尹海佳, 劉向華

(1.廣東省公路建設(shè)有限公司, 廣東 廣州 510699;2.廣東交科檢測(cè)有限公司, 廣東 廣州 510550)

隨著自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展,采用車載式標(biāo)線逆反射測(cè)量?jī)x進(jìn)行標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)動(dòng)態(tài)快速檢測(cè)的方法(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)線逆反射快速檢測(cè))得到應(yīng)用[1-4]。使用車載式標(biāo)線逆反射測(cè)量?jī)x進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中,不同因素可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。何華陽(yáng)等分析路面平整度對(duì)標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)靜態(tài)檢測(cè)結(jié)果的影響,指出入射角偏差對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響較大,車載式標(biāo)線逆反射測(cè)量?jī)x在平整度較差路面上的抗干擾能力較強(qiáng),測(cè)量結(jié)果可信度更高[5]。王露婉等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了檢測(cè)車輛加減速較大變化引起觀測(cè)距離和觀測(cè)角度變化對(duì)標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響[6]。Fletcher J.等分析了逆反射測(cè)試裝置溫度變化與標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的相關(guān)性[7]。

標(biāo)線逆反射快速檢測(cè)是將測(cè)量?jī)x器與檢測(cè)車輛相結(jié)合,在車輛行駛過(guò)程中按照設(shè)定頻率動(dòng)態(tài)掃描取點(diǎn),檢測(cè)結(jié)果可能受到一些因素的影響。首先,檢測(cè)儀器的光源等光學(xué)器件會(huì)受到環(huán)境光(如日光)的影響,須分析儀器在不同環(huán)境光照強(qiáng)度下的濾光性能。其次,對(duì)于固定采樣頻率的測(cè)量?jī)x,數(shù)據(jù)采集量與車輛行駛速度密切相關(guān),不同測(cè)試速度會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集量差異,進(jìn)而影響檢測(cè)結(jié)果。因此,須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),分析各因素對(duì)逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響程度,得出最佳且合理的檢測(cè)條件,提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性,并為改進(jìn)測(cè)量?jī)x器的算法和檢測(cè)方法提供依據(jù)。本文通過(guò)單因素方差分析研究各因素影響下逆反射快速檢測(cè)結(jié)果的差異,分析各因素對(duì)逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響程度,為道路交通標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)快速檢測(cè)提供參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 方差分析方法

方差分析適用于兩個(gè)以上樣本均數(shù)差別的顯著性檢驗(yàn)[8]。本文研究的因變量為標(biāo)線逆反射快速檢測(cè)結(jié)果,研究因子為可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素。因變量的變異一部分來(lái)自因子不同水平的影響(組間變異),另一部分來(lái)自誤差因素的影響(組內(nèi)變異)。方差分析的假定條件為正態(tài)分布、獨(dú)立和方差齊性。一般認(rèn)為樣本數(shù)量足夠,總體近似服從正態(tài)分布;組間為獨(dú)立重復(fù)試驗(yàn),故是獨(dú)立的;保證總體方差齊性是必須的,采用Levene檢驗(yàn)進(jìn)行方差齊性驗(yàn)證。方差分析算法如下:

(1) 假定各水平間無(wú)差異,則需要對(duì)式(1)的假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)。

H0:μ1=μ2=…=μr

(1)

(2) 在第i個(gè)水平下總體獲得m個(gè)試驗(yàn)結(jié)果,即:

yij;i=1,2,…,r;j=1,2,…,m

(3) 僅由隨機(jī)誤差引起的數(shù)據(jù)差異用組內(nèi)偏差平方和表示,記為Se,按式(2)計(jì)算。由組間水平效應(yīng)不同引起的數(shù)據(jù)差異用組間偏差平方和表示,記為SA,按式(3)計(jì)算。各yij間總差異用總偏差平方和ST表示,按式(4)計(jì)算。

n-r

(2)

式中:fe為組內(nèi)偏差平方和的自由度;n為試驗(yàn)總次數(shù)。

(3)

式中:fA為組間偏差平方和的自由度。

(4)

式中:fT為總偏差平方和的自由度。

(4) 引入均方的概念,并用F值作為檢驗(yàn)假設(shè)H0的統(tǒng)計(jì)量,按式(5)計(jì)算。若將Y記為服從F(fA,fe)的隨機(jī)變量,則檢驗(yàn)概率P=P(Y≥F)。在顯著性水平α下,若F≥F1-α(fA,fe),P<α,則因子的各水平有顯著差異,拒絕原假設(shè);若Fα,則因子的各水平無(wú)顯著差異。

(5)

式中:MSA=SA/fA;MSe=Se/fe。

(5) 按式(6)計(jì)算方差效應(yīng)量η2(單因素方差分析中η2和偏η2一致),進(jìn)一步比較各因素間關(guān)聯(lián)效應(yīng)的強(qiáng)度。η2值為0～1,其值越大,則不同組別間的差異越大,研究因素對(duì)因變量越重要。

(6)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分組

對(duì)不同研究因素分別設(shè)計(jì)3種不同水平,試驗(yàn)時(shí)控制單一變量,確保同一天內(nèi)完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,以減少其他變量的影響[9]。

(1) 光照強(qiáng)度。確定低光照度(<30 000 lx)、中等光照度(30 000～<65 000 lx)、高光照度(65 000～≥100 000 lx)的水平范圍,每100 m作為一個(gè)測(cè)試單元,每個(gè)測(cè)試單元在各光照強(qiáng)度水平下重復(fù)試驗(yàn)5次,測(cè)試相同位置車道邊緣實(shí)線,測(cè)試時(shí)車輛以80 km/h的速度勻速行駛。

(2) 車輛速度。確定車速水平為40 km/h、60 km/h、80 km/h,每100 m作為一個(gè)測(cè)試單元,每個(gè)測(cè)試單元在各車輛速度水平下重復(fù)試驗(yàn)6次,車輛勻速行駛,測(cè)試相同位置車道邊緣實(shí)線。測(cè)試在較高環(huán)境光照度下進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

以廣東省江羅(江門—羅定)高速公路交通標(biāo)線為試驗(yàn)對(duì)象,標(biāo)線類型為熱熔型,標(biāo)線干燥、無(wú)污染,長(zhǎng)度1 km。試驗(yàn)采用美國(guó)Roadvista LaserLux G7車載移動(dòng)式逆反射系數(shù)測(cè)量?jī)x,該測(cè)量?jī)x采用激光光源,采集頻率為400次/s,測(cè)量幾何條件的入射角與觀測(cè)角滿足ASTM E1710和EN 1436的要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 光照因子方差分析

不同光照度水平下各測(cè)試單元標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的平均值見表1、圖1。從圖1可見不同光照度水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果差異較小。

圖1 不同光照度水平下標(biāo)線的逆反射亮度系數(shù)

表1 不同光照度水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

以測(cè)量單元1(第一個(gè)100 m)為例,對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值特征統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表2。從表2可以看出:3種光照度水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差有一定差異,這種差異可能是由各種隨機(jī)誤差導(dǎo)致的數(shù)據(jù)變化,不能斷定是不是由光照度水平不同所致,須進(jìn)行方差分析。方差分析結(jié)果見表3。

表2 不同光照度水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的數(shù)值特征統(tǒng)計(jì)

表3 光照因素下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的方差分析

顯著性水平取0.05。從表3可以看出:3種光照度水平下各測(cè)試單元逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的Levene檢驗(yàn)顯著性均大于0.05,表明檢測(cè)結(jié)果方差齊性,總體方差無(wú)離散情況,可進(jìn)行下一步方差分析;各測(cè)試單元逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的顯著性概率P值均大于0.05,表明在95%置信區(qū)間內(nèi),3種光照度水平對(duì)標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著性差異。

2.2 車速因子方差分析

對(duì)于LaserLux G7這種固定采集頻率的車載移動(dòng)式逆反射系數(shù)測(cè)量?jī)x,理論上速度為40 km/h時(shí),縱向分辨率為2.8 cm(11.1 m/s,400次/s,11.1/400=0.028 m/次,每100 m共有3 600個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù));速度為60 km/h時(shí),縱向分辨率為4.2 cm(16.7 m/s,400次/s,16.7/400=0.042 m/次,每100 m共有2 400個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù));速度為80 km/h時(shí),縱向分辨率為5.5 cm(22.2 m/s,400次/s,22.2/400=0.056 m/次,每100 m共有1 800個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù))?？梢?不同測(cè)試速度會(huì)導(dǎo)致儀器在每個(gè)測(cè)試單元內(nèi)的取樣位置和數(shù)據(jù)采集量存在差異。不同車速水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的平均值見表4、圖2。從圖2可以看出:不同車速水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果總體上差別不大,但吻合程度沒有不同光照度水平下檢測(cè)結(jié)果好。

圖2 不同車速水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

表4 不同速度水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果

以測(cè)量單元1(第一個(gè)100 m)為例,對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值特征統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表5。從表5可以看出:3種車速水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差有一定差異,這種差異可能是由各種隨機(jī)誤差導(dǎo)致的數(shù)據(jù)變化,不能斷定是不是由車速水平不同所致,須進(jìn)行方差分析。方差分析結(jié)果見表6。

表5 不同速度水平下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的數(shù)值特征統(tǒng)計(jì)

表6 車速因素下標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的方差分析

從表6可以看出:3種車速水平下各測(cè)試單元逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的Levene檢驗(yàn)顯著性均大于0.05,表明檢測(cè)結(jié)果方差齊性,總體方差無(wú)離散情況,可進(jìn)行下一步方差分析;各測(cè)試單元逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的顯著性概率P值均大于0.05,表明在95%置信區(qū)間內(nèi),3種車速水平對(duì)逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著性差異。

2.3 方差分析效應(yīng)量計(jì)算

根據(jù)單因素方差分析結(jié)果,不同光照強(qiáng)度和車輛速度對(duì)標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上均無(wú)顯著性差異。但對(duì)比發(fā)現(xiàn),總體上車速因素下逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的P值比光照度因素下逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的P值小,車速因素下逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的組間均方比光照度因素下逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的組間均方大,表明其組間效應(yīng)差異大。為此,通過(guò)計(jì)算方差效應(yīng)量進(jìn)一步分析二者對(duì)標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的重要程度,效應(yīng)量計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 光照因素與車速因素的方差效應(yīng)量計(jì)算結(jié)果

從表7可以看出:車速因素的效應(yīng)量整體比光照因素的效應(yīng)量高,對(duì)于標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè),車速控制比光照強(qiáng)度更重要。這是由于不同車速下測(cè)量?jī)x的檢測(cè)分辨率不同、數(shù)據(jù)采集量也不同,測(cè)試時(shí)應(yīng)著重控制車速。

3 結(jié)論

(1) 在95%置信區(qū)間內(nèi),不同光照度水平對(duì)標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著性差異。測(cè)量?jī)x內(nèi)部光補(bǔ)償系統(tǒng)可將外界環(huán)境光的干擾基本排除,可在各種光照強(qiáng)度范圍內(nèi)開展標(biāo)線逆反射動(dòng)態(tài)快速檢測(cè)。

(2) 在95%置信區(qū)間內(nèi),不同車速水平對(duì)標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè)結(jié)果的影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著性差異。但由于不同測(cè)試速度下測(cè)量?jī)x的檢測(cè)分辨率和測(cè)試數(shù)據(jù)量有一定差別,對(duì)于標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)檢測(cè),速度控制比光照強(qiáng)度更重要。測(cè)試速度為80 km/h時(shí),測(cè)量分辨率與儀器激光掃描長(zhǎng)度一致,測(cè)量結(jié)果能全面覆蓋標(biāo)線整體。為得到足夠多且可信度更高的檢測(cè)數(shù)據(jù),檢測(cè)車速不宜太快,建議以不超過(guò)80 km/h的速度平穩(wěn)勻速行駛。

除光照強(qiáng)度和測(cè)試速度外,標(biāo)線逆反射亮度系數(shù)快速檢測(cè)結(jié)果可能還會(huì)受其他因素的影響,有待進(jìn)一步深入研究。