Project WIM-Hand 1e tussenrapport. Resultaten van de eerste fase van het project Weigh-In- Motion voor directe Handhaving

Transcriptie

1 Project WIM-Hand 1e tussenrapport Resultaten van de eerste fase van het project Weigh-In- Motion voor directe Handhaving Maart 2001

2 Colofon Rapport nr IB-R Titel Project WIM-Hand, 1 e tussenrapport Subtitel Resultaten van de eerste fase van het project Weigh-In- Motion voor directe Handhaving in Status Concept Versie 1.0 Datum rapport 8 maart 2001 Auteur: ir. F.J. van Loo, ARCADIS Bouw/Infra B.V. Opdrachtgever Directoraat Generaal Goederenvervoer Postbus EX Den Haag Opdrachtnemer Dienst Weg- en Waterbouwkunde Postbus GA Delft Trefwoorden overbelading, directe handhaving, aslasten, aslastmeting, Weigh in Motion, High Speed, Multi sensor, zwaar verkeer Versie Status Datum Commentaar 0.2 concept R.J. Henny 0.3 concept R.J. Henny, R.A. van Doorn, L.B. de Wit 0.4 concept Projectgroep Overbelading 1.0 definitief Copyright: Rijkswaterstaat, Dienst Weg- en Waterbouwkunde De Dienst Weg- en Waterbouwkunde van de Rijkswaterstaat heeft de in dit rapport opgenomen gegevens zorgvuldig verzameld naar de laatste stand van zaken. Desondanks kunnen er onjuistheden in dit rapport voorkomen. Het Rijk sluit iedere aansprakelijkheid uit voor schade die uit het gebruik van de hierin opgenomen gegevens mocht voortvloeien. 2

3 Inhoudsopgave Inhoudsopgave 3 Voorwoord 4 1 Management samenvatting Achtergrond en doelstelling Multi Sensor Weigh-In-Motion Kalibratie en testen Testlokatie 7 2 Projectomgeving Achtergrond Huidige handhaving Aanleiding Probleemstelling Doelstelling Uitgangspunten en randvoorwaarden Relatie met andere projecten Fasering en planning 15 3 Technische achtergrond WIM Nauwkeurigheid, foutkans en betrouwbaarheid Piëzo-quartz sensoren Voertuigdynamica Multi-sensor WIM systemen Principe ontwerp voor sensor-array Commentaar op het principe ontwerp Nader onderzoek voor opbouw sensor-array Gekozen sensor array Schattingsalgoritmen 24 4 Kalibratie en testen Inleiding kalibratie Haalbaarheid kalibratievoertuig Kalibratie- en testprocedure Snelheidsonafhankelijkheid Eventuele aanvullende tests Certificering 30 5 Voorbereiding bouw testsysteem Keuze van testlokatie Aanpassingen aan de locatie Functionele specificaties Vervolg 37 Bijlage 1, Acroniemen en afkortingen 38 Bijlage 2, Begrippen en definities 39 Bijlage 3, Referentielijst 42 3

4 Voorwoord Onderliggend document bevat de eerste tussenrapportage van het project WIM-Hand dat in opdracht van het Directoraat Generaal Goederenvervoer in het kader van het project Overbelading, wordt uitgevoerd door de Dienst weg- en Waterbouwkunde van Rijkswaterstaat. WIM-Hand staat voor Weigh In Motion voor directe Handhaving. In dit project wordt onderzocht of het mogelijk is om met bestaande technologie een aslastmeetsysteem te bouwen dat ingezet kan worden voor automatische handhaving van overbelading door zware vrachtwagens. Dit rapport bevat de achtergrond, aanleiding, probleemstelling, doelstelling en de uitgangspunten van het project. Tevens worden de resultaten beschreven van de eerste fase van het project, het vooronderzoek. De belangrijkste onderwerpen van het vooronderzoek waren; het ontwerp van het sensor-array voor het testsysteem, de keuze van de testlocatie en het opstellen van een testen kalibratie-programma. Dit rapport dient als vastlegging van de resultaten van het vooronderzoek tot nu toe en dient verder als basis voor het vervolg van het project. 4

5 1 Management samenvatting Onderliggend document bevat de eerste tussenrapportage van het project WIM-Hand dat in opdracht van het Directoraat Generaal Goederenvervoer in het kader van het project Overbelading, wordt uitgevoerd door de Dienst weg- en Waterbouwkunde van Rijkswaterstaat. WIM-Hand staat voor Weigh In Motion voor directe Handhaving. In dit project wordt onderzocht of het mogelijk is om met bestaande technologie een aslastmeetsysteem te bouwen dat ingezet kan worden voor automatische handhaving van overbelading door zware vrachtwagens. Dit rapport bevat de achtergrond, aanleiding, probleemstelling, doelstelling en de uitgangspunten van het project. Tevens worden de resultaten beschreven van de eerste fase van het project, het vooronderzoek. Dit rapport dient als vastlegging van de resultaten van het vooronderzoek tot nu toe en dient verder als basis voor het vervolg van het project. 1.1 Achtergrond en doelstelling Het (inter-) nationale goederentransport over de weg is een belangrijk onderdeel van de Nederlandse economie, vrachtwagens vervoeren jaarlijks 600 miljoen ton, [CBS, 2000]. De infrastructuur wordt met name belast door het vrachtverkeer. Het aantal en de gewichten van vrachtwagen (-assen/- s) bepalen voor het grootste deel de mate van onderhoud. Omdat er een progressieve (4 e orde) relatie bestaat tussen een aslast en de door die aslast veroorzaakte schade aan het wegdek, wordt er een onevenredig groot deel van de schade aan de infrastructuur veroorzaakt door vrachtwagens met hogere aslasten dan de wettelijke maxima. De directe kosten voor extra verhardingsonderhoud worden grofweg geraamd op ca. ƒ50 miljoen per jaar dit is exclusief de kosten ten gevolge van extra verkeershinder (files) door wegwerkzaam-heden. Het beleid van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat is er tevens op gericht eerlijke concurrentie tussen bedrijven te stimuleren. Het overbeladen van vrachtwagens is in dit kader ongewenst. Als één of meerdere assen van een vrachtwagen of het gehele voertuig overbeladen zijn dan heeft dit waarschijnlijk eveneens een negatieve invloed op de verkeersveiligheid. De huidige handhaving op overbelading wordt uitgevoerd door de politie en de Rijksverkeersinspectie. In de uitvoering ervan zijn verschillende werkwijzen te onderscheiden; repressief met handmatige voorselectie, repressief met WIM- VID voorselectie en preventief door bedrijfscontroles. In het project WIM-VID [Henny, 1998] is reeds aangetoond dat Weigh-In-Motion in combinatie met Video een efficiënt hulpmiddel is bij staandehoudingen en preventieve aanpak. Nadeel blijft dat deze werkwijze nog steeds erg arbeidsintensief is omdat de statische (stilstaande) naweging noodzakelijk blijft. In het plan van aanpak Overbelading, opgesteld door het Directoraat Generaal Goederenvervoer, is nadrukkelijk de behoefte aangegeven om WIM- systemen in de toekomst in te kunnen zetten voor directe handhaving van overbelading, dus zonder de statische naweging. De nauwkeurigheid en zekerheid van bestaande aslastmeetsystemen zijn echter niet voldoende om deze in de kunnen zetten voor directe handhaving. De doelstelling van het WIM-Hand project is als volgt geformuleerd: 5

6 Het ontwikkelen van een aslastmeetsysteem dat ingezet kan worden als meetmiddel voor directe handhaving van overbelading. Voor de uitvoering van het WIM-Hand project zijn de volgende uitgangspunten en randvoorwaarden geformuleerd; WIM-systemen kunnen in de toekomst gebruikt worden voor directe handhaving van overbelading mits zij aan bepaalde, nog nader gedurende het project te definiëren, voorwaarden voldoen. Een WIM-systeem met een onnauwkeurigheid van minder dan 10% bij een zekerheid van meer dan 99% wordt haalbaar geacht vanuit de techniek en bruikbaar geacht voor toepassing bij directe handhaving. Er wordt gebruik gemaakt van Kistler Lineas piëzo-quartz-sensoren. De doelgroep voor het te ontwikkelen systeem zijn voertuigen waarvan overbelading in het kader van schade aan infrastructuur relevant is. Het project richt zich op het meettechnische deel. Het verwerken van de informatie tot een maatregel (procesverbaal) behoort niet tot het project De eventuele invoering van de ontwikkelde WIM-Hand-systemen en de inpassing in het operationele proces van de handhavende instanties behoort niet tot dit project; Het automatisch lezen van kentekens behoort niet tot het project De certificering van het ontwikkelde meetsysteem voor gebruik bij directe handhaving behoort niet tot het project. 1.2 Multi Sensor Weigh-In-Motion Elk meetsysteem zal over het algemeen een fout maken in de bepaling van de te meten grootheid. De grootte en de kans op een dergelijke meetfout wordt bepaald door de kwaliteit van het meetsysteem en de uitvoering van de meting. Voor handhavingssystemen geldt hierbij dat een kleinere foutkans belangrijker is dan een grotere nauwkeurigheid. Met de gekozen Tolerantie- Interval methode kunnen op een wetenschappelijk onderbouwde manier de nauwkeurigheid en de zekerheid van een WIM-testysteem vastgesteld worden, [van Lieshout, 2000]. Als een voertuig over de weg rijdt, zullen de aslasten op het wegdek variëren (de dynamische aslast) rond een statische waarde (de statische aslast). De totale aslast van een rijdend voertuig is, in sterk vereenvoudigde vorm, te beschrijven als een combinatie van een constante statische aslast met twee periodieke signalen; 1 e de deinende beweging van het gehele voertuig en 2 e het stuiteren van de individuele assen. Echter een WIM-sensor meet de totale aslast waarbij het onbekend is hoe groot de waarde van de dynamische aslast op dat moment is. Een multi-sensor WIM-systeem (MS-WIM) is een aslastmeetsysteem waarbij meerdere sensoren achter elkaar in het wegdek zijn geplaatst. Het idee achter een MS-WIM systemen is dat de dynamische aslast gecompenseerd kan worden door het combineren van de metingen van de achtereenvolgende sensoren. Voor de opbouw van het sensor-array van het WIM-Hand-testsysteem is op basis van bestaande literatuur een principe ontwerp gemaakt. Dit ontwerp is vervolgens door een drietal instanties Cebon, TNO en CQM onderzocht. Op basis van de conclusies is gekozen voor de volgende sensor lay-out; 16 maal 4 Kistler sensoren van elk 1m lengte, met een onderlinge afstand van 1.5m. 6

7 1.3 Kalibratie en testen Bij een WIM-systeem worden de krachtsensoren in het wegdek aangebracht. De combinatie van het wegdek en de sensoren vormt feitelijk het meetsysteem. Als gevolg hiervan kan een WIM-systeem pas gekalibreerd worden nadat de sensoren in het wegdek zijn aangebracht. De kalibratie van een WIM-systeem kan op verschillende manieren plaatsvinden; met standaard vrachtwagens of met een kalibratievoertuig. In eerste instantie zijn de mogelijkheden voor een zeer nauwkeurig kalibratievoertuig door TNO onderzocht. Een dergelijk voertuig heeft het voordeel dat de kalibratieprocedure snel en eenvoudig uitgevoerd kan worden. Echter uit het onderzoek bleek dat de totale kosten voor de bouw van het kalibratievoertuig geschat werden op ca. Hfl. 2,2 miljoen met een doorlooptijd voor bouw van ca 18 maanden. Daarom is besloten om in eerste instantie de kalibratieprocedure op te stellen waarbij geen gebruik gemaakt wordt van een zeer nauwkeurig kalibratievoertuig. De procedure is onderverdeelt in 6 verschillende tests; 1. Kalibratie van een aslast meetsysteem voor een statische weging; 2. Testen van de herhaalbaarheid van de statische weging; 3. Low speed kalibratie van de individuele sensoren van het MS-WIMsysteem; 4. Testen van een compleet (MS) HS-WIM-systeem met gehuurde voertuigen; 5. Testen van het complete (MS) HS-WIM-systeem met een selectie van voertuigen uit het verkeer; 6. De officiële acceptatie test van het complete (MS) HS-WIM-systeem voor directe handhaving. 1.4 Testlokatie In de selectie van een geschikte locatie voor bouw van het testsysteem voor het WIM-Hand project zijn de volgende criteria aangehouden; 1. in nabijheid van een geschikte locatie voor staandehoudingen en voor een statische weging; 2. een geschikte meetlocatie op basis van een wegdek-analyse; 3. een geschikte locatie om testen en werkzaamheden uit te voeren; 4. een locatie in de omgeving van de DWW in Delft. Mede gezien de wens om WIM-systemen in de toekomst breed in te zetten voor directe handhaving, is de uiteindelijke keuze voor de locatie voor het testsysteem gevallen op: de A12/A50, noordbaan, km Bij nadere inspectie van de testlokatie bleek het hoogteverschil in het dwarsprofiel van de rechterrijstrook te groot om op te vangen in de slijtlaag van de sensoren. Daarom is besloten om het wegdek is over een afstand van 400m voor het testsysteem de toplaag vervangen. Tevens is een nieuw soort belijning (In-lay) aangebracht dat nauwelijks boven het wegdek uitsteekt en toch voldoende reflecterend is. Dit is belangrijk om een homogene verdeling van de aslasten over de gehele dwarsdoorsnede van de rijstrook te krijgen. Voor de bouw van het WIM-Hand systeem is ervoor gekozen om dit te combineren met het project WIM-NL, dit betreft de aanleg van 6 zes operationele WIM+video systemen. De basis specificaties voor WIM-NL systemen en het WIM-Hand systeem zijn grotendeels gelijk. De bouw van alle systemen kan daarom goed gecombineerd worden binnen één bestek. Dit bespaart de moeite van het schrijven van een speciaal bestek voor WIM-Hand. 7

8 Het vervolg van het WIM-Hand project richt zich op de realisatie van het ontworpen test-systeem, de kalibratie en het testen ervan en het analyseren van de meetresultaten. 8

9 2 Projectomgeving Om het WIM-Hand project in de juiste context te kunnen plaatsen wordt in dit hoofdstuk een beschrijving gegeven van de omgeving van het project. Hierbij wordt als eerste een beeld geschetst van de achtergrond van overbelading, de huidige handhaving ervan en de problemen die daarbij een rol spelen. Vervolgens wordt in gegaan op de doelstelling, de uitgangspunten en randvoorwaarden voor het project. Verder wordt de relatie gegeven met andere projecten binnen en buiten het Ministerie van Verkeer en Waterstaat. Tenslotte wordt de opbouw van het project beschreven aan de hand van de fasering en de planning. 2.1 Achtergrond Goederenvervoer Het (inter-) nationale goederentransport over de weg is een belangrijk onderdeel van de Nederlandse economie. Om een indicatie te geven van het belang van het goederenvervoer volgen hier enige cijfers over Volgens opgave van het CBS [CBS, 2000] bedraagt het aantal vrachtauto s, trekkers en speciale voertuigen in Nederland in dat jaar stuks. Zij leggen bij elkaar bijna 7 miljard kilometer in Nederland af. De totale omvang van het binnenlandse goederenvervoer over de weg in 1999 bedroeg ruim ton. Infrastructuur De totale lengte van de infrastructuur die het vervoer van goederen over de weg mogelijk maakt is km. Het hoofdwegennet dat door Rijkswaterstaat wordt beheerd, heeft een totale lengte van slechts km. over dit hoofdwegennet wordt echter circa 60% van het totale aantal voertuigkilometers gemaakt. De infrastructuur wordt met name belast door het vrachtverkeer. Het aantal en de gewichten van vrachtwagen(-assen/-s) bepalen voor het grootste deel de mate van onderhoud. Voor de droge infrastructuur (wegen en kunstwerken) spelen personenvoertuigen voor wat betreft de levensduur van de constructie een ondergeschikte rol. Voor het instandhouden van het hoofdwegennet wordt jaarlijks ca. ƒ400 miljoen uitgegeven aan verhardingsonderhoud. Schade aan infrastructuur Omdat er een progressieve (4 e orde) relatie bestaat tussen een aslast en de door die aslast veroorzaakte schade aan het wegdek, wordt er een onevenredig groot deel van de schade aan de infrastructuur veroorzaakt door vrachtwagens met hogere aslasten dan de wettelijke maxima. Uit door de DWW [Henny, 1995] uitgevoerd onderzoek blijkt dat ca. 10% van de vrachtwagens zwaarder is dan toegestaan. Deze overbeladen assen veroorzaken echter wel ca. 50% van de wegschade op het hoofdwegennet. Hoewel hier geen gegevens over beschikbaar zijn is het aandeel in de schade op het onderliggende wegennet waarschijnlijk nog hoger. Dit aangezien de infrastructuur van het onderliggende wegennet over het algemeen minder zwaar is uitgevoerd en dus meer kwetsbaar is voor zware belasting. De directe kosten voor extra verhardings-onderhoud op het hoofdwegennet worden grofweg geraamd op ca. ƒ50 miljoen per jaar. Daarin zijn niet opgenomen de kosten ten gevolge van 9

10 extra verkeershinder (files) door wegwerkzaamheden, de extra kosten ten gevolge van verkorting van de levensduur en extrareparatiekosten aan kunstwerken. Op dit moment wordt deze grove raming door de DWW nader onderzocht. Concurrentie Het beleid van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat is er op gericht eerlijke concurrentie tussen bedrijven te stimuleren. Het overbeladen van vrachtwagens is in dit kader ongewenst. Daarom is sinds 1995 het overbeladen van vrachtwagens een economisch delict. Voor de vervoerder in kwestie betekent dit dat als het totaal gewicht van zijn vrachtwagen tijdens een controle te groot wordt bevonden de boete extra wordt verhoogd. Tevens is het dan mogelijk hem voor de rechter verantwoording te laten afleggen. Veiligheid Als één of meerdere assen van een vrachtwagen of het gehele voertuig overbeladen zijn dan heeft dit effect op het weggedrag van het voertuig. Te denken valt aan een langere remweg en moeilijke bestuurbaarheid bij onverwachte situaties. Tevens heeft een structurele overbelading extra slijtage aan onderdelen van het voertuig tot gevolg waardoor is het mogelijk dat deze eerder dan verwacht defect raken. Al met al heeft overbelading een negatieve invloed op de verkeersveiligheid, hoewel het exacte verband moeilijk aantoonbaar is. 2.2 Huidige handhaving De handhaving op overbelading wordt uitgevoerd door de politie en de Rijksverkeersinspectie (RVI). In de uitvoering ervan zijn verschillende werkwijzen te onderscheiden: Repressief met handmatige selectie, Dit betreft het statisch wegen van voertuigen bij staandehoudingen door zowel de politie als de RVI. Hierbij worden potentiële overtreders op basis van uiterlijke kenmerken geselecteerd door motorrijders. De selectie gebeurt niet altijd op basis van overbelading maar er spelen ook andere subjectieve, op ervaring gebaseerde factoren een rol. De motorrijder begeleidt vervolgens het geselecteerde voertuig naar de controleplaats voor de statische weging, dit is over het algemeen een steunpunt van RWS of een grote parkeerplaats. Op deze controleplaats worden achtereenvolgend de aslasten van alle afzonderlijke assen van het voertuig gemeten en opgeteld tot het totaal gewicht van het voertuig. Nadeel van deze werkwijze is dat niet alle geselecteerde voertuigen overbeladen zijn en erger dat (groepen) overbeladen voertuigen niet geselecteerd en dus niet gecontroleerd worden. Repressief met WIM-VID voorselectie, Dit betreft het statisch wegen van voertuigen bij staandehoudingen door de politie. Hierbij worden potentiële overtreders door een WIM-VID-systeem geselecteerd. Een WIM-VID-systeem is een combinatie van een aslastmeetsysteem met een video camera [Henny, 1998]. In geval van overbelading maakt het WIM-VID-systeem een digitale foto van het betreffende voertuig en zend dit door naar de politiefunctionaris op de statische controleplaats. Deze geeft een beschrijving van de overtreder door aan de motorrijder die langs de kant van de weg gereed staan. De motorrijder begeleidt het betreffende voertuig wederom naar de controleplaats voor de statische naweging. Voordeel van deze methode is dat vrijwel (meer dan 95%) 10

11 alle geselecteerde voertuigen ook daadwerkelijk overbeladen zijn. Nadeel is dat deze werkwijze nog steeds erg arbeidsintensief is doordat de statische naweging noodzakelijk blijft. Voor de uitvoering van staandehoudingsactie gedurende één werkdag (van effectief 6 uur) zijn 6 tot 8 personen nodig, hierbij worden gemiddeld tussen de 30 en de 40 vrachtwagens gecontroleerd. Een eventuele controle op alle strategische punten in Nederland gedurende 24 uur per dag is op deze manier een kostbare zaak. Preventief, Het uitvoeren van bedrijfscontroles door de RVI. De selectie van bedrijven die voor een bedrijfscontrole in aanmerking komen gebeurt op basis van gegevens uit een database met meetresultaten van staandehoudingen en WIM-VIDsystemen. Door combinatie van deze gegevens wordt een dossier gevormd van alle bedrijven waarvan er overbeladen vrachtwagens gedetecteerd zijn. Een bezoek van een inspecteur van de RVI met het betreffende dossier dient een preventieve werking te hebben en de overtreder er toe aan te zetten passende maatregelen te nemen om niet langer overbeladen te vervoeren. Voordeel van deze methode is dat op een meetlokatie gedurende 24 uur per dag de gegevens van alle passerende overbeladen voertuigen worden geregistreerd. Nadeel is dat deze gegevens niet als bewijsmateriaal voor vervolging gebruikt kunnen worden. 2.3 Aanleiding Behoefte aan WIM voor directe handhaving In het project WIM-VID [Henny, 1998] is aangetoond dat Weigh-In-Motion in combinatie met Video een efficiënt hulpmiddel is bij staandehoudingen (voorselectie) en preventieve aanpak (dossiervorming RVI). Nadeel blijft dat deze werkwijze nog steeds erg arbeidsintensief is omdat de statische naweging noodzakelijk blijft. In het plan van aanpak Overbelading, opgesteld door het Directoraat Generaal Goederenvervoer (DGG), is nadrukkelijk de behoefte aangegeven om WIM- systemen in de toekomst in te kunnen zetten voor directe en efficiënte handhaving van overbelading, dus zonder de extra menscapaciteit voor statische naweging. Het is daarom belangrijk om de mogelijkheden van de techniek te onderzoeken zoals die nu beschikbaar is. Ook in andere Europese landen is er sterke behoefte aan een dergelijk toepassing van dynamische aslastmeetsystemen. Hoewel de wetgeving in de verschillende deelstaten sterk verschilt wordt er in de meeste landen vanuit gegaan dat direct handhaven op een dynamische meting met normale snelheid in het verkeer lastig, maar haalbaar is. De uitkomsten van dit onderzoek kunnen dienen als input voor het opstellen van een uniforme Europese regelgeving. Ontwikkelingen in de techniek De nauwkeurigheid (δ) van een meetsysteem is het gebied rond de gemeten waarde waarbinnen de werkelijke waarde moet vallen. De nauwkeurigheid wordt vaak weergegeven in ± x%. De zekerheid (α) van een meetsysteem is de kans dat een gemeten waarde binnen de nauwkeurigheid van de werkelijke waarde afligt. De nauwkeurigheid en zekerheid van bestaande aslastmeetsystemen zijn niet voldoende om deze in de kunnen zetten voor directe handhaving. Deze systemen zijn ontwikkeld om tegen relatief lage kosten statistische gegevens te verzamelen. Daarbij zijn de eisen ten aanzien van de nauwkeurigheid en de zekerheid van iedere individuele (aslast) metingen minder hoog dan in bij de toepassing voor handhaving. Een WIM-systeem met een nauwkeurigheid van 11

12 minder dan 10% met een zekerheid van meer dan 99% wordt haalbaar geacht. In het Europese project WAVE [WAVE, 1999], waar DWW in heeft geparticipeerd, zijn een aantal technieken ontwikkeld om de nauwkeurigheid van dynamische aslastmetingen te verhogen. De ontwikkelde technieken en methoden zijn echter niet als kant en klaar produkt op de markt te koop. Voor toepassing in het kader van directe handhaving moeten de grenzen van de technische mogelijkheden worden onderzocht, gebruikmakend van de ervaringen uit het WAVE-project. 2.4 Probleemstelling Bij het gebruik van dynamische aslastmeetsystemen voor directe handhaving doen zich een aantal problemen voor: De eenheid van aslast In het voertuigregelement van de Wegenverkeerswet van 1994 staan de totale massa van een voertuig en de maximale lasten onder de individuele assen beiden vermeld in kg. Echter een aslast is de kracht die de wielen van een as uitoefenen op de ondergrond. Een aslast zou daarom de eenheid Newton (kg.m/s 2 ) moeten hebben. Men zou kunnen aannemen dat een equivalente massa (in kg) bedoeld wordt, de maximale aslast is dan gelijk aan de kracht die deze massa op de ondergrond uitoefent. De bedoelde massa is niet de massa van de betrokken as maar het deel van de totale voertuigmassa dat via die as een kracht uitoefent op het wegdek. Deze aanname ligt voor de hand maar staat echter niet in de wet. Een vergelijkbaar geval speelt namelijk ook bij het wegen van een kilo appels bij de groenteboer. Feitelijk meet de weegschaal niet de massa van de appels maar de kracht ervan op de weegschaal. Ook hier wordt in de dagelijkse praktijk de zelfde aanname gedaan. In het vervolg van het project wordt van deze aanname uitgegaan. Dynamische of statische aslasten Zoals gezegd is een aslast de kracht die de wielen van een as uitoefenen op de ondergrond. Bij een rijdend voertuig zijn de aslasten echter niet constant, ondermeer door het deinen van het voertuig. Er is sprake van een dynamische waarde die varieert rond een constante waarde. De grootte van de dynamische component, de dynamische aslast, is afhankelijk van : de technische toestand van de weg (dwarsonvlakheid waaronder de spoorvorming, langsonvlakheid, deflectie, doorbuiging) de omgeving (bochten, optrekkend verkeer, wind) het voertuig (tractie, vering, schokdempers, banden) De grootte van de constante component, de statische aslast, is afhankelijk van de totale massa van het voertuig en de verdeling van de totale massa over de verschillende assen. De som van de statische aslasten van een voertuig is altijd gelijk aan de totale massa van dat voertuig vermenigvuldigd met g (de versnelling van de zwaartekracht, 9,83m/s 2 ). Het ligt voor de hand om aan te nemen dat de limieten zoals genoemd in het voertuigregelement van de Wegenverkeerswet van 1994 [WVW, 1994] betrekking hebben op de statische aslast. De dynamische aslasten zijn immers ook afhankelijk van factoren die buiten de invloedssfeer (massa en de belading) van het voertuig liggen. In de huidige praktijk vindt er handhaving plaats op basis van de statische aslasten. Van deze aanname zal in het vervolg van het project uitgegaan worden, zij staat echter niet expliciet in de wet. 12

13 Dynamische of statische aslastmeting Een dynamische aslastmeting of Weigh-In-Motion (WIM) wil zeggen dat het gewogen voertuig gedurende de weging over het meetsysteem reed. Bij een statische aslastmeting staat het voertuig stil op het moment van de weging. Bij een dynamische weging wordt van het passerende voertuig de totale momentane aslast gemeten. De totale momentane aslast betekent de combinatie van de waarde van de statische aslast en de waarde van de dynamische aslast op het moment van passeren. Bij een statische weging worden alleen de statische aslasten gemeten. In het voertuigregelement van de Wegenverkeerswet van 1994 [WVW, 1994] staat niets over de methode waarop de weging uitgevoerd dient te worden. In de huidige situatie wordt voor handhaving alleen statisch gewogen. Aangenomen wordt dat dynamische aslastmetingen ook direct voor handhaving gebruikt kunnen worden, mits deze aan bepaalde voorwaarden voldoen. Wat deze voorwaarden precies zijn, zal gedurende de loop van het WIM-Hand project duidelijk moeten worden. Certificering van meetmiddelen Voordat een meetmiddel voor handhaving gebruikt mag worden dient het eerst door een erkende instantie gecertificeerd te worden. De certificering van de gebruikte weegsystemen gebeurt op dit moment door het NMI (Nederlands Meetinstituut). Als basis voor de certificering wordt het Concept Voorschriften Meetmiddelen Politie gebruikt [NMI, 2000]. Voor aslastmeetsystemen is dit voorschrift gebaseerd op de nu en in het verleden gebruikte statische meetmiddelen. De keuring van de meetmiddelen voor statische aslastmeting gebeurt met behulp van herleidbare standaard massa s. De procedure voor certificering van een dynamisch aslastmeetsysteem bestaat op dit moment nog niet. Als gevolg hiervan mogen dynamische aslastmeetsystemen op dit moment nog niet direct voor handhaving gebruikt worden. Uitgangspunt voor het WIM-Hand project is dat door uitbreiding en/of aanpassing van de voorschriften in de toekomst WIM-systemen wel goedgekeurd kunnen worden voor gebruik bij directe handhaving van overbelading. 2.5 Doelstelling De doelstelling van het WIM-Hand project is als volgt geformuleerd: Het ontwikkelen van een aslastmeetsysteem dat ingezet kan worden als meetmiddel voor directe handhaving van overbelading. Hierbij dient opgemerkt te worden dat de regelgeving/richtlijnen op het gebied van het vaststellen van aslasten en voertuigmassa s moet worden aangepast. Een WIM-systeem met een onnauwkeurigheid van minder dan 10% bij een zekerheid van meer dan 99% wordt haalbaar geacht vanuit de techniek en bruikbaar geacht voor toepassing bij directe handhaving. De criteria waar het systeem aan moet voldoen worden derhalve tijdens het project geformuleerd. 2.6 Uitgangspunten en randvoorwaarden Uitgangspunten Bij de uitvoering van het WIM-Hand project wordt van de volgende punten uitgegaan: 13

14 WIM-systemen kunnen in de toekomst gebruikt worden voor directe handhaving van overbelading mits zij aan bepaalde, nog nader gedurende het project te definiëren, voorwaarden voldoen. Een WIM-systeem met een onnauwkeurigheid van minder dan 10% bij een zekerheid van meer dan 99% wordt haalbaar geacht vanuit de techniek en bruikbaar geacht voor toepassing bij directe handhaving. Er wordt gebruik gemaakt van Kistler WIM-sensoren, Type: Lineas piëzoquartz-sensor. Deze sensoren zijn reeds getest in verschillende Europese onderzoeksprojecten (COST-323, WAVE). Hierbij is gebleken dat deze sensoren zeer nauwkeurig kunnen meten en ongevoelig zijn voor externe invloeden. Het betreft hier geen prototype systeem maar een uitontwikkeld, commercieel beschikbaar produkt. Het aanbrengen en verwijderen van deze sensoren is relatief eenvoudig vergeleken andere typen sensoren (weegplaten). De keuze van de sensoren is vooraf gemaakt om te voorkomen dat er vertraging ontstaat door onregelmatigheden in de meettechniek. Randvoorwaarden Aan de uitvoering van het WIM-Hand project zijn de volgende randvoorwaarden gesteld: De doelgroep voor het te ontwikkelen systeem zijn voertuigen waarvan overbelading in het kader van schade aan infrastructuur relevant is. Lichte vrachtvoertuigen (<3,5ton) met een overschrijding van de op het kenteken toegestane asdrukken zijn daarmee geen onderwerp van onderzoek. Het project richt zich op het meettechnische deel, het verwerken van de informatie tot een maatregel (procesverbaal) behoort niet direct tot het project. Dit is een juridische aangelegenheid die in de projectgroep Overbelading wordt aangepakt; De eventuele invoering van de ontwikkelde WIM-Hand-systemen en de inpassing in het operationele proces van de handhavende instanties behoort niet tot dit project; Het automatisch lezen van kentekens behoort niet tot het project. Dit is van belang voor de afhandeling van de geconstateerde overtredingen Er zijn reeds diverse kentekenleessystemen ontwikkeld in het kader van andere projecten (bijv. rekening rijden en trajectcontrole). De certificering van het ontwikkelde meetsysteem voor gebruik bij directe handhaving behoort niet tot het project. 2.7 Relatie met andere projecten Project Overbelading Het project WIM-Hand is zoals gezegd onderdeel van het project Overbelading van DGG en heeft dus directe relatie met alle deelprojecten die in het kader van dit plan worden uitgevoerd zoals: Inrichten van een netwerk van aslastmeetsystemen met videocamera s voor ondersteuning handhaving (DWW project WIM-NL); Onderzoek naar de juridische haalbaarheid van handhaving op basis van dynamische meting en een uitspraak over de gewenste nauwkeurigheid en zekerheid, (DGG, Justitie); Verhoging van de handhavingscapaciteit voor overbelading (KLPD); Onderzoeken mogelijkheden om verladers mede aansprakelijk te stellen voor overbelading (DGG); Nader onderzoek naar de kosten veroorzaakt door overbelading (DWW/AVV). 14

15 Top Trial De DWW neemt samen met de RVI deel aan het Europees project Top Trial dat binnen het EU 5 e kaderprogramma wordt gefinancierd. Het doel van het Top-Trial project is het ontwikkelen van een zeer nauwkeurig en betrouwbaar WIM-systeem. Binnen dit project wordt in Duitsland bij München eveneens een test-site ingericht waar een systeem voor automatische handhaving van asdrukken en voertuiggewichten zal worden getest. Deelname aan het Top- Trial project is gericht op het uitwisselen van kennis, ervaring en meetresultaten en het opzetten van Europese standaards voor zowel de techniek als de wetgeving. RWS Testcentrum Voor het inrichten van het testsysteem zal worden samengewerkt met het Testcentrum voor Verkeerssystemen voorheen de Euro Delta Test-site (EDT). Het testcentrum biedt faciliteiten voor ontwikkelprojecten binnen Rijkswaterstaat. Binnen het WIM-Hand project zal de analyse van de meetgegevens van de praktijktesten vanuit het testcentrum plaatsvinden. Tevens kunnen in het testcentrum demonstraties van de werking van het systeem gegeven worden. Een nadere uitwerking van de samenwerking zal plaatsvinden gedurende de volgende fase van het project. 2.8 Fasering en planning De uitvoering van het project is verdeeld in een aantal onderdelen waarvan de planning als volgt is; Periode kw1 kw2 kw3 kw4 kw1 kw2 kw3 kw4 kw1 kw2 kw3 kw4 Activiteiten Fase Oriëntering op problematiek 1 Haalbaarheids kalibratievoertuig 1 Selectie van lokatie voor test-site 1 Aanpassing aan testlokatie 1 Principe ontwerp meetsysteem 1 Onderzoek opzet meetsysteem 1 Vaststellen opzet meetsysteem 1 Opstellen testprocedure 1 Opstellen calibratieprocedure 1 Bouw van testsysteem 2 Uitwerken test- en kalibratieproc. Uitvoering kalibratieprocedure 3 Uitvoering testprocedure 3 Uitvoering gegevensverwerking 3 Evaluatie 4 15

16 3 Technische achtergrond WIM Dit hoofdstuk geeft een beschrijving van de technische achtergrond van Weigh-In-Motion (WIM) systemen. Voor WIM-systemen zijn een aantal verschillende zaken van belang zoals de sensoren, het voertuiggedrag, de berekenmethode en de kalibratie. Van elk van de aspecten worden de belangrijkste gevolgen voor WIM behandeld zonder al te veel in de technische details te treden. Voor deze details wordt de geïnteresseerde lezer verwezen naar de referenties. 3.1 Nauwkeurigheid, foutkans en betrouwbaarheid Elk meetsysteem zal over het algemeen een fout maken in de bepaling van de te meten grootheid. De grootte en de kans op een dergelijke meetfout wordt bepaald door de kwaliteit van het meetsysteem en de uitvoering van de meting. De nauwkeurigheid of tolerantie (δ) van een meetsysteem is het gebied rond de gemeten waarde waarbinnen de werkelijke waarde moet vallen. De nauwkeurigheid wordt vaak weergegeven in ± x%. Voor bestaande handhavingssystemen wordt de nauwkeurigheid vastgelegd in het testcertificaat van het NMI. In de praktijk van de handhaving wordt de nauwkeurigheid van het meetsysteem afgetrokken van de gemeten waarde. Op deze manier weet men zeker dat de betrokken overtreder altijd ten minste die waarde heeft gehad/gereden. De foutkans (1-α) van een meetsysteem is de kans dat een gemeten waarde verder dan de nauwkeurigheid van de werkelijke waarde afligt. Omgekeerd wordt ook vaak de zekerheid (α) van een meetsysteem aangegeven. Voor bestaande handhavingssystemen wordt de foutkans afgedekt door het NMIcertificaat. Dit certificaat zegt feitelijk dat 100% van alle metingen van een bepaald meetsysteem binnen de gespecificeerde nauwkeurigheid vallen. Met andere woorden dat de foutkans 0% is hoewel dit statistisch onmogelijk is. De betrouwbaarheid (β) van een acceptatietest is de zekerheid dat op basis van de steekproef een juiste uitspraak wordt gedaan over de nauwkeurigheid en de zekerheid van het geteste systeem. De gewenste betrouwbaarheid bepaald de grootte van de steekproef. Des te groter de steekproef des te groter de betrouwbaarheid van de uitspraak. Voor een meetsysteem dat nog in ontwikkeling is om in de toekomst gebruikt te gaan worden voor handhaving moet de nauwkeurigheid en de betrouwbaarheid in uitgebreide test vastgesteld worden. Er bestaan verschillende methoden om de nauwkeurigheid en de zekerheid van WIMsystemen vast te stellen, [Jacob, 1999] en [CQM, 1999]. Op basis van de uitkomsten van het onderzoek van CQM over dit onderwerp, [CQM, 1999] is gekozen voor de Tolerantie-Interval-Methode. Met deze methode kunnen op een wetenschappelijk onderbouwde manier de nauwkeurigheid en de zekerheid van een meetsysteem vastgesteld worden op basis van vooraf aangegeven betrouwbaarheid van de steekproef. 16

17 Voor handhavingssystemen dienen de nauwkeurigheid zo groot mogelijk en de kans op fouten zo klein mogelijk te zijn. Hierbij geldt dat een kleinere foutkans belangrijker is dan een grotere nauwkeurigheid. In de praktijk komt daar nog een derde eis bij namelijk zo laag mogelijke kosten, d.w.z. zo min mogelijk of zo goedkoop mogelijke sensoren. 3.2 Piëzo-quartz sensoren De werking van de gekozen Lineas-sensor van de firma Kistler berust op de piëzo-elektrische eigenschappen van het in de sensor gebruikte kwarts materiaal. Als op het kwarts materiaal in de sensor een kracht wordt uitgeoefend, geeft dit een elektrisch signaal af dat proportioneel is met de grootte van deze kracht. Dit verband tussen het elektrische signaal en de uitgeoefende kracht is zeer nauwkeurig mits er een in de tijd veranderende (dynamische) kracht wordt uitgeoefend. Het is daarom niet mogelijk om met piëzo-kwarts sensoren een constante (statische) kracht/aslast te meten. Figuur 1, doorsnede van Kistler-sensor Omdat de sensor smaller is dan de afdruk van een band zal nooit de gehele wiellast tegelijkertijd op de sensor uitgeoefend worden. Als een wiel de sensor passeert zal gedurende een bepaalde tijd steeds een deel van de totale wiellast gemeten worden. Om uit het gemeten signaal toch de totale wiellast te krijgen moet het gemeten signaal geïntegreerd worden over de passagetijd. De passagetijd is afhankelijk van de snelheid waarmee de vrachtwagen over de sensor rijdt en de breedte van de sensor. De totale wiellast (F t ) is het produkt van het geïntegreerde meetsignaal (A), de snelheid van het voertuig (V v ), de breedte van de sensor (L s ) en een kalibratie factor (C) F t = ( V v / L s ) A C Voor de laatste produktie series van de sensor geeft de fabrikant een nauwkeurigheid van ±1% met een zekerheid van 100%hetgeen statistisch onmogelijk is. Dit betreft de meting van de kracht op de sensor op het moment van passeren van de as. 17

18 3.3 Voertuigdynamica Door oneffenheden in het wegdek zal een rijdend voertuig zich naast de voorwaartse richting ook in diverse andere richtingen bewegen, b.v. het deinen en rollen van vrachtwagens. De manier waarop het voertuig zich in al deze richtingen beweegt, wordt het dynamisch gedrag van het voertuig genoemd. De vorm van het dynamische gedrag word in hoge mate bepaald door de massa, de massaverdeling, de demping en het soort vering van het voertuig. Als een voertuig over de weg rijdt dan zullen de aslasten op het wegdek variëren (dynamische aslast) rond een statische waarde ( statische aslast), zie figuur 2. Kracht [N] Statisch Dynamisch Figuur 2, Statische en dynamische aslast Afstand [m] Het dynamische deel van de aslasten van een rijdend voertuig is afhankelijk van het dynamisch gedrag van het voertuig. De totale aslast F(t) van een rijdend voertuig is, in sterk vereenvoudigde vorm, te beschrijven als een combinatie van een constante statische aslast (F 0 ) met twee periodieke signalen, zie onderstaande formule; F(t) = F 0 + F b sin(2πf b t+φ 1 ) + F a sin(2πf a t+φ 2 ) Hierbij is F b sin(2πf b t+φ 1 ) de dynamische kracht ten gevolge van de bodybounce, de deinende beweging van het gehele voertuig. Voor zwaar beladen vrachtwagens ligt de frequentie van de body-bounce (f b ) tussen de 1 en 3Hz. F a sin(2πf a t+φ 2 ) is de kracht t.g.v. de axle-hop, het stuiteren van de individuele assen. De frequentie van de axle-hop (f a ) ligt over het algemeen tussen de 8 en 13Hz. De hoeken φ 1 en φ 2 geven de faseverschuiving weer van het betreffende deel signaal op het moment t=0. Bij zwaar beladen vrachtwagens met moderne, luchtgeveerde veersystemen is de invloed van de axle-hop verwaarloosbaar ten opzichte van die van de bodybounce. Voor een vlak deel van een normale snelweg kan de amplitude van de body-bounce component 10 tot 20% van de statische aslast bedragen. 18

19 3.4 Multi-sensor WIM systemen Zoals gezegd is het doel van een WIM-systeem het bepalen van de statische aslast (F 0 ). Echter een WIM-sensor meet de totale aslast F(t ) waarbij het onbekend is hoe groot de waarde van de dynamische aslast op dat moment is. Bij het gebruik van één sensor is, ongeacht de nauwkeurigheid van de gebruikte sensor, de fout in de gemeten waarde altijd ten minste zo groot als de dynamische aslast op dat moment. Een multi-sensor WIM-systeem (MS-WIM) is een aslastmeetsysteem waarbij meerdere sensoren achter elkaar in het wegdek zijn geplaatst. Het idee achter een MS-WIM systemen is dat de dynamische aslast gecompenseerd kan worden door het combineren van de metingen van de achtereenvolgende sensoren. Een mogelijkheid is om het gemiddelde te nemen van de waarden van de individuele sensoren. Ook kan op basis van de gemeten waarden het dynamische deel van de aslast gereconstrueerd worden. Aangezien de snelheid van de passerende vrachtwagens varieert, zal in het ontwerp van het sensorarray rekening gehouden worden met de gemiddelde snelheid en de spreiding ervan. Het aantal sensoren en de plaatsing ervan in een array bepalen de prestaties van een MS-WIM-systeem. Met name de onderlinge afstand tussen de sensoren en de totale lengte van het sensor-array zijn belangrijk. De dynamische kracht zoals die op het wegdek gemeten kan worden, is afhankelijk van de snelheid van het voertuig. De snelheid bepaalt de mate waarin de dynamische kracht over het wegdek uitgesmeerd wordt. Aangezien de snelheid van de passerende vrachtwagens varieert, zal in het ontwerp van het sensor-array de gemiddelde snelheid en de spreiding meegenomen moeten worden. 3.5 Principe ontwerp voor sensor-array Voor de opbouw van het sensor-array van het WIM-Hand-testsysteem is op basis van bestaande literatuur een principe ontwerp gemaakt. Dit ontwerp is vervolgens door een drietal instanties Cebon, TNO en CQM onderzocht en becommentarieerd. Voor het principe ontwerp zijn de volgende uitgangspunten en aannames gehanteerd. Uitgangspunten: U1. Doel van het testsysteem is het vinden van een WIM-systeem met een maximale nauwkeurigheid en een minimaal aantal sensoren; U2. Het maximaal aantal te gebruiken WIM-sensoren bedraagt 20, d.w.z. 20 halve rijstroken of 10 hele rijstroken of een combinatie van hele en halve rijstroken. Deze beperking komt voort uit de beschikbare financiële middelen; U3. Het WIM-systeem zal aangelegd worden op een zeer vlakke weg, (langsonvlakheid<1.0 en verkanting<3%); U4. De vrachtwagens passeren het WIM met snelheden tussen 75-90km/u. Aannames: A1. De invloed van de axle-hop (frequentiegebied 10-15Hz) is voor zwaarbeladen vrachtwagens te verwaarlozen t.o.v. de body-bounce (frequentiegebied Hz); A2. Het effect van de rolbeweging van vrachtwagens is te verwaarlozen; A3. De invloed van niet lineair gedrag is voor een groot aantal typen vrachtwagens niet verwaarloosbaar. 19

20 Gevolgtrekkingen: G1. Op basis van U4 en A1 volgt de minimale lengte van het sensor array van 16.6m; G2. Op basis van U4 en A1 (en ten minste 2,5 samples per periode) volgt een maximale sensorafstand van 1.1m. Opm. Cebon [WAVE eindrapport, 1999] komt voor een array met 17 sensoren uit op een ideale onderlinge afstand van tussen de 1.05 en 1.17m; G3. Op basis van U3 en A2 kunnen WIM-sensoren alternerend geplaatst worden; G4. Op basis van A3 moet de onderlinge afstand tussen de sensoren gelijk te zijn. Op basis hiervan is tot het volgende principe ontwerp voor lay-out van WIMsysteem gekomen. Twee keer twee induktielussen met daartussen 20 sensoren waarvan 3 dubbel en 14 enkel, (d.w.z. 17 meetpunten) op een onderlinge afstand van 1,1m, (d.w.z. de totale afstand = 17.6m), zie onderstaand schema; Voordelen De voorgestelde lay-out heeft een aantal voordelen: Het alternerende plaatsen van de WIM-sensoren geeft een extra aantal meetpunten. Door de 3 meetpunten met dubbele WIM-sensoren uit te voeren ontstaat de mogelijkheid om G3 te controleren, scheef beladen vrachtwagens te detecteren en enkele sensoren te corrigeren. Mogelijkheid bestaat om het minimale aantal sensoren te onderzoeken doordat het aantal sensoren is te delen door 2,4 en 8 (in geval van 16) maar ook door 3 en 5 (in het geval van 15). Het is mogelijk om A7 te controleren door een niet uniforme sensorafstand te gebruiken. 3.6 Commentaar op het principe ontwerp Het principe ontwerp is vervolgens door een drietal personen/instanties onderzocht en becommentarieerd. De uitgangspunten voor de onderzoeken waren gelijk aan die van het principe ontwerp, (U1 tm. U4). De vraag was of het principe ontwerp optimaal was en zo nee, hoe dit verbeterd zou kunnen worden. Commentaar Cebon David Cebon is professor aan de Universiteit van Cambridge en een (de) autoriteit op het gebied van voertuigdynamica en MS-WIM-systemen. Hij heeft een methode ontwikkeld waarmee MS-WIM-systemen ontworpen kunnen worden [Cebon, 1999]. Cebon gaf de volgende opmerkingen van t.a.v. de voorgestelde lay-out van het WIM-sensor-array, voor onderbouwing zie [Cebon, 1999]. Hij ontraadt het alternerend plaatsen van de sensoren i.v.m. de rolbeweging met name bij de hogere frequenties (axle-hop 10-15Hz). Voor het minimale aantal gehele sensoren adviseert hij om minimaal 10 en liefst meer sensoren te gebruiken. 20

21 De sensoren moeten perfect gelijk liggen met de bovenkant van het asfalt, anders meet je vooral de stijfheid van de band. Ter indicatie; een isolatietape op de sensor geeft een afwijking van 10%. De spreiding in de snelheid van de passerende vrachtwagens is van belang voor de opzet en de nauwkeurigheid van het array. De opbouw van de vloot van passerende vrachtwagens is van belang voor de opzet en de nauwkeurigheid van het array. Onderzoek TNO De afdeling voertuigdynamica van TNO heeft op basis van het principe ontwerp een experts opinion gegeven. De conclusies van het onderzoek door TNO waren, zie ook [TNO,2000]: De rolbeweging kan niet worden verwaarloosd vanwege verstoring t.g.v. stuurbewegingen of zijwind. Het alternerend plaatsen van de sensoren wordt daarom afgeraden. De beweging van de assen kan niet adequaat met slechts tien sensoren gemeten worden. De beweging van de assen kan worden verwaarloost indien het percentage vrachtwagens met een slecht gedempt veersysteem kleiner is dan de vereiste betrouwbaarheid van het systeem. De maximale sensorafstand om aliasing (zie bijlage 2) te voorkomen is 2.1m voor het meten van frequenties tot 4.4Hz bij 75km/u. De maximale sensorafstand is 1.4m als een sample-rate van 5 wordt aangehouden bij een frequentie van 3HZ. Als een gemiddelde waarde schatter wordt gebruikt dan moet het array meer dan 10 sensoren bevatten. Als een schatter wordt gebruikt die het tijdssignaal reconstrueert dan kan de totale lengte van het sensor-array korter zijn dan de golflengte van de laagste frequentie. Onderzoek CQM Doel van het onderzoek was het vinden van een optimale opzet voor het sensor-array. Voor dit onderzoek zijn twee van de oorspronkelijke uitgangspunten aan gepast; U2, maximaal 16 sensoren over de gehele rijstrookbreedte en U4, de gemiddelde snelheid van de passerende vrachtwagens is 87km/u. Er zijn drie mogelijke sensorconfiguraties vergeleken; uniform verdeeld, in twee groepen, niet uniform, Er zijn drie verschillende schatters vergeleken, Sinusreconstructie, een reconstructie van het ingangssignaal met behulp van de kleinste kwadratenmethode; Mediaan-schatter, d.w.z. de middelste waarde van alle gemeten waarden; Min-max-schatter, d.w.z. het gemiddelde tussen de maximale en de minimale gemeten waarde In simulaties is het effect bekeken van variaties in het aantal sensoren; 8, 12 of 16 sensoren en in de totale lengte van het sensor-array. Tevens is gevarieerd in de grootte van het dynamische signaal (F) b en de verhouding tussen de bodybounce frequentie en de snelheid van het voertuig (f b /v). De vergelijking van de prestaties van de schatters is gedaan op basis van de Mean Square Error (MSE) van het verschil tussen de werkelijke statische aslast en de geschatte statische aslast. De conclusies van het onderzoek zijn dat: 21

22 De sinusreconstructieschatter de beste resultaten geeft, dit was te verwachten gezien de overeenstemming met het ingangssignaal. De optimale sensorconfiguratie bestaat uit 16 uniform verdeelde sensoren met een totale lengte van het array van 20m. De totale array-afstanden is niet erg kritisch zolang deze maar groter is dan 15m. 3.7 Nader onderzoek voor opbouw sensor-array Naar aanleiding van het commentaar van Cebon, TNO en CQM is op een aantal punten nader onderzoek verricht. Het betrof met name de opbouw van de snelheidsverdeling en van de voertuigvloot ter plaatse van het testsysteem. Tevens is een quick scan uitgevoerd naar het aantal vrachtwagens met een Walking-Beam veersysteem aangezien deze vrachtwagens een een afwijkend dynamisch gedrag vertonen dat lastig te detecteren is. Onderzoek snelheidsopbouw De snelheidsopbouw van het vrachtverkeer op de locatie waar het WIM-Hand testsysteem gerealiseerd zal worden, (zie 5.1) is gevonden uit de MTMmeetgegevens van AVV (Adviesdienst Verkeer en Vervoer). Van de snelheidsopbouw is alleen het deel groter dan de gemiddelde snelheid V(50) beschikbaar. Als V(x) = y dan wil dit zeggen dat x% van het vrachtverkeer ten minste Y km/u reed. De onderstaande gegevens zijn de gemiddelden over de maanden april, mei en juni van V(x) [%] V(50) V(55) V(60) V(65) V(70) V(75) V(80) V(85) V(90) V(95) Y [km/u] Opvallend is dat de snelheidsverdeling aan de hoge kant ligt terwijl de meeste zware vrachtwagens zijn uitgerust met een snelheidsbegrenzer, maximaal ca. 90km/u. Een verklaring kan er in liggen dat de indeling in de categorie zware vrachtwagens gebeurt op basis van de gemeten voertuiglengte. Hiermee kunnen lichte vrachtwagens zonder snelheidsbegrenzer en auto s met aanhanger in de categorie voor zware vrachtwagens vallen terwijl zij harder dan 90km/u kunnen rijden. Ondanks dit wordt voor berekeningen in het vervolg een gemiddelde snelheid van 87km/u aangehouden. Onderzoek voertuigvloot Om een indicatie te krijgen van de verdeling van de verschillende typen zware vrachtwagens die op de testlokatie passeren is één middag een telling uitgevoerd. De resultaten van de telling waren; Categorie Aandeel Trekker + oplegger 61% Vrachtwagen +aanhanger 17% Vaste vrachtwagens 21% Overige voertuigen 1% De grootste subcategorie was de T11O3 (een trekker met twee enkele assen + een oplegger met een tridem-asstelmet een aandeel van 47%. Voor uitleg over de methode van codering van voertuigcategoriën zie [van Doorn, 2000]. De gevonden cijfers komen overeen met de resultaten van eerder onderzoek door de DWW [Henny, 1995]. Inventarisatie Walking Beam vering Bij vrachtwagens met een Walking-Beam veersysteem is de axle-hop component in het dynamische gedrag niet te verwaarlozen. Gebaseerd op 22