Anwendung von künstlichen neuronalen Netzen (KNN) zur Erfassung von Verkehrsdaten und Achslasten mithilfe von Schwingungsmessungen
Application of Artificial Neural Networks for Recording Traffic Data and Axle Loads with the Help of Vibration Measurements
Boris Resnik, Jörg Patzak, Wolf Uhlig
Eine sehr wesentliche Eingangsgröße in der Dimensionierung des Oberbaus von Straßen und tragenden Konstruktionen der erforderlichen Ingenieurbauwerke, wie z. B. Brücken, stellt die prognostizierte Verkehrsbelastung innerhalb der vorgesehenen Nutzungsdauer dar. Die modernen rechnerischen Verfahren benötigen dafür zwingend praxisnahe Eingangsgrößen der aktuellen örtlichen Verkehrsbelastung und die Erhebung der lokal auftretenden Achslasten. Wird der reale Verkehr, d. h. alle auftretenden Fahrzeugtypen, lückenlos erfasst und je nach den entsprechenden Achslasten zuverlässig klassifiziert, können sogenannte objektspezifische Achslastkollektive ermittelt werden, auf deren Basis genauere Aussagen zur prognostizierten Lebensdauer getroffen werden können. Besonders effizient ist eine solche Erfassung, wenn dafür ohnehin verwendete Sensoren des Monitoringsystems, wie z. B. typische Low-Cost-Beschleunigungssensoren, eingesetzt und die erfassten Daten mit einem computergestützten Beurteilungssystem vollautomatisch verarbeitet werden. Es liegt ebenso nahe, zu diesem Zweck moderne Methoden der künstlichen Intelligenz einzusetzen, welche die Vorteile des menschlichen Lernens mit der enormen Rechenkapazität heutiger Prozessoren kombinieren. Anhand von umfangreichen Messdaten eines aktuellen Überwachungsprojekts in Berlin wurde von den Autoren beispielhaft untersucht, inwieweit KNN bei der Auswertung von Schwingungsmessungen dienlich sind, um eine Verkehrszählung sowie Schätzung von Achslasten nach bestimmten Fahrzeugklassen erfolgreich zu ermöglichen.
A very important input variable in the dimensioning of roads and their load-bearing structures such as bridges is the predicted traffic load within the intended service life. The modern mathematical methods for such calculations required reliable information for current local traffic and occurring axle loads. If all vehicle types are recorded and classified according to the corresponding axle loads, so-called object-specific axle load collectives can be determined. This information can be used also to make precise statements about the expected service life of structures. Such a data acquisition is particularly efficient if existing sensors of the monitoring system, such as typical low-cost acceleration sensors, are used and the acquired data are processed fully automatically with a computer-aided evaluation system with the modern methods of artificial intelligence. The effectiveness of the classification was evaluated by experiments on a bridge in Berlin, Germany. Model training was applied using the CNN method for vehicle classification, resulting in good overall classification accuracy.
Schlüsselwörter: Verkehrsbelastung, Achslasten, Mustererkennung, künstliche Intelligenz, künstliches neuronales Netz
Keywords: Traffic load, axle loads, pattern recognition, artificial intelligence, artificial neural network