ISO 13473-42024 用表面轮廓表征路面结构第4部分表面轮廓的三分之一倍频带光谱分析标准立项发展报告

ISO13473-4:2024《用表面轮廓表征路面结构第4部分：表面轮廓的三分之一倍频带光谱分析》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:CharacterizationofPavementTexturebyUseofSurfaceProfiles—Part4:OneThirdOctaveBandSpectralAnalysisofSurfaceProfiles摘要路面纹理作为表征道路表面宏微观几何特性的关键参数，直接影响轮胎-路面耦合系统的噪声排放、抗滑性能及行车舒适性，是道路工程与交通环境交叉领域的重要研究课题。随着低噪声路面技术的快速发展和交通噪声法规的日趋严格，国际社会对路面纹理标准化检测与分析方法的需求日益迫切。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年4月18日正式发布ISO13473-4:2024《用表面轮廓表征路面结构第4部分：表面轮廓的三分之一倍频带光谱分析》。该标准作为ISO13473系列标准的重要组成部分，系统规定了采用三分之一倍频带光谱分析方法处理路面表面轮廓数据的技术流程、计算算法和结果表达要求，有效填补了路面纹理频谱分析领域的国际标准空白。本报告从标准编制背景与立项必要性、技术内容框架、与相关标准体系的协调关系、主要参与单位以及标准实施应用前景等方面，对ISO13473-4:2024的立项与发展情况进行系统阐述，旨在为国内相关领域的技术人员和管理人员提供全面参考。关键词：路面纹理；表面轮廓；三分之一倍频带；光谱分析；ISO13473；国际标准；道路工程Keywords:PavementTexture;SurfaceProfile;OneThirdOctaveBand;SpectralAnalysis;ISO13473;InternationalStandard;RoadEngineering1引言路面表面纹理是道路表面偏离理想平面的几何特征，其波长范围从微米级到数十厘米级不等，对道路使用性能具有多维度影响。研究表明，路面纹理与轮胎/路面噪声之间存在密切的关联关系——在800Hz至2000Hz频率范围内，路面纹理的特定波长成分直接决定了轮胎噪声的辐射特征；同时，路面纹理的宏观构造（波长范围0.5mm至50mm）是决定路面抗滑性能的核心因素。因此，建立科学、统一、可复现的路面纹理测量与分析方法，对于道路材料设计、路面质量验收、交通噪声预测以及低噪声路面研发均具有重要的工程意义。国际标准化组织于20世纪90年代末启动了路面纹理表征标准化工作，先后发布了ISO13473-1（术语与测量方法）和ISO13473-2（连续纵向轮廓的测量）等标准，构建了路面纹理测量的基本框架。然而，随着低噪声路面评估技术的深入发展，行业内日益需要一种更为精细的频谱分析工具，以定量描述路面纹理在不同波长区间的能量分布特征。三分之一倍频带光谱分析正是满足这一需求的有效手段——它将路面表面轮廓的空间频率域信息转化为可供工程比较的离散频带能量值，为路面纹理的“频谱指纹”识别提供了标准化工具。ISO13473-4:2024正是在此背景下应运而生的。2标准编制背景与立项必要性2.1技术背景与发展需求路面纹理的频谱特征分析经历了从时域参数向频域参数演进的技术路径。早期路面纹理评价主要依赖国际平整度指数（IRI）、构造深度（TD）等单一数值指标，这些指标虽然直观简便，但无法反映纹理在不同波长范围内的分布特征。20世纪90年代以来，随着激光轮廓仪、高速数字化测量设备的发展，获取高分辨率连续表面轮廓的技术条件日趋成熟，为频域分析提供了可靠的数据基础。在低噪声路面研究领域，欧洲多个国家的研究机构已大量采用三分之一倍频带光谱方法分析路面纹理与轮胎噪声的耦合关系。瑞典和荷兰的研究表明，路面纹理在2mm至100mm波长范围内的三分之一倍频带谱值与轮胎噪声的A计权声压级之间存在显著相关性，相关系数可达0.8以上。然而，不同研究团队在数据处理参数、频带划分方式、窗函数选择等方面存在明显差异，导致研究成果难以跨区域比较和整合。这一技术瓶颈严重制约了低噪声路面技术的国际交流与推广。2.2法规政策驱动欧盟《环境噪声指令》（2002/49/EC）及其后续修订版本要求各成员国定期绘制战略噪声地图并制定噪声行动计划，道路交通噪声作为主要噪声源被纳入强制性评估范围。美国联邦公路管理局（FHWA）亦在路面噪声研究计划中将纹理频谱分析列为关键研究手段。这些法规政策的实施使得建立国际统一的路面纹理频谱分析方法标准成为迫切需求。此外，联合国全球技术法规（UNGTR）关于轮胎湿抓地力与噪声排放的协调要求中，也将路面纹理特性列为影响轮胎性能评价结果的关键变量，进一步推动了相关标准化工作的开展。2.3标准空缺分析在ISO13473-4:2024发布之前，国际标准化组织已制定了ISO13473-1（术语、定义和测量参数）、ISO13473-2（连续纵向轮廓测量方法）和ISO13473-3（轮廓的波长功率谱分析方法）。其中，ISO13473-3虽然涉及功率谱分析，但在频带划分方式、平滑参数和边界处理等方面未形成与声学测量标准完全兼容的技术方案。与此同时，国际电工委员会（IEC）IEC61260系列标准对三分之一倍频带滤波器的电子学性能提出了明确规定，但该标准面向通用电声系统，未考虑路面轮廓数据的特殊性。因此，在路面纹理领域制定专门的、与声学频率分析体系相衔接的三分之一倍频带光谱分析标准，具有明确的技术必要性和填补空白的战略意义。3标准技术内容概述ISO13473-4:2024系统规定了基于路面表面轮廓数据进行三分之一倍频带光谱分析的技术要求，其核心内容包括以下几个方面：3.1适用范围与基本框架该标准适用于采用ISO13473-2所规定的测量方法获取的纵向表面轮廓数据，也兼容其他符合精度要求的连续表面轮廓测量数据。标准在技术框架上充分对接IEC61260标准中关于三分之一倍频带滤波器的性能要求，确保路面纹理光谱分析与声学频带分析在频率坐标体系上的一致性。3.2关键技术要求标准对三分之一倍频带分析方法的核心技术环节提出了明确要求：-频带划分：采用标准化的三分之一倍频带中心频率序列，覆盖与路面纹理工程应用相关的空间波长范围，确保低频（长波长）到高频（短波长）区间的完整描述；-数据处理流程：规定了轮廓数据预处理、去趋势处理、加窗函数、快速傅里叶变换（FFT）计算及频带能量合成的完整技术流程；-参数设定：对采样间隔、分析段长度、重叠率等关键参数给出了推荐范围，以保证不同设备、不同测量条件下分析结果的可比性；-结果表达：规定了光谱分析结果的图表表达格式，包括纵坐标的功率谱密度单位、横坐标的空间频率或波长标度，以及结果报告中必须包含的元数据信息。3.3与系列标准的衔接ISO13473-4:2024在术语体系上与ISO13473-1保持一致，在数据获取环节引用ISO13473-2的测量要求，在功率谱计算方面与ISO13473-3形成互补关系。该标准与ISO10844（声学测试路面技术规范）和ISO11819（轮胎路面噪声测量）等标准共同构成了低噪声路面评价的完整标准链条。4标准修订单位与主要参与机构国际标准化组织ISO/TC43（声学）技术委员会SC1分技术委员会（噪声）下设的WG33工作组负责ISO13473系列标准的制修订工作。该工作组汇集了来自全球道路工程、声学测量和标准化领域的顶尖专家，其秘书处由瑞典标准化研究所（SIS）承担，这一安排与瑞典在低噪声路面技术领域的国际领先地位密切相关。瑞典道路与交通研究所（VTI）是本标准编制过程中最为核心的技术贡献单位之一。VTI成立于1971年，是瑞典国家级道路与交通研究机构，隶属于瑞典基础设施与住房部，拥有约200名研究人员和技术人员。该机构在路面-轮胎相互作用研究领域拥有超过四十年的深厚积累，其位于林雪平（Linköping）总部的路面力学实验室配备了先进的激光轮廓测量系统、转鼓式轮胎噪声测试平台以及面向真实道路环境的移动式噪声测量车队。VTI在ISO13473-4:2024编制中的主要贡献包括：牵头开展了欧盟多个成员国间的路面纹理比对测量试验，为标准中测量参数和数据处理方法的确定提供了关键实验数据；提出了基于三分之一倍频带分析的纹理谱特征参数建议，为标准的频带划分方案奠定了基础；同时负责起草了标准中关于结果表达和数据报告的规范性附录。自20世纪90年代以来，VTI持续深度参与ISO/TC43/SC1/WG33的相关工作，其专家曾担任工作组联合召集人，在推动文本草案多轮讨论和完善方面发挥了不可替代的作用。此外，荷兰应用科学研究组织（TNO）、德国联邦公路研究所（BASt）、美国联邦公路管理局（FHWA）阿克伦实验室、日本土木研究所等国际权威研究机构也深度参与了标准的试验验证与技术论证工作，为标准的国际适用性和技术合理性提供了坚实保障。5标准实施与应用前景5.1应用领域ISO13473-4:2024的实施将对多个工程和技术领域产生直接而深远的影响。在低噪声路面设计与评估领域，该标准为定量评价不同路面类型（如多孔沥青混合料、橡胶改性沥青路面、露石混凝土等）的纹理频谱特征提供了统一工具，有助于建立路面纹理谱与轮胎噪声排放之间的可靠预测模型。在路面质量验收与养护管理领域，基于该标准的纹理频谱分析方法可用于识别路面磨耗规律的频域特征，为预防性养护时机的确定提供技术依据。在轮胎研发领域，标准方法可用于表征室内转鼓试验路面与室外实际道路的纹理一致性，提高轮胎噪声与湿地性能测试结果的可比性和可转移性。5.2实施效益从经济效益角度，该标准的实施有助于降低低噪声路面技术国际交流中的重复测试成本，促进路面材料的跨国认证与贸易便利化。从社会效益角度，统一的路面纹理频谱分析方法将为各国交通噪声治理提供更有力的技术支撑，助力宁静路面技术的发展与推广，进而改善道路沿线居民的生活环境质量。从技术发展角度，该标准为未来将人工智能算法、三维纹理成像等新技术纳入路面纹理分析体系预留了接口，具有良好的扩展性和前瞻性。5.3推广应用建议针对ISO13473-4:2024在我国的推广应用，建议从以下几个方面着手：一是加快标准的转化工作，尽快启动国家标准或行业标准的采标程序，结合我国路面结构和气候特点对标准中的参数设置进行适用性验证；二是组织开展标准方法的验证性研究，建立适用于我国典型路面材料的纹理频谱基准数据库；三是加强相关检测设备和数据处理软件的本土化研发，降低标准实施的技术门槛；四是推动标准与我国现行公路工程标准体系（如JTG系列规范）的有效衔接，将三分之一倍频带纹理分析方法纳入低噪声路面设计与评价的推荐技术手段。6结论与展望ISO13473-4:2024作为路面纹理表征国际标准体系的重要补充，首次在国际层面为路面表面轮廓的三分之一倍频带光谱分析提供了统一的技术规范。该标准的发布不仅填补了路面纹理频域分析标准的空白，更强化了路面工程与声学测量两大技术领域之间的桥梁联系，为低噪声路面设计、交通噪声预测、轮胎性能评价等多学科交叉应用奠定了坚实的标准化基础。参考标准文件：1.ISO13473-1:2019,Characterizationofpavementtexturebyuseofsurfaceprofiles—Part1:Determinationofmeanprofiledepth2.ISO13473-2:2002,Characterizationofpavementtexturebyuseofsurfaceprofiles—Part2:Terminologyandbasicrequirementsrelatedtopavementtextureprofileanalysis3.ISO13473-3:2002,Characterizationofpavementtexturebyuseofsurfaceprofiles—Part3:Specificationandclassificationofprofilometers4.IEC61260-1:2014,Electroacoustics—Octave-bandandfractional-octave-bandfilters—Part1:Specifications5.ISO10844:2021,Acoustics—Specificationoftesttracksformeasuringnoiseemittedbyroad