JP2001336927A

JP2001336927A - 縦断形状測定装置

Info

Publication number: JP2001336927A
Application number: JP2000161246A
Authority: JP
Inventors: Masasato Kumazawa; 正▲郷▼ 熊澤; Mutsumi Takahashi; 睦高橋; Takehiko Suyama; 武彦陶山; Tatsuyuki Ochi; 達之越智
Original assignee: TOKIMEC JIDO KENKI KK; Tokimec Inc
Current assignee: TOKIMEC JIDO KENKI KK; Tokimec Inc
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: US20020007562A1; US6618954B2; JP4435383B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安価に構成することができ、所望の周波数特
性を備えることができる縦断形状測定装置を提供する。【解決手段】測定線Ｌ方向に直列に並んだ２個以上の車
輪１２Ａ、１２Ｂで支持されたフレーム１０に設置され
対象面までの相対距離を計測する対地距離計１８と、対
象面上を測定線Ｌに沿って移動した移動距離を計測する
エンコーダ１６と、を備え、該相対距離計で計測された
相対距離から対象面の凹凸形状を表す空間データを測定
線に沿って求めるデータ処理装置手段２０と、を備え
る。データ処理装置２０は、上記で計測された移動距離
データと、上記で計測された対象面までの相対距離デー
タとを対応付けて格納し、格納されたデータに対して、
相対距離データを周波数毎の強度に変換し、装置が所望
の周波数特性のゲインを持つようにするための補正係数
を、周波数毎の強度に対して掛けて補正し、前記補正し
たものを逆変換して対象面の補正された空間データを求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路、空港、鉄道
レール、トンネルなどの縦断形状を測定する縦断形状測
定装置に関し、特に、その装置を特定の評価方式に対応
させることが可能な縦断形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の縦断形状測定装置として
は、次の２つのタイプの装置が用いられている。１つは
車輪型と言われるものであり、複数の車輪で支持された
フレームの中央に相対距離計を設置しており、測定線に
沿って人手等によって移動しながら、移動距離と対象面
までの相対距離を計測しており、移動距離を横軸に、相
対距離を縦軸とすることで、凹凸形状が表されたグラフ
を出力するものである。他のタイプは、反応型または慣
性型と言われるものであり、車両に相対距離計、加速時
計及び移動距離計等を搭載しており、対象面上を走行し
ながら、相対距離計出力と加速度計出力の両方から、凹
凸形状を計測するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、対
象面が道路である場合、その縦断形状の凹凸度評価は、
道路の補修の判断、道路工事の品質の評価など道路の性
能評価として用いられており、産業上有用な技術であ
る。この評価を統一化する目的で、例えば、世界銀行の
出資でＩＲＩ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｏｕｇ
ｆｈｎｅｓｓＩｎｄｅｘ）が開発され提案されてきて
いる。このＩＲＩを求めるためには、車の乗り心地をベ
ースに人為的に決められた特定の周波数特性を持つゲイ
ンを持つ装置で路面の凹凸形状を測定することが必要で
ある。

【０００４】しかしながら、従来の車両型縦断形状測定
装置では、周波数特性に凹凸があり、この凹凸は物理的
な車輪間隔によって決まるため、ＩＲＩのような特定の
周波数特性に対応することができないという課題があ
る。また、サブフレームを追加して、多重度を高めて周
波数特性を平坦にしていくことも考えられるが、車輪が
多くなり構造が複雑になるという課題がある。さらに
は、ＩＲＩを求めるためには、傾斜度の情報が必要とな
るが、従来の車両型縦断形状測定装置では、直接的には
対象面までの相対距離を求めており、同じ傾斜度を持つ
ものであっても凹凸の小さい短い波長の検出感度が低く
なるという課題がある。

【０００５】また、他方の反応型または慣性型では、一
定の高速状態で計測する必要があるため、低速または信
号などで停止した場合には計測が不能となり、短距離の
計測は困難であり、カーブなどでは補正を行わなければ
ならないという課題がある。また、高精度のセンサを要
するため、高価になるという課題もある。

【０００６】本発明はかかる課題に鑑みなされたもの
で、安価に構成することができ、所望の周波数特性を備
えることができる縦断形状測定装置を提供することをそ
の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、測定線方向に直列に並んだ２個以上の車輪
で支持されたフレームと、該フレームに設置され対象面
までの相対距離を計測する相対距離計と、対象面上を測
定線に沿って移動した移動距離を計測する移動距離計
と、該相対距離計で計測された相対距離から対象面の凹
凸形状を表す空間データを測定線に沿って求めるデータ
処理手段と、を備える縦断形状測定装置であって、前記
データ処理手段は、測定線に沿って移動したときの、移
動距離計で計測された移動距離データと、相対距離計で
計測された対象面までの相対距離データとを対応付けて
格納する記憶手段と、該記憶手段で格納されたデータに
対して、相対距離データを周波数毎の強度に変換する周
波数変換手段と、該装置が所望の周波数特性を持つよう
にするための補正係数を、周波数毎の強度に対して掛け
て補正する補正係数掛け算手段と、前記補正したものを
逆変換して対象面の補正された空間データを求める周波
数逆変換手段と、を備えることを特徴とする。

【０００８】縦断形状は、基点からの所定距離毎の、相
対距離計で計測された対象面までの相対距離データの集
合で捉えることができ、データの凹凸は細かい変化をす
るものから長い変化をするものまである。これらの周期
変化に着目し、周波数変換手段でフーリエ変換すること
により、周波数毎の強度に変換することができる。フー
リエ変換では、横軸に移動距離、縦軸に相対距離を持っ
た空間データと、横軸に周波数、縦軸にsin及びcosの成
分を持った周波数強度データの間で相互に変換が可能で
ある。フーリエ変換を用いて、周期Ｌの空間関数ｆ
（ｘ）を、次式のように、各周波数ω_n＝２ｎπ／Ｌと
して、sin（ω_nｘ）及びcos（ω_nｘ）の直交関数列に展
開する。

【０００９】

【数１】 sin（ω_nｘ）及びcos（ω_nｘ）の振幅は、（１）式の虚
部及び実部で表される。

【００１０】また、周波数逆変換手段で、次式により周
波数関数Ｆ（ｊω_n）をフーリエ逆変換すると、空間関
数ｆ（ｘ）に戻すことができる。

【００１１】

【数２】いま図３に示すように、フレーム１０の両端が車輪１２
Ａ、１２Ｂによって支持され、中央に相対距離計１８が
設置された装置を考える。装置の測定ゲインは、車輪１
２Ａ、１２Ｂと相対距離計１８との間の間隔をａとする
と、以下に説明するような周波数特性を持つ。

【００１２】即ち、図３に示すような、角周波数ω_nの
三角波ｅ^jω^nx上を装置が移動した場合、相対距離計の
出力ｆω_n（ｘ）は次式で表すことができる。

【００１３】

【数３】従って、測定ゲインＧは、

【００１４】

【数４】となる。ここで、波長をλとすると、ω＝２π／λとな
るので、

【００１５】

【数５】となり、ゲインはａ／λの比によって決まり、図４のよ
うになる。図から明らかなように、装置に固有のゲイン
の周波数特性は、

【００１６】

【数６】となる。この装置に固有の周波数特性を予め計算または
実験によって求めておき、この周波数特性が所望の周波
数特性となるような補正係数を求めておく。例えば、一
定の周波数特性を持つ装置にしたい場合には、図５に示
すように、一点鎖線で示したゲインの周波数特性に対し
て、実線で示した補正係数とすることにより、掛け算し
たものが一定のゲインを持つようにすることができる。

【００１７】任意の縦断面を計測し、周波数変換手段に
よってフーリエ変換によって周波数毎の強度を求め、補
正係数掛け算手段で、これに上記補正係数を掛けた後、
周波数逆変換手段によって、フーリエ逆変換により縦断
面に戻すことにより、周波数の影響を排除することがで
きる。

【００１８】または、ＩＲＩを求める場合には、補正係
数を掛けた結果が、図６に示すようなＩＲＩ特性を持つ
ように、予め補正係数を決めておき、フーリエ変換し補
正係数を掛けた後、逆フーリエ変換して空間データに
し、その空間データに基づいて、ＩＲＩを求めることが
できる。勿論ＩＲＩ以外の指数、例えばＲＮ（ｒｉｄｅ
ｎｕｍｂｅｒ）等に対応した装置となるように、装置が
任意の所望の周波数特性を持つようにすることができ
る。

【００１９】ところで、図５のＣ部に示すように、ゲイ
ンがゼロまたはゼロに近くなると補正係数が大きくなり
精度が悪くなる。従って、所望の周波数特性を持たせる
ためには、計測したい周波数帯域において、ゲインの凹
凸が激しくないようにすることが望ましい。複数の車輪
と相対距離計との間のそれぞれの間隔が、すべて同一に
ならないように、言い換えれば、異なる寸法があるよう
に設定することにより、例えば図３に示すように車輪と
相対距離計との間隔を同一の寸法（＝ａ）とした場合に
比較して、ゲインの周波数特性を平坦化することができ
る。これは、異なる寸法によって決まる周波数の影響が
加算し合うためと考えられる。従来の車両式測定装置に
おいて、サブフレームを一重または多重に設けた場合、
ゲインの周波数特性を平坦化することができ、この効果
はサブフレームの多重度が大きい程大きいという傾向が
あるが、本発明では、必ずしもサブフレームを用いなく
ても、簡単な構成でゲインの周波数特性を平坦化するこ
とができる。勿論、サブフレームを組み合わせること
で、よりその効果を高めることができる。異なる間隔寸
法は、内分の場合は、間隔の比が１：１．５以上となる
ようにすると良く、好ましくは１：２以上となるよう
に、それ以外の場合には、外分となるようにするとよ
い。外分の場合は、−１：３などとマイナスになるが、
−１：１以上となるようにするとよい。図７（ａ）は、
相対距離計１８と１つの車輪１２Ａの間隔をａ、相対距
離計１８と他の車輪１２Ｂとの間隔を９ａとして外分し
た、−１：９の比率の例であり、図７（ｂ）はその場合
の周波数特性を表している。このような大きな比率にす
ることにより、図４に比較して、周波数帯域を平坦化す
ることができることが分かる。

【００２０】また、例えばＩＲＩのように縦断形状の凹
凸を傾斜の次元で評価する必要がある場合に、複数の車
輪と相対距離計との間のそれぞれの間隔に寸法差をつけ
ることにより、短い波長の検出感度を高めることができ
る。図８はこの説明図であり、２つのグラフはいずれも
横軸は移動距離、縦軸は相対距離を表しており、図８
（ａ）は凹凸が大きい縦断形状、図８（ｂ）は凹凸が小
さい縦断形状を表す。これらの２つの縦断形状は凹凸は
異なるものの、傾斜度は同じであり、図８（ａ）は波長
が大きく、図８（ｂ）は波長が小さい。対象面との間の
相対距離を測定する本発明のような装置では、一般的に
（ｂ）のような凹凸の小さい短い波長で検出感度が小さ
くなるという問題があるが、各々の車輪と相対距離計の
間隔を異なる寸法とすることにより、相対距離計との間
隔が短い車輪の作用で計測されるデータは測定値に大き
く影響し、相対距離計との間隔が長い車輪の作用で計測
されるデータは測定値に小さく影響するようになる。相
対距離計との間隔が短い車輪の作用で計測されるデータ
は、短い波長成分を強く反映し、相対距離計との間隔が
長い車輪の作用で計測されるデータは、長い波長成分を
強く反映するため、結果として、短い波長成分がより強
く反映されて、検出感度が高くなる。よって、ＩＲＩの
ような傾斜を用いて凹凸の評価を行う評価法において、
有効となる。

【００２１】また、任意には、前記周波数変換手段、補
正係数掛け算手段及び周波数逆変換手段を用いる代わり
に、車輪と相対距離計との間隔を縦断形状の計測したい
周波数帯域の長い波長の略１／２の長さとし、別の車輪
と相対距離計との間隔を、縦断形状の計測したい周波数
帯域の短い波長の略１／２の長さに設定することができ
る。この長さは、内分または外分、即ち、前記車輪と前
記別の車輪との内側に相対距離計が位置していても、ま
たは前記車輪と前記別の車輪との外側に相対距離計が位
置していても良い。これにより、相対距離計との間隔が
長い車輪の作用で計測される長い波長成分と、相対距離
計との間隔が短い車輪の作用で計測される短い波長成分
との重ね合わせ効果が得られ、この長い波長と短い波長
との間で平坦な周波数特性が得られることとなる。勿
論、この車輪と相対距離計とが上記間隔に設定された構
成に、前記周波数変換手段、補正係数掛け算手段及び周
波数逆変換手段を組み合わせて、所望の周波数特性によ
り近い特性を得るようにすることも可能である。固有の
周波数特性が平坦であればあるほど、補正係数掛け算手
段による補正の負担を低減でき、より精度の高い測定を
行うことができる。

【００２２】以上に述べてきた車輪には、フレームを物
理的に支持する機能と、測定面から一定距離に保つ機能
がある。そこで、車輪の代わりに車両に設置された相対
距離計を用い、車輪に置き換えた相対距離計の出力を基
準とすることも可能である。即ち、測定線方向に直列に
並んで車両に設置され、対象面までの相対距離をそれぞ
れ計測する複数の相対距離計と、同じく車両に設置され
対象面上を測定線に沿って移動した移動距離を計測する
移動距離計と、該相対距離計で計測された相対距離から
対象面の凹凸形状を表す空間データを測定線に沿って求
めるデータ処理手段と、を備える縦断形状測定装置であ
って、前記データ処理手段は、測定線に沿って移動した
ときの、移動距離計で計測された移動距離データと、各
相対距離計で計測された対象面までの相対距離データと
を対応付けて格納する記憶手段と、各相対距離計で計測
された相対距離データから、複数の相対距離計の中の少
なくとも１つをメインの相対距離計と仮定し、残りの少
なくとも一部の複数の相対距離計をそれぞれ車輪で置き
換えたと仮定したときに、該車輪に支持されたメインの
相対距離計が出力するであろう相対距離を演算する相対
距離演算手段と、を備えて該相対距離演算手段からの相
対距離に基づいて空間データを求めると共に、前記メイ
ンの相対距離計と他の相対距離計との間隔を、装置が所
望の周波数特性を持つゲインを持つように設定すること
ができる。車輪の機能を相対距離計で代替することで、
より自由度が高いメインの相対距離計と他の相対距離計
との間隔の設定が可能となる。

【００２３】また、この車輪の代わりに相対距離計を複
数設置した装置に、前記周波数変換手段、補正係数掛け
算手段及び周波数逆変換手段を組み合わせて、所望の周
波数特性により近い特性を得るようにすることも可能で
ある。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の縦断形状測定装置
の実施形態を表す概略構造図、図２は、該装置のブロッ
ク図である。

【００２５】図示した装置は、ＩＲＩの評価値を出力す
るものであり、対象面である道路上を、図示しない車両
等によって牽引またはハンドルで操舵走行され、図示し
ない機構で４輪操舵されるようになっている。フレーム
１０は、測定線Ｌ方向に一列で直列に並んだ複数（この
例では２個）の車輪１２Ａ、１２Ｂによって支持されて
おり、各車輪１２Ａ、１２Ｂは、フレーム１０から下方
に伸びるブラケット１３，１３に軸支されている。ま
た、フレーム１０の前後方向適宜位置には、フレーム１
０に対して上下変位可能となった支持金具１５が設けら
れ、その下端部には、両側方向に張り出した補助輪１
４，１４，…が軸支されている。但し、補助輪１４，１
４，…は、あくまでフレーム１０の横転を防止するもの
で、フレーム１０の荷重は、実質的に車輪１２Ａ、１２
Ｂで受けるようになっている。

【００２６】車輪１２Ａ近傍には、車輪１２Ａの回転を
検出することにより装置の移動距離を検出するエンコー
ダ（移動距離計）１６が設置されており、また、フレー
ム１０には、相対距離計である対地距離計１８が設置さ
れている。対地距離計１８は、具体的には、レーザ距離
計、超音波距離計、電波距離計で構成することができ
る。対地距離計１８の取付位置は、対地距離計１８と車
輪１２Ａとの間隔を１としたときに、対地距離計１８と
車輪１２Ｂとの間隔が１ではなく、１よりも大きいもの
となっている。また、フレーム１０には、エンコーダ１
６及び対地距離計１８からの出力を処理するデータ処理
装置２０が設置されている。

【００２７】データ処理装置２０は、エンコーダ１６及
び対地距離計１８からの出力をＡ／Ｄ変換した後、その
データを受けて、演算処理し、ＩＲＩを出力するもので
ある。図２に示すように、データ処理装置２０は、記憶
装置２２、周波数変換器２４、補正係数掛け算器２６、
周波数逆変換器２８、変動累計器３０及び波形印刷機３
２を備える。データ処理装置２０は、部分的にハードウ
ェアまたはソフトウェアのいずれかで構成することがで
きる。

【００２８】記憶装置２２は、エンコーダ１６からの移
動距離データと対地距離計１８からの相対距離データと
を対応付けながら、格納していくものである。これら格
納された空間データは、周波数変換器２４で例えばフー
リエ変換により周波数毎の強度に変換される。そして、
フーリエ変換したものに対して、補正係数掛け算器２６
で補正係数を掛けてＩＲＩに対応した周波数特性を持つ
ように補正し、再び周波数逆変換器２８で逆フーリエ変
換により空間データに戻して、傾斜度の距離変化データ
とし、変動累計器３０でその傾斜度の変動の累計を行っ
て、ＩＲＩを求め、波形印刷機３２でその傾斜度の変動
波形を必要に応じて印刷する。

【００２９】図７（ｂ）は、具体的に、図７（ａ）に示
す対地距離計１８と車輪１２Ａとの間隔をａ＝１ｍ、対
地距離計１８と車輪１２Ｂとの間隔を９ａ＝９ｍとした
場合の、この装置の固有の周波数特性を表している。こ
の固有の周波数特性に対して、図７（ｃ）に示すような
補正係数を予め決めておくと、補正係数を掛けた後の特
性は、図７（ｂ）に示すＩＲＩ特性と等しくなる。

【００３０】フレーム１０を牽引または走行により測定
線Ｌ方向に移動させていき、エンコーダ１６から得られ
る移動距離データに基づき、一定距離毎の対地距離計１
８からの相対距離データを取り込み、所定距離のデータ
を記憶装置２２へと格納する。図９（ａ）は測定対象と
なる凹凸地形の例で、横軸は距離、縦軸は高さであり、
図９（ｂ）は、図７（ａ）のａ＝１ｍとしたときの測定
結果であり、横軸が移動距離、縦軸が相対距離を表して
いる。図９（ｂ）は周波数補正を行わず、単に相対距離
の変動を累計し、これを傾斜の累計と等しいと見なした
場合の（等しいと見なしてほとんど影響ない）ＩＲＩで
あり、ＩＲＩ＝１．１５５となっている。これに対し
て、図９（ｃ）は、周波数変換器２４でフーリエ変換後
に、補正係数掛け算器２６で図７（ｃ）で予め決めてお
いた補正係数を掛け、周波数逆変換器２８で逆フーリエ
変換により傾斜度と移動距離との関係となる空間データ
に変換した場合の波形であり、変動累計器３０でその傾
斜度データの変動の累計を行うと、ＩＲＩ＝１．３７３
となっている。尚、実測値は、縦軸が相対距離である
が、ＩＲＩを求めるのに必要なのは傾斜度であるため、
相対距離から傾斜度への変換を補正係数の中に含めてお
くこともできる。ちなみに、図９（ｄ）は図９（ａ）の
地形に対してＩＲＩ特性を持つ装置で測定した場合の理
論波形であり、ＩＲＩ＝１．３７６となっている。従っ
て、補正によりＩＲＩを理論値に近い値にできることが
分かる。

【００３１】以上の実施形態では補正係数掛け算器２６
で補正を行う場合について説明したが、補正を行わず、
単に対地距離計１８と車輪１２Ａ、１２Ｂとの間隔の比
率を１から異ならせることによっても、ＩＲＩを理論値
に近づけることができる。図１０は、このような思想に
基づく本発明の第２実施形態を表しており、図２の構成
に対して周波数変換器２４、補正係数掛け算器２６及び
周波数逆変換器２８が省略された構成となっている。

【００３２】比較例として、図９（ｅ）は、３ｍのフレ
ームに対して対地距離計１８をフレーム１０の中央に設
置し、フレーム１０の両端を車輪１２Ａ、１２Ｂで支持
した装置で測定し補正を行わない場合の波形とＩＲＩで
ある。これに対して、図１０（ａ）のように、対地距離
計１８と車輪１２Ａ及び車輪１２Ｂとの間隔をそれぞれ
異ならせしめた場合の結果は図９（ｂ）となり、ＩＲＩ
が理論値に近く、よりＩＲＩ特性に近い特性を持つ装置
を実現できることが分かる。この際に、特に長い方の間
隔、即ち対地距離計１８と車輪１２Ｂとの間隔Ｌ１を計
測したい周波数帯域の長い波長の略１／２の長さとし、
短い方の間隔、即ち、別の車輪と相対距離計との間隔Ｌ
２を、縦断形状の計測したい周波数帯域の短い波長の略
１／２の長さとすると良く、計測したい周波数帯域全体
をカバーすることができる。

【００３３】次に、図１１及び図１２は、第３の実施形
態を表す図である。この実施形態において、装置を移動
車両４０に搭載しており、移動車両４０に、測定線Ｌ方
向に直列に３個の相対距離計である対地距離計１８Ａ、
１８ｂ、１８Ｃを設置すると共に、該測定線Ｌ上にある
移動車両の１つの車輪Ｗにその回転を検出することによ
り装置の移動距離を検出するエンコーダ（移動距離計）
１６を設置している。対地距離計１８Ａ、１８ｂ、１８
Ｃは、レーザ距離計、超音波距離計、電波距離計で構成
することができる。また、データ処理装置２０は、第１
実施形態の構成に加えて、相対距離演算器３４が追加さ
れている。

【００３４】この実施形態では、第１及び第２実施形態
に比較して車輪１２Ａ、１２Ｂの代わりに、対地距離計
１８Ｂ、１８Ｃが設けられており、対地距離計１８Ａを
第１実施形態の対地距離計１８に相当する対地距離計
（メイン対地距離計ともいう）とし、残りの対地距離計
１８Ｂ、１８Ｃ（サブ対地距離計ともいう）としてい
る。対地距離計１８Ａで検出される相対距離をｙ１、対
地距離計１８Ｂで検出される相対距離をｙ２、対地距離
計１８Ｃで検出される相対距離をｙ３とすると、車輪を
置き換えた対地距離計１８Ｂ、１８Ｃを基準として、次
の式により第１実施形態の対地距離計１８に相当する本
来の対地距離計１８Ａの値を補正する。

【００３５】

【数７】但し、Ｃは車輪取付高さで一定である。外分した場合、
ａ１はその符号がマイナスとなる。上記（６）式は、第
１実施形態と同様に、対地距離計１８Ｂ及び対地距離計
１８Ｃのところで車輪に支持されたと仮定し、対地距離
計１８Ｂ及び対地距離計１８Ｃを通る仮想フレームの延
長上に対地距離計１８Ａがあると仮定したときの、その
対地距離計１８Ａの対地距離を求めたものである。前記
相対距離演算部３４では、（６）式の演算を行い、以
下、周波数変換器２４以降は第１実施形態と同様の処理
を行う。

【００３６】以上のようにこの実施形態でも第１実施形
態と同様の作用・効果が得られる。この実施形態では、
測定車輪１２Ａ、１２Ｂがないので、高速で測定でき
る。また、対地距離計１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの間隔を
適宜設定することによって、所望の周波数特性、周波数
帯域を得ることができるようになる。また、上記説明で
は、対地距離計１８Ａをメイン対地距離計とし、他の対
地距離計１８Ｂまたは１８Ｃを車輪の代わりとなるサブ
対地距離計としていたが、これに限るものではなく、メ
イン対地距離計を対地距離計１８Ｂまたは１８Ｃとする
こともでき、適宜、メイン対地距離計を切り換えること
も可能である。さらには、各対地距離計をそれぞれメイ
ン対地距離計として演算した値に、所定の重み付けを掛
けて平均したものを、相対距離として採用する事も可能
である。これによって装置の周波数特性及び周波数帯域
を変更することができるので、より自由度の高い装置と
することができる。

【００３７】また、第１及び第２の実施形態では、サブ
フレームを用いない車輪２個の簡単な構成について説明
したが、これに限るものではなく、図１３に示すような
サブフレーム構造をとることも可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、安価な従来の車両型縦断形状測定方式を用
いて、所望の周波数特性を持つ装置とすることができ
る。

【００３９】また、請求項２記載の発明によれば、複数
の車輪と相対距離計との間を異ならすことで、平坦な周
波数特性を持たせることができるようになる。

【００４０】また、請求項３記載の発明によれば、統一
的な基準となりつつあるＩＲＩに対応した装置とするこ
とができる。

【００４１】また、請求項４記載の発明によれば、安価
な従来の車両型縦断形状測定方式を用いて、広帯域で平
坦な周波数特性を持つ装置とすることができる。

【００４２】また、請求項５記載の発明によれば、所望
の周波数特性により近い装置とすることができる。

【００４３】また、請求項６記載の発明によれば、車輪
の機能を相対距離計で代替することで、より自由度が高
いメインの相対距離計と他の相対距離計との間隔の設定
が可能となる。また、測定車輪がないので、高速で測定
できる。

【００４４】また、請求項７記載の発明によれば、所望
の周波数特性により近い装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による縦断形状測定装置の第１実施形態
を表す概略構造図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平
面図、（ｃ）は正面図である。

【図２】図１の縦断形状測定装置のブロック図である。

【図３】本発明を理解するための説明図であり、フレー
ムの両端が２つの車輪によって支持され、中央に相対距
離計が設置された装置で、正弦波上を装置が移動した場
合を表す図である。

【図４】図３の装置で測定した場合のゲインＧと、正弦
波の周波数及び波長との関係を表すグラフである。

【図５】補正係数を表すグラフである。

【図６】ＩＲＩ特性を表すグラフである。

【図７】（ａ）は車輪と相対距離計との位置関係を表す
説明図、（ｂ）は（ａ）の装置を用いて測定したときの
ゲインを表すグラフ、（ｃ）はＩＲＩ特性を得るための
補正係数のグラフである。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は同じ傾斜度を持つ縦断形状
であり、（ａ）は凹凸が大きい縦断形状、（ｂ）は凹凸
が小さい縦断形状を示す。

【図９】（ａ）は地形の凹凸（高さ）（ｂ）は図７の装
置において図９（ａ）に示した地形の凹凸（高さ）に対
して図７の装置で測定した場合の相対距離計の出力波形
とＩＲＩ、（ｃ）は図７の装置において図９（ｂ）に示
した測定値に対してフーリエ変換を行い、周波数補正を
行って、フーリエ逆変換した場合の波形とＩＲＩ、
（ｄ）は図９（ａ）の地形に対してＩＲＩ特性を持つ理
論波形とＩＲＩ、（ｅ）は対地距離計が２つの車輪の中
点にあって補正を行わない場合の相対距離計の出力波形
とＩＲＩである。

【図１０】（ａ）は本発明による縦断形状測定装置の第
２実施形態を表す概略構造図、（ｂ）は（ａ）のブロッ
ク図である。

【図１１】本発明による縦断形状測定装置の第３実施形
態を表す概略構造図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は
平面図である。

【図１２】図１の縦断形状測定装置のブロック図であ
る。

【図１３】サブフレーム構造を用いた本発明の縦断形状
測定装置の一例を示す概略構造図である。

【符号の説明】

１０フレーム１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ車輪１６エンコーダ（移動距離計）１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ対地距離計（相対距離
計）２０データ処理装置２２記憶装置２４周波数変換器２６補正係数掛け算器２８周波数逆変換器３４相対距離演算器４０車両

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋睦東京都大田区南蒲田二丁目16番46号株式会社トキメック自動建機内 (72)発明者陶山武彦東京都大田区南蒲田二丁目16番46号株式会社トキメック自動建機内 (72)発明者越智達之東京都大田区南蒲田二丁目16番46号株式会社トキメック自動建機内Ｆターム(参考） 2F069 AA06 AA60 BB24 BB25 GG04 GG06 GG07 GG09 GG56 GG58 HH09 HH11 NN07 NN08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定線方向に直列に並んだ２個以上の車
輪で支持されたフレームと、該フレームに設置され対象
面までの相対距離を計測する相対距離計と、対象面上を
測定線に沿って移動した移動距離を計測する移動距離計
と、該相対距離計で計測された相対距離から対象面の凹
凸形状を表す空間データを測定線に沿って求めるデータ
処理手段と、を備える縦断形状測定装置であって、前記
データ処理手段は、測定線に沿って移動したときの、移動距離計で計測され
た移動距離データと、相対距離計で計測された対象面ま
での相対距離データとを対応付けて格納する記憶手段
と、該記憶手段で格納されたデータに対して、相対距離デー
タを周波数毎の強度に変換する周波数変換手段と、該装置が所望の周波数特性を持つゲインを持つようにす
るための補正係数を、周波数毎の強度に対して掛けて補
正する補正係数掛け算手段と、前記補正したものを逆変換して対象面の補正された空間
データを求める周波数逆変換手段と、を備えることを特
徴とする縦断形状測定装置。
【請求項２】前記複数の車輪と相対距離計との間のそ
れぞれの間隔を、装置が所望の周波数特性になるよう
に、設定することを特徴とする請求項１記載の縦断形状
測定装置。
【請求項３】測定線方向に直列に並んだ２個以上の車
輪で支持されたフレームと、該フレームに設置され対象
面までの相対距離を計測する相対距離計と、対象面上を
測定線に沿って移動した移動距離を計測する移動距離計
と、該相対距離計で計測された相対距離から対象面の凹
凸形状を表す空間データを測定線に沿って求めるデータ
処理手段と、を備える縦断形状測定装置であって、１つの車輪と相対距離計との間隔を、縦断形状の計測し
たい周波数帯域の長い波長の略１／２の長さとし、別の
車輪と相対距離計との間隔を、縦断形状の計測したい周
波数帯域の短い波長の略１／２の長さに設定することを
特徴とする縦断形状測定装置。
【請求項４】前記データ処理手段が、測定線に沿って移動したときの、移動距離計で計測され
た移動距離データと、相対距離計で計測された対象面ま
での相対距離データとを対応付けて格納する記憶手段
と、該記憶手段で格納されたデータに対して、相対距離デー
タを周波数毎の強度に変換する周波数変換手段と、該装置が所望の周波数特性を持つゲインを持つようにす
るための補正係数を、周波数毎の強度に対して掛けて補
正する補正係数掛け算手段と、前記補正したものを逆変換して対象面の補正された空間
データを求める周波数逆変換手段と、を備えることを特
徴とする請求項３記載の縦断形状測定装置。
【請求項５】測定線方向に直列に並んで車両に設置さ
れ、対象面までの相対距離をそれぞれ計測する複数の相
対距離計と、同じく車両に設置され対象面上を測定線に
沿って移動した移動距離を計測する移動距離計と、該相
対距離計で計測された相対距離から対象面の凹凸形状を
表す空間データを測定線に沿って求めるデータ処理手段
と、を備える縦断形状測定装置であって、前記データ処
理手段は、測定線に沿って移動したときの、移動距離計で計測され
た移動距離データと、各相対距離計で計測された対象面
までの相対距離データとを対応付けて格納する記憶手段
と、各相対距離計で計測された相対距離データから、複数の
相対距離計の中の少なくとも１つをメインの相対距離計
と仮定し、残りの少なくとも一部の複数の相対距離計を
それぞれ車輪で置き換えたと仮定したときに、該車輪に
支持されたメインの相対距離計が出力するであろう相対
距離を演算する相対距離演算手段と、を備えて該相対距
離演算手段からの相対距離に基づいて空間データを求め
ると共に、前記メインの相対距離計と他の相対距離計との間隔を、
装置が所望の周波数特性を持つゲインを持つように設定
することを特徴とする縦断形状測定装置。
【請求項６】前記データ処理手段は、相対距離演算手
段からの相対距離データを周波数毎の強度に変換する周
波数変換手段と、該装置が所望の周波数特性を持つゲインを持つようにす
るための補正係数を、周波数毎の強度に対して掛けて補
正する補正係数掛け算手段と、前記補正したものを逆変換して対象面の補正された空間
データを求める周波数逆変換手段と、を備えることを特
徴とする請求項５記載の縦断形状測定装置。
【請求項７】前記所望の周波数特性は、ＩＲＩ（Ｉｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲｏｕｇｈｎｅｓｓＩｎｄ
ｅｘ）特性であることを特徴とする請求項１，２，４及
び６のいずれか１項記載の縦断形状測定装置。