JP2007270613A - 道路表面の品質評価のための仮想プロフィログラフ - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的で時宜にかなった、道路の乗り心地測定方法を提供すること。
【解決手段】道路を建設しながら道路の乗り心地を示す測定結果を提供することができる仮想プロフィログラフが開示されている。結果として従来方法に比較してより時宜にかなった低コストである、道路の乗り心地の指標が得られた。第１の実施形態では全地球的航法衛星システムのアンテナが車両に取り付けられている。車両が道路上を進んでいるとき、アンテナ位置の測定値が別々の時間に記録される。道路のプロファイルは、出発位置から進んできた距離の関数としてアンテナの高さを測定することによって創り出される。他の実施形態では、道路の傾斜および車両の傾きを測定するのに傾きセンサが使用され、それによって車両の精密な向き、したがって道路の輪郭を決定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、全般的に道路舗装作業のための機械に関し、より具体的には、全地球的航法衛星システムを使用した、舗装された道路表面の品質評価に関する。

街路、高速道路およびその他のそのような道路を設計し、舗装／表面仕上げをする方法ならびにそのような舗装作業で使用される装置は、非常によく知られている。例えばこのような方法の１つではアスファルト混合物が、適切に勾配がゆるくされ、準備された表面に散布され次いでその混合物は、例えばアスファルト圧縮機を使用して圧縮される。アスファルト圧縮機、ロ−ラ、ロ−ラ・マシンという用語は、本明細書では同義的に使用される。当業者ならば、異なる環境に適した異なるタイプの舗装／表面仕上げ作業が数多くあることを理解するであろう。

仕上げられた道路に対する主要な一評価は、車両がその道路上を通過する際に車両が経験する乗り心地である。道路の建設が完成した後に、業界でよく知られているプロフィログラフが乗り心地測定の一方法として一般的に使用される。プロフィログラフは、道路の長手方向のプロファイルを生成するために道路上を通過させて隆起および窪みの存在および重篤性を検知する測定装置である。図１にこの目的に対して有効な従来技術によるプロフィログラフ１００が示されている。その図を参照すると、プロフィログラフ１００は、例えば軽いアルミニウムのフレ−ムであるフレ−ム１０２を有する。例示的なプロフィログラフ１００は、７．６メ−トル（２５フィ−ト）の長さＬを有する。フレ−ム１０２は、車輪アセンブリ１０１により道路１０９の上に支持され、車両の背後を１１０の方向に牽引されるようになされている。測定用車輪（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｈｅｅｌ）１０８は、ア−ム１０７に取り付けられており、そのア−ムは、次いで、車輪が道路の上を通過するのに応じてそのア−ム１０７が、したがって車輪１０８が道路１０９の外形に追従して垂直に動けるような方式でフレ−ム１０２に装着された装着ボックス１０４に取り付けられている。測定用車輪および／またはア−ム１０７は、ケ−ブル１０６および可撓性シャフト１０５を介して記録装置１０３に接続されている。車輪１０８が上下に垂直に動くにつれて、つまりプロフィログラフが牽引されて車輪が道路の隆起に乗り上げ窪みに落ち込むにつれて、ケ−ブル１０６がそれぞれ伸び縮みし、可撓シャフト１０５が車輪１０８の回転と関連して回転する。記録装置１０３は、ケ−ブル１０６の長さの変化を車輪１０８の回転の関数として記録し、車輪１０８の垂直方向の位置を、車輪アセンブリ１０１の既知の固定位置と比較する。車輪１０８の回転数は、プロフィログラフが進んだ距離と直接的に比例するので、記録装置１０３は、プロフィログラフ１００の長さの範囲内における、乗り心地を悪化させるように機能することもある急速な高さの変化を割り出すために車輪１０８の車輪アセンブリ１０１に対する相対位置を正確に記録することができる。道路１０９に沿って発生したこれらの急速な高さの変化は、次いで道路の長手方向のプロファイルを生成するためにプロフィログラフの開始点からの距離の関数としてプロットすることができる。記録装置１０３は、ケ−ブル１０６に連結された物理的なペンをもつアナログ装置であることもある。このような場合、ペンはケ−ブル１０６の長さの変化に比例して動き、車輪１０８の回転速度に比例する速度でペンと関連して巻き取られる巻紙の上にへこみおよび隆起を記録する。あるいは、記録装置１０３は、道路プロファイル情報をディジタル・メモリ内に記憶するディジタル計算装置である場合もある。いずれにせよその結果は、その道路上を通過する車両の乗り心地に影響を与え得る急速な高さの変化を移動した距離の関数として示す道路のプロファイルまたはグラフである。

プロフィログラフのその他の変形形態も使用されてきた。例えば長さがより短いプロフィログラフが開発されており、それは比較的低速に限定されている図１のプロフィログラフより速い速度で有用である。さらに本明細書でレ−ザ・プロフィログラフと呼ばれるプロフィログラフではレ−ザ測距装置も使用されてきた。レ−ザ・プロフィログラフは、一般的に、車両に取り付けられた１つまたは複数のレ−ザ装置から成っている。レ−ザは、車両が移動すると共に道路に向けられ、１つまたは複数のセンサが、例えばレ−ザから放たれた光のエネルギがレ−ザ装置からセンサまで進むのにかかる時間を測定し、したがってレ−ザから地面までの距離の測定が可能になる。光のエネルギが、レ−ザ装置から、道路で反射されセンサに至るまで進むのに要する時間が長ければそれだけ地面の上でレ−ザ装置／センサ設置位置までの距離が大きくなる。距離を測定している間に車両の速度が記録され、この情報は、その情報を道路のプロファイルを創り出すために記録するコンピュ−タに送られる。

従来形のプロフィログラフは、多くの態様において有利であるが、ある面では制約もあった。例えば従来形のプロフィログラフでは全て、精密な結果を得るためには運転前に入念な較正を必要とした。このような測定が行われるのは、道路が完成した後だけであるのも一般的であったし、通常、道路を舗装した作業員チ−ムとは異なる作業員チ−ムによって測定が行われ、したがって道路の建設を完成させるのに関連するコストおよび時間を増加させている。さらに従来形プロフィログラフのような大きな機械的な装置をうまく操作するのは難しいし扱いにくい。

したがって本発明者は、より効率的で時宜にかなった、道路の乗り心地測定方法が必要であると認識してきた。したがって本発明は、道路を建設しながら道路の乗り心地を示す測定結果を提供することができる図形的な仮想プロフィログラフである。結果として従来方法に比較してより時宜にかなった低コストである、道路の乗り心地の指標が得られる。一実施形態では、本発明の原理によるプロフィログラフは、道路建設の作業員チ−ムが道路の建設をリアルタイムで修正し、道路の乗り心地を改良することを可能にしている。

第１の実施形態では１つまたは複数の全地球的航法衛星システムのアンテナが車両に取り付けられている。車両が道路上を進むとき、アンテナ位置の測定値が別々の時間に記録される。道路のプロファイルは、出発位置から進んできた距離の関数としてアンテナの高さを測定することによって創り出される。他の実施形態では、道路の傾斜および車両の傾きを測定するために傾きセンサが使用され、それによって車両の精密な向き、したがって道路の輪郭を決定することができる。

当業者には、本発明のこれらおよびその他の利点が、下記の詳細な説明および添付図面を参照することによって明らかになろう。

図２は、本発明の一実施形態による建設機械２０２を示している。具体的には、その図は、道路を建設するのに使用する材料を圧縮するようになされたアスファルト圧縮機（繰り返すが、本明細書では同義的にロ−ラとも呼ばれる）を示す。具体的な一実施形態では、ロ−ラ２０２は、ロ−ラ２０２が道路上を動き回るにつれて道路表面を圧縮するための円筒型圧縮ロ−ラ２１４を２つ有する。ロ−ラ２０２のようなロ−ラの構成は当技術分野でよく知られており、本発明の原理を理解するのに必要である場合以外には本明細書ではこれ以上詳細には説明しない。ロ−ラ２０２は、ロ−ラ本体２１２に連結され、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）からの信号を受けるのに使用される衛星アンテナ２０８を例示的に有する。ＧＮＳＳは、よく知られており位置決め／時間関連の広範囲な課題を解決するのに使用される。これらシステムでは、米国の全地球測位システム（ＧＰＳ）およびロシアの全地球的航法衛星システム（ＧＬＯｂａｌ ＮＡｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＬＯＮＡＳＳ）の２つがよく知られている。参照を簡単にするためにこの説明では全体としてＧＰＳシステムを参照するが、本説明がＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳを組み合わせたもの（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ）またはその他のＧＮＳＳシステムにも等しく適用できることを理解されたい。

当業者ならば高い精密性をもってＧＰＳアンテナ２０８の位置を知ることができることを理解されよう。その精密性は、よく知られているディファレンシャルＧＰＳつまりＤＧＰＳを使用してさらに高めることができる。このようなＧＤＰＳによる方法は、アンテナ２０８の位置を例えば図２のｙ軸に沿って縦方向に２ｃｍ以内、ならびにこれも例証として図２のｘおよびｚ軸に沿って横方向に１ｃｍ以内で決定することを可能にする。この精密度は、さらにより正確な位置測定値をもたらすより新しい技術の使用を介してさらにもっと高めることができる。例えばいくつかのより新しい人工衛星測位システムでは、固定位置に信号を発信するためのレ−ザ送信器を組み込み、ロ−ラ２０２上の受信器がその信号を受信する。その受信器が受信する信号の信号特性および固定された送信器の知られている位置に基づき衛星測位システムの位置測定結果をさらに高めることができ、それによってアンテナ２０８の位置を例えば図２のｙ軸に沿って縦方向で５ミリメ−トル以内の正確度で、ならびにこれも例証として図２のｘおよびｚ軸に沿って横方向で１センチメ−トル以内で決定することができる。

したがって当業者ならば理解されるであろうが如くに前記の構成は、ロ−ラ２０２上のアンテナ２０８のデカルト座標位置並びにそのアンテナの線速度の精密な測定を可能にさせる。アンテナは、ロ−ラ２０２本体の固定位置にしっかりと装着されている。したがって、やはりロ−ラ２０２の本体に対して固定して装着されている、ロ−ラ２０２のその他の任意の構成要素の位置は、簡単な幾何学的な計算を介してアンテナと同様の正確さで位置決めをすることができる。具体的にはアンテナ２０８の位置を知ることで円筒型ロ−ラ２１４の精密な位置を知ることができ、その位置と時間に関して別個に測定した測定値を組み合わせると対応する正確さでロ−ラ２０２の進行方向および位置を決定する事が可能になる。他の実施形態ではＧＰＳアンテナ２０８に加えてロ−ラ２０２が傾きセンサ２０４Ａおよび２０４Ｂをも有するのがより一般的である。傾きセンサ２０４Ａは、例えばロ−ラ２０２がｘ−ｚ平面を水平に進んでいるのかあるいはその平面に対して上り方向または下り方向に進んでいるのかを測定するのに使用されることもある。他方では傾きセンサ２０４Ｂは、ロ−ラ２０２がロ−ラの長手方向の軸の周りで傾いているか、つまりロ−ラが水平なｘ−ｚ平面に対して一方または他方に転がっているのか決定するのに使用することもある。

当業者ならば、同じ機能をはたすために傾きセンサ２０４Ａおよび２０４Ｂに代わって複数のＧＰＳアンテナをロ−ラ２０２の本体に配置することができることを理解するであろう。例えば第２のアンテナを、アンテナ２０８に対してｚおよびｘの両方向でオフセットしてあるが、ロ−ラ本体に配置した場合、２つのアンテナの相対的な３次元位置を比較することによりロ−ラ２０２の傾きおよび勾配の向きを決定することができる。当業者ならばロ−ラ２０２および円筒型ロ−ラ２１４の位置および向きを前記のように決定するために、様々な同様に有利なＧＮＳＳアンテナの配置および構成を考案することができよう。このようにしてロ−ラ２０２およびのその様々な構成要素、例えばロ−ラ２１４の精密な位置、速度、進行方向および向き（例えば勾配および傾き）を決定することができる。したがってロ−ラが路面上を動き回るにつれて時間に関して複数の測定値を取れば道路の精密なプロファイルを決定することができる。

図２のＧＰＳ受信器２１０のようなＧＮＳＳ制御システムは、コンピュ−タ・プログラムの工程を実行するようになされたプログラム可能なコンピュ−タで実行され、ロ−ラ２０２および／または円筒型ロ−ラ２１４の位置を計算して図２の例示的な端末２０６上に表示することもあるが、当業者であれば図２のアンテナ２０８は、そのＧＮＳＳ制御システムに接続される場合もあることも理解されよう。図３を参照すると、このような制御システム２１０は、前記アンテナの１つまたは複数の位置に関連したデ−タのようなデ−タを受信し、記憶しかつ送出するようになされた任意の適切なコンピュ−タで実行されることもある。具体的には、例示的な制御装置２１０は、例えば制御システム２１０全体の動作を制御するプロセッサ３０２（または複数のプロセッサ）を有することもある。このような動作は、記憶装置３０３に記憶されたコンピュ−タ・プログラムによって定義され、プロセッサ３０２によって実行される。メモリ・ユニット３０３は、電子式、磁気式、または光学式媒体を制限なく含むコンピュ−タが読める如何なるタイプの媒体でもよい。さらに図３では１つのメモリ・ユニット３０３が示されているが、メモリ・ユニット３０３は、複数のメモリ・ユニットを備え、そのようなメモリ・ユニットが任意のタイプのメモリを含み得ることを理解されたい。制御システム２１０は、例示的なモデム３０１およびネットワ−ク・インタ−フェ−ス３０４も備える。制御システム２１０は、例示的に、例えばデ−タおよび本発明の原理により前記のように使用するようになされたコンピュ−タ・プログラムを記憶するためのコンピュ−タ・ハ−ドディスク・ドライブ３０５のような記憶媒体も備える。最後に制御システム２１０は、例示的に、図２および図３で端末２０６と表現されていて、例えば技術者または機械操作者との対話を可能にするための１つまたは複数の入／出力装置も備える。タ−ミナル２０６は、例示的に、ディスプレイ３０７および入力装置（ここではキ−ボ−ド）３０８を有する。当業者であれば、制御システム２１０および端末２０６は、ロ−ラ２０２に直接設置される場合も、または例えばロ−ラ２０２から離して設置される場合もあることを理解されよう。当業者ならば制御システム２１０が、本来例示的なものであるに過ぎず、様々なハ−ドウェアおよびソフトウェア・コンポネントを適応させ、コンピュ−タで本発明の原理により同じように有利に使用する場合があることも理解されるであろう。

図４は、制御システムによって創り出され、紙のグラフまたはその代わりにディスプレイ、例えば図３における端末２０６のディスプレイ３０７に表示される例示的なグラフ４００を示す。図４を参照すると、グラフ４００は、図２のＧＮＳＳアンテナ２０８の当初出発点高さ４０４に対する高さを表現する垂直軸４０２を有する。軸４０２によって表現される高さは、例示的に、センチメ−トルで表示されている。グラフ４００は、道路上の出発点から進んだ距離を表現する水平軸４０３も有し、その出発点はグラフ４００で例示的に出発点４０５として示されている。軸４０３によって表現される距離は、例えばフィ−トで表示される。当業者であれば、軸４０２および４０３に対して異なる測定単位を使用する多くの異なる解像度が使用され、道路の状態（つまり道路の相対的な粗さまたは滑らかさ）に応じて同じように有利な結果が得られる場合もあることを理解されよう。当業者であれば軸４０２および４０３で表現される距離は、任意の適切な単位あるいは相対的な無単位で表される場合もあることを理解されよう。図２のロ−ラ２０２が道路上を動き回るにつれて、図３のＧＮＳＳ制御システムにより、前記にしたがって取られた垂直および水平位置測定値が、ロ−ラの進んだ距離の関数としてグラフ４００上にプロットされる。あるいはこれら垂直および水平位置測定値によって表現される生の位置デ−タは、機械的なプロフィログラフが前記のように車輪アセンブリ１０１に対する図１の車輪１０８の急速な高さの変化を測定する方式をシミュレ−トするために、例えば様々な距離にわたって平均化され、またはそうでない場合には数学的に平滑化されることもある。いずれにしろプロット４０１は、ロ−ラがその上を動き回る道路の表面を表現しており、したがってその道路表面を進行する車両の乗り心地を評価するために使用することができる。

前述の「詳細説明」は、あらゆる点において説明的および例示的であり制限的ではないと理解するべきであり、本明細書に開示されている本発明の範囲は、「詳細説明」からではなくむしろ特許法で許容される最大範囲によって解釈される特許請求の範囲から決定されるべきである。本明細書に示され、説明されている実施形態は、本発明の原理の説明に過ぎず、本発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な改変が当業者によって実施される場合もあることを理解するべきである。

従来形のプロフィログラフを示す図である。 本発明の一実施形態による、アスファルト圧縮機上の仮想プロフィログラフ・システムを示す図である。 図２の仮想的プロフィログラフ・システムで有用なＧＰＳ制御システムの図である。 本発明の一実施形態による仮想的プロフィログラフの例示的ディスプレイを示す図である。

Claims (19)

1. 表面を動き回るようになされた車両で使用するための方法であって、前記車両が全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）アンテナ受信機を備え、前記方法が、
   前記ＧＮＳＳアンテナの複数の場所を対応する複数の異なる時刻において計算する工程と、
   前記複数の場所を記憶する工程と、
   前記複数の場所および前記対応する複数の異なる時刻に基づいて前記表面の描写を生成する工程と
   を備える方法。
2. 前記表面が道路である請求項１に記載の方法。
3. 前記車両が、前記道路の表面を圧縮するようになされたアスファルト圧縮機である請求項２に記載の方法。
4. 前記表面の前記描写が、コンピュ−タ・ディスプレイ上に表示される請求項１に記載の方法。
5. 前記表面の前記描写をコンピュ−タ・メモリに記憶する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
6. 前記複数の場所が、前記車両が前記表面を動き回るときの異なるアンテナの場所に対応する請求項１に記載の方法。
7. 前記描写が、前記車両の構成部品が出発場所と比較して進行した距離を前記構成要素の高さの関数として示すグラフを含む請求項１に記載の方法。
8. 前記構成要素が、前記ＧＮＳＳアンテナを備える請求項７に記載の方法。
9. 前記構成要素が、前記車両にロ−ラを備える請求項７に記載の方法。
10. 前記表面にわたる車両の乗り心地を前記描写の関数として決定する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
11. 表面を動き回るようになされた車両で使用するための装置であって、前記車両が全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）アンテナを備え、前記装置が、
    前記ＧＮＳＳアンテナの複数の場所を対応する複数の異なる時刻において計算するための手段と、
    前記アンテナの前記複数の場所を記憶するための手段と、
    前記複数の場所および前記対応する複数の異なる時刻に基づいて前記表面の描写を創り出すための手段と
    を備える装置。
12. 前記表面が道路である請求項１１に記載の装置。
13. 前記車両が、前記道路の表面を圧縮するようになされたアスファルト圧縮機である請求項１２に記載の装置。
14. 前記表面の前記描写が、コンピュ−タ・ディスプレイ上に表示される請求項１１に記載の装置。
15. 前記表面の前記描写をコンピュ−タ・メモリに記憶する工程をさらに備える請求項１１に記載の装置。
16. 前記複数の場所が、前記車両が前記表面を動き回るときの異なるアンテナの場所に対応する請求項１１に記載の装置。
17. 前記描写が、前記車両の構成部品が出発場所と比較して進行した距離を前記構成要素の高さの関数として示すグラフを含む請求項１１に記載の装置。
18. 前記構成要素が、前記ＧＮＳＳアンテナを備える請求項１７に記載の装置。
19. 前記構成要素が、前記車両にロ−ラを備える請求項１７に記載の装置。

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