JP2016191592A - 路面平滑性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定重量の錘による重力荷重をかけて垂直荷重を計測する荷重センサを車両の所定位置に搭載して段差や凹凸が生じた道路の路面状態を評価する路面平滑性評価方法を提供する。【解決手段】路面平滑性評価方法は、車両停止時の荷重センサの出力を静止荷重として記録し、車両走行中の荷重センサの出力を所定のサンプリング時間間隔毎に動的荷重として記録し、車両走行中の荷重センサの出力の記録時刻に対応させて位置情報を記録し、位置情報を基に所定のセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間及び静止荷重に対する動的荷重の変化率から所定のセグメント時間間隔毎の最大変化率を求め、車両の種類、荷重センサの搭載位置、及び評価対象に対応して設定された所定の基準値を基に、セグメント時間間隔毎の最大変化率のうちの特定の最大変化率の値を有するセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を特定の評価区間として設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、路面状態の平滑性診断方法に関し、より詳細には、段差や凹凸等の道路の路面の平滑性を探知して評価する方法に関する。

道路の路面は、理想的には平滑面であることが望ましい。しかし、完全な平滑性を維持した道路は存在せず、現実には段差や凹凸が無数に連続する。このような段差や凹凸は、道路の竣工時から不可避的に発生しており、使用頻度に応じてその程度も増大する。とりわけ、高速道路では、路面に生じた段差や凹凸が走行中の快適性に大きく影響を与えるのみならず、騒音の原因となったり、安全運行に支障を来たしたりすることから、厳重な路面管理が必要である。

路面状況を測定する技術としては、大別するとプロファイル方式とレスポンス方式とに分けられる。プロファイル方式は路面の縦方向の凹凸（プロファイル）を実測する方式である。レスポンス方式は路面から受ける動的応答（加速度）に基づいて路面の平滑性を測定する方式である。レスポンス方式によって路面状態を測定する最も一般的な手法は、鉛直方向の加速度を測定し、これを積分して鉛直方向の変位を求める手法である。ところが、このような測定手法を用いた場合、路面の段差や凹凸に対して、必ずしも高い検出精度が得られないという問題がある。これは、路面の段差や凹凸に応じて加速度計は加速度を検出するが、段差や凹凸が比較的小さな場合の加速度と比較的大きな場合の加速度とを比較した場合、両者間に顕著な加速度変化が生じないからである。即ち、道路上に車両を実走行させた場合、路面には細かな段差や凹凸が連続しているために、車両に搭載された加速度計は常に加速度を検出した状態となる。このため、比較的大きな段差や凹凸を乗り越えた場合であっても大きな加速度変化が現れにくい。その結果、路面の段差や凹凸に対して高い検出精度が得られない。

路面の平滑性を評価する指標として、わが国では、建設省（現、国土交通省）で開発されたＭＣＩ（Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｄｅｘ：維持管理指数）があるが、近年では、より道路利用者の快適性に重点をおいた指標として、路面の縦断凹凸から算出した情報に基づいて乗り心地評価と再現性を実現させたＩＲＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ：国際ラフネス指標）が注目されている。これらを区分するものではないが、路面状況を測定する技術として、例えば特許文献１には、自動車の走行方向に沿った３個所に、それぞれ路面迄の高さを測定するレーザ測距器を備え、レーザ測距器のうちの前後２つの測距値を結んだ基準線に対する中間の１つの測距値の変動により路面の形状を測定する技術が開示されている。また、特許文献２には、試験車の車軸側に位置する加速度計と、サスペンションが支持する車体側に位置する加速度計と、試験車の走行速度を測定するためのＧＰＳレシーバにより測定データを収集してＩＲＩ（国際ラフネス指数）を算出する技術が開示されている。

一方、現状の路面平滑性管理は、道路の構造破壊を如何にして改修するかという道路管理者の目線で行われており、必ずしも道路利用者の立場を反映したものではない。特に、トラック輸送に伴う精密機械等の振動衝撃に影響される物品に関する苦情が多いことから、運搬物を考慮した平滑性基準が必要である。また、現状の平滑性異常の判断基準は、数ある路面形状のごく一部に対するものであり、この基準に基づく改修では多数の異常個所が残存する。そして、車両に加わる力も、積載物に加わる力も、乗用車も、トラックも、車両の前部も後部も、同じような力が加わるとする平滑性管理が実情である。

特開２０１２−１７３０９５号公報 特開２０１０−０６６０４０号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、車両の所定位置に搭載した荷重センサを用いて段差や凹凸が生じた道路の路面状態を体感に沿って評価する路面平滑性評価方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による路面平滑性評価方法は、所定重量の錘による重力荷重をかけて垂直荷重を計測する荷重センサを所定位置に搭載した車両を走行させて路面の平滑性を評価する方法であって、前記重力荷重をかけた車両停止時の荷重センサの出力を静止荷重として記録する段階と、前記重力荷重をかけた車両走行中の荷重センサの出力を所定のサンプリング時間間隔毎に動的荷重として記録する段階と、前記車両走行中の荷重センサの出力の記録時刻に対応させて該車両走行中の位置情報を記録する段階と、前記位置情報を基に所定のセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を求める段階と、前記静止荷重の値に対する車両走行中の前記動的荷重の値の変化率を求める段階と、車両走行中の前記変化率から前記所定のセグメント時間間隔毎の最大変化率を求める段階と、車両の種類、荷重センサの搭載位置、及び評価対象のうちのいずれか１つ以上に対応して設定された所定の基準値を基に、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率のうちの特定の最大変化率の値を有するセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を特定の評価区間として設定する段階と、前記特定の評価区間をグラフ又は一覧表により可視化する段階と、を有する。

前記特定の評価区間を設定するための基準値は、複数人の体感に基づき判定された評価値が所定の判定割合以上の時の最大変化率に相応する値として設定され得る。
前記路面のセグメント区間を特定の評価区間として設定する段階は、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率のうちの所定の第１基準値を超える最大変化率の値を有するセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を第１評価区間に設定し、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率のうちの前記第１基準値より大きい所定の第２基準値を超える値の最大変化率を有するセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を第２評価区間に設定する段階と、を含み得る。
前記路面平滑性評価方法は、前記静止荷重の値に対する前記動的荷重の値の変化率を前記位置情報に関連付けて記録する段階を更に含むことができる。
前記路面平滑性評価方法は、前記第１評価区間及び前記第２評価区間を前記記録された位置情報に関連付けて可視化する段階を更に含み、前記前記第１評価区間及び前記第２評価区間の可視化は、前記記録された位置情報を含む路面のセグメント区間を示す地図上に表示され得る。
前記路面平滑性評価方法は、前記静止荷重の値に対する前記動的荷重の値の所定区間の変化率の値を前記サンプリング時間間隔毎のサンプリング時刻に関連付けて可視化する段階を更に含み、前記動的荷重の値の変化率の可視化は、前記サンプリング時刻を示す軸と該サンプリング時刻における前記変化率の値の軸とを有する二次元グラフによって行なわれ得る。
前記路面平滑性評価方法は、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率の値を該セグメント時間間隔毎の最大変化率の値の順位に関連付けて可視化する段階を更に含み、前記最大変化率の可視化は、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率の値の順位を示す軸と該セグメント時間間隔毎の最大変化率の値の軸とを有する二次元グラフによって行なわれ得る。
前記路面平滑性評価方法は、少なくとも前記セグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を特定する周辺画像を車両走行中の位置情報に関連付けて記録する段階を更に含み、前記可視化は、前記路面のセグメント区間を特定する周辺画像表示と共に行われ得る。

本発明の路面平滑性評価方法によれば、路面の段差や凹凸の程度に応じて、体重と同程度の６０ｋｇの重量物に加わる動的な力を測定し、複数の判定員による判定との相関に基づく評価基準を採用することにより、体感に沿った路面の平滑性を評価することができる。

本発明の一形態による路面平滑性評価方法を実施するための車両を示す模式図である。 一実施形態によるセンシング装置の分解斜視図である。 図２に示すセンシング装置の断面図である。 一実施形態による路面状態測定装置の概略構成図である。 図４に示すパソコン（ＰＣ）及び周辺装置の構成を示すブロック図である。 静止荷重ｆｓと動的荷重ｆｄ及び衝撃力Ｐｉｍｐの関係を説明する荷重センサユニットの出力を示す図である。 路面状態測定装置の採取データに基づき生成される解析後のデータベースの内容の一例を示す図である。 路面状態測定装置によって測定される動的荷重ｆｄを説明するための図である。 路面状態測定装置によって測定される平滑度Ｄｓを説明するための図である。 横軸をＫＰ（キロポスト）縦軸を動的荷重ｆｄとするグラフ表示の一例を示す図である。 高速道路の走行車線のジョイント部を実測した動的荷重ｆｄの値の変化の一例を示す図である。 トラックの荷台における平滑度Ｄｓの分布の一例を示す図である。 高速道路における平滑度の判定結果の一例を示す図である。 図１３に示す判定結果を使用した評価基準を説明するための図である。 車種別の平滑度Ｄｓの換算の一例を説明するための図である。 車種別の平滑度Ｄｓの換算の一例を説明するための図である。 本発明の一実施形態による路面平滑性評価方法の処理を示すフローチャートである。 路面平滑性評価方法によって取得された値を可視化する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の路面平滑性評価方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

高速道路の日常点検は、必要且つ適切な処置及び補修などの対策の要否を判断するために車上目視、車上感覚により行われ、必要に応じ降車し、変状の状況を確認する。体に加わる力は、反力として体を押す力と同等であることから、体重を測定することに相当する。人に加わる力は体重と同じ錘に加わる力と同等である。体重を６０ｋｇｆとすると６０ｋｇの錘に加わる力と同等である。

図１は、本発明の一実施形態による路面平滑性評価方法を実施するための車両１１を示す模式図である。

図１に示すように、道路１の路面２の状態を測定するには、例えば荷台１２の上に路面状態測定装置１０１を搭載した車両１１で測定対象である路面２上を走行する。車両１１が路面２に生じた段差３や凹凸（図示せず）を通過すると、路面状態測定装置１０１はこれに応答した測定値を出力する。車両１１としては、特別なものを用意する必要はなく、一般的な乗用車、軽自動車、ワゴン、ライトバン、トラック等、あらゆるものを用いることができる。また路面状態測定装置１０１は、荷台１２に限らず、例えばシート１３の上や車両の床面１４に設置することもできる。しかし、一般的に、車両の前部、中部、及び後部の搭載位置でそれぞれ平坦性評価が異なるため、車両や路面状態測定装置１０１の搭載位置は測定目的に応じたものでなければならない。例えば、トラックの荷台の貨物に対する平坦性を測定するために路面状態測定装置１０１をトラックの助手席に搭載してはならない。

図２は、一実施形態によるセンシング装置１１２の分解斜視図であり、図３は、図２に示すセンシング装置の断面図である。

図２に示すように、路面状態測定装置１０１に備わるセンシング装置１１２は、ひずみゲージ式ロードセルを内蔵するセンサベース１１６を枠型の保持ベース１１７に収納し、センサベース１１６に錘１１３を載置した構造である。センサベース１１６は、ひずみゲージ式ロードセルによる荷重センサを内蔵する構造体である。ロードセルは、力（荷重）を電気信号に変換して出力する変換器であり、ひずみゲージ式が一般的に使用される。電気抵抗を利用したひずみゲージ式以外としては、磁歪式、静電容量式、ジャイロ式などがある。

センサベース１１６には、錘１１３が載置される。錘１１３は、一例として一つが１５ｋｇｆの重量で形成される。本実施形態では、四個の錘１１３をセンサベース１１６に載置する。従って、合計６０ｋｇｆの錘１１３による荷重がセンサベース１１６に加わる。錘１１３は四個に分割されているため、持ち運びや取り扱いが容易である。

図３に示すように、センシング装置１１２は、四個の錘１１３が載置されたセンサベース１１６がゴム製パッド１２１を介して荷台１２等に直接搭載される。これにより、センサベース１１６に四個の錘１１３が載置されたセンシング装置１１２を搭載した車両１１を走行させると、車両１１に振動が伝わるため、錘１１３により絶えずセンサベース１１６に振動に伴う荷重の変化が伝わる。

車両１１から伝わる振動によって四個の錘１１３が一体的に移動するように、個々の錘１１３同士は位置固定される。個々の錘１１３同士の位置固定は、一例として下方に位置付けられる錘１１３の上面とこれに積み重ねられる錘１１３の下面とに凹凸の嵌合構造を形成する。

図４は、一実施形態による路面状態測定装置の概略構成図であり、図５は、図４に示すパソコン（ＰＣ）及び周辺装置の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、路面状態測定装置１０１は、ひずみゲージ式ロードセルを内蔵したセンサベース１１６を備えるセンシング装置１１２、パソコン（ＰＣ）１３１、ＧＰＳユニット１５１、及びＷｅｂカメラ１４１の組み合わせからなる。センシング装置１１２に備わるセンサベース１１６は、垂直荷重を計測する。センシング装置１１２は、センサベース１１６に所定重量の錘１１３で重力荷重をかけた状態にする。これにより、車両静止時、センサベース１１６は、錘１１３の重量、例えば６０ｋｇｆに応じた電気信号を出力する。センサベース１１６の出力は、計量回路１１４を介してパソコン１３１に送られる。計量回路１１４は、センサベース１１６から出力されるアナログの電気信号を増幅し、デジタル信号に変換して出力する。パソコン１３１は、計量回路１１４から出力されるデジタル信号を参照して、センサベース１１６に加わる荷重値を認識する。センサベース１１６及び計量回路１１４は、荷重センサユニット１１５（図５参照）を構成する。荷重計測値は、データロガーを用いて直接記録することもできる。この場合、荷重計測値と計測時刻のみを逐次記録し、測定終了後に計測データを解析して他のデータを生成する。パソコン１３１を使用する場合も、荷重計測値と計測時刻のみを逐次記録して測定終了後に計測データを解析するが、パソコンの処理能力に応じてリアルタイムに処理してもよい。

図５に示すように、センシング装置１１２は、パソコン１３１に荷重センサユニット１１５及びＧＰＳユニット１５１が接続されて構成される。パソコン１３１は、各種の演算処理を実行するＣＰＵ１３２にＲＯＭ１３３及びＲＡＭ１３４が接続されたマイクロコンピュータ１３５を主体とする。ＲＯＭ１３３は、例えばＥＥＰＲＯＭであり、ＢＩＯＳ等の固定データを格納する。ＲＡＭ１３４は、各種の可変データを書き換え自在に記憶する。マイクロコンピュータ１３５には、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１３６、液晶ディスプレイ等の表示部１３７、並びにキーボード及びポインティングデバイスからなる入力部１３８が接続されてパソコン１３１を構成する。ＨＤＤ１３６には、路面状態測定用のコンピュータプログラムがインストールされ、データベースとして路面状態測定に関する各種データが格納される。プログラムを起動させると、その全部又は一部がＲＡＭ１３４のワークエリアにコピーされ、ＣＰＵ１３２はＲＡＭ１３４にアクセスしてプログラムに従った処理を実行する。また、起動されたプログラムによってデータベースが作成される際、ＣＰＵ１３２は、路面状態測定に伴うデータベースを作成してＨＤＤ１３６に格納した上、データベースに蓄積すべきデータをＲＡＭ１３４のワークエリアに記憶した後、逐次ＨＤＤ１３６のデータベースに格納する。

パソコン１３１のＣＰＵ１３２には、荷重センサユニット１１５、入力部に含まれるＷｅｂカメラ１４１（図示せず）、及びＧＰＳユニット１５１がデータ通信自在に接続される。荷重センサユニット１１５は、上述したように、センシング装置１１２に備わるセンサベース１１６に計量回路１１４が組み合わされた構成である。Ｗｅｂカメラ１４１は、ブラウザを介して撮映画像をリアルタイムに表示可能なカメラであり、路面のセグメント区間を特定するために車両走行中の周辺画像を撮影する。Ｗｅｂカメラ１４１に代えるか又はＷｅｂカメラ１４１以外にパソコンに接続可能な他のビデオカメラも使用可能である。パソコン１３１に収録されたＷｅｂカメラ１４１の周辺画像と、同時に記録された時刻情報とを基に、車両走行中の路面のセグメント区間を特定する。セグメント区間の特定の際には、例えば振動や衝撃を検出した地点が橋梁の継手か或いはその前の舗装の施工継ぎ目かが分かる精度が必要であり、１セグメント２２ｍ（速度８０ｋｍ／時の場合、１秒間走行距離に相当）のどの位置かを知る必要があるため、動画による周辺画像を用いる。ＫＰ（キロポスト）もこの処理過程で読み取る。位置情報は、このように荷重計測終了後にＷｅｂカメラの収録映像を解析することで取得する。ＧＰＳユニット１５１は、アンテナ１５２を介して受信したＧＰＳ衛星からの信号に基づいて現在位置の座標情報を演算によって求め、座標情報（座標データ）をパソコン１３１に送信する。ＧＰＳユニット１５１で取得した位置データは、地図データと照合することで地図上に計測位置を表示するために使用される。Ｄ（ディファレンシャル）ＧＰＳや他の航法衛星システムを組み合わせて高精度に位置情報を取得できる場合は、マップマッチング等を組み合わせることで、Ｗｅｂカメラの収録映像を解析することなく、リアルタイムに測定することもできる。なお、このようなパソコン１３１や荷重センサユニット１１５は上述した構成に限定されず、同様の機能を有するように様々な構成要素によって具現することができる。

路面状態測定装置１０１を使用するには、路面状態測定装置１０１を車両１１に搭載し、路面２の状態を測定しようとする道路１に赴く。そして、路面状態測定用のプログラムを起動させ、測定対象である路面２上を走行する。パソコン１３１のＣＰＵ１３２は、起動されたプログラムに従い、動的荷重取得処理、位置情報取得処理、及びバックグランド処理をマルチタスク処理により並列的に実行し、路面状態測定に伴うデータベースを構築する。動的荷重取得処理及び位置情報取得処理については図１７の路面平滑性評価方法の処理を示すフローチャートを参照して後述する。

図６は、静止荷重ｆｓと動的荷重ｆｄ及び衝撃力Ｐｉｍｐの関係を説明する荷重センサユニットの出力を示すグラフである。

図６のグラフは、横軸に測定時間（又は位置）、縦軸に荷重値を示す。上述したように、錘１１３の重量が６０ｋｇｆである場合、車両静止時、パソコン１３１は、計量回路１１４から取り込んだセンサベース１１６の出力に基づいて６０ｋｇｆの荷重を認識する。この荷重値は、錘１１３の重力荷重のみがかけられた状態のセンサベース１１６の出力である。本明細書では、これを静止荷重ｆｓと称する。

車両１１が道路１を走行し、路面２に生じた段差３や凹凸を通過すると、その際に生じる車両１１の突き上げによってセンサベース１１６が錘１１３に押し付けられるため、センサベース１１６の出力値が大きくなる。これにより、パソコン１３１は、計量回路１１４から取り込んだセンサベース１１６の出力に基づいて６０ｋｇｆを超える値の荷重を認識する。本明細書では、これを動的荷重ｆｄと称する。

図６に示すように、動的荷重ｆｄの値は、ピークを過ぎると減少する。即ち、道路１を走行する車両１１が路面２に生じた段差３や凹凸を通過すると動的荷重ｆｄの値が増加し、ピークに達すると減少するという現象が繰り返し発生する。このような動的荷重ｆｄの変化曲線において、ピーク時の最大動的荷重ｆｍを、本明細書では衝撃力Ｐｉｍｐと称する。

再び、図４及び図５を参照すると、パソコン１３１は、所定のサンプリング時間間隔でセンサベース１１６の出力を取り込むことで、図６に示すような荷重値の変化を認識する。精度良く荷重値の変化を認識するためのサンプリング時間間隔としては、車両１１の走行速度が８０〜１００ｋｍ／時として、１／１００秒程度であることが望ましい。これを距離に変換すると、車両１１が時速８０ｋｍのときに約２２２ｍｍ、時速９０ｋｍのときに２５０ｍｍ、時速１００ｋｍのときに約２７８ｍｍとなる。これは、２５０ｍｍ以下の測定間隔を規定するＩＲＩ（国際ラフネス指標）と略符合する。サンプリング時間間隔をこのように規定することで、衝撃力Ｐｉｍｐのデータを正確に採取することが可能になる。一方、１／１００秒よりも細かいサンプリング時間間隔でセンサベース１１６の出力を取り込んだ場合は、より豊富な動的荷重ｆｄのデータを得ることができる反面、衝撃力Ｐｉｍｐのデータを得るという目的から見ると、データ量が過剰になってしまう。従って、車両１１の走行速度が８０〜１００ｋｍ／時とした場合、１／１００秒のサンプリング周期でセンサベース１１６の出力を取り込むことが最良である。

パソコン１３１は、ＧＰＳユニット１５１から位置情報を取得する。ＧＰＳユニット１５１は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）を搭載し、アンテナ１５２を介して受信したＧＰＳ衛星からの信号に基づいて現在位置の座標情報を演算によって求める。パソコン１３１は、車両走行中、所定のサンプリング時間間隔、例えば１秒毎にＧＰＳユニット１５１から現在位置の座標情報を取り込む。取り込まれた座標情報は、１／１００秒のサンプリング時間間隔で取り込まれたセンサベース１１６の出力に対応させて、センサベース１１６の出力と共に位置座標データとして記録する。この際、センサベース１１６の出力によって得られる動的荷重ｆｄのデータのサンプリング時間間隔（１／１００秒）とＧＰＳユニット１５１から得られる座標情報のサンプリング時間間隔（１秒程度）とは、正確に同期させる必要はなく、概略対応していればよい。ＧＰＳユニット１５１で取得した位置データは、地図データと照合することで地図上に計測位置を表示するために使用される。

図７は、路面状態測定装置１０１の採取データに基づき生成される解析後のデータベースの内容の一例を示す図である。

図７に示すように、データベースは、車両走行中に１／１００秒毎にリアルタイムで計測した「１／１００秒値」及び「動的荷重ｆｄ（ｋｇｆ）」のデータと、測定後の解析により求めた１秒単位のデータとして「１秒値」、「位置座標」、「ＫＰ（キロポスト）」、「変化率」、「平滑度Ｄｓ」、及び「評価値」のデータを記録して蓄積する。この時、パソコン１３１は、センサベース１１６の出力を取り込むサンプリング時間間隔である１／１００秒の値をインクリメントして順次「１／１００秒値」に記録し、その時のセンサベース１１６の出力に基づく動的荷重ｆｄを「動的荷重ｆｄ（ｋｇｆ）」に記録する。「位置座標」は、測定終了後に、Ｗｅｂカメラ１４１の撮影画像、時刻情報、動的荷重ｆｄの変動を基に地図データと照合することで求める。ＤＧＰＳ等の高精度のＧＰＳユニット１５１用いて路面を特定できる場合は、その測位データをそのまま使用してもよい。

「変化率」は、所定のサンプリング時間間隔、例えば１／１００秒間隔毎の静止荷重の値と動的荷重の値との比率、即ち静止荷重の値に対する動的荷重の値の変化率である。パソコン１３１は、静止荷重の値に対する動的荷重の値の変化率を求める処理として、静止荷重の値と動的荷重の値との比率を求める処理を実行する。この場合の比率は、（動的荷重／静止荷重）として算出される。例えば、静止荷重を６０ｋｇｆとすると、動的荷重の値が７５ｋｇｆの場合の変化率は１．２５であり、動的荷重の値が９０ｋｇｆの場合の変化率は１．５である。パソコン１３１は、センサベース１１６の出力から得られた動的荷重の値に基づいて変化率を求め、これをその基となる動的荷重ｆｄに対応させてデータベース中の「変化率」に記録する。

「平滑度Ｄｓ」は、所定のセグメント時間間隔、例えば１秒間隔毎の静止荷重の値に対する動的荷重の値の最大変化率である。即ち、パソコン１３１は、静止荷重の値に対する動的荷重の値の変化率を動的荷重／静止荷重により求め、１秒間隔毎にその最大変化率の値を算出する。例えば、静止荷重を６０ｋｇｆとすると、セグメント時間間隔における最大動的荷重の値が７５ｋｇｆの場合の平滑度Ｄｓは１．２５であり、最大動的荷重の値が９０ｋｇｆの場合の平滑度Ｄｓは１．５である。パソコン１３１は、センサベース１１６の出力から得られたセグメント時間間隔毎の最大動的荷重の値に基づいて平滑度Ｄｓを算出し、これをデータベース中の「平滑度Ｄｓ」に記録する。なお、本明細書で、動的荷重／静止荷重の比率のセグメント時間間隔毎の最大値をそのセグメント区間における平滑度（Ｄｓ：Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｓｍｏｏｔｈｎｅｓｓ）と定義する。

図８は、路面状態測定装置によって測定される動的荷重ｆｄを説明するための図であり、図９は、路面状態測定装置によって測定される平滑度Ｄｓを説明するための図である。

図８を参照すると、路面状態測定装置１０１を車両１１の助手席や荷台に設置し、目的とする道路１で車両１１を走行させ、路面状態測定用のプログラムを起動させて静止荷重ｆｓ ６０ｋｇｆの錘１１３を用いたセンサベース１１６の出力を動的荷重ｆｄ（ｋｇｆ）として所定のサンプリング時間間隔、即ち１／１００秒間隔毎に路面２の状態を測定する。

図９に示すように、動的荷重ｆｄと静止荷重ｆｓとの比率、即ち静止荷重ｆｓに対する動的荷重ｆｄの変化率を動的荷重ｆｄ／静止荷重ｆｓにより算出する。セグメント時間間隔毎の動的荷重ｆｄ／静止荷重ｆｓの最大変化率、即ち１秒間の（ｆｄ／ｆｓ）の最大値をそのセグメント区間（速度８０ｋｍ／時の場合、１秒間走行距離２２ｍに相当）の平滑度Ｄｓ（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｓｎｏｏｔｈｎｅｓｓ）とする。平滑度Ｄｓは、瞬間的な大きな力、即ち衝撃力を表すのに適しており、乗り心地、貨物の破損等に関する指標になる。例えば、平滑度Ｄｓ値を５秒間連続評価することにより、ＩＲＩと同様の約１００ｍ区間の乗り心地の不快適性の評価指標になる。

図１０は、横軸をＫＰ（キロポスト）縦軸を動的荷重ｆｄとするグラフ表示の一例を示す図である。

図１０に示すように、ＣＰＵ１３２は、Ｗｅｂカメラ１４１により撮影された映像を読み取って高速道路のＫＰ（キロポスト）を求め、横軸にＫＰ（キロポスト）、縦軸に動的荷重の値をとったグラフ表示をすることができる。キロポストグラフ表示により、縦軸に示される動的荷重ｆｄ或いは平滑度Ｄｓがどの場所でどのように変化するかが一目瞭然となる。このため、道路１の路面２の状況を現場検分するに際して、現場の位置を適切に知らせることができる。

「ＫＰ（キロポスト）」は、基準となる地点からの一定間隔毎の標識位置である。本実施形態において、ＫＰ（キロポスト）の用語は広義であり、文字通りの１ｋｍ毎の標識位置であってもよく、他の間隔、例えば１００ｍ毎の標識位置であってもよい。

追加の機能として、パソコン１３１に接続されたＷｅｂカメラ１４１を用いて、ＣＰＵ１３２は、地図上の路面のセグメント区間を特定する周辺画像を車両走行中の位置情報に関連付けて撮像記録し、グラフ表示に合わせて同時表示することもでき、橋梁の継手等の詳細な現地の位置情報を得ることもできる。また横軸（時間、ＫＰ）のスケールを可変する機能をサポートすることもできる。

図１１は、高速道路の走行車線のジョイント部を実測した動的荷重ｆｄの値の変化の一例を示す図であり、図１２は、トラックの荷台における平滑度Ｄｓの分布の一例を示す図である。

図１１のグラフに示すように、衝撃の多いジョイント部の測定例として、３トントラックを使用して路面の摩耗が未だ少ないと考えられる新東名高速道路の御殿場ＪＣＴ〜新富士ＩＣ上り走行車線のジョイント部における実測値（ｋｇｆ）が得られた。トラックの前輪（助手席）と後輪（荷台）とで衝撃力の傾向が異なり、前輪では明確なピークが無いが後輪では明確なピークがある。従って前輪位置で体感しても衝撃が無いが、後輪位置で体感すると大きな衝撃があることが分かる。

図１２（ａ）、（ｂ）は、東京ＩＣ〜春日井ＩＣ間の東名高速道路全線のセグメント区間毎に算出された平滑度Ｄｓを大きい順から小さい順に統計的に並べて示した３ｔトラックの荷台１２（後輪軸上）におけるＤｓ分布の実測値であり、図１２（ａ）は「異常」の評価基準（第１評価基準）値として路面の平滑度Ｄｓが１．８以上のセグメント分布を示し、図１２（ｂ）は「特別異常」の評価基準（第２評価基準）値として路面の平滑度Ｄｓが２．４以上のセグメント分布を示す。

「異常」、「特別異常」の平滑度Ｄｓの評価は、実際にマイクロバスの床面に路面状態測定装置１０１を設置して測定した平滑度Ｄｓの順位とその時にマイクロバスに乗車して体感により「異常あり」、「悪い」と判定した評価値を基に決定した。体感による判定は、複数の判定員が乗車したマイクロバス内の後輪軸上で各人が「腕を上に挙げる：悪い、要対策」、「腕を横に挙げる：異常あり、要調査」、「腕を下にしたまま：許容可」により合図し、床に設置した路面状態測定装置１０１により路面状態を測定すると共に位置情報を記録し、同時に判定員の様子をビデオカメラで撮像記録し、これを解析することにより行った。体感による判定と統計的に並べた平滑度Ｄｓとの間に明確な相関があったため、体感による判定を基に評価基準を設定した。なお、３人の判定員で実施する場合は、そのうちの両極端を除く１名の判定を採用した。本明細書で、「体感」に基づく評価とは、実際に走行車両に乗車した人の車上感覚に基づく評価を意味する。車上感覚は、振動、衝撃による感覚のみならず、視覚や聴覚も含まれることから、荷重センサに加えて、例えば撮影画像のブレや振動衝撃音などを解析することで、より「体感」に沿った評価結果を得ることも可能である。

図１３は、高速道路における平滑度の判定結果の一例を示す図であり、図１４は、図１３に示す判定結果を使用した評価基準を説明するための図である。

図１４に示すように、東名高速道路の大井松田ＩＣ〜沼津ＩＣ間の平坦性をマイクロバスの後輪軸上の床面で測定し、Ｄｓ＞１．８で「悪い」判定が６０％を超え、Ｄｓ＞１．５で「悪い」判定と「異常あり」判定の合計が略５０％を占めた。これより「悪い」の判定が５０％を超えるのは「悪い」の体感的評価値の境界で、Ｄｓ＞１．８であり、「異常あり」＋「悪い」判定の割合が５０％を超えるのが「異常あり」の体感的評価値の境界であり、Ｄｓ＞１．５であることが分かる。ここで、Ｄｓの大きい順から小さい順に、評価値は「特別異常」＞「異常」＞「許容」であり、対応する判定値は「悪い」＞「異常あり」＞「許容」である。

図１５及び図１６は、車種別の平滑度Ｄｓの換算の一例を説明するための図である。

図１５及び図１６に示すように、実際の体感に基づく評価値は、車両の種類、荷重センサの搭載位置、及び評価対象などによってそれぞれ異なる。図１５に示すように、３トントラックの荷台、マイクロバスの荷台、及び巡回車（ワゴン型乗用車）の荷台におけるそれぞれの体感に基づく「異常あり」評価の境界値に一致する換算値はトラックでＤｓ＝１．８、マイクロバスでＤｓ＝１．５、乗用車でＤｓ＝１．３を示す。また、図１６に示すように、３トントラックの荷台、マイクロバスの荷台、及び巡回車（ワゴン型乗用車）の荷台及び助手席におけるそれぞれの「悪い」評価の境界値の換算値はトラックでＤｓ＝２．４、マイクロバスでＤｓ＝１．８、乗用車でＤｓ＝１．６を示した。

以上の検討により、多数の測定値を処理した統計的評価として、３トントラックの荷台（後輪軸上）の評価基準は、Ｄｓ＞２．４で「特別異常」評価であり、体感的に「悪い」と評価され、Ｄｓ＞１．８で「異常」評価であり、体感的に「異常あり」と評価される。なお、３トントラック、巡回車（ワゴン型乗用車）、及びマイクロバスの後輪軸上の比較を行い、Ｄｓ値の相関を調べた結果、巡回車（ワゴン型乗用車）の助手席でトラックの荷台上のＤｓを推定することができないことが分かった。

図１７は、本発明の一実施形態による路面平滑性評価方法の処理を示すフローチャートである。

図１７に示すように、路面状態測定装置１０１を車両１１の助手席や荷台に設置し、目的の場所に到着して車両１１を停止させ、路面状態測定用のプログラムを起動させると、先ずＳ１０１段階で、パソコン１３１のＣＰＵ１３２は、荷重センサユニット１１５から取り込んだ６０ｋｇｆの錘１１３を用いたセンサベース１１６の出力を測定し、車両停止時の静止荷重ｆｓとしてＨＤＤ１３６のデータベースに記録する。静止荷重ｆｓは予め測定した値を記録しておくこともできる。

Ｓ１０２段階で、目的とする道路１で車両１１を走行させ、車両走行中の６０ｋｇｆの錘１１３を用いたセンサベース１１６の出力を動的荷重ｆｄ（ｋｇｆ）として所定のサンプリング時間間隔毎に路面状態を測定する。動的荷重取得処理として、ＣＰＵ１３２は、所定のサンプリング時間間隔を規定するサンプリング周期に達すると、荷重センサユニット１１５から動的荷重値を取得する。この場合のサンプリング周期は、先に例示したように１／１００秒である。ＣＰＵ１３２は、動的荷重値を取得すると、１／１００秒値をインクリメントし、１／１００秒値と共に取得された動的荷重値をデータベースの「１／１００秒値」と「動的荷重」に記録する。車両走行中、「１／１００秒値」と「動的荷重」とを継続して記録する。

Ｓ１０３段階で、ＣＰＵ１３２は、車両走行中の位置情報をＧＰＳユニット１５１から所定のセグメント時間間隔毎に所得する。位置情報取得処理として、ＣＰＵ１３２は、所定のセグメント時間間隔を規定するサンプリング周期に達すると、ＧＰＳユニット１５１から現在位置の位置座標を取得する。この場合のサンプリング周期は、先に例示したように１秒である。ＧＰＳユニット１５１で取得した位置データは、地図データと照合することで地図上に計測位置を表示するために使用される。

路面状態の測定終了後、Ｓ１０４段階で、ＣＰＵ１３２は、Ｗｅｂカメラ１４１の記録映像及び時刻情報から取得された位置情報を基にセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を求める。ＣＰＵ１３２は、位置座標を取得すると、取得された位置座標からＨＤＤ１３６のデータベースに予め格納された地図上にマッチングさせて車両走行中の路面のセグメント区間を求め、取得された位置座標及びＷｅｂカメラ１４１により取得されたＫＰをデータベースの「位置座標」と「ＫＰ（キロポスト）」に記録する。

Ｓ１０５段階で、ＣＰＵ１３２は、静止荷重ｆｓに対する動的荷重ｆｄの変化率を動的荷重ｆｄ／静止荷重ｆｓにより算出する。算出結果の値を「１／１００秒値」に対応させてデータベースの「変化率」に記録する。ＣＰＵ１３２は、処理能力に応じて、動的荷重取得処理時のバックグランド処理として動的荷重ｆｄと静止荷重ｆｓとの比率を車両走行中に逐次算出してもよい。

Ｓ１０６段階で、ＣＰＵ１３２は、所定のセグメント時間間隔毎の最大変化率を求め、対応するセグメント区間における平滑度Ｄｓとして算出する。ＣＰＵ１３２は、１／１００秒のサンプリング時間間隔毎に取得された静止荷重ｆｓに対する動的荷重ｆｄの変化率の中から１秒のセグメント時間間隔毎に最大変化率を取得する。ＣＰＵ１３２は、最大変化率の値を取得すると、取得された動的荷重値を「位置座標」に対応させてデータベースの「平滑度Ｄｓ」に記録する。Ｓ１０４段階〜Ｓ１０６段階の処理は、目的とする道路区間で車両走行中にＣＰＵ１３２が終了コマンドを受信して記録データを終了した時点の位置まで継続して行われる。

Ｓ１０７段階、Ｓ１０８段階で、ＣＰＵ１３２は、セグメント時間間隔毎の最大変化率、即ち所定のセグメント区間の平滑度Ｄｓが予め設定された基準値を超えたか否かを判断する。ＣＰＵ１３２は、Ｓ１０７段階で第１基準値以下の場合、Ｓ１０９段階で、対応するセグメント区間を「許容」区間に設定してデータベースの「評価値」に記録する。

Ｓ１０７段階でセグメント時間間隔毎の最大変化率が第１基準値を超え、Ｓ１０８段階で第２基準値以下の場合（ここで、第１基準値＜第２基準値である）、ＣＰＵ１３２は、Ｓ１１０段階で、対応するセグメント区間を「異常（異常あり）」区間に設定してデータベースの「評価値」に記録する。

Ｓ１０８段階でセグメント時間間隔毎の最大変化率が第２基準値を超えた場合、ＣＰＵ１３２は、Ｓ１１１段階で、対応するセグメント区間を「特別異常（悪い）」区間に設定してデータベースの「評価値」に記録する。Ｓ１０７段階〜Ｓ１１１段階の処理の終了後、Ｓ１１２段階で、ＣＰＵ１３２は、データベースに蓄積された車両走行中のデータを、パソコン１３１に備わる可視化装置である表示部１３７にグラフ又は一覧表により可視化して表示する。なお、ＣＰＵ１３２は、処理能力に応じて、動的荷重取得処理時のバックグランド処理としてＳ１０２段階〜Ｓ１１２段階の処理を車両走行中にリアルタイムに行ってもよい。

パソコン１３１のＣＰＵ１３２は、路面状態測定用のプログラムに従い、上述した動的荷重取得処理、位置情報取得処理、及びバックグランド処理を実行することで、車両走行中に測定対象の路面データをデータベースに逐次記録し、測定終了後の解析処理によりデータベースを完成させる。路面状態測定用のプログラムは、生成されたデータベースの蓄積データに基づき、静止荷重ｆｓの値に対する動的荷重ｆｄの値の変化率を位置情報に関連付けて可視化する機能をパソコン１３１に実行させる。また、路面状態測定用のプログラムをインストールし、車両１１に搭載した路面状態測定装置１０１のパソコン１３１のＨＤＤ１３６に記録されたデータをコピーすることで、別のコンピュータで路面データの解析処理及び可視化処理を行なわせることもできる。以下、可視化処理を図１８のフローチャートを参照しながら説明する。

図１８は、路面平滑性評価方法によって取得された値を可視化する処理を示すフローチャートである。

図１８に示すように、ＣＰＵ１３２は、Ｓ２０１段階で可視化装置である表示部１３７に可視化を望む道路の記録内容をデータベースから選択して指定し、Ｓ２０２段階で可視化表示方法を選択切替えする。ＣＰＵ１３２は、Ｓ２０２段階の表示選択切替えに応答し、Ｓ２０３段階で表示部１３７を介して横軸を１／１００秒値のサンプリング時刻、縦軸を静止荷重の値に対する動的荷重の値の変化率とする二次元グラフを表示する。

ＣＰＵ１３２は、Ｓ２０２段階の表示選択切替えに応答し、Ｓ２０４段階で表示部１３７を介して横軸をセグメント時間間隔１秒に対応するセグメント区間、縦軸をセグメント区間における最大変化率、即ち平滑度Ｄｓとする二次元グラフを表示する。横軸をキロポス表示に切り替えることもできる。上述した「異常（異常あり）」及び「特別異常（悪い）」と評価された平滑度Ｄｓを特定して識別できるように対象となる区間の平滑度Ｄｓを色分け又は模様等により表示することもできる。キロポストグラフ表示に平滑度Ｄｓを色分け表示した場合には、どの場所で補修を要するのか等が歴然となり、補修等の箇所を有効に知らせることができる。

ＣＰＵ１３２は、Ｓ２０２段階の表示選択切替えに応答し、表示部１３７を介して地図上に道路を表示して上述した「異常（異常あり）」及び「特別異常（悪い）」の評価区間を色分け又は模様等により識別して特定できるように表示する。評価区間を色分け表示した場合には、どの場所で補修を要するのか等が歴然となり、補修等の箇所を有効に知らせることができる。

ＣＰＵ１３２は、Ｓ２０３段階〜Ｓ２０５段階において、グラフ表示又は地図表示に重ねて、車両走行時刻に対応する走行中の周辺画像のポップアップ表示も実行する。ポップアップ表示は、グラフ表示とは別途のウインドウになされるため、より豊富な情報を得ることができる。Ｓ２０３段階〜Ｓ２０５段階の表示画面はプリンタ（図示せず）によりプリントアウトすることができる。

最後に、ＣＰＵ１３２は、終了コマンドを認識すると（Ｓ２０２段階で「Ｎ」）、処理を終了する。

１ 道路
２ 路面
３ 段差
１１ 車両
１２ 荷台
１３ シート
１４ 床面
１０１ 路面状態測定装置
１１２ センシング装置
１１３ 錘
１１４ 計量回路
１１５ 荷重センサユニット
１１６ センサベース（ひずみゲージ式ロードセル内蔵）
１１７ 保持ベース
１２１ ゴム製パッド
１３１ パソコン（ＰＣ）
１３２ ＣＰＵ
１３３ ＲＯＭ
１３４ ＲＡＭ
１３５ マイクロコンピュータ
１３６ ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
１３７ 表示部（可視化装置）
１３８ 入力部
１４１ Ｗｅｂカメラ
１５１ ＧＰＳユニット
１５２ アンテナ

Claims (8)

1. 所定重量の錘による重力荷重をかけて垂直荷重を計測する荷重センサを所定位置に搭載した車両を走行させて路面の平滑性を評価する方法であって、
   前記重力荷重をかけた車両停止時の荷重センサの出力を静止荷重として記録する段階と、
   前記重力荷重をかけた車両走行中の荷重センサの出力を所定のサンプリング時間間隔毎に動的荷重として記録する段階と、
   前記車両走行中の荷重センサの出力の記録時刻に対応させて該車両走行中の位置情報を記録する段階と、
   前記位置情報を基に所定のセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を求める段階と、
   前記静止荷重の値に対する車両走行中の前記動的荷重の値の変化率を求める段階と、
   車両走行中の前記変化率から前記所定のセグメント時間間隔毎の最大変化率を求める段階と、
   車両の種類、荷重センサの搭載位置、及び評価対象のうちのいずれか１つ以上に対応して設定された所定の基準値を基に、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率のうちの特定の最大変化率の値を有するセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を特定の評価区間として設定する段階と、
   前記特定の評価区間をグラフ又は一覧表により可視化する段階と、を有することを特徴とする路面平滑性評価方法。
2. 前記特定の評価区間を設定するための基準値は、複数人の体感に基づき判定された評価値が所定の判定割合以上の時の最大変化率に相応する値として設定されることを特徴とする請求項１に記載の路面平滑性評価方法。
3. 前記路面のセグメント区間を特定の評価区間として設定する段階は、
   前記セグメント時間間隔毎の最大変化率のうちの所定の第１基準値を超える最大変化率の値を有するセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を第１評価区間に設定し、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率のうちの前記第１基準値より大きい所定の第２基準値を超える値の最大変化率を有するセグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を第２評価区間に設定する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の路面平滑性評価方法。
4. 前記静止荷重の値に対する前記動的荷重の値の変化率を車両走行中の位置情報に関連付けて記録する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の路面平滑性評価方法。
5. 前記第１評価区間及び前記第２評価区間を前記記録された位置情報に関連付けて可視化する段階を更に含み、
   前記前記第１評価区間及び前記第２評価区間の可視化は、前記記録された位置情報を含む路面のセグメント区間を示す地図上に表示されることを特徴とする請求項３に記載の路面平滑性評価方法。
6. 前記静止荷重の値に対する前記動的荷重の値の所定区間の変化率の値を前記サンプリング時間間隔毎のサンプリング時刻に関連付けて可視化する段階を更に含み、
   前記動的荷重の値の変化率の可視化は、前記サンプリング時刻を示す軸と該サンプリング時刻における前記変化率の値の軸とを有する二次元グラフによって行なわれることを特徴とする請求項１に記載の路面平滑性評価方法。
7. 前記セグメント時間間隔毎の最大変化率の値を該セグメント時間間隔毎の最大変化率の値の順位に関連付けて可視化する段階を更に含み、
   前記最大変化率の可視化は、前記セグメント時間間隔毎の最大変化率の値の順位を示す軸と該セグメント時間間隔毎の最大変化率の値の軸とを有する二次元グラフによって行なわれることを特徴とする請求項１に記載の路面平滑性評価方法。
8. 少なくとも前記セグメント時間間隔に対応する路面のセグメント区間を特定する周辺画像を車両走行中の位置情報に関連付けて記録する段階を更に含み、
   前記可視化は、前記路面のセグメント区間を特定する周辺画像表示と共に行われることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の路面平滑性評価方法。

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