JP2018124186A - 荷重測定装置、荷重測定方法、取締り装置および取締り方法 - Google Patents

荷重測定装置、荷重測定方法、取締り装置および取締り方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 車両の荷重測定精度を向上させることができる荷重測定装置、荷重測定方法、取締り装置および取締り方法を提供する。【解決手段】 荷重測定装置は、曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサと、前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサと、前記第1荷重センサおよび前記第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を算出する荷重算出部と、を備える。【選択図】 図4

Description

本件は、荷重測定装置、荷重測定方法、取締り装置および取締り方法に関する。
大型トラック等の法定荷重を超える過積載は、道路構造物へのダメージが大きく、例えば老朽化された橋梁において問題となっている。このため、過積載を取り締まる技術が望まれている。例えば、WIM(自動計測装置)を用いる手法が挙げられる。
特開平11−142265号公報
しかしながら、上記技術では、車両に働く遠心力の影響が考慮されていない。
1つの側面では、本件は、車両の荷重測定精度を向上させることができる荷重測定装置、荷重測定方法、取締り装置および取締り方法を提供することを目的とする。
1つの態様では、荷重測定装置は、曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサと、前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサと、前記第1荷重センサおよび前記第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を算出する荷重算出部と、を備える。
1つの態様では、取締り装置は、曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサと、前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサと、前記第1荷重センサおよび前記第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を算出する荷重算出部と、前記車両の車番を取得する取得部と、前記荷重算出部が算出した軸荷重が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、前記軸荷重が閾値以上であると前記判定部によって判定された場合に、前記取得部が取得した車番と前記軸荷重とを関連付けて格納する格納部と、を備える。
車両の荷重測定精度を向上させることができる。
(a)〜(f)は荷重測定技術の概要について説明するための図である。 荷重測定装置の設置箇所について例示する図である。 荷重測定装置の設置箇所について例示する図である。 (a)〜(c)は実施例1に係る取締り装置の構成を例示する図である。 (a)は車軸モデルが測定板上を通過するイメージ図であり、(b)は面直荷重センサの測定を説明するための図であり、(c)は面内荷重センサの測定を説明するための図である。 荷重測定アルゴリズムを表すフローチャートを例示する図である。 (a)は遠心力の算出を例示する図であり、(b)は軸荷重の算出を例示する図である。 取締り装置の配置フローを例示する図である。 取締り装置による荷重測定を表すフローチャートを例示する図である。 車限隊が取締りを行う場合における、取締り装置による荷重測定を表すフローチャートを例示する図である。 (a)は演算装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図であり、(b)は変形例2にかかる取締り装置について例示する図である。
実施例の説明に先立って、荷重測定技術の概要について説明する。図1(a)および図1(d)は、トラックなどの車両101および測定板102を上側から見た図である。図1(b)および図1(e)は、車両101および測定板102を側面側から見た図である。図1(c)および図1(f)は、荷重測定装置の概略図である。
図1(a)で例示するように、車両101は、少なくとも2本の車軸を備えている。また、少なくともいずれか一方の車軸に、2以上のタイヤが備わっている。図1(a)〜図1(f)の例では、車両101は4つのタイヤを備え、前側の車軸および後側の車軸のそれぞれが、左輪および右輪の2つのタイヤを備えている。
図1(a)および図1(b)で例示するように、測定板102は、車両101が通過する領域に設置されている。図1(c)で例示するように、荷重測定装置は、測定板102に垂直方向に印加される荷重を測定する測定器103を備えている。
測定板102は、車軸が延びる方向に長手方向を有し、車軸以上の長さを有する。それにより、図1(d)および図1(e)で例示するように、車両101が測定板102を通過する際に、前側の車軸から2つのタイヤを介して軸荷重が測定板102に印加される。それにより、図1(f)で例示するように、測定器103は、前側の軸荷重を測定することができる。その後、後側の車軸から2つのタイヤを介して軸荷重が測定板102に印加される。それにより、測定器103は、後側の軸荷重を測定することができる。なお、直線道路においては路面が水平であるため、測定器103に対する軸荷重の方向は、垂直方向となる。
このように、荷重測定装置は、垂直に軸荷重が印加される場合を想定した構造を有している。したがって、測定板102は、主に直線道路などに設置されている。また、車両101が測定板102を通過する速度が大きいと荷重測定精度が低下する。そこで、図2で例示するように、高速自動車国道では、通過速度が低下する料金所104のゲートに測定板102が設置されることになる。しかしながら、料金所は複数設けられるため、荷重測定装置の設置数も多くなる。この場合、荷重測定装置の設置コストが高くなる。
荷重測定装置の設置数を減らすためには、図3で例示するように、例えば、高速自動車国道の本線から料金所や他本線に入る支線に荷重測定装置を設置することが考えられる。しかしながら、支線の通過速度は料金所の通過速度よりも大きいため、荷重測定精度が十分に得られないおそれがある。また、支線は曲線道路(カーブ)になっているため、車両101に遠心力が働く。したがって、垂直方向の荷重印加を想定した構造の荷重測定装置では十分に荷重測定精度が得られないおそれがある。
そこで、以下の実施例では、車両に遠心力が働く場合においても車両の荷重測定精度を向上させることができる荷重測定装置、荷重測定方法、取締り装置および取締り方法について説明する。
図4(a)〜図4(c)は、実施例1に係る取締り装置100の構成を例示する図である。図4(a)で例示するように、曲線道路の路面に2つの測定板10a,10bが設置されている。曲線道路は、例えば、高速自動車国道の本線からの支線である。測定板10aは、車両101の左輪が通過する位置に設置されている。測定板10bは、車両101の右輪が通過する位置に設置されている。
図4(c)で例示するように、測定板10aの中心下に面直荷重センサ20aが設置されている。また、図4(b)で例示するように、道路の面内方向において、測定板10aに対して同心円状に複数の面内荷重センサ30aが設置されている。複数の面内荷重センサ30aは、車両101に働く遠心力が向く側に設置されている。したがって、曲線道路が進行方向に対して左側に曲がる場合には、複数の面内荷重センサ30aは、測定板10aに対して右側に配置されている。図4(c)と同様に、測定板10bの中心下に面直荷重センサ20bが設置されている。また、図4(b)と同様に、道路の面内方向において、測定板10bに対して同心円状に複数の面内荷重センサ30bが設置されている。複数の面内荷重センサ30bは、車両101に働く遠心力が向く側に設置されている。本実施例においては、一例として、面内荷重センサ30a,30bは、それぞれNo.1〜No.7の7個ずつ配置されている。
演算装置40は、面直荷重センサ20a,20bおよび複数の面内荷重センサ30a,30bの検出値に応じて、軸荷重を演算する。演算装置40は、通過検知部41、車番読取部42、荷重算出部43、判定部44、記録部45、検索部46、通知部47、誘導判断部48などとして機能する。また、取締り装置100は、カメラ50を備えている。カメラ50は、車両101のナンバープレートの画像を取得する位置に配置されている。
ここで、荷重測定アルゴリズムについて説明する。図5(a)は、測定される車軸モデルおよび車軸モデルが測定板10a,10b上を通過するイメージ図である。図5(b)は、面直荷重センサ20a,20bの測定を説明するための図である。図5(b)で例示するように、面直荷重センサ20aは、左輪から、道路面に対する垂直方向成分の荷重を検出する。面直荷重センサ20bは、右輪から、道路面に対する垂直方向成分の荷重を検出する。図5(c)は、面内荷重センサ30a,30bの測定を説明するための図である。複数の面内荷重センサ30aは、左輪から、水平方向成分の荷重を検出する。複数の面内荷重センサ30bは、右輪から、水平方向成分の荷重を検出する。なお、各符号は、以下のとおりである。
M:車軸モデルの軸荷重(スカラー値)
:左側輪の荷重(スカラー値)
:右側輪の荷重(スカラー値)
HL_S3:No.3の面内荷重センサ30aの測定値(ベクトル値)
HR_S3:No.3の面内荷重センサ30bの測定値(ベクトル値)
HL_S4:No.4の面内荷重センサ30aの測定値(ベクトル値)
HR_S4:No.4の面内荷重センサ30bの測定値(ベクトル値)
HL:No.3およびNo.4の面内荷重センサ30aの測定値から算出された遠心力(ベクトル値)
:HLのスカラー値
HR:No.3およびNo.4の面内荷重センサ30bの測定値から算出された遠心力(ベクトル値)
:HRのスカラー値
_S:面直荷重センサ20aの測定値(スカラー値)
_S:面直荷重センサ20bの測定値(スカラー値)
:面直荷重センサ20aの測定値から算出された輪荷重(スカラー値)
:面直荷重センサ20bの測定値から算出された輪荷重(スカラー値)
図6は、荷重測定アルゴリズムを表すフローチャートを例示する図である。図6で例示するように、荷重算出部43は、面内荷重センサ30aの測定値から水平方向の遠心力HLを算出し、面内荷重センサ30bの測定値から水平方向の遠心力HRを算出する(ステップS1)。曲線道路通過中の車両101から面内荷重センサ30a,30bに印加される荷重は、水平方向の遠心力が起因となる。したがって、曲線道路の半径方向に(曲線道路の接線方向に対して垂直に)印加される荷重が一番大きくなる。そこで、測定板10a,10bの中心から曲線道路の半径方向に向かう方向を挟んで隣接する面内荷重センサ30a,30bの測定値を用いる。図5(a)の例では、No.3の面内荷重センサ30a,30bおよびNo.4の面内荷重センサ30a,30bの測定値を用いる。遠心力H,Hは、下記式(1)、下記式(2)および図7(a)によって算出することができる。なお、補正係数α1,α2は、後述する配置フローによって、予め取得しておくことができる。
=α1×||HL_S3+HL_S4|| (1)
=α2×||HR_S3+HR_S4|| (2)
次に、荷重算出部43は、面直荷重センサ20a,20bの測定値N_S,N_Sから、輪荷重N,Nを算出する(ステップS2)。輪荷重N,Nは、下記式(3)および下記式(4)によって算出することができる。なお、補正係数β1,β2は、後述する配置フローによって、予め取得しておくことができる。
=β1×N_S (3)
=β1×N_S (4)
次に、荷重算出部43は、ステップS1およびステップS2の結果から、下記式(5)、下記式(6)および図7(b)によって荷重M,Mを算出する(ステップS3)。次に、荷重算出部43は、下記式(7)によって軸荷重Mを算出する(ステップS4)。
=(N −H 1/2 (5)
=(N −H 1/2 (6)
M=M+M (7)
なお、上述した例では、No.3およびNo.4の面内荷重センサ30aの測定値から遠心力Hを算出し、No.3およびNo.4の面内荷重センサ30bの測定値から遠心力Hを算出したが、それに限られない。例えば、No.1〜No.7の全ての面内荷重センサ30aの測定値のベクトルの合力から遠心力Hを算出し、No.1〜No.7の全ての面内荷重センサ30bの測定のベクトルの合力から遠心力Hを算出してもよい。誤差が生じる場合には、補正係数α1,α2を補正すればよい。
図8は、取締り装置100の配置フローを例示する図である。図8で例示するように、取締り装置100の設置箇所に合わせた荷重センサ設置数を選択する(ステップS11)。具体的には、測定板10aの設置箇所を2箇所とする。これは、左輪および右輪の荷重を測定するためである。次に、設置する曲線道路の曲率およびバンク角度に応じて、測定板10aに必要な部分に面内荷重センサ30aを設置し、測定板10bに必要な部分に面内荷重センサ30bを設置する。また、測定板10aの中心下に面直荷重センサ20aを設置し、測定板10bの中心下に面直荷重センサ20bを設置する。
次に、取締り装置100の設定を行う(ステップS12)。次に、荷重測定アルゴリズムの係数α1,α2,β1,β2の算出を行う(ステップS13)。具体的には、予め荷重を取得しておいた数種類の車両を測定板上で走行させることで、補正係数α1,α2,β1,β2を算出する。次に、取締り装置100による測定を開始する(ステップS14)。
図9は、取締り装置100による荷重測定を表すフローチャートを例示する図である。図9で例示するように、通過検知部41は、車両101が測定板10a,10bの上面を通過したことを検知する(ステップS21)。例えば、面直荷重センサ20a,20bが閾値以上の荷重を検知した場合に、車両101が測定板10a,10bの上面を通過したことを検知する。または、カメラ50の撮影結果等を用いて、車両101が測定板10a,10bの上面を通過したことを検知してもよい。
次に、荷重算出部43は、面内荷重センサ30a,30bの検知結果を受け取り、面直荷重センサ20a,20bの検知結果を受け取る。さらに、車番読取部42は、カメラ50の撮影結果から車番を読み取る(ステップS22)。次に、荷重算出部43は、荷重測定アルゴリズムに基づいて、軸荷重を算出する(ステップS23)。
次に、判定部44は、ステップS23で算出された軸荷重が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS24)。ステップS24で「No」と判定された場合、記録部45は、記録を行わない(ステップS25)。ステップS24で「Yes」と判定された場合、記録部45は、ステップS22で読み取られた車番、ステップS23で算出された軸荷重、および車両の通過時刻をデータベースに記録する(ステップS26)。ステップS25またはステップS26の実行後、フローチャートの実行が終了する。
本実施例によれば、面直荷重センサ20a,20bによって、道路面に対して垂直成分の荷重を検出することができる。面内荷重センサ30a,30bによって、水平方向成分の荷重を検出することができる。これらの検出荷重を用いることで、曲線道路などで車両101に遠心力が働く場合においても車両101の荷重測定精度を向上させることができる。また、複数の面内荷重センサ30aおよび複数の面内荷重センサ30bを用いることで、水平方向成分の荷重の検出精度が向上する。
(変形例1)
図10は、車限隊が取締りを行う場合における、取締り装置100による荷重測定を表すフローチャートを例示する図である。図10で例示するように、ステップS31〜ステップS35は、図9のステップS21〜ステップS25と同様である。ステップS34で「Yes」と判定された場合、検索部46は、データベースに蓄積されているデータから、同一の車番のデータを検索する(ステップS36)。なお、記録部45は、ステップS32で読み取られた車番、ステップS33で算出された軸荷重、および車両の通過時刻をデータベースに記録する。
通知部47は、測定対象の車両がゲートに到着する前に、車番、ステップS33で算出された軸荷重、および過去履歴を出力することで、現場取締り員(車限隊)通知する(ステップS37)。次に、誘導判断部48は、静荷重測定装置への誘導を行うか否かを判断する(ステップS38)。例えば、荷重超過分が少なく、過去の超過回数が少なく、かつ静荷重測定装置が使用中で測定に時間を要する場合等は、誘導を行わないと判断してもよい。この判断は、車限隊が行ってもよい。ステップS38で誘導を行うと判断された場合、静荷重測定装置によって車両の荷重の測定が行われる(ステップS39)。ステップS38で誘導を行うと判断されなかった場合、車両の通過が許可される(ステップS40)。ステップS39またはステップS40の実行後、フローチャートの実行が終了する。
本変形例によれば、面直荷重センサ20a,20bによって、道路面に対して垂直成分の荷重を検出することができる。面内荷重センサ30a,30bによって、水平方向成分の荷重を検出することができる。これらの検出荷重を用いることで、曲線道路などで車両101に遠心力が働く場合においても車両101の荷重測定精度を向上させることができる。また、荷重測定精度が向上することで、取締り精度が向上させることができる。
上記各例において、面直荷重センサ20a,20bが、曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサの一例として機能する。面内荷重センサ30a,30bが、前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサの一例として機能する。荷重算出部43が、前記第1荷重センサおよび前記第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を算出する荷重算出部の一例として機能する。車番読取部42およびカメラ50が、前記車両の車番を取得する取得部の一例として機能する。判定部44が、前記荷重算出部が算出した軸荷重が閾値以上であるか否かを判定する判定部の一例として機能する。記録部45が、前記軸荷重が閾値以上であると前記判定部によって判定された場合に、前記取得部が取得した車番と前記軸荷重とを関連付けて格納する格納部の一例として機能する。通知部47が、前記軸荷重が閾値以上であると前記判定部によって判定された場合に、前記取得部が取得した車番と、前記軸荷重と、前記格納部に格納された前記車番に係る過去履歴とを出力する出力部の一例として機能する。また、面直荷重センサ20a,20b、面内荷重センサ30a,30b、および荷重算出部43が、荷重測定装置の一例として機能する。面直荷重センサ20a,20b、面内荷重センサ30a,30b、荷重算出部43、車番読取部42、カメラ50、判定部44および記録部45が、取締り装置の一例として機能する。
図11(a)は、演算装置40のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図11(a)を参照して、演算装置40は、CPU201、RAM202、記憶装置203、表示装置204等を備える。CPU(Central Processing Unit)201は、中央演算処理装置である。
CPU201は、1以上のコアを含む。RAM(Random Access Memory)202は、CPU201が実行するプログラム、CPU201が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置203は、不揮発性記憶装置である。記憶装置203として、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。記憶装置203は、プログラムを記憶している。表示装置204は、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスパネルなどであり、判定結果を表示する。なお、本実施例においては演算装置40の各部は、プログラムの実行によって実現されているが、専用の回路などのハードウェアを用いてもよい。
(変形例2)
図11(b)は、変形例2にかかる取締り装置について例示する図である。上記各例においては、演算装置40は、面直荷重センサ20a,20bおよび面内荷重センサ30a,30bから測定値を取得している。これに対して、演算装置40の機能を有するサーバ302が、インターネットなどの電気通信回線301を通じて、面直荷重センサ20a,20bおよび面内荷重センサ30a,30bからデータを取得してもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10a,10b 測定板
20a,20b 面直荷重センサ
30a,30b 面内荷重センサ
40 演算装置
41 通過検知部
42 車番読取部
43 荷重算出部
44 判定部
45 記録部
46 検索部
47 通知部
48 誘導判断部
50 カメラ
100 取締り装置

Claims (7)

  1. 曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサと、
    前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサと、
    前記第1荷重センサおよび前記第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を算出する荷重算出部と、を備えることを特徴とする荷重測定装置。
  2. 前記第2荷重センサは、複数設けられ、前記曲線道路の路面下において前記第1荷重センサの周囲に設けられていることを特徴とする請求項1記載の荷重測定装置。
  3. 前記曲線道路は、高速自動車国道の本線からの支線であることを特徴とする請求項1または2に記載の荷重測定装置。
  4. 曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサと、
    前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサと、
    前記第1荷重センサおよび前記第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を算出する荷重算出部と、
    前記車両の車番を取得する取得部と、
    前記荷重算出部が算出した軸荷重が閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
    前記軸荷重が閾値以上であると前記判定部によって判定された場合に、前記取得部が取得した車番と前記軸荷重とを関連付けて格納する格納部と、を備えることを特徴とする取締り装置。
  5. 前記軸荷重が閾値以上であると前記判定部によって判定された場合に、前記取得部が取得した車番と、前記軸荷重と、前記格納部に格納された前記車番に係る過去履歴とを出力する出力部を備えることを特徴とする請求項4記載の取締り装置。
  6. 曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサの検出結果と、前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を算出する、ことを特徴とする荷重測定方法。
  7. 曲線道路に設置され、前記曲線道路を通過する車両から、道路面に対して垂直方向成分の荷重を検出する第1荷重センサの検出結果と、前記曲線道路に設置され、前記車両から、水平方向成分の荷重を検出する第2荷重センサの検出結果から、前記車両の軸荷重を荷重算出部が算出し、
    前記荷重算出部が算出した軸荷重が閾値以上であるか否かを判定部が判定し、
    前記軸荷重が閾値以上であると判定された場合に、前記車両の車番と前記軸荷重とを関連付けて格納部が格納する、ことを特徴とする取締り方法。
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