JP2021011771A - 振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動ローラを用いた締固め作業において、振動ローラの自動運転と施工品質管理の双方を同時に提供する。【解決手段】振動ローラの走行経路情報を取得する走行経路情報取得手段１１０と、振動ローラの現在位置情報を取得する現在位置情報取得手段１２０と、現在位置と予定走行経路との差違情報を取得する差違情報取得手段１３０と、差違情報に基づいて振動ローラの走行を制御する走行制御手段１６０と、振動ローラの加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得する乱れ率取得手段１４０と、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定する地盤剛性／締固め密度推定手段１５０と、予め定めた終了条件を満足した場合に、締固めの終了指示を行う締固め終了指示手段１７０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法に関するものであり、詳しくは、振動ローラにより種々の材料を締固めする際に、振動ローラを自動運転するとともに、締固め品質を適切に管理することが可能なシステム及び方法に関するものである。

振動ローラ等の建設機械は、有資格者による操縦が今なお主流となっている。しかし、熟練オペレータの不足と自動運転技術の進歩に伴い、半自動・無人遠隔操作などの機能を有する建設機械も登場してきている。一方で、施工品質を確保するための品質管理手法においても、従来から実施されていた管理手法が踏襲される傾向が維持されており、人手不足の観点から、省人・省力化に向けた技術開発が求められている。

自動運転技術と品質管理技術に関する技術開発は、これまでにも数多くなされてきてはいるが、建設機械の自動運転と自動品質管理を一体的に行うことができる技術は、未だ存在していない。

既に開示されている自動運転技術として、例えば、特許文献１（特開平１０−２１２７０５号公報）に記載された技術がある。特許文献１に記載された振動ローラ自動運転システムは、地盤の締固めなどを行う振動ローラを自動運転するためのシステムに関するものである。

具体的には、運転制御手段により、位置測定手段が測定した振動ローラの位置およびジャイロによる方位の測定結果に基づいて、経路設定手段が設定した走行経路に沿って振動ローラを走行させるべく２つの制御信号を生成する。これらの信号は、振動ローラの通信手段を介して、振動ローラに搭載された走行制御手段および方向制御手段に供給される。走行制御手段および方向制御手段はこれらの制御信号に基づいて、振動ローラの前進及び後進と振動ローラの進行方向の転換を制御するようになっている。

また、振動ローラによる締固め管理技術として、例えば、特許文献２（特許第３９０８０３１号公報）に記載された技術がある。特許文献２に記載された盛土転圧管理方法は、締固めに伴う振動輪の振動加速度の変化について周波数スペクトルを用いた定量的な乱れ率として表し、この乱れ率と締固め密度との関係を予め実験により取得し、取得した関係に基づいて、振動ローラによる転圧中に計測した乱れ率によって締固め密度に関する情報を得るようになっている。

さらに、数種類の振動ローラを想定し、地盤上で振動する振動ローラの運動を２自由度の振動モデルで等価に表現したシミュレーションモデルに基づき得られた乱れ率と振動輪の加速度波形の歪みに対応する指標との関係を予め取得し、振動輪による転圧中に計測した乱れ率から指標を求め、さらに、指標、振動輪を支持するフレームの質量、振動輪の質量、振動輪の振動数、起振力に基づいて地盤剛性に関する情報を得るとともに、転圧に伴う地盤の鉛直方向の変化量の計測に基づく地盤沈下の収斂の情報を得る。そして、これら複数の地盤締固めの進行に関する情報に基づいて、所定品質の地盤となっているか否かを評価するようになっている。

特開平１０−２１２７０５号公報 特許第３９０８０３１号公報

ＩＣＴの利活用が必要不可欠となっている現在では、土木建設分野においても、調査・計画、設計、施工、維持管理の各段階においてＩＣＴを有効に活用することが求められている。上述したように、振動ローラ等の建設機械では、既に、自動運転技術が開発されており、並行して施工品質管理技術の開発も行われている。

しかし、自動運転技術の進歩により、ほぼ無人化した自動運転が実現できたとしても、施工品質の確認方法が従前の人出を要するものであった場合には、結局のところ、現場生産性の向上は期待できず、省人・省力化の効果も半減してしまう。一方で、品質管理方法だけを自動化しても、熟練オペレータの経験と技能に匹敵する自動施工方法を伴わなければ、施工品質の確保は難しく、手戻りや手直しが頻発するだけである。

また、盛土の現場締固め管理は、砂置換法やＲＩ法による密度計測、あるいは平板載荷試験等による地盤剛性計測が一般的であるが、これらの計測方法は離散的な測定であるため、施工面全体の品質を精度良く評価することが困難であった。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、振動ローラを用いた締固め作業において、振動ローラの自動運転と施工品質管理の双方を同時に実現することが可能な振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法（以下、締固め品質管理システム、締固め品質管理方法と略記することがある）は、予め記憶した走行経路に従って振動ローラを自動運転するとともに、当該振動ローラにより締固め品質を管理するためのシステム及び方法に関するものである。

締固め品質管理システムは、走行経路情報取得手段と、現在位置情報取得手段と、差違情報取得手段と、走行制御手段と、乱れ率取得手段と、地盤剛性／締固め密度推定手段と、締固め終了指示手段とを備えたことを特徴とするものである。

走行経路情報取得手段は、予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得するための手段であり、現在位置情報取得手段は、振動ローラの現在位置情報を取得するための手段であり、差違情報取得手段は、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得するための手段であり、走行制御手段は、差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御するための手段である。

また、乱れ率取得手段は、締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得するための手段であり、地盤剛性／締固め密度推定手段は、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定するための手段であり、締固め終了指示手段は、推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行うための手段である。

また、上述した構成に加えて、締固め終了指示手段は、推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達したことに加えて、差違情報における振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことを終了条件とすることが可能である。

また、上述した構成に加えて、地盤剛性／締固め密度推定手段は、現在の締固め層に加えて、下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味して、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定することが可能である。

さらに、上述した構成に加えて、終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラを走行させて再締固めを実施させる再締固め指示手段を備えることが可能である。

締固め品質管理方法は、上述した各手段を用いて実現される方法であり、予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得し、振動ローラの現在位置情報を取得し、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得し、差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御する。そして、締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定し、推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件（締固め終了地盤剛性または締固め終了地盤密度）に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行うことを特徴とするものである。なお、振動輪とは、振動ローラを構成する部材の一つであり、地盤面に対して振動力を付与して締固めを行うための車輪のことをいう。

また、上述した構成に加えて、締固めの終了指示を行う終了条件は、予め定めた締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したことに加えて、差違情報における振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったこととしてもよい。すなわち、締固めの終了指示を行う終了条件は、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて推定した地盤剛性または締固め密度に加えて、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量を用いる。

また、上述した構成に加えて、現在の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に加えて、下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味して、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定することが可能である。

さらに、上述した構成に加えて、終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラを走行させることが可能である。

本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法によれば、盛り土等の締固めを行う際に、振動ローラを自動運転するだけではなく、並行して、締固め対象の施工品質管理を実施している。

したがって、本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を用いることにより、振動ローラの自動運転と施工品質管理の双方を同時に実現することが可能となる。また、砂置換法やＲＩ法のように、所定数のサンプリングにより地盤剛性または締固め密度を推定するのではなく、施工範囲全域における地盤剛性または締固め密度をリアルタイムで把握することができるので、正確な施工品質管理を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る締固め品質管理システムの機能ブロック図。 本発明の実施形態に係る締固め品質管理方法のフローチャート。 本発明の実施形態に係る締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法における締固め手順の説明図。 本発明の実施形態に係る締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法における振動ローラの構成と加速度計算モデルの説明図。 本発明の実施形態に係る締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法において、転圧に伴う加速度波形の計測例を示す説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を説明する。図１〜図５は本発明の実施形態に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を説明するもので、図１は締固め品質管理システムの機能ブロック図、図２は締固め品質管理方法のフローチャート、図３は締固め手順の説明図、図４は振動ローラの構成と加速度計算モデルの説明図、図５は転圧に伴う加速度波形の計測例を示す説明図である。

また、図４（ａ）は振動ローラの構成を示す模式図、図４（ｂ）は振動ローラにおける加速度計算モデルの説明図、図５（ａ）は転圧回数１回と転圧回数１６回における加速度時刻歴を示すグラフ、図５（ｂ）は転圧回数１回と転圧回数１６回における周波数分析結果を示すグラフである。

＜締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法の概要＞
本発明に係る締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法は、土質材料や瀝青材料の締固め転圧に用いられる振動ローラについて、自動運転と自動品質管理を一体化させることを目的としたものである。振動ローラは、前後に走行を繰り返しながらレーンを切り替えて、決められたエリア内を過不足なく締固めることが求められるため、施工と品質管理を一体化させる対象として最適な建設機械である。

＜振動ローラ＞
振動ローラ１０は、図４に示すように、振動輪１１、振動輪１１の支持フレーム１２、駆動輪１３、運転台１４、運転台１４と支持フレーム１２の接続部１５、支持フレーム１２に取り付けた防振ゴム１６等を備えている。また、図示しないが、振動輪１１には励振装置が設けられており、操舵装置により操舵を行うようになっている。このような構成からなる振動ローラ１０は、駆動輪１３の駆動力により前進及び後進を行い、振動輪１１の振動力により地盤を締固め、操舵装置により進行方向に対する左右方向の操舵を行う。

本実施形態では、駆動輪１３及び操舵装置を自動制御することにより自動走行を行うようになっている。また、振動輪１１の支持フレーム１２には、振動輪１１の振動加速度を計測するための加速度センサ２０が取り付けられている。

＜振動ローラの自動走行＞
本発明の実施形態において、振動ローラ１０は、図３に示すように、無人で自走しながら決められたエリア内を前進と後進を繰り返しながら、所定回数の転圧を行う。そして、一旦、エリア外の駐機位置に戻り、レーンを切り替えた後に、前走レーンとの間に踏み残しを生じないように一定のラップ幅を確保しながら無人走行する。

転圧作業の進行に伴い、転圧面の剛性が高まってくると、振動輪１１に対する転圧面からの反発力も高まるため、走行経路情報としてインプットされた走行レーンを外れやすくなってくる。その場合には、所定の走行レーンに自動的に軌道修正する機能を備えている。また、走行レーンを外れる頻度が高まった場合には、それだけ転圧面の剛性が高まっていると考えられるため、予め記憶した走行レーンと実際の走行におけるズレ量（差違情報）を用いて、転圧面の剛性を推定することができる。

さらに、自動品質管理方法に関しては、振動ローラ１０の加速度応答値を利用した締固め管理手法を利用する。具体的には、締固め時に生じる振動輪１１の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、地盤剛性または締固め密度を推定する。

このような自動施工管理手法を用いることにより、従来法の代表である砂置換法による離散的な密度管理等と比較して、施工範囲に対して、リアルタイムかつ全面的な品質管理計測を実施することができる。

＜締固め品質管理システムの構成要素＞
本発明の実施形態に係る締固め品質管理システム１００は、図１に示すように、走行経路情報取得手段１１０と、現在位置情報取得手段１２０と、差違情報取得手段１３０と、走行制御手段１６０と、乱れ率取得手段１４０と、地盤剛性／締固め密度推定手段１５０と、締固め終了指示手段１７０とを主要な構成要素としており、さらに、再締固め指示手段１８０を備えることが可能である。以下、各手段について説明する。各手段は、それぞれの機能を発揮するための機器及びコンピュータにインストールされて各手段としての機能を発揮するプログラムにより構成される。

また、各手段は、振動ローラ１０に搭載されているものと、管理事務所等に設置されたコンピュータにより構成されたものとがあり、各手段の間では相互にデータ通信が可能となっている。データ通信は、例えば、無線ＬＡＮ、無線ＷＡＮ等の無線通信や有線通信により行われるが、どのような通信手段を用いるかは、各手段の態様及び施工現場の状況等により適宜選択する。

＜走行経路情報取得手段＞
走行経路情報取得手段１１０は、予め記憶した振動ローラ１０の走行経路情報を取得するための手段であり、例えば、走行経路情報を記憶した記憶装置からデータを取得するための機器により構成する。走行経路情報は、使用する振動ローラ１０の諸元、締固め対象範囲（面積）等、種々の条件に基づいて予め設定した情報であり、オペレータがデータ入力を行ったり、コンピュータの演算結果データを取り込んだりすることにより、コンピュータに付帯する記憶装置に記憶される。

＜現在位置情報取得手段＞
現在位置情報取得手段１２０は、振動ローラ１０の現在位置情報を取得するための手段であり、例えば、ＧＮＳＳを利用する。このため、振動ローラ１０には人工衛星からの信号を受信するための機器及びその付帯機器が搭載されている。さらに、ＧＮＳＳによる測位精度を高め、あるいはＧＮＳＳによる測位を代替するために、Ｗｉ−Ｆｉ設備、ジャイロセンサ、加速度計等を使用してもよい。

＜差違情報取得手段＞
差違情報取得手段１３０は、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラ１０の現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得するための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。取得した差違情報は、振動ローラ１０を予め定めた走行経路に従って自動運転するために使用する情報である。

また、先に説明したように、転圧面の剛性が高まってくると、振動輪１１に対する転圧面からの反発力も高まるため、走行経路情報と現在位置情報との差違量が大きくなる。すなわち、走行経路情報と現在位置情報との差違量が大きい場合には、地盤剛性または締固め密度が高まっていると推測することができる。本実施形では、地盤剛性または締固め密度を推定する情報の一つとして、この差違情報を利用している。

＜走行制御手段＞
走行制御手段１６０は、走行経路情報と現在位置情報とを比較した差違情報に基づいて、振動ローラ１０の走行を制御するための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。上述したように、振動ローラ１０の走行装置は、前進及び後進を行わせるための駆動装置（駆動輪１３）と、進行方向に対して左右方向に舵取りを行う操舵装置を備えている。走行制御手段１６０は、振動ローラ１０の駆動装置に対する駆動力及び操舵装置に対する舵取り角度を制御して、所望の走行ライン上を走行させる。

本実施形態では、基本的に、走行経路情報に基づいて予め規定した走行ライン上を走行させるが、締固め面の剛性の変化等により規定した走行ラインから外れた場合に、走行経路情報と現在位置情報とを比較した差違情報に基づいて、振動ローラ１０の駆動装置に対する駆動力及び操舵装置に対する舵取り角度を制御することにより、予め規定した走行ライン上を振動ローラ１０が走行するように制御している。

＜乱れ率取得手段＞
乱れ率取得手段１４０は、締固め時に生じる振動輪１１の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得するための手段であり、加速度センサ２０とコンピュータ及びこれにインストールされたプログラムから構成する。具体的には、加速度センサ２０により振動輪１１の加速度信号を受信して、所定の処理を行うことにより乱れ率を取得する。すなわち、乱れ率取得手段１４０では、加速度センサ２０に入力された加速度信号に基づいて乱れ率を取得する。取得した乱れ率から地盤の剛性（地盤バネ定数，地盤反力係数，地盤変形係数）と、地盤の密度を推測することができる。

振動ローラ１０の振動輪１１は、高重量の鉄製剛体であり、励振装置（図示せず）により振動させることにより地盤を締固めるようになっている。そして、加速度センサ２０により地盤を締固める際の加速度を測定すると、地盤が堅いほど高周波成分が増大する。そこで、加速度センサ２０に入力された信号から周波数スペクトルを計測して高速フーリエ解析し、乱れ率を定義することで、地盤の硬さに対応する振動輪１１の振動加速度を定量的に表すことができる。乱れ率は、下記式（１）により表すことができる。すなわち、転圧の進行による地盤剛性の増加に伴って、図５に示すように、振動輪１１（ローラ）の加速度波形が乱れ、その周波数解析においては振動輪１１の振動数以外の成分（高調波スペクトルＳ¹，Ｓ²，・・・と、１／２分数調波スペクトルＳ^１’，Ｓ^２’・・・）が卓越してくることが認められる。この性質を利用し、下記式（１）に示す「乱れ率（Ｆ_t）」を定義している。乱れ率が大きいほど、地盤が締固まっていることを表している。

この乱れ率は振動輪１１の質量や振動力及び振動数に応じて異なる値となるが、地盤上で振動する振動輪１１の挙動を２自由度の振動モデルの運動方程式（下記式（２））に基づく数値シミュレーションにより、予め理論的に導出した乱れ率と指標の関係及び指標と地盤バネ定数の関係に基づいて、地盤剛性（地盤バネ定数、地盤反力係数、地盤変形係数）に関する情報を連続的に取得することができる。図４（ｂ）に、加速度計算モデルを示す。

さらに、乱れ率と締固め密度の関係を予め実験により求めておけば、加速度センサ２０が受信した加速度信号から締固め密度を推定することができる。さらに、これらの情報は地盤の締固めと同時に取得することができるため、サンプリング試験等の人的作業を実施する必要がない。

さらに具体的に説明すると、締固めに伴う振動輪１１の振動加速度の変化を、周波数スペクトルを用いて定量的な乱れ率として表し、この乱れ率と締固め密度との関係を予め実験により取得する。そして、乱れ率と締固め密度との関係に基づいて、振動輪１１による転圧中に計測した乱れ率によって地盤の締固め密度に関する情報を取得する。

一方、複数種類の振動ローラ１０を想定して、地盤上で振動する振動輪１１の運動を２自由度の振動モデルで等価に表現したシミュレーションモデルに基づいて得られた乱れ率と振動輪１１の加速度波形の歪みに対応する指標との関係を予め取得しておく。

そして、振動輪１１による転圧中に計測した乱れ率から指標を求め、さらに、取得した指標と、振動ローラ１０のフレーム（支持フレーム１２）の質量（ｍ1）と、振動輪１１の質量（ｍ2）と、振動輪１１の振動数（ｆ）と、起振力（Ｆ）とに基づいて地盤剛性（ｋ2）に関する情報を取得するとともに、転圧に伴う地盤の鉛直方向の変化量の計測に基づく地盤沈下の収斂の情報を得る。これら複数の地盤締固めの進行を表す情報から、所定品質の地盤となっているか否かを評価することができる。乱れ率と振動ローラの諸元、ならびに地盤変形係数の関係式を下記式（３）に示す。なお、Ｅは地盤変形係数、νはポアソン比である。

＜地盤剛性／締固め密度推定手段＞
地盤剛性／締固め密度推定手段１５０は、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定するための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。上述したように、地盤の締固めに伴う乱れ率を取得することにより、地盤剛性または締固め密度を推定することができるため、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固めを終了する締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したか否かを判断することができる。

また、取得した乱れ率により、現在の締固め層よりも下層における地盤剛性または締固め密度を推測できることが解っている。地盤の締固めは、複数層にわたって実施されるため、現在の締固め層だけではなく、現在の締固め層よりも下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味することにより、より的確に地盤剛性または締固め密度を推定することができる。なお、撒き出し厚や撒き出し材料によっては、現在の締固め層よりも下層の締固め層における乱れ率を取得できない場合もあり、この場合には、現在の締固め層における乱れ率のみを使用して地盤剛性または締固め密度を推測することになる。

＜締固め終了指示手段＞
締固め終了指示手段１７０は、予め定めた終了条件を満足した場合に、振動ローラ１０による締固めの終了指示を行うための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。終了条件は、予め定めた締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したことであるが、差違情報における振動ローラ１０の現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことを終了条件に加えてもよい。

上述したように、締固めが進行して転圧面の剛性が高まってくると、振動輪１１に対する転圧面からの反発力も高まる。また、乱れ率と地盤剛性または締固め密度とは相関関係を有している。したがって、乱れ率を用いて締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したか否かを判断して、締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達すると、走行制御手段１６０に対して締固め終了指示信号を発信する。さらに、走行経路情報と現在位置情報との差違量も、転圧面の剛性に関係しているため、差違情報における振動ローラ１０の現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことを終了条件に加えてもよい。

＜締固め終了地盤剛性または締固め終了密度＞
締固め終了地盤剛性または締固め終了密度は、締固めを行う土木構造物の種類、締固め対象となる材料の種類等、種々の要因に基づいて適宜決定する。なお、過転圧となると土木構造物の強度が低下するため、締固め終了地盤剛性または締固め終了密度は、過転圧とならないように必要十分な地盤剛性または締固め密度を選択しなければならない。

＜再締固め指示手段＞
再締固め指示手段１８０は、終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラ１０を走行させて再締固めを実施させるための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。上述したように、締固めの終了条件を満足すると、走行制御手段１６０に対して締固め終了指示信号を発信して、振動ローラ１０による締固めを終了する。

しかし、締固め対象領域の中で、締固めの終了条件を満足していない箇所（締固めが不十分な箇所）が存在する場合には、当該箇所に対して、さらに締固めを実施して、締固め対象領域の全域において適切な締固めを行う必要がある。そこで、再締固め指示手段１８０から走行制御手段１６０に対して、締固めの終了条件を満足していない箇所（締固めが不十分な箇所）を振動ローラ１０が走行するように指示信号を出力して、締固め対象領域の全域において適切な地盤剛性または締固め密度となるようにしている。

＜締固め品質管理方法＞
本発明の実施形態に係る締固め品質管理方法は、上述した締固め品質管理システム１００を利用して、振動ローラ１０を自動運転しながら締固め品質管理を行うための方法である。この締固め品質管理方法は、図２に示すように、予め記憶した振動ローラ１０の走行経路情報を取得し（Ｓ１）、振動ローラ１０の現在位置情報を取得し（Ｓ２）、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラ１０の現在位置と取得した走行経路との差違情報を取得し（Ｓ３）、差違情報に基づいて、振動ローラ１０の走行を制御する（Ｓ４）。

続いて、締固め時に生じる振動輪１１の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し（Ｓ５）、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、地盤剛性または締固め密度を推定する（Ｓ６）。

続いて、予め定めた終了条件を満足しているか否かを判定し（Ｓ７）、終了条件を満足していれば、振動ローラ１０による締固めの終了指示を行う（Ｓ８）。一方、終了条件を満足していない箇所が存在する場合には再締固め指示を行い（Ｓ９）、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラ１０を走行させる。

終了条件は、予め定めた締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したこと、あるいはこれに加えて差違情報における振動ローラ１０の現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことである。なお、図２に示すフローチャートでは、再締固めを指示した後に走行経路情報の取得ステップ（Ｓ１）に戻って以降の処理を行っているが、再締固めの指示を受けた場合には、終了条件を満足していない箇所でのみ再締固め処理を行えばよい。

＜本発明の有利な効果＞
本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法の締固め対象は特に限定されないため、乱れ率から推定される地盤剛性または締固め密度を用いて、ほぼすべての締固め対象について適切な締固めを行うことができる。また、ＣＳＧを締固め対象とした場合には、目標となる剛性（設計強度から定まる剛性）を直接評価することが可能となる。

１０ 振動ローラ
１１ 振動輪
１２ 支持フレーム
１３ 駆動輪
１４ 運転台
１５ 接続部
１６ 防振ゴム
２０ 加速度センサ
１００ 締固め品質管理システム
１１０ 走行経路情報取得手段
１２０ 現在位置情報取得手段
１３０ 差違情報取得手段
１４０ 乱れ率取得手段
１５０ 地盤剛性／締固め密度推定手段
１６０ 走行制御手段
１７０ 締固め終了指示手段
１８０ 再締固め指示手段

Claims (8)

1. 予め記憶した走行経路に従って振動ローラを自動運転するとともに、当該振動ローラにより締固め品質を管理するためのシステムであって、
   予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得する走行経路情報取得手段と、
   振動ローラの現在位置情報を取得する現在位置情報取得手段と、
   前記走行経路情報と前記現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得する差違情報取得手段と、
   前記差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御する走行制御手段と、
   締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得する乱れ率取得手段と、
   乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定する地盤剛性／締固め密度推定手段と、
   推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行う締固め終了指示手段と、
   を備えたことを特徴とする振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム。
2. 前記締固め終了指示手段は、前記推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達したことに加えて、前記差違情報における振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことを終了条件とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム。
3. 前記地盤剛性／締固め密度推定手段は、現在の締固め層に加えて、下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味して、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム。
4. 前記終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラを走行させて再締固めを実施させる再締固め指示手段を備えた、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム。
5. 予め記憶した走行経路に従って振動ローラを自動運転するとともに、当該振動ローラにより締固め品質を管理するための方法であって、
   予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得し、
   振動ローラの現在位置情報を取得し、
   前記走行経路情報と前記現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得し、
   前記差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御し、
   締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し、
   乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定し、
   推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行う、
   ことを特徴とする振動ローラの自動運転による締固め品質管理方法。
6. 前記締固めの終了指示を行う終了条件は、予め定めた締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したことに加えて、前記差違情報における振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことである、
   ことを特徴とする請求項５に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理方法。
7. 現在の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に加えて、下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味して、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定する、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理方法。
8. 前記終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラを走行させる、
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理方法。

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