JP3054251B2 - A method for measuring the continuous road height in the longitudinal direction of the road using a profile meter - Google Patents
A method for measuring the continuous road height in the longitudinal direction of the road using a profile meterInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プロフィルメータを用
いた路面縦断方向の連続路面高の測定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring a continuous road surface height in a longitudinal direction of a road surface using a profile meter.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、わが国では、3点式プロフィルメ
ータの原理に基づいた測定装置を搭載した車両を走行さ
せて路面縦断凹凸量を測定し、一定区間の測定値を統計
的に処理して標準偏差を求め、舗装路面平坦性の指標と
するのが普通である。舗装路面の平坦性を測定する装置
は、プロフィル型とレスポンス型に大別される。3点式
プロフィルメータの原理を利用した測定装置は、舗装面
の静的形状を測定対象とするものであり、前者に属す
る。一方、後者のレスポンス型装置は、路面を走行する
車両の動的な特性を測定することにより、舗装路面の状
態を評価しようとするものである。上記の何れの型の装
置を用いても、得られる指標は、装置自体の構造及び測
定方法によって異なる。2. Description of the Related Art Currently, in Japan, a vehicle equipped with a measuring device based on the principle of a three-point profile meter is run to measure the amount of vertical irregularity on a road surface, and the measured values in a certain section are statistically processed. It is common to find the standard deviation and use it as an index for pavement road surface flatness. Devices for measuring the flatness of a pavement road surface are roughly classified into a profile type and a response type. A measuring device using the principle of a three-point profile meter targets a static shape of a pavement surface, and belongs to the former. On the other hand, the latter response-type device attempts to evaluate the state of a pavement road surface by measuring the dynamic characteristics of a vehicle traveling on the road surface. Regardless of which type of device is used, the index obtained depends on the structure of the device itself and the measurement method.
【0003】このため、測定装置の個別の特性を捨象
し、走行車両の挙動によって路面状態を評価するため
に、国際ラフネス指標(IRI)が提案されている。つ
まり、特定の測定装置に限定されないクウォータ・カー
或いはハーフ・カーと称する仮想車両とその走行方式を
決め、等しい前提条件で任意の路面を評価しようとする
ものである。ここ数年の、主として米国及びヨーロッパ
の道路交通関係者の努力により、任意の路面の縦断形状
が与えられたとき、その路面のIRIが算出できるシュ
ミレーション・アルゴリズムが開発された。[0003] For this reason, the International Roughness Index (IRI) has been proposed in order to disregard the individual characteristics of the measuring device and evaluate the road surface condition based on the behavior of the traveling vehicle. That is, a virtual vehicle called a quarter car or a half car, which is not limited to a specific measuring device, and a traveling method thereof are determined, and an arbitrary road surface is to be evaluated under the same preconditions. In recent years, mainly through the efforts of road traffic officials in the United States and Europe, simulation algorithms have been developed that can calculate the IRI of a given road surface given a given road profile.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、舗装路
面の平坦性を把握するのに、わが国で使用されている3
点式プロフィルメータでは、実際の路面の縦断形状を求
めることは極めて困難であった。However, in order to grasp the flatness of the pavement road surface, there are three methods used in Japan.
With a point-type profile meter, it was extremely difficult to determine the actual profile of the road surface.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、実測不
可能のプロフィルメータ測定点での微小区間勾配変化率
を、プロフィルメータ勾配変化率(プロフィルメータに
より求めた路面勾配変化率)で置換して、連続したプロ
フィルメータ測定点の路面高を求めている。According to the present invention, the gradient change rate of a minute section at a profile meter measurement point that cannot be measured is replaced with a profile meter gradient change rate (a road surface gradient change rate obtained by a profile meter). Then, the road surface height at the continuous profile meter measurement points is obtained.
【0006】[0006]
【実施例】 以下、図面を参照して本発明を詳しく説明
する。図1は、舗装路面(以下単に路面という場合があ
る)の縦断方向(車両走行方向)の模式的な断面図であ
る。図1において、 λ : 路面高の測定点の間隔、 Pi: i番目(図1ではi=−1〜(n+1))の路
面高の測定点、 Ri: 測定点Piにおける路面高、 Si-1 i: 測定点Pi-1から測定点Piまでの路面勾配 (=(Ri−Ri-1)/λ) S*: 測定点P0の左隣
(図面上)の区間(P-1からP0まで)の路面勾配 αi: 測定点Piでの路面勾配変化率 である。測定点P n での路面高Rnは、次の数式2で表わ
される。 Rn = Rn-1 + λSn-1 n ・・・(2)Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in a longitudinal direction (vehicle running direction) of a pavement road surface (hereinafter sometimes simply referred to as a road surface). In Figure 1, lambda: distance road height measurement points, P i: i-th (FIG. 1, i = -1~ (n + 1) ) road surface height measurement points, R i: a measurement point road height at P i, S i-1 i : Road surface gradient from measurement point P i-1 to measurement point P i (= (R i −R i-1 ) / λ) S * : On the left (on the drawing) of measurement point P 0 Road surface gradient α i in the section (from P −1 to P 0 ): the road surface gradient change rate at the measurement point P i . Road height R n at the measuring point P n is expressed by the following Equation 2. R n = R n-1 + λS n-1 n (2)
【0007】 更に、隣接する2測定点間(間隔λ)の
路面勾配は、夫々、数式3で表わされる。 S0 1 = S* + λα0 S1 2 = S0 1 + λα1 ・・・・・ Sn-1 n = Sn-2 n-1 + λα n-1 ・・・(3) 数式3の両辺を加えると路面勾配S n-1 n は、数式4で表
わされる。 Sn-1 n = S* + λ(α0+・・・+αn-1) ・・・(4) 数式2のSn-1 nに数式4を代入すると、数式5が得られ
る。Further, the road surface gradient between two adjacent measurement points (interval λ) is expressed by Equation 3, respectively. S 0 1 = S * + λα 0 S 1 2 = S 0 1 + λα 1 ····· S n-1 n = S n-2 n-1 + λ α n-1 ··· (3) the formula When both sides of 3 are added, the road surface gradient S n-1 n is expressed by Expression 4. S n-1 n = S * + λ (α 0 +... + Α n-1 ) (4) When Expression 4 is substituted for S n-1 n in Expression 2, Expression 5 is obtained.
【数5】 数式5は数式6のようにも表わされる。(Equation 5) Equation 5 is also expressed as Equation 6.
【数6】 (Equation 6)
【0008】 図2の(A)に示すように、測定点Pa
及びPbの路面高(Ra、Rb)が等しいと仮定すると、
図2の(B)に示すように、各々の測定点での路面高は
測定点P a 及びP b の路面高の点を通る“変位させた基
準レベル”からの垂直方向の距離で特定できる。 図2
の場合、S*は数式7或いは数式8で求めることができ
る。As shown in FIG. 2A, the measurement point P a
And P b of the road surface height (R a, R b) Assuming equal,
As shown in FIG. 2 (B), the road height at each measurement point can be specified by the vertical distance from the "reference level of displacing" through the points of the road surface height measurement points P a and P b . FIG.
In the case of, S * can be obtained by Expression 7 or Expression 8.
【数7】 (Equation 7)
【数8】 a及びbを夫々測定点P a 及びP b を示す順序数(即ち
上記Piにおいてiがa又はb)とする。ここで、0<
a<bである。従って、測定点Pa及びPbでの路面高R
a及びRbは、数式6のS * を数式7又は数式8で置換し
て得た数式9により求まる。(Equation 8) Each measurement points a and b P a and sequence number indicating the P b (i.e.
In the above Pi, i is a or b). Where 0 <
a <b. Therefore, the road height R of the measurement point P a and P b
a and R b are obtained by Expression 9 obtained by replacing S * in Expression 6 with Expression 7 or Expression 8.
【数9】 数式9において右辺の第2項は一定値であり、Ra(又
はRb)とR0とは補間関係にある。測定点Pa及びPbで
の路面高Ra及びRbが共に路面高0と仮定すると、測定
点Pnの路面高Rnは、数式10或いは数式11で求めら
れる。(Equation 9) In Equation 9, the second term on the right side is a constant value, and R a (or R b ) and R 0 are in an interpolating relationship. When the road surface height R a and R b at the measuring point P a and P b are assumed both the road surface height 0, the road height R n of measuring points P n is calculated by Equation 10 or Equation 11.
【数10】 (Equation 10)
【数11】 数式10及び11において、n=a+1,a+2,・・
・,b である。以上[Equation 11] In Equations 10 and 11, n = a + 1, a + 2,.
, B. that's all
【0009】ところで、路面縦断形状を求めるために
は、微小区間λ(例えば10cm)毎の一連の路面高を
求めることが必要であり、そのためには、微小区間λ毎
の路面勾配変化率(α)を求めなければならない。しか
し、現在広く使用されている3点式プロフィルメータの
長さは300cm(スパン150cm x 2)であ
り、このプロフィルメータにより得られるプロフィルメ
ータ勾配変化率は、スパンLで定義される微小区間λ毎
の(即ち、スパン150cmで定義された10cm毎
の)路面勾配変化率である。従って、現在使用されてい
る300cm長のプロフィルメータを使用して求めた1
0cm毎のプロフィール勾配変化率により、微小区間1
0cmで定義された10cm毎の路面勾配変化率(α)
が近似できれば、実用に供し得る路面縦断形状を求める
ことができる。Incidentally, in order to obtain the vertical profile of the road surface, it is necessary to obtain a series of road surface heights for each minute section λ (for example, 10 cm). For this purpose, the road surface gradient change rate (α) for each minute section λ is required. ). However, the length of a three-point profile meter that is currently widely used is 300 cm (span 150 cm × 2), and the rate of change in the profile meter gradient obtained by this profile meter is small for each minute section λ defined by the span L. (Ie, every 10 cm defined by a span of 150 cm). Therefore, 1 was determined using a 300 cm long profile meter currently used.
By the rate of change of the profile gradient every 0 cm, the minute section 1
Road surface gradient change rate (α) every 10 cm defined at 0 cm
If can be approximated, it is possible to obtain a road profile that can be used practically.
【0010】以下、図3を参照して、微小区間λの路面
勾配変化率(α)を、基準長2L(Lは例えば150c
m)のプロフィルメータにより求めたλ毎の勾配変化率
で近似(或は置換)できることを、図3を参照して説明
する。Hereinafter, referring to FIG. 3, the road surface gradient change rate (α) of the minute section λ is calculated as a reference length 2L (L is, for example, 150c).
The approximation (or replacement) with the gradient change rate for each λ obtained by the profile meter of m) will be described with reference to FIG.
【0011】図3に示したプロフィルメータの後半部
(RからMまで)における路面勾配をS0、後半部に対
する前半部(MからFまで)の路面勾配変化率をAとす
ると、前半部の路面勾配はS0+ALとなる。従って、
プロフィルメータの後半部の中点Pからプロフィルメー
タの中心Mまでの路面高の増分はS0L/2となり、一
方、プロフィルメータの中点Mからプロフィルメータの
前半部の中点Qまでの路面高の増分は(S0+AL)L
/2となる。中点Pから中点Qまでの増分は、プロフィ
ルメータの測定間隔(例えば、10cm)である微小区
間λの路面勾配(図示のS1 2,S2 3.・・・,S14 15)
及びそれらの微小区間勾配変化率αiを用いて数式12
で表わせられる。 S0L/2 + (S0+AL)L/2 = S0λ/2 + S1 2λ + ・・・ + Sk-1 kλ + (S0+AL)λ/2 ・・・(12) ここで、一般化するため最後の測定点をkで表わしてあ
るが、図3の場合にはk=15である。数式12のS0
λ/2及び(S0+AL)λ/2の分母の2は、夫々、
中点P及びQが微小区間λの中央に位置するためであ
る。Assuming that the road surface gradient in the second half (R to M) of the profile meter shown in FIG. 3 is S 0 , and the road surface gradient change rate in the first half (M to F) with respect to the second half is A, The road surface gradient is S 0 + AL. Therefore,
The road surface height increment from the midpoint P of the second half of the profile meter to the center M of the profile meter is S 0 L / 2, while the road surface from the midpoint M of the profile meter to the midpoint Q of the first half of the profile meter. High increment is (S 0 + AL) L
/ 2. The increment from the midpoint P to the midpoint Q, the measurement interval of the profilometer (e.g., 10 cm) road surface gradient of the small sections λ is (S 1 2, S 2 3 illustrated. ···, S 14 15)
And the minute section gradient change rate α i
Can be represented by S 0 L / 2 + (S 0 + AL) L / 2 = S 0 λ / 2 + S 1 2 λ + ··· + S k-1 k λ + (S 0 + AL) λ / 2 ··· (12 Here, the last measurement point is represented by k for generalization, but in the case of FIG. 3, k = 15. S 0 in Equation 12
2 of the denominator of λ / 2 and (S 0 + AL) λ / 2 are
This is because the middle points P and Q are located at the center of the minute section λ.
【0012】更に、各微小区間の勾配(Si i+1で一般化
して表わす)は、一つ前の微小区間の勾配と以後の微小
区間勾配変化率を用いて数式13の如く表わすことがで
きる。即ち、 Si i+1 = Si-1 i + λαi = S0 + λ(αl+・・・+αi) ・・・(13) 数式13を用いれば、数式12は次のように書き直せ
る。 S0L/2 + (S0+AL)L/2 = S0λ/2 + λ(S0 + λα1) + λ(S0 + λ(α1+α2) + λ(S0 + λ(α1+α2+α3) ・・・・・ + λ(S0 + λ(α1+α2+・・・+αk-1) + λ(S0 + λ(α1+α2+・・・+αk-1+αk) + (S0+AL)λ/2 ・・・(14) この数式14をAについて解けば、数式15或は数式1
6を得るFurther, the gradient of each minute section (which is generalized by S i i + 1 ) can be expressed as in Equation 13 using the gradient of the immediately preceding minute section and the rate of change of the minute section thereafter. it can. That is, S i i + 1 = S i-1 i + λ α i = S 0 + λ (α l +... + Α i ) (13) If Expression 13 is used, Expression 12 is as follows. Can be rewritten. S 0 L / 2 + (S 0 + AL) L / 2 = S 0 λ / 2 + λ (S 0 + λα 1) + λ (S 0 + λ (α 1 + α 2) + λ (S 0 + λ ( α 1 + α 2 + α 3 )... + λ (S 0 + λ (α 1 + α 2 +... + α k−1 ) + λ (S 0 + λ (α 1 + α 2 +... + α) k-1 + α k ) + (S 0 + AL) λ / 2 (14) By solving the equation (14) for A, the equation (15) or the equation (1) is obtained.
Get 6
【数15】 (Equation 15)
【数16】 数式15或は数式16により、プロフィルメータの勾配
変化率Aと微小区間勾配変化率αとの関係が明らかにな
った。しかしながら、数式16において、プロフィルメ
ータ勾配変化率Aを測定により求めても、k個の微小区
間勾配変化率αを決定することはできない。理論上、整
合性のある解決を図るための2つの方法と夫々の問題点
を次に述べる。(Equation 16) The relationship between the gradient change rate A of the profile meter and the minute section gradient change rate α has been clarified by Expression 15 or Expression 16. However, in Equation 16, even if the profile meter gradient change rate A is obtained by measurement, the k minute section gradient change rates α cannot be determined. In theory, the following describes two methods for achieving a consistent solution and their respective problems.
【0013】例えば、第1の方法として、所望の微小区
間λに等しいスパンLを有するプロフィルメータを準備
できれば(即ち、k=L/λ=1とすれば)、数式16
からA=α1となり、理論的には何等問題はない。しか
しながら、スパンがλに等しい微小のプロフィルメータ
により路面縦断凹凸量を測定することは実際上不可能で
ある。尚、現在使用されている最も優れたプロフィルメ
ータのスパン(基線長)は300cmであり、現在最も
性能の優れたプロフィルメータの最小測定間隔は10c
mであるが、基準長は300cm(L=150cm)で
あり、R=1とするためにはλ=150cmでなければ
ならず、これでは実用上充分な路面形状が再現できな
い。更に、この第1の方法の問題として測定誤差の累積
がある。For example, as a first method, if a profile meter having a span L equal to a desired minute section λ can be prepared (ie, if k = L / λ = 1), Equation 16
From A = α 1 next, there is no any problem in theory. However, it is practically impossible to measure the amount of vertical unevenness of the road surface using a small profile meter having a span equal to λ. The span (base line length) of the best profile meter currently used is 300 cm, and the minimum measurement interval of the currently best profile meter is 10 c.
m, the reference length is 300 cm (L = 150 cm), and λ must be 150 cm in order to set R = 1, which cannot reproduce a practically sufficient road surface shape. Further, as a problem of the first method, there is accumulation of measurement errors.
【0014】次に、第2の方法について述べる。数式1
5或は16を書き直せば、数式17或は18を得るNext, the second method will be described. Formula 1
Rewriting 5 or 16 gives equation 17 or 18
【数17】 [Equation 17]
【数18】 従って、第1番目の測定点から第(k−1)番目の測定
点までの(k−1)個のαiが既知ならば、第k番目の
測定点のαkは直ちに求められる。プロフィルを描くべ
き対象区間の最初の測定において、上記の(k−1)個
のαiを初期値として与えれば、以後、測定点毎に新た
に登場する第k番目の微小区間(測定間隔)λについて
のαkは数式15によって逐次求めることが可能であ
る。この方法は上記の第1の方法(プロフィルメータの
スパンを微小区間に等しくする)に比べ、現在得られる
最も性能の優れたプロフィルメータの最小測定間隔(1
0cm)での測定値が連続してすべて使用できるという
点で、はるかに優れている。しかし、最初の測定の際に
(k−1)個の初期値を与える必要があるという点は実
用面において大きな制約となる。更に、測定誤差の累積
の問題は、程度の差はあるが、第1の方法と同様に存在
する。(Equation 18) Therefore, if the (k-1) pieces of alpha i from the first measurement point to the (k-1) th measurement point is known, alpha k of the k-th measurement point can be determined immediately. In the first measurement of the target section for which the profile is to be drawn, if the above (k-1) α i are given as initial values, the k-th minute section (measurement interval) newly appearing for each measurement point thereafter α k with respect to λ can be sequentially obtained by Expression 15. This method is compared with the first method (where the span of the profile meter is equal to a minute section) and the minimum measurement interval (1
It is much better in that all measurements at 0 cm) can be used continuously. However, the fact that it is necessary to provide (k-1) initial values at the time of the first measurement is a serious limitation in practical use. In addition, the problem of accumulation of measurement errors exists to a greater or lesser extent as in the first method.
【0015】つまり、理論上の整合性を損なわないよう
にすれば、測定精度を犠牲にするか、或は、実用性を低
下させるかのいずれかになり、更に測定誤差の累積とい
う難問も避けることができない。以上の考察に基づき、
次の仮定を導入する。 α1 = α2 =・・・= αk = α この仮定は、図3において、中点Mにおけるプロフィル
メータ勾配変化率(プロフィルメータの後半部から前半
部への勾配の変化)は、k個の微小区間勾配変化率(α
1〜ak)によって等しく分担されていることを意味して
いる。上記の仮定を、数式15又は数式16に適用すれ
ば α = A を得る。That is, if the theoretical consistency is not impaired, either the measurement accuracy is sacrificed or the practicality is reduced, and the difficult problem of accumulating measurement errors is avoided. Can not do. Based on the above considerations,
We introduce the following assumptions. α 1 = α 2 =... = α k = α This assumption is based on the assumption that, in FIG. 3, the rate of change of the profile meter gradient at the midpoint M (change of the gradient from the second half to the first half of the profile meter) is k. Gradient change rate (α
1 to a k ). Applying the above assumption to Equation 15 or Equation 16 yields α = A.
【0016】一方、プロフィルメータの測定値である中
点Mの変位(即ち、プロフィルメータの後端及び前端R
及びFでの路面高を結んだ直線からの変位)Dは、 D = RM − (RR+RF)/2 ・・・(19) であり、更に、 A = {(RF−RM)/L − (RM−RR)/L}L = (RR−2RM+RF)/L2 = −(2/L2){RM−(RR+RF)/2} ・・・(20) である。更に、数式19及び20より、 A = −2D/L2 ・・・(21) である。上記の仮定(α=A)を、数式10及び11に
適用すれば、夫々、数式22及び23となる。On the other hand, the displacement of the midpoint M, which is the measured value of the profile meter (ie, the rear end and the front end R of the profile meter)
And displacement) D from a straight line connecting the road height at the F, D = R M - is (R R + R F) / 2 ··· (19), further, A = {(R F -R M ) / L - (R M -R R) / L} L = (R R -2R M + R F) / L 2 = - (2 / L 2) {R M - (R R + R F) / 2} ·・ ・ (20) Further, from Expressions 19 and 20, A = −2D / L 2 (21) Applying the above assumption (α = A) to Equations 10 and 11, yields Equations 22 and 23, respectively.
【数22】 (Equation 22)
【数23】 ここで、n=a,a+1,a+2,・・・,b であ
る。(Equation 23) Here, n = a, a + 1, a + 2,..., B.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プロフィルメータの最小測定間隔(微小区間)で定義さ
れる微小区間の勾配変化率を、微小区間毎のプロフィル
メータ勾配変化率で置換して各測定点の路面高を求める
ので、現在わが国で使用されているプロフィルメータ
(基線長2L=3mが普通)をそのまま用いて路面縦断
方向の連続路面高を正確に求めることができる。As described above, according to the present invention,
The road surface height at each measurement point is obtained by replacing the gradient change rate of the minute section defined by the minimum measurement interval (minute section) of the profile meter with the profile meter slope change rate of each minute section, and is currently used in Japan. The continuous road surface height in the longitudinal direction of the road surface can be accurately obtained using the profile meter (base line length 2L = 3 m is normal) as it is.
【図1】本発明の実施例の前提を説明するための図。FIG. 1 is a diagram for explaining a premise of an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例の前提を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a premise of an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
Claims (1)
方向に移動させ、該3点式プロフィルメータの基準長よ
り短い所定測定間隔毎にプロフィルメータ勾配変化率を
測定し、 (b) 該プロフィルメータ勾配変化率を、 【数1】 ここで Rn :第n番目の測定点の路面高 Rn-1:第(n−1)番目の測定点の路面高 λ :プロフィルメータの測定間隔 a :測定区間の前端の測定点 b :測定区間の後端の測定点 αi :第i番目の微小区間での勾配変化率 のαiに代入して路面縦断方向の所定間隔毎に路面高を
測定する方法。(A) moving a three-point profile meter in a longitudinal direction of a road surface and measuring a profile meter gradient change rate at predetermined measurement intervals shorter than a reference length of the three-point profile meter; The rate of change of the profile meter gradient is Here, R n : road surface height at the n-th measurement point R n-1 : road surface height at the (n-1) -th measurement point λ: measurement interval of the profile meter a: measurement point at the front end of the measurement section b: Measurement method at the rear end of the measurement section α i : a method of substituting α i of the gradient change rate in the i-th minute section to measure the road surface height at predetermined intervals in the longitudinal direction of the road surface.
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1991
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