JP3292200B1 - 路面縦断プロファイルの測定方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 道路の縦方向の路面の平坦度を簡易にかつ精
度よく計測できる路面縦断プロファイルの測定方法を提
供する。 【解決手段】 測定ブロック１０の第１及び第２連結棒
１４，１５が真直状態での第１ローラ１１及び第３ロー
ラ１３の中心間寸法を基準距離として、基準距離を複数
点に分割した複数の計測位置を決める。測定ブロックが
路面の縦方向に基準距離を通るときに第３ローラが計測
位置を順次移動する毎に、各計測位置にて第１及び第２
連結棒のなす変位角度をロータリエンコーダにより検出
する。変位角度検出値と測定ブロックが直前の計測位置
に在るときの測定ブロックにおける各計測位置での既知
の高さデータとに基づいて、無限インパルス応答フィル
タ演算法を用いて計測位置での路面の高さデータが算出
される。これにより、基準距離の単位路面プロファイル
が求められ、これを集積することにより路面の縦断プロ
ファイルが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路の路面等の凹
凸を有する平面の凹凸状態を計測する路面縦断プロファ
イルの測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直線上にある被測定物の真直度を
測定する方法としては、特公昭６１−３３３６４号公報
に示すように（図７参照）、被測定物３に平行な直線ガ
イド５に運動可能に係合したスライド４上に二つの変位
計６，７を短いピッチで並列して被測定物３に向かって
配置し、スライド４を一ピッチ宛測定長の全長にわたっ
て一方向に一回送って各位置において二つの変位計６，
７と被測定物３の距離を各変位計６，７により各々測定
し、そのデータを処理することにより直線ガイドと共に
被測定物の真直度を求める方法（以下、逐次二点法と記
す）が知られている。この逐次二点法によれば、直線ガ
イドと被測定物両者の真直形状曲線を独立に求めること
ができ、ガイドが真直ではなくても被測定物の真直度を
正確に計測することができるので非常に便利であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記逐次２点
法では、２つの変位計を常に平行に維持しなければなら
ず、測定が非常に煩雑であるという問題がある。また、
最近の道路は、表面に細かい凹凸形状を有する排水性及
び吸音性の舗装が採用されているが、そのため、上記逐
次２点法によると、変位計のプローブが上記凹凸形状に
影響されないように配慮する必要がある。本発明は、上
記した問題を解決しようとするもので、道路の縦方向の
路面の平坦度を簡易にかつ精度よく計測できる路面縦断
プロファイルの測定方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に上記請求項１の発明の構成上の特徴は、測定車両を縦
方向に道路上を移動させて路面の縦方向の凹凸状態を計
測する路面縦断プロファイルの測定方法であって、同一
直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を同一直線方向
に合わせて円盤状の第１ローラ、第２ローラ及び第３ロ
ーラを配設し、第１及び第２ローラの各回転軸に取り付
けられて第１及び第２ローラを回転自在に連結する第１
連結棒と、第２及び第３ローラの各回転軸に取り付けら
れて第２及び第３ローラを回転自在に連結する第２連結
棒と、ローラの移動距離を測定する距離測定手段と、第
１連結棒と第２連結棒が互いに真直な状態から回動した
ときの変位角度を検出する角度検出手段とを設けてなる
測定ブロックを用い、測定ブロックを測定車両に連結部
材によって路面に向けて付勢するように弾性的に取付
け、第１及び第２連結棒が真直状態での第１ローラ及び
第３ローラの中心間寸法を基準距離として、基準距離を
複数点に分割した複数の計測位置を決め、測定ブロック
が路面の縦方向に基準距離を通るときに進行方向先頭の
ローラが計測位置に順次到達する毎に、各計測位置にて
第１及び第２連結棒のなす変位角度を角度検出手段によ
り検出し、角度検出手段による変位角度検出値と測定ブ
ロックが直前の計測位置に在るときの測定ブロックにお
ける各計測位置での既知の高さデータとに基づいてフィ
ルタ演算手法を用いて各計測位置での路面の高さデータ
を算出することにより基準距離の単位路面プロファイル
を求め、路面の縦方向全体にわたって連続した単位路面
プロファイルを集積することにより路面の縦断プロファ
イルを作成するようにすることにある。

【０００５】上記のように構成した請求項１の発明にお
いては、測定ブロックは、起点からスタートして路面の
縦方向に基準距離に相当する距離を通る。その際、先頭
のローラが基準距離内の予め決められた各計測位置に順
次到達する毎に、各計測位置にて第１連結棒及び第２連
結棒のなす変位角度が角度検出手段により検出される。
この角度検出手段による検出値と、この角度検出位置の
直前の計測位置での測定ブロックにおける各計測位置の
既知の高さデータとに基づいて、フィルタ演算手法を用
いることにより順次各計測位置での高さデータを算出す
ることができる。各計測位置での算出データを合せるこ
とにより、基準距離内の路面のプロファイルを、短いピ
ッチの各計測位置毎に精密に得ることができる。このよ
うに得られた基準距離における単位路面プロファイルを
路面の縦方向全体にわたって連続して集積することによ
り、路面全体の精密な縦断プロファイルを得ることがで
きる。

【０００６】以下に、フィルタ演算手法の例として、無
限インパルス応答フィルタ（InfiniteImpulse Response
Filter、以下ＩＩＲフィルタと記す）を用いた方法に
ついて説明する。図３に示すように、第１及び第２連結
棒１４，１５（ここでは同一長さである）が真直状態で
の第１ローラ１１及び第３ローラ１３の中心間距離であ
る基準距離５０（任意単位とする）を例えば５０等分
し、各計測位置をｉ〜（ｉ−５０）とする。各計測位置
に対応する路面高さをｙ（ｉ）〜ｙ（ｉ−５０）とする
と、第１連結棒１４と第２連結棒１５のなす角度ｕ
（ｉ）は、下記数１で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】ただし、ａは定数である。数１をｙ（ｉ）
で表すと下記数２となる。

【０００９】

【数２】

【００１０】ここで、上記数１をｚ変換することによ
り、下記数３となる。さらに、数３をＹ（ｚ）で表すと
数４のようになる。

【００１１】

【数３】

【００１２】

【数４】

【００１３】数４の分母をＤ（ｚ）として展開すると、
数５のようになる。さらに、数５をＤ_１（ｚ）及びＤ_２
（ｚ）の積で表すと、Ｄ_１（ｚ）とＤ_２（ｚ）は数６に
示すようにまとめられる。

【００１４】

【数５】

【００１５】

【数６】

【００１６】Ｄ（ｚ）＝０の解すなわちフィルタの極Ｐ
ｋは、１が２個と、ｅ^{［ｊ（２π／ ２５）ｉ］}各２個ず
つ（ｉ＝１〜２５）、すなわち２５の間の凹凸の積算に
対応する、ものである。この極Ｐｋのふるまいは、
（ｉ，ｉ（Ｐｋ）^ｉ）であり、すべての極の絶対値が１
となり、Ｄ（ｚ）を分母に持つフィルタ出力は、発散す
ることになる。そこで、さらに極を下記数７のように置
き換えることにより、フィルタの出力を収束させること
ができる。

【００１７】

【数７】

【００１８】数７に基づき上記Ｄ_１（ｚ）、Ｄ_２（ｚ）
の極を置き換えることにより、下記数８、数９に示すよ
うに、Ｄ_１′（ｚ）、Ｄ_２′（ｚ）が得られる。

【００１９】

【数８】

【００２０】

【数９】

【００２１】さらに、Ｄ_１′（ｚ）、Ｄ_２′（ｚ）を掛
け合せることにより、下記数１０に示すように、Ｄ′
（ｚ）にまとめられる。

【００２２】

【数１０】

【００２３】ここで、Ｃ_１〜Ｃ_５０は定数である。この
Ｄ′（ｚ）を上記数４のＤ（ｚ）と置き換えることによ
り、下記数１１が得られ、さらに数１１をＵ（ｚ）で表
すことにより数１２が得られる。

【００２４】

【数１１】

【００２５】

【数１２】

【００２６】上記数１２を逆ｚ変換することにより、計
測位置ｉでの第１連結棒１４と第２連結棒１５のなす変
位角度Ｕ（ｉ）を表す数１３が得られる。さらに、数１
３をｙ（ｉ）で表すことにより計測位置ｉでの路面高さ
であるｙ（ｉ）を示す数１４が得られる。

【００２７】

【数１３】

【００２８】

【数１４】

【００２９】すなわち、ＩＩＲ法を採用することによ
り、数１４に示す路面縦断プロファイルの演算式を求め
ることができる。この演算式により、基準距離を複数の
区分に細分し、各計測位置での高さデータを、変位角度
Ｕ（ｉ）と、直前の計測位置での測定ブロックの各計測
位置の既知の高さデータから求めることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を用いて説明すると、図1及び図２は同実施形
態である道路の路面Ｄの縦断方向のプロファイルを計測
する方法に用いる測定ブロック１０の概略構成を正面図
及び平面図により示したものである。なお、道路Ｄの縦
断プロファイル計測位置は、路面の摩耗の最も激しいア
ウトホイールパス（ＯＷＰ）といわれる車両の左車輪の
通過位置について行われる。この道路のアウトホイール
パスは、車両の７０〜８０％が通過する位置であること
が明らかになっている。

【００３１】測定ブロック１０は、図１に示すように、
進行方向に向って後中前の３個の円盤形の第１、第２及
び第３ローラ１１，１２，１３を有している。各ローラ
１１，１２，１３は、硬質のゴムあるいはプラスチック
製であって、同一直線上に回転方向を同一直線方向に合
わせて配列されている。第１、第２及び第３ローラ１
１，１２，１３の外径は、本実施形態では１００ｍｍφ
になっている。第１、第２及び第３ローラ１１，１２，
１３には、それぞれ回転軸１１ａ，１２ａ，１３ａが貫
通固定されている。第１ローラ１１と第２ローラ１２の
回転軸１１ａ，１２ａの両端側には、長尺板状の一対の
第１連結棒１４が回転軸１１ａ，１２ａが回転自在なよ
うに固定されている。また、第２ローラ１２と第３ロー
ラ１３の回転軸１２ａ，１３ａの両端には、長尺板状の
一対の第２連結棒１５が回転軸１２ａ，１３ａが回転自
在なように固定されている。本実施形態では、ローラ１
１，１２間及び及ローラ１２，１３間の距離がいずれも
２５０ｍｍにされており、したがって各ローラ１１，１
２，１３が一直線上に配列されたときの第１ローラ１１
と第３ローラ１３の中心間の寸法である基準距離が５０
０ｍｍになっている。

【００３２】第１連結棒１４（又は第２連結棒１５）に
は、いずれかのローラ１１、１２、１３の回転数から測
定ブロックの移動距離を検出する距離測定器１６が取り
付けられている。また、第２連結棒１５（又は第１連結
棒１４）には、第１連結棒１４と第２連結棒１５が互い
に真直な状態から回動した変位角度θを検出する角度検
出手段であるロータリエンコーダ１８が取り付けられて
いる。

【００３３】測定ブロック１０は、第１連結棒１４にて
連結支持棒１９によって測定車Ｍに連結されている。連
結支持棒１９は、第１連結棒１４及び測定車Ｍに対し
て、それぞれ回動自在に取り付けられている。さらに、
連結支持棒１９は、長さ方向中間位置にて、コイルバネ
１９ａにより測定車Ｍと弾性的に連結されており、コイ
ルバネ１９ａによって測定ブロック１０を道路にわずか
に押し付ける方向に付勢されている。これにより、測定
ブロック１０は、測定車Ｍの移動に伴って路面に軽く押
しつけられた状態で移動できるようになっている。

【００３４】測定車Ｍには、コンピュータからなる制御
装置２１が設けられている。制御装置２１の記憶部に
は、上記基準距離が５０区分に分割された計測位置の間
隔値（測定ピッチ）１０ｍｍが記憶されており、また上
記数１４の演算式が記憶されている。そして、制御装置
２１の入力側には、上記距離測定器１６及びロータリエ
ンコーダ１８が接続されており、出力側には図示しない
プリンタ等の記録装置が接続されている。

【００３５】つぎに、上記測定系による道路の凹凸の測
定について説明する。図３に示すように、測定ブロック
１０が、道路の平坦にされた初期位置に進行方向に向け
て載置され、さらに、道路のＯＷＰ位置に合せてかつ先
頭の第３ローラ１３が起点Ｇにセットした状態にされ
る。初期位置では、角度ｕ（０）＝０、高さデータｙ
（０）＝…＝ｙ（−２５０）＝…＝ｙ（−５００）＝０
である。ここで、初期位置での高さデータを基準値とす
るために「０」とした。

【００３６】測定車Ｍを前方（縦方向）に進行させるこ
とにより、測定ブロック１０も移動する。測定ブロック
１０が１０ｍｍ移動して第１の計測位置に到達すると、
距離測定器１６及びロータリエンコーダ１８の測定結果
が制御装置２１に入力される。すなわち、まず第１の計
測位置での角度ｕ（１０）の値が得られる。ここで、直
前の計測位置での既知の高さデータとしては、初期値か
らｙ（０）＝…＝ｙ（−４９０）＝０であるので、制御
装置２１は、ＩＩＲフィルタ演算手法による上記数１４
に基づいて第１の計測位置での高さデータｙ（１０）を
算出する。以下、測定ブロック１０が１０ｍｍ移動する
毎に、同様にして、制御装置２１により順次各計測位置
での高さデータｙ（２０）、ｙ（３０）…ｙ（４９
０）、ｙ（５００）が求められる。

【００３７】すなわち、測定ブロック１０が、起点Ｇか
らスタートして路面の縦方向に基準距離に換算した距離
５００ｍｍを通る間に、先頭の第３ローラ１３が各計測
位置に順次到達する毎に、各計測位置にて第１及び第２
連結棒１４，１５のなす変位角度がロータリーエンコー
ダ１８により検出される。距離測定器１６からの出力
と、ロータリエンコーダ１８からの変位角度検出値ｕ
（ｉ）を受けて、制御装置２１は、計測位置に対する直
前の計測位置での測定ブロック１０の各計測位置での既
知の高さデータを用い、上記数１４の演算式に基づいて
計測位置での高さデータを算出することができる。そし
て、各計測位置での高さデータｙ（ｉ）を合せることに
より、図４に示すように、基準距離内の路面の単位路面
プロファイルを、各計測位置間の短いピッチ毎に精密に
得ることができる。このように得られた基準距離におけ
る単位路面プロファイルを路面の縦方向全体にわたって
連続して集積することにより、路面全体の精密な縦断プ
ロファイルを得ることができる。

【００３８】その結果、本実施形態によれば、基準距離
内に区分された各計測位置間の短いピッチ毎に路面の精
密な凹凸データに得ることができるため、路面全体にお
いて存在する構造物ジョイント、コンクリートメジ、ポ
ットホール等の小さな凹凸物も含めて路面全体の凹凸を
精度良く検出することができる。さらに、このように得
られた路面プロファイルを、道路の段差管理に活用する
ことができる。

【００３９】次に、上記縦断プロファイルに関して、そ
の平坦度を求める方法を説明する。第１の方法として、
図５に示すように、互いに平行でかつ所定間隔ｔ（例え
ば３ｍ）を隔てて整列された３本のプローブ３１ａ，３
１ｂ，３１ｃを設けてなる測定具３１を、上記方法によ
り求めた縦断プロファイルｆ（ｘ）に沿ってその両側の
プローブ３１ａ，３１ｃを縦断プロファイルｆ（ｘ）上
に接触した状態で所定間隔ｔ単位で移動させ、各移動単
位毎に、測定具３１の真中のプローブ３１ｂの縦断プロ
ファイルｆ（ｘ）からの外れ寸法ｈｘを求め、各移動単
位での外れ寸法ｈｘの標準偏差σを算出することにより
路面の平坦度とした。なお、通常は、このような測定処
理は、コンピュータを利用して行われ、それにより迅速
にかつ正確な結果を得ることができる。

【００４０】また、縦断プロファイルに関して、その平
坦度を求める第２の方法として、国際粗さ指標iRi（int
ernational roughness index）による方法を示す。図６
に示すように、所定のばね定数の線状ばね材３４の一端
に所定重量の重り３５を取り付けてなる測定具３３を、
線状ばね材３４を上下に向けかつ重り３５を上端側に配
置し、下端を縦断プロファイルｆ（ｘ）に接触させた状
態で、所定速度ｖで縦方向に移動させ、その際の重りの
上下方向の変位を積分して、その積分値を算出すること
により路面の平坦度としている。国際粗さ指標iRiを求
める方法は、通常は、マイクロコンピュータを用いたソ
フトウエア処理により行われ、これにより、迅速にかつ
精度の良い結果を得ることができる。この国際粗さ指標
iRiによれば、道路を走行する車両の立場から、現実的
な路面の粗さを得ることができる。

【００４１】なお、上記実施形態においては、測定車Ｍ
に搭載された制御装置２１により、計測位置での角度検
出値等に基づいて高さデータが算出されているが、これ
に代えて、測定車Ｍでは計測データのみを取得するよう
にし、高さデータの算出は、この計測データに基づいて
別の場所で行うようにしてもよい。また、上記実施形態
では、測定ブロック１０の第１連結棒１４と第２連結棒
１５の長さが同一になっているが、両者の長さを同一に
する必要はなくそれぞれの長さを変えてもよい。さら
に、距離測定器１６についても上記実施形態に示したも
のに限らず、取付け位置についても連結棒に限らない。
また、角度検出手段についても、ロータリーエンコーダ
に限らず、類似の検出手段を用いることができる。

【００４２】さらに、フィルタ演算手法としては、上記
無限インパルス応答フィルタ演算法ＩＩＲに代えて、高
速フーリエ変換を用いた方法等も可能である。また測定
ブロックの具体的構成についても、上記実施形態に示し
たものに限らない。その他、上記実施形態に示したもの
は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変
更して実施することが可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、基準距離内に区分され
た各計測位置間の短いピッチ毎に路面の精密な凹凸デー
タに得ることができるため、路面全体に存在する構造物
ジョイント、コンクリートメジ、ポットホール等の小さ
な凹凸物を含めて路面全体の凹凸を精度良く検出するこ
とができる。さらに、このように得られた路面プロファ
イルを、道路の段差管理に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である道路の路面の平坦度
を計測するために測定ブロックに取り付けられる測定ブ
ロックを概略的に示す正面図である。

【図２】同測定ブロックを概略的に示す平面図である。

【図３】測定ブロックにより基準距離での路面の凹凸を
測定する方法について説明する説明図である。

【図４】路面の凹凸状態と基準距離内の各計測位置にお
ける高さデータとの関係を説明する説明図である。

【図５】 路面の縦断プロファイルに基づいて路面の平
坦性を解析する方法を説明する説明図である。

【図６】 路面の縦断プロファイルに基づいて路面の平
坦性をｉＲｉ法により解析する方法を説明する説明図で
ある。

【図７】 従来例である逐次二点法による路面の平坦性
を計測する方法を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０…測定ブロック、１１，１２，１３…第１，第２，
第３ローラ、１１ａ，１２ａ，１３ａ…回転軸、１４…
第１連結棒、１５…第２連結棒、１６…距離測定器、１
８…ロータリエンコーダ（角度検出手段）、１９…連結
支持棒、１９ａ…コイルバネ、２１…制御装置、Ｍ…測
定車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−265353（ＪＰ，Ａ) 米国特許4858329（ＵＳ，Ａ) 米国特許6035542（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 7/04 G01B 21/00 - 21/32

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定車両を縦方向に道路上を移動させて
   路面の縦方向の凹凸状態を計測する路面縦断プロファイ
   ルの測定方法であって、 同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を同一直線
   方向に合わせて円盤状の第１ローラ、第２ローラ及び第
   ３ローラを配設し、前記第１及び第２ローラの各回転軸
   に取り付けられて該第１及び第２ローラを回転自在に連
   結する第１連結棒と、前記第２及び第３ローラの各回転
   軸に取り付けられて該第２及び第３ローラを回転自在に
   連結する第２連結棒と、前記ローラの移動距離を測定す
   る距離測定手段と、前記第１連結棒と前記第２連結棒が
   互いに真直な状態から回動したときの変位角度を検出す
   る角度検出手段とを設けてなる測定ブロックを用い、該
   測定ブロックを前記測定車両に連結部材によって路面に
   向けて付勢するように弾性的に取付け、 前記第１及び第２連結棒が真直状態での前記第１ローラ
   及び第３ローラの中心間寸法を基準距離として、該基準
   距離を複数点に分割した複数の計測位置を決め、 前記測定ブロックが路面の縦方向に前記基準距離を通る
   ときに進行方向先頭のローラが前記計測位置に順次到達
   する毎に、各計測位置にて前記第１及び第２連結棒のな
   す変位角度を前記角度検出手段により検出し、該角度検
   出手段による変位角度検出値と前記測定ブロックが直前
   の計測位置に在るときの該測定ブロックにおける各計測
   位置での既知の高さデータとに基づいてフィルタ演算手
   法を用いて各計測位置での路面の高さデータを算出する
   ことにより該基準距離の単位路面プロファイルを求め、
   路面の縦方向全体にわたって連続した単位路面プロファ
   イルを集積することにより路面の縦断プロファイルを作
   成するようにすることを特徴とする路面縦断プロファイ
   ルの測定方法。
2. 【請求項２】 前記フィルタ演算手法が、無限インパル
   ス応答フィルタ演算法であることを特徴とする請求項１
   に記載の路面縦断プロファイルの測定方法。