JP4536910B2 - 路面縦断プロファイルの測定方法及び路面プロファイルの測定方法 - Google Patents
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Description
【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平坦度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】
近年の道路は、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、このような舗装された路面の縦断プロファイルの測定方法としては、以下に示すような方法が考えられている。この方法に用いられる測定ブロック10は、図10及び図11に示すように、硬質のゴムあるいはプラスチック製で、進行方向に対して後中前側の3個の同一外径の円盤形のローラ11,12,13を有しており、各ローラ11,12,13は、同一面上に同一回転方向を向いてかつ所定の一定間隔を隔てて配列されている。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。後ローラ11と中ローラ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、中ローラ12と前ローラ13の回転軸12a,13aの両端には、長尺板状の一対の連結板15が回転軸12a,13aが回転自在なように固定されている。
【0003】
第1連結棒14には、中ローラ12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1連結棒14には、第1連結棒14の初期角度θBを検出する傾斜計17が取り付けられている。さらに、第2連結棒15には、第2連結棒15の回動の角度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。これら距離測定器16、傾斜計17及びロータリエンコーダ18は、後述する測定車両Mに設けた制御装置29に接続され、データ処理が行われる。
【0004】
測定ブロック10は、第1連結棒14に取り付けられて後方に傾斜して延びる連結支持棒19によって測定車両Mに連結されている。連結支持棒19は、第1連結棒14及び測定車両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により測定車両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、測定車両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。
【0005】
この測定ブロック10を、図12に示すように、道路Dのアウトホイールパス(OWP)位置に合せてかつ後ローラ11を基準位置Bにセットした状態で、測定車両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。なお、アウトホイールパスは、路面の摩耗の最も激しいといわれる車両の左車輪の通過位置であり、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。これに伴い、距離測定器16、傾斜計17及びロータリエンコーダ18の測定結果が制御装置29に入力される。ここで、制御装置29には測定ピッチであるローラ11,12間及び及ローラ12,13間の距離が設定入力されており、したがって、測定ブロック10がその距離を移動する毎に、移動前の前ローラ13及び中ローラ12の位置に、移動後の中ローラ12及び後ローラ11が位置することになり、ここでの距離測定器16及びロータリエンコーダ18による測定結果が制御装置29において記憶される。これにより、距離毎に、第1連結棒14に対する第2連結棒15の回動の角度θが逐次得られる。
【0006】
図13に示すように、測定ブロック10の初期位置#1における第1連結棒14の初期角度θBを求めておき、第1連結棒14に対する第2連結棒15の回動の角度θ1−1が、ロータリエンコーダ18の計測値として求められる。次に、測定ブロック10が1測定ピッチ移動した位置#2において、第1連結棒14に対する第2連結棒15の回動の角度θ1−2が、ロータリエンコーダ18の計測値として求められる。以下同様に、測定ブロック10の1測定ピッチ移動した位置#3,#4,#5…において、第1連結棒14に対する第2連結棒15の回動の角度θ1−3,θ1−4,θ1−5…が、ロータリエンコーダ18の計測値として求められる。この1測定ピッチの距離と角度θのデータからコンピュータ処理により、図14に示すような道路のOWPでの適正な縦断プロファイルf(x)が得られる。すなわち、このように第1連結棒に対する第2連結棒15の回動角度を逐次検出することにより、路面の細かい凹凸に影響されずに簡易にかつ精度良く路面の縦断プロファイルを作成することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記測定方法の場合、路面に横方向(幅方向)に傾斜があると、それにより誤差が生じ、精度良い縦断プロファイルが得られないことが明らかになっている。そのために、縦方向に加えて横方向も含めた路面全体の正確なプロファイルを得ることもできなかった。
【0008】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、路面に横方向の凹凸がある場合でも、路面の縦断プロファイル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及び路面プロファイルの測定方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
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、測定ブロックを縦方向に道路上を移動させて路面の縦方向の平坦度を計測する路面縦断プロファイルの測定方法であって、測定ブロックが、進行方向反対側から順に同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を合わせて配列された円盤状の同一外径の第1,第2及び第3のローラと、第1及び第2のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて第1及び第2のローラを回転自在に連結する所定長さの1対の第1連結棒と、第2及び第3のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて第2及び第3のローラを回転自在に連結する第1連結棒と同一長さの1対の第2連結棒と、ローラの回転数を検出して測定ブロックの移動距離を得る距離測定器と、第1又は第2連結棒に取り付けられて第1連結棒と第2連結棒とのなす角度を検出する角度検出手段と、一対の第1連結棒を直角に連結する連結軸に一端側にて直角にかつ回動可能に固定された連結支持棒と、連結支持棒に取り付けられて連結支持棒の鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角検出手段とを設けており、測定ブロックが、道路の幅方向の傾斜により傾斜したとき、傾斜角検出手段により傾斜の程度を検知して、連結支持棒を操作することにより測定ブロックの傾斜を是正し、測定ブロックが水平にされた状態で、測定ブロックが路面の縦方向に各ローラの中心間距離である1ピッチを移動する毎に、第1及び第2の連結棒のなす角度を角度検出手段により検出し、角度検出値に基づいて路面の縦断プロファイルを作成するようにしたことにある。
【0010】
上記のように構成した請求項1の発明においては、路面が横方向に傾斜のない場合は、従来通り測定ブロックにより、第1連結棒及び第2連結棒の角度変化を逐次求め、このように逐次二角を検出することにより、容易にかつ精度良く路面の縦断プロファイルを作成することができる。一方、路面が横方向に傾斜のある場合は、傾斜角検出手段により測定ブロックの傾斜角度を検知し、傾斜角度に応じて連結支持棒の横方向の傾きを是正して測定ブロックを水平にすることにより、上記逐次二角の検出により、誤差のない縦断プロファイルを測定することができる。その結果、請求項1の発明によれば、路面の横方向の凹凸に係わらず、路面の縦断プロファイルを精度よく測定することができる。
【0011】
また、上記請求項2の発明の構成上の特徴は、前記請求項1に記載の路面縦断プロファイルの測定方法において、連結支持棒の他端側を、測定ブロックを移動させる測定車両に取り付け、さらに傾斜角検出手段を、上端支持部を中心として振れる振子と、振子の傾斜の程度を検出する検出器とにより構成し、検出器からの検出出力に応じて、連結支持棒の傾斜を測定車両に設けたサーボ機構を用いた傾斜是正手段によって是正することにより、測定ブロックを水平状態にするようにしたことにある。
【0012】
上記のように構成した請求項2の発明においては、路面に横方向の傾斜があるときは、傾斜角検出手段の振子が傾斜し、振子の傾斜の程度を検出器が検出してそれに応じた信号に変換して出力する。検出器からの出力に応じて、測定車両に設けた傾斜是正手段がサーボ機構によって連結支持棒の傾斜を自動的に是正する。その結果、請求項2の発明によれば、路面の横方向の傾斜に応じて測定ブロックが自動的に水平状態になるように是正されるため、路面の縦断プロファイルを精度よくかつ簡易に測定することができる。
【0013】
また、上記請求項3の発明の構成上の特徴は、前記請求項1または請求項2に記載の測定ブロックに対して、横方向に所定間隔を隔てて一以上の測定輪を順次整列させ、測定ブロックの第1連結棒に一端にて横方向に向けてかつ上下方向に回動可能に取り付けられた横連結棒の他端側に測定輪を回動可能に固定すると共に、測定輪間も同様に横連結棒によって連結し、各横連結棒の回動側端部に横連結棒の回動角度を検出する回動角検出手段を設け、測定ブロックの移動に伴う各横連結棒の回動角度を回動角検出手段によって検出することにより、測定ブロックの縦断プロファイルと横連結棒の回動角度とに基づいて、路面全体の三次元のプロファイルを求めることにある。
【0014】
上記のように構成した請求項3の発明においては、測定ブロックについて、路面に横方向の傾斜があるときは、傾斜角検出手段の検出結果に応じて連結支持棒を操作して測定ブロックを水平にすることにより、測定ブロックについての縦断プロファイルである基準プロファイルの測定精度が確保される。さらに、基準となる測定ブロックに対して横連結棒によって連結された測定輪については、測定ブロックに対する回動角度が回動角検出手段により測定されるので、基準プロファイルと回動角度によりその測定輪位置での縦断プロファイルが精度よく得られる。さらに他の測定輪位置についても同様に精度よく縦断プロファイルが得られる。その結果、請求項3の発明によれば、路面の縦方向に加えて横方向の平坦度を合わせた三次元の路面のプロファイルを簡易にかつ精度よく求めることができる。
【0015】
【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〜図3は第1の実施形態である道路Dの路面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10Aの概略構成を正面図、平面図及び側面図により示したものである。
【0016】
測定ブロック10Aの基本構成は、図10,図11に示した測定ブロック10とほぼ同様である。測定ブロック10Aは、1対の第1連結棒14の長手方向中間位置にて、両第1連結棒14を連結して回転軸21が回動可能に設けられている。回転軸21の長手方向中間位置には、連結支持棒22が一端にて回転軸21に対して直角にかつ回動可能に取付られている。連結支持棒22の他端は、測定車両Mの駆動装置23に連結されている。駆動装置23は、連結支持棒22を横方向に垂直面内で回動させるものであり、カム、ネジ機構等を備えている。連結支持棒22は、長さ方向中間位置にて、コイルバネ22aにより測定車両Mと弾性的に連結されており、コイルバネ22a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10Aは、測定車両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。
【0017】
連結支持棒22の測定車両Mの近傍位置には、測定ブロック10Aの横方向への傾斜角度を検出する傾斜角検出装置25が取り付けられている。傾斜角検出装置25は、支持板26の上端に固定されて支持板内で回動可能にされた振子(ジンバル)27と、支持板26の下端に設けた検出部28とを設けている。ここで振子27の下端には磁石が固定されており、磁石の位置の変化を検出部28が検出することにより、振子27の傾斜角度が検知されるようになっている。なお、振子27の傾斜角度を検出する手段としては、これに限らず、例えば光電変換手段等の類似の手段を用いてもよい。
【0018】
測定車両Mには、測定ブロック10Aの制御を行う制御装置29が設けられている。制御装置29には、距離測定器16、傾斜計17及びロータリエンコーダ18と共に検出部28が接続されており、また駆動装置23が接続されている。制御装置29は、検出部28からの信号を受けて駆動装置23の制御を行うと共に、距離測定器16、傾斜計17及びロータリエンコーダ18からの信号を受けて路面プロファイルについてのデータ処理を行うものである。測定ブロック10Aのその他の構成については、測定ブロック10と同様である。
【0019】
つぎに、上記測定ブロック10Aによる道路の凹凸の測定について説明する。道路の横方向(幅方向)が図3に示すように平坦な場合は、測定ブロック10Aによって、上記したように、縦方向の平坦度の測定が行われる。しかし、図4に示すように道路の横方向に傾斜があると、同様の測定によっては、縦方向の平坦度の測定を精度の良く行うことができない。ここでは、傾斜角検出装置25の振子27が傾斜し、傾斜した位置で振子27の下端部に設けた磁石の変位を検出部28が検出して電気信号として出力する。検出部28からの検出出力に応じて、制御装置29の制御により、駆動装置23がサーボ機構によって連結支持棒22の傾斜を自動的に是正する。その結果、測定ブロック10Aの傾斜が水平状態に是正され、上記逐次二角法により路面の縦断プロファイルを簡易かつ精度よく測定することができる。
【0020】
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,31b,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。
【0021】
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(international 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。
【0022】
つぎに、本発明の第2の実施形態について説明する。
図7に示すように、基準となる測定ブロック10Aに対して、回転軸11a近傍位置にて右側の第1連結棒14に、横連結棒41が一端側にてベアリング42を介して上下方向に回動可能に連結されて横方向に延設されている。横連結棒41の右端側にはローラ11,12,13と同一形状の測定輪43が回転可能にかつ軸方向に移動不能に取り付けられている。横連結棒41のベアリング42近傍位置には、連結棒41の回動角度を測定する回動角センサ44が取り付けられている。連結棒41の他端側には、同様に同一の横連結棒45が一端側にてベアリング46を介して上下方向に回動可能に連結されて横方向に延出されている。横連結棒45の右端側には同一形状の測定輪47が回転可能にかつ軸方向に移動不能に取り付けられており、また横連結棒45のベアリング46近傍位置には、連結棒45の回動角度を検出する回動角センサ48が取り付けられている。各回動角センサ44,48…は、制御装置29に接続されている。同様に横連結棒によって横方向に複数の測定輪(符号を省略する)を連結することができる。このように多数の測定輪を横方向に連結することにより、路面の三次元のプロファイルを測定する測定ブロック系が構成されている。なお、第1連結棒14の右側に代えて、左側に横連結棒を介して測定輪を設けてもよく、左右両側に測定輪を設けてもよい。
【0023】
上記構成の実施形態においては、測定ブロック系を横方向に凹凸のある路面上に載置すると、概略図8及び図9に示すようになる。図示するように、路面に横方向の傾斜があるときは、基準となる測定ブロック10Aについては、傾斜角検出装置25の検出結果に応じて連結支持棒22を駆動装置23によって垂直にすることにより、水平状態にされる。そのため、測定ブロック10Aについての縦断プロファイルである基準プロファイルの測定精度が確保される。
【0024】
さらに、測定ブロック10Aに対して横連結棒41,45,…によって連結された複数の測定輪43,47…については、基準となる測定ブロック10Aに対する回動角度が回動角センサ44,48…により測定され、制御装置29により処理されて、測定輪位置での路面の凹凸が得られる。そのため、基準プロファイルと横方向に配列された複数の測定輪43,47…の回動角度により、各測定輪位置での縦断プロファイルが精度よく得られる。その結果、第2の実施形態によれば、図9に示すように、路面の縦方向(y方向)に加えて横方向(x方向)の平坦度を合わせた三次元の路面プロファイルを簡易にかつ精度よく求めることができる。
【0025】
なお、上記各実施形態においては、測定ブロックの傾斜を駆動装置により自動的に是正しているが、場合によっては、人手によって傾斜を是正するようにしても良い。また、上記実施形態においては、道路の路面のプロファイルの測定について説明したが、道路以外の平面のプロファイルの測定に本発明を利用することができる。その他、上記各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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態である道路の縦断プロファイルを計測するために測定車両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(測定車両を省く)を概略的に示す平面図である。
【図3】同測定ブロックを概略的に示す側面図である。
【図4】測定ブロックが、路面の横方向の傾斜により傾斜した状態を示す側面図である。
【図5】 縦断プロファイルの結果を用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】 縦断プロファイルの結果を用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】第2の実施形態である路面の三次元のプロファイルを計測するために測定ブロック系の一部を概略的に示す正面図である。
【図8】同測定ブロック系の側面から見た使用状態を説明するための説明図である。
【図9】同測定ブロックの斜めから見た使用状態を説明するための説明図である。
【図10】従来例である道路の縦断プロファイルを計測するために測定車両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11】同測定ブロック(測定車両を省く)を概略的に示す平面図である。
【図12】同測定ブロックにより路面のプロファイルを測定する過程を説明する説明図である。
【図13】測定ブロックの各測定地点における状態を模式的に示す説明図である。
【図14】測定ブロックによる測定結果を解析して路面形状として示した説明図である。
【符号の説明】
10,10A…測定ブロック、11,12,13…第1,第2,第3のローラ、11a,12a,13a…回転軸、14…第1連結棒、15…第2連結棒、16…距離測定器、18…ロータリエンコーダ(角度検出装置)、22…連結支持棒、23…駆動装置、25…傾斜角検出装置、27…振子、28…検出部、29…制御装置、41,45…横連結棒、42,46…ベアリング、43,47…測定輪、44,48…回動角センサ。
Claims (3)
- 測定ブロックを縦方向に道路上を移動させて路面の縦方向の平坦度を計測する路面縦断プロファイルの測定方法であって、
該測定ブロックが、進行方向反対側から順に同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を合わせて配列された円盤状の同一外径の第1,第2及び第3のローラと、該第1及び第2のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて該第1及び第2のローラを回転自在に連結する所定長さの1対の第1連結棒と、前記第2及び第3のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて該第2及び第3のローラを回転自在に連結する前記第1連結棒と同一長さの1対の第2連結棒と、前記ローラの回転数を検出して前記測定ブロックの移動距離を得る距離測定器と、前記第1又は第2連結棒に取り付けられて前記第1連結棒と第2連結棒とのなす角度を検出する角度検出手段と、前記一対の第1連結棒を直角に連結する連結軸に一端側にて直角にかつ回動可能に固定された連結支持棒と、該連結支持棒に取り付けられて該連結支持棒の鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角検出手段とを設けており、
前記測定ブロックが、道路の幅方向の傾斜により傾斜したとき、前記傾斜角検出手段により傾斜の程度を検知して、前記連結支持棒を操作することにより該測定ブロックの傾斜を是正し、
前記測定ブロックが水平にされた状態で、該測定ブロックが路面の縦方向に前記各ローラの中心間距離である1ピッチを移動する毎に、該第1及び第2の連結棒のなす角度を前記角度検出手段により検出し、該角度検出値に基づいて路面の縦断プロファイルを作成するようにした
ことを特徴とする路面縦断プロファイルの測定方法。 - 前記連結支持棒の他端側を、前記測定ブロックを移動させる測定車両に取り付け、さらに前記傾斜角検出手段を、上端支持部を中心として振れる振子と、該振子の傾斜の程度を検出する検出器とにより構成し、前記検出器からの検出出力に応じて、前記連結支持棒の傾斜を前記測定車両に設けたサーボ機構を用いた傾斜是正手段によって是正することにより、前記測定ブロックを水平状態にするようにしたことを特徴とする前記請求項1に記載の路面縦断プロファイルの測定方法。
- 前記請求項1または請求項2に記載の測定ブロックに対して、横方向に所定間隔を隔てて一以上の測定輪を順次整列させ、該測定ブロックの前記第1連結棒に一端にて横方向に向けてかつ上下方向に回動可能に取り付けられた横連結棒の他端側に前記測定輪を回動可能に固定すると共に、該測定輪間も同様に横連結棒によって連結し、該各横連結棒の回動側端部に該横連結棒の回動角度を検出する回動角検出手段を設け、前記測定ブロックの移動に伴う各横連結棒の回動角度を該回動角検出手段によって検出することにより、前記測定ブロックの縦断プロファイルと該横連結棒の回動角度とに基づいて、路面全体の三次元のプロファイルを求めることを特徴とする路面プロファイルの測定方法。
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