JP6347078B2 - Deflection measuring method and deflection measuring apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、舗装路面のたわみを動的に計測するたわみ計測方法およびたわみ計測装置に関する。   The present invention relates to a deflection measuring method and a deflection measuring apparatus that dynamically measure the deflection of a paved road surface.

近年、道路の舗装は、新設から維持修繕の時代に移行しており、迅速かつ的確に舗装路面の健全度を評価する方法が求められている。舗装路面には、“わだち掘れ”や“ひび割れ”等の破損が少ないことが必要であるが、この他に、舗装路面の支持力が設計値を満足している必要がある。すなわち、舗装路面は、車両の走行等に伴う繰り返し荷重による路盤、路床の損傷、地震動のような偶発的な作用、または地下水の影響等により、路盤、路床、路体に空洞や不等沈下といった変状が生ずる場合がある。このため、舗装路面の支持力を測定することにより、こうした変状を把握し、舗装路面の健全度を維持していく必要がある。このため、舗装路面の支持力を非破壊的に測定する舗装路面の健全度評価方法が必要とされている。   In recent years, road pavement has shifted from the new construction to the era of maintenance and repair, and a method for quickly and accurately evaluating the soundness of the paved road surface is required. The paved road surface needs to have less damage such as “wad digging” and “cracking”, but in addition to this, the bearing capacity of the paved road surface needs to satisfy the design value. In other words, the paved road surface may be cavities or inequalities in the roadbed, roadbed, or road body due to accidental effects such as damage to the roadbed, roadbed, earthquake motion, or groundwater due to repeated loads associated with vehicle travel. Deformations such as settlement may occur. For this reason, it is necessary to grasp the deformation and maintain the soundness of the paved road surface by measuring the bearing capacity of the paved road surface. For this reason, the soundness evaluation method of the paved road surface which measures the bearing capacity of a paved road surface nondestructively is required.

舗装路面の健全度評価に用いられる非破壊式測定機として、車載型たわみ測定機であるFWD(Falling Weight Deflector)が広く用いられている。このFWDは、静止した状態で重錘を舗装路面に落下させ、その衝撃荷重で変形する路面の形状を測定する装置であり、衝撃荷重を測定する荷重計、路面のたわみ量を測定する変位計で構成され、これらの計測器の測定結果に基づき、舗装路面の健全度を評価する。   An FWD (Falling Weight Deflector) which is an in-vehicle deflection measuring machine is widely used as a non-destructive measuring machine used for evaluating the soundness of a paved road surface. This FWD is a device that drops a weight onto a paved road surface in a stationary state and measures the shape of the road surface that is deformed by the impact load. A load meter that measures the impact load and a displacement meter that measures the deflection amount of the road surface. Based on the measurement results of these measuring instruments, the soundness of the paved road surface is evaluated.

しかしながら、FWDは、舗装路面のたわみを測定地点ごとに計測することから、舗装路面のたわみを連続的に評価することができない。従って、広域に亘る舗装路面全体の健全度を評価する場合には、地点ごとの測定を繰り返し行なう必要があり、その都度、FWDの移動、再設置、たわみ測定が必要となることから、莫大な時間と費用を要する。また、FWDによる測定は、静止状態で行なうため交通規制が必要となり、路面管理の負担が大きい。更に、漏れのない評価を行なうためには、測定地点を狭間隔に設定してたわみの測定を行なう必要があるが、その測定にも限界があり、局所的な変状を確認できない可能性もある。   However, since FWD measures the deflection of the paved road surface for each measurement point, it cannot continuously evaluate the deflection of the paved road surface. Therefore, when evaluating the soundness of the entire paved road surface over a wide area, it is necessary to repeat the measurement for each point, and it is necessary to move, re-install, and measure the deflection of the FWD each time. It takes time and money. In addition, since the measurement by FWD is performed in a stationary state, traffic regulation is necessary, and the burden of road surface management is large. Furthermore, in order to perform a leak-free evaluation, it is necessary to measure the deflection with the measurement points set at narrow intervals, but there is a limit to the measurement, and there is a possibility that local deformation cannot be confirmed. is there.

このような事情により、例えば、特許文献1には、移動しながら連続的に舗装路面のたわみを測定する測定装置として、移動式たわみ測定装置が開示されている。この移動式たわみ測定装置は、走行車両の車体に搭載した変位センサやドップラーセンサを用いて、センサと路面との間の距離を測定することにより、移動しながら連続的に舗装路面のたわみ量等を計測している。   Under such circumstances, for example, Patent Document 1 discloses a mobile deflection measuring device as a measuring device that continuously measures the deflection of a paved road surface while moving. This mobile deflection measuring device uses a displacement sensor or Doppler sensor mounted on the vehicle body of a traveling vehicle to measure the distance between the sensor and the road surface, so that the amount of deflection of the paved road surface continuously while moving, etc. Is measured.

また、例えば、非特許文献1および2には、センサを車体に取り付けて、舗装路面のたわみを計測する場合、センサを取り付けた架台に制振装置を付けるなどの工夫がされている。   Further, for example, in Non-Patent Documents 1 and 2, when a sensor is attached to a vehicle body and the deflection of a pavement road surface is measured, a device such as attaching a vibration control device to a mount to which the sensor is attached is devised.

特表平11−503520号公報Japanese National Patent Publication No. 11-503520

Samer W.Katicha et al.,Estimation of Pavement TSD Slope Measurements Repeatability from a Single Measurement Series,TRB 2012 Annual MeetingSamer W. Katicha et al., Estimation of Pavement TSD Slope Measurements Repeatability from a Single Measurement Series, TRB 2012 Annual Meeting Soren,Rasmussen et al.,A comparison of two years of network level measurements with the Traffic Speed Deflectometer,TRA Europe 2008,LjubljanaSoren, Rasmussen et al., A comparison of two years of network level measurements with the Traffic Speed Deflectometer, TRA Europe 2008, Ljubljana

しかしながら、車両が凹凸のある舗装路面上を走行する場合、その凹凸に起因して車体に生じる衝撃的な振動の影響を受ける。この衝撃的な振動は、車体のサスペンション及び重量による免震効果により、比較的周期の長い振動に変換され、振動ノイズとなる。この振動ノイズは、車体や路面の走行環境に応じて、車両位置ごとに異なって現れるため、特許文献1に開示されているように、複数の位置にセンサを設置してたわみを測定する方法では、それぞれの車両位置における振動の影響が測定結果に不規則に含まれることになり、振動ノイズを除去することが困難である。このため、特許文献1記載の移動式たわみ測定装置では、凹凸のある現実的な舗装路面の健全性を評価するにあたり、センサと路面との間で正確な測定ができず、評価結果に支障を来す恐れがある。   However, when the vehicle travels on an uneven paved road surface, it is affected by shocking vibrations generated in the vehicle body due to the unevenness. This shocking vibration is converted into vibration having a relatively long period by the seismic isolation effect due to the suspension and weight of the vehicle body and becomes vibration noise. This vibration noise appears differently for each vehicle position depending on the vehicle body and the road environment. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, in a method of measuring deflection by installing sensors at a plurality of positions. The influence of vibration at each vehicle position is irregularly included in the measurement result, and it is difficult to remove vibration noise. For this reason, in the mobile deflection measuring device described in Patent Document 1, in evaluating the soundness of a realistic pavement road surface with unevenness, accurate measurement cannot be performed between the sensor and the road surface, which hinders the evaluation results. There is a risk of coming.

また、非特許文献1および2に開示されているように、車両に制振装置を搭載するためには、特殊な大型車両を用いる必要があり、測定系の構築が大掛かりになってしまう。また、日本国内では、このような大型車両が進入できない入り組んだ道路が少なくないため、舗装路面の健全性を評価することが容易ではない。   In addition, as disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, in order to mount the vibration damping device on the vehicle, it is necessary to use a special large vehicle, and the construction of the measurement system becomes large. Also, in Japan, there are many complicated roads that such large vehicles cannot enter, so it is not easy to evaluate the soundness of paved road surfaces.

さらに、センサ架台に対し、防振材料を用いたハード的な振動対策方法が提案されているが、例えば、柔らかい防振材料を用いた場合など、防振材料の特性によっては、センサ架台に低周波の不規則振動が生じてしまう。このような不規則振動が生ずると、センサ架台に設けられたドップラー振動計のビーム照射方向が不安定となり、正確なたわみ速度が測定できなくなってしまう。   Furthermore, a hard vibration countermeasure method using a vibration isolating material has been proposed for the sensor mount. However, depending on the characteristics of the vibration isolating material, for example, a soft vibration isolating material may be used. Irregular vibration of frequency will occur. When such irregular vibration occurs, the beam irradiation direction of the Doppler vibrometer provided on the sensor mount becomes unstable, and the accurate deflection speed cannot be measured.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、測定したたわみ速度から載荷用車両の車両振動速度を除去することによって、たわみ計測の精度向上を図ることができるたわみ計測方法およびたわみ計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a deflection measurement method and a deflection that can improve the accuracy of deflection measurement by removing the vehicle vibration speed of the loading vehicle from the measured deflection speed. It aims at providing a measuring device.

(1)上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のたわみ計測方法は、舗装路面のたわみを動的に計測するたわみ計測方法であって、車体にセンサ架台が剛結され、前記センサ架台にレーザドップラー振動計および振動加速度計が設置された載荷用車両を走行させるステップと、前記載荷用車両の走行中に前記レーザドップラー振動計で各測定点のたわみ速度を取得すると共に、前記振動加速度計で各測定点の振動加速度を取得するステップと、前記各測定点の振動加速度を示す車両振動波形に対し、離散ウェーブレット変換を行なって、前記車両振動波形を概略平坦とするフィルタを決定するステップと、前記フィルタを用いて、前記各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去するステップと、を含むことを特徴とする。   (1) In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. In other words, the deflection measurement method of the present invention is a deflection measurement method for dynamically measuring the deflection of a pavement road surface, wherein a sensor frame is rigidly connected to the vehicle body, and a laser Doppler vibrometer and a vibration accelerometer are installed on the sensor frame. A step of running the loaded vehicle, and a deflection speed of each measurement point is obtained by the laser Doppler vibrometer while the loading vehicle is running, and a vibration acceleration of each measurement point is obtained by the vibration accelerometer. A step of performing discrete wavelet transform on a vehicle vibration waveform indicating vibration acceleration at each measurement point to determine a filter that substantially flattens the vehicle vibration waveform; and Removing the vehicle vibration speed from the deflection speed of the point.

このように、載荷用車両の車体にセンサ架台が剛結されるので、防振構造を採用した場合に防振材料から生ずる振動の影響が無くなり、車両振動速度を直接取得することができる。そして、各測定点の振動加速度を示す車両振動波形に対し、離散ウェーブレット変換を行なって、車両振動波形を概略平坦とするフィルタを決定し、このフィルタを用いて、各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去するので、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   As described above, since the sensor mount is rigidly connected to the vehicle body of the loading vehicle, the influence of vibration generated from the vibration-proof material is eliminated when the vibration-proof structure is adopted, and the vehicle vibration speed can be directly acquired. The vehicle vibration waveform indicating the vibration acceleration at each measurement point is subjected to discrete wavelet transform to determine a filter that substantially flattens the vehicle vibration waveform. Using this filter, the vehicle is determined from the deflection speed at each measurement point. Since the vibration speed is removed, it is possible to remove the influence of the vehicle running vibration without adopting the vibration isolation structure, and it is possible to improve the accuracy of deflection measurement.

(2)また、本発明のたわみ計測方法は、ウェーブレットフィルタおよびスケーリングフィルタを用いて、数式(1)で示されるウェーブレット係数wi,tおよび数式(2)で示されるスケーリング係数vi,tを算出することによって前記離散ウェーブレット変換を行ない、数式(3)で示されるスケーリング係数vi,tを算出することによってウェーブレット逆変換を行ない、前記各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去することを特徴とする。 (2) In addition, the deflection measurement method of the present invention uses the wavelet filter and the scaling filter to calculate the wavelet coefficient w i, t expressed by Equation (1) and the scaling coefficient v i, t expressed by Equation (2). The discrete wavelet transform is performed by calculating, and the wavelet inverse transform is performed by calculating the scaling coefficient v i, t represented by Equation (3), and the vehicle vibration speed is removed from the deflection speed of each measurement point. It is characterized by.

このように、離散ウェーブレット変換およびウェーブレット逆変換を行なうことによって、各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去するので、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   In this way, by performing discrete wavelet transform and inverse wavelet transform, the vehicle vibration speed is removed from the deflection speed at each measurement point, so that it is possible to remove the influence of vehicle running vibration without adopting a vibration isolation structure. It is possible to improve the accuracy of deflection measurement.

(3)また、本発明のたわみ計測方法は、前記載荷用車両の車輪直下を原点とする局所座標系を定義し、前記載荷用車両の走行方向および載荷方向を正の方向とし、たわみ量をwとし、前記載荷用車両の走行速度をVとし、距離をxとし、時間をtとし、たわみ角をdw/dxとし、最大たわみをaとし、たわみ形状に関する係数をbとし、最大たわみの発生位置をdとし、数式(4)から数式(5)で示されるたわみ角を求め、このたわみ角と数式(6)とから数式(7)を求め、cを2abVとし、g(x)をdw/dxとして、数式(7)の両辺の対数をとって数式(8)を求め、最小自乗法を用いて評価関数J(c,b,d)を数式(9)に示すように設定し、前記評価関数J(c,b,d)が最小となるときのd、前記aおよび前記bを求めることによって、たわみ形状および最大たわみ量を算出することを特徴とする。   (3) Further, the deflection measuring method of the present invention defines a local coordinate system having the origin directly below the wheel of the cargo vehicle as described above, the traveling direction and loading direction of the cargo vehicle as described above as positive directions, and the deflection amount. w, the travel speed of the cargo vehicle described above is V, the distance is x, the time is t, the deflection angle is dw / dx, the maximum deflection is a, the coefficient for the deflection is b, and the maximum deflection occurs The position is set as d, the deflection angle represented by Formula (5) is calculated from Formula (4), Formula (7) is calculated from this deflection angle and Formula (6), c is set to 2abV, and g (x) is set to dw / Dx is taken as the logarithm of both sides of Equation (7) to obtain Equation (8), and the evaluation function J (c, b, d) is set as shown in Equation (9) using the least square method. D when the evaluation function J (c, b, d) is minimized, a and the previous By determining the b, and calculates the deflection shape and maximum deflection amount.

このように、評価関数J(c,b,d)が最小となるときのd、aおよびbを求めることによって、たわみ形状および最大たわみ量を算出するので、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   Thus, by calculating d, a, and b when the evaluation function J (c, b, d) is minimized, the deflection shape and the maximum deflection amount are calculated. The influence of vehicle running vibration can be removed, and the accuracy of deflection measurement can be improved.

(4)また、本発明のたわみ計測方法は、前記載荷用車両にレーザ式変位計用架台が設けられ、前記レーザ式変位計用架台の前記載荷用車両の走行方向に並設された複数のレーザ式変位計で、前記載荷用車両の走行中に、前記各レーザ式変位計と舗装路面との距離を測定することを特徴とする。   (4) Further, in the deflection measuring method of the present invention, a laser displacement meter gantry is provided in the cargo vehicle described above, and the laser displacement meter gantry includes a plurality of parallelly arranged in the traveling direction of the cargo vehicle described above. The laser displacement meter measures the distance between each laser displacement meter and the paved road surface while the cargo vehicle is traveling.

このように、レーザ式変位計用架台の載荷用車両の走行方向に並設された複数のレーザ式変位計で、載荷用車両の走行中に、各レーザ式変位計と舗装路面との距離を測定するので、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   As described above, a plurality of laser displacement meters arranged in parallel in the traveling direction of the loading vehicle of the laser displacement meter gantry, the distance between each laser displacement meter and the pavement surface during traveling of the loading vehicle can be determined. Since the measurement is performed, it is possible to eliminate the influence of the vehicle running vibration without adopting the vibration isolation structure, and it is possible to improve the accuracy of the deflection measurement.

(5)また、本発明のたわみ計測装置は、舗装路面のたわみを動的に計測するたわみ計測装置であって、載荷用車両の車体に剛結されたセンサ架台と、前記センサ架台に設置されたレーザドップラー振動計および振動加速度計と、を備え、前記載荷用車両の走行中に前記レーザドップラー振動計で各測定点のたわみ速度を取得すると共に、前記振動加速度計で各測定点の振動加速度を取得し、前記各測定点の振動加速度を示す車両振動波形に対し、離散ウェーブレット変換を行なって、前記車両振動波形を概略平坦とするフィルタを決定し、前記フィルタを用いて、前記各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去することを特徴とする。   (5) Further, the deflection measuring device of the present invention is a deflection measuring device that dynamically measures the deflection of the pavement surface, and is installed on the sensor platform rigidly connected to the vehicle body of the loading vehicle. A laser Doppler vibrometer and a vibration accelerometer, wherein the laser Doppler vibrometer acquires a deflection speed at each measurement point while the cargo vehicle is traveling, and the vibration accelerometer vibrates at each measurement point. The vehicle vibration waveform indicating the vibration acceleration at each measurement point is subjected to discrete wavelet transform to determine a filter that substantially flattens the vehicle vibration waveform, and each measurement point is measured using the filter. The vehicle vibration speed is removed from the deflection speed of the vehicle.

このように、載荷用車両の車体にセンサ架台が剛結されるので、防振構造を採用した場合に防振材料から生ずる振動の影響が無くなり、車両振動速度を直接取得することができる。そして、各測定点の振動加速度を示す車両振動波形に対し、離散ウェーブレット変換を行なって、車両振動波形を概略平坦とするフィルタを決定し、このフィルタを用いて、各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去するので、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   As described above, since the sensor mount is rigidly connected to the vehicle body of the loading vehicle, the influence of vibration generated from the vibration-proof material is eliminated when the vibration-proof structure is adopted, and the vehicle vibration speed can be directly acquired. The vehicle vibration waveform indicating the vibration acceleration at each measurement point is subjected to discrete wavelet transform to determine a filter that substantially flattens the vehicle vibration waveform. Using this filter, the vehicle is determined from the deflection speed at each measurement point. Since the vibration speed is removed, it is possible to remove the influence of the vehicle running vibration without adopting the vibration isolation structure, and it is possible to improve the accuracy of deflection measurement.

(6)また、本発明のたわみ計測装置は、前記載荷用車両の走行速度を測定するレーザ表面速度計を更に備えることを特徴とする。   (6) Moreover, the deflection measuring apparatus of the present invention further includes a laser surface velocimeter for measuring the traveling speed of the cargo vehicle described above.

このように、載荷用車両の走行速度を測定するレーザ表面速度計を備えるので、たわみ速度計測時に必要な載荷用車両の車両走行速度を計測することが可能となる。   As described above, since the laser surface speed meter for measuring the traveling speed of the loading vehicle is provided, it is possible to measure the vehicle traveling speed of the loading vehicle necessary for measuring the deflection speed.

(7)また、本発明のたわみ計測装置は、前記載荷用車両に設けられたレーザ式変位計用架台と、前記レーザ式変位計用架台の前記載荷用車両の走行方向に並設された複数のレーザ式変位計と、を更に備え、前記各レーザ式変位計で、前記載荷用車両の走行中に、前記各レーザ式変位計と舗装路面との距離を測定することを特徴とする。   (7) Moreover, the deflection measuring apparatus of the present invention includes a plurality of laser displacement meter mounts provided in the load vehicle, and a plurality of the displacement measurement devices arranged in parallel in a traveling direction of the load vehicle described above. The laser displacement meter is further provided, and the distance between the laser displacement meter and the paved road surface is measured by the laser displacement meter while the cargo vehicle is traveling.

このように、レーザ式変位計用架台の載荷用車両の走行方向に並設された複数のレーザ式変位計で、載荷用車両の走行中に、各レーザ式変位計と舗装路面との距離を測定するので、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   As described above, a plurality of laser displacement meters arranged in parallel in the traveling direction of the loading vehicle of the laser displacement meter gantry, the distance between each laser displacement meter and the pavement surface during traveling of the loading vehicle can be determined. Since the measurement is performed, it is possible to eliminate the influence of the vehicle running vibration without adopting the vibration isolation structure, and it is possible to improve the accuracy of the deflection measurement.

本発明によれば、載荷用車両の車体にセンサ架台が剛結されるので、防振構造を採用した場合に防振材料から生ずる振動の影響が無くなり、車両振動速度を直接取得することができる。そして、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   According to the present invention, since the sensor mount is rigidly connected to the vehicle body of the loading vehicle, the vibration effect generated from the vibration-proof material is eliminated when the vibration-proof structure is adopted, and the vehicle vibration speed can be directly acquired. . In addition, it is possible to remove the influence of the vehicle running vibration without adopting the vibration isolation structure, and to improve the accuracy of the deflection measurement.

ウェーブレット解析の概念を示す図である(新井康平:ウェーブレット解析の基礎理論、森北出版株式会社、2005より抜粋)。It is a figure which shows the concept of wavelet analysis (Kohei Arai: Basic theory of wavelet analysis, extracted from Morikita Publishing Co., Ltd., 2005). フーリエ解析の概念を示す図である(新井康平:ウェーブレット解析の基礎理論、森北出版株式会社、2005より抜粋)。It is a figure which shows the concept of Fourier analysis (Kohei Arai: Basic theory of wavelet analysis, Morikita Publishing Co., Ltd., extracted from 2005). 真のデータとノイズを含んだデータを示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。It is a diagram showing true data and data including noise (Excerpt from Shoichi Inada, Koichiro Kamada: Economic Analysis by Wavelet, Financial Research, pp.1-62, 2004). フーリエ解析によるノイズ除去後のデータとウェーブレット解析によるノイズ除去後のデータを示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。It is a figure which shows the data after the noise removal by Fourier analysis, and the data after the noise removal by wavelet analysis (Shoichi Inada, Koichiro Kamada: Economic analysis by wavelet, financial research, pp.1-62, 2004 excerpt). Haarのスケーリングフィルタ(左)とウェーブレットフィルタ(右)を示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。It is a figure which shows a scaling filter (left) and a wavelet filter (right) of Haar (Excerpt from Shoichi Inada, Koichiro Kamada: Economic analysis by wavelet, financial research, pp.1-62,2004). D(4)のスケーリングフィルタ(左)とウェーブレットフィルタ(右)を示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。It is a figure which shows the scaling filter (left) and wavelet filter (right) of D (4) (Seiichi Inada, Koichiro Kamada: Excerpt from economic analysis by wavelet, financial research, pp.1-62,2004). D(12)のスケーリングフィルタ(左)とウェーブレットフィルタ(右)を示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。It is a figure which shows the scaling filter (left) and wavelet filter (right) of D (12) (Seiichi Inada, Koichiro Kamata: Economic analysis by wavelet, financial research, pp.1-62, 2004 excerpt). D(4)とD(12)の具体的数値を示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。It is a figure which shows the concrete numerical value of D (4) and D (12) (Excerpt from Shoichi Inada, Koichiro Kamada: Economic analysis by wavelet, financial research, pp.1-62,2004). Haarの離散ウェーブレット変換のピラミッドアルゴリズムを示す図である。It is a figure which shows the pyramid algorithm of a discrete wavelet transform of Haar. 観測された振動波形を示す図である。It is a figure which shows the observed vibration waveform. J=1でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 1. J=2でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 2. J=3でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 3. J=4でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 4. J=5でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 5. J=6でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 6. J=7でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 7. J=8でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 8. J=9でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 9. J=10でのウェーブレット係数の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the wavelet coefficient in J = 10. J=1〜5のウェーブレット係数を0としたウェーブレット逆変換結果を示す図である。It is a figure which shows the wavelet inverse transformation result which made the wavelet coefficient of J = 1-5 0. レーザドップラー振動計によるたわみ速度計測装置の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the deflection speed measuring apparatus by a laser Doppler vibrometer. 振動加速度計測データとウェーブレット解析後のデータを示す図である。It is a figure which shows vibration acceleration measurement data and the data after wavelet analysis. たわみ速度計測データとウェーブレット解析後のデータを示す図である。It is a figure which shows the data after a deflection velocity measurement data and wavelet analysis. レーザ照射位置およびレーザ照射角度の計測の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a laser irradiation position and the measurement of a laser irradiation angle. レーザドップラー振動計のレーザ照射位置と角度を示す図である。It is a figure which shows the laser irradiation position and angle of a laser Doppler vibrometer. レーザドップラー振動計の傾斜による速度の影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the speed by the inclination of a laser Doppler vibrometer. 路面状態が異なる場合のセンサ架台(水平シャフト)から路面までの距離を示す図である。It is a figure which shows the distance from a sensor mount (horizontal shaft) to a road surface in case a road surface state differs. 局所座標系を定義し、車両の走行方向と載荷方向を示す図である。It is a figure which defines a local coordinate system and shows the running direction and loading direction of a vehicle. 走行実験の計測条件を示す図である。It is a figure which shows the measurement conditions of a driving | running | working experiment. 走行速度が時速10kmである場合の走行距離に対するセンサ架台の振動加速度を示す図である。It is a figure which shows the vibration acceleration of the sensor mount with respect to the travel distance when a travel speed is 10 km / h. 走行速度が時速10kmである場合の走行距離に対する舗装路面のたわみ速度を示す図である。It is a figure which shows the bending speed of the paved road surface with respect to the travel distance when a travel speed is 10 km / h. 走行速度が時速10kmである場合のウェーブレット解析後の走行距離に対する舗装路面のたわみ速度を示す図である。It is a figure which shows the bending speed of the pavement surface with respect to the travel distance after a wavelet analysis in case a travel speed is 10 km / h. 走行速度が時速30kmである場合の走行距離に対するセンサ架台の振動加速度を示す図である。It is a figure which shows the vibration acceleration of the sensor mount with respect to the travel distance in case a travel speed is 30 km / h. 走行速度が時速30kmである場合の走行距離に対する舗装路面のたわみ速度を示す図である。It is a figure which shows the bending speed of the paved road surface with respect to the travel distance when a travel speed is 30 km / h. 走行速度が時速30kmである場合のウェーブレット解析後の走行距離に対する舗装路面のたわみ速度を示す図である。It is a figure which shows the bending speed of the pavement surface with respect to the travel distance after a wavelet analysis in case a travel speed is 30 km / h. 走行速度が時速50kmである場合の走行距離に対するセンサ架台の振動加速度を示す図である。It is a figure which shows the vibration acceleration of the sensor mount with respect to the travel distance when a travel speed is 50 km / h. 走行速度が時速50kmである場合の走行距離に対する舗装路面のたわみ速度を示す図である。It is a figure which shows the bending speed of the paved road surface with respect to the travel distance when a travel speed is 50 km / h. 走行速度が時速50kmである場合のウェーブレット解析後の走行距離に対する舗装路面のたわみ速度を示す図である。It is a figure which shows the bending speed of the pavement surface with respect to the travel distance after a wavelet analysis in case a travel speed is 50 km / h. 走行速度が時速10kmである場合のMWDたわみとFWDたわみとの比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of MWD deflection and FWD deflection in case traveling speed is 10 km / h. 走行速度が時速30kmである場合のMWDたわみとFWDたわみとの比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of MWD deflection and FWD deflection in case traveling speed is 30 km / h. 走行速度が時速50kmである場合のMWDたわみとFWDたわみとの比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of MWD deflection and FWD deflection in case traveling speed is 50 km / h. 本発明の変形例1の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the modification 1 of this invention. 変形例2に係るたわみ量の測定原理の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the measurement principle of the deflection amount which concerns on the modification 2. FIG. 変形例2に係るたわみ測定機の概要を示す模式図である。10 is a schematic diagram showing an outline of a deflection measuring device according to Modification 2. FIG. 各レーザ式変位計の配置状況を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arrangement | positioning condition of each laser displacement meter. センサ架台が傾いた状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in which the sensor mount was inclined. たわみ状況とその測定結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a bending condition and its measurement result.

本発明者らは、載荷用車両に高精度のレーザドップラー振動計を設置したセンサ架台を取り付け、載荷用車両を走行させながら舗装路面のたわみ速度を非破壊的に測定できる「動的たわみ測定装置(MWD:Moving Wheel Deflectometer)」の研究を重ね、センサ架台に対するハード的振動対策には、防振材料がセンサ架台に不規則振動を生じさせるという弱点があることに着目し、センサ架台を載荷用車両に剛結して車両振動速度を直接取得し、離散ウェーブレット解析を用いて、レーザドップラー振動計で計測したたわみ速度から車両振動速度を除去することによって、たわみ計測の精度を向上させることができることを見出し、本発明をするに至った。   The present inventors have attached a sensor mount having a high-precision laser Doppler vibrometer to a loading vehicle, and can measure the deflection speed of a paved road surface non-destructively while running the loading vehicle. (MWD: Moving Wheel Deflectometer) “Research for hardware vibrations for sensor mounts, focusing on the fact that anti-vibration materials cause irregular vibrations in the sensor mounts. It is possible to improve the accuracy of deflection measurement by directly acquiring the vehicle vibration velocity by rigidly connecting to the vehicle and removing the vehicle vibration velocity from the deflection velocity measured by the laser Doppler vibrometer using discrete wavelet analysis. And led to the present invention.

すなわち、本発明のたわみ計測方法は、舗装路面のたわみを動的に計測するたわみ計測方法であって、車体にセンサ架台が剛結され、前記センサ架台にレーザドップラー振動計および振動加速度計が設置された載荷用車両を走行させるステップと、前記載荷用車両の走行中に前記レーザドップラー振動計で各測定点のたわみ速度を取得すると共に、前記振動加速度計で各測定点の振動加速度を取得するステップと、前記各測定点の振動加速度を示す車両振動波形に対し、離散ウェーブレット変換を行なって、前記車両振動波形を概略平坦とするフィルタを決定するステップと、前記フィルタを用いて、前記各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去するステップと、を含むことを特徴とする。   In other words, the deflection measurement method of the present invention is a deflection measurement method for dynamically measuring the deflection of a pavement road surface, wherein a sensor frame is rigidly connected to the vehicle body, and a laser Doppler vibrometer and a vibration accelerometer are installed on the sensor frame. A step of running the loaded vehicle, and a deflection speed of each measurement point is obtained by the laser Doppler vibrometer while the loading vehicle is running, and a vibration acceleration of each measurement point is obtained by the vibration accelerometer. A step of performing discrete wavelet transform on a vehicle vibration waveform indicating vibration acceleration at each measurement point to determine a filter that substantially flattens the vehicle vibration waveform; and Removing the vehicle vibration speed from the deflection speed of the point.

これにより、本発明者らは、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することを可能とし、その結果、たわみ計測の精度を向上させることを可能とした。以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。   As a result, the present inventors can eliminate the influence of vehicle running vibration without adopting a vibration isolation structure, and as a result, can improve the accuracy of deflection measurement. Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

<時系列周波数解析によるソフト的振動対策>
(A)離散ウェーブレット解析の適用理由
時系列周波数解析には、フーリエ変換・逆変換を組み合わせたフーリエ解析と、ウェーブレット変換・逆変換を組み合わせたウェーブレット解析がある。本明細書では、ウェーブレット解析のうち、離散化データを取り扱う離散ウェーブレット解析を用いてソフト的振動対策を行なう。
<Soft vibration countermeasures by time series frequency analysis>
(A) Reasons for Applying Discrete Wavelet Analysis Time series frequency analysis includes Fourier analysis that combines Fourier transform and inverse transform, and wavelet analysis that combines wavelet transform and inverse transform. In this specification, of the wavelet analysis, a soft vibration countermeasure is performed using discrete wavelet analysis that handles discrete data.

図1Aは、ウェーブレット解析の概念を示す図であり、図1Bは、フーリエ解析の概念を示す図である(新井康平:ウェーブレット解析の基礎理論、森北出版株式会社、2005より抜粋)。ウェーブレット解析では、図1Aに示すように、任意の時系列データを、“時間と周波数で表わされる小さな波”としてのウェーブレットの和として表現する。一方、フーリエ解析では、図1Bに示すように、任意の時系列データを、周波数成分の異なる無限に続く恒久的な波の和として表現する。   FIG. 1A is a diagram showing the concept of wavelet analysis, and FIG. 1B is a diagram showing the concept of Fourier analysis (Keihei Arai: Basic theory of wavelet analysis, extracted from Morikita Publishing Co., Ltd., 2005). In the wavelet analysis, as shown in FIG. 1A, arbitrary time-series data is expressed as a sum of wavelets as “small waves expressed by time and frequency”. On the other hand, in the Fourier analysis, as shown in FIG. 1B, arbitrary time-series data is expressed as a sum of infinite permanent waves having different frequency components.

両者は、どちらか一方が常に優れているというわけではなく、例えば、時系列特性が時間を通じて不変であり、規則的な変動を繰り返す定常データに対しては、時間的な情報を無視して詳細な周波数分析を行なうフーリエ解析が効率的であると考えられる。   Both of them are not always superior. For example, for steady data whose time-series characteristics are invariant over time and repeats regular fluctuations, ignore the temporal information and details It is thought that the Fourier analysis which performs a simple frequency analysis is efficient.

一方、ウェーブレット変換は、短い波の集合体としてデータを解析するため、不規則変動を示すデータに対して威力を発揮する。逆に、規則的なデータに対してわざわざウェーブレット変換を適用する必要はない。また、ウェーブレット解析には、連続ウェーブレット解析と離散ウェーブレット解析とがある。連続ウェーブレット解析では、データを連続したものとして解析するのに対し、離散ウェーブレット解析では、データを離散化させて解析するため、連続ウェーブレット解析に比べて効率的に時間周波数解析を行なうことができる。また、離散ウェーブレット解析では、元信号を高周波成分と低周波成分とに分解し、分解された低周波成分を、さらにまた高周波成分と低周波成分とに分解する、という手順でウェーブレット変換を行ない、逆方向の変換(逆変換)を行なうことで元信号を再現する。そのため、逆変換において任意の領域の周波数成分を0にすれば、その領域の周波数成分が除去された(フィルタをかけた)信号が生成される。   On the other hand, since the wavelet transform analyzes data as a collection of short waves, it is effective for data showing irregular fluctuations. Conversely, it is not necessary to apply wavelet transform to regular data. Wavelet analysis includes continuous wavelet analysis and discrete wavelet analysis. In continuous wavelet analysis, data is analyzed as continuous data, whereas in discrete wavelet analysis, data is discretized and analyzed, so that time-frequency analysis can be performed more efficiently than continuous wavelet analysis. In discrete wavelet analysis, the original signal is decomposed into a high-frequency component and a low-frequency component, and the decomposed low-frequency component is further decomposed into a high-frequency component and a low-frequency component. The original signal is reproduced by performing reverse conversion (inverse conversion). Therefore, if the frequency component of an arbitrary region is set to 0 in the inverse transformation, a signal from which the frequency component of that region has been removed (filtered) is generated.

このようなフィルタリング処理は、フーリエ解析においても可能であり、従来はフーリエ解析が広く用いられてきた。しかし、本発明で対象としている振動データは、舗装路面の凹凸等に起因する車両の不規則振動データである。   Such filtering processing is also possible in Fourier analysis, and conventionally Fourier analysis has been widely used. However, the vibration data targeted by the present invention is irregular vibration data of the vehicle caused by unevenness of the paved road surface.

図2Aは、真のデータとノイズを含んだ観測データの例を示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。図2Aの左側に示すように、横軸の座標が0.5である点においてピーク値2.0を取るステップ信号があるとし、これを真のデータとする。これに対し、図2Aの右側に示すように、ノイズが混入しているデータがあるとし、これを実際に観測された観測データとする。この観測データからノイズを除去して真のデータを抽出しようとする。このとき、図2Aの右側に示す観測データに対してフーリエ解析を行なうと、図2B(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)の左側に示すように、緩やかな山型の信号が抽出される。これに対し、図2Aの右側に示す観測データに対してウェーブレット解析を行なうと、図2Bの右側に示すように、かなり正確に真のデータに近い信号を抽出することができる。これは、ウェーブレット解析では、様々な波形に対応するフィルタが準備されているためである。このことから、不規則なノイズを含むデータに対してフィルタリング処理を行なうには、ウェーブレット解析が適していることが分かる。   FIG. 2A is a diagram showing an example of observation data including true data and noise (Excerpt from Shoichi Inada, Koichiro Kamada: Economic Analysis by Wavelet, Financial Research, pp. 1-62, 2004). As shown on the left side of FIG. 2A, it is assumed that there is a step signal that takes a peak value of 2.0 at a point where the coordinate of the horizontal axis is 0.5, and this is the true data. On the other hand, as shown on the right side of FIG. 2A, it is assumed that there is data mixed with noise, and this is actually observed data. It tries to extract true data by removing noise from this observation data. At this time, when Fourier analysis is performed on the observation data shown on the right side of Fig. 2A, the left side of Fig. 2B (Excerpt from Shoichi Inada, Koichiro Kamada: Economic Analysis by Wavelet, Financial Research, pp.1-62, 2004) As shown in the figure, a gentle mountain-shaped signal is extracted. On the other hand, when wavelet analysis is performed on the observation data shown on the right side of FIG. 2A, a signal close to true data can be extracted fairly accurately as shown on the right side of FIG. 2B. This is because in wavelet analysis, filters corresponding to various waveforms are prepared. From this, it can be seen that wavelet analysis is suitable for performing filtering processing on data including irregular noise.

本発明で対象としている振動データは、舗装路面の凹凸等に起因する車両の不規則な振動データであり、振動特性の時間情報、すなわち、どの位置でどの程度の車両振動が発生したかを知るよりも、車両振動によるノイズをいかに早く除去できるかが重要である。つまり、たわみ計測におけるノイズを除去するには、連続ウェーブレット解析よりも効率的に時間周波数解析を行なうことができる離散ウェーブレット解析が適していると考えられる。   The vibration data targeted by the present invention is irregular vibration data of the vehicle caused by unevenness of the paved road surface, etc., and knows time information of vibration characteristics, that is, how much vehicle vibration has occurred at which position. Rather, it is more important how quickly noise caused by vehicle vibration can be removed. That is, it is considered that discrete wavelet analysis capable of performing time-frequency analysis more efficiently than continuous wavelet analysis is suitable for removing noise in deflection measurement.

(B)離散ウェーブレット解析
(B−1)ウェーブレットフィルタとスケーリングフィルタ
本明細書で用いる離散ウェーブレット解析では、計測データに対して、離散ウェーブレット変換を行ない、不要な振動周波数成分(ノイズ)を0にした後に、逆変換によって、ノイズを取り除いた信号を生成する。つまり、ウェーブレット変換は、一種の線形フィルタリングであり、その変換に用いられるウェーブレットは、「ウェーブレットフィルタ」と呼ばれる。また、ウェーブレットフィルタは、一般的にhで表わされ、次の3条件を満たす必要がある。
(B) Discrete wavelet analysis (B-1) Wavelet filter and scaling filter In the discrete wavelet analysis used in this specification, discrete wavelet transform is performed on measurement data, and unnecessary vibration frequency components (noise) are set to zero. Later, a signal from which noise has been removed is generated by inverse transformation. That is, the wavelet transformation is a kind of linear filtering, and the wavelet used for the transformation is called a “wavelet filter”. The wavelet filter is generally represented by h and must satisfy the following three conditions.

上記数式(10)〜(12)において、Lはフィルタの長さ(サポート長と呼ぶ)である。つまり、数式(10)は、フィルタ要素を全て加えるとゼロになるという意味で、フィルタリングによって、原系列に「何も足さないし、何も引かない」ということを意味している。また、数式(11)では、フィルタのエネルギー(二乗和)を1に標準化している。最後に、数式(12)は、偶数倍シフトさせたフィルタと元のフィルタとが直交することを意味している。数式(11)は、シフトしなかった場合の内積が1であることを示しており、数式(12)とあわせて「正規直交性の条件」という。   In the above formulas (10) to (12), L is a filter length (referred to as a support length). In other words, Equation (10) means that when all the filter elements are added, it becomes zero, and means that “nothing is added or nothing” is added to the original sequence by filtering. Further, in the formula (11), the filter energy (sum of squares) is standardized to 1. Finally, equation (12) means that the even-shifted filter and the original filter are orthogonal. Formula (11) indicates that the inner product when the shift is not performed is 1, and together with Formula (12), it is referred to as “regularity condition”.

ウェーブレット変換を実行するためには、ウェーブレットフィルタと対をなすスケーリングフィルタgが必要となる。両者は、直交鏡像関係と呼ばれる次の関係式で結ばれている。   In order to execute the wavelet transform, a scaling filter g that is paired with the wavelet filter is required. Both are connected by the following relational expression called orthogonal mirror image relation.

この数式(13)から、スケーリングフィルタは、次の関係式を満たすことが確認できる。 From Equation (13), it can be confirmed that the scaling filter satisfies the following relational expression.

さらに、ウェーブレットフィルタとスケーリングフィルタとの間には、次の関係が成立している。すなわち、二つの対をなすフィルタは、偶数倍のシフトに対して、互いに直交関係にある。   Further, the following relationship is established between the wavelet filter and the scaling filter. That is, two pairs of filters are orthogonal to each other with respect to an even multiple shift.

(B−2)各種ウェーブレット
ウェーブレットフィルタとして広く用いられているものとして、Haar(ハール)とDaubechies(ドビシー)のウェーブレットがあげられる。Haarのウェーブレットは、サポート長がL=2のフィルタで、上記数式(10)〜(14)によってウェーブレットフィルタとスケーリングフィルタとを求めることができ、数式(18)で示されるようになる。
(B-2) Various Wavelets As widely used wavelet filters, there are Haar and Daubechies wavelets. The Haar wavelet is a filter having a support length of L = 2, and a wavelet filter and a scaling filter can be obtained by the above formulas (10) to (14), and is represented by the formula (18).

また、図3にHaarのスケーリングフィルタとウェーブレットフィルタを示す(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。図3の左側がHaarのスケーリングフィルタであり、図3の右側がHaarのウェーブレットフィルタである。   Fig. 3 shows Haar's scaling filter and wavelet filter (excerpted from Shoichi Inada and Koichiro Kamada: Economic Analysis with Wavelets, Financial Research, pp. 1-62, 2004). The left side of FIG. 3 is a Haar scaling filter, and the right side of FIG. 3 is a Haar wavelet filter.

Daubechiesのウェーブレットは、上記数式(10)〜(12)に加えて、次の数式(19)を満足するように決定される。一般的に、サポート長がLであるDaubechiesのウェーブレットは、D(L)と表記され、L=4、12のDaubechiesのウェーブレットが用いられる。   The Daubechies wavelet is determined so as to satisfy the following equation (19) in addition to the equations (10) to (12). In general, a Daubechies wavelet with a support length of L is denoted as D (L), and a Daubechies wavelet with L = 4 and 12 is used.

図4AにD(4)のスケーリングフィルタとウェーブレットフィルタを示す(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。図4Aの左側がD(4)のスケーリングフィルタであり、図3の右側がD(4)のウェーブレットフィルタである。また、図4BにD(12)のスケーリングフィルタとウェーブレットフィルタを示す(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。図4Bの左側がD(12)のスケーリングフィルタであり、図4Bの右側がD(12)のウェーブレットフィルタである。また、図4Cは、D(4)とD(12)のスケーリングフィルタ、ウェーブレットフィルタの具体的数値を示す図である(稲田将一,鎌田康一郎:ウェーブレットによる経済分析,金融研究,pp.1-62,2004より抜粋)。   Fig. 4A shows the scaling filter and wavelet filter of D (4) (Excerpted from Shoichi Inada and Koichiro Kamada: Economic Analysis by Wavelet, Financial Research, pp. 1-62, 2004). The left side of FIG. 4A is a scaling filter of D (4), and the right side of FIG. 3 is a wavelet filter of D (4). FIG. 4B shows the scaling filter and wavelet filter of D (12) (Excerpted from Shoichi Inada and Koichiro Kamada: Economic Analysis by Wavelet, Financial Research, pp. 1-62, 2004). The left side of FIG. 4B is a D (12) scaling filter, and the right side of FIG. 4B is a D (12) wavelet filter. FIG. 4C is a diagram showing specific numerical values of the scaling filter and wavelet filter of D (4) and D (12) (Inada Shoichi, Kamada Koichiro: Economic Analysis by Wavelet, Financial Research, pp.1- (Extracted from 62,2004).

(B−3)ウェーブレット変換・逆変換
離散ウェーブレット変換では、観測データをウェーブレットフィルタとスケーリングフィルタとを通して、「ウェーブレット係数」と「スケーリング係数」とを求める。図3、図4Aおよび図4Bに示したように、スケーリングフィルタは凸形状であるのに対し、ウェーブレットフィルタは、振動的な凹凸形状である。つまり、スケーリングフィルタは、移動平均的成分(データのトレンド)を表わしているのに対し、ウェーブレットフィルタは、階差成分(トレンドからの乖離)、言い換えると、振動成分を表わしていると言える。そして、これらのフィルタを通して得られる係数によって、観測データに含まれる振動成分とトレンド成分の情報が保存されることになる。
(B-3) Wavelet Transform / Inverse Transform In discrete wavelet transform, “wavelet coefficient” and “scaling coefficient” are obtained by passing observation data through a wavelet filter and a scaling filter. As shown in FIGS. 3, 4A, and 4B, the scaling filter has a convex shape, whereas the wavelet filter has a vibrational uneven shape. That is, the scaling filter represents a moving average component (data trend), whereas the wavelet filter represents a difference component (deviation from the trend), in other words, a vibration component. And the information of the vibration component and the trend component included in the observation data is stored by the coefficients obtained through these filters.

図5は、ピラミッドアルゴリズムを示す図である。離散ウェーブレット変換では、図5に示すピラミッドアルゴリズムによって、効率的に計算が行なわれる。図5では、Haarのウェーブレットを用いた計算例を示す。この計算方法では、データ数をN個とした場合、まず1回目の演算で、重複しない2個ずつの離散データに対してフィルタリングを行ない、N/2個のウェーブレット係数とスケーリング係数とを求める。次に、1回目の演算で求めたN/2個のスケーリング係数を用いて、(N/2)/2=(N/2)個のウェーブレット係数とスケーリング係数とを求める。そして、最終的に、一組のウェーブレット係数とスケーリング係数を得るまでこの演算を繰り返す。 FIG. 5 is a diagram showing a pyramid algorithm. In the discrete wavelet transform, calculation is efficiently performed by the pyramid algorithm shown in FIG. FIG. 5 shows an example of calculation using Haar wavelets. In this calculation method, when the number of data is N, filtering is performed on two discrete data that do not overlap each other in the first calculation to obtain N / 2 wavelet coefficients and scaling coefficients. Next, (N / 2) / 2 = (N / 2) 2 wavelet coefficients and scaling coefficients are obtained using the N / 2 scaling coefficients obtained in the first calculation. Finally, this operation is repeated until a set of wavelet coefficients and scaling coefficients is obtained.

これをダウンサンプリングと言うが、このときに必要となるデータ数は、N=2個で、n回の繰り返し演算を行なうこととなる。例えば、218個(262144個)のデータであれば、18回程度の繰り返し演算によって、効率的にウェーブレット係数とスケーリング係数を得ることができる。なお、観測された離散データを、X=(x1,x2,…xN-1,xN)とすると、1回目の演算のウェーブレット係数とスケーリング係数は、以下の式によって求められる。 This is referred to as downsampling. At this time, the number of data required is N = 2n , and n repetitive calculations are performed. For example, if the data of 2 18 (262144), by 18 times about repetitive operation can be efficiently obtained wavelet coefficients and scaling coefficients. If the observed discrete data is X = (x 1 , x 2 ,... X N−1 , x N ), the wavelet coefficient and scaling coefficient of the first calculation are obtained by the following equations.

ここで、“A mod N”は、AからNの倍数を引いて(あるいは足して)、0〜N−1の数字を作るという演算子である。また、上述したように、2回目以降の演算は、前回の演算で求めたスケーリング係数を用いてウェーブレット変換を行なう。つまり、i回目の演算では、(i−1)回目のスケーリング係数を用いることとなる。従って、数式(20)と(21)を一般化して表示すると、次のようになる。 Here, “A mod N” is an operator that subtracts (or adds) a multiple of N from A to create a number from 0 to N−1. Further, as described above, the second and subsequent calculations perform wavelet transform using the scaling coefficient obtained in the previous calculation. That is, in the i-th calculation, the (i−1) -th scaling coefficient is used. Therefore, when the equations (20) and (21) are generalized and displayed, they are as follows.

なお、数式(22)と(23)において、「v0,N=xN」である。 In Equations (22) and (23), “v 0, N = x N ”.

また、ウェーブレット逆変換は、数式(20)〜(23)を逆方向に計算していくこととなる。いま、レベル(i+1)のウェーブレット係数wi+1とスケーリング係数vi+1から、レベルiのスケーリング係数vを再構築するならば、ダウンサンプリングによって減少したデータ数を補うために、「0」をwi+1とvi+1のデータの間に織り込んで行く。つまり、数式(24)および(25)で示されるデータを作る。これを、アップサンプリングと呼ぶ。 In the wavelet inverse transform, the mathematical formulas (20) to (23) are calculated in the reverse direction. Now, the level of (i + 1) wavelet coefficients w i + 1 and the scaling factor v i + 1 of, if reconstruct the scaling factor v i level i, in order to supplement the number of data reduced by downsampling, the "0" w i + 1 And v i + 1 data. That is, the data shown by the mathematical formulas (24) and (25) is created. This is called upsampling.

このようにアップサンプリングされたデータを、ウェーブレットフィルタとスケーリングフィルタを通すと、数式(26)のように、レベルiのスケーリング係数vが求められる。 When the data up-sampled in this way is passed through a wavelet filter and a scaling filter, a scaling factor v i of level i is obtained as shown in Equation (26).

なお、上述したように、ウェーブレットフィルタは振動的であるため、逆変換時に任意のウェーブレット係数を0にすることで、パスフィルタとして利用することも可能である。   As described above, since the wavelet filter is oscillatory, it can be used as a path filter by setting an arbitrary wavelet coefficient to 0 during inverse transformation.

(C)離散ウェーブレット解析の例
図6Aは、観測された振動波形を示す図である。一例として、この図6Aで示す振動波形のウェーブレット係数を求める。なお、データ数は、214個(16384個)で、DaubechiesウェーブレットD(12)を用いる。
(C) Example of discrete wavelet analysis FIG. 6A is a diagram illustrating an observed vibration waveform. As an example, the wavelet coefficient of the vibration waveform shown in FIG. 6A is obtained. Note that the number of data is 2 14 (16384), and Daubechies wavelet D (12) is used.

上述したように、離散ウェーブレット変換では、ピラミッドアルゴリズムに従って、ダウンサンプリングを行なう。図6Aに示したデータ数は、N=2=214であるので、繰り返し演算回数は、14回となる。J=1〜10回目の離散ウェーブレット変換で得られたウェーブレット係数を、図6B〜図6Kに示す。これらの結果により、ダウンサンプリングを繰り返していくと、ウェーブレット係数の振動特性は緩やかになり、長周波成分になっていることが分かる。 As described above, in the discrete wavelet transform, downsampling is performed according to a pyramid algorithm. Number of data shown in FIG. 6A, since it is N = 2 J = 2 14, repetition number of calculations becomes 14 times. The wavelet coefficients obtained by the discrete wavelet transform of J = 1 to 10 are shown in FIGS. 6B to 6K. From these results, it can be seen that when downsampling is repeated, the vibration characteristic of the wavelet coefficient becomes gentle and becomes a long frequency component.

また、図6B〜図6Kに示される結果により、図6Aにおいて横軸400mや1100m付近で現れているような大きな不規則振動成分は、J=1〜5のウェーブレット係数を0として逆変換(フィルタリング)を行なうと、図6Lに示す結果が得られる。図6Lを図6Aと比較すると、大きな不規則振動は除外され、比較的なめらかな信号が抽出できていることが分かる。   Further, according to the results shown in FIGS. 6B to 6K, a large irregular vibration component appearing in the vicinity of the horizontal axis 400 m or 1100 m in FIG. 6A is inversely transformed with the wavelet coefficients of J = 1 to 5 being 0 (filtering). ), The result shown in FIG. 6L is obtained. When FIG. 6L is compared with FIG. 6A, it can be seen that large irregular vibrations are excluded and comparatively smooth signals can be extracted.

以上の結果により、離散ウェーブレット解析によって、容易にノイズ除去を行なうことができることが分かる。本明細書では、このような手順を採用し、レーザドップラー振動計の測定結果に含まれる不規則振動成分を除去する。   From the above results, it can be seen that noise can be easily removed by discrete wavelet analysis. In this specification, such a procedure is adopted, and the irregular vibration component included in the measurement result of the laser Doppler vibrometer is removed.

(D)離散ウェーブレット解析によるソフト的振動対策
図7は、レーザドップラー振動計によるたわみ速度計測装置の概略を示す図である。図7に示すように、本実施形態に係るレーザドップラー振動計は、載荷用車両の後輪付近の車体上に設置したセンサ架台に取り付けられている。レーザドップラー振動計は、舗装路面と車体との間の相対的な速度を測定するため、走行実験時の計測データには、路面凹凸に伴う車両振動速度Vと、載荷に伴うたわみ速度Vdefの両方が含まれてしまう。そこで、本実施形態では、センサ架台に振動加速度計を設置し、加速度計の振動波形に対して、離散ウェーブレット解析を行ない、図8Aに示すように、車両振動波形がほぼフラットになるようなフィルタのレベル(ウェーブレット係数を0にするJの上限値)を試行錯誤的に決定した。図8Aは、振動加速度計測データとウェーブレット解析後のデータを示す図である。図8Aにおいて、黒い線が計測データであり、中央付近の白い線がフィルタリング後のデータである。
(D) Software Vibration Countermeasure by Discrete Wavelet Analysis FIG. 7 is a diagram showing an outline of a deflection velocity measuring apparatus using a laser Doppler vibrometer. As shown in FIG. 7, the laser Doppler vibrometer according to the present embodiment is attached to a sensor mount installed on a vehicle body near the rear wheel of the loading vehicle. Since the laser Doppler vibrometer measures the relative speed between the paved road surface and the vehicle body, the measurement data at the time of the running experiment includes the vehicle vibration speed V v associated with road surface unevenness and the deflection speed V def associated with loading. Both will be included. Therefore, in this embodiment, a vibration accelerometer is installed on the sensor gantry, a discrete wavelet analysis is performed on the vibration waveform of the accelerometer, and a filter that makes the vehicle vibration waveform substantially flat as shown in FIG. 8A. (The upper limit value of J that makes the wavelet coefficient 0) was determined by trial and error. FIG. 8A is a diagram showing vibration acceleration measurement data and data after wavelet analysis. In FIG. 8A, black lines are measurement data, and white lines near the center are data after filtering.

そして、たわみ速度計測データに対しても振動加速度の場合と同じレベルのフィルタを使い、ウェーブレット逆変換によって得られるたわみ速度が、後軸車輪の載荷によって得られるたわみ速度Vdefと等値であるとして最大たわみを求めることとした。 The deflection speed obtained by the wavelet inverse transform is equal to the deflection speed V def obtained by loading the rear wheel, using the same level filter as the vibration acceleration for the deflection speed measurement data. The maximum deflection was sought.

なお、本実施形態では、Daubechiesウェーブレットを用いて解析を行なった。Daubechiesウェーブレットを選定した理由は、図4Bに示したように、対称なフィルタではないが、Daubechiesが考案した対称形に近いCoifletウェーブレットを用いた場合とほぼ同じ結果が得られていること、離散ウェーブレット解析では、その有用性が広く認められているためである。   In the present embodiment, analysis was performed using a Daubechies wavelet. The reason why the Daubechies wavelet was selected is that, as shown in FIG. 4B, although it is not a symmetric filter, almost the same result as that obtained when using a Coifflet wavelet close to the symmetric shape devised by Daubechies is obtained. This is because its usefulness is widely recognized in analysis.

図8Bは、計測データおよびフィルタリング後のデータの一例を示す図である。図8Bにおいて、黒い線が計測データであり、白い線がフィルタリング後のデータである。図8Bから分かるように、振動加速度計での計測データが0になるようなレベルのフィルタリング処理であっても、たわみ速度のトレンドは失われておらず、大きな振動成分が除去されている。以上により、離散ウェーブレット解析が、センサ架台のソフト的振動対策として有効であることが分かる。   FIG. 8B is a diagram illustrating an example of measurement data and filtered data. In FIG. 8B, black lines are measurement data, and white lines are data after filtering. As can be seen from FIG. 8B, even when the filtering processing is performed at a level such that the measurement data obtained by the vibration accelerometer becomes zero, the trend of the deflection speed is not lost, and a large vibration component is removed. From the above, it can be seen that the discrete wavelet analysis is effective as a countermeasure against soft vibration of the sensor mount.

本実施形態では、センサ架台を載荷用車両の車体に剛結する。「剛結」とは、センサ架台と車体とが剛体となるようにぶれなく結合させる意味であり、例えば、ボルトナットでの締結、嵌め込み、溶接、接着等、種々の手法を採ることができ、その手法が限定されるわけではない。載荷用車両による走行実験を行なうに当たっては、レーザドップラー振動計のレーザ照射位置および照射角度を以下のように定めた。計測は、独立行政法人土木研究所内における大型万能試験機格納庫内の鋼鉄板床上で実施した。なお、鋼鉄板は、極めて剛性が高いため、床上でたわみは生じないと仮定した。   In the present embodiment, the sensor mount is rigidly connected to the vehicle body of the loading vehicle. `` Rigid connection '' means that the sensor mount and the vehicle body are joined together so as to be a rigid body, for example, various methods such as fastening with bolts and nuts, fitting, welding, adhesion, etc. can be taken, The method is not limited. In carrying out the running experiment using the loading vehicle, the laser irradiation position and the irradiation angle of the laser Doppler vibrometer were determined as follows. The measurement was performed on the steel plate floor in the large universal testing machine hangar in the civil engineering research institute. Since the steel plate is extremely rigid, it was assumed that no deflection occurs on the floor.

図9は、レーザ照射位置および角度の計測の様子を示す図である。図9に示すように、レーザドップラー振動計から赤色レーザを照射した状態で、車軸中心からレーザ照射位置までの距離L(レーザ照射位置)、レーザドップラー振動計の左端からの高さH、床上でのレーザドップラー振動計の左端からのレーザ照射位置までの距離Bを計測して求めた。なお、車軸中心位置および床上でのレーザドップラー振動計の左端位置は、測量用の下げ振り子を用いて位置だしをし、レーザ照射角度θは、図9に示す「b」と「d」を用いて、数式(27)によって算出した。   FIG. 9 is a diagram showing how the laser irradiation position and angle are measured. As shown in FIG. 9, with the red laser emitted from the laser Doppler vibrometer, the distance L (laser irradiation position) from the axle center to the laser irradiation position, the height H from the left end of the laser Doppler vibrometer, on the floor The distance B from the left end of the laser Doppler vibrometer to the laser irradiation position was measured and determined. Note that the axle center position and the left end position of the laser Doppler vibrometer on the floor are positioned using a survey pendulum, and the laser irradiation angle θ uses “b” and “d” shown in FIG. And calculated by the equation (27).

図9に示すように、3台のレーザドップラー振動計を設けた場合、図10に示すような測定結果が得られた。なお、レーザドップラー振動計を鉛直方向に対して傾斜させて設置した場合、図11に示すように、計測されるべきたわみ速度dwm/dtは、車両走行速度Vの影響を受けて実際のたわみ速度よりも大きくなる。そのため、数式(28)に従って、車両速度計(レーザ表面速度計)によって計測した走行速度Vを用いて補正を行なう。   As shown in FIG. 9, when three laser Doppler vibrometers were provided, measurement results as shown in FIG. 10 were obtained. When the laser Doppler vibrometer is installed to be inclined with respect to the vertical direction, the deflection speed dwm / dt to be measured is affected by the vehicle running speed V as shown in FIG. Bigger than. Therefore, correction is performed using the traveling speed V measured by the vehicle speedometer (laser surface speedometer) according to the equation (28).

次に、本実施形態における最大たわみの推定手法について説明する。図12は、路面状態が異なる場合のセンサ架台(水平シャフト)から路面までの距離の一例を示す図である。本実施形態では、3台のレーザドップラー振動計を用いて、舗装路面のたわみ速度を計測する。ここで、図12の(a)に示す場合は、路面がシャフトと並行であるので、平坦なシャフトから路面までの距離は等しく、d=d=dである。これに対し、図12の(b)に示す場合は、路面に凹凸があるため、水平なシャフトから路面までの距離は場所により異なる。すなわち、d≠d≠dである。しかし、水平なシャフトが図12(a)と(b)において同じように上下し、その速度が等しいときは、路面の凹凸によらず、数式(29)を満たす。 Next, the maximum deflection estimation method in this embodiment will be described. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the distance from the sensor mount (horizontal shaft) to the road surface when the road surface state is different. In the present embodiment, the deflection speed of the paved road surface is measured using three laser Doppler vibrometers. Here, in the case shown in FIG. 12A, since the road surface is parallel to the shaft, the distance from the flat shaft to the road surface is equal, and d 1 = d 2 = d 3 . On the other hand, in the case shown in FIG. 12B, since the road surface is uneven, the distance from the horizontal shaft to the road surface varies depending on the location. That is, d 4 ≠ d 5 ≠ d 6 . However, when the horizontal shaft moves up and down in the same manner as in FIGS. 12A and 12B and the speeds are equal, Expression (29) is satisfied regardless of the unevenness of the road surface.

ここで、dd/dtは、水平シャフトと路面との間の相対速度を示す。この相対速度は、車両振動が無いときのレーザドップラー振動計で計測されるたわみ速度に等しい。しかし、走行中に車両が振動するため、水平シャフトの鉛直方向の速度をdv/dtとすると、このときにレーザドップラー振動計で計測される舗装表面のたわみ速度dw/dtは、数式(30)の通りとなる。 Here, dd i / dt indicates the relative speed between the horizontal shaft and the road surface. This relative speed is equal to the deflection speed measured by the laser Doppler vibrometer when there is no vehicle vibration. However, since the vehicle vibrates during traveling, assuming that the vertical speed of the horizontal shaft is dv / dt, the deflection speed dw / dt of the pavement surface measured by the laser Doppler vibrometer at this time is given by Equation (30). It becomes as follows.

従って、レーザドップラー振動計で計測されるたわみ速度から車両の振動速度dv/dtを差し引けば、載荷に伴うたわみ速度を求めることができる。   Therefore, by subtracting the vehicle vibration speed dv / dt from the deflection speed measured by the laser Doppler vibrometer, the deflection speed associated with loading can be obtained.

次に、載荷によるたわみ形状を、数式(12)に示す指数関数によって近似する。車両速度が大きくなると、車輪位置と最大たわみ発生位置が一致しなくなることが知られている。そこで、数式(31)では、パラメータdを導入することによって、この事実を考慮した計算を行なう。なお、本実施形態では、図13に示すように、車輪の直下を原点とする局所座標系を定義する。この局所座標系では、載荷用車両の走行方向と載荷方向を正の方向としている。   Next, the deflection shape due to loading is approximated by an exponential function shown in Expression (12). It is known that when the vehicle speed increases, the wheel position does not coincide with the maximum deflection occurrence position. Therefore, in Equation (31), calculation is performed in consideration of this fact by introducing the parameter d. In the present embodiment, as shown in FIG. 13, a local coordinate system with the origin directly below the wheel is defined. In this local coordinate system, the traveling direction and loading direction of the loading vehicle are set as positive directions.

たわみ量をwとし、
載荷用車両の走行速度をVとし、
距離をxとし、
時間をtとし、
たわみ角をdw/dxとし、
最大たわみをaとし、
たわみ形状に関する係数をbとし、
最大たわみの発生位置をdとすると、たわみ角、たわみ速度および車両走行速度は、以下の通りである。
Let w be the amount of deflection.
Let V be the traveling speed of the loading vehicle,
Let x be the distance
Let time be t,
The deflection angle is dw / dx,
The maximum deflection is a,
The coefficient relating to the deflection shape is b,
Assuming that the maximum deflection occurrence position is d, the deflection angle, the deflection speed, and the vehicle traveling speed are as follows.

数式(31)を距離xで微分し、たわみ角を求めると、数式(33)となる。数式(33)を数式(32)に代入すると、数式(34)が得られ、ここで、
cを2abVとし、
g(x)をdw/dxとして、
数式(34)の両辺の対数をとると、数式(35)が得られる。
When the equation (31) is differentiated by the distance x to obtain the deflection angle, the equation (33) is obtained. Substituting equation (33) into equation (32) yields equation (34), where
c is 2abV,
Let g (x) be dw / dx,
Taking the logarithm of both sides of Equation (34), Equation (35) is obtained.

最小自乗法を用い、評価関数J(c,b,d)を数式(36)に示すように設定し、評価関数J(c,b,d)が最小となるときのd、aおよびbを、数式(37)および(38)を用いて、たわみ形状および最大たわみ量を算出する。   Using the least square method, the evaluation function J (c, b, d) is set as shown in Equation (36), and d, a, and b when the evaluation function J (c, b, d) is minimized Using the equations (37) and (38), the deflection shape and the maximum deflection amount are calculated.

ただし、数式(37)において、XとYは以下の通りである。
ただし、数式(38)において、PとQは以下の通りである。
However, in Formula (37), X and Y are as follows.
However, in Formula (38), P and Q are as follows.

本発明者らは、「動的たわみ測定装置(MWD:Moving Wheel Deflectometer)」の走行実験を行なった。走行実験を行なうに当たっては、図14に示すように、計測条件を設定した。データ計測は、マルチレコーダ(東京測器研究所、TMR-200)を使用し、レーザドップラー振動計、レーザ表面速度計、振動加速度計を同期させ、USBケーブルを介して、コンピュータに計測データをリアルタイムで取り込んだ。この走行実験では、時速10km、時速30km、および時速50kmで載荷用車両を走行させて、舗装路面のたわみ速度を計測した。計測したデータに対して、上述したように離散ウェーブレット変換・逆変換を行ない、車両振動によるノイズを除去した。図15A〜図15Iは、その結果を示す図である。図15Aは、走行速度を10kmとしたときの振動加速度計で計測した振動加速度を示す。図15Bは、走行速度を10kmとしたときのレーザドップラー振動計No.1〜No.3で測定したたわみ速度を示す。レーザドップラー振動計No.1〜No.3は、照射位置Lが、それぞれ25.6cm、41.2cm、66.7cmとなっている。図15Bでは、計測したたわみ速度は、各レーザドップラー振動計での区別を付けることができない状態で示されている。図15Cは、走行速度を10kmとしたときのウェーブレット解析後のたわみ速度を示す。41.2cmおよび66.7cmの位置では、ほぼ同じ波形となっている。いずれもノイズである車両振動加速度が除去されている。   The present inventors conducted a running experiment of a “Dynamic Deflection Measuring Device (MWD)”. In conducting the running experiment, measurement conditions were set as shown in FIG. Data measurement uses a multi-recorder (Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd., TMR-200) to synchronize the laser Doppler vibrometer, laser surface velocimeter, and vibration accelerometer, and send measurement data to the computer in real time via a USB cable. I took it in. In this running experiment, the loading vehicle was run at a speed of 10 km / h, 30 km / h, and 50 km / h, and the deflection speed of the paved road surface was measured. Discrete wavelet transform / inverse transform was performed on the measured data as described above to remove noise caused by vehicle vibration. 15A to 15I are diagrams showing the results. FIG. 15A shows the vibration acceleration measured by the vibration accelerometer when the traveling speed is 10 km. FIG. 15B shows a laser Doppler vibrometer No. when the traveling speed is 10 km. 1-No. 3 shows the deflection rate measured. Laser Doppler Vibrometer No. 1-No. 3, the irradiation position L is 25.6 cm, 41.2 cm, and 66.7 cm, respectively. In FIG. 15B, the measured deflection speed is shown in a state where it cannot be distinguished by each laser Doppler vibrometer. FIG. 15C shows the deflection speed after wavelet analysis when the traveling speed is 10 km. At the positions of 41.2 cm and 66.7 cm, almost the same waveform is obtained. In both cases, the vehicle vibration acceleration, which is noise, is removed.

図15Dは、走行速度を30kmとしたときの振動加速度計で計測した振動加速度を示す。図15Eは、走行速度を30kmとしたときのレーザドップラー振動計No.1〜No.3で測定したたわみ速度を示す。図15Eでは、計測したたわみ速度は、各レーザドップラー振動計での区別を付けることができない状態で示されている。図15Fは、走行速度を30kmとしたときのウェーブレット解析後のたわみ速度を示す。41.2cmおよび66.7cmの位置では、ほぼ同じ波形となっている。いずれもノイズである車両振動加速度が除去されている。   FIG. 15D shows the vibration acceleration measured by the vibration accelerometer when the traveling speed is 30 km. FIG. 15E shows a laser Doppler vibrometer No. when the traveling speed is 30 km. 1-No. 3 shows the deflection rate measured. In FIG. 15E, the measured deflection speed is shown in a state where it cannot be distinguished by each laser Doppler vibrometer. FIG. 15F shows the deflection speed after wavelet analysis when the traveling speed is 30 km. At the positions of 41.2 cm and 66.7 cm, almost the same waveform is obtained. In both cases, the vehicle vibration acceleration, which is noise, is removed.

図15Gは、走行速度を50kmとしたときの振動加速度計で計測した振動加速度を示す。図15Hは、走行速度を50kmとしたときのレーザドップラー振動計No.1〜No.3で測定したたわみ速度を示す。図15Hでは、計測したたわみ速度は、各レーザドップラー振動計での区別を付けることができない状態で示されている。図15Iは、走行速度を50kmとしたときのウェーブレット解析後のたわみ速度を示す。41.2cmおよび66.7cmの位置では、ほぼ同じ波形となっている。いずれもノイズである車両振動加速度が除去されている。   FIG. 15G shows the vibration acceleration measured by the vibration accelerometer when the traveling speed is 50 km. FIG. 15H shows a laser Doppler vibrometer No. when the traveling speed is 50 km. 1-No. 3 shows the deflection rate measured. In FIG. 15H, the measured deflection speed is shown in a state where it cannot be distinguished by each laser Doppler vibrometer. FIG. 15I shows the deflection speed after wavelet analysis when the traveling speed is 50 km. At the positions of 41.2 cm and 66.7 cm, almost the same waveform is obtained. In both cases, the vehicle vibration acceleration, which is noise, is removed.

本実施例では、センサ架台の振動加速度がほぼ除去できるように、ウェーブレット逆変換時のウェーブレット係数(フィルタレベル)を設定し、同レベルのフィルタでたわみ速度のノイズを除去した。なお、各走行速度でのたわみ速度は、数式(28)によって速度補正を行なう前のもので、各走行速度での走行実験のうち、1回分を示した。   In this embodiment, the wavelet coefficient (filter level) at the time of wavelet inverse transformation is set so that the vibration acceleration of the sensor mount can be almost removed, and the deflection speed noise is removed by the filter of the same level. In addition, the deflection speed at each traveling speed is the one before the speed correction is performed by Expression (28), and one time out of the traveling experiments at each traveling speed is shown.

<最大たわみ解析結果>
図15A〜図15Iに示したように、離散ウェーブレット解析によって、ノイズを除去し、走行速度毎に最大たわみを算出し、FWD試験結果と比較した。その結果を、図16A〜図16Cに示す。なお、各図の凡例2012は、2012年度に計測した同じ場所におけるMWDたわみ、2013(1)、2013(2)は、2013年度に計測したMWDたわみを示す。
<Maximum deflection analysis result>
As shown in FIGS. 15A to 15I, noise was removed by discrete wavelet analysis, the maximum deflection was calculated for each traveling speed, and compared with the FWD test results. The results are shown in FIGS. 16A to 16C. In addition, the legend 2012 of each figure shows the MWD deflection in the same place measured in 2012, 2013 (1) and 2013 (2) show the MWD deflection measured in 2013.

これらの結果を比較すると、離散ウェーブレット解析によってノイズを除去することによって、2012年度よりも2013年度の最大たわみの推定制度が、格段に向上しており、FWDたわみとMWDたわみがおおむね一致していることと、走行実験の再現性も高いことが分かる。特に、500m付近と1350m付近の比較的広範囲にわたって支持力が低下している箇所、つまり、FWDたわみが大きくなっている箇所は、走行速度に関わらずFWDと同程度の値となっている。   Comparing these results, by removing noise by discrete wavelet analysis, the estimation system for maximum deflection in 2013 is much improved over that in 2012, and the FWD deflection and MWD deflection are roughly consistent. It can be seen that the reproducibility of the driving experiment is also high. In particular, the places where the supporting force is reduced over a relatively wide range around 500 m and around 1350 m, that is, the places where the FWD deflection is large have the same value as the FWD regardless of the traveling speed.

この結果、本実施例に係るMWDは、FWDと遜色のない計測精度を得ることが可能であることが分かった。   As a result, it was found that the MWD according to this example can obtain measurement accuracy comparable to that of FWD.

<変形例1>
次に、レーザドップラー振動計とレーザ式変位計を併用する場合の変形例について説明する。図17は、変形例1の概略構成を示す図である。変形例1では、載荷用車両の車体にレーザ式変位計用架台121が剛結されている。そして、レーザ式変位計用架台121の車両走行方向に、複数のレーザ式変位計120が並設されている。なお、図17では、レーザドップラー振動計3の取り付け位置が車体後端となっているが、本発明の本質に影響を与えるものではない。
<Modification 1>
Next, a modified example in the case where a laser Doppler vibrometer and a laser displacement meter are used in combination will be described. FIG. 17 is a diagram illustrating a schematic configuration of the first modification. In Modification 1, a laser displacement meter base 121 is rigidly connected to a vehicle body of a loading vehicle. A plurality of laser displacement meters 120 are arranged in parallel in the vehicle traveling direction of the laser displacement meter mount 121. In FIG. 17, the mounting position of the laser Doppler vibrometer 3 is the rear end of the vehicle body, but this does not affect the essence of the present invention.

このような構成で載荷用車両を走行させ、各レーザ式変位計120で、舗装路面との距離を測定する。レーザ式変位計用架台121が車体に剛結されているため、測定データには車両走行振動が含まれることとなるが、上述したように、本発明における時系列周波数解析により、振動除去を行なう。より具体的には、低速では、上述したように、レーザドップラー振動計3でたわみ速度を求める一方、高速では、レーザ式変位計120で変位量を求める。そして、求めたたわみ速度と変位量から、車両走行時の車両走行振動をウェーブレット解析によってソフト的に振動を除去し、舗装路面のたわみ量を求める。これにより、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   The loading vehicle is made to travel in such a configuration, and each laser displacement meter 120 measures the distance from the paved road surface. Since the laser displacement meter base 121 is rigidly connected to the vehicle body, the measurement data includes vehicle running vibration. As described above, the vibration removal is performed by the time-series frequency analysis in the present invention. . More specifically, as described above, at a low speed, the deflection speed is obtained by the laser Doppler vibrometer 3, while at a high speed, the displacement is obtained by the laser displacement meter 120. Then, from the obtained deflection speed and displacement, the vehicle running vibration during vehicle running is softly removed by wavelet analysis to obtain the deflection amount of the paved road surface. As a result, it is possible to eliminate the influence of the vehicle running vibration without adopting the vibration isolation structure, and to improve the accuracy of deflection measurement.

<変形例2>
次に、本実施形態の変形例2について説明する。変形例2では、レーザ式変位計を車軸に取り付けることによって防振を図る。図18Aは、変形例に係る舗装路面のたわみ量の測定原理を示す図である。図18A中、車両は、x軸方向に速度vで進行するものとする。Rは、車輪の半径を示す。いま、舗装路面に凹凸や傾斜がなく、また、車体自体の振動や傾きもない理想的な状況を考えると、車軸直下のたわみは、次式で与えられる。
<Modification 2>
Next, a second modification of the present embodiment will be described. In the second modification, vibration is prevented by attaching a laser displacement meter to the axle. FIG. 18A is a diagram illustrating a measurement principle of the amount of deflection of a paved road surface according to a modification. In FIG. 18A, it is assumed that the vehicle travels at a speed v in the x-axis direction. R represents the radius of the wheel. Considering an ideal situation where there is no unevenness or inclination on the paved road surface, and there is no vibration or inclination of the car body itself, the deflection just below the axle is given by the following equation.

=Δ−Δ
ただし、上式中、wは、車体の重量負荷時における前記車軸下(x=0)の舗装路面のたわみを示し、Δは、車体の重量負荷時におけるx軸と直交するy軸方向のレーザ式変位計と舗装路面との間の距離を示し、Δは、車軸位置からx軸方向に離れた位置(x=d)におけるy軸方向のレーザ式変位計と舗装路面との間の距離を示す。Δは、たわみ測定に際して、基準となる距離を示すものであり、重量負荷により生ずる舗装路面のたわみ量を含む距離Δとの差をとることで、たわみ量wを測定することができる。
w 0 = Δ 0 −Δ d
In the above equation, w 0 indicates the deflection of the paved road surface below the axle (x = 0) when the vehicle body is loaded with weight, and Δ 0 is the y-axis direction orthogonal to the x axis when the vehicle body is loaded with weight. It indicates the distance between the laser displacement meter and pavement, the delta d, between the y-axis direction of the laser displacement meter and pavement at a position apart in the x-axis direction from the axle position (x = d) Indicates the distance. Δ d indicates a reference distance in the deflection measurement, and the deflection amount w 0 can be measured by taking a difference from the distance Δ 0 including the deflection amount of the paved road surface caused by the weight load. .

図18Bおよび図18Cは、本実施形態の変形例2を示す図である。図18Bに示すように、センサ架台に複数のレーザ式変位計が連設されたたわみ測定機10が、車両100の後輪110に取り付けられている。このたわみ測定機10には、図18Cに示すように、レーザ式変位計D1〜D7が、車両100の走行方向に並設されるようにセンサ架台に支持されている。なお、図18Bでは、レーザドップラー振動計は省略されている。   18B and 18C are diagrams showing a second modification of the present embodiment. As shown in FIG. 18B, a deflection measuring device 10 in which a plurality of laser displacement meters are connected to a sensor base is attached to a rear wheel 110 of the vehicle 100. As shown in FIG. 18C, laser deflection meters D <b> 1 to D <b> 7 are supported on the deflection measuring machine 10 on the sensor mount so as to be arranged in parallel in the traveling direction of the vehicle 100. In FIG. 18B, the laser Doppler vibrometer is omitted.

レーザ式変位計D1は、車両100の走行方向における後輪110の車軸位置に設けられ、走行方向と直交する載荷方向との距離(第1距離)を測定する。また、レーザ式変位計D2は、車軸に取り付けられる車輪の半径Rに対して、レーザ式変位計D1から走行方向に所定距離だけ離れた位置に設けられている。このレーザ式変位計D2は、基準距離を測定する役割を果たし、レーザ式変位計D1から離す距離の下限としては、車輪の半径をRとすると、0.4R以上が好ましく、2R以上がより好ましい。   The laser displacement meter D1 is provided at the axle position of the rear wheel 110 in the traveling direction of the vehicle 100, and measures the distance (first distance) from the loading direction orthogonal to the traveling direction. Further, the laser displacement meter D2 is provided at a position away from the laser displacement meter D1 by a predetermined distance in the traveling direction with respect to the radius R of the wheel attached to the axle. This laser displacement meter D2 plays the role of measuring the reference distance, and the lower limit of the distance away from the laser displacement meter D1 is preferably 0.4R or more, more preferably 2R or more, where R is the radius of the wheel. .

下限が0.4R未満であると、第1距離とレーザ式変位計D2で測定される基準距離との差分が小さく、有意義なたわみ測定を実施できない場合もある。また、下限を2R以上とすると、車輪の荷重負荷によるたわみがないか、または、そのたわみが無視できる程小さい、十分離れた位置におけるレーザ式変位計と舗装路面との間の距離を、基準距離とすることができる。そして、第1距離と基準距離との間の差分をとることで、絶対的な舗装路面のたわみ量を測定することができる。   If the lower limit is less than 0.4R, the difference between the first distance and the reference distance measured by the laser displacement meter D2 is small, and meaningful deflection measurement may not be performed. If the lower limit is 2R or more, the distance between the laser displacement meter and the paved road surface at a sufficiently distant position where there is no deflection due to the load applied to the wheel or the deflection is negligibly small is the reference distance. It can be. Then, by taking the difference between the first distance and the reference distance, the absolute amount of pavement surface deflection can be measured.

また、レーザ式変位計D2とレーザ式変位計Dとの距離の上限としては、5R以下が好ましく、4R以下がより好ましい。上限が5Rを超えると、レーザ式変位計D2を設置するセンサ架台の長さが長くなり、そのセンサ架台の自重によるたわみにより、基準距離を正しく測定することができなくなる場合もある。なお、レーザ式変位計D2とレーザ式変位計Dとの距離の上限は、たわみ測定機10を取り付ける車輪(例えば、後輪)と異なる車輪(例えば、前輪)から受ける荷重により発生するたわみの影響を排除するため、更に、前輪と後輪との間の距離の1/2以下であることが好ましい。   Further, the upper limit of the distance between the laser displacement meter D2 and the laser displacement meter D is preferably 5R or less, and more preferably 4R or less. When the upper limit exceeds 5R, the length of the sensor mount on which the laser displacement meter D2 is installed becomes long, and the reference distance may not be correctly measured due to deflection due to the weight of the sensor mount. The upper limit of the distance between the laser displacement meter D2 and the laser displacement meter D is the influence of deflection generated by a load received from a wheel (for example, the front wheel) different from the wheel (for example, the rear wheel) to which the deflection measuring device 10 is attached. In order to eliminate the above, it is further preferable that the distance is 1/2 or less of the distance between the front wheel and the rear wheel.

本実施形態では、基準距離をレーザ式変位計D2で測定することとしている。このように基準距離をセンサ架台中に配されるレーザ式変位計で測定することによって、舗装路面の状態に応じて正確に変位量を測定することができると共に、容易にたわみ測定を行なうことができる。ただし、基準距離としては、必ずしも、レーザ式変位計D2で測定する必要はなく、レーザ式変位計D1と舗装路面との間の距離との差として、たわみ量を評価できる距離であればよい。例えば、鋼板などに車両を停止させ、レーザ式変位計D1でたわみがない状態で測定される、レーザ式変位計と鋼板との間の距離を基準距離としてもよい。また、レーザ式変位計D1から走行方向に十分離れた位置(例えば、前輪と後輪との間の車体中央部)に他のレーザ式変位計を取り付け、車両を静止した状態で、そのレーザ式変位計と舗装路面との間の距離を測定し、これを基準距離としてもよい。   In the present embodiment, the reference distance is measured by the laser displacement meter D2. By measuring the reference distance with the laser displacement meter arranged in the sensor mount in this way, it is possible to accurately measure the amount of displacement according to the state of the paved road surface and to easily perform the deflection measurement. it can. However, the reference distance does not necessarily need to be measured by the laser displacement meter D2, and may be any distance that can evaluate the deflection amount as the difference between the laser displacement meter D1 and the pavement surface. For example, the distance between the laser displacement meter and the steel plate, which is measured in a state where the vehicle is stopped on the steel plate or the like and there is no deflection by the laser displacement meter D1, may be used as the reference distance. In addition, another laser displacement meter is attached to a position sufficiently away from the laser displacement meter D1 in the traveling direction (for example, the center of the vehicle body between the front wheel and the rear wheel), and the laser type is measured while the vehicle is stationary. The distance between the displacement meter and the paved road surface may be measured, and this may be used as the reference distance.

ところで、車両の走行時、センサ架台は、車軸と同様、舗装路面の状態、車輪の回転運動に応じて、走行方向と直交する方向に振動し(縦揺れ)、走行方向の左右方向に振動する(横揺れ)。さらに、車両の減速、加速による舗装路面に対する荷重負荷状況及び車両の曲折運動による車軸のねじれにより、舗装路面に対する位置が水平な状態から傾斜して変動する。例えば、走行中の車両を減速すれば、重心が車両の前方にシフトしてセンサ架台が走行方向に対して右肩下がりに傾き、車両を加速すれば、重心が前記車両の後方にシフトしてセンサ架台が走行方向に対して右肩上がりに傾く。   By the way, when the vehicle travels, the sensor gantry vibrates in the direction perpendicular to the traveling direction (pitch) according to the state of the paved road surface and the rotational movement of the wheels, like the axle, and vibrates in the left-right direction of the traveling direction. (Rolling). Furthermore, the position with respect to the paved road surface changes in an inclined manner from the horizontal state due to the load applied to the paved road surface due to deceleration and acceleration of the vehicle and torsion of the axle due to the bending motion of the vehicle. For example, if the traveling vehicle is decelerated, the center of gravity shifts to the front of the vehicle and the sensor mount tilts downward in the traveling direction, and if the vehicle is accelerated, the center of gravity shifts to the rear of the vehicle. The sensor mount tilts to the right with respect to the running direction.

従って、レーザ式変位計D2の測定に基づく基準距離は、走行中、常に変化する。このため、ある時刻における基準距離を、その都度、設定する必要がある。また、レーザ式変位計D2から測定される基準距離からセンサ架台の傾斜変動の影響を排除するように基準距離を校正する必要がある。   Accordingly, the reference distance based on the measurement by the laser displacement meter D2 always changes during traveling. For this reason, it is necessary to set the reference distance at a certain time each time. Further, it is necessary to calibrate the reference distance so as to eliminate the influence of the tilt variation of the sensor mount from the reference distance measured from the laser displacement meter D2.

そのため、本実施形態では、走行方向においてレーザ式変位計サD1(たわみ測定変位センサ)を中心としてレーザ式変位計D2と対称位置にレーザ式変位計D3を設けた。図18Dに示すように、レーザ式変位計D2、D3を一対の組変位センサとし、一対の組変位センサのうち一の組変位センサ(レーザ式変位計D2)で測定される組変位センサと舗装路面との間の距離をd2とし、他の組変位センサ(レーザ式変位計D3)で測定される組変位センサと舗装路面との間の距離をd3としたとき、次式、d2−(d2−d3)/2で表される長さが、センサ架台の傾斜変動の影響であることから、この長さで基準距離を校正する。   Therefore, in the present embodiment, the laser displacement meter D3 is provided at a symmetrical position with respect to the laser displacement meter D2 around the laser displacement meter D1 (deflection measurement displacement sensor) in the traveling direction. As shown in FIG. 18D, the laser displacement meters D2 and D3 serve as a pair of pair displacement sensors, and the pair displacement sensor and the pavement measured by one pair of displacement sensors (laser displacement meter D2) of the pair of pair displacement sensors. When the distance between the road surface is d2 and the distance between the set displacement sensor measured by another set displacement sensor (laser displacement meter D3) and the pavement road surface is d3, the following formula, d2- (d2 Since the length represented by -d3) / 2 is the influence of the tilt of the sensor mount, the reference distance is calibrated with this length.

従って、この場合のたわみwは、レーザ式変位計D1で測定されるレーザ式変位計と舗装路面との間の距離(第1距離)をdとして、w=d−{d−(d−d)/2}により算出される。 Accordingly, the deflection w 0 in this case is w 0 = d 1 − {d 2 , where d 1 is the distance (first distance) between the laser displacement meter measured by the laser displacement meter D1 and the pavement surface. - is calculated by (d 2 -d 3) / 2 }.

また、車両が停止している場合、舗装路面のたわみは、車軸を通る鉛直軸を中心として軸対称に生じ、その最大たわみは、車軸直下で生じる。一方、車両が走行している場合には、最大たわみ位置は、車両の走行速度、舗装路面の堅さ、舗装の種類で異なるものの、通常、車軸直下ではなく、鉛直軸に対する車両の後部側で生じる。また、たわみの発生状況は、鉛直軸に対する車両の前部側及び後部側で異なり、非対称となる。   Further, when the vehicle is stopped, the paved road surface deflection is axisymmetric about the vertical axis passing through the axle, and the maximum deflection occurs directly under the axle. On the other hand, when the vehicle is running, the maximum deflection position differs depending on the vehicle running speed, the level of the paved road surface, and the type of pavement. Arise. Further, the occurrence of deflection differs between the front side and the rear side of the vehicle with respect to the vertical axis and is asymmetric.

そこで、最大たわみ位置を推定するため、本実施形態においては、たわみ状態測定変位センサとしてレーザ式変位計D4〜D7を設け、最大たわみ位置でのたわみ量を測定する。   Therefore, in order to estimate the maximum deflection position, in the present embodiment, laser displacement meters D4 to D7 are provided as deflection state measurement displacement sensors, and the deflection amount at the maximum deflection position is measured.

すなわち、図18Eに示すように、座標軸上でレーザ式変位計D2、D4、D5の測定結果に基づく近似直線(又は近似曲線)と、レーザ式変位計D3、D6、D7の測定結果に基づく近似直線(又は近似曲線)とを算出し、これら近似直線(又は近似曲線)の交点を最大たわみ位置と推定し、レーザ式変位計D1から最大たわみ位置との距離で、レーザ式変位計D1と舗装路面との間の距離(第1距離)を補正し、最大たわみ位置でのたわみ量を測定する。   That is, as shown in FIG. 18E, an approximate straight line (or approximate curve) based on the measurement results of the laser displacement meters D2, D4, and D5 and an approximation based on the measurement results of the laser displacement meters D3, D6, and D7 on the coordinate axes. A straight line (or approximate curve) is calculated, the intersection of these approximate straight lines (or approximate curves) is estimated as the maximum deflection position, and the laser displacement meter D1 and the pavement are distanced from the laser displacement meter D1 to the maximum deflection position. The distance between the road surface (first distance) is corrected and the amount of deflection at the maximum deflection position is measured.

この近似直線は、たわみ測定変位センサ(レーザ式変位計D1)を中心とした走行方向の前後位置に少なくとも2つずつたわみ状態変位測定センサを設けることによって、得ることができる。また、たわみ状態測定変位センサとしては、走行方向において、車輪の半径Rに対して、1R未満の距離だけたわみ測定変位センサから離れた位置に設けることが好ましい。1R以上の位置に設けると、たわみが少ない位置での測定となり、近似直線(又は近似曲線)による最大たわみ位置の推定が困難になることがある。   This approximate straight line can be obtained by providing at least two deflection state displacement measurement sensors at the front and rear positions in the traveling direction with the deflection measurement displacement sensor (laser displacement meter D1) as the center. Further, the deflection state measurement displacement sensor is preferably provided at a position away from the deflection measurement displacement sensor by a distance of less than 1R with respect to the radius R of the wheel in the traveling direction. If it is provided at a position of 1R or more, measurement is performed at a position where there is little deflection, and it may be difficult to estimate the maximum deflection position using an approximate line (or approximate curve).

なお、距離が1R未満であれば、組変位センサ(レーザ式変位計D2,D3)は、たわみ状態測定変位センサとしての機能を兼ねることができる。   If the distance is less than 1R, the combined displacement sensor (laser displacement meters D2 and D3) can also function as a deflection state measurement displacement sensor.

上記のような近似曲線により、最大たわみ位置の推定を行なう場合、たわみ状態測定変位センサを密に配置することで、例えば、座標軸上で舗装路面のたわみ形状に応じた下に凸の高次関数又は特殊関数による近似曲線を算出し、その最底部の位置情報からより正確な最大たわみ位置を推定するようにしてもよい。また、たわみ状態測定変位センサを走行方向においてたわみ測定変位センサ(レーザ式変位計D1)を中心とする対称位置に配置することによって、より正確な最大たわみ位置を推定することができる。   When estimating the maximum deflection position using the approximate curve as described above, by arranging the deflection state measurement displacement sensors densely, for example, a downwardly convex high-order function corresponding to the deflection shape of the paved road surface on the coordinate axis Alternatively, an approximate curve using a special function may be calculated, and a more accurate maximum deflection position may be estimated from position information at the bottom. Further, by disposing the deflection state measurement displacement sensor in a symmetrical position around the deflection measurement displacement sensor (laser displacement meter D1) in the traveling direction, a more accurate maximum deflection position can be estimated.

なお、車輪から受ける荷重負荷の大きさに応じて、1R以上の位置に有意なたわみが存在する場合には、高精度の近似曲線を得る等の観点から、1R未満の位置のたわみ状態測定センサに加えて、1R以上の位置にたわみ状態測定センサを設けることができる。ただし、この場合も、最大たわみ位置を正しく推定する観点から、走行方向の前後位置で、1R未満の位置に少なくとも2つずつたわみ状態測定センサを配置することが好ましい。   If there is a significant deflection at a position of 1R or more depending on the magnitude of the load applied from the wheel, a deflection state measurement sensor at a position of less than 1R is obtained from the viewpoint of obtaining a highly accurate approximate curve. In addition, a deflection state measuring sensor can be provided at a position of 1R or more. However, also in this case, from the viewpoint of correctly estimating the maximum deflection position, it is preferable to arrange at least two deflection state measurement sensors at positions less than 1R in the front-rear position in the traveling direction.

また、本変形例2によるたわみ測定においては、車両100にロータリーエンコーダ等の測距離計を設けることで、たわみの測定と、そのたわみが生じた位置情報を同期させて、舗装路面のたわみ情報を得ることができる。舗装路面のたわみ量と位置情報とを一定の時間間隔で同時計測することで、測定位置に対応したたわみ情報が得られる。このように、レーザドップラー振動計とレーザ式変位計とを併用することによって、たわみ測定精度の向上を図ることが可能となる。   Further, in the deflection measurement according to the second modification, by providing a rangefinder such as a rotary encoder in the vehicle 100, the deflection measurement and the positional information where the deflection has occurred are synchronized, and the deflection information on the paved road surface is obtained. Can be obtained. By simultaneously measuring the deflection amount and position information of the paved road surface at regular time intervals, deflection information corresponding to the measurement position can be obtained. In this way, by using the laser Doppler vibrometer and the laser displacement meter in combination, it is possible to improve the deflection measurement accuracy.

以上説明したように、本実施形態に係る動的たわみ測定装置(MWD)によれば、載荷用車両の車体にセンサ架台が剛結されるので、防振構造を採用した場合に防振材料から生ずる振動の影響が無くなり、車両振動速度を直接取得することができる。そして、防振構造を採用せずに、車両走行振動の影響を除去することができ、たわみ計測の精度を向上させることが可能となる。   As described above, according to the dynamic deflection measuring apparatus (MWD) according to the present embodiment, the sensor mount is rigidly connected to the vehicle body of the loading vehicle. The influence of the generated vibration is eliminated, and the vehicle vibration speed can be directly acquired. In addition, it is possible to remove the influence of the vehicle running vibration without adopting the vibration isolation structure, and to improve the accuracy of the deflection measurement.

1 載荷用車両
3 レーザドップラー振動計
5 振動加速度計
10 たわみ測定機
100 車両
110 後輪
120 レーザ式変位計
121 レーザ式変位計用架台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Loading vehicle 3 Laser Doppler vibrometer 5 Vibration accelerometer 10 Deflection measuring device 100 Vehicle 110 Rear wheel 120 Laser displacement meter 121 Laser displacement meter mount

Claims (7)

舗装路面のたわみを動的に計測するたわみ計測方法であって、
車体にセンサ架台が剛結され、前記センサ架台にレーザドップラー振動計および振動加速度計が設置された載荷用車両を走行させるステップと、
前記載荷用車両の走行中に、車体に剛結された前記センサ架台上の前記レーザドップラー振動計で各測定点のたわみ速度を取得すると共に、車体に剛結された前記センサ架台上の前記振動加速度計で各測定点における車両の振動加速度を直接取得するステップと、
前記各測定点の振動加速度を示す車両振動波形に対し、離散ウェーブレット変換を行なって、前記車両振動波形を概略平坦とするフィルタを決定するステップと、
前記フィルタを用いて、前記各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去するステップと、
前記車両振動速度が除去された前記各測定点のたわみ速度から最大たわみを算出するステップと、を含むことを特徴とするたわみ計測方法。
A deflection measurement method for dynamically measuring the deflection of a paved road surface,
Running a loading vehicle in which a sensor mount is rigidly connected to the vehicle body, and a laser Doppler vibrometer and a vibration accelerometer are installed on the sensor mount;
While the cargo vehicle described above is running, the laser Doppler vibrometer on the sensor mount rigidly connected to the vehicle body acquires the deflection speed of each measurement point, and the vibration on the sensor mount rigidly connected to the vehicle body Directly acquiring the vehicle 's vibration acceleration at each measurement point with an accelerometer;
Performing a discrete wavelet transform on the vehicle vibration waveform indicating the vibration acceleration at each measurement point to determine a filter that substantially flattens the vehicle vibration waveform;
Using the filter, removing a vehicle vibration speed from a deflection speed of each measurement point;
Calculating a maximum deflection from a deflection speed at each of the measurement points from which the vehicle vibration speed has been removed .
ウェーブレットフィルタおよびスケーリングフィルタを用いて、数式(1)で示されるウェーブレット係数wi,tおよび数式(2)で示されるスケーリング係数vi,tを算出することによって前記離散ウェーブレット変換を行ない、数式(3)で示されるスケーリング係数vi,tを算出することによってウェーブレット逆変換を行ない、前記各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去することを特徴とする請求項1記載のたわみ計測方法。
Using the wavelet filter and the scaling filter, the discrete wavelet transform is performed by calculating the wavelet coefficients wi, t represented by the formula (1) and the scaling coefficients vi, t represented by the formula (2), and the formula (3) The deflection measurement method according to claim 1, wherein wavelet inverse transformation is performed by calculating a scaling coefficient vi, t indicated by: and a vehicle vibration velocity is removed from a deflection velocity at each measurement point.
前記載荷用車両の車輪直下を原点とする局所座標系を定義し、前記載荷用車両の走行方向および載荷方向を正の方向とし、たわみ量をwとし、前記載荷用車両の走行速度をVとし、距離をxとし、時間をtとし、たわみ角をdw/dxとし、最大たわみをaとし、たわみ形状に関する係数をbとし、最大たわみの発生位置をdとし、数式(4)から数式(5)で示されるたわみ角を求め、このたわみ角と数式(6)とから数式(7)を求め、cを2abVとし、g(x)をdw/dxとして、数式(7)の両辺の対数をとって数式(8)を求め、最小自乗法を用いて評価関数J(c,b,d)を数式(9)に示すように設定し、前記評価関数J(c,b,d)が最小となるときのd、前記aおよび前記bを求めることによって、たわみ形状および最大たわみ量を算出することを特徴とする請求項1または請求項2記載のたわみ計測方法。
Define a local coordinate system with the origin directly below the wheel of the cargo vehicle as described above, the traveling direction and loading direction of the cargo vehicle as described above as positive directions, the deflection amount as w, and the traveling speed of the cargo vehicle as described above as V. , The distance is x, the time is t, the deflection angle is dw / dx, the maximum deflection is a, the coefficient relating to the deflection shape is b, the position of occurrence of the maximum deflection is d, and the equations (4) to (5) ), The equation (7) is obtained from this deflection angle and the equation (6), c is 2abV, g (x) is dw / dx, and the logarithm of both sides of the equation (7) is obtained. Equation (8) is obtained, and the evaluation function J (c, b, d) is set as shown in Equation (9) using the least square method, and the evaluation function J (c, b, d) is minimum. By calculating d, a, and b when Claim 1 or claim 2 deflection measuring method wherein calculating the fine maximum deflection amount.
前記載荷用車両にレーザ式変位計用架台が設けられ、前記レーザ式変位計用架台の前記載荷用車両の走行方向に並設された複数のレーザ式変位計で、前記載荷用車両の走行中に、前記各レーザ式変位計と舗装路面との距離を測定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のたわみ計測方法。   The load vehicle is provided with a laser displacement meter gantry, and the laser displacement meter gantry includes a plurality of laser displacement meters arranged in parallel in the traveling direction of the load vehicle. The deflection measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein a distance between each laser displacement meter and a paved road surface is measured. 舗装路面のたわみを動的に計測するたわみ計測装置であって、
載荷用車両の車体に剛結されたセンサ架台と、
前記センサ架台に設置されたレーザドップラー振動計および振動加速度計と、を備え、
前記載荷用車両の走行中に、車体に剛結された前記センサ架台上の前記レーザドップラー振動計で各測定点のたわみ速度を取得すると共に、車体に剛結された前記センサ架台上の前記振動加速度計で各測定点における車両の振動加速度を直接取得し、
前記各測定点の振動加速度を示す車両振動波形に対し、離散ウェーブレット変換を行なって、前記車両振動波形を概略平坦とするフィルタを決定し、
前記フィルタを用いて、前記各測定点のたわみ速度から車両振動速度を除去し、
前記車両振動速度が除去された前記各測定点のたわみ速度から最大たわみを算出することを特徴とするたわみ計測装置。
A deflection measuring device that dynamically measures the deflection of a paved road surface,
A sensor base rigidly coupled to the body of the loading vehicle;
A laser Doppler vibrometer and a vibration accelerometer installed on the sensor mount;
While the cargo vehicle described above is running, the laser Doppler vibrometer on the sensor mount rigidly connected to the vehicle body acquires the deflection speed of each measurement point, and the vibration on the sensor mount rigidly connected to the vehicle body Acquire the vibration acceleration of the vehicle directly at each measurement point with the accelerometer,
The vehicle vibration waveform indicating the vibration acceleration at each measurement point is subjected to discrete wavelet transform to determine a filter that substantially flattens the vehicle vibration waveform,
Using the filter, the vehicle vibration speed is removed from the deflection speed of each measurement point ,
A deflection measuring apparatus , wherein a maximum deflection is calculated from a deflection speed at each of the measurement points from which the vehicle vibration speed has been removed .
前記載荷用車両の走行速度を測定するレーザ表面速度計を更に備えることを特徴とする請求項5記載のたわみ計測装置。   6. The deflection measuring apparatus according to claim 5, further comprising a laser surface velocimeter for measuring a traveling speed of the cargo vehicle described above. 前記載荷用車両に設けられたレーザ式変位計用架台と、
前記レーザ式変位計用架台の前記載荷用車両の走行方向に並設された複数のレーザ式変位計と、を更に備え、
前記各レーザ式変位計で、前記載荷用車両の走行中に、前記各レーザ式変位計と舗装路面との距離を測定することを特徴とする請求項5または請求項6記載のたわみ計測装置。
A laser displacement gauge mount provided on the cargo vehicle described above;
A plurality of laser displacement meters arranged in parallel in the traveling direction of the cargo vehicle described above of the laser displacement meter mount;
The deflection measuring apparatus according to claim 5 or 6, wherein the distance between each laser displacement meter and a paved road surface is measured by the laser displacement meter while the cargo vehicle is traveling.
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