JP6567440B2 - 地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械 - Google Patents

Description

本発明は、地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械に関する。

従来、土地造成において、例えばブルドーザを用いて盛土材料を撒き出し、盛土が所定の厚さとなるようにした後、例えば振動ローラにより盛土を転圧して締め固めている。このような土地造成では、振動ローラによる転圧によって盛土が充分に締め固められたか否かを管理する締固め管理が実行されている。

例えば造成工事やダム工事における盛土の締固め管理方法としては、従来から知られている現場密度試験の他、下記の非特許文献１に記載のものがある。

この管理方法では、現場材料を用いて事前に施工試験を行い、この施工試験の結果に基づき、所要の密度を得るための締固め回数を決定する。そして、現場施工において、施工場所全域について予め決められた回数の締固めが履行されているかを管理している。この管理方法では、締固め機械にＧＰＳ等の位置測定器を設置し、この位置測定器によって走行軌跡データを計測している。これにより、施工場所における締固め管理を自動で行うことができる。

また、非特許文献１に記載の管理要領では、締固め回数の他に、締固め前の敷均し厚さや、締固め後の盛土厚さも施工品質の評価の対象としている。

"ＴＳ・ＧＮＳＳを用いた盛土の締固め管理要領"、［online］、平成２４年３月、国土交通省、［平成２８年１月２０日検索］、インターネット〈URL：http://www.mlit.go.jp/tec/sekisan/sekou/pdf/240329jouhouka_kanrikantoku06a.pdf〉

しかしながら、非特許文献１に記載の従来技術では、事前に施工試験を行う必要があり、手間が掛かるので、締固め管理を含めた全体の作業効率において改善の余地がある。

本発明は、地盤の締固めにおける作業効率の向上を図ることが可能な地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械を提供することを目的とする。

本発明は、締固める締固め機械による地盤の締固め状態を測定する地盤の締固め状態測定装置であって、締固め機械に搭載され、地盤に対して検出波を送信して締固め機械の移動方向の前方の地盤高さ及び後方の地盤高さを計測可能な高さ計測部と、締固め機械の通過前の測定地点における前方の地盤高さの計測値と締固め機械の通過後の測定地点における後方の地盤高さの計測値との差である地盤沈下量を算出する地盤沈下量算出部と、を備える。

このような締固め状態測定装置では、締固め機械を移動させて締固めを行いながら、締固め機械に搭載された高さ計測部から検出波を送信して、締固め機械の前方の地盤高さと、締固め機械の後方の地盤高さとを計測する。これにより、同一の測定地点について、締固め機械の通過前の地盤高さの計測値と、締固め機械の通過後の地盤高さの計測値とを比較して、リアルタイムで地盤沈下量を算出することが可能である。事前に施工試験を行う必要がなくなるので、締固め管理の手間を低減して、作業効率の向上を図ることができる。

また、締固め機械が測定地点を通過した直後に地盤沈下量を算出可能であるので、通過前の地盤高さの計測時刻と通過後の地盤高さの計測時刻とに大きな差が生じないようにすることができる。そのため、ＧＰＳにおける誤差要因の影響を抑制して、地盤沈下量を計測することができる。その結果、地盤沈下量の測定精度を向上させることができる。

また、従来の締固め管理では、事前に決定された締固め回数分、締固めを行うことになっていた。この締固め状態測定装置では、締固め機械による締固め後に、地盤沈下量を算出することができるので、算出された地盤沈下量に基づいて、所要の地盤沈下量に達しているかを判断することが可能となる。この判断に基づいて、締固めの終了を決定することができる。そのため、事前に決定された回数分の締固めを実行する前に、締固めを終了することが可能であり、不要な締固めを減らすことができる。その結果、作業効率を向上させることができる。

高さ計測部は、締固め機械の前部に設置され、締固め機械の前方の地盤高さを計測する前方高さ計測部と、締固め機械の後部に設置され、締固め機械の後方の地盤高さを計測する後方高さ計測部と、を有する構成でもよい。これにより、締固め機械の前方の地盤に対して、前方高さ計測部を近付けて配置し、締固め機械の後方の地盤に対して、後方高さ計測部を近付けて配置することができ、高さ計測部による測定精度を向上させることができる。その結果、地盤沈下量を精度良く測定することができるので、締固めの終了を精度良く判断することができ、不要な締固め作業を削減することができる。

また、締固め状態測定装置は、締固め機械に搭載され、当該締固め機械の位置情報を取得する位置情報取得部を更に備え、地盤沈下量算出部は、位置情報取得部で取得された位置情報に基づいて、測定地点を特定し、特定された測定地点の計測値に基づいて、地盤沈下量を算出してもよい。位置情報取得部が締固め機械に搭載されているので、締固め機械の移動に合わせて測定地点の位置情報を取得し、特定された同一の測定地点同士の計測値を比較して、地盤沈下量を算出することができる。

また、位置情報取得部は、締固め機械の位置を検出するＧＰＳ位置検出部を含み、ＧＰＳ位置検出部は、通過前の測定地点の計測値を測定した際の締固め機械の位置情報を取得すると共に、通過後の測定地点の計測値を測定した際の締固め機械の位置情報を取得する構成でもよい。これにより、締固め機械に搭載されたＧＰＳ位置検出部を用いて、締固め機械の移動に合わせて位置情報を取得して、締固め機械の通過前後における測定地点を特定することができる。

また、位置情報取得部は、締固め機械の移動速度を検出する移動速度検出部を含み、地盤沈下量算出部は、締固め機械の移動速度に基づいて、測定地点を特定する構成でもよい。これにより、前方の地盤高さを計測してから、締固め機械が移動して、同一の測定地点について、後方の地盤高さを計測するまでの移動距離（または移動時間）を算出し、同一測定地点の計測値を特定して、地盤沈下量を算出することができる。

本発明は、締固め機械による地盤の締固め状態を測定する地盤の締固め状態測定方法であって、締固め機械を移動させて地盤の締固めを行いながら、当該締固め機械から地盤に対して検出波を送信して締固め機械の移動方向の前方の地盤高さ及び後方の地盤高さを計測する地盤高さ計測工程と、締固め機械の通過前の測定地点における前方の地盤高さの計測値と締固め機械の通過後の測定地点における後方の地盤高さの計測値との差である地盤沈下量を算出する地盤沈下量算出工程と、を含む。

このような締固め状態測定方法によれば、締固め機械を移動させながら、当該締固め機械から検出波を送信して、締固め機械の前方の地盤高さと、締固め機械の後方の地盤高さとを計測する。これにより、同一の測定地点について、締固め機械の通過前の地盤高さの計測値と、締固め機械の通過後の地盤高さの計測値とを比較して、リアルタイムで地盤沈下量を算出することが可能である。事前に施工試験を行う必要がなくなるので、締固め管理の手間を低減し、作業効率の向上を図ることができる。

また、締固め機械が測定地点を通過した直後に地盤沈下量を算出可能であるので、通過前の地盤高さの計測時刻と通過後の地盤高さの計測時刻とに大きな差が生じないようにすることができる。そのため、ＧＰＳにおける誤差要因の影響を抑制して、地盤沈下量を計測することができる。その結果、地盤沈下量の測定精度を向上させることができる。

この締固め状態測定方法では、締固め機械による締固め後に、地盤沈下量を算出することができるので、算出された地盤沈下量に基づいて、所要の地盤沈下量に達しているかを判断することが可能となる。この判断に基づいて、締固めの終了を決定することができる。そのため、事前に決定された回数分の締固めを実行する前に、締固めを終了することが可能であり、不要な締固めを減らすことができる。その結果、作業効率を向上させることができる。

本発明は、地盤を締固める締固め機械であって、地盤を締固めるローラを有する車体と、当該車体に取り付けられており、地盤に対して検出波を送信して締固め機械の移動方向の前方の地盤高さ及び後方の地盤高さを計測可能な高さ計測部と、車体の通過前の測定地点における前方の地盤高さの計測値と車体の通過後の測定地点における後方の地盤高さの計測値との差である地盤沈下量を算出する地盤沈下量算出部と、を備える。

このような締固め機械では、締固め機械を移動させて締固めを行いながら、車体に搭載された高さ計測部から検出波を送信して、締固め機械の前方の地盤高さと、締固め機械の後方の地盤高さとを計測する。これにより、同一の測定地点について、締固め機械の通過前の地盤高さの計測値と、締固め機械の通過後の地盤高さの計測値とを比較して、リアルタイムで地盤沈下量を算出することが可能である。事前に施工試験を行う必要がなくなるので、締固め管理の手間を低減し、作業効率の向上を図ることができる。

また、締固め機械が測定地点を通過した直後に地盤沈下量を算出可能であるので、通過前の地盤高さの計測時刻と通過後の地盤高さの計測時刻とに大きな差が生じないようにすることができる。そのため、ＧＰＳにおける誤差要因の影響を抑制して、地盤沈下量を計測することができる。その結果、地盤沈下量の測定精度を向上させることができる。

この締固め機械では、締固め後に、地盤沈下量を算出することができるので、算出された地盤沈下量に基づいて、所要の地盤沈下量に達しているかを判断することが可能となる。この判断に基づいて、締固めの終了を決定することができる。そのため、事前に決定された回数分の締固めを実行する前に、締固めの終了することが可能であり、不要な締固めを減らすことができる。その結果、作業効率を向上させることができる。

本発明によれば、地盤の締固めにおける作業効率の向上を図ることが可能な地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、締固め機械を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るローラ車両を示す側面図である。 ローラ車両に搭載された締固め状態測定装置を示すブロック構成図である。 締固め対象区域を示す平面図である。 前方の地盤高さ及び後方の地盤高さを示す概略図である。 前方にレーザ光を照射して測定地点の地盤高さを測定するローラ車両及び後方にレーザ光を照射して測定地点の地盤高さを測定するローラ車両を示す概略図である。 転圧回数と盛土の高さとの関係を示すグラフである。 締固め状態測定方法における手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る締固め状態測定装置を示すブロック構成図である。 本発明の第３実施形態に係るローラ車両を示す側面図である。 本発明の第４実施形態に係るローラ車両を示す側面図である。 本発明の第５実施形態に係る締固め状態測定装置を示すブロック構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械について説明する。

例えば、ダムや道路の整備又は住宅地の開発等の造成工事においては、ダンプトラック等で運搬された盛土材料をブルドーザで一定厚さとなるように敷き均し、その後、振動ローラ２ａで盛土を転圧することによって盛土の締固めを行う。ブルドーザで敷き均された直後の盛土は空気と水を多く含んでいるので軟らかい状態となっているが、振動ローラ２ａの転圧によって盛土の空気を減らすことで盛土を所望の固さとなるように締め固める。

図１に示されるように、振動ローラ等のローラ車両（締固め機械）１は走行可能な車体２を備え、車体２には、前輪及び後輪として複数のローラ２ａ，２ｂが設けられている。複数のローラ２ａ，２ｂは鉄製のローラであり、略円柱状を成している。車体２では、例えば前輪が起振ローラ２ａである。また、車体２は、起振ローラ２ａに取り付けられた起振装置２ｃを備えている。なお、ローラ車両１は、後輪として起振ローラを備える構成でもよい。

ローラ車両１は、起振装置２ｃで振動ローラ２ａを振動させながら盛土上を移動する。ローラ車両１が盛土上を移動することで、ローラ車両１の自重及び振動ローラ２ａの振動が盛土に伝達されて、盛土が効果的に締め固められる。

ローラ車両１には、盛土（地盤）の締固め状態を測定する締固め状態測定装置３が搭載されている。締固め状態測定装置３では、例えば、盛土された盛土領域Ａ（図３参照）を正方形状の締固め管理ブロック（締固め対象区域）Ｄに区画して、締固め管理ブロックＤ毎に盛土が充分に締め固められたか否かを判定する。

図２に示されるように、締固め状態測定装置３は、車体２の前方及び後方の地盤高さを計測する三次元レーザスキャナ（高さ計測部）４と、盛土の沈下量を算出すると共に、盛土が締め固められたか否かを判定する締固め情報処理ユニット６と、を備える。また、締固め状態測定装置３は、ローラ車両１の位置情報を取得するＧＰＳ位置検出部（位置情報取得部）７を有する。

ＧＰＳ位置検出部７は、盛土領域Ａにおけるローラ車両１の位置を検出する。ＧＰＳ位置検出部７は、人工衛星から発信された電波をローラ車両１の上部に設置された受信アンテナで受信することによってローラ車両１の高さ情報を含む位置の三次元座標である位置情報を検出する。ローラ車両１の高さ情報は、後述する地盤高さを測定する際の基準としての位置情報であって必ずしも座標値でなくてもよい。

ＧＰＳ位置検出部７によって取得されたローラ車両１の位置情報は、位置情報を取得した時刻と共に締固め情報処理ユニット６の後述する記憶部１０に記憶される。すなわち、測定地点の位置情報及び当該測定地点における地盤高さの計測値を計測した際の時刻が関係付けられて記憶される。

なお、ＧＰＳ位置検出部７により検出した位置情報を時刻とともに計測することで、ローラ車両１では、盛土領域Ａにおけるローラ車両１の移動経路データを作成することができる。また、ローラ車両１は、締固め管理ブロックＤ毎にローラ車両１による転圧回数を算出することも可能となる。

三次元レーザスキャナ４は、例えば、車体２の運転室の屋根上に設置されている。三次元レーザスキャナ４は、車体２の前方にレーザ光（検出波）Ｌ_１を照射して、車体２の前方の地盤の表面形状に関する情報を取得する。また、三次元レーザスキャナ４は、車体２の後方にレーザ光Ｌ_２を照射して、車体２の後方の地盤の表面形状に関する情報を取得する。三次元レーザスキャナ４は、基準点を起点として距離を測定できるので、レーザ光Ｌ１,Ｌ２の設定された照射角により地盤高さを算出でき、地盤の高さを計測することができる。例えば、高さ情報は三次元レーザスキャナ４によるレーザ光Ｌ_１，Ｌ_２の出射点Ｐ_４ａ，Ｐ_４ｂを基準点（上下方向における基準点）としてもよい。

三次元レーザスキャナ４において、前方に照射されるレーザ光Ｌ_１の出射点を出射点Ｐ_４ａとし、後方に照射されるレーザ光Ｌ_２の出射点を出射点Ｐ_４ｂとする。また、レーザ光Ｌ_１の照射角θ_１は、Ｘ方向から見た場合において、鉛直方向Ｚとレーザ光Ｌ_１の照射方向とが交差する角度である。レーザ光Ｌ_１の照射角θ_２は、Ｘ方向から見た場合において、鉛直方向Ｚとレーザ光Ｌ_２の照射方向とが交差する角度である。例えば、照射角θ_１，θ_２は三次元レーザスキャナ４を車体２に取付ける際に設定した値とすることができる。また、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の距離の測定に際して、照射角θ_１，θ_２を測定してもよい。

ローラ車両１では、ローラ２ａ，２ｂにより盛土を転圧しながら、前方にレーザ光Ｌ_１を照射し、後方にレーザ光Ｌ_２を照射して、盛土Ａの表面形状に関する情報を取得する。三次元レーザスキャナ４では、レーザ光Ｌ_１，Ｌ_２を照射し、盛土Ａの表面（以下、「地表Ｓ」という）からの反射光を受光することによって、地表Ｓの三次元座標データを測定する。三次元レーザスキャナ４は、ローラ車両１の走行中にリアルタイムで、車体２の前方（転圧前）の地表Ｓ（測定地点Ｐ_ａ０）の三次元座標データを測定すると共に、車体２の後方（転圧後）の地表Ｓ（測定地点Ｐ_ｂ１）の三次元座標データを測定する。

三次元レーザスキャナ４は、図１、図４及び図５に示されるように、車体２の前方の地表Ｓの高さＨ_０（Ｈ_ａ０）と、車体２の後方の地表Ｓの高さＨ_１（Ｈ_ａ１）を算出する。三次元レーザスキャナ４は、測定地点の三次元座標データに基づいて、高さＨ_０（Ｈ_ａ０），Ｈ_１（Ｈ_ａ１）を算出する。なお、ローラ車両１は走行しながら、三次元座標データに基づく地表Ｓの高さＨ_０，Ｈ_１を算出する。測定した三次元座標データより高さを計測することができる。

三次元レーザスキャナ４によって算出された地表Ｓの高さＨ_０，Ｈ_１に関するデータは、締固め情報処理ユニット６に出力される。

締固め情報処理ユニット６は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部１０となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。締固め情報処理ユニット６では、記憶部１０に記憶されたプログラムを実行することで、地盤沈下量算出部８、判定部９が構築される。

締固め情報処理ユニット６は、盛土領域Ａを予め締固め管理ブロックＤに区画する。図３に示されるように、締固め情報処理ユニット６は、締固め管理ブロックＤの頂点（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_１，ｙ_２）、（ｘ_１，ｙ_３）…（ｘ_２，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、（ｘ_２，ｙ_３）…（ｘ_３，ｙ_１）、（ｘ_３，ｙ_２）、（ｘ_３，ｙ_３）…を定めると共に、各締固め管理ブロックＤを領域「Ｘ_１，Ｙ_１」、「Ｘ_１，Ｙ_２」、「Ｘ_１，Ｙ_３」、「Ｘ_２，Ｙ_１」、「Ｘ_２，Ｙ_２」、「Ｘ_２，Ｙ_３」、「Ｘ_３，Ｙ_１」、「Ｘ_３，Ｙ_２」、「Ｘ_３，Ｙ_３」として識別する。

締固め情報処理ユニット６の記憶部１０には、三次元レーザスキャナ４の計測範囲を示す計測位置情報が格納されている。三次元レーザスキャナ４の計測範囲は、単一の締固め管理ブロックＤ、複数の締固め管理ブロックＤ又は盛土領域Ａ全体のいずれであってもよい。

締固め情報処理ユニット６は、ＧＰＳ位置検出部７から出力された情報に基づいて、ローラ車両１の位置情報を取得する。締固め情報処理ユニット６は、ローラ車両１が領域「Ｘ_１，Ｙ_１」の各頂点（ｘ_２，ｙ_１）、（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、（ｘ_１，ｙ_２）に一回ずつ到達したときに、領域「Ｘ_１，Ｙ_１」の転圧回数を１加算する。記憶部１０は、締固め管理ブロックＤ毎の転圧回数を記憶する。

また、記憶部１０は、沈下量ΔＨの判定閾値に関する情報を記憶する。また、記憶部１０は、三次元レーザスキャナ４で計測された三次元座標データに基づく地表Ｓの高さＨ_０，Ｈ_１に関するデータ、及び当該三次元座標データが計測されたときの車体２の位置情報が記憶されている。

また、締固め情報処理ユニット６は、時刻情報を取得するためのタイマーを有する。高さＨ_０，Ｈ_１に関するデータを記憶部１０に記憶する際には、締固め情報処理ユニット６は、高さＨ_０，Ｈ_１に関するデータと共に、そのデータを取得した時刻を示す時刻情報を記憶する。

地盤沈下量算出部８は、図５に示されるように、ローラ車両１の通過前の測定地点Ｐ_ａにおける地盤の高さ（前方の地盤高さの計測値）Ｈ_ａ０と、ローラ車両１の通過後の測定地点Ｐ_ａにおける地盤の高さ（後方の地盤高さの計測値）Ｈ_ａ１との差である沈下量ΔＨ（＝Ｈ_ａ０−Ｈ_ａ１）を算出する。ローラ車両１は、走行しながら沈下量ΔＨを算出する。

また、地盤沈下量算出部８は、測定位置同士を特定するための測定位置照合部を含んでいる。測定位置照合部は、同一の測定位置について、転圧前の高さに関するデータと、転圧後の高さに関するデータとを照合する。例えば、車体２から測定位置までの距離に関するデータ、及び車体２の位置情報に基づいて、同一の測定位置について転圧前後の高さに関するデータを照合する。

図５では、図示右側から左側へ移動するローラ車両１が示されている。右側に示されたローラ車両１は、時刻ｔ_０において位置Ｐ_ｔ０に存在している。この右側のローラ車両１は、前方に照射したレーザ光Ｌ１によって測定地点Ｐ_ａの地盤の高さＨ_ａ０を計測している。このとき、測定地点Ｐ_ａは、位置Ｐ_ｔ０に存在する車体２の基準位置から距離Ｌ_ａ０（＝ｌ_１ｓｉｎθ_１）前方に位置している。

左側に示されたローラ車両１は、時刻ｔ_１において位置Ｐ_ｔ１に存在している。ローラ車両１は、位置Ｐ_ｔ０から位置Ｐ_ｔ１に移動する間に測定地点Ｐ_ａを転圧している。この左側のローラ車両１は、測定地点Ｐ_ａを通過した後において、後方に照射したレーザ光Ｌ２によって測定地点Ｐ_ａの地盤の高さＨ_ａ１を計測している。このとき、測定地点_Ｐａは、位置Ｐ_ｔ１に存在する車体２の基準位置から距離Ｌ_ａ１（＝ｌ_２ｓｉｎθ_２）後方に位置している。

地盤沈下量算出部８は、ＧＰＳ位置検出部７で取得されたローラ車両１の位置情報及び車体２の基準位置からの距離Ｌ_ａ０に基づいて、通過前の高さＨ_ａ０を測定した際の測定地点Ｐ_ａの絶対位置を特定する。特定された絶対位置に関する情報及び当該測定地点Ｐ_ａにおける通過前の高さＨ_ａ０の計測値は、記憶部１０に記憶される。

地盤沈下量算出部８は、ＧＰＳ位置検出部７で取得されたローラ車両１の位置情報及び車体２の基準位置からの距離Ｌ_ａ１に基づいて、通過後の高さＨ_ａ１を測定した際の測定地点Ｐ_ａの絶対位置を特定する。特定された絶対位置に関する情報及び当該測定地点Ｐ_ａにおける通過後の高さＨ_ａ１の計測値は、記憶部１０に記憶される。

地盤沈下量算出部８は、記憶部１０に記憶されているデータを照合して、同一の測定地点Ｐａの転圧前後の地盤の高さＨ_ａ０，Ｈ_ａ１を特定して、沈下量ΔＨ（＝Ｈ_ａ０−Ｈ_ａ１）を算出する。

判定部９は、例えば沈下量ΔＨが判定閾値以下であるか否かを判定し、締固めの終了を判定する。また、判定部９は、前回（Ｎ−１回目）の沈下量ΔＨ_Ｎ−１と、今回（Ｎ回目）の沈下量ΔＨ_Ｎとの差分である沈下量変化値に基づいて、締固めの終了を判定してもよい。

なお、算出される地盤の高さは、例えば、締固め管理ブロックＤ内の各測定点の高さの平均値としてもよい。地盤沈下量算出部８は、ローラ２ａ，２ｂの通過に合わせて、沈下量ΔＨを算出する。

また、締固め情報処理ユニット６には、表示部１１が接続されている。表示部１１は、例えば、車体２の姿勢、地盤の高さＨ_１，Ｈ_２、沈下量ΔＨ、転圧回数、ローラ車両１の走行位置などに関する情報を表示してもよい。

図６は、転圧回数と盛土の地盤の高さとの関係を示すグラフである。図６では横軸に転圧回数（回）を示し、縦軸に同一の測定地点における盛土の地盤の高さを示す。沈下量ΔＨ_１は、転圧回数が１回目であるときの沈下量である。沈下量ΔＨ_Ｎは、転圧回数がＮ回目であるときの沈下量である（Ｎは自然数）。なお、一般的に盛土は振動ローラ２ａの転圧回数Ｎが少ないほど大きく沈下するので、転圧回数Ｎが増えるほど盛土の沈下量ΔＨ_Ｎは減少していく。判定部９では、沈下量ΔＨ_Ｎが判定閾値以下となった場合に、転圧を終了すると判定する。

次に、図７を参照して、締固め状態測定方法について説明する。

まず、締固め情報処理ユニット６は、盛土領域Ａにおける締固め管理ブロックＤの設定を行う（ステップＳ１）。ステップＳ１において、ローラ２ａ，２ｂによる盛土の転圧が行われる前に盛土領域Ａが区画され、正方形状の締固め管理ブロックＤが定められる。

そして、ローラ車両１を走行させて、ローラ２ａ，２ｂによる盛土領域Ａの転圧を開始する（ステップＳ２）。また、ＧＰＳ位置検出部７は、ローラ車両１の位置情報を取得する。ＧＰＳ位置検出部７は、盛土領域Ａ上におけるローラ車両１の移動経路を検出する。ＧＰＳ位置検出部７は、ローラ車両１の移動経路に基づいて転圧回数を計数する。例えば、締固め管理ブロックＤの各頂点が１回ずつ踏まれている場合には、転圧回数が１加算される。

また、締固め状態測定装置３は、ＧＰＳ位置検出部７によってローラ車両１の位置情報を取得する（ステップＳ３）。取得した位置情報は、記憶部１０に記憶される。

また、締固め状態測定装置３では、ローラ車両１による転圧が行われている際に（走行しながら）、転圧前の地表Ｓの高さＨ_ａ０及び転圧後の地表Ｓの高さＨ_ｂ１を計測する（ステップＳ４：地盤高さ計測工程）。三次元レーザスキャナ４は、車体２の前方にレーザ光Ｌ_１を照射すると共に、車体２の後方にレーザ光Ｌ_２を照射する。三次元レーザスキャナ４は、地表Ｓの表面形状データに基づいて、転圧前後の盛土の地表の高さＨ_ａ０，Ｈ_ｂ１を計測する。三次元レーザスキャナ４は、計測結果を締固め情報処理ユニット６に出力する。

ローラ車両１が移動して転圧している間、ステップＳ３，Ｓ４の処理を並行して行っている。地盤沈下量算出部８は、ローラ車両１の位置情報及び車体２の基準位置からの距離Ｌ_ａ０に基づいて、通過前の高さＨ_ａ０を測定した際の測定地点Ｐ_ａの絶対位置を特定する。同様に、地盤沈下量算出部８は、ローラ車両１の位置情報及び車体２の基準位置からの距離Ｌ_ａ１に基づいて、通過後の高さＨ_ａ１を測定した際の測定地点Ｐ_ａの絶対位置を特定する。特定された絶対位置に関する情報及び当該測定地点Ｐ_ａにおける通過前の高さＨ_ａ０の計測値及び通過後の高さＨ_ａ１は、記憶部１０に記憶される。

次に、締固め状態測定装置３は、同一の測定地点における転圧前の地盤の高さの計測値と、転圧後の地盤の高さの計測値とを特定する（ステップＳ５）。地盤沈下量算出部８は、記憶部１０に記憶されているデータを照合して、同一の測定地点Ｐ_ａの転圧前後の地盤の高さＨ_ａ０，Ｈ_ａ１を特定する。

次に、地盤沈下量算出部８は、沈下量ΔＨを算出する（ステップＳ６、地盤沈下量算出工程）。地盤沈下量算出部８は、ステップＳ５で特定された同一の測定地点Ｐａの転圧前後の地盤の高さＨ_ａ０，Ｈ_ａ１に基づいて、沈下量ΔＨ（＝Ｈ_ａ０−Ｈ_ａ１）を算出する。

次に、締固め状態測定装置３の判定部９は、沈下量ΔＨが判定閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。沈下量ΔＨが判定閾値以下である場合には、その回の転圧により、ローラ車両１による転圧を終了すると決定する。沈下量ΔＨが判定閾値以下ではない場合には、ローラ車両１による転圧を継続して転圧回数を増加し、ステップＳ３〜ステップＳ７を繰り返す。

また、締固め状態測定装置３は、表示部１１を用いて各種情報を表示する。締固め情報処理ユニット６は、例えば、転圧回数、転圧前の盛土の高さＨ_０、転圧後の盛土の高さＨ_１、沈下量ΔＨに関する情報を、表示部１１に表示させる。

このような締固め状態測定装置３では、ローラ車両１を移動させて締固めを行いながら、車体２に搭載された三次元レーザスキャナ４から光を照射して、ローラ車両１の前方の地盤高さと、ローラ車両１の後方の地盤高さとを計測する。これにより、同一の測定地点について、ローラ車両１の通過前の地盤高さの計測値と、ローラ車両１の通過後の地盤高さの計測値とを比較して、リアルタイムで沈下量ΔＨを算出することが可能である。事前に施工試験を行う必要がなくなるので、締固め管理の手間を低減して、作業効率の向上を図ることができる。

また、ローラ車両１が測定地点を通過した直後に沈下量ΔＨを算出可能であるので、通過前の地盤高さの計測時刻と通過後の地盤高さの計測時刻とに大きな差が生じないようにすることができる。従来の技術では、前回の転圧時の計測値と、今回の転圧時の計測値とを比較しているので、時間差が大きくＧＰＳにおける誤差要因の影響が大きくなっていた。この締固め状態測定装置３では、ローラ車両１の通過前と通過後の計測値に基づいて沈下量を測定しているので、時間差を小さくして、ＧＰＳにおける誤差要因の影響を抑制することができる。その結果、沈下量ΔＨの測定精度を向上させることができる。

また、締固め状態測定装置３では、リアルタイムで沈下量ΔＨが計測されるので、沈下量の変化を素早く把握して、沈下量ΔＨの変化に基づいて、所要の沈下量に達しているか否かを判断することができる。この判断に基づいて、転圧の終了時を適切に判定することができる。その結果、沈下量ΔＨの変化が少ない場合において、不要な転圧作業の継続が防止され、工期の短縮を図ることができる。また、リアルタイムで沈下量ΔＨが計測されるので、締固め管理の迅速化を図ることができる。従来の管理方法では、事前に決定された回数分、転圧を実行していたので、沈下量ΔＨが変化しない状態となっていても、そのまま、転圧作業を継続していた。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械について説明する。第２実施形態の説明において、第１実施形態の説明と同様の説明は省略する。

第２実施形態に係る締固め状態測定装置３Ｂが、第１実施形態に係る締固め状態測定装置３と違う点は、ローラ車両１の車速（移動速度）を検出する車速センサ（移動速度検出部）１２を備える点である。車速センサ１２は、起振ローラ２ａの回転角度を計測して、ローラ車両１の車速を検出する。検出された車速に関するデータは、締固め情報処理ユニット６に出力される。

地盤沈下量算出部８の測定位置照合部は、ローラ車両１の車速に基づいて、ローラ車両１の移動距離を算出して、車体２の水平方向における基準位置を特定する。測定位置照合部では、例えば任意の位置を基点として設定し、この基点からの移動距離（走行履歴情報）に基づいて、測定地点を特定する。

例えば、図５に示されるように、時刻ｔ_０における車体２の位置Ｐ_ｔ０を基点として設定する。そして、ローラ車両１の車速及び移動時間に基づいて、ローラ車両１の位置Ｐ_ｔ１を特定する。これにより、通過前の測定地点Ｐ_ａの地盤高さを計測した後に、測定地点Ｐ_ａを通過して転圧を行い、所定時間経過後に、通過後の測定地点Ｐａの地盤高さを計測し、この通過後の計測値を特定することができる。

このように、ローラ車両１の車速及び移動時間に基づいて、転圧前後の測定地点Ｐ_ａの地盤高さの計測値を特定して、測定地点Ｐ_ａにおける沈下量を算出することができる。なお、ローラ車両１が等速で移動する場合には、時間の経過に基づいて、転圧前後の同一の測定地点同士の計測値を特定することができる。

（第３実施形態）
次に、図９を参照して、第３実施形態に係る地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械について説明する。第３実施形態の説明において、第１，第２実施形態の説明と同様の説明は省略する。

図９に示される第３実施形態のローラ車両１Ｂが、図１に示される第１実施形態のローラ車両１と異なる点は、三次元レーザスキャナ１４Ａ，１４Ｂの配置が異なる点である。ローラ車両１Ｂでは、車体２の前部に三次元レーザスキャナ１４Ａが設けられ、車体２の後部に三次元レーザスキャナ１４Ｂが設けられている。三次元レーザスキャナ１４Ａ，１４Ｂにおけるレーザ光の出射点Ｐ_１４ａ，Ｐ_１４ｂは、車体２を水平面に載置したときに、同じ高さ位置となるように配置されている。締固め状態測定装置３は、車体２の前方の盛土の高さを計測する前方高さ計測部として、三次元レーザスキャナ１４Ａを備え、車体２の後方の盛土の高さを計測する後方高さ計測部として、三次元レーザスキャナ１４Ｂを備える。

三次元レーザスキャナ１４Ａは、例えば、車体２の運転室より前方に張り出すボンネット部に設けられている。三次元レーザスキャナ１４Ａは、例えば、ボンネット部の正面（前面）であり、前輪である振動ローラ２ａより上方に配置されている。三次元レーザスキャナ１４Ａは、車体２の前方に向けてレーザ光Ｌ_１を照射する。三次元レーザスキャナ１４Ａは、転圧前の盛土の地表Ｓ上の測定地点Ｐ_ａ０の高さを測定する。

三次元レーザスキャナ１４Ｂは、例えば、車体２の運転室の背面（後面）に設けられている。三次元レーザスキャナ１４Ｂは、車体２の後方に向けてレーザ光Ｌ_２を照射する。三次元レーザスキャナ１４Ｂは、転圧後の盛土の地表Ｓ上の測定地点Ｐ_ｂ１の高さを測定する。

このような第３実施形態に係る締固め状態測定装置３においても、ローラ車両１Ｂに搭載された三次元レーザスキャナ１４Ａから前方にレーザ光を照射して、ローラ車両１Ｂの通過前の盛土の高さＨ_０を計測し、三次元レーザスキャナ１４Ｂから後方にレーザ光を照射して、ローラ車両１Ｂの通過後の盛土の高さＨ_１を計測して、沈下量ΔＨを算出することができる。これにより、転圧前後の地盤の高さを測定する際の時間差を短くして、ＧＰＳにおける誤差要因の影響を抑制することができる。また、位置情報を取得しないで、単に前方の地盤高さと後方の地盤高さの差により沈下量を算出することも可能である。

また、締固め状態測定装置３では、三次元レーザスキャナ１４Ａを車体２の前方の地表Ｓに近付けて配置することができ、三次元レーザスキャナ１４Ｂを車体２の後方の地表Ｓに近付けて配置することができる。これにより、レーザ光の出射点Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂとを地表Ｓに近付けることで、レーザ光の照射距離を短くして誤差要因を減らして測定精度の向上を図ることができる。

（第４実施形態）
次に、図１０を参照して、第４実施形態に係る地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械について説明する。第４実施形態の説明において、第１〜第３実施形態の説明と同様の説明は省略する。

図１０に示される第４実施形態のローラ車両１Ｃが、図９に示される第３実施形態のローラ車両１Ｂと異なる点は、三次元レーザスキャナ１５Ａ，１５Ｂの配置が異なる点である。ローラ車両１Ｃでは、車体２の前部に三次元レーザスキャナ１５Ａが設けられ、車体２の後部に三次元レーザスキャナ１５Ｂが設けられている。

三次元レーザスキャナ１５Ａは、車体２のボンネットから前方に延びる支持部１６によって支持されている。三次元レーザスキャナ１５Ａは、ローラ２ａよりも前方に配置されている。三次元レーザスキャナ１５Ａは、鉛直方向において下方にレーザ光を照射する。

三次元レーザスキャナ１５Ｂは、車体２の運転室の背面から後方に延びる支持部１７によって支持されている。三次元レーザスキャナ１５Ｂは、ローラ２ｂよりも後方に配置されている。三次元レーザスキャナ１５Ｂは、鉛直方向において下方にレーザ光を照射する。

このような第４実施形態に係る締固め状態測定装置においても、ローラ車両１Ｂに搭載された三次元レーザスキャナ１５Ａからローラ２ａより前方の位置にレーザ光を照射して、ローラ車両１Ｃの通過前の盛土の高さＨ_０を計測し、三次元レーザスキャナ１５Ｂからローラ２ｂより後方の位置にレーザ光を照射して、ローラ車両１Ｃの通過後の盛土の高さＨ_１を計測して、沈下量ΔＨを算出することができる。これにより、転圧前後の地盤の高さを測定する際の時間差を短くして、ＧＰＳにおける誤差要因の影響を抑制することができる。また、位置情報を取得しないで、単に前方の地盤高さと後方の地盤高さの差により沈下量を算出することも可能である。

（第５実施形態）
次に、図１１を参照して第５実施形態に係る地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、及び締固め機械について説明する。第５実施形態の説明において、第１〜第４実施形態の説明と同様の説明は省略する。

第５実施形態に係る締固め状態測定装置３Ｃが、第１実施形態に係る締固め状態測定装置３と違う点は、車体２の姿勢を検知する姿勢検知部５を備える点である。

姿勢検知部５は、車体２の姿勢を検知するための各種センサとしてジャイロセンサを有する。姿勢検知部５は、車体２の角度を検出する傾斜計としての機能を有する。姿勢検知部５は、車体２の前後方向に延在する軸線（図４参照）Ｙ_θ３の水平面（ＸＹ面）に対する傾斜角θ_３を検出する。車体２が水平面に載置されている場合には、軸線Ｙ_θ３は、水平面に平行となる。姿勢検知部５は、ローラ車両１の車幅方向（Ｘ方向）に延在するＸ軸周りの車体２の回転角を計測する。姿勢検知部５は、その他の方向に延在する軸線周りの回転角を計測するものでもよい。

また、姿勢検知部５は、車体２の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）周りの角度変化を検出して、車体２の姿勢を算出してもよい。Ｘ軸及びＹ軸は、水平面内で直交する２軸であり、Ｘ軸は、車体２の移動方向と交差する車幅方向に延在し、Ｙ軸は、車体２の移動方向に延在する軸である。Ｚ軸は、鉛直方向に延在する軸である。姿勢検知部５は、各種センサから取得した情報に基づいて、車体２の姿勢として、ピッチ、ロール、ヨーを検出することができる。姿勢検知部５は、車体２の姿勢に関する情報を締固め情報処理ユニット６に出力する。また、姿勢検知部５は、例えば車体２の３軸周りの角速度又は角加速度を検出して、車体２の姿勢を算出してもよい。

締固め状態測定装置３Ｃは、姿勢検知部５によって検知された車体２の姿勢に基づいて、測定位置を補正する。また、締固め状態測定装置３Ｃは、姿勢検知部５によって検知された車体２の姿勢に基づいて、前方の地盤高さＨ_ａ０、または後方の地盤高さＨ_ｂ１の計測値を補正してもよい（図４参照）。

例えば、締固め状態測定装置３Ｃは、姿勢検知部５によって検知された車体２の傾斜角θ_３を考慮して、レーザ光Ｌ_１の照射角θ_１を算出し、前方の地盤高さＨ_ａ０を算出することができる（図４参照）。同様に、締固め状態測定装置３Ｃは、姿勢検知部５によって検知された車体２の傾斜角θ_３を考慮して、レーザ光Ｌ_２の照射角θ_２を算出し、後方の地盤高さＨ_ｂ１を算出することができる。

このような第５実施形態に係る締固め状態測定装置３Ｃにおいても、ローラ車両１に搭載された三次元レーザスキャナ４からローラ２ａより前方の位置にレーザ光Ｌ_１を照射して、ローラ車両１の通過前の盛土の高さＨ_０を計測し、三次元レーザスキャナ４からローラ２ｂより後方の位置にレーザ光Ｌ_２を照射して、ローラ車両１の通過後の盛土の高さＨ_１を計測して、沈下量ΔＨを算出することができる。これにより、事前の施工試験を行う必要がなく、締固め管理の手間を低減し、作業効率の向上を図ることができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

上記実施形態に係る締固め状態測定装置の締固め情報処理ユニットは、高さ基準を補正する高さ位置照合部を備える構成でもよい。高さ位置照合部は、例えば、ＧＰＳ位置検出部７で検出されたローラ車両１の高さ情報に基づいて、各測定位置におけるローラ車両１の高さ位置を把握して、車体２の高さ基準を補正してもよい。また、締固め状態測定装置は、ローラ車両１の外部から、車体２の高さ方向における位置を計測し、その計測データに基づいて、各測定位置における車体２の高さ基準としてもよい。

上記実施形態では、締固め機械をローラ車両として説明しているが、締固め機械は、例えば、振動ローラを有する締固め機械、転圧ローラを有する締固め機械、その他締固め機械でもよい。

上記実施形態では、三次元レーザスキャナ４を、運転室の屋根上の中央（前後方向の中央）に配置しているが、三次元レーザスキャナ４を、例えば運転室の屋根上において、前後に離間させて配置してもよい。

上記第２実施形態では、三次元レーザスキャナ１４Ａ，１４Ｂを前後に離間して配置し、三次元レーザスキャナ１４Ａ，１４Ｂによるレーザ光の出射点Ｐ_１４ａ，Ｐ_１４ｂの高さ位置を合わせるようにしているが、ローラ車両１Ｂが水平面に載置された状態において、出射点Ｐ_１４ａ，Ｐ_１４ｂの高さ位置は異なっていてもよい。この場合には、出射点Ｐ_１４ａ，Ｐ_１４ｂの高さ位置の差及び車体２の傾斜角θ_３を考慮して、沈下量ΔＨを算出する。

上記実施形態の締固め状態測定装置３は、姿勢検知部が締固め機械の幅方向に延在するＸ軸周りの車体２の回転角を計測する傾斜計を有する構成でもよく、三次元レーザスキャナ４，１４Ａ，１４ＢのＸ軸周りの車体２の回転角を計測する傾斜計を有する構成でもよい。また、傾斜計は、その他の方向に延在する軸線周りの車体２の回転角を計測するものでもよい。

また、上記の実施形態では、地盤の高さを計測する高さ計測部として、レーザ光を照射する三次元レーザスキャナを備える構成としているが、例えば光を照射して距離を測定する光波距離測定機等でもよく、その他の検出波を用いて地盤高さを計測する高さ計測部を備える構成でもよい。なお、検出波とは、地盤高さや構造物までの距離を計測可能な電磁波、超音波などをいう。

また、上記実施形態の締固め状態測定装置では、ＧＰＳ位置検出部７を備え、振動ローラ２ａの位置を検出しているが、ＧＰＳ位置検出部７を備えず、振動ローラ２ａの位置を検出しない構成でもよい。また、上記実施形態では、盛土領域Ａを締固め管理ブロックＤに区画した後に、締固め管理ブロックＤを設定せずに、盛土の転圧を行ってもよい。

また、上記の実施形態では、盛土を転圧して締め固めた際の締固め管理について説明しているが、本実施形態の地盤の締固め状態測定装置、締固め状態測定方法、および締固め機械を、その他の地盤を締固める際の締固め管理に適用してもよい。

また、上記実施形態では、締固め情報処理ユニット６がローラ車両１に搭載されている構成について説明しているが、締固め情報処理ユニット６がローラ車両１に搭載されていない構成でもよい。例えば、三次元レーザスキャナ４で測定されたデータ、姿勢検知部５で測定されたデータを通信手段によって送信し、外部の締固め情報処理ユニット６で各種処理を行って、沈下量ΔＨの算出、締固め状態の判定を行ってもよい。

また、車体２の基準位置を、ローラ車両１の外部に設置されたセンサを用いて計測してもよい。例えば、ローラ車両１の外部に設置されたセンサを用いて、車体２の位置及び姿勢を計測して、測定地点を特定してもよい。

また、ローラ車両１は、ローラ車両１の側方に対してレーザ光を照射して、ローラ車両１によって転圧されている部分に隣接する外側の部分（今回の走行では転圧されていない領域）の地盤高さを測定してもよい。これにより、ローラ車両１によって転圧されていない領域の地盤高さを基準として、ローラ車両１による転圧前後の地盤高さを算出して、沈下量ΔＨを算出してもよい。

また、ローラ車両１は、ローラ車両１の進行方向を計測する方位計を備え、この方位計によって計測されたデータを用いて、ローラ車両１が直進しているか否かを判定してもよい。これにより、ローラ車両１が直進していない場合には、ローラ車両１の移動方向に応じて、転圧前後の測定地点を特定することができる。

１，１Ｂ，１Ｃ…ローラ車両（締固め機械）
２…車体、２ａ…起振ローラ、２ｂ…ローラ、２ｃ…起振装置
３，３Ｂ，３Ｃ…締固め状態測定装置
４…三次元レーザスキャナ（高さ計測部）
５…姿勢検知部
６…締固め情報処理ユニット
７…ＧＰＳ位置検出部（位置情報取得部）
８…地盤沈下量算出部
９…判定部
１０…記憶部
１１…表示部
１２…車速センサ（移動速度検出部）
１４Ａ，１５Ａ…三次元レーザスキャナ（前方高さ計測部）
１４Ｂ，１５Ｂ…三次元レーザスキャナ（後方高さ計測部）
１６，１７…支持部
Ａ…盛土領域
Ｄ…管理ブロック
Ｐ_ａ…測定地点。

Claims (7)

1. 締固め機械による地盤の締固め状態を測定する地盤の締固め状態測定装置であって、
   前記締固め機械に搭載され、前記地盤に対して検出波を送信して前記締固め機械の移動方向の前方の地盤高さ及び後方の地盤高さを計測可能な高さ計測部と、
   前記締固め機械の通過前の測定地点における前記前方の地盤高さの計測値と前記締固め機械の通過後の前記測定地点における前記後方の地盤高さの計測値との差である地盤沈下量を算出する地盤沈下量算出部と、備える地盤の締固め状態測定装置。
2. 前記高さ計測部は、前記締固め機械の前部に設置され、前記前方の地盤高さを計測する前方高さ計測部と、
   前記締固め機械の後部に設置され、前記後方の地盤高さを計測する後方高さ計測部と、を有する請求項１に記載の地盤の締固め状態測定装置。
3. 前記締固め機械に搭載され、当該締固め機械の位置情報を取得する位置情報取得部を更に備え、
   前記地盤沈下量算出部は、前記位置情報取得部で取得された前記位置情報に基づいて、前記測定地点を特定し、特定された前記測定地点の前記計測値に基づいて、前記地盤沈下量を算出する請求項１又は２に記載の地盤の締固め状態測定装置。
4. 前記位置情報取得部は、前記締固め機械の位置を検出するＧＰＳ位置検出部を含み、
   前記ＧＰＳ位置検出部は、前記通過前の前記測定地点の前記計測値を測定した際の前記締固め機械の前記位置情報を取得すると共に、前記通過後の前記測定地点の前記計測値を測定した際の前記締固め機械の前記位置情報を取得する請求項３に記載の地盤の締固め状態測定装置。
5. 前記位置情報取得部は、前記締固め機械の移動速度を検出する移動速度検出部を含み、
   前記地盤沈下量算出部は、前記締固め機械の前記移動速度に基づいて、前記測定地点を特定する請求項３又は４に記載の地盤の締固め状態測定装置。
6. 締固め機械による地盤の締固め状態を測定する地盤の締固め状態測定方法であって、
   前記締固め機械を移動させて前記地盤の締固めを行いながら、前記締固め機械から前記地盤に対して検出波を送信して前記締固め機械の移動方向の前方の地盤高さ及び後方の地盤高さを計測する地盤高さ計測工程と、
   前記締固め機械の通過前の測定地点における前記前方の地盤高さの計測値と前記締固め機械の通過後の前記測定地点における前記後方の地盤高さの計測値との差である地盤沈下量を算出する地盤沈下量算出工程と、を含む地盤の締固め状態測定方法。
7. 地盤を締固める締固め機械であって、
   前記地盤を締固めるローラを有する車体と、
   前記車体に取り付けられており、前記地盤に対して検出波を送信して前記締固め機械の移動方向の前方の地盤高さ及び後方の地盤高さを計測可能な高さ計測部と、
   前記車体の通過前の測定地点における前記前方の地盤高さの計測値と前記車体の通過後の前記測定地点における前記後方の地盤高さの計測値との差である地盤沈下量を算出する地盤沈下量算出部と、を備える締固め機械。

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