JP7085781B2 - 重力異常に基づく車両過負荷監視方法 - Google Patents

重力異常に基づく車両過負荷監視方法 Download PDF

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Description

本発明は車両の過負荷監視の分野に関し、特に重力異常に基づく車両過負荷監視方法に関する。
我が国はインフラ建設の高速発展時期にあり、道路交通施設がますます完備する。しかしながら、運転者のレベルや素質、道路安全係数、橋梁などの特殊な構造積載制限などの要因の影響を受け、道路交通安全問題は依然として深刻である。ここで、交通過負荷問題は特に深刻である。過負荷監視は依然として低密度の「抜き取り」状態にあり、主な監視方法は、停車して計量する必要があるか否かに応じて、動的計量と静的計量の二種類に分けることができる。
動的計量には、装置を道路舗装層内に埋め込む必要があり、舗装層が薄い橋梁構造に適用することができず、同時に、移植された監視装置と道路舗装層との境界は材料の剛性の違いによる不均一な変形を引き起こしやすく、路面の平坦度に影響を与えるだけでなく、監視装置をより破損しやすく、監視装置の耐用年数を減少させる。また、動的計量は車両とデバイスとの相互作用に依存し、したがって、その計量結果は路面平坦度及び車両走行状態の影響を受けやすく、路面不整地による衝撃荷重、及び車両の加減速過程は、いずれもその計量結果の不確定性をもたらす。
料金所が使用した静的計量は、停車して計量する必要があるため、高速道路を有する出入口のみに適用し、都市内の交通流が密集した道路区間に対して、停車して計量して交通の正常な運行に深刻な影響を与える。
従来の技術の不足を克服するために、本発明は重力異常に基づく車両過負荷監視方法を提供し、車両が通過する時に引き起こされた重力差を測定することにより、車両質量を計算し、車両が過負荷であるか否かを判断し、具体的な技術的解決手段は以下のとおりである。
重力異常に基づく車両過負荷監視方法であって、ステップＳ１～Ｓ４を含み、
ステップＳ１には、単一車線に複数の測定位置を設置する。
ステップＳ２には、監視カメラを利用して車両の位置を決定し、車両の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法を取得し、車両の種別を判別して車両の重量制限を確定し、前記の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法は、それぞれ車両の長さ方向、幅方向、高さ方向での最大値である。
ステップＳ３には、重力測定器を利用して車両の長さ方向の中間位置が各測定位置に到達することに起因する重力異常値を取得する。
ステップＳ４には、車両を長方体に簡略化し、長方体の長さ、幅、高さがそれぞれ前記車両の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法に対応し、質量密度分布を車両長さ方向に沿った階段分布に簡略化し、各測定位置での車両に引き起こされた重力異常値に基づいて段階分布の値を計算する。
ステップＳ５には、質量密度分布に基づいて車両の荷重を計算し、重量制限と比較して過負荷であるか否かを判断する
さらに、前記測定位置の数及び測定位置の間隔距離は区間制限速度及び測定精度要求に基づいて決定されることができるが、測定位置の数は１つより少ないべきではない。
さらに、前記重力測定器は単一車線の中心線と、第一測定位置と第二測定位置との等距離線との交点の真上に配置されており、１つの測定位置のみがある場合、単一車線の中心線と測定位置との交点の真上に重力測定器が配置され、配置高さは道路の高さ制限よりも高いべきである。
さらに、前記階段分布の数は、測定位置の数以下である。
さらに、前記ステップＳ４において各測定位置での車両に引き起こされた重力異常値に基づいて段階分布の値を計算する方法は以下のとおりである。
サブステップ１には、前記測定位置の間隔距離が同じである場合、車両の質量密度の段階分布
Figure 0007085781000001
は以下の数１のように表現され、
Figure 0007085781000002
 式において、
Figure 0007085781000003
は車両内部の一点の水平座標であり、
Figure 0007085781000004
は測定位置の数であり、
Figure 0007085781000005
は質量密度の階段分布値の数であり、
Figure 0007085781000006
は測定位置の間隔距離であり、
Figure 0007085781000007
は車両の長さであり、
Figure 0007085781000008
番目の測定位置で測定された重力異常値は以下の数２のように表現され、
Figure 0007085781000009
 ここで、
Figure 0007085781000010
Figure 0007085781000011
は万有引力定数であり、
Figure 0007085781000012
は車両の幅であり、
Figure 0007085781000013
は車両の長さであり、
Figure 0007085781000014
は車両内部の一点の横方向座標であり、
Figure 0007085781000015
は車両内部の一点の縦方向座標であり、
Figure 0007085781000016
は重力測定器の地面からの垂直高さであり、
Figure 0007085781000017
個の測定位置には
Figure 0007085781000018
個の重力異常値を取得し、
Figure 0007085781000019
が満たす
Figure 0007085781000020
個の線形方程式を構成し、前記
Figure 0007085781000021
個の線形方程式は以下の数４のように表現され、
Figure 0007085781000022
 ここで、
Figure 0007085781000023
 上記
Figure 0007085781000024
個の線形方程式に基づいて、
Figure 0007085781000025
値の大きさを解けて取得し、それにより階段分布を決定する。
サブステップ２には、前記測定位置の間隔距離が異なる場合、車両の質量密度の段階分布
Figure 0007085781000026
の計算過程は測定位置の間隔距離が同じである場合の計算過程と類似するが、上記各数式における
Figure 0007085781000027
を、
Figure 0007085781000028
で代替し、
ここで、
Figure 0007085781000029
Figure 0007085781000030
、
Figure 0007085781000031
は
Figure 0007085781000032
番目の測定位置と
Figure 0007085781000033
番目の測定位置との離間距離である。
さらに、前記ステップＳ５において、質量密度分布に基づいて車両荷重を計算する計算方法は以下の数６で示され、
Figure 0007085781000034
 ここで、
Figure 0007085781000035
は車両の荷重である。
本発明の有益な効果は以下のとおりである。本発明は車両が通過する時に空間中に引き起こされた重力異常値を利用し、車両の積載状況を判断し、非接触の監視方式は従来の動的計量の計量結果が路面状況及び車両走行状態の影響を受けて不確定性を有するという欠陥を効果的に除去し、従来の静的計量が車両が停車して計量して交通に影響を与えるという欠陥を除去する。本発明は必要なデータ収集装置を実現し、監視撮影及び重力測定器はいずれも道路の上部に配置することができ、道路交通の正常な運行に影響を与えない状況で、車両の積載状況をリアルタイムに監視する。同時に、本発明が取得した計量結果の精度は測定位置の増加に伴って増加し、各セグメントには実際の使用に応じて測定位置の配置の個数を決定することができる。
以下に図面及び実施例を参照して本発明をさらに説明する。
本発明の実施のフローチャートである。 測定位置及び監視装置の配置概略図である。 車両の簡略化寸法及び質量密度分布図である。 図の中で、１.第一測定位置、２.第ｎ測定位置、３.車線境界線、４.重力測定器、５.監視カメラ、６.車両、７.簡略化直方体。
以下に図面及び好ましい実施例に基づいて本発明を詳細に説明し、本発明の目的及び効果はより明らかになり、理解すべきことは、ここで説明された具体的な実施例は本発明を説明するだけであり、本発明を限定するものではない。
図１に示すように、本発明の重力異常に基づく車両過負荷監視方法であって、具体的には以下のステップを含む。
単一車線に複数の測定位置を設置し、監視カメラ５を利用して車両６の位置を決定し、車両６の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法を取得し、車両６の種別を判別して車両６の重量制限を確定し、重力測定器４を利用して車両６の長さ方向の中間位置が各測定位置に到達することに起因する重力異常値を取得する。車両６を長方体７に簡略化し、質量密度分布を車両長さ方向に沿った階段分布に簡略化し、各測定位置での車両６に引き起こされた重力異常値に基づいて階段分布の値を計算する。質量密度分布に基づいて車両６の荷重を確定し、車両６の重量制限と比較して過負荷であるか否かを判断する。
図２に示すように、監視区間において、単一車線に
Figure 0007085781000036
個の測定位置を設定し、ここで１番目の測定位置は１であり、最後の測定位置は２であり、測定位置の数と測定位置の間隔距離は区間制限速度及び測定精度要求に基づいて決定されることができるが、測定位置の数は１つより少ないべきではなく、二つの測定位置の間隔距離は同じであってもよく異なってもよく、本実施例では、等間隔で、間隔距離が
Figure 0007085781000037
であることには説明する。
図２に示すように、単一車線の中心線と、最初と最後との測定位置の等距離線との交点の真上に重力測定器４が配置され、１つの測定位置のみがある場合、単一車線の中心線と測定位置との交点の真上に重力測定器４が配置され、重力測定器４の配置高さは道路の高さ制限よりも大きく、重力測定器４により車両６の長さ方向の中間位置が各測定位置に到達する時に引き起こされた重力異常値
Figure 0007085781000038
を取得し、本実施例において、単一車線の中心線と、最初と最後との測定位置の等距離線との交点を原点として直交座標系を確立し、この時に重力測定器４の空間位置は
Figure 0007085781000039
と記され、
Figure 0007085781000040
は重力測定器４の路面からの垂直高さである。
図２に示すように、車両走行方向での最終測定位置２の上方に監視カメラ５が配置され、監視カメラ５の配置位置及び角度には各測定位置を正確に撮影するべきであり、監視カメラ５により車両６の長さ
Figure 0007085781000041
、幅
Figure 0007085781000042
、高さ
Figure 0007085781000043
の三つの幾何学的寸法を取得し、前記車両６の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法はそれぞれ車両６の長さ方向、幅方向、高さ方向での最大値である。寸法に基づいて車両６の種別を判断し、車両６の長さ方向の中間位置が測定位置に到達するか否かを判断する。
図３に示すように、車両６を長方体７に簡略化し、長方体７の長さ、幅、高さはそれぞれ車両６の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法に対応し、車両６の質量密度分布を車両長さ方向に沿った階段分布に簡略化し、階段分布の値の数
Figure 0007085781000044
は測定位置の数
Figure 0007085781000045
と同じであり、又は測定位置の数より小さく、各測定位置での車両６に引き起こされた重力異常値に基づいて階段分布の値を計算し、計算方法は以下のとおりである。
車両６内部の一点の空間位置は
Figure 0007085781000046
と表現される。
車両６の質量密度の階段分布
Figure 0007085781000047
は、
Figure 0007085781000048
 と表現されることができる。
Figure 0007085781000049
番目の測定位置で測定された重力異常値は、
Figure 0007085781000050
 と表現されることができる。
ここで、
Figure 0007085781000051
 、
Figure 0007085781000052
は万有引力定数である。
Figure 0007085781000053
個の測定位置には
Figure 0007085781000054
個の重力異常値を取得することができ、構成
Figure 0007085781000055
が満たす
Figure 0007085781000056
個の線形方程式は、
Figure 0007085781000057
 である。
ここで、
Figure 0007085781000058
 上記
Figure 0007085781000059
個の線形方程式に基づいて、
Figure 0007085781000060
値の大きさを解けて取得し、それにより質量密度の階段分布
Figure 0007085781000061
を決定する。
決定された質量密度の段階分布
Figure 0007085781000062
に基づいて、車両６の実際荷重を計算し、計算式は、
Figure 0007085781000063
 である。
ここで、
Figure 0007085781000064
は車両６の荷重である。
車両６の種別に対応する積載限界値
Figure 0007085781000065
を決定する。
車両６の実際荷重及び積載限界値に基づいて、実際荷重が積載限界値を超えると、すなわち
Figure 0007085781000066
であると、過負荷と判定する。
二つの測定位置の間隔距離は、道路の実際の状況に応じて、異なる値に設定することができ、異なる間隔距離を採用する場合に、計算式のうちの一つである
Figure 0007085781000067
を、いずれも
Figure 0007085781000068
を用いて代替し、
ここで、
Figure 0007085781000069
Figure 0007085781000070
、
Figure 0007085781000071
は
Figure 0007085781000072
番目の測定位置と
Figure 0007085781000073
番目の測定位置との離間距離である。
当業者であれば理解されるように、以上の記載は発明の好ましい実施例に過ぎず、発明を限定するものではなく、前述の実施例を参照して発明を詳細に説明したが、当業者にとって、それは依然として前述の各実施例に記載の技術的解決手段を修正するか、又はそのうちの一部の技術的特徴に対して同等置換を行うことができる。発明の精神と原則内で、行われた修正、均等置換等はいずれも発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (5)

  1. 重力異常に基づく車両過負荷監視方法であって、ステップＳ１～Ｓ４を含み、
    ステップＳ１には、単一車線に複数の測定位置を設置し、
    ステップＳ２には、監視カメラを利用して車両の位置を決定し、車両の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法を取得し、車両の種別を判別して車両の重量制限を確定し、前記長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法は、それぞれ車両の長さ方向、幅方向、高さ方向での最大値であり、
    ステップＳ３には、重力測定器を利用して車両の長さ方向の中間位置が各測定位置に到達することに起因する重力異常値を取得し、
    ステップＳ４には、車両を長方体に簡略化し、長方体の長さ、幅、高さがそれぞれ前記車両の長さ、幅、高さの三つの幾何学的寸法に対応し、質量密度分布を車両長さ方向に沿った階段分布に簡略化し、各測定位置での車両に引き起こされた重力異常値に基づいて段階分布の値を計算し、具体的には以下のとおりであり、
    前記ステップＳ４は、サブステップ１及びサブステップ２を含み、
    サブステップ１には、前記測定位置の間隔距離が同じである場合、車両の質量密度の段階分布
    Figure 0007085781000074
    は以下の数１のように表現され、
    Figure 0007085781000075
     式において、
    Figure 0007085781000076
    は車両内部の一点の水平座標であり、
    Figure 0007085781000077
    は測定位置の数であり、
    Figure 0007085781000078
    は質量密度の階段分布値の数であり、
    Figure 0007085781000079
    は測定位置の間隔距離であり、
    Figure 0007085781000080
    は車両の長さであり、
    Figure 0007085781000081
    番目の測定位置で測定された重力異常値は以下の数２のように表現され、
    Figure 0007085781000082
     ここで、
    Figure 0007085781000083
    Figure 0007085781000084
    は万有引力定数であり、
    Figure 0007085781000085
    は車両の幅であり、
    Figure 0007085781000086
    は車両の長さであり、
    Figure 0007085781000087
    は車両内部の一点の横方向座標であり、
    Figure 0007085781000088
    は車両内部の一点の縦方向座標であり、
    Figure 0007085781000089
    は重力測定器の地面からの垂直高さであり、
    Figure 0007085781000090
    個の測定位置には
    Figure 0007085781000091
    個の重力異常値を取得して
    Figure 0007085781000092
    が満たす
    Figure 0007085781000093
    個の線形方程式を構成し、前記
    Figure 0007085781000094
    個の線形方程式は以下の数４のように表現され、
    Figure 0007085781000095
     ここで、
    Figure 0007085781000096
     上記
    Figure 0007085781000097
    個の線形方程式に基づいて、
    Figure 0007085781000098
    値の大きさを解けて取得し、それにより階段分布を決定し、
    サブステップ２には、前記測定位置の間隔距離が異なる場合、車両の質量密度の段階分布
    Figure 0007085781000099
    の計算過程は測定位置の間隔距離が同じである場合の計算過程と類似するが、上記各数式における
    Figure 0007085781000100
    を、
    Figure 0007085781000101
    で代替し、
    ここで、
    Figure 0007085781000102
    Figure 0007085781000103
    、
    Figure 0007085781000104
    は
    Figure 0007085781000105
    番目の測定位置と
    Figure 0007085781000106
    番目の測定位置との離間距離であり、
    ステップＳ５には、質量密度分布に基づいて車両の荷重を計算し、重量制限と比較して過負荷であるか否かを判断する
    ことを特徴とする重力異常に基づく車両過負荷監視方法。
  2. 前記測定位置の数及び測定位置の間隔距離は区間制限速度及び測定精度要求に基づいて決定可能であり、測定位置の数は１つ以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載の重力異常に基づく車両過負荷監視方法。
  3. 前記重力測定器は単一車線の中心線と、第一測定位置と第二測定位置との等距離線との交点の真上に配置されており、１つの測定位置のみがある場合、単一車線の中心線と測定位置との交点の真上に重力測定器が配置され、配置高さは道路の高さ制限よりも高いべきである
    ことを特徴とする請求項１に記載の重力異常に基づく車両過負荷監視方法。
  4. 前記階段分布の数は、測定位置の数以下である
    ことを特徴とする請求項１に記載の重力異常に基づく車両過負荷監視方法。
  5. 前記ステップＳ５において、質量密度分布に基づいて車両荷重を計算する計算方法は以下の数６で示され、
    Figure 0007085781000107
     ここで、
    Figure 0007085781000108
    は車両の荷重である
    ことを特徴とする請求項１に記載の重力異常に基づく車両過負荷監視方法。
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