JP7200780B2 - 情報処理装置、情報処理方法、及び情報処理システム - Google Patents

Description

本発明は、情報処理装置、情報処理方法、及び情報処理システムに関する。

道路路面の損傷点検のニーズに対し、様々な方式が提案されている。代表的な損傷点検項目として、ひびわれ、わだち掘れ（道路幅方向の凹凸）、平坦性（車両進行方向の凹凸）、がある。これらの３要素に加え、縦断凹凸に関する指標であるＩＲＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ）の計測値が求められるケースがある。

特許文献１には、所定間隔を隔てて３つのローラの回転軸を２つの連結棒で連結させた測定ブロックが路面上でその所定間隔を移動する毎に、２つの連結棒のなす角度を角度検出器で検出し、角度検出値に基づいて路面の縦断プロファイルを作成することが記載されている。

特許文献１に記載の技術は、測定器を含む多数の部材で測定ブロックが機械的に構成され機械的な誤差による影響を受けやすいこと加えて、慣性センサを利用する構成であるため、ＩＲＩの計測誤差が大きくなりやすく、精度向上の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＩＲＩを高精度に計測できる情報処理装置、情報処理方法、及び情報処理システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる情報処理装置は、車両の走行中に路面との距離を示す測長データを前記路面に非接触で少なくとも３点について取得可能である測長手段と、前記少なくとも３点の測長データのそれぞれを前記路面に対する法線方向の少なくとも３点の測長値に補正する補正手段と、前記少なくとも３点の測長値から前記路面について少なくとも３点の高さ方向位置を算出する算出手段と、前記少なくとも３点の高さ方向位置を前記車両の進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成する処理手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＩＲＩを高精度に計測できるという効果を奏する。

図１は、実施形態における車両と測長器との構成を示す図である。 図２は、実施形態にかかる情報処理装置の機能構成を示す図である。 図３は、実施形態におけるＩＲＩの計測処理を示す図である。 図４は、実施形態にかかる情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。 図５は、実施形態にかかる情報処理装置の動作を示すフローチャートである。 図６は、実施形態の変形例における車両と測長器との構成を示す図である。

（実施形態）
実施形態にかかる情報処理装置は、例えば、道路路面の損傷点検に用いられる。道路路面の損傷点検については、そのニーズに対し、様々な方式が提案されている。代表的な損傷点検項目として、ひびわれ、わだち掘れ（道路幅方向の凹凸）、平坦性（車両進行方向の凹凸）、がある。これらに対し、ひびについてはカメラ画像の取得、わだち掘れ、平坦性については三次元形状計測データの取得、が必要とされている。そのための構成として、ひび割れ撮影用のカメラ機材、及び光切断計測機材（大掛かりなレーザ照射構成とカメラの組み合わせ）、車両の前後２箇所以上に設置した路面高さセンサ、の３機材を併用した構成が一般的である。

近年、上記３要素に加え、縦断凹凸に関する指標であるＩＲＩ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ：国際ラフネス指数）の計測値が求められるケースがある。ＩＲＩの計測にあたっては、加速度計を用いて車両上下挙動を解析して算出するなど簡便な方法が多数提案されているが、路面の縦断プロファイルを計測、解析に活用したうえでの出力が求められるＩＲＩ「クラス２」カテゴリにおいては、上述の加速度計を用いた方法は適用できず、縦断プロファイル計測が可能な方法に限られる。縦断プロファイルを計測し解析に用いる方法としては、これまでいくつかの事例がある。

例えば、所定間隔を隔てて３つのローラの回転軸を２つの連結棒で連結させた測定ブロックが路面上でその所定間隔を移動する毎に、２つの連結棒のなす角度を角度検出器で検出し、角度検出値に基づいて路面の縦断プロファイルを作成することが考えられる。これにより、従来に比べて、容易にかつ精度良く路面の縦断プロファイルを作成することができるようにも考えられる。

この技術は、測定器を含む多数の部材で測定ブロックが機械的に構成され機械的な誤差による影響を受けやすいことに加えて、慣性センサを利用して逐次２点真直度測定法により計測を行う構成であるため、ＩＲＩの計測誤差が大きくなりやすいと考えられる。また、多数の部材で測定ブロックが機械的に構成されることから、装置のコストが増大しやすい。

そこで、本実施形態では、情報処理装置において、車両走行しながら路面との距離を測長可能な少なくとも３個の測長器により同時取得した３点測長データから路面の高さ方向成分を算出し、それらを車両進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成することで、ＩＲＩの低コスト且つ高精度な計測を目指す。

具体的には、車両走行しながら路面との距離を測長可能な、少なくとも３個の測長器を車両に搭載する。少なくとも３個の測長器は、車両の進行方向に沿って互いに等間隔に離間するように車両に配される。これにより、路面上の測長点が互いに等間隔（例えば１．５ｍの間隔）で並ぶ。そして、測長器により同時に取得された３点測長データから路面の高さ方向成分を算出する。高さ方向成分は、３点のうち両端点に対しての中央点の高低で表現される。さらに、３点測長データを車両進行方向につなぎ合わせる処理を実施する。３点の測長点の間隔と等しい距離の車両進行ごとに、３点測長データをつなぎ合わせる。例えば、１．５ｍ進行するごとにデータのつなぎ合わせを行う。これにより、路面縦断方向プロファイルを計測することが可能となる。このプロファイルをＱＣ（Ｑｕａｒｔｅｒ Ｃａｒ）モデルに入力することで、クラス２のＩＲＩ値を出力できる。すなわち、非接触でかつ、多数種類の追加機材を必要としない、平たん性の計測に用いる機材（少なくとも３個の測長器）によりＩＲＩを計測できる。この結果、ＩＲＩの低コスト且つ高精度な計測を実現できる。

より具体的には、車両と測長器とは、図１に示すように構成され得る。図１は、車両１と測長器２－１～２－３との構成を示す図である。図１に示すように、車両１には、３個の測長器２、走行距離測定器３、及び情報処理装置５０が搭載される。なお、車両１に搭載される測長器２の数は、４個以上であってもよい。

３個の測長器２－１～２－３は、車両１の進行方向に沿って互いに離間して車両１に配される。測長器２－１は、車両１の進行方向における前側の測長器２である。測長器２－２は、車両１の進行方向における中央の測長器２である。測長器２－３は、車両１の進行方向における後側の測長器２である。３個の測長器２－１～２－３は、車両１の進行方向に沿って互いに等間隔に、車両１における車体の底面１ａに配されている。すなわち、測長器２－１と測長器２－２との間の車両１の進行方向に沿った間隔をＷ１２とし、測長器２－２と測長器２－３との間の車両１の進行方向に沿った間隔をＷ２３とすると、次の数式１が成り立つ。数式１におけるｗは、例えば、１．５ｍである。
Ｗ１２＝Ｗ２３＝ｗ・・・数式１

各測長器２は、路面４に対面している。各測長器２は、例えば非接触型の測長器（レーザ測長器）であり、図１に実線の矢印で示すように、路面４にレーザ光を照射し、その反射光を受光することにより、路面４に非接触で路面４との距離を測定する。各測長器２は、レーザ光の照射した角度と照射してから反射するまでに要した時間とに基づいてある測定方向についてのレーザ光を反射した路面４の距離を検出する、いわゆるＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）の原理による検知（センシング）を行う。各測長器２は、その測定結果として測長データを生成する。各測長器２で生成された測長データは、情報処理装置５０へ供給される。

また、車両１には、走行距離測定器３が搭載される。走行距離測定器３は、空間フィルター法等の非接触型距離計を使用して車両１の走行距離を測定する。なお、走行距離測定器３は、非接触型距離計を使用する構成に限定されず、車両１の車輪５の回転数をカウントし、車速パルスを発生し、この車速パルスにより走行距離が算出されることで、走行距離を測定する構成であってもよい。走行距離測定器３で測定された走行距離データは、情報処理装置５０へ供給される。

情報処理装置５０は、機能的に、図２に示すように構成され得る。図２は、情報処理装置の機能構成を示す図である。

情報処理装置５０は、測長部５１、補正部５２、算出部５３、処理部５５、主制御部５６、入力部５７、及び表示部５８を有する。

測長部５１は、３個の測長器２－１～２－３にそれぞれ電気的に接続されており、３個の測長器２－１～２－３からほぼ同時に測長データを取得可能である。これにより、測長部５１は、車両１の走行中に測長データを路面４に非接触で少なくとも３点について同時に取得可能である。測長部５１は、３点の測長データを補正部５２へ供給する。

また、測長部５１は、走行距離測定器３に電気的に接続されており、走行距離測定器３から走行距離データを取得可能である。これにより、測長部５１は、数式１に示す測定点間隔ｗに相当する走行距離ごとに、３個の測長器２－１～２－３からからほぼ同時に測長データを取得可能である。なお、「同時」の意味は、測定点位置誤差として許容範囲内に収まっている状態を言う。必ずしも同期制御手段を持たずともよい。

補正部５２は、３点の測長データのそれぞれを路面に対する法線方向の少なくとも３点の測長値に補正する。例えば、ＩＲＩ（国際ラフネス指数）は、クォーターカー・モデルとよばれる仮想車両が、８０ｋｍ／ｈで定速走行した際の車両の上下変位を基に計算することから、一般道路を通常走行する際の速度変動に対しては補正計算が必要となる。例えば、大きな加減速運動や路面凹凸により車両が傾くと加速度計の軸も傾き、検出される加速度は、鉛直軸方向の加速度とずれが生じる。このため、補正部５２は、車両１の傾斜角（ピッチ角）について傾き補正を行う。

補正部５２は、測長器２の鉛直方向(路面法線方向)からの設置傾きは予め取得しておき初期値とし、設置傾きの余弦成分を算出することで、路面法線方向の測長値とする。また、補正部５２は、検知部５２ａを有する。検知部５２ａは、車両１の前後方向傾き動作による傾き成分を測長部５１で取得された測長データに基づき検知する。例えば、検知部５２ａは、前側測長データ（前側の測長器２－１からの測長データ）と後側測長データ（前側の測長器２－３からの測長データ）との初期値からのずれから前後方向の車両傾きを算出することで、傾き成分を検知する。補正部５２は、傾き成分を設置傾きに重畳することで、路面法線方向の測長値算出に反映する。すなわち、補正部５２は、３点測長データで示される傾きから車両１の前後方向傾き動作による影響を除去して路面４の傾きとして求め、３点の測長値に反映する。なお、路面法線方向とは、路面４に略垂直な方向である。補正部５２は、３点の測長値を算出部５３へ供給する。

算出部５３は、３点の測長値から路面４について３点の高さ方向位置を算出する。例えば、路面法線方向測長値を、前側、中央、後側の各々でＬ１，Ｌ２，Ｌ３とする。走行距離（地点）ｘにおける部分縦断方向凹凸値ｄ［ｘ］を次の数式２で定義する。なお、地点の基準は中央点（Ｌ２点）とする。
ｄ［ｘ］＝Ｌ２［ｘ］－（Ｌ１［ｘ］＋Ｌ３［ｘ］）／２・・・数式２

算出部５３は、数式２に示すように、３点の測長値から路面４について３点の高さ方向位置を算出する。これにより、図３（ｂ）に示すような部分縦断凹凸値が得られる。これは、前述の測定点間隔ｗが１．５ｍの場合は「３ｍ平たん性」の縦断プロファイルに対応した部分縦断プロファイルとみることもできる。

例えば、図３（ａ）に示す路面４における基準位置Ｏに走行距離測定器３が位置する状態の車両１の位置を「走行距離０位置」と呼ぶことにする。走行距離０位置について補正部５２で求められる３点の測長値は、図３（ｂ）に点線で示される３点の測長値のセットＳＴ＿０となる。図３（ｂ）では、縦軸が測長値の大きさを示し、横軸が路面４に対応した車両１の走行位置を示している。また、セットＳＴ＿０において、各点が測長値を示し、各点を結ぶ線分が時間的にほぼ同時に取得されるセットであることを示している。

同様に、３点の測長値のセットＳＴ＿ｗは、走行距離ｗ位置について補正部５２で求められる３点の測長値である。３点の測長値のセットＳＴ＿２ｗは、走行距離２ｗ位置について補正部５２で求められる３点の測長値である。３点の測長値のセットＳＴ＿３ｗは、走行距離３ｗ位置について補正部５２で求められる３点の測長値である。３点の測長値のセットＳＴ＿８ｗは、走行距離８ｗ位置について補正部５２で求められる３点の測長値である。

図２に戻って、算出部５３は、３点の高さ方向位置を処理部５５へ供給する。処理部５５は、３点の高さ方向位置を車両１の進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成する。例えば、処理部５５は、数式２と地点ｘの部分縦断凹凸値とを用い、地点ｘ［ｉ］＝ｗ＊ｉとして、次の数式３～数式６に示すように、ｉ＝－１，０，１・・・ｎ（ｉは整数）区間のデータを接続する。なお、数式６においてｉ＝２，３，４，・・・ｎである。
ｚ［ｘ［－１］］＝０・・・数式３
ｚ［ｘ［０］］＝Ｌ２［０］ － Ｌ３［０］・・・数式４
ｚ［ｘ［１］］＝Ｌ１［０］ － Ｌ３［０］・・・数式５
ｚ［ｘ［ｉ］］＝２＊ｚ［ｘ［ｉ－１］］ － ｚ［ｘ［ｉ－２］］ ＋ ｄ［ｘ［ｉ－１］］・・・数式６

すなわち、処理部５５は、走行距離０位置の高さ位置を基準（高さ＝０）として、３点の測定値の各セットで示される相対的な高さの変化の情報を順次に用いながら高さの変化を構築していくことで広域縦断凹凸値を求め、それらを繋ぎ合わせて縦断凹凸情報としての路面プロファイルを生成する。これにより、図３（ｃ）に示すように、広域縦断凹凸値を示す路面プロファイルが縦断凹凸情報として生成され得る。

処理部５５は、生成された縦断凹凸情報（路面プロファイル）を主制御部５６へ供給する。主制御部５６は、縦断凹凸情報（路面プロファイル）を用いてＩＲＩ（国際ラフネス指数）の計測値を求める。例えば、主制御部５６は、広域縦断凹凸値データ（縦断プロファイル）をＱＣ（Ｑｕａｒｔｅｒ Ｃａｒ）モデルへ入力してＩＲＩ値を求め、求められたＩＲＩ値を例えば表示部５８へ出力する。表示部５８は、ＩＲＩ値を表示画面上に表示させる。

次に、情報処理装置５０のハードウェア構成について図４を用いて説明する。図４は、情報処理装置５０のハードウェア構成を示す図である。

情報処理装置５０は、それぞれバス５０３０に接続されたＣＰＵ(Central Processing Unit)５０００と、ＲＯＭ(Read Only Memory)５００１と、ＲＡＭ(Random Access Memory)５００２と、グラフィクスＩ／Ｆ（インタフェース）５００３と、ストレージ５００４と、入力デバイス５００５と、データＩ／Ｆ５００６と、通信Ｉ／Ｆ５００７と、を備える。さらに、情報処理装置５０は、それぞれバス５０３０に接続されたカメラＩ／Ｆ５０１０と、ＧＮＳＳ部５０２１と、を備える。

ストレージ５００４は、データを不揮発に記憶する記憶媒体であって、ハードディスクドライブやフラッシュメモリを適用できる。ストレージ５００４は、ＣＰＵ５０００が動作するためのプログラムやデータが記憶される。

ＣＰＵ５０００は、例えば、ＲＯＭ５００１やストレージ５００４に予め記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ５００２をワークメモリとして用い、この情報処理装置５０の全体の動作を制御する。グラフィクスＩ／Ｆ５００３は、ＣＰＵ５０００によりプログラムに従い生成された表示制御信号に基づき、ディスプレイ５０２０が対応可能な表示信号を生成する。ディスプレイ５０２０は、グラフィクスＩ／Ｆ５００３から供給された表示信号に応じた画面を表示する。

入力デバイス５００５は、ユーザ操作を受け付け、受け付けたユーザ操作に応じた制御信号を出力する。入力デバイス５００５としては、マウスやタブレットといったポインティングデバイスや、キーボードを適用できる。また、入力デバイス５００５とディスプレイ５０２０とを一体的に形成し、所謂タッチパネル構成としてもよい。

データＩ／Ｆ５００６は、外部の機器との間でデータの送受信を行う。データＩ／Ｆ５００６としては、例えばＵＳＢ(Universal Serial Bus)を適用可能である。通信Ｉ／Ｆ５００７は、ＣＰＵ５０００の指示に従い、外部のネットワークに対する通信を制御する。

測長器Ｉ／Ｆ５０１０は、各測長器２に対するインタフェースである。各測長器２から出力された測長データは、測長器Ｉ／Ｆ５０１０を介して、例えばＣＰＵ５０００に渡される。また、各測長器２は、ＣＰＵ５０００から測長器Ｉ／Ｆ５０１０を介して供給される測長指示に応じて測定を行う。

測定器Ｉ／Ｆ５０１１は、走行距離測定器３に対するインタフェースである。走行距離測定器３から出力された走行距離データは、測定器Ｉ／Ｆ５０１１を介して、例えばＣＰＵ５０００に渡される。また、走行距離測定器３は、ＣＰＵ５０００から測定器Ｉ／Ｆ５０１１を介して供給される測定指示に応じて測定を行う。

ＧＮＳＳ部５０２１は、(Global Navigation Satellite System)の信号を受信し、位置情報および速度情報を取得する。ＧＮＳＳ部５０２１は、受信したＧＮＳＳによる信号のドップラー効果に基づき車両１の速度を示す速度情報を取得する。なお、速度情報は、車両１から直接的に取得することもできる。ＧＮＳＳ部５０２１が取得する速度情報は、路面４に対する速度を示す。

なお、図２に示す測長部５１、補正部５２、算出部５３、処理部５５、主制御部５６は、ＣＰＵ５０００に対応し、図２に示す入力部５７は、入力デバイス５００５に対応し、図２に示す表示部５８は、ディスプレイ５０２０及びグラフィクスＩ／Ｆ５００３に対応している。

次に、情報処理装置５０の動作について図５を用いて説明する。図５は、情報処理装置５０の動作を示すフローチャートである。

情報処理装置５０は、車両１が走行を開始すると、各測長器２及び走行距離測定器３による計測を開始し、３個の測長器２－１～２－３から３点の測長データを取得する（Ｓ１）。情報処理装置５０は、３点の測長データに対して傾き補正のデータ処理を行い、３点の測長データを路面４に対する法線方向の３点の測長値に補正する（Ｓ２）。情報処理装置５０は、３点の測長値から路面４について３点の高さ方向位置を求めるデータ処理を行い、３点の高さ方向位置を部分縦断凹凸値として得る（Ｓ３）。情報処理装置５０は、３点の高さ方向位置を車両１の進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報（路面プロファイル）を広域縦断凹凸値として生成する（Ｓ４）。情報処理装置５０は、縦断凹凸情報（路面プロファイル）をＱＣ（Ｑｕａｒｔｅｒ Ｃａｒ）モデルへ入力してＩＲＩ値を求め、求められたＩＲＩ値を例えば表示部５８へ出力する（Ｓ５）。

以上のように、本実施形態では、情報処理装置５０において、車両走行しながら路面４との距離を測長可能な少なくとも３個の測長器２により同時取得した３点測長データから路面４の高さ方向成分を算出し、それらを車両進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成する。これにより、簡易な構成で計測の精度を容易に向上できるため、ＩＲＩの低コスト且つ高精度な計測を実現できる。

なお、３個の測長器２－１～２－３は、図６に示すように、車両１における車体の上面１ｂに配されていてもよい。図６は、実施形態の変形例における車両１と測長器２との構成を示す図である。この場合でも、各測長器２を透過性の高いレーザ（例えば、赤外レーザ）又は透過性の高い電磁波を用いた非接触型の測長器（レーザ測長器）とすれば、図６に示すように、実施形態と同様に路面４との距離を測定可能である。

１ 車両
２，２－１～２－３ 測長器
３ 走行距離測定器
４ 路面
５０ 情報処理装置
５１ 測長部
５２ 補正部
５２ａ 検知部
５３ 算出部
５５ 処理部

特許第３３２９７９６号公報

池田拓哉、東嶋奈緒子：国際ラフネス指数の計測方法に関する研究、土木学会舗装工学論文集第３巻１９９８年１２月 ｈｔｔｐ：／／ｌｉｂｒａｒｙ．ｊｓｃｅ．ｏｒ．ｊｐ／ｊｓｃｅ／ｏｐｅｎ／００５５４／１９９８／０３－０００９．ｐｄｆ

Claims (5)

1. 車両の走行中に路面との距離を示す測長データを前記路面に非接触で少なくとも３点について取得可能である測長手段と、
   前記少なくとも３点の測長データを前記路面に対する法線方向の少なくとも３点の測長値に補正する補正手段と、
   前記少なくとも３点の測長値から前記路面について少なくとも３点の高さ方向位置を算出する算出手段と、
   前記少なくとも３点の高さ方向位置を前記車両の進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成する処理手段と、
   を備え、
   前記補正手段は、前記車両の前後方向傾き動作による成分を前記測長手段で取得された測長データに基づき検知する検知手段を含む
   ことを特徴とする情報処理装置。
2. 車両の走行中に路面との距離を示す測長データを前記路面に非接触で少なくとも３点について取得可能である測長手段と、
   前記少なくとも３点の測長データを前記路面に対する法線方向の少なくとも３点の測長値に補正する補正手段と、
   前記少なくとも３点の測長値から前記路面について少なくとも３点の高さ方向位置を算出する算出手段と、
   前記少なくとも３点の高さ方向位置を前記車両の進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成する処理手段と、
   を備え、
   前記測長手段は、前記車両の進行方向に沿って互いに離間して前記車両に配された少なくとも３個の測長器を用いて、前記少なくとも３点の測長データを取得する
   ことを特徴とする情報処理装置。
3. 車両の走行中に路面との距離を示す測長データを前記路面に非接触で少なくとも３点について取得可能である測長ステップと、
   前記少なくとも３点の測長データを前記路面に対する法線方向の少なくとも３点の測長値に補正する補正ステップと、
   前記少なくとも３点の測長値から前記路面について少なくとも３点の高さ方向位置を算出する算出ステップと、
   前記少なくとも３点の高さ方向位置を前記車両の進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成する処理ステップと、
   を備え、
   前記補正ステップは、前記車両の前後方向傾き動作による成分を前記測長ステップで取得された測長データに基づき検知することを含む
   ことを特徴とする情報処理方法。
4. 車両の走行中に路面との距離を示す測長データを前記路面に非接触で少なくとも３点について取得可能である測長ステップと、
   前記少なくとも３点の測長データを前記路面に対する法線方向の少なくとも３点の測長値に補正する補正ステップと、
   前記少なくとも３点の測長値から前記路面について少なくとも３点の高さ方向位置を算出する算出ステップと、
   前記少なくとも３点の高さ方向位置を前記車両の進行方向につなぎ合わせて縦断凹凸情報を生成する処理ステップと、
   を備え、
   前記測長ステップは、前記車両の進行方向に沿って互いに離間して前記車両に配された少なくとも３個の測長器を用いて、前記少なくとも３点の測長データを取得することを含む
   ことを特徴とする情報処理方法。
5. 車両と、
   前記車両に搭載された請求項１又は２に記載の情報処理装置と、
   を備えたことを特徴とする情報処理システム。

Images