(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直荷重を計測する荷重センサに所定重量の錘で重力による荷重をかけた状態のセンシング装置を搭載した車両を走行させ、所定のサンプリング間隔毎に前記荷重センサの出力を記録する工程と、
前記車両の走行中、前記記録した荷重センサの出力に対応させてその記録位置の位置情報を記録する工程と、
前記錘の重力による荷重のみがかけられた状態の前記荷重センサの出力である静止荷重の値に対する前記記録した前記荷重センサの出力である衝撃荷重の値の変化を求める工程と、
を備えることを特徴とする路面状態測定方法。
【請求項２】
前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を前記記録した記録位置の位置情報と関連付けて可視化する工程を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の路面状態測定方法。
【請求項３】
前記可視化を、前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を示す軸と前記記録した記録位置の位置情報を示す軸とを有する二次元グラフによって行なう、
ことを特徴とする請求項２に記載の路面状態測定方法。
【請求項４】
前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を、それらの静止荷重の値と衝撃荷重の値との比率として算出する、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の路面状態測定方法。
【請求項５】
前記記録位置の位置情報を、ＧＰＳによる座標情報として取得する、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の路面状態測定方法。
【請求項６】
垂直荷重を計測する荷重センサに所定重量の錘で重力による荷重をかけた状態のセンシング装置と、
所定のサンプリング間隔毎に前記荷重センサの出力を記録する手段と、
前記荷重センサを搭載した車両の走行中、前記記録した荷重センサの出力に対応させてその記録位置の位置情報を記録する手段と、
前記錘の重力による荷重のみがかけられた状態の前記荷重センサの出力である静止荷重の値に対する前記記録した前記荷重センサの出力である衝撃荷重の値の変化を求める手段と、
を備えることを特徴とする路面状態測定装置。
【請求項７】
情報を可視化する可視化装置と、
前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を前記記録した記録位置の位置情報と関連付けて前記可視化装置に可視化させる手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の路面状態測定装置。
【請求項８】
前記可視化を、前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を示す軸と前記記録した記録位置の位置情報を示す軸とを有する二次元グラフによって行なう、
ことを特徴とする請求項７に記載の路面状態測定装置。
【請求項９】
前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を、それらの静止荷重の値と衝撃荷重の値との比率として算出する、
ことを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一に記載の路面状態測定装置。
【請求項１０】
前記記録位置の位置情報を、ＧＰＳによる座標情報として取得する、
ことを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一に記載の路面状態測定装置。
【請求項１１】
路面状態を測定するためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータにインストールされ、当該コンピュータに、
垂直荷重を計測する荷重センサに所定重量の錘で重力による荷重をかけた状態のセンシング装置から、所定のサンプリング間隔毎に前記荷重センサの出力を取得して記録するステップと、
前記荷重センサを搭載した車両の走行中、前記記録した荷重センサの出力に対応させてその記録位置の位置情報を記録するステップと、
前記錘の重力による荷重のみがかけられた状態の前記荷重センサの出力である静止荷重の値に対する前記記録した前記荷重センサの出力である衝撃荷重の値の変化を求めるステップと、
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
前記コンピュータに、前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を前記記録した記録位置の位置情報と関連付けて、情報を可視化する可視化装置に可視化させるステップを更に実行させる、
ことを特徴とする請求項１１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１３】
前記可視化を、前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を示す軸と前記記録した記録位置の位置情報を示す軸とを有する二次元グラフによって行なう、
ことを特徴とする請求項１２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１４】
前記求めた静止荷重の値に対する衝撃荷重の値の変化を、それらの静止荷重の値と衝撃荷重の値との比率として算出する、
ことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか一に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１５】
前記記録位置の位置情報を、ＧＰＳによる座標情報として取得する、
ことを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を実際に走行させて、道路に生じている段差や凹凸等の路面状態を測定するようにした技術に係り、特に、路面に対して接触しない非接触方式であって、路面から受ける動的応答を測定するレスポンス方式の路面状態測定方法、路面状態測定装置、およびこれらの方法および装置に利用するコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の路面は、理想的には平滑面であることが望ましい。しかしながら、完全な平滑性を維持している道路は存在せず、現実には段差や凹凸が無数に連続している。このような段差や凹凸は、道路の竣工時から不可避的に発生しているし、使用頻度に応じてその程度も増大する。とりわけ、高速道路では、路面に生じている段差や凹凸が走行時の快適性に大きく影響を与えるのみならず、騒音の原因となったり、安全運行に支障を来たしたりすることから、厳重な路面管理が必要である。
【０００３】
路面を管理する場合、路面の平滑性を評価するための何らかの指標が必要となる。わが国では、建設省（現、国土交通省）で開発されたＭＣＩ（Maintenance Control Index：維持管理指数）があるが、近年では、より道路利用者の快適性に重点をおいた指標として、ＩＲＩ（International Roughness Index：国際ラフネス指標）が注目されている。これに対して、どのような指標を採用するにせよ、まずは、道路に生じている段差や凹凸等の路面状態を測定する必要がある。
【０００４】
路面状況を測定する技術には、大別すると、プロファイル方式とレスポンス方式とがある。プロファイル方式は、路面の縦方向のプロファイルを実測する方式である。例えば、特許文献１には、プロファイル方式の一例として、レーザ光点変位計、超音波距離計等を用い、路面との間の波動の往復伝播時間を計測して計測車と路面との間の相対距離を検出する技術が開示されている（段落０００８等参照）。これに対して、レスポンス方式は、路面から受ける動的応答に基づいて路面の平滑性を測定する方式である。例えば、特許文献２には、レスポンス方式の一例として、鉛直方向の加速度を加速度計で測定し、これを積分して鉛直方向の変位を求めるようにした技術が開示されている（段落０００６〜００１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−０９４４４５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この出願の発明者は、レスポンス方式に着目し、路面状態の測定について研究を重ねた。レスポンス方式によって路面状態を測定する最も一般的な手法は、上記特許文献２に記載されているように、鉛直方向の加速度を測定し、これを積分して鉛直方向の変位を求める手法である。ところが、このような測定手法を用いた場合、路面の段差や凹凸に対して、必ずしも高い検出精度が得られないという問題がある。これは、路面の段差や凹凸に応じて加速度計は加速度を検出するわけであるが、段差や凹凸が比較的小さな場合の加速度と比較的大きな場合の加速度とを比較した場合、両者間に顕著な加速度変化が生じないからである。つまり、道路上に車両を実走行させた場合、路面には細かな段差や凹凸が連続しているために、車両に搭載されている加速度計は常に加速度を検出した状態となっている。このため、比較的大きな段差や凹凸を乗り越えた場合であっても、大きな加速度変化が現れにくい。その結果、路面の段差や凹凸に対して高い検出精度が得られない。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、段差や凹凸という路面状態を高い精度をもって測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の路面状態測定方法は、垂直荷重を計測する荷重センサに所定重量の錘で重力による荷重をかけた状態のセンシング装置を搭載した車両を走行させ、所定のサンプリング間隔毎に前記荷重センサの出力を記録する工程と、前記車両の走行中、前記記録した荷重センサの出力に対応させてその記録位置の位置情報を記録する工程と、前記錘の重力による荷重のみがかけられた状態の前記荷重センサの出力である静止荷重の値に対する前記記録した前記荷重センサの出力である衝撃荷重の値の変化を求める工程と、を備えることによって上記課題を解決した。
【０００９】
本発明の路面状態測定装置は、垂直荷重を計測する荷重センサに所定重量の錘で重力による荷重をかけた状態のセンシング装置と、所定のサンプリング間隔毎に前記荷重センサの出力を記録する手段と、前記荷重センサを搭載した車両の走行中、前記記録した荷重センサの出力に対応させてその記録位置の位置情報を記録する手段と、前記錘の重力による荷重のみがかけられた状態の前記荷重センサの出力である静止荷重の値に対する前記記録した前記荷重センサの出力である衝撃荷重の値の変化を求める手段と、を備えることによって上記課題を解決した。
【００１０】
本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータにインストールされ、当該コンピュータに、垂直荷重を計測する荷重センサに所定重量の錘で重力による荷重をかけた状態のセンシング装置から、所定のサンプリング間隔毎に前記荷重センサの出力を取得して記録する機能と、前記荷重センサを搭載した車両の走行中、前記記録した荷重センサの出力に対応させてその記録位置の位置情報を記録する機能と、前記錘の重力による荷重のみがかけられた状態の前記荷重センサの出力である静止荷重の値に対する前記記録した前記荷重センサの出力である衝撃荷重の値の変化を求める機能と、を実行させることによって上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、路面の段差や凹凸の程度に応じて荷重センサの出力の値に大きな変化が生ずるため、路面状態を高い精度をもって測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の一形態として、路面状態測定装置を搭載して路面状態測定方法を実施している状態を示す車両の模式図。
【図２】路面状態測定装置の概略構造を示すブロック図。
【図３】静止荷重Ｗと衝撃荷重Ｐと衝撃力Ｐｉｍｐとの関係を説明する荷重センサユニットの経時出力変化を示すグラフ。
【図４】路面状態測定装置の採取データに基づき生成された標本化データベースの模式図。
【図５】不快適性の段階を説明するための模式図。
【図６】路面状態測定装置が備えるセンシング装置の分解斜視図。
【図７】センシング装置が備える錘を下方から見た斜視図。
【図８】センシング装置の箱体のみを断面にして示す側面図。
【図９】パソコンのハードウェア構成を概略的に示すブロック図。
【図１０】パソコンが実行する衝撃荷重取得処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】パソコンが実行する位置情報取得処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】路面状態測定装置によって測定された測定値を可視化する処理の流れを示すフローチャート。
【図１３】路面状態測定装置を用いて開通直後の高速道路（北関東自動車道）で採取した採取データに基づき生成した標本化データベースの可視化例として、横軸に時間、縦軸に不快適指数をとったデフォルトのグラフ表示を示す模式図。
【図１４】路面状態測定装置を用いて開通後３８年経過した高速道路（東北自動車道）で採取した採取データに基づき生成した標本化データベースの可視化例として、横軸に時間、縦軸に不快適指数をとったデフォルトのグラフ表示を示す模式図。
【図１５】図１４に示すグラフの基礎となる標本化データベースのデータに基づいて作成した横軸に時間（図１４よりもスケールアップ）、縦軸に衝撃荷重Ｐをとったグラフ。
【図１６】横軸にＫＰ（キロポスト）、縦軸に衝撃荷重Ｐをとったグラフ表示を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、路面状態測定装置１０１を搭載して路面状態測定方法を実施している状態を示す車両１１の模式図である。道路１の路面２の状態を測定するには、例えば荷台１２の上に路面状態測定装置１０１を搭載した車両１１で測定対象である路面２上を走行する。車両１１としては、特別なものを用意する必要はなく、一般的な乗用車、軽自動車、ワゴン、ライトバン、トラック等、あらゆるものを用いることができる。路面状態測定装置１０１は、荷台１２に限らず、例えばシート１３の上や、車両の床面１４に設置してもよい。車両１１が路面２に生じている段差３や凹凸（図示せず）を通過すると、路面状態測定装置１０１はこれに反応する。
【００１５】
図２に示すように、路面状態測定装置１０１は、荷重センサ１１１を備えるセンシング装置１１２と、パソコン１３１と、ＧＰＳユニット１５１との組み合わせからなる。センシング装置１１２が備える荷重センサ１１１は、垂直荷重を計測する。センシング装置１１２は、このような荷重センサ１１１に所定重量の錘１１３で重力による荷重をかけた状態にしている。このため、車両１１の静止時、荷重センサ１１１は、その錘１１３の重量、例えば６０ｋｇに応じた電気信号を出力する。荷重センサ１１１の出力は、計量回路１１４を介してパソコン１３１に送られる。計量回路１１４は、荷重センサ１１１から出力されるアナログの電気信号を増幅し、デジタル信号に変換して出力する。パソコン１３１は、計量回路１１４が出力するデジタル信号を参照することによって、荷重センサ１１１にかかっている荷重量を認識することができる。荷重センサ１１１と計量回路１１４とは、荷重センサユニット１１５（図９参照）を構成する。
【００１６】
図３は、静止荷重Ｗと衝撃荷重Ｐと衝撃力Ｐｉｍｐとの関係を説明する荷重センサユニットの経時出力変化を示すグラフである。図３のグラフでは、横軸に時間、縦軸に荷重量がとられている。前述したように、錘１１３の重量が６０ｋｇであるとすると、車両１１の静止時、パソコン１３１は、計量回路１１４から取り込んだ荷重センサ１１１の出力に基づいて、６０ｋｇの荷重を認識する。この荷重の値は、錘１１３の重力による荷重のみがかけられた状態の荷重センサ１１１の出力である。本明細書では、これを静止荷重Ｗと呼ぶ。
【００１７】
車両１１が道路１を走行すると、その路面２に生じている段差３や凹凸を通過する。すると、その際に生ずる車両１１の突き上げによって荷重センサ１１１が錘１１３に押し付けられるため、荷重センサ１１１の出力の値が大きくなる。これにより、パソコン１３１は、計量回路１１４から取り込んだ荷重センサ１１１の出力に基づいて、６０ｋｇを超える値の荷重を認識する。本明細書では、これを衝撃荷重Ｐと呼ぶ。
【００１８】
そして、図３に示すように、衝撃荷重Ｐの値は、そのピークを過ぎると減少する。つまり、道路１を走行する車両１１が路面２に生じている段差３や凹凸を通過すると衝撃荷重Ｐの値が増加し始め、ピークに達すると減少するという現象が、繰り返し発生する。このような衝撃荷重Ｐの変化曲線において、ピーク時の衝撃荷重Ｐを、本明細書では衝撃力Ｐｉｍｐと呼ぶ。
【００１９】
以上の説明によって、静止荷重Ｗ、衝撃荷重Ｐ、および衝撃力Ｐｉｍｐの概念についてご理解いただけたことであろう。そこで、再び、図２を参照されたい。パソコン１３１は、所定のサンプリング間隔で荷重センサ１１１の出力を取り込むことで、図３に例示するような荷重量の変化を認識することができる。精度良く荷重量の変化を認識するためのサンプリング間隔としては、車両１１の走行速度が８０〜１００ｋｍ／ｈｒとして、１／１００秒程度であることが望ましい。これを距離に変換すると、
車両１１が時速８０ｋｍのとき  ：  約２２２ｍｍ
車両１１が時速９０ｋｍのとき  ：    ２５０ｍｍ
車両１１が時速１００ｋｍのとき：  約２７８ｍｍ
となる。これは、２５０ｍｍ以下の測定間隔を規定するＩＲＩ（国際ラフネス指標）とほぼ符合する。サンプリング間隔をこのように規定することで、衝撃力Ｐｉｍｐのデータを正確に採取することが可能となる。反対に、１／１００秒程度よりも細かいサンプリング間隔で荷重センサ１１１の出力を取り込んだ場合には、より豊富な衝撃荷重Ｐのデータを得ることができる反面、衝撃力Ｐｉｍｐのデータを得るという目的から見ると、データ量が過剰になってしまう。したがって、車両１１の走行速度が８０〜１００ｋｍ／ｈｒとした場合に、１／１００秒程度のサンプリング周期で荷重センサ１１１の出力を取り込むことが最善である。
【００２０】
パソコン１３１は、さらに、ＧＰＳユニット１５１から位置情報を取得する。つまり、ＧＰＳユニット１５１は、ＧＰＳ（Global Positioning System：汎地球測位システム）を搭載し、アンテナ１５２を介して受信したＧＰＳ衛星からの信号に基づいて現在位置の座標情報を演算によって求める。そこで、パソコン１３１は、車両１１の走行中、所定のサンプリング間隔、例えば１秒毎に、ＧＰＳユニット１５１から現在位置の座標情報を取り込む。そして、取り込んだ座標情報は、１／１００秒程度のサンプリング間隔で取り込んだ荷重センサ１１１の出力に対応させて、この荷重センサ１１１の出力と共にデータ記録する。この際、荷重センサ１１１の出力によって得られる衝撃荷重Ｐのデータのサンプリング間隔（１／１００秒程度）とＧＰＳユニット１５１から得られる座標情報のサンプリング間隔（１秒程度）とは、正確にシンクロナイズさせる必要はなく、およそ対応していればよい。
【００２１】
図４は、路面状態測定装置１０１の採取データに基づき生成された標本化データベースＤＢの模式図である。標本化データベースＤＢは、「１／１００秒値」、「衝撃荷重」、「不快適指数」、「段階値」、「位置座標」、および「ＫＰ（キロポスト）」のデータを記録し蓄積する。パソコン１３１は、荷重センサ１１１の出力を取り込むサンプリング間隔である１／１００秒の値を次々と「１／１００秒値」に記録してゆく。そして、その時の荷重センサ１１１からの出力に基づく衝撃荷重Ｐを「衝撃荷重」に記録してゆく。また、１秒というサンプリング間隔毎にＧＰＳユニット１５１から取得する位置情報（座標情報）を「位置座標」に記録してゆく。
【００２２】
このような標本化データベースＤＢ中、「不快適指数」、「段階値」、および「ＫＰ（キロポスト）」については、未だ説明をしていないので、説明を加える。
【００２３】
「不快適指数」は、静止荷重Ｗの値と衝撃荷重Ｐの値との比率である。つまり、パソコン１３１は、静止荷重Ｗの値に対する衝撃荷重Ｐの変化を求める処理として、静止荷重Ｗの値と衝撃荷重Ｐの値との比率を求める処理を実行する。この場合の比率は、
（衝撃荷重Ｐ／静止荷重Ｗ）                            ………（１）
として算出される。例えば、静止荷重Ｗを６０ｋｇとすると、衝撃荷重Ｐの値が７５ｋｇの場合の不快適指数は１．２５であり、衝撃荷重Ｐの値が９０ｋｇの場合の不快適指数は１．５である。そこで、パソコン１３１は、荷重センサ１１１の出力から得た衝撃荷重Ｐの値に基づいて不快適指数を算出し、これをその基となる衝撃荷重Ｐに対応させて標本化データベースＤＢ中の「不快適指数」に記録してゆく。なお、不快適指数という用語は、一般的に通用している技術用語ではなく、本明細書において定義する用語である。
【００２４】
図５は、不快適性の段階を説明するための模式図である。前述した不快適指数は、路面２の状態に関するいわば１次評価である。この評価は、路面２の物的な状態にのみ依存しており、人間が快適と感ずるか不快適と感ずるかというような心理的要素を含んでいない。これに対して、不快適性の段階は、路面２の状態に関するいわば２次評価である。この評価は、人間が快適と感ずるか不快適と感ずるかという心理的評価をなしている。
【００２５】
一般的に、路面２に生じた段差３が２０ｍｍ程度になると、例えば８０〜１００ｋｍ／ｈｒで走行する車両１１で乗り越えた場合、不快適と感じることが多い。このため、２０ｍｍの段差３は、補修が必要になるものと考えられる。そこで、一例として、２０ｍｍの段差を路面２上に実際に作り、その上を８０ｋｍ／ｈｒの速度で車両１１を走行してみる。そして、この時の荷重センサ１１１の出力に基づく衝撃荷重Ｐを採取し、衝撃力Ｐｉｍｐを求める。こうして求めた衝撃力Ｐｉｍｐを、ここでは補修基準衝撃力Ｐｉｍｐ・基準とする。
【００２６】
図５に示すように、静止荷重Ｗから補修基準衝撃力Ｐｉｍｐ・基準の際の衝撃荷重Ｐに至る段階を、５段階に分類する。これが、不快適性の段階である。では、各段階をどのように分類するのかというと、荷重センサ１１１の出力に基づく衝撃荷重Ｐを、
（Ｐｉｍｐ−Ｗ）／（Ｐｉｍｐ・基準−Ｗ）              ………（２）
Ｗ：静止荷重、Ｐｉｍｐ：衝撃力、Ｐｉｍｐ・基準：補修基準衝撃力
の式に当てはめ、表１に示す不快適性の判定基準に従い分類する。例えば、静止荷重が６０ｋｇ、補修基準衝撃力Ｐｉｍｐ・基準が１２０ｋｇと仮定する。この場合、採取した衝撃荷重Ｐが７５ｋｇとすると、（２）式の解は０．２５となり、不快適性の段階は０．３以下なので１段階となる。また、採取した衝撃荷重Ｐが８５ｋｇとすると、（２）式の解は約０．４２となり、不快適性の段階は０．３〜０．５なので２段階となる。同様に、採取した衝撃荷重Ｐが１００ｋｇとすると、（２）式の解は約０．６７となり、不快適性の段階は０．５〜０．７なので３段階となる。同様に、採取した衝撃荷重Ｐが１０５ｋｇとすると、（２）式の解は約０．７５となり、不快適性の段階は０．７〜０．９なので４段階となる。そして、採取した衝撃荷重Ｐが１１０ｋｇとすると、（２）式の解は約０．８３となり、不快適性の段階は０．９〜１．０なので５段階となる。
【００２７】
【表１】
0005561696.tif 000002
【００２８】
そして、実際に車両１１を走行させた場合の人間の感覚として、不快適と感ずるまでは至らないが、３段階目と４段階目とにやや問題を感じたならば、それぞれの価値観を定義する。表１に示す一例では、３段階目を観察、４段階目を注意観察という価値観で定義している。
【００２９】
なお、不快適と感ずるかどうかは、車両１１の性能に大きく依存するし、個人差もある。このため、２０ｍｍというのは、あくまでも一つの目安であり、他の値の採用を否定するものではない。また、不快適性の段階として、実際に走行している車両１１に搭乗している者の感覚に基づき定義した例を示したが、他の価値観をもって不快適正の段階を定義してもよい。例えば、路面２に生じている段差３を車両１１が乗り越える際に発生する騒音の程度や、走行時に生ずることであろう危険性の程度などの価値観で不快適性の段階を定義してもよい。
【００３０】
パソコン１３１は、荷重センサ１１１の出力から得た衝撃荷重Ｐの値に基づいて不快適の段階を算出し、これをその基となる衝撃荷重Ｐに対応させて標本化データベースＤＢ中の「段階値」に記録してゆく。なお、不快適性の段階という用語は、一般的に通用している技術用語ではなく、本明細書において定義する用語である。
【００３１】
ついで、「ＫＰ（キロポスト）」は、基準となる地点からの一定間隔毎の標識位置である。本実施の形態において、ＫＰ（キロポスト）の用語は広義であり、文字通りの１ｋｍ毎の標識位置であっても、他の間隔、例えば１００ｍ毎の標識位置であってもよい。より狭義には、実際の道路、例えば東名高速道路や中央自動車道等に現実に設置されているいわゆる狭義のキロポストに対応する標識位置であってもよい。
【００３２】
パソコン１３１は、ＧＰＳユニット１５１から取り込んだ座標情報に基づいてＫＰ（キロポスト）の位置を求め、この位置情報をその基となる座標情報に対応させて標本化データベースＤＢ中の「ＫＰ（キロポスト）」に記録してゆく。
【００３３】
こうして、パソコン１３１は、測定対象である路面２を車両１１が走行している間のデータを標本化データベースＤＢに逐次記録し、標本化データベースＤＢを完成させる。
【００３４】
図６は、路面状態測定装置１０１が備えるセンシング装置１１２の分解斜視図である。センシング装置１１２は、荷重センサ１１１を備えるセンサベース１１６を箱型の保持ベース１１７に収納し、センサベース１１６に錘１１３を取り付けた構造のものである。センサベース１１６は、円柱状のロワベース１１６ａとアッパベース１１６ｂとの間に荷重センサ１１１を配置した構造体である。荷重センサ１１１は、一例として、一対のシート状のゴムの間に圧電フィルムをラミネートしたシート型変電荷重センサである。このようなシート型変電荷重センサは、垂直荷重がかかったゴムがポアゾン効果によって水平方向に伸びる力で圧電フィルムを引き延ばし、その変形に応じた電荷を圧電フィルムに生じさせる。このような荷重センサ１１１は、ロワベース１１６ａの上面とアッパベース１１６ｂの下面とに接着固定されている。なお、別の一例として、ロードセル秤を用いて荷重センサ１１１としてもよい。
【００３５】
センサベース１１６は、アッパベース１１６ｂの上面に三本の装着棒１１８を垂直方向に向けて固定している。これらの装着棒１１８は、錘１１３をセンサベース１１６に装着するための構造物であり、正三角形をなす位置に配置されている。つまり、円盤状の錘１１３には、それらの装着棒１１８と位置を合わせて三個の装着孔１１９が形成されている。そこで、錘１１３に形成された装着孔１１９に装着棒１１８を通すようにしてセンサベース１１６に錘１１３を載置することで、錘１１３がセンサベース１１６に装着される。ここで重要なことは、錘１１３に形成されている装着孔１１９の方がアッパベース１１６ｂに設けられている装着棒１１８よりも大径に形成されている、ということである。したがって、装着棒１１８と装着孔１１９との間には遊びが形成される。このような錘１１３は、一例として、一つが１５ｋｇの重量で形成されている。本実施の形態では、四個の錘１１３をセンサベース１１６に装着可能である。したがって、最大で６０ｋｇの錘１１３による荷重を荷重センサ１１１にかけることができる。このように、錘１１３は四個に分割されているので、その持ち運びや取り扱いが良好である。
【００３６】
図７および図８に示すように、最下段の錘１１３は、その下面に三個のローラベアリング１２０を備えている。これらのローラベアリング１２０は、正三角形の頂点をなす位置に配置されている。したがって、アッパベース１１６ｂに装着された四個の錘１１３は、ローラベアリング１２０の作用で、装着棒１１８と装着孔１１９との間の遊びの分だけ自由に移動することができる。このため、センシング装置１１２を搭載した車両１１を走行させた場合、車両１１には振動が伝わるので、錘１１３は絶えず装着棒１１８と装着孔１１９との間の遊びの分だけ自由に移動することになる。この際、ローラベアリング１２０は、正三角形の頂点をなす三箇所の位置に配置されているので、保持ベース１１７からの浮き上がりが抑制される。これにより、保持ベース１１７の底面に対するセンサベース１１６の垂直度が維持され、荷重センサ１１１の測定精度が保たれる。
【００３７】
なお、車両１１から伝わる振動によって四個の錘１１３が一体的に移動するよう、個々の錘１１３同士が位置固定されているとよい。このような個々の錘１１３同士の位置固定は、一例として、下方に位置付けられる錘１１３の上面とこれに積み重ねられる錘１１３の下面とに凹凸の嵌合構造を形成しておくことで、容易に実現可能である。
【００３８】
また、別の一例として、アッパベース１１６ｂの装着棒１１８と錘１１３の装着孔１１９とを共に設けず、単に、アッパベース１１６ｂの上面に錘１１３を載置するだけの構成としてもよい。この場合には、一例として、保持ベース１１７の側壁の高さを錘１１３の高さ程度以上に高く形成し、ローラベアリング１２０によって自由に移動する錘１１３の脱落を保持ベース１１７の側壁によって防止するようにする。そして、個々の錘１１３同士を紐などで結び合わせることで、大きな振動が伝わると凹凸嵌合だけでは脱落してしまう可能性がある個々の錘１１３同士を、強固に一体化することが可能となる。
【００３９】
図９は、センシング装置１１２のハードウェア構成を概略的に示すブロック図である。センシング装置１１２のハードウェア構成は、パソコン１３１に荷重センサユニット１１５とＧＰＳユニット１５１とが接続されて構築されている。パソコン１３１は、各種の演算処理を実行するＣＰＵ１３２にＲＯＭ１３３およびＲＡＭ１３４が接続されたマイクロコンピュータ１３５を主体とする。ＲＯＭ１３３は、例えばＥＥＰＲＯＭであり、ＢＩＯＳ等の固定データを格納している。ＲＡＭ１３４は、各種の可変データを書き換え自在に記憶し、ＣＰＵ１３２が演算処理を実行する際のワークエリアを提供する。このようなマイクロコンピュータ１３５には、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１３６、液晶ディスプレイ等の表示部１３７、並びに、キーボードおよびポインティングデバイスからなる入力部１３８が接続され、パソコン１３１を構成している。ＨＤＤ１３６には、路面状態測定用のコンピュータプログラムであるプログラムＰＧがインストールされており、標本化データベースＤＢが格納されている。プログラムＰＧを起動させると、その全部または一部がＲＡＭ１３４のワークエリアにコピーされ、ＣＰＵ１３２はＲＡＭ１３４にアクセスしてプログラムＰＧに従った処理を実行する。また、起動したプログラムによって標本化データベースＤＢを作成するに際して、ＣＰＵ１３２は、標本化データベースＤＢを作成してＨＤＤ１３６に格納した上で、この標本化データベースＤＢに蓄積すべきデータをＲＡＭ１３４のワークエリアにまず記憶し、その後、逐次、ＨＤＤ１３６に格納した標本化データベースＤＢに格納していく。
【００４０】
こうして構築されたパソコン１３１のＣＰＵ１３２には、荷重センサユニット１１５とＧＰＳユニット１５１とがデータ通信自在に接続されている。荷重センサユニット１１５は、前述したように、センシング装置１１２が備えている荷重センサ１１１に計量回路１１４が組み合わされたハードウェアである。ＧＰＳユニット１５１は、アンテナ１５２を介して受信したＧＰＳ衛星からの信号に基づいて現在位置の座標情報を演算によって求め、座標情報（座標データ）をパソコン１３１に送信する。
【００４１】
以上のように構成された路面状態測定装置１０１を使用するには、まず、路面状態測定装置１０１を車両１１に搭載し、路面２の状態を測定しようとする道路１まで赴く。そして、路面状態測定用のプログラムＰＧを起動させ、測定対象である路面２上を走行する。この際、起動したプログラムＰＧに従い、パソコン１３１のＣＰＵ１３２は、衝撃荷重取得処理およびそのバックグランド処理と位置情報取得処理とをマルチタスク処理で並列的に実行し、新たな標本化データベースＤＢを構築してゆく。以下、衝撃荷重取得処理を図１０に基づいて、位置情報取得処理を図１１に基づいて、順に説明する。衝撃荷重取得処理のバックグランド処理については、フローチャート等で図示することなく説明する。
【００４２】
まず、図１０に示すように、衝撃荷重取得処理として、ＣＰＵ１３２は、所定のサンプリング間隔を規定するサンプリング周期の到来を判定すると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、荷重センサユニット１１５から荷重値を取得する（ステップＳ１０２）。この場合のサンプリング周期は、先に例示したように、１／１００秒である。ＣＰＵ１３２は、荷重値を取得したならば（ステップＳ１０２）、１／１００秒値をインクリメントし、その１／１００秒値と共に取得した荷重値を標本化データベースＤＢの「１／１００秒値」と「衝撃荷重」とに記録する（ステップＳ１０３）。このような処理（ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３）は、ＣＰＵ１３２が終了コマンドを受信するまで（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、繰り返し実行される。
【００４３】
ＣＰＵ１３２は、衝撃荷重取得処理のバックグランド処理として、不快適指数と不快適性の段階値とを演算処理によって算出し、その算出結果の値を標本化データベースＤＢの「不快適指数」および「段階値」に記録する。これらの不快適指数と不快適性の段階値との算出手法については、上記（１）式および（２）式として既に述べたとおりであるので重複説明を避けるが、若干の説明を補足する。
【００４４】
まず、不快適性指数は、上記（１）式のとおり、（衝撃荷重Ｐ／静止荷重Ｗ）として算出される。このため、予め静止荷重Ｗの値が予め定義されている必要がある。そこで、路面状態測定用のプログラムＰＧは、静止荷重Ｗの値を定義する機会をユーザに提供する。静止荷重Ｗの値の定義は、一例として、入力部１３８を用いた手入力によってなされる。別の一例としては、荷重センサユニット１１５から取り込んだ加重値によって静止荷重Ｗの値を定義してもよい。この場合、一例として、車両１１を停止した状態で入力部１３８によって取り込み指定をすると、荷重センサユニット１１５から荷重値を取り込み、これを静止荷重Ｗとして定義する。
【００４５】
ついで、不快適性の段階は、上記（２）式のとおり、（Ｐｉｍｐ−Ｗ）／（Ｐｉｍｐ・基準−Ｗ）として算出され、上記表１中の各段階値を決する（２）式の解の範囲に当てはめて求められる。このため、補修基準衝撃力Ｐｉｍｐ・基準および各段階値を決する（２）式の解の範囲が予め定義されている必要がある。そこで、路面状態測定用のプログラムＰＧは、これらの補修基準衝撃力Ｐｉｍｐ・基準および各段階値を決する（２）式の解の範囲を定義する機会をユーザに提供する。これらの値の定義は、一例として、入力部１３８を用いた手入力によってなされる。
【００４６】
ついで、図１１に示すように、位置情報取得処理として、ＣＰＵ１３２は、所定のサンプリング間隔を規定するサンプリング周期の到来を判定すると（ステップＳ１５１のＹＥＳ）、ＧＰＳユニット１５１から現在位置の位置座標を取得する（ステップＳ１５２）。この場合のサンプリング周期は、先に例示したように、１秒である。ＣＰＵ１３２は、一座標を取得したならば（ステップＳ１５２）、取得した位置座標からＫＰ（キロポスト）を算出する（ステップＳ１５３）。そして、位置座標およびＫＰを標本化データベースＤＢの「位置座標」と「ＫＰ（キロポスト）」とに記録する（ステップＳ１５４）。このような処理（ステップＳ１５１〜ステップＳ１５４）は、ＣＰＵ１３２が終了コマンドを受信するまで（ステップＳ１５５のＹＥＳ）、繰り返し実行される。
【００４７】
パソコン１３１のＣＰＵ１３２は、プログラムＰＧに従い、以上説明した衝撃荷重取得処理およびそのバックグランド処理と位置情報取得処理とを実行することで、測定対象である路面２を車両１１が走行している間のデータを標本化データベースＤＢに逐次記録し、標本化データベースＤＢを完成させる。路面状態測定用のプログラムＰＧは、こうして生成した標本化データベースＤＢのデータに基づき、静止荷重Ｗの値に対する衝撃荷重Ｐの値の変化を位置情報と関連付けて可視化する機能をパソコン１３１に実行させる。また、路面状態測定用のプログラムＰＧさえインストールしておけば、車両１１に搭載した路面状態測定装置１０１のパソコン１３１のＨＤＤ１３６に構築された標本化データベースＤＢをコピーすることで、別のコンピュータで上記可視化処理を行なわせることもできる。以下、このような可視化処理を図１２のフローチャートおよび図１３〜図１６に示すグラフ表示等を参照しながら説明する。ここでは、パソコン１３１によって可視化処理を実行する場合を説明する。
【００４８】
図１２に示すように、ＣＰＵ１３２は、可視化を望む標本化データベースＤＢが選択指定されたならば（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、可視化装置となる表示部１３７にデフォルトグラフ表示を実行する（ステップＳ２０２）。デフォルトグラフ表示は、横軸に１／１００秒値、縦軸に不快適指数をとった二次元グラフである。その一例を図１３に、別の一例を図１４にそれぞれ示す。
【００４９】
図１３は、本実施の形態の路面状態測定装置１０１を試作し、開通直後の高速道路（北関東自動車道（平成２２年４月１７日開通））で実際に採取した採取データに基づき生成した標本化データベースＤＢの可視化例である。また、図１４は、本実施の形態の路面状態測定装置１０１を試作し、開通後３８年経過した高速道路（東北自動車道）で実際に採取した採取データに基づき生成した標本化データベースＤＢの可視化例である。いずれも、各種条件は、
データ採取日            ：平成２２年５月８日
走行速度                ：８０ｋｍ／ｈｒ
荷重値のサンプリング間隔：１／１００秒
である。
【００５０】
図１３および図１４のグラフ表示を参照すると、基調となる不快適指数が１〜１．１強程度の範囲に収まっていることが分かる。また、基調となる不快適指数についても、開通直後の北関東自動車道よりも開通後３８年経過した東北自動車道の方が、より数値が高い、つまり快適でないことが示されている。これに加えて、北関東自動車道では、基調となる不快適指数が比較的一定しているのに対して、東北自動車道では基調となる不快適指数に変動が生じている。これは、補修時期の相違によるものと推定される。
【００５１】
また、図１３および図１４のグラフ表示を参照すると、１〜１．１強程度の範囲に収まっている基調となる不快適指数の値のところどころに、ピーク的な上昇が測定されていることが分かる。この不快適指数のピーク的な上昇箇所は、車両１１が段差３や凹凸を乗り越えた箇所である。図１３のグラフ表示から、開通間もない道路１であっても、路面状態測定装置１０１は、極めて敏感に路面２の段差３や凹凸に反応してこれを記録していることが分かる。このような路面状態測定装置１０１の性能について、図１５のグラフを参照して次に説明する。
【００５２】
図１５は、図１４に示すグラフの基礎となる標本化データベースＤＢのデータに基づいて作成した横軸に時間、縦軸に衝撃荷重Ｐをとったグラフである。図１５のグラフでは、横軸の時間を図１４よりもスケールアップし、１／１００秒間隔で示している。このような図１５のグラフを参照すると、１２（１１と１３との間）から１７で示される６／１００秒の間に、１／１００秒（０．０１秒）間に１９〜２２ｋｇずつ衝撃荷重Ｐが増加し、合計で１１５ｋｇもの衝撃荷重Ｐの増加を測定していることが分かる。したがって、本実施の形態の路面状態測定装置１０１によれば、段差３や凹凸という路面２の状態に対する反応が極めて良好であり、このような路面２の状態を高い精度をもって測定することができる。
【００５３】
ここで、本実施の形態では、荷重センサ１１１に錘１１３による荷重を予めかけている。この場合の荷重量として、本実施の形態では、１５ｋｇの錘１１３を四個用いて６０ｋｇとしている。この６０ｋｇというのは、男女合わせた日本人の平均体重程度の重さである。したがって、本実施の形態の路面状態測定装置１０１は、観念的にいうなら、車両１１に搭乗している人間に対して加わる路面２の段差３や凹凸による衝撃を、直接的に荷重センサ１１１で計測しているが如き測定原理を採用していることになる。このため、荷重センサ１１１の出力に基づく値、例えば前述の不快適指数や不快適性の段階は、車両１１に搭乗している人間が受ける実際の快適性に関する感覚に、極めて近似した値を示すはずである。ここに、６０ｋｇという錘１１３の重量の意義を見出すことができる。
【００５４】
もっとも、上記６０ｋｇというのは、使用する錘１１３の重さが６０ｋｇあるいはその前後の重さでなければならないことを意図するものではない。発明者の認識においても、６０ｋｇおよびその前後の重さは単なる例示であって、６０ｋｇからかけ離れた重さ、例えば１５ｋｇの錘１１３のみを採用することに、特段の躊躇はない。実際に、発明者は、錘１１３の重量を１５ｋｇとして試験走行してみた。その結果、ある程度の大きさの段差３や凹凸によって荷重センサ１１１の出力に生ずるピーク的な変動に関して、十分な反応を示すことを確認することができた。
【００５５】
図１２に示すフローチャートの説明に戻る。ＣＰＵ１３２は、デフォルトグラフ表示を実行した後（ステップＳ２０２）、表示切替の指定の有無を判定する（ステップＳ２０３）。表示切替の指定を判定した場合（ステップＳ２０３のＹＥＳ）、現在の表示がデフォルトグラフ表示ならば（ステップＳ２０４のＹＥＳ）、キロポストグラフ表示に切り替える（ステップＳ２０５）。これに対して、キロポストグラフ表示に切り替えられた後に（ステップＳ２０５）、表示切替の指定の有無判定（ステップＳ２０３）は終了コマンドを認識するまで繰り返されるので（ステップＳ２１１）、表示切替の指定の有無判定（ステップＳ２０３）の後、現在の表示がデフォルトグラフ表示ではないと判定されることもある（ステップＳ２０４のＮＯ）。この場合には、キロポストグラフ表示がなされているはずなので、デフォルトグラフ表示に切り替える（ステップＳ２０６）。
【００５６】
図１６に示すように、キロポストグラフ表示は、横軸にＫＰ（キロポスト）の値をとったグラフ表示である。図１６に示すグラフ表示の一例では、横軸にＫＰ（キロポスト）、縦軸に衝撃荷重Ｐの値をとっている。図示しないが、ＣＰＵ１３２は、横軸にＫＰ（キロポスト）、縦軸に不快適指数の値をとったグラフ表示をすることもできる。このようなキロポストグラフ表示によれば、縦軸に示される衝撃荷重Ｐや不快適指数がどの場所でどのように変化しているのかが一目瞭然となる。このため、道路１の路面２の状況を現場検分するに際して、現場の位置を適切に知らせることができる。
【００５７】
以上、デフォルトグラフ表示とキロポストグラフ表示とについて説明した。追加の機能として、ＣＰＵ１３２は、いずれのグラフ表示であっても、横軸（時間、ＫＰ）のスケールを可変する機能をサポートしている。また、ＣＰＵ１３２は、デフォルトグラフ表示およびキロポストグラフ表示に、不快適性の段階を可視化する機能もサポートしている。以下、このような不快適性の段階を可視化する機能について説明する。
【００５８】
図１２に示すように、ＣＰＵ１３２は、段階表示の指定の有無を判定する（ステップＳ２０７）。段階表示の指定がなければ（ステップＳ２０７のＮＯ）、前述したように、終了コマンドを認識するまで（ステップＳ２１１のＹＥＳ）、ステップＳ２０３の表示切替の有無の判定にリターンし、表示切替および段階表示の処理を繰り返す。これに対して、ＣＰＵ１３２は、段階表示の指定を判定すると（ステップＳ２０７のＹＥＳ）、現在のグラフ表示に不快適性の段階を表示する（ステップＳ２０８）。この処理は、標本化データベースＤＢの「段階値」を参照し、段階毎にグラフに示される表示値の色を可変することによってなされる。例えば、表１に示す不快適性の判定基準では、段階１および２は問題無しなので、表示色の変更はせず、段階３（観察）になった場合には表示色を緑色に、段階４（注意観察）になった場合には表示色を黄色に、そして、段階５（要補修）に至ると表示色を赤色にする。これにより、デフォルトグラフ表示またはキロポストグラフ表示を見ただけで、不快適性の段階が一目瞭然となる。とりわけ、キロポストグラフ表示に不快適性の段階を色分け表示した場合には、どの場所で補修を要するのか等が歴然となり、補修等の箇所を有効に知らしめることができる。
【００５９】
ＣＰＵ１３２は、ステップＳ２０８において、不快適性の段階表示として、ポップアップ表示も実行する。ポップアップ表示は、グラフ表示とは別途のウインドウになされるため、より自由な表現形式で不快適性の段階を表示することができる。
【００６０】
続いて、ＣＰＵ１３２は、プリント指示の有無を判定し（ステップＳ２０９）、プリント指示を判定したならば（ステップＳ２０９のＹＥＳ）、プリント処理を実行する（ステップＳ２１０）。すると、パソコン１３１に接続された可視化装置として機能するプリンタ（図示せず）より、デフォルトグラフ表示、キロポストグラフ表示、それらに不快適性の段階を重畳表示したグラフをプリントアウトすることができる。このように、路面状態測定装置１０１は、静止荷重Ｗの値に対する衝撃荷重Ｐの値の変化を位置情報と関連付けた可視化の手法としては、表示部１３７を利用した可視化の他、プリンタを利用した可視化もサポートしている。
【００６１】
そして、ＣＰＵ１３２は、終了コマンドを認識したならば（ステップＳ２１１のＹＥＳ）、処理を終了する。
【符号の説明】
【００６２】
１１  車両
１１１  荷重センサ
１１２  センシング装置
１１３  錘
１３７  表示部（可視化装置）
Ｐ  衝撃荷重
Ｗ  静止荷重
【図１】
0005561696.tif 000003
【図２】
0005561696.tif 000004
【図３】
0005561696.tif 000005
【図４】
0005561696.tif 000006
【図５】
0005561696.tif 000007
【図６】
0005561696.tif 000008
【図７】
0005561696.tif 000009
【図８】
0005561696.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0005561696.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005561696.tif 000017
【図１６】
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