(57)【要約】【課題】道路管理に必要な車両通過台数、走行速度、車両重量を一種類のセンサを用いて検知できる道路監視システムを提供する。【解決手段】道路の路盤内に振動センサＳ１、Ｓ４を車両の走行方向に間隔をあけて設置し、センサＳ１またはＳ４による振動検知回数をカウントして車両の通過台数を求める。また、センサＳ１、Ｓ４による検知時間差から車両の走行速度をもとめ、さらに、検知した振動の振幅の大きさと走行速度から車両の重量を推定して求めるようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路の路盤内に振動センサを設置し、そのセンサで車両通行による振動を検知し、その検知回数をカウントして車両の通行台数を求める道路監視システム。
【請求項２】
道路の同一車線の路盤内に振動センサを走行方向に所要間隔をあけて複数個設置し、各センサで車両通行による振動を検知し、間隔をあけたセンサの検知時間差から通行車両の速度を求める道路監視システム。
【請求項３】
道路の同一車線の路盤内に振動センサを走行方向に所要間隔をあけて複数個設置し、各センサで車両通行による振動を検知し、間隔をあけたセンサの検知時間差から通行車両の通過速度を求め、検知した振動の振幅の大きさ、および通過速度から通行車両の重量を推定する道路監視システム。
【請求項４】
道路の同一車線の路盤内に複数布設したセンサから求める走行速度と、１つのセンサの検出する前輪と後輪の時間差から、走行する車の車軸間隔を求め、各車種グループの車軸間距離のデータベースから走行車種グループを推定する道路監視システム。
【請求項５】
道路の同一車線の路盤内に複数布設したセンサから求める走行速度と、そのうち１つのセンサが検知した振動の振幅の大きさから推定した車両の重量と、車軸間距離から推定した車種グループのデータベースとして保存している許容積載重量を比較して過積載か否かを推定する道路監視システム。
【請求項６】
振動センサとして、光ファイバを検知子とする光式振動センサを用いる請求項１乃至５のいずれかに記載の道路監視システム。
【請求項７】
アスファルト舗装道路において表面の密粒度アスファルト下にある粗粒度アスファルト層内に振動センサを埋設した請求項１乃至６のいずれかに記載の道路監視システム。
【請求項８】
振動センサを検知子の両側に金属ロッドを接続して構成し、この振動センサをほぼ車線幅となる長さにして車線を横切る方向に配置した請求項１乃至７のいずれかに記載の道路監視システム。
【請求項９】
振動センサ設置点の直近の路面に、通過車両を振動させる段差を形成した請求項１乃至８のいずれかに記載の道路監視システム。
【請求項１０】
路盤内の振動センサと路面との間に路盤に繋留される振動伝達部材を設け、この振動伝達部材を振動センサに接触させた請求項１乃至９のいずれかに記載の道路監視システム。
【請求項１１】
上記振動伝達部材の上端を路面と同一面内に配置し、振動伝達部材の上端の路面に対する露出部を路面に貼った防護テープで覆い隠した請求項１乃至１０のいずれかに記載の道路監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、道路の維持、管理、運用などのために利用する道路監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路の交通量や通行車両の重量、概略車種グループ及び過積載の有無の把握は、道路管理者にとって重要な事項である。それは、交通量に応じて信号形態を変更したり、路面補修の時期を検討するといった道路管理の業務に必要な情報であるからである。
【０００３】
同じ交通量であっても、重量車が多ければ道路の痛みは大きく、車両の重さの程度と走行速度によっても路面の痛み具合は変わってくる。従って、道路の交通量、車両の走行速度、車両重量、概略車種グループ及び過積載の５つの情報が得られるシステムがあれば、道路管理者にとって非常に有益なものとなる。
【０００４】
この５つの情報を個々に収集する技術は既に存在する。例えば、車両の台数の検知については、路面の上方にアームを張り出し、そのアームに超音波センサを下向きに設置して超音波の反射距離の変化から通過車両数をカウントするシステムがある。
【０００５】
また、車両検知器と呼ばれる磁界変化検知用のコイルセンサを路盤内に埋設し、交差点などにおける車両の有無を検知するシステムもある。
【０００６】
さらに、交通の取り締まりになどのために画像監視のシステムや速度検知のシステムが用いられている。
【０００７】
このほか、過積載防止のためにトラックスケールが利用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
超音波センサで車両数をカウントするシステムは、車両重量の計測ができない。車高の違いは判断できるので、その車高の違いから車両重量や車種グループを推定することは可能と思われるが、これは信頼性に問題がある。また、このシステムでは車両速度の検出も、センサを複数台設置することで技術的には可能と思われるが、車両の形状によっては正確な速度算出が望み難い。
【０００９】
速度検知には専用の超音波センサが用いられているが、これは車両台数の計測には利用されていない。
【００１０】
コイルセンサも、これで通行量と速度を検知することは可能であるが、重量に係わる情報が得られない。
【００１１】
また、トラックスケールは、走行中の車の重量計測には利用できない。
【００１２】
このように、従来の技術では、走行中の車両の重量計測を信頼性良く行うことができない。また、車両数の計測と速度検知を別々のセンサで行う必要があり、システムが複雑化する。
【００１３】
そこで、この発明は、車の通過台数、速度、重量、車種グループ及び過積載の有無を１種類のセンサを用いて検知可能となすことを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明の道路監視システムにおいては、道路の路盤内に振動センサを設置し、そのセンサで車両通行による振動を検知し、その検知回数をカウントして車両の通行台数を求めるようにした。
【００１５】
また、道路の同一車線の路盤内に振動センサを走行方向に所要間隔をあけて複数個設置し、各センサで車両通行による振動を検知し、間隔をあけたセンサの検知時間差から通行車両の速度を求めるようにした。
【００１６】
さらに、道路の同一車線の路盤内に振動センサを走行方向に所要間隔をあけて複数個設置し、各センサで車両通行による振動を検知し、間隔をあけたセンサの検知時間差から通行車両の通過速度を求め、検知した振動の振幅の大きさ、および通過速度から通行車両の重量を推定するようにした。
【００１７】
また、走行方向に所要間隔を空けて設置した複数個のセンサから得られる走行速度と、複数のセンサのいずれか１つのセンサで得られる前輪と後輪の時間差から、走行車の車軸間隔を求め、あらかじめ車軸間隔の近い車種のグループをデータベースとして保存しているデータと比較して車種グループを推定するようにした。
【００１８】
さらに、計測した車両の重量と、推定した各車種グループがデータベースとして持つ許容積載重量も含めた許容総重量を比較して過積載か否かを推定するようにした。
【００１９】
いずれのシステムも、使用する振動センサは、光ファイバを検知子とする光式振動センサが好ましい。
【００２０】
また、アスファルト舗装道路の場合、表面の密粒度アスファルト下にある粗粒度アスファルト層内に振動センサを埋設するのがよい。
【００２１】
振動センサを検知子の両側に金属ロッドを接続して構成し、この振動センサをほぼ車線幅となる長さにして車線を横切る方向に配置したり、振動センサ設置点の直近の路面に、通過車両を振動させる段差を形成したり、路盤内の振動センサと路面との間に路盤に繋留される振動伝達部材を設けてこの振動伝達部材を振動センサに接触させたり、その振動伝達部材の上端を路面と同一面内に配置して振動伝達部材の上端の路面に対する露出部を路面に貼った防護テープで覆い隠したりするのも好ましい。
【００２２】
【作用】
振動センサで車両通行による振動を検知して車両の通行台数を求めると、道路の同一車線の路盤内に振動センサを走行方向に間隔をあけて複数個設置して間隔をあけたセンサの振動検知の時間差から通行車両の速度を求めることができ、また、複数個のセンサから得られる走行速度と、複数のセンサのいずれか１つのセンサで得られる前輪と後輪の時間差から、走行車の車軸間隔を求め、あらかじめ車軸間隔の近い車種のグループをデータベースとして保存しているデータと比較して車種グループを推定すること、および、推定した車種グループのデータベースとして保存している許容積載重量を比較して過積載か否かを推定する、さらには、検知した振動の振幅と車両速度から通行車両の重量をある程度正確に推定することもでき、１種類のセンサで道路管理に必要な５つの情報、すなわち、通行台数、車両速度、車両重量、車種、過積載か否かを検知することが可能になって、システムの簡素化、設置効率向上などが図れるようになる。
【００２３】
車両の通過台数は、振動センサでもはっきりとした信号が得られるので、正確に検知できる。
【００２４】
また、車両速度は、間隔をあけて設置したセンサ間の距離が予め分かっており、その距離と前後のセンサによる検出の時間差から正確に割り出すことができる。
【００２５】
さらに、車両の重量は検出した振動の振幅（振動の大きさ）のみから推定することもできるが、この発明では通過速度も判定の材料として利用するので、加速度による力の影響分を補正することができ、従って、車両重量もある程度精度良く推定することができる。なお、光ファイバを検知子とする光式振動センサを用いると、電磁誘導による誤作動が無くなり、システムの信頼性が高まる。また、長距離区間を１つのシステムで構築できるので、信号伝送端末器の数量削減、信号伝送の簡易化なども図れる。
【００２６】
また、振動センサを、アスファルト舗装道路の表層の密粒度アスファルト層に埋設すると、道路の改修工事等で表層をグレーダでかき均したきにセンサがダメージを受け、破損や寿命低下など経済負担の増加につながる問題が起こるので、アスファルト舗装道路においては密粒度アスファルトの下にある粗粒度アスファルト層にセンサを埋設するのがよい。さらに下の層に埋めることも可能であるが、深すぎると施工が大変であるし、振動が伝達されにくくなってセンサの感度も低下するので、必要以上に埋設点を深くするのは好ましくない。
【００２７】
振動センサを車線幅とほぼ同じ長さにして車線を横切る方向に配置するものは、車両の走行位置が左右に多少ずれても振動検知がなされ、監視の信頼性がより高まる。センサ自体を限られた長さに分割すれば、取り扱い性が良く、搬入施工も容易になる。
【００２８】
このほか、振動センサを路盤内に埋設すると、路面から伝達される振動が減衰して小さくなるので、必要ならば、センサ近傍の路面に段差をつけて発生する振動を増幅するなどの補助策を施す。段差を設ける代わりに路盤内の振動センサと路面との間に振動伝達部材を設けてもよい。この場合、振動伝達部材が抜けて路面上に浮きだすと車の走行に支障をきたすことがあり得るので、振動伝達部材は路盤に繋留されて抜止めされる構造にしておくのがよい。また、振動伝達部材が路面に露出するとアスファルトとの界面に雨水などが入り込み、アスファルトが剥離しやすくなって路面の傷みを早める可能性が高まるので、振動伝達部材の路面に対する露出部を路面に貼った防護テープで覆い隠すようにしておくのがよい。防護テープの、材質、厚み次第では、このシートに振動を増幅する役割を期待することもできる。また、この防護テープで振動伝達部材の路面上への飛び出しを防止することもできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１に、道路に埋設した振動センサで車両通過時の振動（振幅）を検知し、時間差計測を行うときの状況を模式的に示す。この図１は、車両の前輪と後輪による振動を別々に検知したものにしている。
【００３０】
車両が振動センサの近くを通過したとき、通常の２輪車や４輪車であればセンサが先ず前輪からの影響による振動を検知し、次いで、後輪からの振動を検知する。これを、ある一定距離を離して設置した別のセンサ（特性を同じように調整したもの）からの情報と合わせることで、センサ間距離Ｌと通過時間差（ｔ２−ｔ１）から車両の走行速度Ｖを計算して正確に求めることができる。
【００３１】
また、前輪と後輪の通過時の振動が車両１台分であるので、これをカウントして車両の通過台数を知ることができる。さらには、前輪と後輪の時間差から、走行車の車軸間隔を求め、あらかじめ車軸間隔の近い車種のグループをデータベースとして保存しておいたデータと比較して車種グループを推定すること、および、推定した車種グループのデータベースとして保存している許容積載重量を比較して過積載か否かを推定することもできる。
【００３２】
さらに、振動の振幅Ｗは車両の重量によって変わる。重量車通過時の振幅は大きく、軽量車通過時の振幅は小さい。この振幅の大きさから車両の重量を推定できる。この推定重量は、車両速度が高まるほど加速度による力の増加が大きくなってその影響が検知した振動の振幅に現れるので、実重量からずれることがあるが、車両速度が分かればその速度を判定に利用して加速度による推定重量の誤差成分を補正することができるので、道路管理で要求される信頼性は問題なく確保することができる。
【００３３】
図２は振動センサの設置状況の一例である。図２（ａ）は片側２車線の道路を示している。図中Ｓは、路盤内に埋設した振動センサである。このセンサＳの本体部は筐体に収納して保護している。また、車両通行時の振動を確実に検知するために、本体部の両側に金属ロッドを接続し、全体の長さを車線の幅とほぼ同じにして車線を横切る向きに配置している。ここでは、各車線にそれぞれ２個、計４個のセンサを設けており、各センサを区別するために、符号に１〜４の数字を付記した。Ｒは各センサにつないだ信号伝送用のリード線、ＣＺは道路の中央分離帯である。
【００３４】
振動センサＳ１〜Ｓ４は、図２（ｂ）に示すように、舗装道路の表面（密粒度アスファルト層１）ではなく、その下の粗粒度アスファルト層２に埋設している。その理由は、アスファルト舗装面は車両の走行によって痛みやすく、補修或いは改修される頻度が高く、その際に、センサも掘り返される可能性が高い。この掘り返しを回避するために振動センサＳを粗粒度アスファルト層２に埋設している。これにより、密粒度アスファルト層１を入れ換える補修の場合には、センサが掘り返されることが無くなる。また、改修の場合には、どの程度路盤が痛んでいるかによってどの程度の深さ領域まで改修するかが決まるため一概には言えないが、この場合にもセンサが掘り返される可能性は低くなり、掘り返しがあったとしてもその頻度が低下する。
【００３５】
アスファルト舗装道路には、路盤クラッシャーランまたは鉱滓上に細粒度アスファルト層や密粒度アスファルト層を設けたものと、路盤クラッシャーランまたは鉱滓上に粗粒度アスファルト層と密粒度アスファルト層を積層して設けたものがある。前者は細粒度アスファルト層や密粒度アスファルト層の厚さが４〜５ｃｍ、後者は密粒度アスファルト層の厚さが５ｃｍあり、このため、振動センサは４〜５ｃｍ以上の深さ位置に配置されることになる。この場合、ある意味で路面からセンサまでの間に緩衝層が存在することになり、センサに振動が伝わり難くなる。これでも、重量車であればある程度の感度を期待できるが、軽量の乗用車等は振動検知が難しくなる。
【００３６】
その問題は、図２（ｃ）に示すように、密粒度アスファルト層１内にセンサ保護板（振動伝達板）３を設ける、図３に示すように、路面に凸部４や凹部による振動増幅用の段差をつける、あるいは、図４に示すように、路盤内に振動伝達部材５を設けるといった方法で解決することができる。
【００３７】
図２（ｃ）のセンサ保護板（振動伝達板）３の目的は、密粒度アスファルトでの振動の減衰を抑制し、より大きな振動をセンサに伝達するためで、振動の減衰層を薄くしたことによる効果を期待したものである。この場合、薄くなった部分のアスファルトの強度を上げる必要がある。
【００３８】
図３の段差は、車の走行に支障を来さない高さ、例えば、１ｃｍ以下とする。イメージ的には道路の急カーブ点に設けられている注意喚起用の凹凸と同等のものでよい。注意喚起用の凹凸は、その数が多いが、この発明のシステムでは１回衝撃を発生させればよいので、段差は１ヵ所でよい。
【００３９】
図４の振動伝達部材５は、補修時に撤去されることが避けられないが、これをセンサに接触させると振動がセンサに確実に伝わる。この振動伝達部材５は、アスファルトから剥離して路面上に大きく突出すると車両の走行の妨げとなる。従って、路盤から抜けないようにしておく必要があり、その要求に応えるために、ここでは繋留効果が得られるＴ字型の金属板を倒立させて路盤に埋め込んでいる。
【００４０】
この振動伝達部材５は、センサの本体部の保護用筐体に拘束されずにセンサに振動を伝えられるようにしておく。筐体等に一体化すると振動が途中で吸収されて伝わり難くなるので好ましくない。
【００４１】
この振動伝達部材５の材質は金属に限定されず、セラミックスや樹脂などで形成されたものでも構わない。形状も路盤に繋留されて路面上に飛び出さないようにしてあればよい。例えば、起立させた単純な形状の板材を振動伝達部材とし、その板材の下部両側にチェーンを付けてこれを板材と一緒に路盤に埋めてもよいが、これは、路面の補修、改修時にチェーンも撤去される可能性が高く、復旧に要する手間がＴ字型の部材を使用する場合よりも多くなると思われる。
【００４２】
図４の６は、路面に貼った防護テープである。この防護テープ６も振動伝達部材５を押さえ込んで路面上への飛び出しを防止する。振動伝達部材５の飛び出し防止はこのテープのみで行うこともできるが、安全性を考慮してさきに述べた抜止め策と併用してもよい。この防護テープ６としては、高速道路の高架橋の接続部に使用実績のあるテープを適用するとよい。
【００４３】
この防護テープ６の効用はほかにもある。振動伝達部材５とアスファルトの界面に対する雨水などの流入を抑えて両者の剥離、それによる路面の傷みを抑制する。また、平らな道路に段差を生じさせて車両通過時に振動増幅のための衝撃を生じさせる。
【００４４】
なお、振動センサＳは、従来からあるもの、例えば、歪ゲージを使用したセンサ、抵抗変化を利用して振動を検知するセンサ、静電容量の変化を利用して振動を検知するセンサなどを用いてもよいが、光ファイバを検知子にして歪みによる光の伝送ロスや反射波の波長変化等から振動を検知する光式振動センサが特に好適である。この光式振動センサを用いると、電源のない場所でも検知が行え、落雷等による機器への誘導障害による計測不能の事態も回避できる。また、信号伝送用の１本の光ファイバ（図２（ａ）のリード線Ｒがそれに相当する）に振動センサを直列に接続して長距離区間を１つのシステムで構築でき、システムの簡素化、コスト低減、信頼性向上などが図れる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明の道路監視システムは、車両の通過台数、走行速度、車両重量を一種類の数少ないセンサで検出することができ、道路管理者に対して多大の恩恵をもたらす。
【００４６】
光式センサを使用するものは特に、システムが簡単で、構築費も安く抑えられ、信頼性も高く、より大きな効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のシステムによる検出状況を模式的に示す図
【図２】（ａ）振動センサの設置状況を簡略化して示す平面図
（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ線部の断面図
（ｃ）センサ保護板の設置例を示す断面図
【図３】振動増幅用の段差の設置状況を示す断面図
【図４】感度向上用振動伝達部材の設置状況を示す断面図
【符号の説明】
Ｓ  振動センサ
Ｒ  リード線
１  密粒度アスファルト層
２  粗粒度アスファルト層
３  センサ保護板
４  凸部
５  振動伝達部材
６  防護テープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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