(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ブロックを縦方向に道路上を移動させて路面の縦方向の平坦度を計測する路面縦断プロファイルの測定方法であって、
該測定ブロックが、進行方向反対側から順に同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を合わせて配列された円盤状の同一外径の第１，第２及び第３のローラと、該第１及び第２のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて該第１及び第２のローラを回転自在に連結する所定長さの１対の第１連結棒と、前記第２及び第３のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて該第２及び第３のローラを回転自在に連結する前記第１連結棒と同一長さの１対の第２連結棒と、前記ローラの回転数を検出して前記測定ブロックの移動距離を得る距離測定器と、前記第１又は第２連結棒に取り付けられて前記第１連結棒と第２連結棒とのなす角度を検出する角度検出手段と、前記一対の第１連結棒を直角に連結する連結軸に一端側にて直角にかつ回動可能に固定された連結支持棒と、該連結支持棒に取り付けられて該連結支持棒の鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角検出手段とを設けており、
前記測定ブロックが、道路の幅方向の傾斜により傾斜したとき、前記傾斜角検出手段により傾斜の程度を検知して、前記連結支持棒を操作することにより該測定ブロックの傾斜を是正し、
前記測定ブロックが水平にされた状態で、該測定ブロックが路面の縦方向に前記各ローラの中心間距離である１ピッチを移動する毎に、該第１及び第２の連結棒のなす角度を前記角度検出手段により検出し、該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ようにした
ことを特徴とする路面縦断プロファイルの測定方法。
【請求項２】
前記連結支持棒の他端側を、前記測定ブロックを移動させる測定車両に取り付け、さらに前記傾斜角検出手段を、上端支持部を中心として振れる振子と、該振子の傾斜の程度を検出する検出器とにより構成し、前記検出器からの検出出力に応じて、前記連結支持棒の傾斜を前記測定車両に設けたサーボ機構を用いた傾斜是正手段によって是正することにより、前記測定ブロックを水平状態にするようにしたことを特徴とする前記請求項１に記載の路面縦断プロファイルの測定方法。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載の測定ブロックに対して、横方向に所定間隔を隔てて一以上の測定輪を順次整列させ、該測定ブロックの前記第１連結棒に一端にて横方向に向けてかつ上下方向に回動可能に取り付けられた横連結棒の他端側に前記測定輪を回動可能に固定すると共に、該測定輪間も同様に横連結棒によって連結し、該各横連結棒の回動側端部に該横連結棒の回動角度を検出する回動角検出手段を設け、前記測定ブロックの移動に伴う各横連結棒の回動角度を該回動角検出手段によって検出することにより、前記測定ブロックの縦断プロファイルと該横連結棒の回動角度とに基づいて、路面全体の三次元のプロファイルを求めることを特徴とする路面プロファイルの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路の路面等の凹凸を有する平面の平坦度を計測する路面縦断プロファイルの測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の道路は、表面に細かい凹凸形状を有する排水性及び吸音性の舗装が採用されているが、このような舗装された路面の縦断プロファイルの測定方法としては、以下に示すような方法が考えられている。この方法に用いられる測定ブロック１０は、図１０及び図１１に示すように、硬質のゴムあるいはプラスチック製で、進行方向に対して後中前側の３個の同一外径の円盤形のローラ１１，１２，１３を有しており、各ローラ１１，１２，１３は、同一面上に同一回転方向を向いてかつ所定の一定間隔を隔てて配列されている。ローラ１１，１２，１３には、それぞれ回転軸１１ａ，１２ａ，１３ａが貫通固定されている。後ローラ１１と中ローラ１２の回転軸１１ａ，１２ａの両端側には、長尺板状の一対の第１連結棒１４が回転軸１１ａ，１２ａが回転自在なように固定されている。また、中ローラ１２と前ローラ１３の回転軸１２ａ，１３ａの両端には、長尺板状の一対の連結板１５が回転軸１２ａ，１３ａが回転自在なように固定されている。
【０００３】
第１連結棒１４には、中ローラ１２の回転数から測定ブロックの移動距離を検出する距離測定器１６が取り付けられている。また、第１連結棒１４には、第１連結棒１４の初期角度θＢを検出する傾斜計１７が取り付けられている。さらに、第２連結棒１５には、第２連結棒１５の回動の角度θを検出する角度検出手段であるロータリエンコーダ１８が取り付けられている。これら距離測定器１６、傾斜計１７及びロータリエンコーダ１８は、後述する測定車両Ｍに設けた制御装置２９に接続され、データ処理が行われる。
【０００４】
測定ブロック１０は、第１連結棒１４に取り付けられて後方に傾斜して延びる連結支持棒１９によって測定車両Ｍに連結されている。連結支持棒１９は、第１連結棒１４及び測定車両Ｍに対して、それぞれ回動自在に取り付けられている。さらに、連結支持棒１９は、長さ方向中間位置にて、コイルバネ１９ａにより測定車両Ｍと弾性的に連結されており、コイルバネ１９ａによって測定ブロック１０を道路にわずかに押し付ける方向に付勢されている。これにより、測定ブロック１０は、測定車両Ｍの移動に伴って路面に軽く押しつけられた状態で移動できるようになっている。
【０００５】
この測定ブロック１０を、図１２に示すように、道路Ｄのアウトホイールパス（ＯＷＰ）位置に合せてかつ後ローラ１１を基準位置Ｂにセットした状態で、測定車両Ｍを前方（縦方向）に進行させることにより、測定ブロック１０も移動する。なお、アウトホイールパスは、路面の摩耗の最も激しいといわれる車両の左車輪の通過位置であり、車両の７０〜８０％が通過する位置であることが明らかになっている。これに伴い、距離測定器１６、傾斜計１７及びロータリエンコーダ１８の測定結果が制御装置２９に入力される。ここで、制御装置２９には測定ピッチであるローラ１１，１２間及び及ローラ１２，１３間の距離が設定入力されており、したがって、測定ブロック１０がその距離を移動する毎に、移動前の前ローラ１３及び中ローラ１２の位置に、移動後の中ローラ１２及び後ローラ１１が位置することになり、ここでの距離測定器１６及びロータリエンコーダ１８による測定結果が制御装置２９において記憶される。これにより、距離毎に、第１連結棒１４に対する第２連結棒１５の回動の角度θが逐次得られる。
【０００６】
図１３に示すように、測定ブロック１０の初期位置＃１における第１連結棒１４の初期角度θＢを求めておき、第１連結棒１４に対する第２連結棒１５の回動の角度θ１−１が、ロータリエンコーダ１８の計測値として求められる。次に、測定ブロック１０が１測定ピッチ移動した位置＃２において、第１連結棒１４に対する第２連結棒１５の回動の角度θ１−２が、ロータリエンコーダ１８の計測値として求められる。以下同様に、測定ブロック１０の１測定ピッチ移動した位置＃３，＃４，＃５…において、第１連結棒１４に対する第２連結棒１５の回動の角度θ１−３，θ１−４，θ１−５…が、ロータリエンコーダ１８の計測値として求められる。この１測定ピッチの距離と角度θのデータからコンピュータ処理により、図１４に示すような道路のＯＷＰでの適正な縦断プロファイルｆ（ｘ）が得られる。すなわち、このように第１連結棒に対する第２連結棒１５の回動角度を逐次検出することにより、路面の細かい凹凸に影響されずに簡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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記測定方法の場合、路面に横方向（幅方向）に傾斜があると、それにより誤差が生じ、精度良い縦断プロファイルが得られないことが明らかになっている。そのために、縦方向に加えて横方向も含めた路面全体の正確なプロファイルを得ることもできなかった。
【０００８】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、路面に横方向の凹凸がある場合でも、路面の縦断プロファイルを簡易にかつ精度よく計測できる路面縦断プロファイルの測定方法及び路面プロファイルの測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するために上記請求項１の発明の構成上の特徴は、測定ブロックを縦方向に道路上を移動させて路面の縦方向の平坦度を計測する路面縦断プロファイルの測定方法であって、測定ブロックが、進行方向反対側から順に同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を合わせて配列された円盤状の同一外径の第１，第２及び第３のローラと、第１及び第２のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて第１及び第２のローラを回転自在に連結する所定長さの１対の第１連結棒と、第２及び第３のローラの各回転軸の両端側に取り付けられて第２及び第３のローラを回転自在に連結する第１連結棒と同一長さの１対の第２連結棒と、ローラの回転数を検出して測定ブロックの移動距離を得る距離測定器と、第１又は第２連結棒に取り付けられて第１連結棒と第２連結棒とのなす角度を検出する角度検出手段と、一対の第１連結棒を直角に連結する連結軸に一端側にて直角にかつ回動可能に固定された連結支持棒と、連結支持棒に取り付けられて連結支持棒の鉛直方向に対する傾斜角度を検出する傾斜角検出手段とを設けており、測定ブロックが、道路の幅方向の傾斜により傾斜したとき、傾斜角検出手段により傾斜の程度を検知して、連結支持棒を操作することにより測定ブロックの傾斜を是正し、測定ブロックが水平にされた状態で、測定ブロックが路面の縦方向に各ローラの中心間距離である１ピッチを移動する毎に、第１及び第２の連結棒のなす角度を角度検出手段により検出し、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ようにしたことにある。
【００１０】
上記のように構成した請求項１の発明においては、路面が横方向に傾斜のない場合は、従来通り測定ブロックにより、第１連結棒及び第２連結棒の角度変化を逐次求め、このように逐次二角を検出することにより、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。一方、路面が横方向に傾斜のある場合は、傾斜角検出手段により測定ブロックの傾斜角度を検知し、傾斜角度に応じて連結支持棒の横方向の傾きを是正して測定ブロックを水平にすることにより、上記逐次二角の検出により、誤差のない縦断プロファイルを測定することができる。その結果、請求項１の発明によれば、路面の横方向の凹凸に係わらず、路面の縦断プロファイルを精度よく測定することができる。
【００１１】
また、上記請求項２の発明の構成上の特徴は、前記請求項１に記載の路面縦断プロファイルの測定方法において、連結支持棒の他端側を、測定ブロックを移動させる測定車両に取り付け、さらに傾斜角検出手段を、上端支持部を中心として振れる振子と、振子の傾斜の程度を検出する検出器とにより構成し、検出器からの検出出力に応じて、連結支持棒の傾斜を測定車両に設けたサーボ機構を用いた傾斜是正手段によって是正することにより、測定ブロックを水平状態にするようにしたことにある。
【００１２】
上記のように構成した請求項２の発明においては、路面に横方向の傾斜があるときは、傾斜角検出手段の振子が傾斜し、振子の傾斜の程度を検出器が検出してそれに応じた信号に変換して出力する。検出器からの出力に応じて、測定車両に設けた傾斜是正手段がサーボ機構によって連結支持棒の傾斜を自動的に是正する。その結果、請求項２の発明によれば、路面の横方向の傾斜に応じて測定ブロックが自動的に水平状態になるように是正されるため、路面の縦断プロファイルを精度よくかつ簡易に測定することができる。
【００１３】
また、上記請求項３の発明の構成上の特徴は、前記請求項１または請求項２に記載の測定ブロックに対して、横方向に所定間隔を隔てて一以上の測定輪を順次整列させ、測定ブロックの第１連結棒に一端にて横方向に向けてかつ上下方向に回動可能に取り付けられた横連結棒の他端側に測定輪を回動可能に固定すると共に、測定輪間も同様に横連結棒によって連結し、各横連結棒の回動側端部に横連結棒の回動角度を検出する回動角検出手段を設け、測定ブロックの移動に伴う各横連結棒の回動角度を回動角検出手段によって検出することにより、測定ブロックの縦断プロファイルと横連結棒の回動角度とに基づいて、路面全体の三次元のプロファイルを求めることにある。
【００１４】
上記のように構成した請求項３の発明においては、測定ブロックについて、路面に横方向の傾斜があるときは、傾斜角検出手段の検出結果に応じて連結支持棒を操作して測定ブロックを水平にすることにより、測定ブロックについての縦断プロファイルである基準プロファイルの測定精度が確保される。さらに、基準となる測定ブロックに対して横連結棒によって連結された測定輪については、測定ブロックに対する回動角度が回動角検出手段により測定されるので、基準プロファイルと回動角度によりその測定輪位置での縦断プロファイルが精度よく得られる。さらに他の測定輪位置についても同様に精度よく縦断プロファイルが得られる。その結果、請求項３の発明によれば、路面の縦方向に加えて横方向の平坦度を合わせた三次元の路面のプロファイルを簡易にかつ精度よく求めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明すると、図1〜図３は第１の実施形態である道路Ｄの路面の縦断方向のプロファイルを計測する方法に用いる測定ブロック１０Ａの概略構成を正面図、平面図及び側面図により示したものである。
【００１６】
測定ブロック１０Ａの基本構成は、図１０，図１１に示した測定ブロック１０とほぼ同様である。測定ブロック１０Ａは、１対の第１連結棒１４の長手方向中間位置にて、両第１連結棒１４を連結して回転軸２１が回動可能に設けられている。回転軸２１の長手方向中間位置には、連結支持棒２２が一端にて回転軸２１に対して直角にかつ回動可能に取付られている。連結支持棒２２の他端は、測定車両Ｍの駆動装置２３に連結されている。駆動装置２３は、連結支持棒２２を横方向に垂直面内で回動させるものであり、カム、ネジ機構等を備えている。連結支持棒２２は、長さ方向中間位置にて、コイルバネ２２ａにより測定車両Ｍと弾性的に連結されており、コイルバネ２２ａによって測定ブロック１０を道路にわずかに押し付ける方向に付勢されている。これにより、測定ブロック１０Ａは、測定車両Ｍの移動に伴って路面に軽く押しつけられた状態で移動できるようになっている。
【００１７】
連結支持棒２２の測定車両Ｍの近傍位置には、測定ブロック１０Ａの横方向への傾斜角度を検出する傾斜角検出装置２５が取り付けられている。傾斜角検出装置２５は、支持板２６の上端に固定されて支持板内で回動可能にされた振子（ジンバル）２７と、支持板２６の下端に設けた検出部２８とを設けている。ここで振子２７の下端には磁石が固定されており、磁石の位置の変化を検出部２８が検出することにより、振子２７の傾斜角度が検知されるようになっている。なお、振子２７の傾斜角度を検出する手段としては、これに限らず、例えば光電変換手段等の類似の手段を用いてもよい。
【００１８】
測定車両Ｍには、測定ブロック１０Ａの制御を行う制御装置２９が設けられている。制御装置２９には、距離測定器１６、傾斜計１７及びロータリエンコーダ１８と共に検出部２８が接続されており、また駆動装置２３が接続されている。制御装置２９は、検出部２８からの信号を受けて駆動装置２３の制御を行うと共に、距離測定器１６、傾斜計１７及びロータリエンコーダ１８からの信号を受けて路面プロファイルについてのデータ処理を行うものである。測定ブロック１０Ａのその他の構成については、測定ブロック１０と同様である。
【００１９】
つぎに、上記測定ブロック１０Ａによる道路の凹凸の測定について説明する。道路の横方向（幅方向）が図３に示すように平坦な場合は、測定ブロック１０Ａによって、上記したように、縦方向の平坦度の測定が行われる。しかし、図４に示すように道路の横方向に傾斜があると、同様の測定によっては、縦方向の平坦度の測定を精度の良く行うことができない。ここでは、傾斜角検出装置２５の振子２７が傾斜し、傾斜した位置で振子２７の下端部に設けた磁石の変位を検出部２８が検出して電気信号として出力する。検出部２８からの検出出力に応じて、制御装置２９の制御により、駆動装置２３がサーボ機構によって連結支持棒２２の傾斜を自動的に是正する。その結果、測定ブロック１０Ａの傾斜が水平状態に是正され、上記逐次二角法により路面の縦断プロファイルを簡易かつ精度よく測定することができる。
【００２０】
次に、上記縦断プロファイルに関して、その平坦度を求める方法を説明する。第１の方法として、図５に示すように、互いに平行でかつ所定間隔ｔ（例えば３ｍ）を隔てて整列された３本のプローブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを設けてなる測定具３１を、上記方法により求めた縦断プロファイルｆ（ｘ）に沿ってその両側のプローブ３１ａ，３１ｃを縦断プロファイルｆ（ｘ）上に接触した状態で所定間隔ｔ単位で移動させ、各移動単位毎に、測定具３１の真中のプローブ３１ｂの縦断プロファイルｆ（ｘ）からの外れ寸法ｈｘを求め、各移動単位での外れ寸法ｈｘの標準偏差σを算出することにより路面の平坦度とした。なお、通常は、このような測定処理は、コンピュータを利用して行われ、それにより迅速にかつ正確な結果を得ることができる。
【００２１】
また、縦断プロファイルに関して、その平坦度を求める第２の方法として、国際粗さ指標iRi（international roughness index）による方法を示す。図６に示すように、所定のばね定数の線状ばね材３４の一端に所定重量の重り３５を取り付けてなる測定具３３を、線状ばね材３４を上下に向けかつ重り３５を上端側に配置し、下端を縦断プロファイルｆ（ｘ）に接触させた状態で、所定速度ｖで縦方向に移動させ、その際の重りの上下方向の変位を積分して、その積分値を算出することにより路面の平坦度としている。国際粗さ指標iRiを求める方法は、通常は、マイクロコンピュータを用いたソフトウエア処理により行われ、これにより、迅速にかつ精度の良い結果を得ることができる。この国際粗さ指標iRiによれば、道路を走行する車両の立場から、現実的な路面の粗さを得ることができる。
【００２２】
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７に示すように、基準となる測定ブロック１０Ａに対して、回転軸１１ａ近傍位置にて右側の第１連結棒１４に、横連結棒４１が一端側にてベアリング４２を介して上下方向に回動可能に連結されて横方向に延設されている。横連結棒４１の右端側にはローラ１１，１２，１３と同一形状の測定輪４３が回転可能にかつ軸方向に移動不能に取り付けられている。横連結棒４１のベアリング４２近傍位置には、連結棒４１の回動角度を測定する回動角センサ４４が取り付けられている。連結棒４１の他端側には、同様に同一の横連結棒４５が一端側にてベアリング４６を介して上下方向に回動可能に連結されて横方向に延出されている。横連結棒４５の右端側には同一形状の測定輪４７が回転可能にかつ軸方向に移動不能に取り付けられており、また横連結棒４５のベアリング４６近傍位置には、連結棒４５の回動角度を検出する回動角センサ４８が取り付けられている。各回動角センサ４４，４８…は、制御装置２９に接続されている。同様に横連結棒によって横方向に複数の測定輪（符号を省略する）を連結することができる。このように多数の測定輪を横方向に連結することにより、路面の三次元のプロファイルを測定する測定ブロック系が構成されている。なお、第１連結棒１４の右側に代えて、左側に横連結棒を介して測定輪を設けてもよく、左右両側に測定輪を設けてもよい。
【００２３】
上記構成の実施形態においては、測定ブロック系を横方向に凹凸のある路面上に載置すると、概略図８及び図９に示すようになる。図示するように、路面に横方向の傾斜があるときは、基準となる測定ブロック１０Ａについては、傾斜角検出装置２５の検出結果に応じて連結支持棒２２を駆動装置２３によって垂直にすることにより、水平状態にされる。そのため、測定ブロック１０Ａについての縦断プロファイルである基準プロファイルの測定精度が確保される。
【００２４】
さらに、測定ブロック１０Ａに対して横連結棒４１，４５，…によって連結された複数の測定輪４３，４７…については、基準となる測定ブロック１０Ａに対する回動角度が回動角センサ４４，４８…により測定され、制御装置２９により処理されて、測定輪位置での路面の凹凸が得られる。そのため、基準プロファイルと横方向に配列された複数の測定輪４３，４７…の回動角度により、各測定輪位置での縦断プロファイルが精度よく得られる。その結果、第２の実施形態によれば、図９に示すように、路面の縦方向（ｙ方向）に加えて横方向（ｘ方向）の平坦度を合わせた三次元の路面プロファイルを簡易にかつ精度よく求めることができる。
【００２５】
なお、上記各実施形態においては、測定ブロックの傾斜を駆動装置により自動的に是正しているが、場合によっては、人手によって傾斜を是正するようにしても良い。また、上記実施形態においては、道路の路面のプロファイルの測定について説明したが、道路以外の平面のプロファイルの測定に本発明を利用することができる。その他、上記各実施形態に示したものは一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である道路の縦断プロファイルを計測するために測定車両に取り付けられる測定ブロックを概略的に示す正面図である。
【図２】同測定ブロック（測定車両を省く）を概略的に示す平面図である。
【図３】同測定ブロックを概略的に示す側面図である。
【図４】測定ブロックが、路面の横方向の傾斜により傾斜した状態を示す側面図である。
【図５】 縦断プロファイルの結果を用いて路面の平坦性を解析する方法を説明する説明図である。
【図６】 縦断プロファイルの結果を用いて路面の平坦性をｉＲｉ法により解析する方法を説明する説明図である。
【図７】第２の実施形態である路面の三次元のプロファイルを計測するために測定ブロック系の一部を概略的に示す正面図である。
【図８】同測定ブロック系の側面から見た使用状態を説明するための説明図である。
【図９】同測定ブロックの斜めから見た使用状態を説明するための説明図である。
【図１０】従来例である道路の縦断プロファイルを計測するために測定車両に取り付けられる測定ブロックを概略的に示す正面図である。
【図１１】同測定ブロック（測定車両を省く）を概略的に示す平面図である。
【図１２】同測定ブロックにより路面のプロファイルを測定する過程を説明する説明図である。
【図１３】測定ブロックの各測定地点における状態を模式的に示す説明図である。
【図１４】測定ブロックによる測定結果を解析して路面形状として示した説明図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ…測定ブロック、１１，１２，１３…第１，第２，第３のローラ、１１ａ，１２ａ，１３ａ…回転軸、１４…第１連結棒、１５…第２連結棒、１６…距離測定器、１８…ロータリエンコーダ（角度検出装置）、２２…連結支持棒、２３…駆動装置、２５…傾斜角検出装置、２７…振子、２８…検出部、２９…制御装置、４１，４５…横連結棒、４２，４６…ベアリング、４３，４７…測定輪、４４，４８…回動角センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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