(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の高機能舗装面に対して複数の異なる周波数の電磁波を輻射し、
これら輻射された各周波数の電磁波について測定対象物の高機能舗装の各境界で反射された反射波が干渉しあった電磁波を受信し、
これら受信した各周波数での電磁波に基づき高機能舗装の比誘電率を演算し、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて空隙度を検出する
ことを特徴とする高機能舗装空隙度検出方法。
【請求項２】
輻射する各電磁波はＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯の高周波である
ことを特徴とする請求項１記載の高機能舗装空隙度検出方法。
【請求項３】
移動しながら各電磁波を輻射し、
移動しながら反射された各電磁波を受信する
ことを特徴とする請求項１または２記載の高機能舗装空隙度検出方法。
【請求項４】
受信した各電磁波に基づく結果を連続して記憶する
ことを特徴とする請求項３記載の高機能舗装空隙度検出方法。
【請求項５】
測定対象物の高機能舗装面に対して複数の異なる周波数の電磁波を輻射する輻射手段と、
この輻射手段で輻射された各周波数の電磁波について測定対象物の高機能舗装面の各境界で反射された反射波が干渉しあった電磁波を受信する受信手段と、
この受信手段で受信された各周波数での電磁波に基づき高機能舗装の比誘電率を演算し、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて空隙度を検出する検出手段と
を具備したことを特徴とする高機能舗装空隙度検出装置。
【請求項６】
輻射手段が輻射する各電磁波は、ＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯である
ことを特徴とする請求項５記載の高機能舗装空隙度検出装置。
【請求項７】
移動可能な移動手段を備え、
輻射手段は、各電磁波を発生する送信手段および前記移動手段に設けられこの送信手段から送信された各電磁波を輻射する送信アンテナを有し、
受信手段は、前記移動手段に設けられ前記送信アンテナで送信された各電磁波を受信する受信アンテナおよびこの受信アンテナで受信された各電磁波が入力される受信部を有する
ことを特徴とする請求項５または６記載の高機能舗装空隙度検出装置。
【請求項８】
受信した各電磁波に基づく結果を連続して記憶する記憶手段を備えた
ことを特徴とする請求項７記載の高機能舗装空隙度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高機能舗装の空隙度を検出する高機能舗装空隙度検出方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高機能舗装の空隙度を検出する方法としては、たとえばＪＩＳに規定する透水試験法が知られている。
【０００３】
この透水試験法は、高機能舗装面の上に円筒を置き、この円筒の中に水を注入し、この円筒の中の水が高機能舗装内に浸透していく量を計測し、一定時間あたりの透水量により空隙づまり度を評価する方法である。
【０００４】
また、他の方法としては、たとえばＪＩＳ  Ａ１４０５に規定するピーク吸音率測定法が知られている。
【０００５】
このピーク吸音率測定法は、高機能舗装面に複数の周波成分を含んだ音波を輻射し、この高機能舗装面で反射された音波を受け、輻射した音波と、反射してきた音波とを周波数毎に分解し、ピークを形成する周波数の音波の吸音率によって空隙詰まり度を評価する方法である。
【０００６】
さらに、他の方法としては、路肩騒音レベル測定法が知られている。
【０００７】
この路肩騒音レベル測定法は、路肩に騒音計を設置し、騒音レベルを測定して、この騒音レベルに基づき空隙詰まり度を評価する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の透水試験法、ピーク吸音率測定法および路肩騒音レベル測定法のいずれもが一箇所すなわち定点で測定するため、高機能舗装の代表点の結果となり、多くの点での測定結果を得ることが困難である。
【０００９】
また、高機能舗装の道路の一点で長時間に亘り測定する必要があるため、道路規制が必要となり他の車両走行を妨げてしまう。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、連続的に空隙度を検出可能な高機能舗装空隙度検出方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の高機能舗装空隙度検出方法は、測定対象物の高機能舗装面に対して複数の異なる周波数の電磁波を輻射し、これら輻射された各周波数の電磁波について測定対象物の高機能舗装の各境界で反射された反射波が干渉しあった電磁波を受信し、これら受信した各周波数での電磁波に基づき高機能舗装の比誘電率を演算し、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて空隙度を検出するもので、高機能舗装は空隙を有しているが、空隙がたとえば砂などにより詰まって空気が砂に置換されると比誘電率が変化するため、測定対象物の高機能舗装面に複数の異なる周波数の電磁波を輻射し、高機能舗装面の各境界で反射された反射波が干渉しあった各周波数での電磁波に基づき比誘電率をそれぞれ測定することにより、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて、定点で停止させる必要なく高機能舗装の空隙度を検出可能である。
【００１２】
請求項２記載の高機能舗装空隙度検出方法は、請求項１記載の高機能舗装空隙度検出方法において、輻射する各電磁波はＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯の高周波であるもので、ＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯の高周波の各電磁波をそれぞれ輻射することにより高機能舗装での反射を容易に測定できる。
【００１３】
請求項３記載の高機能舗装空隙度検出方法は、請求項１または２記載の高機能舗装空隙度検出方法において、移動しながら各電磁波を輻射し、移動しながら反射された各電磁波を受信するもので、移動しながら動作できるため連続して高機能舗装の空隙度を検出可能である。
【００１４】
請求項４記載の高機能舗装空隙度検出方法は、請求項３記載の高機能舗装空隙度検出方法において、受信した各電磁波に基づく結果を連続して記憶するもので、少ない定点のみならず連続的に記憶することにより多くの地点での測定結果を記憶できる。
【００１５】
請求項５記載の高機能舗装空隙度検出装置は、測定対象物の高機能舗装面に対して複数の異なる周波数の電磁波を輻射する輻射手段と、この輻射手段で輻射された各周波数の電磁波について測定対象物の高機能舗装面の各境界で反射された反射波が干渉しあった電磁波を受信する受信手段と、この受信手段で受信された各周波数での電磁波に基づき高機能舗装の比誘電率を演算し、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて空隙度を検出する検出手段とを具備したもので、高機能舗装は空隙を有しているが、空隙がたとえば砂などにより詰まって空気が砂に置換されると比誘電率が変化するため、輻射手段で測定対象物の高機能舗装面に複数の異なる周波数の電磁波を輻射し、高機能舗装面の各境界で反射された反射波が干渉しあった各周波数での電磁波を受信手段で受信し、この受信手段で受信した各電磁波に基づき検出手段で比誘電率をそれぞれ測定することにより、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて、定点で停止させる必要なく高機能舗装の空隙度を検出可能である。
【００１６】
請求項６記載の高機能舗装空隙度検出装置は、請求項５記載の高機能舗装空隙度検出装置において、輻射手段が輻射する各電磁波は、ＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯であるもので、ＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯の高周波の各電磁波をそれぞれ輻射することにより高機能舗装での反射を容易に測定できる。
【００１７】
請求項７記載の高機能舗装空隙度検出装置は、請求項５または６記載の高機能舗装空隙度検出装置において、移動可能な移動手段を備え、輻射手段は、各電磁波を発生する送信手段および前記移動手段に設けられこの送信手段から送信された各電磁波を輻射する送信アンテナを有し、受信手段は、前記移動手段に設けられ前記送信アンテナで送信された各電磁波を受信する受信アンテナおよびこの受信アンテナで受信された各電磁波が入力される受信部を有するもので、移動しながら動作できるため連続して高機能舗装の空隙度を検出可能である。
【００１８】
請求項８記載の高機能舗装空隙度検出装置は、請求項７記載の高機能舗装空隙度検出装置において、受信した各電磁波に基づく結果を連続して記憶する記憶手段を備えたもので、記憶手段に連続して記憶させることにより移動しながら動作できるため連続して高機能舗装の空隙度を検出可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高機能舗装空隙度検出装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図２に示すように、１は移動手段としての測定車で、この測定車１は一般道あるいは高速道を問わず任意の速度で連続的に測定する。そして、この測定車１は、ワゴン車などの指令車２に、この指令車２に牽引されるセンサ車３で構成される。また、センサ車３には図３に示すように電磁波Ｅを輻射する送信センサとして機能する広帯域の送信アンテナ４およびこの送信アンテナ４から輻射され測定対象物の高機能舗装Ｒで反射された電磁波Ｅを受信する受信センサとして機能する広帯域の受信アンテナ５を有するアンテナ６が搭載されている。
【００２１】
また、指令車２には、図１に示すアンテナ６以外の車載型の構成が搭載されている。
【００２２】
すなわち、指令車２には、検出手段および記憶手段として機能するパーソナルコンピュータ11およびアンテナ６などに対する電源回路12が搭載されている。
【００２３】
そして、センサ車３の送信アンテナ４には、指令車２の送信手段としてのＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯のモノサイクル波またはインパルス波を生成する送信信号発生回路14が接続され、送信アンテナ４および送信信号発生回路14にて輻射手段15が構成され、センサ車３の受信アンテナ５には、指令車２の受信部としての受信回路16が接続され、受信アンテナ５および受信回路16にて受信手段17が構成され、受信回路16には送信信号発生回路14が接続されている。
【００２４】
また、電源回路12には制御信号発生回路18が接続され、この制御信号発生回路18は受信回路16に接続されている。
【００２５】
さらに、制御信号発生回路18および受信回路16には、演算手段として機能する時間−振幅制御回路21が接続されている。
【００２６】
そして、この時間−振幅制御回路21には、＋最大値検知回路22および−最大値検知回路23の並列回路が接続され、これら＋最大値検知回路22および−最大値検知回路23には合成回路24が接続されて、振幅検出回路25が構成され、受信された電磁波Ｅのピーク・トゥ・ピーク（ｐ−ｐ）振幅値が検出される。
【００２７】
さらに、合成回路24には平均化処理回路26、量子化回路27が順次接続され、パーソナルコンピュータ11に接続されている。
【００２８】
次に、上記図１に示す構成の動作について説明する。
【００２９】
まず、指令車２によりセンサ車３を牽引して走行している状態で、制御信号発生回路18に基づき、送信信号発生回路14で高周波のＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯のモノサイクル波またはインパルス波を生成させ、送信アンテナ４により測定対象物である高機能舗装Ｒの路面に電磁波Ｅを輻射する。そして、高機能舗装Ｒで反射された電磁波Ｅを所定の伝播時間を経過して受信アンテナ５で受信し、受信回路16で受信する。なお、このようにＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯のモノサイクル波またはインパルス波を用いることにより、高機能舗装Ｒで確実に電磁波Ｅを反射できる。
【００３０】
その後、受信回路16で受信された電磁波Ｅを時間−振幅制御回路21で相似の低周波に変換し、＋最大値検知回路22で電磁波Ｅの振幅の＋最大値を検知し、−最大値検知回路23で電磁波Ｅの振幅の−最大値を検知し、これら＋最大値と−最大値とに基づき合成回路24でｐ−ｐ振幅値を得る。
【００３１】
そして、平均化処理回路26でこのｐ−ｐ振幅値を平均化し、量子化回路27で量子化する。さらに、この量子化された振幅値をパーソナルコンピュータ11で演算し、高機能舗装Ｒでの反射率を演算し、この反射率に基づき比誘電率値に変換し、高速で連続的に高機能舗装Ｒの測定をし、比誘電率値から高機能舗装Ｒの空隙詰まり度および空隙つぶれ度を検出する。
【００３２】
さらに、必要に応じてパーソナルコンピュータ11に記憶させ、解析処理などをする。
【００３３】
なお、電磁波Ｅの反射率は、あらかじめ送信アンテナ４から輻射した電磁波Ｅを完全反射板となる金属板を用いて受信アンテナ５で受信させ、この際の電磁波Ｅの反射率を全反射強度として、この全反射強度に対する割合で反射率を求める。
【００３４】
ここで、この測定の基本原理について説明する。
【００３５】
まず、高機能舗装Ｒは、図４に示すように、打設直後は通常のアスコン同様、アスファルト・骨材・空気の３つの材質で構成されている舗装材である。なお、同じアスコンでも空気の割合を増やしたものすなわち空隙の多いものが、排水性を有するいわゆる高機能舗装である。
【００３６】
そして、電磁波Ｅに対する物性である比誘電率は、物質によって固有の値を持っている。アスコンのような複合材は、各要素物質の固有比誘電率を分量比に基づき平均化した値をもつため、分量比の異なる通常のアスコンと高機能舗装材は必然的に異なる比誘電率となる。また、空隙詰まりを起こした高機能舗装Ｒは、図５に示すように、空気部分が砂で置換されていると考えられるので、同じ排水性アスコンの高機能舗装Ｒでも、図４に示す打設直後と図５に示す詰まり状態の比誘電率は異なる値となる。
【００３７】
また、電磁波Ｅの反射率は比誘電率のコントラストによって決まるため、図４に示す打設直後のコントラストは図６に示すようになり、図５に示すつまり状態のコントラストは図７に示すようになり、高機能舗装Ｒの空隙詰まり状態によって表面反射率は変化する。したがって、電磁波Ｅの表面反射率を測定することによって逆に高機能舗装Ｒの比誘電率を算出し、空隙づまり状態を推定する。
【００３８】
そして、アスコンの比誘電率を求めるもとになる電磁波表面反射係数との関係は数１で表される。
【００３９】
【数１】
0005005135.tif 000002
【００４０】
ただし、ρは反射係数、ε1は１層目の比誘電率（空気＝１）、ε2は２層目の比誘電率である。
【００４１】
ここで、高機能舗装Ｒの表面における反射の場合、１層目は空気、２層目はアスコンであるから、反射係数は数２のようになる。
【００４２】
【数２】
0005005135.tif 000003
【００４３】
ただし、ρは反射係数、εはアスコンの比誘電率である。
【００４４】
数２の関係から反射率からアスコンの比誘電率を求める式に変換すると、数３のようになる。この測定では、電磁波Ｅの反射波の強度を利用し、特に位相情報を必要としないため、反射係数の絶対値である反射率を使用する。
【００４５】
【数３】
0005005135.tif 000004
【００４６】
また、比誘電率値を用いて高機能舗装Ｒの空隙詰まりの状態を評価するための前提として、排水性アスコンや通常の密粒度アスコンが、どの程度の値を持っているのかを把握しておく必要がある。
【００４７】
そこで、アスコンを構成する各要素材の体積占有率、密度、比誘電率を図８に示すように定義する。
【００４８】
したがって、これらアスコンの比誘電率は、要素材料の混合物として数４および数５で表される。
【００４９】
【数４】
0005005135.tif 000005
【００５０】
【数５】
0005005135.tif 000006
【００５１】
ただし、εはアスコンの比誘電率である。
【００５２】
また、アスコンを構成する要素材の比誘電率は表１である。
【００５３】
【表１】
0005005135.tif 000007
【００５４】
そして、各要素の比誘電率値にもとづき、種々の状態にあるアスコンの標準的な比誘電率を推定した結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
0005005135.tif 000008
【００５６】
そして、排水性アスコンすなわち高機能舗装Ｒは、施工後徐々に空隙詰まりを起こすものと考えられるため、比誘電率は一般的には４．２と５．９の間に入っているものと考えられる。ここで、空隙が空隙詰まり材により置換されて空隙充填率が高くなり比誘電率が変化する状態を図９に示す。
【００５７】
また、高機能舗装Ｒの偏在状況も検出できる。
【００５８】
ここで、高機能舗装Ｒの形態として空隙づまり状態が異なる５つの場合、図１０に示す空隙の詰まり無し、図１１に示す空隙の詰まり均等、図１２に示す空隙の詰まりが上部偏在、図１３に示す空隙の詰まりが中央偏在および図１４に示す空隙の詰まりが下部偏在の高機能舗装Ｒの断面を想定する。
【００５９】
そして、各断面について各境界からの反射波が複合し干渉しあった後の反射波強度から計算された比誘電率は、中心周波数５００ＭＨｚ、７５０ＭＨｚ、１ＧＨｚおよび１．５ＧＨｚの各場合によって表３および図１５に示すようになる。ただし、空隙充填率は偏在あるいは非偏在によらず一定とする。
【００６０】
【表３】
0005005135.tif 000009
【００６１】
図１５に示すように、均等空隙詰まりの場合には、周波数による変化が見られないが、上部と下部とでは周波数による比誘電率の違いが現れる。しかも、上部と下部とでは異なる特徴を示すため、複数の周波数で取得したデータを組み合わせることによって空隙詰まりの部位も特定できる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の高機能舗装空隙度検出方法によれば、高機能舗装は空隙を有しているが、空隙がたとえば砂などにより詰まって空気が砂に置換されると比誘電率が変化するため、測定対象物の高機能舗装面に複数の異なる周波数の電磁波を輻射し、高機能舗装面の各境界で反射された反射波が干渉しあった各周波数での電磁波に基づき比誘電率をそれぞれ測定することにより、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて、定点で停止させる必要なく高機能舗装の空隙度を検出できる。
【００６３】
請求項２記載の高機能舗装空隙度検出方法によれば、請求項１記載の高機能舗装空隙度検出方法に加え、ＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯の高周波の各電磁波をそれぞれ輻射することにより高機能舗装での反射を容易に測定できる。
【００６４】
請求項３記載の高機能舗装空隙度検出方法によれば、請求項１または２記載の高機能舗装空隙度検出方法に加え、移動しながら各電磁波を輻射し、移動しながら反射された各電磁波を受信するので、移動しながら動作できるため連続して高機能舗装の空隙度を検出可能である。
【００６５】
請求項４記載の高機能舗装空隙度検出方法によれば、請求項３記載の高機能舗装空隙度検出方法に加え、受信した各電磁波に基づく結果を連続して記憶するので、少ない定点のみならず連続的に記憶することにより多くの地点での測定結果を記憶できる。
【００６６】
請求項５記載の高機能舗装空隙度検出装置によれば、高機能舗装は空隙を有しているが、空隙がたとえば砂などにより詰まって空気が砂に置換されると比誘電率が変化するため、輻射手段で測定対象物の高機能舗装面に複数の異なる周波数の電磁波を輻射し、高機能舗装面の各境界で反射された反射波が干渉しあった各周波数での電磁波を受信手段で受信し、この受信手段で受信した各電磁波に基づき検出手段で比誘電率をそれぞれ測定することにより、この比誘電率から推定した空隙充填率と、異なる複数の周波数での電磁波に基づく比誘電率の変化に基づき検出した高機能舗装の空隙の偏在状況とに基づいて、定点で停止させる必要なく高機能舗装の空隙度を比誘電率の相違に基づき検出できる。
【００６７】
請求項６記載の高機能舗装空隙度検出装置によれば、請求項５記載の高機能舗装空隙度検出装置に加え、ＵＨＦ帯ないしＳＨＦ帯の高周波の各電磁波をそれぞれ輻射することにより高機能舗装での反射を容易に測定できる。
【００６８】
請求項７記載の高機能舗装空隙度検出装置によれば、請求項５または６記載の高機能舗装空隙度検出装置に加え、輻射手段は各電磁波を発生する送信手段および移動手段に設けられこの送信手段から送信された各電磁波を輻射する送信アンテナを有し、受信手段は、移動手段に設けられ送信アンテナで送信された各電磁波を受信する受信アンテナおよびこの受信アンテナで受信された各電磁波が入力される受信部を有するので、移動しながら動作できるため連続して高機能舗装の空隙度を検出できる。
【００６９】
請求項８記載の高機能舗装空隙度検出装置によれば、請求項７記載の高機能舗装空隙度検出装置に加え、記憶手段に連続して記憶させることにより移動しながら動作できるため連続して高機能舗装の空隙度を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の高機能舗装空隙度検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】  同上測定車を示す説明図である。
【図３】  同上センサ車を示す説明図である。
【図４】  同上空隙が詰まっていない状態の高機能舗装を示す模式図である。
【図５】  同上空隙が詰まっている状態の高機能舗装を示す模式図である。
【図６】  同上空隙が詰まっていない状態の高機能舗装のコントラストを示すグラフである。
【図７】  同上空隙が詰まっている状態の高機能舗装のコントラストを示すグラフである。
【図８】  同上高機能舗装の骨材、アスファルトおよび空隙の体積占有率、密度、比誘電率を示すグラフである。
【図９】  同上空隙充填率と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図１０】  同上空隙の詰まり無しの高機能舗装の断面を示す模式図である。
【図１１】  同上空隙の詰まり均等の高機能舗装の断面を示す模式図である。
【図１２】  同上空隙の詰まりが上部偏在の高機能舗装の断面を示す模式図である。
【図１３】  同上空隙の詰まりが中央偏在の高機能舗装の断面を示す模式図である。
【図１４】  同上空隙の詰まりが下部偏在の高機能舗装の断面を示す模式図である。
【図１５】  同上空隙の状態と各周波数における誘電率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    移動手段としての測定車
４    送信アンテナ
５    受信アンテナ
11    検出手段および記憶手段としての機能を有するパーソナルコンピュータ
14    送信手段としての送信信号発生回路
15    輻射手段
16    受信部としての受信回路
17    受信手段
Ｅ    電磁波
Ｒ    高機能舗装
【図１】
0005005135.tif 000010
【図２】
0005005135.tif 000011
【図３】
0005005135.tif 000012
【図４】
0005005135.tif 000013
【図５】
0005005135.tif 000014
【図６】
0005005135.tif 000015
【図７】
0005005135.tif 000016
【図８】
0005005135.tif 000017
【図９】
0005005135.tif 000018
【図１０】
0005005135.tif 000019
【図１１】
0005005135.tif 000020
【図１２】
0005005135.tif 000021
【図１３】
0005005135.tif 000022
【図１４】
0005005135.tif 000023
【図１５】
0005005135.tif 000024