技術資料

貨物自動車の加速度ビッグデータを用いた
路面平坦性推定技術の基礎的検討
佐藤大輔

大浦正樹

丸山記美雄

があり、また測定の方法によっては交通規制が必要に１．はじめになるため、異なるアプローチでより効率的に路面状態社会基盤施設の老朽化の進行が懸念されており、道を把握する技術を用意しておく価値がある。例えば、路舗装においては舗装の状態を点検によって効率的にコネクテッドカーや自動運転車が普及していく今後の把握し、点検データに基づいて維持修繕の判断を的確可能性を踏まえると、車には様々なセンサーが搭載さに行うことが求められている。具体的には、国土交通れ、データが蓄積されていく可能性があり、それらの省により平成28年10月に「舗装点検要領」 が策定さ

データの蓄積から、路面の平坦性など舗装の維持管理れ、その中で道路の役割や性格、走行速度や交通量にに有益な情報を得る形態は、有用な技術となりうる。

応じ、目視や機器を用いてひび割れ率、わだち掘れ量、そこで、本稿では、道路上を数多く走行している貨IRI（International Roughness Index、国際ラフネス

物自動車に装備されている運行記録計から得られる加指数）等の点検を行い、それらの情報を基に舗装の健速度データベースに着目し、自動的に蓄積される加速全性を評価することが規定された。点検手法は、巡視

度ビッグデータを用いて路面平坦性を把握する技術にの機会等を通じた車上あるいは徒歩による目視や、機ついて基礎的な検討を行った結果を報告する。

1)器を用いた手法など適切な手法によることとされている。路面評価指標のうち、IRI の計測においては表－1に示すように、測定方法に応じて4つにクラス分けされており2)、各々の方法毎に測定速度や測定精度、測定に要するコストが異なるとされている。一般論として、表－1に示したクラス番号が小さいほど測定精度が高く、測定時間を要してコストが高くなる傾向にある。クラス1相当のディップスティックによる測定状
況及び、クラス2相当のレーザプロファイラによる測定状況を写真－1及び写真－2に示すが、これらの手法は精度が高いものの測定速度やコストが課題である。

表－1
クラス

路面の凹凸等の測定方法とIRI算出方法

路面の凹凸等の測定方法

IRIの算出方法
間隔250mm以下の水準測量で横断プロファイルを測定し、QCシミュレーションによりIRIを算出する。

1

水準測量

2

任意の横断プロファイル測定装置で横断プロ任意の横断プロファイル測定
ファイルを測定し、QCシミュレーションにより装置IRIを算出する。

3

RTRRMS(レスポンス型道路ラフネス測定シス
RTRRMS(レスポンス型道路ラテム)で任意尺度のラスネス指数を測定し、フネス測定システム)
相関式によりIRIに変換する。

4

パトロールカーに乗車した調査員の体感や目視

パトロールカーに乗車した調査員の体感や目視によりIRIを推測する。

そこで近年では、クラス3相当のレスポンス型の簡易さでありながらクラス2相当の測定精度を兼ね備えた、加速度計によるIRI計測手法3), 4)の開発や、車載したスマートフォンで通常の走行速度で走行しながら計測を行う手法5)などの開発が行われ、舗装維持管理の現場への適用が図られつつあり効率化が進んでいる。
一方で、今後の社会情勢として人口減少高齢化が進み、労働人口は減少すると予測されている。つまり、道路舗装の老朽化が進む中、点検診断に必要な労働力は減少していくため、膨大な延長に及ぶ道路網の舗装状態を更に効率的に把握する手法が存在すると好ましいと考えられる。前述したいずれの測定方法も測定員や測定機材を測定したい場所に派遣して測定する必要
12

写真－1

ディップスティックによるIRI測定(クラス1相当）
寒地土木研究所月報№809

2020年９月

図－1

写真－2

運行記録計が記録したデータの流れ

レーザプロファイラによるIRI測定(クラス2相当)

２．加速度データの概要
貨物自動車運送事業輸送安全規則において、車両総重量7t以上の事業用貨物自動車は運行記録計を装備

図－2

し、走行速度や運行時間及び運行距離を記録し一定期車両に掛かる加速度と上下加速度の関係間保存することが義務づけられている。従来はチャー
ト紙とペンを用いたアナログ記録で前述の3項目のみしか記録できないものが多かったが、最近ではデジタ

３．路面平坦性の推定技術の検討

ル化され輸送品質の向上や安全運行を目的としてGPS受信機を用いた位置情報や3軸加速度計を用いた車両

３．１

検討手法の挙動を記録できるものも増えてきており、それらの北海道内の自動車専用道路のIC間約30kmを検討のデータはSDカードなど電子媒体に記録される。ここ対象区間として設定し、その区間を走行した貨物自動から得られるデータは事業用貨物自動車の運行会社内車の加速度データから得られる情報とIRIの対応関係で処理や保管されるほか、自動車電装メーカーなどがを調べた。

用意するサーバーに蓄積され運行管理支援などのサー

IRI計測は図－3に示す寒地土木研究所で保有するビスを受けることもできるようになってきている。デ

IRI簡易測定装置「STAMPER」（精度はクラス2相当）ータの流れを図－1に示す。本検討はそれらのデータを使用した。この装置は自動車のバネ上及びバネ下に（ビッグデータ）から検討に必要な項目のみを抽出し設置した加速度計から得られる上下動を逆解析するこたデータを用いて路面平坦性の推定を試みるものであとにより、通常の速度で走行しながらリアルタイムでる。なお、今回データの収集に使用した運行記録計は精度良くIRIを測定できる装置である。IRIの基底長は一般に市販されているものである。運行記録計は運転10mとした。

席付近のダッシュボードなどの空きスペースに角度を加速度データはある自動車電装メーカーが構築した付けて設置されるのが一般的である。また、3軸加速システムに蓄積された、複数の運送会社で稼働してい度計を内蔵しているが、車両に対しての上下加速度をる貨物自動車の運行データから表－2に示す条件で抽直接測定していないので、図－2のように車両に掛か出した。なお、路面上に雪氷が存在する場合は、加速る加速度や取付角度及び道路勾配を考慮し計算式を用度データに影響を及ぼすと考え、積雪時のデータは除いて車両に掛かる上下加速度を算出した。

外している。検討に用いた加速度データはサンプリン
グ周波数5Hzのデータを運行記録計内部で処理し1Hzデータとして外部に出力されているものを用いている。
そのため基底長10mのIRIデータと対応させるには

寒地土木研究所月報№809

2020年９月

13位置の整合が必要になるため、対象区間を図－4に示表－2

すように40m毎に区切り、その区間を通過した全車両項目のデータ総数に対し閾値である0.1Gを超えたデータ件数割合をその区間での加速度超過割合とした。IRIは検出区間内での最大値とした。これによりIRIと加速度超過割合の対応関係が検証できるよう工夫した。

車種

加速度データの抽出条件
条件
大型貨物車

路面状況 積雪時は除く
車速40～80km/h

抽出データ GPS･加速度３．２

検討結果

加速度超過割合とIRIの関係を図－5に示す。図－5

抽出期間 2018年2～3月の1ヶ月分より、加速度超過割合が大きくなるほど、IRI値も大きくなっており、加速度超過割合とIRIの間には正の相関があることがわかる。ただし、特定の加速度超過

運行管理データ更新周期 : 1秒

割合の値における、IRI値のプロットには±2程度のばらつきがあり、加速度超過割合から正確なIRI値の推定を期待するよりは、路面平坦性の概略の傾向を把握することに利点のある技術と考える。

検出区間幅 : 40m

図－4

検出区間幅概要図(80km/h時)

図－5

加速度超過割合とIRIの関係

また、加速度超過割合とIRIの位置関係を図－6に示す。加速度超過割合とIRIの位置関係も全体的には一致しているとみることができるとともに、グラフの形状が類似しており路面平坦性の位置的な特徴を捉えているものと考えられる。

図－31412108642010.80.60.40.20

IRI簡易測定装置「STAMPER」

IRI (m/km)

加速度超過割合 1Hzデータ

→道路延長

図－6

141km

加速度超過割合とIRIの位置関係
寒地土木研究所月報№809

2020年９月

４．サンプリング周波数の変更による分解能向上の検討
３．での検討を進めて行く過程で、加速度計データとIRI値について分析したところ、比較的小さな段差などは検出が難しいことが確認された。そこで、運行記録計の内部ファームウェアを書き換え、３．で述べた運行記録計内部の5Hzデータをそのまま外部に出力されるように変更した。このことにより、より車両振動に近いデータが得られ分解能向上が図られると考える。1Hzデータと5Hzデータの関係及び差分について、
図－7に示す。1Hzデータと5Hzデータでは部分的に差異があることが分かる。特徴的な箇所について走行動画を確認しながら以下の検討を行った。
４．１

小さなうねりが連続する箇所の検出

図－8

小さなうねりが連続する箇所での上下G発生状況

小さなうねりが連続する箇所で測定した結果を図－8に示す。5Hzデータでは短時間で収束する比較的小さな上下動でも最大±3G程度の加速度が検知されているが、1Hzデータでは±1G以内に収まっている。これについては、1Hzデータは運行記録計内部で平滑化処理を行っており、高い周波数成分が消滅するためと考えられる。
４．２

比較的小さな段差の検出比較的小さな段差で測定した結果を図－9に示す。
5Hzデータでは図中に枠囲いで示した段差箇所でのみ±2G程度の加速度が検出されており、前後区間との上下動の違いがあらわれているが、1Hzデータでは段差箇所も含めた前後区間において±0.5G程度となっており、段差箇所の特徴をとらえることができていない。
このことから5Hzデータでは比較的小さな段差を検出できていると考える。

加度速超度過超割
過合割合
加速

10.8
0.6
0.4
0.2
010.80.6
0.4
0.2
00.5
0.3
0.1
‐0.1
‐0.3
‐0.5

図－9

比較的小さな段差箇所での上下G発生状況

1Hz データ

小さなうねりの連続

5Hz データ

比較的小さな段差差分(1Hz-5Hz)

→道路延長

図－7
寒地土木研究所月報№809

2020年９月

1km

各サンプリング周波数における加速度超過割合

15

６．まとめと考察

５．活用方法の検討
本検討で用いている加速度データは日々生成記録さ検討の結果、貨物自動車に搭載されている運行記録れ、蓄積され続けているデータの集合である。路面平計から得られる加速度データ、それに関連付けられる坦性の把握にこのデータを用いる手法の特徴として、加速度超過割合とIRIには関連性があることが示唆さ任意の時点での平坦性の把握のみならず、過去を含めれたと考える。検討に用いた加速度データは舗装の健た任意の期間における平坦性変化の把握が可能である全性を評価する指標としてだけではなく、一般の通行ことが挙げられる。そこで３．で述べた検討対象区間車から得られたデータであるので、道路利用者の実走の「平成30年北海道胆振東部地震」前後3ヶ月間にお行を考慮した補修箇所検討などの一指標として有用とける加速度データの変化を調べた。地震が発生した平考える。また、路面平坦性の把握にビッグデータを利

成30年9月6日の約2ヶ月前の7月2日から、約1ヶ月後の用する手法の特徴として、現地での計測作業を行わず9月26日までの加速度超過割合の変化状況とその差分に過去を含めた任意の期間における路面平坦性変化のを図－10に示す。地震が発生する前の7月2日から7月把握や、特に地震などの突発事象前後の路面平坦性変29日までの約1ヶ月間（①）と、7月30日から9月2日ま化の把握が可能であると考えられ、補修箇所の選定やでの約1ヶ月間（②）及びその差分（②－①）を見ると、優先順位付けに用いる技術としての有用性を示した。

それぞれ1ヶ月間においては加速度超過割合の大きな

なお、今回の報告では検討を行った路線は自動車専変化はない。地震が発生する前の7月30日から9月2日

用道路1路線であったので、複数路線のデータを用いまでの約1ヶ月間（②）と、地震が発生した後の9月10るなどデータの充実を図りながら、指標の取扱なども日から9月26日の約1ヶ月間（③）及びその差分（③－含め検討を進める必要があると考える。

②）を見ると、加速度超過割合が大きく変化している箇所が複数あることが分かる。このことからこの調査

参考文献

対象区間では地震の後に平坦性が変化している箇所が複数あり、どの位置の平坦性が大きく変化しているか

1） 国土交通省道路局：舗装点検要領、平成28年10月推定できる。このような情報を基に詳細調査箇所や応2）（公社）日本道路協会：舗装調査・試験法便覧〔第急復旧の順位付けなどに有用な資料として活用できると考える。
11分冊〕、平成31年3月
3） 富山和也、川村 彰、藤田 旬、石田 樹：地方自治①加速度超過割合_地震発生前 7月2日～7月29日

0.80.60.4
0.2
01②加速度超過割合_地震発生前 7月30日～9月2日

0.8
0.6
0.4
0.2
01

③加速度超過割合_地震発生後 9月10日～9月26日

0.8
0.6
0.4
0.2
00.4
0.2

差分_地震発生前②－①

差分_地震発生後

③－②

0-0.2
-0.4
0.4
0.2
01km

-0.2
-0.4

→道路延長

図－10

16

加速度超過割合が15%以上増加した箇所

地震発生前後の加速度超過割合の変化
寒地土木研究所月報№809

2020年９月

木学会第65回年次学術講演会、pp.105-106､ 2010.

体の舗装維持管理実態を考慮した市街地道路の効果的な路面点検手法の開発、土木学会論文集F35)

八木浩一：自動車のばね上観測加速度からの路面（土木情報学）、Vol.69、No.2、pp.54-62､ 2013

縦断プロファイルの推定とその精度検証、土木

4） 坂上弘至、川島正人、大廣智則：路面非接触型簡学会論文集E1（舗装工学）、Vol.69、No.3、pp.1-

易IRI測定機を用いた路面管理に関する研究、土7､ 2013.

佐藤 大輔
SATO Daisuke

大浦 正樹
OOURA Masaki

丸山 記美雄MARUYAMA Kimio

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
寒地道路保全チーム
研究員

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
寒地道路保全チーム
研究員（現 国土交通省
北海道開発局
札幌開発建設部施設整備課施設整備専門官）

寒地土木研究所
寒地保全技術研究グループ
寒地道路保全チーム
上席研究員
博士（工学）
技術士（建設）寒地土木研究所月報№809

2020年９月

17