スマートフォンを用いた舗装の路面評価手法に関する一提案

株式会社 NIPPO 総合技術部 白井 悠株式会社 NIPPO 総合技術部 井原 務
株式会社 NIPPO 総合技術部 村上 浩

1. はじめに2012 年の笹子トンネル事故以来、我が国の維持管理にIRI、段差量では十分に「乗り心地」を評価できない点であると考える。

対する重要性が見直され、維持管理を効率的に行うため

一方、図-1 にある、
「バネ上振動加速度」は「乗り心の技術（材料、工法、モニタリング等）が数多く開発さ地」を評価でき非常に有用であるが、「路面の状態」の推れている。舗装分野においても、舗装の維持修繕ガイド定は、「車両/速度」の影響をうけることから、困難であブック 2013 において、我が国の舗装管理のあるべき姿るという課題がある。
このことから、「バネ上振動加速度」

は、「道路利用者および納税者にとってわかりやすい透明と「路面の状態」を関係付けることが、道路利用者のニ性のある管理の実現、および最小コストで最適な効果をーズに合致した指標設定のための第一歩であると考えた。

調達する効率的な管理の実現」1)との理想を示されたことから、維持管理に関する重要性がさらに高まっている。
維持管理のあるべき姿の中で、前者の「道路利用者お路面の状態平たん性
IRI

段差量よび納税者にとってわかりやすい透明性のある管理の実現」1)については、道路利用者のニーズに合致した理解②①
車両/速度しやすい指標の設定が必要であると考える。一般的な道路利用者は、車両走行時における乗り心地の満足度が重要であることから、当該指標を直接評価・数値化することが最良である。ここで、「路面の状態」を評価する指標

バネ上振動
加速度
乗り心地

③

図-1 路面の状態と乗り心地との関係の中で乗り心地に関連する指標は平たん性、IRI あるいは段差量といった路面性状値である。しかし、これらの次に、後者の「最小コストで最適な効果を調達する効

路面性状値では指標が平均化されることにより局所的な率的な管理の実現」1)については、舗装のマネジメント損傷が表面化しない問題、搭乗者の体感と不一致となるシステムを構築し、計画から評価に至る一貫したマネジ問題があるとの報告がある 2),3)。ここで「路面の状態」

メントを実施するといったメンテナンスサイクルを構と「乗り心地」の関係をイメージしたものを図-1 に示す。

築・実行することが重要であると考える。この中で、特これより、「路面の状態」と「乗り心地」との間には「車に、調査・点検は、インフラの劣化予測を行う上で不可両／速度」という媒体が介在していることが、平たん性、欠であるが、実際にはこれらの継続的実施とこれに伴うコスト負担が課題となっている。

設置し、走行時に発生する車両振動から垂直方向加速度以上のような背景のもと、安価にかつ迅速に「バネ上（以下加速度）をスマートフォン内蔵の加速度センサ(サ振動加速度」を調査できるツールとして、筆者らは、スンプリング間隔 0.01 秒)を用いて収集する。収集した加マートフォン（以下スマホ）を用いた装置を開発した。

速 度 は 取 扱 い し や す い よ う に RMS(Root Mean

本測定装置の大きな特長は 2 つある。一つは、開発したSquare：実効値)に変換する。以下、変換したものを加スマホ用アプリ（アンドロイド版）をスマホにインスト

速度 RMS と呼ぶこととした。

ールするだけで、容易に導入できる点である。

また、測定結果のアウトプットの方法としてはスマホもう一つは、導入コストが安い点である。本測定装置の画面にリアルタイムで路面の状態を表示することが可をうまく活用することで、調査・点検業務全体のコスト能であるとともに、スマホ内の GPS 情報を用いて、測ダウンにつながると期待できる。

定箇所の位置情報を電子地図（GIS）上に表示すること

本論文では、まず、スマホを用いた本測定装置の紹介も可能である。

を行い、次に、
図-1 に示すように①加速度とIRI の関係、②加速度と段差量の関係、および実路における管理事例

3. 路面性状値と加速度の関係 4)について述べる。最後に、③路面の状態→加速度→乗り

3.1 実験概要
IRI および段差量と加速度との関係を把握するために、心地の関係について述べる。

実車による走行実験を実施した。実験概要を表-2 に示す。
2. スマートフォンを用いた本測定装置

実験データの収集は、IRI は関東地方にある一般道路で2.1 装置の概要測定し、段差量はコンクリート舗装版目地部段差（垂直写真-1 にスマホを用いた本測定装置を示す。

形状段差）を模擬した仮設路面で測定した。IRI は区間平均 RMS（加速度 RMS を評価区間長で算術平均したもの）、段差量は加速度 RMS により、各指標との相関を確認した。
表-2 IRI および段差量実験の概要
項 目
車 種
設定速度

ＩＲＩ

段差量
RAV4（トヨタ）

30,40,50km/h

20,30,40km/h

区間平均RMS
加速度RMS（評価区間長）（0.1秒間）
一般道路
模擬路面
対 象
IRI：1.9～8.5m/km t= 9,18,27,36mm
比較データ 路面性状測定車
実測値
RMS値

写真-1 本測定装置
本測定装置の測定方法は、路面の凹凸等の測定方法としては、表-1 に示すクラス 3（レスポンス型）に相当する。
表-1 本測定装置のクラス
クラス 路面の凹凸等の測定方法
1

水準測量

2

任意の縦断プロファイル測定装置

34

RTRRMS(レスポンス型道路ラフネス測定システム）
パトロールカーに乗車した調査員の体感や目視ＩＲＩの算出方法
間隔250mm以下の水準測量で縦断プロフ
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。
任意の縦断プロファイル測定装置で縦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。
RTRRMS(レスポンス型道路ラフネス測定システム）で任意尺度のラフネス指数を測定し、相関式によりIRIに変換する。
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。

3.2 IRI と加速度との関係
IRI と加速度との相関は評価区間長 100m の IRI で行うこととした。路面性状測定車により測定した実測 IRIと本測定装置により測定した区間平均 RMS との関係を検討した。
結果は、回帰モデルとともに図-2 に示す。なお、本検討では原点を通る一次回帰モデルを用いた。
図-2 より、①区間平均 RMS と IRI との関係は正の相関があること、②回帰モデルに速度依存性があること、

写真-1 に示すように、本測定装置を車両フロント部に③回帰モデルの傾きは、速度が低いほど大きくなることが確認できた。図-2 の回帰モデルをもとに、基準速度擬段差量の誤差の95 パーセンタイル値は±3.7mm 程度（40km/h）に速度補正し、算出した推定 IRI と実測しであった。推定 IRI と同様に、一次評価レベルにおいてた IRI との関係を図-3 に示す。

段差量の抽出に活用できると考える。

図-2 区間平均 RMS と IRI との関係

図-4 加速度 RMS と段差量との関係

図-3 推定 IRI と IRI との関係

図-5 推定段差量と段差量との関係

図-3 より、推定 IRI と IRI との関係はデータにバラツキがみられるものの、r=0.72 となり、高い相関が確認で4. 実路における管理事例きた。これから、本測定装置を用いることで路面の IRI

4.1 工事概要を概ね推定できると考えた。これは、一次点検レベルにおいて、不良箇所の抽出に期待できると考える。

模擬路面における測定で段差量を評価できることがわかったため、実道への適用を試みた。一般国道における性能規定型維持工事の段差量管理に本測定装置を用いた3.3 段差量と加速度との関係ものである。工事概要は表-3 に示すとおり。

模擬路面の段差量と加速度 RMS との関係を図-4 に示す。図-4 より、①IRI と同様に段差量と加速度 RMS との関係は正の相関があること、②回帰モデルは速度依存

表-3 工事概要
項目

内

容

工事期間

自動車専用道路(上下線：片側2車線）
2年間

対象区間長5.6km回帰モデルをもとに基準速度（40km/h）に速度補正

性能規定値

段差量：30mmし、算出した推定段差量と模擬路面の段差量との関係を法定速度80km/h性があること、③回帰モデルの傾きは速度が低いほど大きくなることが確認できた。

道路種

図-5 に示す。図-5 より、両者の相関係数は、r=0.98 と工事初期に全箇所の段差量を 4 日間かけて測定した。

なり、非常に高い結果となった。また、推定段差量と模交通規制は規制を行うこと自体でコストが発生するが、道路利用者にとっても時間的損失および安全上の観点からも好ましくない。このため、交通規制を必要とせず、

3)段差量管理方法
実行した管理方法のフローを図-8 に示す。

容易に段差量を評価する必要があった。
4.2 実施事例
1)段差量と加速度 RMS との関係
工事初期に測定した実測段差量（舗装調査・試験法便覧法）と同時期に測定した加速度 RMS との関係式から段差量を推定する方法を検討した。加速度 RMS と実測の段差量との関係を図-6 に示す。この図-6 から加速度RMS と段差量との関係はバラツキが大きく、その他の要因が介在すると考えられたため、このまま単純に推定

図-8 管理方法のフローするのは難しいと考えた。
図-8 に示すように、自主管理として本測定装置で測定/評価を行い、加速度 RMS が管理目標値を越えた箇所のみ段差量を測定することとした。
また、自主管理測定の測定条件は表-4 に示すとおりである。なお、測定速度を一定の速度とするために、測定は夜間の交通量が少なくなる時間帯に行った。
表-4 自主管理測定の測定条件

図-6 加速度 RMS と段差量との関係 5)

項 目

内 容

使用車種

TOYOTA カローラフィールダー

使用タイヤ

ブリヂストン BLIZZAK REVO2

使用スマートフォン

SONY Ericson SO-02C2)加速度 RMS の再現性

測定速度80km/h

測定回数

3 回／車線・速度

段差量管理位置における加速度 RMS の初期値と 3 ヶ月後測定値との関係は図-7 に示すとおりである。

4)結 果
図-8 に示すフローにて管理を行った結果、工事期間中において、加速度 RMS が管理目標値を超えた箇所が 4箇所あった。そのうち、実測により段差量が規定値を超えて補修を実施した箇所は 1 箇所、規定値以内だったために経過観察とした箇所が 3 箇所であった。
本工事の自主管理に本測定装置を用いたことで、交通

図-7 加速度 RMS の初期値と 3 ヶ月後測定値規制が、従来法を用いた場合に比べ、大幅に削減（4 日→0.5 日）されたことにより、費用、利用者便益の低下

初期値と 3 ヶ月後測定値の差の標準偏差は 0.43m/s2であり、また、同日の 3 回測定の結果もバラツキが小さ抑制などの全体的なコスト低減効果や、作業員の労働負荷軽減等の効果が得られた結果となった。

く良好であった。加速度 RMS は再現性を十分有している結果となった。このことから、発注者と協議の上で段差管理位置ごとに加速度 RMS の管理目標値をそれぞれ設定し、自主管理を行うこととした。

5. 路面形状と加速度の関係 5)
段差と加速度との関係は、模擬段差路面のような同一形状の場合は、図-4 あるいは図-5 のように、加速度 RMS

௧ି௧೔: ୧  ೔శభ୐と段差量との間には高い相関が確認できた。しかし、実段差勾配 (%)

路においては、図-6 に示すように、加速度 RMS と段差

合成段差勾配 (%) :

 100

(式-1)

ୡ௜  ௜  ௜ାଵ(式-2)

量はある程度の相関しか確認できなかった。そこで、段段差測定位置(m)差と加速度との関係について検討を行った。

00た。①と②は段差量が同じでも加速度 RMS が異なっており、③と④は、加速度 RMS が同じでも段差量が異な

0.5

L2

1L3L42L5 2.5 L6t4t2

11.5

1.5i1受けているためと考えた。

3.5t7t6t3t5i32i2

2.5i6i4i53っている。これは、加速度 RMS が段差量以外の影響を

3t1

0.5

水糸からの下がり(cm)まず、図-6 中の特徴的な点①～④について検討を行っ

L1t：下がり3.5i：段差勾配

L : 測定単距離

図-10 段差勾配および合成段差勾配のイメージ①～④に該当する段差量、加速度 RMS および管理位置前後 15m の縦断形状を示したものが図-9 である。

また、加速度 RMS と合成段差勾配最大値との関係を図-11 に示す。

①段差量=21.5mm RMS=6.15m/s2
走行方向-15 -14 -13 -12 -11 -10 -9-8

段差量測定位置(m)-7-6-5-4-3-2-1012345678910 11 12 13 14 15678910 11 12 13 14 1501020304050 (mm)②段差量=21.5mm RMS=1.50m/s2
走行方向-15 -14 -13 -12 -11 -10 -9-8

段差量測定位置(m)-7-6-5-4-3-2-101234501020304050 (mm)

図-11 加速度 RMS と合成段差勾配との関係③段差量=43.0mm RMS=3.30m/s2
走行方向-15 -14 -13 -12 -11 -10 -9-8

段差量測定位置(m)-7-6-5-4-3-2-1012345678910 11 12 13 14 1501020304050(mm)きた。この結果から、加速度 RMS が評価しているのは段差量のみでなく、形状も考慮した合成段差勾配であり、④段差量=11.5mm RMS=3.45m/s2
走行方向-15 -14 -13 -12 -11 -10 -9-8

路面の状態（ラフネス）を評価しているといえる。

段差量測定位置(m)-7-6-5-4-3-2-10

図-11 より、相関は r=0.81 となり、高い相関が確認で12345678910 11 12 13 14 1501020304050 (mm)

図-9 ①~④における段差の形状

次に、加速度 RMS が道路利用者の感覚と合致しているか否かを検討することとした。
6. 加速度と乗り心地の関係
１）感応調査の概要

図-9 より、①，②は、段差量は同じだが形状が異なっ

加速度 RMS と乗り心地との関係について感応調査をていることが分かる。また、③，④は同じ加速度 RMS行った。調査概要は表-5 のとおりである。

であるが、③は『段差量は「大きい」が形状は「緩やか」』

表-5 アンケート調査概要

であるに対して、④は『段差量は「小さい」が形状は「縦項目内容波状」』となっている。このことから、加速度 RMS は段

人数6人差量の他に、段差形状の影響も大きく受けるものである

走行速度70±10km/hと考えた。

乗車位置

助手席、後部席

対象路線

自動車専用道路2路線

そこで、加速度 RMS と段差形状との関係について検討を行った。検討するにあたり、段差形状を表す指標と調査は車両に調査員が搭乗し、両手にスイッチを持ち、して、段差勾配 i と 合成段差勾配 ic を設定した。算出式

段差振動を認識したときには左、さらにその振動が不快

は式-1，2 に、イメージを図-10 に示す。に感じる場合は右のスイッチを押すことにより行った。

2)感応調査結果

仮設定してみた。なお、表-6 の適用条件は、今回の調査

段差振動の認識に関する結果は図-12 に示すとおりである。図-12 は上段が助手席、下段が後部座席の調査結条件のみとする。
表-6 加速度 RMS による判定基準(案)果を示しており、横軸が加速度 RMS、縦軸がスイッチ

加速度RMS2(m/s )の ON,OFF を表している。押したときが ON である。

6以上

補修が必要

4～6

路面状況によっては補修が必要

1.5～4

要注意

1.5以下

望ましい状態

判定

7. まとめ
本検討から得られた知見について以下に示す。
○本測定装置により得られた加速度 RMS（バネ上振図-12 段差振動と認識する加速度動加速度）からの路面性状値（IRI／段差量）の推定は、一次評価レベルであれば可能である。

助手席と後部座席とでは結果に大きな差がなかった。
段差振動の認識については、以下の結果となった。
① ほとんどの人が認識しない：1m/s2 以下○実路による試用から、本測定装置を適切に活用することで維持管理業務全体のコストを低減できた。
○加速度 RMS は路面の状態を評価するのに適してお② 人によっては認識する：1～5m/s2り、また、搭乗者の感応と関連があるため、道路利③ ほとんどの人が認識する：5m/s2 以上

用者視点での路面評価が可能であることがわかった。

次に、段差振動と認識した振動が、不快なものかどうかについて行った結果を図-13 に示す。

8. おわりに
本検討においては、使用する車両を固定するなど、一定の条件下での検討で行ったが、今後は、様々な条件下でデータ収集を行い、実用化を目指したい。最後に、本論文が、我が国の今後の舗装維持管理技術向上の一助となれば幸甚である。
＜参考文献＞
1)日本道路協会：維持修繕ガイドブック、pp5-7

図-13 不快と感じる加速度

2)白川、川村、富山：車の地点乗り心地を考慮した道路
利用者のための平坦性管理方法、土木学会舗装工学論

図-12 と同様に、助手席と後部座席とでは結果に差が

文集 第 10 巻 2005 年 12 月

なく、振動の不快感については、以下の結果となった。

3)岡本、北川：効率的な舗装管理手法の提案－重積雪寒④ ほとんどの人が不快でない：1.5m/s2 以下

冷地域 旭川管理事務所での試行から－、EXTEC⑤ 人によっては不快である ：1.5～6m/s2

No82-10⑥ ほとんどの人が不快である：6m/s2 以上4)白井、井原、細谷：簡易測定装置による IRI・段差量

この結果から、加速度 RMS と搭乗者の感応には関連推定手法の検討、第 68 回土木学会年次学術講演会性があることを確認した。

V-470 2012

また、今後、加速度 RMS で路面評価を行う場合を想5)白井、井原、吉田：簡易測定装置によるバネ上振動加定し、段差振動の不快感の結果から、加速度 RMS によ

速度 RMS と路面段差の関係、
第 69 回土木学会年次学る路面評価のための判定基準（案）を表-6 に示すように

術講演会 V-562、2014