路面​形状​計測・​評価​システム

岡田 裕行 氏 /​株式会社​フジ​エンジニアリング  ・ 松本 剛​也 氏/ 西日本​高速​道路​エンジニアリング​関西​株式会社,

"本​システム​の​導入​によって、​路面​形状​計測​は​従来​の​手法​に​比べ​て、​コスト​で​80%​削減​さ​れ​ま​した。" ​

- 岡田 裕行 氏 /​株式会社​フジ​エンジニアリング  ・ 松本 剛​也 氏/ 西日本​高速​道路​エンジニアリング​関西​株式会社,

課題:

従来​の​路面​形状​計測​は​プロフィル​メーター​(3m​あるいは​8m)​を​用​い​て​実施​さ​れ​て​きた​が、​効率的にデータ収集を行うことは難しかった。​その​為​以下​の​問題​を​解決​する​必要​が​あっ​た。​高速​移動​下​(80km/​h)​で​の​測定、​効率​的​な​データ​収集、​正確​な​位置​情報​の​取得、​従来​の​計測​と​の​整合性。 ​

ソリューション:

路面​形状​計測・​評価​システム​は、​データ​集録​システム​と​分析​システム​が​うまく​連携​する​こと​で​成立 ​

 

 

【背景】

高速​道路​を​維持​管理​し​てい​く​上​で、​舗装​路面​の​平坦​性​は​利用​者​の​走行​快適​性、​舗装​の​維持​補修​計画、​沿道​環境​に​影響​を​与える​重要​な​要因​で​あり、​評価​に​要する​統一​的​な​指標​が​求め​ら​れ​てい​た。​この​中​で、​指標​の​一つ​で​ある​1989​年​世界​銀行​が​提案​した​国際​ラフ​ネス​指数​(IRI)​が​近年​注目​さ​れ​て​おり、​この​IRI​を​より​効率​的、​かつ​適切​に​計測​できる​技術​の​実現​が​望​まれ​てい​た。

 

上記​の​よう​な​背景​の​も​と、​我々​は​非​接触​センサー​を​活用​し​て、​高速​走行​下​でも​計測​が​可能​と​なる​路面​形状​計測・​評価システムの開発を行った。

 

 

 

 

 

【課題】

従来​の​路面​形状​計測​は​図 1​に​示す​よう​な​プロフィル​メーター​(3m​あるいは​8m)​を​用​い​て​実施​さ​れ​て​きた。​しかし、​プロフィル​メーター​は​人力​で​牽引​し​て​測定​する​こと​から、​以下​の​よう​な​問題​が​あり、​効率的であるデータ収集を行うことは難しかった。

  • 測定​に​は​必ず​交通​規制​が​必要​で​ある
  • 人力​で​牽引​する​ため​長距離​計測​が​困難​で​ある
  • 出力​データ​が​紙​ベース​で​ある​こと​から、​その後​の​分析​に​手間​を​要する

 

なお、​紙​データ​から​デジタル​データ​に​変換​する​に​は、​デジタイザ​等​を​用​い​て​路面​形状​の​座標​化​を​行​って​おり、​分析​まで​に​時間​を​要する​ほか、​データ​変換​時に​作業​誤差​が​入る​など​の​問題​が​あっ​た。

 

この​ため、​今回​の​システム​では​上記​の​問題​を​含​め​て、​以下​の​よう​な​問題​を​解決​する​必要​が​あっ​た。

  • 高速​移動​下​(80km/​h)​で​の​測定
  • 効率​的​な​データ​収集
  • 正確​な​位置​情報​の​取得
  • 従来​の​計測​と​の​整合性

 

 

【ソリューション】

1、​システム​構成

路面​形状​計測・​評価​システム​は、​データ​集録​システム​と​分析​システム​が​うまく​連携​する​こと​で​成立​し​て​いる。​各​システム​の​概要​は、​次​の​とおり​で​ある。

 

(1) データ​集録​システム​(ハードウェア)

データ​集録​システム​は、​レーザー​変位​計、​加速度​計、​非​接触​距離​計、​GPS​等​の​センサー​と​NI​製​の​ハード​で​構成​さ​れ​て​いる。​センサー​設置​位置​ならびに​計測​車​の​外観​を​図 2​に​示す。

 

システム​構成​は​図​3​に​示す​とおり​で​あり、​大​きく​変位​計測​と​加速度​計測​と​GPS​計測​に​分け​られる。

 

これらの​計測​は​それぞれ​が​異なる​目的​で​実施​さ​れ​て​いる​が、​すべて​を​同時に​制御・​計測​する​必要​が​あっ​た。​この​ため、​ハード​の​制御​は​統一​した​プラットフォーム​で​開発​する​こと​が​不可欠​となり、​NI​製​の​ハードウェア​と​計測・​制御​に​特​化​した​LabVIEW​の採用に至った。

  • 変位​計測
    ​変位​計測​は、​IRI​を​算出​する​上​で​等​距離​計測​が​必須​条件​で​あっ​た。​この​ため、​10mm​ピッチ​の​パルス​出力​さ​れる​非​接触​距離​計​を​採用​し、​トリガー​計測​が​可能なNI 9205+cDAQ-9172​を​採用​した。
  • 加速度​計測
    ​加速度​計測​は​車内​スペース​に​限り​が​ある​ため、​アンプなどを設置する余裕がなかった。​この​ため、​センサー​に​アンプ​が​内蔵​さ​れ​て​いる​IEPE​型​加速度​センサー​を​採用​し、​制御​に​は​最も​コンパクト​な​測定​器​で​ある​USB-9234​を​採用​した。
  • GPS​計測
    ​GPS​から​の​シリアル​出力​フォーマット​(NMEA-0183)​の​取得・​分析​に​は、​LabVIEW​の​シリアル​通信​モジュール​を​活用​した。

 

 

(2) データ​集録​システム​(ソフトウェア)

ハード​の​制御​および​データ​集録​は、​LabVIEW​を​用​い​て​いる。​専用​ソフトウェア​の​外観​を​図 4​に​示す。

 

本​ソフトウェア​は​走行​中​の​操作​と​なる​こと​から、​できる​限り​入力​項目​を​簡素​化​し、​操作​に​伴う​煩雑​性​を​軽減​させる​ことに​主眼​を​置​い​て​開発​した​もの​で​ある。

 

具体​的​に​は、​計測​者​に​必要​と​さ​れる​作業​は、​予め​リスト​化​さ​れ​た​路線​より​計測​対象​路線​を​選択​し、​走行​位置、​計測​開始​地点​(スタート​キロ​ポスト)​を​入力​する​のみ​と​し、​あと​は​目標​と​した​地点​(スタート​キロ​ポスト)​を​通過​した​際​に、​計測​開始​させる​だけ​と​なる。

 

なお、​スタート​地点​に​間違い​が​あっ​た​として​も、​分析​ソフトウェア​に​て​修正​可能​と​する​こと​で、​現場​で​生じる​ミス​や​誤操作​に対して​柔軟​に​対応​する​よう​に​設計​した。

 

 

(3) 分析​システム​(ソフトウェア)

上記​の​システム​で​集録​さ​れ​た​データ​は、​図 5​に​示す​分析​ソフトウェア​を​用​い​て​分析・​評価​を​行う。​ソフトウェア​の​役割​として​は、​位置​補正、​IRI​の​計算、​データ​(IRI、​路面​形状、​加速度)​の​アプトプット​が​主​な​機能​と​なる。​なかでも、​距離​補正​は​長距離​計測​に​伴​って​生じる​距離​誤差​(非​接触​距離​計​の​累積​誤差​や​高速​道路​の​位置​情報​の​一部​延長​や​短縮​区間​の​影響)​が​無視​でき​ない​こと​から​重要​な​もの​と​な​って​いる。

 

なお、​本​ソフトウェア​は​データ​集録​ソフトウェア​と​は​異​なり、​LabWindows/​CVI​を​用​い​て​構築​し​て​いる。

 

その​理由​として​は、​次​の​よう​な​もの​が​挙​げ​られる。

  • イベント​処理​の​実装​が​簡単​で​ある。
  • LabVIEW​で​作成​した​アルゴリズム​の​移植​が​簡単​で​ある。
  • C​ベース​で​ある​こと​から、​LabVIEW​に​精通​し​てい​ない​技術​者​も​コーディング​できる。

 

 

2、 結果

路面​形状​計測・​評価​システム​の​導入​によって​得​ら​れ​た​結果​は​以下​の​とおり​で​ある。

 

2-1  課題​の​解決

本​システム​の​採用​によって、​以下​の​課題​を​解決​する​こと​が​でき​た。

(1) 高速​移動​下​(80km/​h)​で​の​測定

非​接触​距離​計​と​NI 9205+cDAQ-9172​に​用​い​た​トリガー​計測​によって、​高速​移動​下​(80km/​h)​でも​10mm​ピッチ​で​の​路面​データ​(路面​プロファイル)​が取得可能となった。

 

(2) 効率​的​な​データ​収集

本​システム​の​採用​によって、​データがデジタル化され、​計測後すぐに分析にとりかかれるようになった。​また、​計測​時​の​データ​保存​先​から​評価​方法​まで​を​システム​化​する​こと​により、​効率​的​な​データ​収集​が​実現​した​ほか、​作業​者​による​作業​誤差​が​軽減​し、​データ​の​再現​性・​信頼​性​が​向上​した。

 

(3) 正確​な​位置​情報​の​取得

非​接触​距離​計​の​採用​により、​距離​誤差​0.5%​以内の正確な累積距離情報が取得可能となった。​さらに、​分析​ソフトウェア​を​活用​する​こと​で、​現場​に​応​じ​た​柔軟​な​距離​修正​を​実現​した。

 

(4) 従来​の​計測​と​の​整合性

本​システム​で​得​ら​れ​た​路面​形状​は、​JHS248-20051​に​規定​さ​れ​て​いる​精度​(3m​プロフィル​メーター​による​路面​形状​に対して​±30%​以内)​を​満足​し​て​おり、​従来​の​計測​と​の​整合性​を​確認​した。

 

2-2  導入​による​効果

本​システム​は、​従来​の​計測​方法​では​決して​実現​し​なか​っ​た​データ​を​効率​的​に​収集​する​手段​を​提供​でき​た​こと​により、​その​導入​に​伴う​効果​は​大きい。

 

 現状​では、​以下​の​よう​な​効果​が​認め​られる。

  • 本​システム​の​導入​によって、​路面​形状​計測​は​従来​の​手法​に​比べ​て、​コスト​で​80%​削減された。
  • さらに、​計測​実施​へ​の​コスト​(規制​費​も​含む)​が​大幅​に​低減​でき​た​こと​で、​定期​的​な​計測​(モニタリング)​が​実現​した。​今後、​路面​データ​の​さらなる​蓄積​によって​効率​的​な​舗装​管理​に​繋がる​こと​で、​さらなる​コスト​削減​が​期待​できる。
  • 路面​状況​モニタリング​の​実現​は、​沿道​環境​へ​及ぼす​影響​(振動、​騒音、​低周波​音​など)​と​の​関連​性​や​舗装​の​補修​計画​立案​を​評価​する​指標​の​一つ​となり、​具体​的​な​対策​の​提案​や​解析​へ​の​フィードバック​など​問題​解決​に​活用​さ​れる​場面​が​急増​し​て​いる。​(導入​以後、​10​案件​以上​で​活用​し​て​いる)

 

 1 NEXCO​試験​方法 第​2​編 アスファルト​舗装​関係​試験​方法 路面​性状​計測​車​による​路面​の​IRI​測定​方法 pp39​~​40

 

著者​情報:

岡田 裕行 氏 /​株式会社​フジ​エンジニアリング  ・ 松本 剛​也 氏/ 西日本​高速​道路​エンジニアリング​関西​株式会社
​Japan

図​1  ​8m​プロフィル​メーター
図 2  ​測定​車​の​外観
図 3  ​システム​構成​図
図 4  ​データ​集録​ソフトウェア
図 5 分析​ソフトウェア