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JP4615271B2 - Road surface profile measurement method - Google Patents

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JP4615271B2
JP4615271B2 JP2004253259A JP2004253259A JP4615271B2 JP 4615271 B2 JP4615271 B2 JP 4615271B2 JP 2004253259 A JP2004253259 A JP 2004253259A JP 2004253259 A JP2004253259 A JP 2004253259A JP 4615271 B2 JP4615271 B2 JP 4615271B2
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JP
Japan
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road surface
profile
measurement
rollers
connecting rod
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JP2004253259A
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敏彦 福原
昭彦 米谷
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株式会社 サンウェイ
国立大学法人 名古屋工業大学
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Publication date
Application filed by 株式会社 サンウェイ, 国立大学法人 名古屋工業大学 filed Critical 株式会社 サンウェイ
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Description

本発明は、道路の路面等の凹凸を有する平面の凹凸状態を計測する路面断面プロファイルの測定方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring a road surface cross-sectional profile for measuring an uneven state of a flat surface having unevenness such as a road surface of a road.

従来、路面断面プロファイルの測定方法としては、例えば特許文献1に示すように、同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を同一直線方向に合わせて円盤状の第1ローラ、第2ローラ及び第3ローラを配設し、第1及び第2ローラの各回転軸に取り付けられて第1及び第2ローラを回転自在に連結する第1連結棒と、第2及び第3ローラの各回転軸に取り付けられて第2及び第3ローラを回転自在に連結する第2連結棒と、ローラの移動距離を測定する距離測定手段と、第1連結棒と第2連結棒が互いに真直な状態から回動したときの変位角度である連結角を検出する角度検出手段とを設けてなる測定ブロックを用いたものが知られている。
特許第3292200号
Conventionally, as a method for measuring a road surface profile, for example, as shown in Patent Document 1, a disk-shaped first roller, a second roller, and a rotation direction aligned with the same straight line at a predetermined interval on the same straight line. A first connecting rod, which is provided with a third roller and is attached to each rotary shaft of the first and second rollers and rotatably connects the first and second rollers, and each rotary shaft of the second and third rollers A second connecting rod which is rotatably attached to the second and third rollers, distance measuring means for measuring the moving distance of the roller, and the first connecting rod and the second connecting rod are rotated from a straight state. There is known one using a measurement block provided with angle detection means for detecting a connection angle which is a displacement angle when moved.
Japanese Patent No. 3292200

この測定方法においては、測定ブロックを測定車両に連結部材によって路面に向けて付勢するように弾性的に取付け、第1及び第2連結棒が真直状態での第1ローラ及び第3ローラの中心間寸法を基準距離として、基準距離を複数点に分割した複数の計測位置を決め、測定ブロックが路面の縦方向に基準距離を通るときに進行方向先頭のローラが計測位置に順次到達する毎に、各計測位置にて第1及び第2連結棒のなす連結角を角度検出手段により検出する。この角度検出手段による連結角検出値と測定ブロックが直前の計測位置に在るときの測定ブロックにおける各計測位置での既知の高さデータとに基づいてフィルタ演算手法を用いて各計測位置での路面の高さデータを算出することにより基準距離の単位路面プロファイルが求められている。フィルタ演算手法の例として、特に無限インパルス応答フィルタ(Infinite Impulse Response Filter、以下IIRフィルタと記す)を用いた方法によれば、基準距離内に区分された各計測位置間の短いピッチ毎に路面の精密な凹凸データを迅速に得ることができるため、路面全体において存在する構造物ジョイント、コンクリートメジ、ポットホール等の小さな凹凸物も含めて路面全体の凹凸を精度良く検出することができ、得られた路面プロファイルを、道路の段差管理に活用することができる。 In this measurement method, the measurement block is elastically attached to the measurement vehicle so as to be urged toward the road surface by the connecting member, and the first and third rollers are in the center with the first and second connecting rods in a straight state. Every time the leading roller in the direction of travel reaches the measurement position sequentially when the measurement block passes the reference distance in the vertical direction of the road surface, the measurement distance is determined by dividing the reference distance into a plurality of points with the inter-space dimension as the reference distance. The connecting angle formed by the first and second connecting rods at each measurement position is detected by the angle detecting means. Based on the connection angle detection value by this angle detection means and the known height data at each measurement position in the measurement block when the measurement block is at the previous measurement position, the filter calculation method is used to A unit road surface profile of the reference distance is obtained by calculating road height data. As an example of the filter calculation method, in particular, according to a method using an infinite impulse response filter (hereinafter referred to as IIR filter), the road surface is measured at each short pitch between the measurement positions divided within the reference distance. Since accurate unevenness data can be obtained quickly, unevenness on the entire road surface, including small unevennesses such as structure joints, concrete mages, potholes, etc., existing on the entire road surface can be detected and obtained accurately. The road profile can be used for road step management.

しかし、上記路面断面プロファイルの測定方法では、演算処理を行う上で、測定路面の両端の一定長さが平坦であることが必要であり、プロファイル測定の作業が煩雑である上、両端のプロファイルが測定できないという問題があった。そのため、測定すべき路面の両端を平坦にするという余分な処置が必要なことが多く、プロファイル測定の作業がさらに煩雑になっていた。 However, in the road surface profile measurement method described above, it is necessary that the fixed lengths at both ends of the measurement road surface be flat when performing the arithmetic processing, the profile measurement work is complicated, and the profiles at both ends are There was a problem that it could not be measured. Therefore, an extra measure of flattening both ends of the road surface to be measured is often required, and the profile measurement work has become more complicated.

本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、測定路面の両端の一定長さが平坦でなくても測定路面の全範囲において簡易かつ精度良くプロファイル測定が可能な路面断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。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above-described problem, and a road surface profile profile measuring method that enables simple and accurate profile measurement over the entire range of the measurement road surface even if the fixed length of both ends of the measurement road surface is not flat. The purpose is to provide.

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、同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を同一直線方向に合わせて円盤状の第1ローラ、第2ローラ及び第3ローラを配設し、第1及び第2ローラの各回転軸に取り付けられて第1及び第2ローラを回転自在に連結する第1連結棒と、第2及び第3ローラの各回転軸に取り付けられて第2及び第3ローラを回転自在に連結する第1連結棒と長さの異なる第2連結棒と、ローラの移動距離を測定する距離測定手段と、第1連結棒と第2連結棒が互いに真直な状態から回動したときの変位角度である連結角を検出する角度検出手段とを設けてなる測定ブロックを用い、測定ブロックを所定方向に道路上を移動させて路面の凹凸状態を計測する路面断面プロファイルの測定方法であって、測定対象となる道路について、所定の規定距離毎に複数の計測位置を決め、測定ブロックが路面を走行して進行方向先頭のローラが計測位置に順次到達する毎に、各計測位置にて第1及び第2連結棒のなす連結角を角度検出手段により検出して連結角検出値として取得し、連結角検出値に基づいて路面のプロファイルを推定し、推定したプロファイルの適性を評価する評価関数を設定し、評価関数を最小にするプロファイルを測定プロファイルとし、評価関数として、推定したプロファイルから算出される連結角データと連結角検出値との差の2乗和に対して、推定したプロファイルの傾きの2乗和に対して小さい所定の係数を乗じたものを加算したものとすることにある。 In order to achieve the above object, the structural feature of the invention of claim 1 is that the disc-shaped first roller, the second roller, and the rotation direction are aligned on the same straight line with a predetermined interval. A first connecting rod, which is provided with a third roller and is attached to each rotary shaft of the first and second rollers and rotatably connects the first and second rollers, and each rotary shaft of the second and third rollers A second connecting rod having a different length from the first connecting rod which is rotatably attached to the second and third rollers, distance measuring means for measuring the moving distance of the roller, the first connecting rod and the second Using a measuring block provided with an angle detecting means for detecting a connecting angle, which is a displacement angle when the connecting rods are rotated from a straight state, and moving the measuring block on the road in a predetermined direction, the unevenness of the road surface Method for measuring road profile to measure conditions Therefore, for each road to be measured, a plurality of measurement positions are determined for each predetermined distance, and each time the measurement block runs on the road surface and the first roller in the direction of travel reaches the measurement position sequentially, Then, the connecting angle formed by the first and second connecting rods is detected by the angle detecting means and obtained as a detected connecting angle, the road surface profile is estimated based on the detected connecting angle, and the suitability of the estimated profile is evaluated. An evaluation function is set, and the profile that minimizes the evaluation function is set as a measurement profile , and the evaluation function is estimated with respect to the sum of squares of the difference between the connection angle data calculated from the estimated profile and the connection angle detection value. The sum of the squares of the slopes of the profile is multiplied by a small predetermined coefficient .

上記のように構成した請求項1の発明においては、測定ブロックは、起点からスタートして路面の所定方向に走行し、先頭のローラが予め決められた各計測位置に順次到達する毎に、各計測位置にて第1連結棒及び第2連結棒のなす連結角が角度検出手段により検出される。この角度検出手段による連結角検出値に基づいて、路面のプロファイルが推定される。そのため、測定路面の両端の一定長さが平坦でなくても連結角検出値に誤差が生じることはない。さらに、路面のプロファイルを評価する評価関数を設定し、この評価関数を共役勾配法等の演算手法を用いて最小化することにより、測定路面の両端の一定長さが平坦でなくても測定路面の全範囲において簡易かつ精度良く路面の断面プロファイルを得ることができる。 In the invention of claim 1 configured as described above, the measurement block starts from the starting point, travels in a predetermined direction on the road surface, and each time the leading roller sequentially reaches each predetermined measurement position, The connection angle formed by the first connecting rod and the second connecting rod is detected by the angle detecting means at the measurement position. A road surface profile is estimated based on the detected connection angle by the angle detection means. Therefore, even if the fixed length at both ends of the measurement road surface is not flat, an error does not occur in the connection angle detection value. Furthermore, by setting an evaluation function that evaluates the profile of the road surface and minimizing this evaluation function using a calculation method such as the conjugate gradient method, the measurement road surface can be measured even if the fixed length at both ends of the measurement road surface is not flat. The cross-sectional profile of the road surface can be obtained easily and accurately over the entire range.

この評価関数に対して、共役勾配法を用いた路面の断面プロファイルを演算により求める方法について説明する。この演算方法は、評価関数f(y)を最小にするプロファイルyを求めるものである。まず、評価関数f(y)の設定について以下に示す。 A method for calculating a cross-sectional profile of the road surface using the conjugate gradient method for this evaluation function will be described. This calculation method is to obtain a profile y that minimizes the evaluation function f (y). First, the setting of the evaluation function f (y) will be described below.

図3に示すように、測定ブロック10は、第1ローラと第2ローラが長さL[mm]の第1連結棒で連結されており、第2ローラと第3ローラが長さL[mm](<L)の第2連結棒で連結されている。連結角の測定及びプロファイルの推定は、10[mm]を1ステップとして1ステップ毎に行う。第3ローラが原点からiステップ進み、高さがy(i)にあるとき、第2ローラと第1ローラの位置はそれぞれi−L/10、i−(L+L)/10ステップにあり、路面の高さはy(i−L/10)、y(i−(L+L)/10)にある。これら3個のローラの状態から、第1連結棒14と第2連結棒15のなす角度u(i)は、下記数1で表される。さらに、数1を整理すると下記数2となる As shown in FIG. 3, in the measurement block 10, the first roller and the second roller are connected by a first connecting rod having a length L 1 [mm], and the second roller and the third roller have a length L 2. It is connected with a second connecting rod of [mm] (<L 1 ). The measurement of the connection angle and the estimation of the profile are performed for each step with 10 [mm] as one step. Third roller proceeds i step from the origin, when the height is in the y (i), the position of the second roller and the first roller, each i-L 2/10, i- (L 1 + L 2) / 10 Step in there, the height of the road surface is y (i-L 2/10 ), in y (i- (L 1 + L 2) / 10). From the state of these three rollers, the angle u (i) formed by the first connecting rod 14 and the second connecting rod 15 is expressed by the following equation (1). Furthermore, when the number 1 is arranged, the following number 2 is obtained.

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さらに、上記数1を1からnステップまでまとめると、下記数3となる。数3においてMは数4のようになる。 Further, when the above formula 1 is collected from 1 to n steps, the following formula 3 is obtained. In Equation 3, M becomes Equation 4.

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数3の解yを求めるために、評価関数f(y)を下記数5とすれば、この評価関数f(y)を最小にするyの値は数3の一次方程式を満たす。したがって、共役勾配法による最適化で数3を解くことにより、測定ブロックから得られた連結角u=(u(1),u(2),…,u(n) ら,路面高さy=(y(1−(L+L)/10),…,y(0),y(1),…,y(n) プロファイルを求めることができる。 If the evaluation function f (y) is set to the following Expression 5 in order to obtain the solution y of Expression 3, the value of y that minimizes the evaluation function f (y) satisfies the linear equation of Expression 3. Therefore, by solving the equation 3 with optimized by the conjugate gradient method, the connecting angle u = obtained from measurement block (u (1), u ( 2), ..., u (n)) T or al, road height is y = (y (1- (L 1 + L 2) / 10), ..., y (0), y (1), ..., y (n)) can be obtained a profile of T.

Figure 0004615271
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しかし、数5の場合、連立方程式の数がn個に対して、未知数であるyの数がn+(L+L)/10個と多くなるため、様々な解が算出される可能性がある。そこで、数5に下記数6の項を加えることにより、n個の連立方程式からn+(L+L)/10個の未知数を求めることを考える。このことにより、候補となる解(プロファイル)の中で最も滑らかであるものを算出することができる。ここで、数6は、行列とベクトルにより数7のように表すことができ、数7のDは数8で表される。なお、数6におけるεは、非常に小さい数である。 However, in the case of Equation 5, since the number of simultaneous equations is n and the number of unknown y is n + (L 1 + L 2 ) / 10 , there is a possibility that various solutions are calculated. is there. Therefore, it is considered that n + (L 1 + L 2 ) / 10 unknowns are obtained from n simultaneous equations by adding the following equation 6 to equation 5. This makes it possible to calculate the smoothest candidate solution (profile). Here, Expression 6 can be expressed as Expression 7 by a matrix and a vector, and D in Expression 7 is expressed by Expression 8. Note that ε in Equation 6 is a very small number.

Figure 0004615271
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以上に説明したように、本発明における評価関数f(y)は最終的に下記数9のように改められ、この評価関数f(y)の勾配∇f(y)は下記数10のようになる。この評価関数f(y)を表す数9を最小にするyを共役勾配法により求める演算法について、図4に示す「共役勾配法演算プログラム」を用いて以下に説明する。 As described above, the evaluation function f (y) in the present invention is finally revised as shown in the following equation 9, and the gradient ∇f (y) of this evaluation function f (y) is as shown in the following equation 10. Become. An arithmetic method for obtaining y that minimizes Equation 9 representing the evaluation function f (y) by the conjugate gradient method will be described below using a “conjugate gradient method arithmetic program” shown in FIG.

Figure 0004615271
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まず、ステップS31にて初期化が行われ、適当な初期点y(0)が選択され、k=0にされる。つぎに、最急降下方向の計算として、上記数9に基づいて評価関数の勾配が演算され、yを各測定位置毎の成分y(k)として数11にされる(S32)。 First, initialization is performed in step S31, an appropriate initial point y (0) is selected, and k = 0 is set. Next, as the calculation of the steepest descent direction, the gradient of the evaluation function is calculated based on the above formula 9, and y is set to formula 11 as the component y (k) for each measurement position (S32).

Figure 0004615271
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つぎに、直線探索が行われ、下記数12を満たすα(k)が求められる(S33)。ここで、α(k)は数13に示すように、フレッチャー・リーブス(Fletcher−Reeves)の公式による。 Next, a straight line search is performed, and α (k) satisfying the following formula 12 is obtained (S33). Here, α (k) is based on the Fletcher-Reeves formula, as shown in Equation 13.

Figure 0004615271
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つぎに、下記数14に示すy(k+1)が演算される(S34)。 Next, y (k + 1) shown in the following equation 14 is calculated (S34).

Figure 0004615271
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つぎに、d(k)=0か否かについて判定され(S35)、d(k)=0でない場合はプログラムはステップS36に移され、下記数15にしたがって探索方向の計算が行われる。ここで、β(k)は下記数16に示すように、フレッチャー・リーブス(Fletcher−Reeves)の公式である。 Next, it is determined whether or not d (k) = 0 (S35). If d (k) = 0 is not satisfied, the program proceeds to step S36, and the search direction is calculated according to the following equation ( 15). Here, β (k) is a formula of Fletcher-Reeves as shown in the following equation ( 16).

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つづいて、kが「1」プラスされた後、プログラムはステップS33に戻され、上記ステップS33〜S37の演算処理が繰り返し実行される。そして、d(k)=0となると、最適となるyが求められて、プログラムはステップS38に移されプログラムの実行が終了する。これにより、路面の断面プロファイルが精度良く求められる。 Subsequently, after k is incremented by “1”, the program is returned to step S33, and the arithmetic processing of steps S33 to S37 is repeated. When d (k) = 0, the optimum y is obtained, the program is moved to step S38, and the execution of the program is terminated. Thereby, the cross-sectional profile of the road surface is obtained with high accuracy.

なお、本発明において、測定ブロックを測定車両に連結部材によって路面に向けて付勢するように弾性的に取付け、測定車両を所定方向に道路上を移動させることにより路面の縦方向のプロファイルを計測することができる。このように、測定ブロックを測定車両に取り付けることにより、特に長い距離の路面の断面プロファイルを安定してかつ楽に得ることができる。 In the present invention, the measurement block is elastically attached to the measurement vehicle so as to be biased toward the road surface by the connecting member, and the profile in the vertical direction of the road surface is measured by moving the measurement vehicle on the road in a predetermined direction. can do. In this way, by attaching the measurement block to the measurement vehicle, a cross-sectional profile of a particularly long distance road surface can be obtained stably and easily.

本発明においては、測定路面の両端の一定長さが平坦でなくてもプロファイルに誤差が生じることはなく、そのため、路面のプロファイルを評価する評価関数を設定し、この評価関数を共役勾配法等の演算手法を用いて最小化することにより、測定路面の両端の一定長さが平坦でなくても測定路面の全範囲において簡易かつ精度良く路面の断面プロファイルを得ることができる。その結果、本実施例によれば、路面において区分された各計測位置間の短いピッチ毎に路面の精密な凹凸データに得ることができるため、路面全体において存在する構造物ジョイント、コンクリートメジ、ポットホール等の小さな凹凸物も含めて路面全体の凹凸を精度良く検出することができる。さらに、このように得られた路面の断面プロファイルを、道路の段差管理に活用することができる。 In the present invention, there is no error in the profile even if the fixed length at both ends of the measurement road surface is not flat. Therefore, an evaluation function for evaluating the road surface profile is set, and this evaluation function is used as a conjugate gradient method or the like. By minimizing using this calculation method, a cross-sectional profile of the road surface can be obtained easily and accurately over the entire range of the measurement road surface even if the fixed length at both ends of the measurement road surface is not flat. As a result, according to the present embodiment, since it is possible to obtain accurate unevenness data of the road surface for each short pitch between each measurement position divided on the road surface, the structure joint, concrete squeeze, pot existing on the entire road surface Irregularities on the entire road surface including small irregularities such as holes can be detected with high accuracy. Furthermore, the cross-sectional profile of the road surface thus obtained can be used for road level difference management.

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。図1及び図2は同実施例である道路の路面D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10の概略構成を正面図及び平面図により示したものである。なお、道路Dの縦断プロファイル計測位置は、路面の摩耗の最も激しいアウトホイールパス(OWP)といわれる車両の左車輪の通過位置について行われる。この道路のアウトホイールパスは、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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are a front view and a plan view showing a schematic configuration of a measurement block 10 used in the method for measuring a profile in a longitudinal direction of a road surface D of a road according to the embodiment. Note that the longitudinal profile measurement position of the road D is performed with respect to the passing position of the left wheel of the vehicle, which is called the out-wheel path (OWP) where the road surface is most worn. It has become clear that the out-wheel path of this road is the position through which 70-80% of the vehicle passes.

測定ブロック10は、図1に示すように、進行方向に向って後中前の3個の円盤形の第1、第2及び第3ローラ11,12,13を有している。各ローラ11,12,13は、硬質のゴムあるいはプラスチック製であって、同一直線上に回転方向を同一直線方向に合わせて配列されている。第1、第2及び第3ローラ11,12,13の外径は、本実施例では100mmφになっている。第1、第2及び第3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。第1ローラ11と第2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、第2ローラ12と第3ローラ13の回転軸12a,13aの両端には、長尺板状で第1連結棒14とは長さの異なる一対の第2連結棒15が回転軸12a,13aが回転自在なように固定されている。本実施例では、第1連結棒14の長さは250mm、第2連結棒15の長さは230mmとなっている。 As shown in FIG. 1, the measurement block 10 has three disc-shaped first, second, and third rollers 11, 12, and 13 in the rear, middle, and front in the direction of travel. Each of the rollers 11, 12, and 13 is made of hard rubber or plastic, and is arranged on the same straight line with the rotation direction aligned with the same straight line direction. The outer diameters of the first, second, and third rollers 11, 12, and 13 are 100 mmφ in this embodiment. Rotating shafts 11a, 12a, and 13a are fixed to the first, second, and third rollers 11, 12, and 13, respectively. A pair of long plate-like first connecting rods 14 are fixed to both ends of the rotation shafts 11a and 12a of the first roller 11 and the second roller 12 so that the rotation shafts 11a and 12a are rotatable. A pair of second connecting rods 15 having a long plate shape and different length from the first connecting rod 14 are provided at both ends of the rotating shafts 12a and 13a of the second roller 12 and the third roller 13, respectively. 13a is fixed so as to be rotatable. In this embodiment, the length of the first connecting rod 14 is 250 mm, and the length of the second connecting rod 15 is 230 mm.

第1連結棒14(又は第2連結棒15)には、いずれかのローラ11、12、13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2連結棒15(又は第1連結棒14)には、第1連結棒14と第2連結棒15が互いに真直な状態から回動した連結角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。 A distance measuring device 16 is attached to the first connecting rod 14 (or the second connecting rod 15) to detect the moving distance of the measurement block from the number of rotations of any of the rollers 11, 12, and 13. Further, the second connecting rod 15 (or the first connecting rod 14) is a rotary that is an angle detecting means for detecting a connecting angle θ that the first connecting rod 14 and the second connecting rod 15 are rotated from a straight state. An encoder 18 is attached.

測定ブロック10は、第1連結棒14にて連結支持棒19によって測定車20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20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20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20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。 The measurement block 10 is connected to a measurement wheel 20 by a connection support bar 19 at a first connection bar 14. The connection support bar 19 is rotatably attached to the first connection bar 14 and the measurement wheel 20. Further, the connecting support bar 19 is elastically connected to the measuring wheel 20 by a coil spring 19a at an intermediate position in the longitudinal direction, and is biased by the coil spring 19a so as to slightly press the measuring block 10 against the road. . As a result, the measurement block 10 can move while being pressed lightly against the road surface as the measurement wheel 20 moves.

測定車20には、コンピュータからなる制御装置21が設けられている。制御装置21は、記憶部に記憶した「共役勾配法演算プログラム」を実行するものである。また、制御装置21の記憶部には、計測位置の間隔値(測定ピッチ)10mmが記憶されており、上記数9〜数15の演算式が記憶されている。そして、制御装置21の入力側には、上記距離測定器16及びロータリエンコーダ18が接続されており、出力側には図示しないプリンタ等の出力装置が接続されている。 The measuring wheel 20 is provided with a control device 21 composed of a computer. The control device 21 executes a “conjugate gradient method calculation program” stored in the storage unit. The storage unit of the control device 21 stores a measurement position interval value (measurement pitch) of 10 mm, and stores the arithmetic expressions of the above formulas 9 to 15. The distance measuring device 16 and the rotary encoder 18 are connected to the input side of the control device 21, and an output device such as a printer (not shown) is connected to the output side.

つぎに、上記測定系による道路の凹凸の測定について説明する。 測定車20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。測定ブロック10が10mm移動して第1の計測位置に到達すると、距離測定器16及びロータリエンコーダ18の測定結果が制御装置21に入力される。すなわち、まず第1の計測位置での連結角u(10)の値が得られる。以下、測定ブロック10が10mm移動する毎に、同様にして、制御装置21により順次各計測位置での連結角データu(20)、u(30),…が求められる。 Next, the measurement of road irregularities by the measurement system will be described. By moving the measurement wheel 20 forward (in the vertical direction), the measurement block 10 also moves. When the measurement block 10 moves 10 mm and reaches the first measurement position, the measurement results of the distance measuring device 16 and the rotary encoder 18 are input to the control device 21. That is, first, the value of the connection angle u (10) at the first measurement position is obtained. Thereafter, every time the measurement block 10 moves 10 mm, the controller 21 sequentially obtains connection angle data u (20), u (30),... At each measurement position.

すなわち、測定ブロック10が、起点Gからスタートして路面の縦方向に進行し、先頭の第3ローラ13が各計測位置に順次到達する毎に、各計測位置にて第1及び第2連結棒14,15のなす連結角がロータリーエンコーダ18により検出される。距離測定器16からの出力と、ロータリエンコーダ18からの連結角検出値u(i)を受けて、制御装置21は、上記したように、「共役勾配法演算プログラム」を実行することにより、評価関数を最小化し、そのときのyを求めることにより、路面全体の精密な縦断プロファイルを得ることができる。 That is, each time the measurement block 10 starts from the starting point G and proceeds in the longitudinal direction of the road surface, and the leading third roller 13 sequentially reaches each measurement position, the first and second connecting rods at each measurement position. The connection angle formed by 14 and 15 is detected by the rotary encoder 18. In response to the output from the distance measuring device 16 and the connection angle detection value u (i) from the rotary encoder 18, the control device 21 evaluates by executing the “conjugate gradient method calculation program” as described above. By minimizing the function and obtaining y at that time, a precise longitudinal profile of the entire road surface can be obtained.

そのため、本実施例においては、測定路面の両端の一定長さが平坦でなくてもプロファイルに誤差が生じることはなく、路面のプロファイルを評価する評価関数を設定し、この評価関数を共役勾配法等の演算手法を用いて最小化することにより、測定路面の両端の一定長さが平坦でなくても測定路面の全範囲において簡易かつ精度良く路面の縦断プロファイルを得ることができる。その結果、本実施例によれば、路面において区分された各計測位置間の短いピッチ毎に路面の精密な凹凸データに得ることができるため、路面全体において存在する構造物ジョイント、コンクリートメジ、ポットホール等の小さな凹凸物も含めて路面全体の凹凸を精度良く検出することができる。さらに、このように得られた路面プロファイルを、道路の段差管理に活用することができる。   For this reason, in this embodiment, there is no error in the profile even if the fixed length at both ends of the measurement road surface is not flat. An evaluation function for evaluating the road surface profile is set, and this evaluation function is used as a conjugate gradient method. By minimizing using a calculation method such as the above, a longitudinal profile of the road surface can be obtained easily and accurately over the entire range of the measurement road surface even if the fixed length at both ends of the measurement road surface is not flat. As a result, according to the present embodiment, since it is possible to obtain accurate unevenness data of the road surface for each short pitch between each measurement position divided on the road surface, the structure joint, concrete squeeze, pot existing on the entire road surface Irregularities on the entire road surface including small irregularities such as holes can be detected with high accuracy. Furthermore, the road surface profile thus obtained can be used for road level difference management.

つぎに,上記実施例の具体的な測定結果について説明する 5台の測定ブロック10を用いて100mの長さの路面について測定を行い、上記実施例と、従来例であるIIR法とについてそれぞれ演算処理を行い、それぞれの演算結果(1),(2),(3),(5),(6)について、水準測量で得られたデータ(4)とを比べた。その結果の内、実施例及び従来例のそれぞれ(1)〜(3)について、図5,図6に示す。(1)〜(3)以外の測定結果については、本実施例では(5)ofs−278.110,RMSE11.368、(6)ofs−279.785,RMSE12.199、IIR法では(5)ofs−278.110,RMSE20.017、(6)ofs−279.785,RMSE60.325である。なお、ofsは、測定ブロックの各ローラの同心度のばらつきによるデータのばらつきを補正する量であり、RMSEは、水準測量データに対する演算結果の平均誤差を表す。 Next, specific measurement results of the above-described embodiment will be described. Measurement is performed on a road surface having a length of 100 m using five measurement blocks 10, and calculation is performed for the above-described embodiment and the conventional IIR method. Processing was performed, and each calculation result (1), (2), (3), (5), (6) was compared with data (4) obtained by leveling. Of the results, (1) to (3) of the example and the conventional example are shown in FIGS . Regarding the measurement results other than (1) to (3), (5) ofs-278.110, RMSE 11.368 in the present example, (6) ofs-279.785, RMSE 12.199, and (5) in the IIR method. ofs-278.110, RMSE20.17, (6) ofs-279.785, RMSE60.325. Ofs is an amount for correcting the data variation due to the concentricity variation of each roller of the measurement block, and RMSE represents the average error of the calculation result for the leveling data.

その結果、本実施例では、二乗平均値RMSEの平均が12.722であり、RMSEのばらつきσが1.917であった。これに対して、従来例では 二乗平均値RMSEの平均が87.563であり、RMSEのばらつきσが53.489であった。すなわち、本実施例はIIR法に比べて二乗平均値RMSEの平均が1/6.8、RMSEのばらつきσが1/27.9に改善された。 As a result, in this example, the mean square value RMSE was 12.722, and the RMSE variation σ was 1.917. On the other hand, in the conventional example, the mean square value RMSE was 87.563, and the RMSE variation σ was 53.489. That is, in this example, the mean square value RMSE average was improved to 1 / 6.8 and the RMSE variation σ was improved to 1 / 27.9 compared with the IIR method.

なお、上記実施例においては、測定車20に搭載された制御装置21により、計測位置での連結角検出値等に基づいてプロファイルデータが算出されているが、これに代えて、測定車20では計測データのみを取得するようにし、プロファイルデータの算出は、この計測データに基づいて別の場所で行うようにしてもよい。また、上記実施例では、距離測定器についても上記実施例に示したものに限らず、取付け位置についても連結棒に限らない。また、角度検出手段についても、ロータリーエンコーダに限らず、類似の検出手段を用いることができる。さらに、上記実施例においては、路面の縦断プロファイルが求められているが、これに限らず横断プロファイルや、スクランブル交差点での対角線状の横断歩道の断面プロファイルを求めるものであってもよい。 In the above-described embodiment, the profile data is calculated based on the connection angle detection value at the measurement position by the control device 21 mounted on the measurement vehicle 20. Only measurement data may be acquired, and profile data may be calculated at another location based on the measurement data. In the above embodiment, the distance measuring device is not limited to that shown in the above embodiment, and the mounting position is not limited to the connecting rod. Also, the angle detection means is not limited to the rotary encoder, and similar detection means can be used. Furthermore, in the above-described embodiment, the profile of the road profile is obtained. However, the profile is not limited to this, and a cross-sectional profile or a cross-sectional profile of a diagonal pedestrian crossing at a scramble intersection may be obtained.

さらに、評価関数の設定やその最適化の演算手法としては、上記の2次形式評価関数と共役勾配法の組み合わせが好ましいが、その他に、演算速度が遅くなるがラグランジの未定乗数法や、線形計画法を用いることも可能である。また、測定ブロックの具体的構成についても、上記実施例に示したものに限らない。その他、上記実施例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。 Further, as a method for setting an evaluation function and its optimization, a combination of the above-mentioned quadratic evaluation function and the conjugate gradient method is preferable. In addition, although the calculation speed is slow, Lagrangian undetermined multiplier method or linear It is also possible to use a programming method. The specific configuration of the measurement block is not limited to that shown in the above embodiment. In addition, what was shown in the said Example is an example, and can be implemented variously in the range which does not deviate from the main point of this invention.

本発明によれば、基準距離内に区分された各計測位置間の短いピッチ毎に路面の精密な凹凸データに得ることができるため、路面全体に存在する構造物ジョイント、コンクリートメジ、ポットホール等の小さな凹凸物を含めて路面全体の凹凸を精度良く検出することができる。さらに、このように得られた路面プロファイルを、道路の段差管理に活用することができる。 According to the present invention, since it is possible to obtain accurate unevenness data of the road surface for each short pitch between each measurement position divided within the reference distance, a structure joint, a concrete mage, a pothole, etc. existing on the entire road surface The unevenness of the entire road surface including small unevenness can be detected with high accuracy. Furthermore, the road surface profile thus obtained can be used for road level difference management.

本発明の一実施例である道路の路面の平坦度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。It is a front view which shows roughly the measurement block attached to a measurement vehicle in order to measure the flatness of the road surface of the road which is one Example of this invention. 同測定ブロックを概略的に示す平面図である。It is a top view which shows the same measurement block roughly. 測定ブロックにより基準距離での路面の凹凸を測定する方法について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the method of measuring the unevenness | corrugation of the road surface in a reference distance with a measurement block. 制御装置により実行される「共役勾配法演算プログラム」を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the "conjugate gradient method calculation program" performed by the control apparatus. 共役勾配法を用いて演算した路面の縦断プロファイルの演算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result of the longitudinal profile of the road surface calculated using the conjugate gradient method. 従来のIIR法を用いて解析した路面の縦断プロファイルの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the longitudinal profile of the road surface analyzed using the conventional IIR method.

10…測定ブロック、11,12,13…第1,第2,第3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(角度検出手段)、19…連結支持棒、20…測定車、21…制御装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Measuring block 11, 12, 13 ... 1st, 2nd, 3rd roller, 11a, 12a, 13a ... Rotating shaft, 14 ... 1st connecting rod, 15 ... 2nd connecting rod, 16 ... Distance measuring device, DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Rotary encoder (angle detection means), 19 ... Connection support rod, 20 ... Measuring wheel, 21 ... Control apparatus.

Claims (3)

同一直線上に所定間隔を隔ててかつ回転方向を同一直線方向に合わせて円盤状の第1ローラ、第2ローラ及び第3ローラを配設し、前記第1及び第2ローラの各回転軸に取り付けられて該第1及び第2ローラを回転自在に連結する第1連結棒と、前記第2及び第3ローラの各回転軸に取り付けられて該第2及び第3ローラを回転自在に連結する前記第1連結棒と長さの異なる第2連結棒と、前記ローラの移動距離を測定する距離測定手段と、前記第1連結棒と前記第2連結棒が互いに真直な状態から回動したときの変位角度である連結角を検出する角度検出手段とを設けてなる測定ブロックを用い、該測定ブロックを所定方向に道路上を移動させて路面の凹凸状態を計測する路面断面プロファイルの測定方法であって、
測定対象となる道路について、所定の規定距離毎に複数の計測位置を決め、
前記測定ブロックが路面を走行して進行方向先頭のローラが前記計測位置に順次到達する毎に、各計測位置にて前記第1及び第2連結棒のなす連結角を前記角度検出手段により検出して連結角検出値として取得し、該連結角検出値に基づいて路面のプロファイルを推定し、該推定したプロファイルの適正を評価する評価関数を設定し、該評価関数を最小にするプロファイルを測定プロファイルとし、
前記評価関数として、前記推定したプロファイルから算出される連結角データと前記連結角検出値との差の2乗和に対して、該推定したプロファイルの傾きの2乗和に対して小さい所定の係数を乗じたものを加算したものとする
ことを特徴とする路面断面プロファイルの測定方法。
Disc-shaped first rollers, second rollers, and third rollers are arranged on the same straight line with a predetermined interval and with the rotation direction aligned with the same straight line direction, and the rotation shafts of the first and second rollers are provided on the respective rotation shafts. A first connecting rod that is attached and rotatably connects the first and second rollers, and is attached to the respective rotation shafts of the second and third rollers and rotatably connects the second and third rollers. A second connecting rod having a length different from that of the first connecting rod; distance measuring means for measuring a moving distance of the roller; and when the first connecting rod and the second connecting rod are rotated from a straight state. A measurement method of a road surface cross-sectional profile using a measurement block provided with an angle detection means for detecting a connection angle, which is a displacement angle, and measuring the uneven state of a road surface by moving the measurement block on a road in a predetermined direction. There,
For the road to be measured, determine multiple measurement positions for each prescribed distance,
Each time the measurement block travels on the road surface and the first roller in the traveling direction sequentially reaches the measurement position, the angle detection means detects the connection angle formed by the first and second connection rods at each measurement position. To obtain a connection angle detection value, estimate a road surface profile based on the connection angle detection value, set an evaluation function for evaluating the appropriateness of the estimated profile, and set a profile that minimizes the evaluation function as a measurement profile age,
As the evaluation function, a predetermined small coefficient with respect to the square sum of the slope of the estimated profile with respect to the square sum of the difference between the connection angle data calculated from the estimated profile and the detected connection angle value A method for measuring a road surface profile, characterized in that a product obtained by multiplying the values is added .
前記評価関数を最小にするプロファイルを計算する方法として、共役勾配法を用いることを特徴とする前記請求項1に記載の路面断面プロファイルの測定方法。 2. The road surface profile measuring method according to claim 1 , wherein a conjugate gradient method is used as a method of calculating a profile that minimizes the evaluation function. 前記測定ブロックを測定車両に連結部材によって路面に向けて付勢するように弾性的に取付け、該測定車両を縦方向に道路上を移動させることにより路面の縦方向のプロファイルを計測することを特徴とする前記請求項1又は2に記載の路面断面プロファイルの測定方法。 The measurement block is elastically attached to the measurement vehicle so as to be biased toward the road surface by a connecting member, and the vertical profile of the road surface is measured by moving the measurement vehicle on the road in the vertical direction. The road surface profile profile measuring method according to claim 1 or 2 .
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