JP3904733B2

JP3904733B2 - 路面排水性測定装置

Info

Publication number: JP3904733B2
Application number: JP21774798A
Authority: JP
Inventors: 英男鈴木; 一速小澤; 直樹渡辺; 勝大越
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP2000046803A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面の排水性を測定する路面排水性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水性舗装の路面が増加してきている。理由は排水性を増すことにより雨天走行時の安全性を増すためである。路面に水が溜まることによるハイドロプレーン現象により、スリップ事故が発生することがあることは良く知られている。さらに、冬季にたまり水が凍結することにより事故の可能性が増加する。
【０００３】
排水性が見直されているもう一つの理由は、排水性舗装により走行騒音が低減するという効果があるからである。高速走行時の道路交通騒音の大半は路面とタイヤとの接触による騒音である。排水性を増すことによりタイヤ騒音が数ｄＢ低下することが知られている。これは、排水性舗装は通水性を有するため、音も路面内部に入り込み吸音されること、タイヤの窪み部分での空気の圧縮・膨張の程度が低減されることなどによるものであることが知られている。
【０００４】
しかしながら、排水性舗装は通水性の構造を持つため柔らかい構造であり、車両の走行により痛み易いという欠点を持っている。従来型の舗装に比べて修理の頻度も増えることになる。その度に路面を全面舗装するのでは費用がかさみ、修理期間が長引くことによる不便さも発生する。そこで、痛みの激しい所を局所的に見出す測定方法があればその部分だけを補修することも可能になる。また、測定する際に通常の交通を妨げずに行うことが出来れば非常に有効な方法となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように排水性舗装が良好な排水性と走行騒音の低減との双方の側面を持っていることに着目し、路面の各部分の局所的な吸音率を測定することにより、吸音率が低い、すなわちその部分での騒音が大きいことをもって排水性が劣化していること、すなわち傷みが激しいことを検出することが考えられる。
【０００６】
この吸音率の測定方法としては従来以下の方法が知られている。
【０００７】
（１）音響管を用いて垂直入射吸音率を求める方法
垂直入射の吸音率を求めるもっとも良く用いられる方法である（ＪＩＳ規格で規定）。資料を円形に切り取る必要があるが、信頼性の高い測定方法である。路面の吸音率を測定するためには、サンプルの切り出しを行う必要があるので、リアルタイムの測定には使えない。（２）路面を残響箱の１面とし、残響時間からランダム入射吸音率を求める方法
残響室を用いる吸音率測定もＪＩＳで規格化されている標準的な方法である。吸音材を室内に持ち込む前と後の残響時間を測定し、それらの値から吸音率を求める。
【０００８】
残響箱による方法では、大きな箱を扱うこと、完全反射面と路面との２回の残響時間を測定する必要があること、外気温度の影響が現われやすいこと、などの欠点があり、これもリアルタイムの測定は不可能である。
【０００９】
（３）インパルスを用いる方法
反射面にパルス状の音波を放射し、被測定面での反射波の大きさと剛床面（完全反射面での反射波の大きさとの比から吸音率を求める方法である。計測装置の構成の例を図５に示す。信号発生器１０で、指定の周波数を中心とし、有限のバンド幅を有するパルス信号を発生させ、そのパルス信号を増幅器２０で適宜増幅してスピーカ３０でパルス音に変換しそのパルス音を被測定面および剛床面に順次に入射する。
【００１０】
それら被測定面あるいは剛床面からの反射波をマイクロホン４０で集音し、その集音した音信号を増幅器５０で増幅して信号分析器６０に送る。信号分析器では、それらの音信号の大きさの比から吸音率を測定する。吸音率αは次式で求められる。
【００１１】
α＝１−Ｐ１／Ｐ２
ただし、Ｐ１：被測定面での反射波のエネルギー、
Ｐ２：剛床面での反射波のエネルギー、
である。この場合でも同じ場所で実際の路面とそこに剛床面を置いた状態との２回測定する必要がある。この方法でも走行中の吸音率の測定、すなわち走行中の排水性の測定は不可能である。
【００１２】
以上のように、従来の吸音率測定法では、走行中にリアルタイムで吸音率を測定することのできる適当な方法は見当たらない。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、検査車両に搭載し走行中に路面の排水性を測定することができる路面排水性測定装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の路面排水性測定装置は、
所定のパルス信号を生成する信号発生器、
信号発生器で生成されたパルス信号を、路面に向けて発せられるパルス音に変換するスピーカ、
スピーカから発せられた、路面に到達する前の直接音と、スピーカから発せられ路面で反射した後の反射音との双方を検出する音センサ、および
音センサで検出された直接音と反射音とに基づいて路面の排水性を求める信号分析器を備えたことを特徴とする。
【００１５】
ここで上記本発明の路面排水性測定装置において、上記信号分析器が、音センサで検出された直接音と反射音の、１５ｋＨｚ以上の周波数帯域内の信号に基づいて、路面の排水性を求めるものであることが好ましい。
【００１６】
この場合に、上記信号発生器が、１５ｋＨｚ以上の周波数帯域内であって、かつ１オクターブ以内の周波数幅の帯域パルス信号を生成するものであってもよく、あるいは信号発生器側には制限は加えず、すなわち信号発生器では短いパルス信号、すなわちある程度広い周波数帯域の信号成分を含むパルス信号を生成させ、信号分析器が、音センサで検出された直接音と反射音の、１５ｋＨｚ以上の周波数帯域内であって、かつ１オクターブ以内の周波数幅の信号を抽出し、抽出した信号に基づいて、路面の排水性を求めるものであってもよい。
【００１７】
また上記本発明の路面排水性測定装置において、上記音センサとして分散配置された複数の音センサを備え、これら複数の音センサのうちの少なくとも１つの音センサで直接音を検出し、これら複数の音センサのうちの全部もしくは一部の複数の音センサで反射音を検出するものであってもよい。
【００１８】
また上記本発明の路面排水性測定装置が、路面上の位置を検出する位置検出器を備え、この路面排水性測定装置が、路面上の位置に対応させた排水性情報を得るものであることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的な考え方は、周波数により違いはあるものの、基本的には排水性舗装は吸音が大きい（即ち、反射が少ない）ということを利用することである。ただし、ここでは、「吸音率」という音響工学で定義された量を求めることにはこだわらない。また、吸音率が通常問題となる周波数は可聴周波数帯域であるが、排水性と吸音性能との相関性が最も高い周波数帯域であれば超音波領域でもよい、ということになる。一方、ここでは、走行中にリアルタイムで排水性を求めることが要求されている。リアルタイム計測とは、走行速度との関連もあるが、決められた距離毎に測定結果を求める必要があるということである。例えば、走行速度１００ｋｍ／ｈで０．５ｍ間隔で結果を出すには、１８ｍｓ毎に結果を求める必要がある。そのためには用いる音響パルスの幅も数ｍｓ以内のものを用いることが必要となる。このような制限事項を考慮し、ここでは、超音波領域を含む周波数帯域で排水性と音波の吸音性の関係を調べた。
【００２０】
図１は、排水性と音波の吸音性との関係を調べる測定系を示す図であり、本発明の路面排水性測定装置の一実施形態に相当する。この図１に示す路面排水性測定装置では、解り易さのため、従来の吸音率測定法の一例として挙げた、図５に示すインパルス法による吸音率の測定系を構成するブロックと同様の作用のブロックには、図５に付した符号と同じ符号を付して示したが、各ブロックの詳細な作用は、図５に示すそれとは同一ではなく、例えばマイクロホン４０では、直接音と反射音との双方が検出され、信号分析器６０ではそれら直接音と反射音とに基づいて排水性が求められる。
【００２１】
この図１に示す路面排水性測定装置には、図５に示す構成には示されていない新たな要素として、位置検出器７０が示されている。この位置検出器７０は、いわゆるカーナビゲータに利用するＧＰＳ（ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）を利用した位置検出器７０であり、人工衛星から電波を受信して現在位置を知ることができるものである。
【００２２】
この図１に示す路面排水性測定装置では、位置検出器７０からは現在の位置をあらわす位置情報、すなわち、路面を走行して排水性の測定を行なっている途中であればその路面上の位置をあらわす位置情報が出力され、信号分析器６０では、以下に説明するようにして求められた、路面上の現在測定中の部分の排水性をあらわす排水性情報が出力され、これら位置情報と排水性情報とからなる出力情報が生成される。すなわち、この図１に示す路面排水性測定装置では、路面上の位置に対応させた排水性情報が得られる。
【００２３】
ここでは、上述のように、１つのマイクロホン４０で、スピーカ３０から発生し路面で反射する前のパルス音（以下「直接音」と呼ぶ）と、反射した後のパルス音（以下反射音と呼ぶ）の２つのパルス音を測定する。ここでは、それらの比が反射面１００の状況によりどのように変化するかを調べた。スピーカ３０から路面までの距離は０．５ｍ、マイクロホン４０から路面までの距離は０．３ｍである。
【００２４】
図２は直接音（Ａ）と反射音（Ｂ）の波形の一例を示した図である。
【００２５】
直接音（Ａ）に対して反射音（Ｂ）の大きさが減少していることが分かる。
【００２６】
これら直接音、反射音のパルスには、低周波成分から、３０ｋＨｚを越える高周波数成分までの広い周波数帯域の信号成分が含まれている。
【００２７】
図３は異なる路面について、それらのパルスをフーリエ変換を用いて周波数分析を行い、直接音に対する反射音のスペクトルの減少の程度を示した図である。横軸は周波数で３５ｋＨｚまでの範囲を示す。縦軸は、直接音と反射音のパワーの比をデシベルで表したもので、ｄＢの大きい方が減衰の割合が大きいことを示す。実線は排水性アスファルトを測定対象としたときのもの、点線は、排水性アスファルトの目地に粘土を詰めることにより排水性アスファルトが傷んだ状態を模擬し、それを測定対象としたときのものである。排水性舗装の路面（実線）では傷んだ状態を模擬した路面（点線）と比較して吸音性の高い周波数がところどころ見られる。しかも、この吸音性の高い周波数は、１５ｋＨｚ以上の部分において顕著にあらわれている。３０ｋＨｚを越えるような高周波になるとスピーカでも音を出すのが難しくなり、しかも空気中を伝播する間における減衰も激しくなることから、３０ｋＨｚ以下の周波数が好ましいものと考えられる。このような周波数帯域を用いれば、直接音に対する反射音のパワーの比を測定することにより、路面の排水性を測定することができる。しかも、図３に示す測定結果によると、吸音性は周波数軸に沿って振動するように繰り返すことから、ある程度の狭い周波数幅、例えば１オクターブ以内の周波数幅の信号に基づいて排水性を求めることが好ましい。この１オクターブ以内の周波数幅を実現するには、信号発生器側で、もともと１オクターブ以内の信号成分しか含まないパルス信号を生成することにより実現してもよく、あるいは、信号発生器側では例えばある程度広い周波数帯域の信号成分を含む時間的に短いパルスを発生させ、信号分析器側で１オクターブ以内の信号成分のみを抽出することにより実現してもよい。
【００２８】
図４は、本発明の路面排水性測定装置の他の実施形態の、スピーカとマイクロホンの配置形態を示す平面図（Ａ）および正面図（Ｂ）である。
【００２９】
実際に路面の反射性を実際に評価しようとすると、路面の傾きや粗さにより、反射波の到来する方向が変化する可能性がある。そこで図４に示すように１つのスピーカ３０に対して複数のマイクロホン４０を用いて平均的なパワーの減衰量を求めることが好ましい。このように、複数のマイクロホン４０を分散配置することにより、広い範囲の反射音を検出することができるようになる。
【００３０】
尚、ここに示す例では信号分析器６０において図３に示すように周波数分析が行われているが、信号発生器側で、あるいはマイクロホンで受信した後に、例えば１オクターブ以内等に帯域制限をした場合は、信号分析器６０において周波数分析を行なうことは必ずしも必要ではなく、その制限された帯域内の直接音と反射音のパワーを比較することにより吸音性を求め、その吸音性から排出性を求めることができる。
【００３１】
この図４に示す例では、１つのスピーカ３０に対し５本のマイクロホン４０が分散配置され、それら５本のマイクロホン４０のうちの中央のマイクロホン４０ａで直接音が検出され、残りの４本のマイクロホン４０ｂ、あるいは５本のマイクロホン全部で反射音が検出される。複数のマイクロホンで検出された反射音は信号分析器６０（図１参照）においてそれぞれが検波された後互いに加算され、その加算後の信号が全体としての反射音の信号として取り扱われる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リアルタイムで路面の吸音性を測定し、その吸音性から路面の排水性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排水性と音波の吸音性との関係を調べる測定系を示す図である。
【図２】直接音（Ａ）と反射音（Ｂ）の波形の一例を示した図である。
【図３】異なる路面について、それらのパルスをフーリエ変換を用いて周波数分析を行い、直接音に対する反射音のスペクトルの減少の程度を示した図である。
【図４】本発明の路面排水性測定装置の他の実施形態の、スピーカとマイクロホンの配置形態を示す平面図（Ａ）および正面図（Ｂ）である。
【図５】従来の吸音率測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０信号発生器
２０増幅器
３０スピーカ
４０，４０ａ，４０ｂマイクロホン
５０増幅器
６０信号分析器
７０位置検出器
１００反射面

Claims

所定のパルス信号を生成する信号発生器、
前記信号発生器で生成されたパルス信号を、路面に向けて発せられるパルス音に変換するスピーカ、
前記スピーカから発せられた、路面に到達する前の直接音と、前記スピーカから発せられ路面で反射した後の反射音との双方を検出する音センサ、および
前記音センサで検出された直接音と反射音との、１５ｋＨｚ以上の周波数帯域内の信号に基づいて路面の排水性を求める信号分析器を備えたことを特徴とする路面排水性測定装置。
前記信号発生器が、１５ｋＨｚ以上の周波数帯域内であって、かつ１オクターブ以内の周波数幅の帯域パルス信号を生成するものであることを特徴とする請求項１記載の路面排水性測定装置。
前記信号分析器が、前記音センサで検出された直接音と反射音の、１５ｋＨｚ以上の周波数帯域内であって、かつ１オクターブ以内の周波数幅の信号を抽出し、抽出した信号に基づいて、路面の排水性を求めるものであることを特徴とする請求項１記載の路面排水性測定装置。
前記音センサとして分散配置された複数の音センサを備え、これら複数の音センサのうちの少なくとも１つの音センサで直接音を検出し、これら複数の音センサのうちの全部もしくは一部の複数の音センサで反射音を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の路面排水性測定装置。
路面上の位置を検出する位置検出器を備え、この路面排水性測定装置が、路面上の位置に対応させた排水性情報を得るものであることを特徴とする請求項１記載の路面排水性測定装置。