JP6271188B2 - 舗装道路の路面性状の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、舗装道路の路面性状、具体的には、骨材飛散状態や、排水性舗装の目詰まりを評価する方法に関するものである。

近年、車両の走行環境の改善や、路面音の発生を抑制することを目的とした、排水性舗装が急速に普及し始めている。
従来の密粒度アスファルト合材による舗装は、舗装を構成する主骨材の密度が高く、主骨材同士の接触面積が広く、互いの結合力が強かった。
このため、舗装自体が丈夫で、舗装路面の路面性状は、比較的長期間に渡って安定していた。

一方、排水性舗装は、主骨材の密度を低くし、舗装内部に空間を増やすことによって、その空間を介して排水可能とし、路面上から水を排除するものである。
このため、主骨材同士は、ほぼ「点」で接触し、主骨材通しの接触面積が狭く、互いの結合力が弱い。

従って、車両の走行による振動や衝撃などにより、主骨材が部分的に分離し、走行車輪の接触によって周囲に飛散しやすい。
舗装道路の保守においては、このような主骨材の飛散を正確かつ迅速に認知し、対応する必要が有る。

この主骨材の飛散は、舗装道路の路面性状を評価することによって確認可能である。
この路面性状の評価方法の一種として、舗装道路の表面のキメ深さを評価する指標である、平均プロファイル深さ（以下、ＭＰＤ：Mean Profile Depth）の測定が挙げられる。

このＭＰＤ測定は、従来、ＣＴメータ（回転式テクスチャメータ）と呼ばれるＣＣＤレーザ変位センサを用いた路面粗さ計で測定される。
このＣＴメータでは、円盤の円周に沿った円弧状の測定領域の平均値を用いるので、ほぼ同一の測定箇所でも、測定範囲をほんの数センチ程度移動させただけで、得られるＭＰＤの値が大きく変わり、路面性状、特に、骨材飛散のような局所的な異常を伴う路面性状を正確に反映した測定値とはならない、という問題があった。

また、ＣＴメータは、測定中、これを静置する必要があり、広範囲に渡る舗装道路の路面性状を評価することには利用できない、という問題があった。
さらに、排水性舗装は、主骨材の間隙を排水路とするものであるので、この間隙が、砂や塵などで埋まると、本来の排水性を発揮できなくなる。
従来、このような主骨材の周囲に構成される間隙の目詰まりを、迅速に評価する方法はなかった。

一方、本出願人は、舗装道路の表面調査する装置として、特願２０１２−２４７４５７を提案した。
この装置では、舗装道路の表面に形成されるひび割れのような欠陥を、撮影手段カメラを用いて効果的に特定できる。

本出願人は、上記の撮影手段カメラで得られる情報と、従来のＭＰＤの測定結果とを比較すると、両者に関連性があることに気付き、上記の従来技術によって得られる情報から、骨材飛散や舗装の目詰まりの程度が判別できることに想到した。
従来、走行中の車両に取り付けられた機器から得られる情報に基づき、骨材飛散および排水性舗装の目詰まりを、効率よく、かつ、正確に評価する方法については、実用的なものは全く提案されていない。

特願２０１２−２４７４５７

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、舗装道路の骨材飛散状態や、排水性舗装の目詰まりの状態を、走行中の車両に取り付けられた機器から得られる情報に基づいて迅速かつ確実に評価する、舗装道路の路面性状の評価方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の第１発明に係る舗装道路の路面性状の評価方法は、
車両の走行中に、路面を撮影し、撮影によって得られた撮影情報に基づいて、路面性状を評価する、舗装道路の路面性状の評価方法であって、
舗装道路の路面に対し、車両の走行方向に対して直交する路面撮影軸を設定するステップと、
路面撮影軸を、路面に対して垂直な方向から、路面撮影軸に沿って光線を照射するステップと、
路面撮影軸を通る、路面に対して垂直な軸に対して、走行方向側、または、走行方向とは反対側に傾斜した方向から、路面撮影軸を撮影し、路面の高さ情報を取得するステップと、
高さ情報を組み合わせて、撮影した路面に対応する調査対象画像情報を生成するステップと、
調査対象画像情報を、予め定められた矩形状の単位領域に区切るステップと、
調査対象画像情報に含まれる高さ情報の大きさに応じ、各単位領域の高さ情報を分類するステップと、
分類された高さ情報の大きさの程度に応じて異なる視覚情報を、単位領域ごとに割り当てるステップと、
各単位領域に対応する視覚情報を、調査対象画像情報に重畳し、路面性状画像として編成し、表示するステップと
からなる。

また、本発明の第２発明に係る舗装道路の路面性状の評価方法は、第１発明において、
高さ情報の大きさの程度に応じて異なる視覚情報を、単位領域ごとに付与するステップが、
予め定められた許容範囲以上の高さ情報を有する骨材飛散群と、前記許容範囲以下の高さ情報を有する目詰まり群に分類し、骨材飛散群と、目詰まり群には、互いに異なる色調の視覚情報を付与するステップを含む
ことを特徴とする。

第１発明によれば、調査対象画像情報を矩形状の単位領域に区切り、各単位領域の高さ情報を、走行中の車両に取り付けられた撮影手段を介して得られた高さ情報の深さを基準に分類し、分類された深さの種類に応じて異なる視覚情報を付与し、この視覚情報を路面性状画像として編成し、表示するので、舗装道路の骨材飛散状態を迅速かつ確実に評価できるようになる。

また、第２発明によれば、第１発明の作用効果に加え、路面性状画像内で、骨材飛散と目詰まりとを視覚的に区別できるようになって、排水性舗装の目詰まりの状態も、迅速かつ確実に評価できるようになる。

図１は、本発明に係る舗装道路の路面性状の評価方法の実施する装置の実施例１を搭載する車両の側面図である。 図２は、図１の車両の評価状態を示す側面図である。 図３は、図２の車両の背面図である。 図４は、本実施例によって得られる路面撮影軸に沿った高さ情報の一例を示すグラフである。 図５は、図４の高さ情報を結合して生成された、路面に対応する高さ画像の一例である。 図６は、図４の高さ情報に基づいて生成された、路面に対応する路面性状画像の一例である。 図７は、実施例１で得られるＭＰＤと、従来のＣＴメータで得られるＭＰＤの計測結果の相関を示すグラフである。

本発明は、舗装道路の路面の路面撮影軸に沿って、車両の走行方向、または、その逆方向側に傾斜した方向、簡単に言うと、車両の前方または後方に傾斜した位置から、斜めに光線を照射し、その照射範囲を、路面に対して垂直な方向から、撮影手段を介して撮影し、撮影画像情報から調査対象画像情報を生成し、調査対象画像情報を所定の単位領域に区切り、所定の単位領域ごとに、撮影手段によって得られる光線の画像の歪み具合から、路面の損傷や目詰まりによって出現する高さ情報、即ち、出現した深さを分類し、分類された高さ情報に対し、高さ情報の大きさの程度に応じて異なる視覚情報を、単位領域ごとに付与し、分類された高さ情報を、視覚情報として、利用者に提供するものである。
以下、実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。

まず、図１から図３について説明する。
図１は、本発明に係る舗装道路の路面性状の評価方法の実施する装置の実施例１を搭載する車両の側面図、図２は、図１の車両の評価状態を示す側面図、図３は、図２の車両の背面図である。

図中、１は本発明に係る舗装道路の路面性状の評価方法を実施する装置の実施例１を搭載する車両、１０は車両１の後方に突出可能な作業腕、１００は作業腕１０の根元付近に設けられる光線照射手段、１００ａは光線照射手段１００の照射範囲、１０１は作業腕１０の先端付近に設けられる撮影手段、１０１ａは撮影手段１０１の撮影範囲、１１は車両の作業腕、１１０は作業腕１１の根元付近に設けられる光線照射手段、１１０ａは光線照射手段１１０の照射範囲、１１１は作業腕１１の先端付近に設けられる撮影手段、１１１ａは撮影手段１１１の撮影範囲である。

なお、この車両１には、上記の構成の作動を制御し、得られら情報を所要のプログラムに従って処理する図示しない制御部が設けられる。
従って、以下で説明する各動作は、上記の図示しない制御部に入力された情報に基づき制御され、実行されるものである。

車両１の後方の路面上には、車両１の走行方向に対して直交する路面撮影軸が設定される。
作業腕１０、１１は、常時は車両１の荷台コンテナの後面の両側に収納されており、装置の使用して、路面性状の評価を実施する際に、後方に突出し、図２に示した撮影位置に保持される。

光線照射手段１００は、レーザ光照射装置である。
光線照射手段１００は、路面撮影軸を通る、路面に対して垂直な軸上の作業腕１０の根元付近に設けられ、路面撮影軸の少なくとも半分の領域に向けて斜めに光線を照射する。
光線照射手段１００に照射される路面撮影軸は、一条の路面撮影軸の、進行方向に向かって、主に左側半分であり、光線照射手段１００は、図２における左側の実線で示された照射範囲１００ａを有する。

撮影手段１０１は、高速３Ｄ計測カメラシステムである。
撮影手段１０１は、作業腕１０の先端付近に設けられ、路面撮影軸を通る、路面に対して垂直な軸に対して走行方向とは反対側に傾斜した方向から、即ち、車両１の後部から後方に離れた位置から、車両１の後部近傍の路面に設定された路面撮影軸のうち、少なくとも半分の領域を撮影し、路面の高さ情報を取得する。

撮影手段１０１に撮影される路面撮影軸は、一条の路面撮影軸の、進行方向に向かって、主に左半分の、光線照射手段１００によって、光線が照射される範囲であり、撮影手段１０１は、図２における左側の破線で示された撮影範囲１０１ａを有する。

光線照射手段１１０は、レーザ光照射装置である。
光線照射手段１１０は、路面撮影軸を通る、路面に対して垂直な軸上の作業腕１１の根元付近に設けられ、路面撮影軸の少なくとも半分の領域に向けて斜めに光線を照射する。

光線照射手段１１０に照射される路面撮影軸は、一条の路面撮影軸の、進行方向に向かって、主に右側半分であり、光線照射手段１１０は、図２における左側の実線で示された照射範囲１１０ａを有する。

撮影手段１１１は、高速３Ｄ計測カメラシステムである。
撮影手段１１１は、作業腕１１の先端付近に設けられ、路面撮影軸を通る、路面に対して垂直な軸に対して走行方向とは反対側に傾斜した方向から、即ち、車両１の後部から後方に離れた位置から、車両１の後部近傍の路面に設定された路面撮影軸のうち、少なくとも半分の領域を撮影し、路面の高さ情報を取得する。

撮影手段１１１に撮影される路面撮影軸は、一条の路面撮影軸の、進行方向に向かって、主に右半分の、光線照射手段１１０によって、光線が照射される範囲であり、撮影手段１１１は、図２における右側の破線で示された撮影範囲１１１ａを有する。

なお、図３において、作業腕１０、１１に設けられる各光線照射手段及び撮影手段は、作業腕１０、１１に内蔵されるので、後方から直接視認することはできない。
このため、各光線照射手段及び撮影手段の引き出し線は、それぞれが内蔵される作業腕１０、１１に関連付けられる。

また、上記の実施例には、図示しない画像結合手段、及び、少なくとも取得した画像と生成した画像を表示するディスプレイ装置がもういけられる。

画像結合手段は、後述する画像の結合を実行する際に、各画像を所定の配置で結合や合成する処理を行う。
また、ディスプレイ装置は、本実施例を操作するオペレータ等に対し、撮影の設定や調整、結合の微調整、合成の微調整、画像の確認のために、取得した画像、及び、生成された画像などを表示する。

次に、図４から図６に基づき、上記の装置による路面性状の評価方法について、具体的に説明する。
図４は、本実施例によって得られる路面撮影軸に沿った高さ情報の一例を示すグラフ、図５は、図４の高さ情報を結合して生成された、路面に対応する高さ画像の一例、図６は、図４の高さ情報に基づいて生成された、路面に対応する路面性状画像の一例である。

本実施例では、車両１を走行させながら、図２に示すように、照明手段１００、１１０を介して、路面に対してスリットレーザを直上から照射し、このスリットレーザをマーカとして、撮影手段１０１、１１１から斜めにマーカ撮影を行う。

これは、３次元形状測定技術の一種であり、路面が平坦な場合は、マーカは直線として映るが、凹凸などの歪みがある場合には、マーカがゆがんで映る。
この歪みをプロファイル化することにより、測定精度１ｍｍ以下で走行面の状態を把握する。

上記の撮影で得られる画像から得られる高さ情報の一例として、図４を示す。
このグラフは、２台の撮影手段１０１、１１１を介して得られた１条分の撮影範囲の高さ情報を繋ぎ合わせ、その高さ情報を折れ線グラフに示したものである。
撮影手段１０１、１１１によって撮影されたマーカの歪みの状態を解析することにより、路面の凹凸の状態を示す情報を詳細に取得することが可能になる。

図３で示したグラフで示されるのは、一条の路面撮影軸上の高さ情報である。
本発明では、車両１の走行に伴って、高さ情報の取得がなされる。
このため、走行に伴って取得された、高さ情報を順番に組み合わせて結合し、撮影した路面に対応する高さ情報の画像を生成する。
このとき、例えば、高さ情報の平均値などを路面の基準高さとして０ｍｍに設定する。具体的には、図４のグラフでは、例えば、７０ｍｍ前後を基準高さとする。

そして、高さ情報の大きさに応じ、高さが高くなるほど白色に近づき、高さが低くなるほど、黒色に近づくよう、高さ情報を可視化する。
この可視化した高さ情報、即ち、高さ画像を図５に示した。

なお、参考のため、同じ箇所の通常の可視画像を、高さ並列した。
この図５から、高さ画像から、凹みの大きな部分については、はっきりとした黒い影として視認できるが、通常の可視画像では、同じ凹みでも確認が困難であることがわかる。
この高さ画像を確認した時点で、路面の異常について、ある程度把握できる。

本発明では、さらに、骨材飛散及び目詰まりを判別し、路面性状を評価しうる評価画像を生成する。
まず、得られた高さ情報を組み合わせて、撮影した路面に対応する調査画像情報を生成する。
なお、この調査画像情報は、画像化すると、図５の高さ画像のように表示される。

次に、調査対象画像を、予め定められた矩形状の単位領域に区切る。
この単位領域のサイズとしては、例えば、２００ｍｍ四方の矩形とする。
そして、各単位領域に含まれる高さ情報が１．４０ｍｍから１．７ｍｍの範囲のものについて、その高さの大きさに応じて段階的に分類し、これらの分類には、１．４０ｍｍの緑から始まり、１．７ｍｍの赤に至る、暖色系で段階的変化する色彩が割り当てられる。

また、各単位領域に含まれる高さ情報が１．２０ｍｍから１．１０ｍｍの範囲のものについて、その高さの大きさに応じて段階的に分類し、これらの分類には、１．２０ｍｍの明るい青から始まり、１．１０ｍｍの紫に至る、寒色系で段階的に変化する色彩が割り当てられる。

次に、上記のように、高さ情報の分類に応じて割り当てられた視覚情報を、調査対象画像情報に重畳し、路面性状画像として編成し、例えば、図示しないディスプレイ装置に表示する。
このとき、表示される路面性状画像の一例が、図６に示される画像である。

なお、図６は、カラーで生成された画像をグレースケールに変換したものであるため、上記の色彩の特徴がわかりにくくなっているが、概ね、白っぽく表示されている部分が暖色系の色彩であり、黒っぽく表示されている部分が寒色系の色彩である。

また、暖色系の赤の表示は、この図６では、黒っぽく表示されており、寒色系の表示と判別がつきにくくなっており、また、暖色系及び寒色系の両者で、段階的な色彩の判別が困難になっているが、上記の説明に準じて、色彩を施した場合には、その判別は一目瞭然である。

この図６に示した路面性状画像に基づき、オペレータ等は、路面性状の評価を行う。
本実施例では、具体的には、高さ情報が１．４０ｍｍ〜１．７０ｍｍ、即ち、暖色系の色彩で表示された範囲は、骨材の欠損、骨材の飛散があるものとして評価され、さらに、その色彩が、緑から赤に近づくほど、飛散の程度が激しい、と評価される。

また、高さ情報が、１．２０ｍｍから１．１０ｍｍ、即ち、寒色系の色彩で表示された範囲は、砂などの細かい異物が、排水性舗装の主骨材の周囲に構成される間隙に詰まり、目詰まりがあるものとして評価され、さらに、その色彩が青から紫に近づくほど、目詰まりの程度が激しい、と評価される。

従って、本発明に係る実施例１では、車両１を走行させながら取得した高さ情報から、路面に生じた骨材の飛散と、目詰まりを瞬時に判断し得る路面性状画像を生成し、表示できるようになるので、作業員の経験や熟練に関係なく、簡単かつ確実に、路面の不具合を詳細に評価できるようになる。

また、路面の性状を段階的に色彩表示するようにしたので、例えば、特定の色彩が出現したときに、アラート表示がなされるようにし、直ちに保守すべき箇所を効率的に割り出すことも可能になる。

ここで、上記の実施例で得られるＭＰＤと、従来のＣＴメータで得られるＭＰＤの計測結果を比較するため、試験を実施した。
このＭＰＤの比較は、密粒舗装と排水性舗装に設定された２０箇所の試験点の計測を介して行った。

図７は、上記の実施例で得られるＭＰＤと、従来のＣＴメータで得られるＭＰＤの計測結果の相関を示すグラフである。
このグラフに示したように、両者のＭＰＤの寄与率は、０．８３７６であり、非常に高い相関が認められる。

なお、比較結果に若干のばらつきがあるのは、ＣＴメータが、円周上の約８００ｍｍの評価であるのに対し、実施例１の装置では、面状の評価を行っているためと考えられる。
この比較試験によれば、本発明に係る路面性状の評価方法では、高分解能の高さ計測結果をえることによって、ＣＴメータ以上に、安定した面的な定量評価を実行可能になることがわかる。

なお、上記の実施例において、光線照射手段及び撮影手段、または、それらのうち何れか一方を、車両の本体に取り付けるようにしてもよい。
また、上記の実施例では、光線照射手段は、路面撮影軸を、進行方向の後方から斜めに照射するようにしたが、前方から斜めに照射するようにしてもよい。

また、上記の実施例では、２種類の系統で段階的に変化する色彩で、損傷の種類及び程度を判別するようにしたが、この色彩の系統や段階の設定は、自由に設定することができ、また、特定の高さ情報の単位領域には、予め定めた特定の色（系統や段階的な変化を伴わない）を割り当て、路面性状を可視化してもよい。
さらに、本発明は、本発明の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、上記実施例に限定されるものではない。

本発明では、走行中の車両から得られた路面の高さ情報に基づき、路面に生じた骨材の飛散と、目詰まりを瞬時に判断し得る路面性状画像を生成し、表示できるようになるので、簡単かつ確実に路面性状の評価ができるようになり、舗装道路の保守の効率化の点で利用可能性が高い。

１ 車両
１０ 作業腕
１００ 光線照射手段
１００ａ 照射範囲
１０１ 撮影手段
１０１ａ 撮影範囲
１１ 作業腕
１１０ 光線照射手段
１１０ａ 照射範囲
１１１ 撮影手段
１１１ａ 撮影範囲

Claims (2)

1. 車両の走行中に、路面を撮影し、撮影によって得られた撮影情報に基づいて、路面性状を評価する、舗装道路の路面性状の評価方法であって、
   舗装道路の路面に対し、車両の走行方向に対して直交する路面撮影軸を設定するステップと、
   路面撮影軸を、路面に対して垂直な方向から、路面撮影軸に沿って光線を照射するステップと、
   路面撮影軸を通る、路面に対して垂直な軸に対して、走行方向側、または、走行方向とは反対側に傾斜した方向から、路面撮影軸を撮影し、路面の高さ情報を取得するステップと、
   高さ情報を組み合わせて、撮影した路面に対応する調査対象画像情報を生成するステップと、
   調査対象画像情報を、予め定められた矩形状の単位領域に区切るステップと、
   調査対象画像情報に含まれる高さ情報の大きさに応じ、各単位領域のＭＰＤを分類するステップと、
   分類されたＭＰＤに応じて異なる視覚情報を、単位領域ごとに割り当てるステップと、
   各単位領域に対応する視覚情報を、調査対象画像情報に重畳し、路面性状画像として編成し、表示するステップと
   からなる上記の舗装道路の路面性状の評価方法。
2. ＭＰＤに応じて異なる視覚情報を、単位領域ごとに付与するステップが、
   予め定められた許容範囲以上の高さ情報を有する骨材飛散群と、前記許容範囲以下の高さ情報を有する目詰まり群に分類し、骨材飛散群と、目詰まり群には、互いに異なる色調の視覚情報を付与するステップを含む
   請求項１に記載の舗装道路の路面性状の評価方法。