JP7227863B2 - Compaction quality control system and compaction quality control method by automatic operation of vibrating rollers - Google Patents
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Description
本発明は振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法に関するものであり、詳しくは、振動ローラにより種々の材料を締固めする際に、振動ローラを自動運転するとともに、締固め品質を適切に管理することが可能なシステム及び方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a compaction quality control system and a compaction quality control method by automatic operation of vibrating rollers. The present invention relates to a system and method capable of appropriately managing compaction quality.
振動ローラ等の建設機械は、有資格者による操縦が今なお主流となっている。しかし、熟練オペレータの不足と自動運転技術の進歩に伴い、半自動・無人遠隔操作などの機能を有する建設機械も登場してきている。一方で、施工品質を確保するための品質管理手法においても、従来から実施されていた管理手法が踏襲される傾向が維持されており、人手不足の観点から、省人・省力化に向けた技術開発が求められている。 Construction machines such as vibrating rollers are still mainly operated by qualified personnel. However, due to the shortage of skilled operators and progress in automatic driving technology, construction machines with functions such as semi-automatic and unmanned remote control are appearing. On the other hand, even in the quality control method for ensuring construction quality, the tendency to follow the management method that has been implemented from the past is maintained, and from the viewpoint of labor shortage, technology for labor saving and labor saving Development is required.
自動運転技術と品質管理技術に関する技術開発は、これまでにも数多くなされてきてはいるが、建設機械の自動運転と自動品質管理を一体的に行うことができる技術は、未だ存在していない。 Many technological developments related to automatic operation technology and quality control technology have been made so far, but there is still no technology that can integrate the automatic operation and automatic quality control of construction machinery.
既に開示されている自動運転技術として、例えば、特許文献1(特開平10-212705号公報)に記載された技術がある。特許文献1に記載された振動ローラ自動運転システムは、地盤の締固めなどを行う振動ローラを自動運転するためのシステムに関するものである。
As an automatic driving technology that has already been disclosed, for example, there is a technology described in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-212705). A vibrating roller automatic operation system described in
具体的には、運転制御手段により、位置測定手段が測定した振動ローラの位置およびジャイロによる方位の測定結果に基づいて、経路設定手段が設定した走行経路に沿って振動ローラを走行させるべく2つの制御信号を生成する。これらの信号は、振動ローラの通信手段を介して、振動ローラに搭載された走行制御手段および方向制御手段に供給される。走行制御手段および方向制御手段はこれらの制御信号に基づいて、振動ローラの前進及び後進と振動ローラの進行方向の転換を制御するようになっている。 Specifically, based on the position of the vibrating roller measured by the position measuring means and the measurement result of the azimuth by the gyro, the operation control means causes the vibrating roller to travel along the travel route set by the route setting means. Generate control signals. These signals are supplied to travel control means and direction control means mounted on the vibrating roller via communication means of the vibrating roller. Based on these control signals, the travel control means and the direction control means control the forward and backward movement of the vibrating roller and the change of the direction of movement of the vibrating roller.
また、振動ローラによる締固め管理技術として、例えば、特許文献2(特許第3908031号公報)に記載された技術がある。特許文献2に記載された盛土転圧管理方法は、締固めに伴う振動輪の振動加速度の変化について周波数スペクトルを用いた定量的な乱れ率として表し、この乱れ率と締固め密度との関係を予め実験により取得し、取得した関係に基づいて、振動ローラによる転圧中に計測した乱れ率によって締固め密度に関する情報を得るようになっている。 Further, as a compaction management technique using a vibrating roller, for example, there is a technique described in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 3908031). The embankment rolling compaction management method described in Patent Document 2 expresses the change in the vibration acceleration of the vibrating wheel accompanying compaction as a quantitative turbulence rate using the frequency spectrum, and the relationship between this turbulence rate and the compaction density is expressed. Information about the compaction density is obtained from the turbulence rate measured during rolling compaction by the vibrating roller based on the relationships obtained by experiments in advance.
さらに、数種類の振動ローラを想定し、地盤上で振動する振動ローラの運動を2自由度の振動モデルで等価に表現したシミュレーションモデルに基づき得られた乱れ率と振動輪の加速度波形の歪みに対応する指標との関係を予め取得し、振動輪による転圧中に計測した乱れ率から指標を求め、さらに、指標、振動輪を支持するフレームの質量、振動輪の質量、振動輪の振動数、起振力に基づいて地盤剛性に関する情報を得るとともに、転圧に伴う地盤の鉛直方向の変化量の計測に基づく地盤沈下の収斂の情報を得る。そして、これら複数の地盤締固めの進行に関する情報に基づいて、所定品質の地盤となっているか否かを評価するようになっている。 Furthermore, assuming several types of vibrating rollers, it corresponds to the turbulence rate and the distortion of the acceleration waveform of the vibrating wheel obtained based on a simulation model that equivalently expresses the motion of the vibrating roller vibrating on the ground with a two-degree-of-freedom vibration model. The index is obtained from the turbulence rate measured during rolling compaction by the vibrating wheel. Information on ground stiffness is obtained based on the excitation force, and information on the convergence of ground subsidence is obtained based on the measurement of the vertical displacement of the ground due to compaction. Based on these pieces of information about the progress of ground compaction, whether or not the ground has a predetermined quality is evaluated.
ICTの利活用が必要不可欠となっている現在では、土木建設分野においても、調査・計画、設計、施工、維持管理の各段階においてICTを有効に活用することが求められている。上述したように、振動ローラ等の建設機械では、既に、自動運転技術が開発されており、並行して施工品質管理技術の開発も行われている。 At present, the use of ICT is essential, and in the field of civil engineering and construction as well, effective use of ICT is required at each stage of survey/planning, design, construction, and maintenance. As described above, automatic operation technology has already been developed for construction machines such as vibrating rollers, and construction quality control technology is being developed in parallel.
しかし、自動運転技術の進歩により、ほぼ無人化した自動運転が実現できたとしても、施工品質の確認方法が従前の人手を要するものであった場合には、結局のところ、現場生産性の向上は期待できず、省人・省力化の効果も半減してしまう。一方で、品質管理方法だけを自動化しても、熟練オペレータの経験と技能に匹敵する自動施工方法を伴わなければ、施工品質の確保は難しく、手戻りや手直しが頻発するだけである。 However, even if almost unmanned automated driving can be realized due to advances in automated driving technology, if the method of checking construction quality requires conventional manpower , in the end it will not improve site productivity. can not be expected, and the effect of saving manpower and labor will be halved. On the other hand, even if only the quality control method is automated, it is difficult to ensure the construction quality without an automatic construction method that matches the experience and skills of a skilled operator, and frequent rework and rework will occur.
また、盛土の現場締固め管理は、砂置換法やRI法による密度計測、あるいは平板載荷試験等による地盤剛性計測が一般的であるが、これらの計測方法は離散的な測定であるため、施工面全体の品質を精度良く評価することが困難であった。 On-site compaction management of embankment is generally performed by density measurement by sand replacement method or RI method, or ground stiffness measurement by flat plate loading test. It was difficult to accurately evaluate the quality of the entire surface.
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、振動ローラを用いた締固め作業において、振動ローラの自動運転と施工品質管理の双方を同時に実現することが可能な振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-mentioned circumstances. The object is to provide a compaction quality control system and a compaction quality control method.
本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法(以下、締固め品質管理システム、締固め品質管理方法と略記することがある)は、予め記憶した走行経路に従って振動ローラを自動運転するとともに、当該振動ローラにより締固め品質を管理するためのシステム及び方法に関するものである。 A compaction quality control system and a compaction quality control method by automatic operation of vibrating rollers according to the present invention have the following features in order to achieve the above-mentioned objects. That is, the compaction quality control system and the compaction quality control method by automatic operation of the vibrating roller according to the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as compaction quality control system, compaction quality control method) are based on pre-stored travel. A system and method for automatically driving a vibrating roller along a path and controlling compaction quality with the vibrating roller.
締固め品質管理システムは、走行経路情報取得手段と、現在位置情報取得手段と、差違情報取得手段と、走行制御手段と、乱れ率取得手段と、地盤剛性/締固め密度推定手段と、締固め終了指示手段とを備えたことを特徴とするものである。 The compaction quality control system includes travel route information acquisition means, current position information acquisition means, difference information acquisition means, travel control means, turbulence rate acquisition means, ground stiffness/compaction density estimation means, and compaction and end instruction means.
走行経路情報取得手段は、予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得するための手段であり、現在位置情報取得手段は、振動ローラの現在位置情報を取得するための手段であり、差違情報取得手段は、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得するための手段であり、走行制御手段は、差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御するための手段である。 The travel route information acquisition means is means for acquiring prestored travel route information of the vibrating roller, the current position information acquisition means is means for acquiring current position information of the vibrating roller, and difference information acquisition. The means is means for comparing the traveling route information and the current position information to obtain difference information between the current position of the vibrating roller and the pre-stored traveling route, and the traveling control means is based on the difference information. , means for controlling the running of the oscillating roller.
また、乱れ率取得手段は、締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得するための手段であり、地盤剛性/締固め密度推定手段は、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定するための手段であり、締固め終了指示手段は、推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行うための手段である。 The turbulence rate acquisition means is a means for acquiring the acceleration change of the vibrating wheel that occurs during compaction as a turbulence rate of the frequency spectrum. It is a means for estimating the ground stiffness or compaction density of the ground to be compacted based on the relationship with the density. Means for instructing the completion of compaction by the vibrating roller when it reaches.
また、上述した構成に加えて、締固め終了指示手段は、推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達したことに加えて、差違情報における振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことを終了条件とすることが可能である。 In addition to the above-described configuration, the compaction end instruction means stores in advance the current position of the vibrating roller in the difference information in addition to the fact that the estimated ground rigidity or compaction density reaches a predetermined end condition. It is possible to set the end condition that the amount of difference from the travel route becomes equal to or greater than a predetermined value.
また、上述した構成に加えて、地盤剛性/締固め密度推定手段は、現在の締固め層に加えて、下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味して、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定することが可能である。 In addition to the above-described configuration, the ground stiffness/compaction density estimation means considers the relationship between the turbulence rate and ground stiffness or compaction density in the lower compacted layer in addition to the current compaction layer. , it is possible to estimate the ground stiffness or compaction density of the ground to be compacted.
さらに、上述した構成に加えて、終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラを走行させて再締固めを実施させる再締固め指示手段を備えることが可能である。 Furthermore, in addition to the above-described configuration, if there is a location where the termination condition is not satisfied, re-compaction is performed by running the vibrating roller on the location where the termination condition is not satisfied. An indicating means may be provided.
締固め品質管理方法は、上述した各手段を用いて実現される方法であり、予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得し、振動ローラの現在位置情報を取得し、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得し、差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御する。そして、締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定し、推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件(締固め終了地盤剛性または締固め終了地盤密度)に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行うことを特徴とするものである。なお、振動輪とは、振動ローラを構成する部材の一つであり、地盤面に対して振動力を付与して締固めを行うための車輪のことをいう。 The compaction quality control method is a method that is realized by using the above-described means. Information is compared to acquire difference information between the current position of the vibrating roller and a pre-stored travel route, and the travel of the vibrating roller is controlled based on the difference information. Then, the acceleration change of the vibrating wheel that occurs during compaction is obtained as the turbulence rate of the frequency spectrum, and the ground stiffness or compaction density of the ground to be compacted is estimated based on the relationship between the turbulence rate and the ground stiffness or compaction density. Then, when the estimated ground stiffness or compaction density reaches a predetermined end condition (compaction end ground stiffness or compaction end ground density), an instruction to end compaction by the vibrating roller is given. It is. The vibrating wheel is one of the members constituting the vibrating roller, and refers to a wheel for applying vibration force to the ground surface for compaction.
また、上述した構成に加えて、締固めの終了指示を行う終了条件は、予め定めた締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したことに加えて、差違情報における振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったこととしてもよい。すなわち、締固めの終了指示を行う終了条件は、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて推定した地盤剛性または締固め密度に加えて、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違量を用いる。 In addition to the above-described configuration, the end condition for instructing the end of compaction is that a predetermined compaction end ground rigidity or compaction end density has been reached, and the current position of the vibrating roller in the difference information The amount of difference from the pre-stored travel route may be equal to or greater than a predetermined value. That is, the end conditions for instructing the end of compaction include the ground stiffness or compaction density estimated based on the relationship between the turbulence rate and the ground stiffness or compaction density, as well as the current position of the vibrating roller and the pre-stored travel The amount of difference from the route is used.
また、上述した構成に加えて、現在の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に加えて、下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味して、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定することが可能である。 In addition to the above configuration, in addition to the relationship between the turbulence rate and ground stiffness or compaction density in the current compaction layer, the relationship between the turbulence rate and ground stiffness or compaction density in the lower compacted layer In addition, it is possible to estimate the ground stiffness or compaction density of the ground to be compacted.
さらに、上述した構成に加えて、終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラを走行させることが可能である。 Furthermore, in addition to the configuration described above, when there is a location where the termination condition is not satisfied, it is possible to cause the vibrating roller to travel to the location where the termination condition is not satisfied.
本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法によれば、盛り土等の締固めを行う際に、振動ローラを自動運転するだけではなく、並行して、締固め対象の施工品質管理を実施している。 According to the compaction quality control system and the compaction quality control method by automatic operation of the vibrating rollers according to the present invention, when compacting embankment or the like, not only the vibrating rollers are automatically operated, but also compaction is performed in parallel. We are implementing construction quality control for solidification.
したがって、本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を用いることにより、振動ローラの自動運転と施工品質管理の双方を同時に実現することが可能となる。また、砂置換法やRI法のように、所定数のサンプリングにより地盤剛性または締固め密度を推定するのではなく、施工範囲全域における地盤剛性または締固め密度をリアルタイムで把握することができるので、正確な施工品質管理を行うことが可能となる。 Therefore, by using the compaction quality control system and the compaction quality control method by automatic operation of the vibrating roller according to the present invention, it is possible to realize both automatic operation of the vibrating roller and construction quality control at the same time. In addition, unlike the sand replacement method and RI method, which estimate the ground stiffness or compaction density by sampling a predetermined number, it is possible to grasp the ground stiffness or compaction density in the entire construction area in real time. Accurate construction quality control becomes possible.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を説明する。図1~図5は本発明の実施形態に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法を説明するもので、図1は締固め品質管理システムの機能ブロック図、図2は締固め品質管理方法のフローチャート、図3は締固め手順の説明図、図4は振動ローラの構成と加速度計算モデルの説明図、図5は転圧に伴う加速度波形の計測例を示す説明図である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A compaction quality control system and a compaction quality control method by automatic operation of vibrating rollers according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 5 illustrate a compaction quality control system and a compaction quality control method by automatic operation of vibrating rollers according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a functional block diagram of the compaction quality control system. 2 is a flowchart of the compaction quality control method, FIG. 3 is an explanatory diagram of the compaction procedure, FIG. 4 is an explanatory diagram of the configuration of the vibrating roller and the acceleration calculation model, and FIG. It is a diagram.
また、図4(a)は振動ローラの構成を示す模式図、図4(b)は振動ローラにおける加速度計算モデルの説明図、図5(a)は転圧回数1回と転圧回数16回における加速度時刻歴を示すグラフ、図5(b)は転圧回数1回と転圧回数16回における周波数分析結果を示すグラフである。 FIG. 4(a) is a schematic diagram showing the configuration of the vibrating roller, FIG. 4(b) is an explanatory diagram of an acceleration calculation model in the vibrating roller, and FIG. FIG. 5(b) is a graph showing the frequency analysis results for one time of rolling compaction and 16 times of rolling compaction.
<締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法の概要>
本発明に係る締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法は、土質材料や瀝青材料の締固め転圧に用いられる振動ローラについて、自動運転と自動品質管理を一体化させることを目的としたものである。振動ローラは、前後に走行を繰り返しながらレーンを切り替えて、決められたエリア内を過不足なく締固めることが求められるため、施工と品質管理を一体化させる対象として最適な建設機械である。
<Overview of compaction quality control system and compaction quality control method>
The compaction quality control system and the compaction quality control method according to the present invention are intended to integrate automatic operation and automatic quality control of vibrating rollers used for compacting and rolling earth materials and bituminous materials. is. Vibration rollers are required to switch lanes while repeatedly traveling back and forth to compact compaction within a designated area just enough.
<振動ローラ>
振動ローラ10は、図4に示すように、振動輪11、振動輪11の支持フレーム12、駆動輪13、運転台14、運転台14と支持フレーム12の接続部15、支持フレーム12に取り付けた防振ゴム16等を備えている。また、図示しないが、振動輪11には励振装置が設けられており、操舵装置により操舵を行うようになっている。このような構成からなる振動ローラ10は、駆動輪13の駆動力により前進及び後進を行い、振動輪11の振動力により地盤を締固め、操舵装置により進行方向に対する左右方向の操舵を行う。
<Vibrating roller>
As shown in FIG. 4, the vibrating
本実施形態では、駆動輪13及び操舵装置を自動制御することにより自動走行を行うようになっている。また、振動輪11の支持フレーム12には、振動輪11の振動加速度を計測するための加速度センサ20が取り付けられている。
In this embodiment, automatic driving is performed by automatically controlling the driving
<振動ローラの自動走行>
本発明の実施形態において、振動ローラ10は、図3に示すように、無人で自走しながら決められたエリア内を前進と後進を繰り返しながら、所定回数の転圧を行う。そして、一旦、エリア外の駐機位置に戻り、レーンを切り替えた後に、前走レーンとの間に踏み残しを生じないように一定のラップ幅を確保しながら無人走行する。
<Automatic running of vibrating rollers>
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the vibrating
転圧作業の進行に伴い、転圧面の剛性が高まってくると、振動輪11に対する転圧面からの反発力も高まるため、走行経路情報としてインプットされた走行レーンを外れやすくなってくる。その場合には、所定の走行レーンに自動的に軌道修正する機能を備えている。また、走行レーンを外れる頻度が高まった場合には、それだけ転圧面の剛性が高まっていると考えられるため、予め記憶した走行レーンと実際の走行におけるズレ量(差違情報)を用いて、転圧面の剛性を推定することができる。
As the rolling work progresses, the rigidity of the rolling surface increases, and the repulsive force from the rolling surface against the vibrating
さらに、自動品質管理方法に関しては、振動ローラ10の加速度応答値を利用した締固め管理手法を利用する。具体的には、締固め時に生じる振動輪11の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、地盤剛性または締固め密度を推定する。
Furthermore, as for the automatic quality control method, a compaction control method using the acceleration response value of the vibrating
このような自動施工管理手法を用いることにより、従来法の代表である砂置換法による離散的な密度管理等と比較して、施工範囲に対して、リアルタイムかつ全面的な品質管理計測を実施することができる。 By using such an automatic construction management method, real-time and comprehensive quality control measurement can be performed for the construction range, compared to the discrete density management by the sand replacement method, which is typical of conventional methods. be able to.
<締固め品質管理システムの構成要素>
本発明の実施形態に係る締固め品質管理システム100は、図1に示すように、走行経路情報取得手段110と、現在位置情報取得手段120と、差違情報取得手段130と、走行制御手段160と、乱れ率取得手段140と、地盤剛性/締固め密度推定手段150と、締固め終了指示手段170とを主要な構成要素としており、さらに、再締固め指示手段180を備えることが可能である。以下、各手段について説明する。各手段は、それぞれの機能を発揮するための機器及びコンピュータにインストールされて各手段としての機能を発揮するプログラムにより構成される。
<Components of compaction quality control system>
The compaction quality control system 100 according to the embodiment of the present invention comprises, as shown in FIG. , turbulence rate acquisition means 140 , ground stiffness/compaction density estimation means 150 , and compaction end instruction means 170 , and furthermore, re-compaction instruction means 180 can be provided. Each means will be described below. Each means is composed of a device for performing its function and a program installed in a computer to perform the function of each means.
また、各手段は、振動ローラ10に搭載されているものと、管理事務所等に設置されたコンピュータにより構成されたものとがあり、各手段の間では相互にデータ通信が可能となっている。データ通信は、例えば、無線LAN、無線WAN等の無線通信や有線通信により行われるが、どのような通信手段を用いるかは、各手段の態様及び施工現場の状況等により適宜選択する。
Further, each means includes one mounted on the vibrating
<走行経路情報取得手段>
走行経路情報取得手段110は、予め記憶した振動ローラ10の走行経路情報を取得するための手段であり、例えば、走行経路情報を記憶した記憶装置からデータを取得するための機器により構成する。走行経路情報は、使用する振動ローラ10の諸元、締固め対象範囲(面積)等、種々の条件に基づいて予め設定した情報であり、オペレータがデータ入力を行ったり、コンピュータの演算結果データを取り込んだりすることにより、コンピュータに付帯する記憶装置に記憶される。
<Driving Route Information Acquisition Means>
The travel route information acquisition means 110 is a means for acquiring pre-stored travel route information of the vibrating
<現在位置情報取得手段>
現在位置情報取得手段120は、振動ローラ10の現在位置情報を取得するための手段であり、例えば、GNSSを利用する。このため、振動ローラ10には人工衛星からの信号を受信するための機器及びその付帯機器が搭載されている。さらに、GNSSによる測位精度を高め、あるいはGNSSによる測位を代替するために、Wi-Fi設備、ジャイロセンサ、加速度計等を使用してもよい。
<Current location information acquisition means>
The current position information acquisition means 120 is a means for acquiring current position information of the vibrating
<差違情報取得手段>
差違情報取得手段130は、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラ10の現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得するための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。取得した差違情報は、振動ローラ10を予め定めた走行経路に従って自動運転するために使用する情報である。
<Difference Information Acquisition Means>
The difference information acquisition means 130 is a means for comparing the travel route information and the current position information to acquire the difference information between the current position of the vibrating
また、先に説明したように、転圧面の剛性が高まってくると、振動輪11に対する転圧面からの反発力も高まるため、走行経路情報と現在位置情報との差違量が大きくなる。すなわち、走行経路情報と現在位置情報との差違量が大きい場合には、地盤剛性または締固め密度が高まっていると推測することができる。本実施形態では、地盤剛性または締固め密度を推定する情報の一つとして、この差違情報を利用している。
Further, as described above, as the rigidity of the rolling surface increases, the repulsive force of the rolling surface against the vibrating
<走行制御手段>
走行制御手段160は、走行経路情報と現在位置情報とを比較した差違情報に基づいて、振動ローラ10の走行を制御するための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。上述したように、振動ローラ10の走行装置は、前進及び後進を行わせるための駆動装置(駆動輪13)と、進行方向に対して左右方向に舵取りを行う操舵装置を備えている。走行制御手段160は、振動ローラ10の駆動装置に対する駆動力及び操舵装置に対する舵取り角度を制御して、所望の走行ライン上を走行させる。
<Running control means>
Travel control means 160 is means for controlling travel of vibrating
本実施形態では、基本的に、走行経路情報に基づいて予め規定した走行ライン上を走行させるが、締固め面の剛性の変化等により規定した走行ラインから外れた場合に、走行経路情報と現在位置情報とを比較した差違情報に基づいて、振動ローラ10の駆動装置に対する駆動力及び操舵装置に対する舵取り角度を制御することにより、予め規定した走行ライン上を振動ローラ10が走行するように制御している。
In this embodiment, basically, it is caused to travel on a predetermined travel line based on the travel route information. By controlling the driving force of the vibrating
<乱れ率取得手段>
乱れ率取得手段140は、締固め時に生じる振動輪11の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得するための手段であり、加速度センサ20とコンピュータ及びこれにインストールされたプログラムから構成する。具体的には、加速度センサ20により振動輪11の加速度信号を受信して、所定の処理を行うことにより乱れ率を取得する。すなわち、乱れ率取得手段140では、加速度センサ20に入力された加速度信号に基づいて乱れ率を取得する。取得した乱れ率から地盤の剛性(地盤バネ定数,地盤反力係数,地盤変形係数)と、地盤の密度を推測することができる。
<Disturbance rate acquisition means>
The turbulence rate acquisition means 140 is means for acquiring the acceleration change of the vibrating
振動ローラ10の振動輪11は、高重量の鉄製剛体であり、励振装置(図示せず)により振動させることにより地盤を締固めるようになっている。そして、加速度センサ20により地盤を締固める際の加速度を測定すると、地盤が堅いほど高周波成分が増大する。そこで、加速度センサ20に入力された信号から周波数スペクトルを計測して高速フーリエ解析し、乱れ率を定義することで、地盤の硬さに対応する振動輪11の振動加速度を定量的に表すことができる。乱れ率は、下記式(1)により表すことができる。すなわち、転圧の進行による地盤剛性の増加に伴って、図5に示すように、振動輪11(ローラ)の加速度波形が乱れ、その周波数解析においては振動輪11の振動数以外の成分(高調波スペクトルS1,S2,・・・と、1/2分数調波スペクトルS1’,S2’・・・)が卓越してくることが認められる。この性質を利用し、下記式(1)に示す「乱れ率(Ft)」を定義している。乱れ率が大きいほど、地盤が締固まっていることを表している。
The vibrating
この乱れ率は振動輪11の質量や振動力及び振動数に応じて異なる値となるが、地盤上で振動する振動輪11の挙動を2自由度の振動モデルの運動方程式(下記式(2))に基づく数値シミュレーションにより、予め理論的に導出した乱れ率と指標の関係及び指標と地盤バネ定数の関係に基づいて、地盤剛性(地盤バネ定数、地盤反力係数、地盤変形係数)に関する情報を連続的に取得することができる。図4(b)に、加速度計算モデルを示す。
The turbulence rate varies depending on the mass, vibration force, and frequency of the vibrating
さらに、乱れ率と締固め密度の関係を予め実験により求めておけば、加速度センサ20が受信した加速度信号から締固め密度を推定することができる。さらに、これらの情報は地盤の締固めと同時に取得することができるため、サンプリング試験等の人的作業を実施する必要がない。
Furthermore, if the relationship between the turbulence rate and the compaction density is determined in advance by experiments, the compaction density can be estimated from the acceleration signal received by the
さらに具体的に説明すると、締固めに伴う振動輪11の振動加速度の変化を、周波数スペクトルを用いて定量的な乱れ率として表し、この乱れ率と締固め密度との関係を予め実験により取得する。そして、乱れ率と締固め密度との関係に基づいて、振動輪11による転圧中に計測した乱れ率によって地盤の締固め密度に関する情報を取得する。
More specifically, the change in the vibration acceleration of the vibrating
一方、複数種類の振動ローラ10を想定して、地盤上で振動する振動輪11の運動を2自由度の振動モデルで等価に表現したシミュレーションモデルに基づいて得られた乱れ率と振動輪11の加速度波形の歪みに対応する指標との関係を予め取得しておく。
On the other hand, assuming a plurality of types of vibrating
そして、振動輪11による転圧中に計測した乱れ率から指標を求め、さらに、取得した指標と、振動ローラ10のフレーム(支持フレーム12)の質量(m1)と、振動輪11の質量(m2)と、振動輪11の振動数(f)と、起振力(F)とに基づいて地盤剛性(k2)に関する情報を取得するとともに、転圧に伴う地盤の鉛直方向の変化量の計測に基づく地盤沈下の収斂の情報を得る。これら複数の地盤締固めの進行を表す情報から、所定品質の地盤となっているか否かを評価することができる。乱れ率と振動ローラの諸元、ならびに地盤変形係数の関係式を下記式(3)に示す。なお、Eは地盤変形係数、νはポアソン比である。
Then, an index is obtained from the turbulence rate measured during rolling by the
<地盤剛性/締固め密度推定手段>
地盤剛性/締固め密度推定手段150は、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定するための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。上述したように、地盤の締固めに伴う乱れ率を取得することにより、地盤剛性または締固め密度を推定することができるため、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固めを終了する締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したか否かを判断することができる。
<Ground stiffness/compaction density estimation method>
The ground stiffness/compaction density estimation means 150 is a means for estimating the ground stiffness or compaction density of the ground to be compacted based on the relationship between the turbulence rate and the ground stiffness or compaction density. consists of programs installed in As described above, the soil stiffness or compaction density can be estimated by obtaining the turbulence rate associated with compaction of the ground. It can be determined whether the end compaction soil stiffness or end compaction density to end compaction has been reached.
また、取得した乱れ率により、現在の締固め層よりも下層における地盤剛性または締固め密度を推測できることが解っている。地盤の締固めは、複数層にわたって実施されるため、現在の締固め層だけではなく、現在の締固め層よりも下層の締固め層における乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係を加味することにより、より的確に地盤剛性または締固め密度を推定することができる。なお、撒き出し厚や撒き出し材料によっては、現在の締固め層よりも下層の締固め層における乱れ率を取得できない場合もあり、この場合には、現在の締固め層における乱れ率のみを使用して地盤剛性または締固め密度を推測することになる。 It is also known that the obtained turbulence rate can be used to estimate the soil stiffness or compaction density in the lower layer than the current compaction layer. Since the ground is compacted over multiple layers, the relationship between the turbulence rate and ground stiffness or compaction density in not only the current compaction layer but also the compaction layers below the current compaction layer is considered. By doing so, the soil stiffness or compaction density can be estimated more accurately. Depending on the thickness of the dumping layer and the material to be dumped, it may not be possible to acquire the turbulence rate of the compaction layer below the current compaction layer.In this case, only the turbulence rate of the current compaction layer is used. to estimate soil stiffness or compaction density.
<締固め終了指示手段>
締固め終了指示手段170は、予め定めた終了条件を満足した場合に、振動ローラ10による締固めの終了指示を行うための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。終了条件は、予め定めた締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したことであるが、差違情報における振動ローラ10の現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことを終了条件に加えてもよい。
<Compaction end instruction means>
The compaction end instruction means 170 is means for instructing the end of compaction by the vibrating
上述したように、締固めが進行して転圧面の剛性が高まってくると、振動輪11に対する転圧面からの反発力も高まる。また、乱れ率と地盤剛性または締固め密度とは相関関係を有している。したがって、乱れ率を用いて締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したか否かを判断して、締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達すると、走行制御手段160に対して締固め終了指示信号を発信する。さらに、走行経路情報と現在位置情報との差違量も、転圧面の剛性に関係しているため、差違情報における振動ローラ10の現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことを終了条件に加えてもよい。
As described above, as the compaction progresses and the rigidity of the rolling surface increases, the repulsive force from the rolling surface against the vibrating
<締固め終了地盤剛性または締固め終了密度>
締固め終了地盤剛性または締固め終了密度は、締固めを行う土木構造物の種類、締固め対象となる材料の種類等、種々の要因に基づいて適宜決定する。なお、過転圧となると土木構造物の強度が低下するため、締固め終了地盤剛性または締固め終了密度は、過転圧とならないように必要十分な地盤剛性または締固め密度を選択しなければならない。
<Soil stiffness at the end of compaction or density at the end of compaction>
The final compaction ground stiffness or the final compaction density is appropriately determined based on various factors such as the type of civil engineering structure to be compacted, the type of material to be compacted, and the like. In addition, since the strength of the civil engineering structure decreases when excessive rolling compaction occurs, the necessary and sufficient ground rigidity or compaction density must be selected for the final compaction soil rigidity or compaction completion density so as not to cause excessive compaction. not.
<再締固め指示手段>
再締固め指示手段180は、終了条件を満足していない箇所が存在する場合に、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラ10を走行させて再締固めを実施させるための手段であり、コンピュータ及びこれにインストールされたプログラムからなる。上述したように、締固めの終了条件を満足すると、走行制御手段160に対して締固め終了指示信号を発信して、振動ローラ10による締固めを終了する。
<Recompaction instruction means>
The re-compaction instructing means 180 is a means for performing re-compaction by running the vibrating
しかし、締固め対象領域の中で、締固めの終了条件を満足していない箇所(締固めが不十分な箇所)が存在する場合には、当該箇所に対して、さらに締固めを実施して、締固め対象領域の全域において適切な締固めを行う必要がある。そこで、再締固め指示手段180から走行制御手段160に対して、締固めの終了条件を満足していない箇所(締固めが不十分な箇所)を振動ローラ10が走行するように指示信号を出力して、締固め対象領域の全域において適切な地盤剛性または締固め密度となるようにしている。
However, if there are places in the area to be compacted that do not satisfy the completion conditions for compaction (places where compaction is insufficient), further compaction should be carried out for those places. , it is necessary to perform appropriate compaction over the entire area to be compacted. Therefore, an instruction signal is output from the re-compaction instruction means 180 to the travel control means 160 so that the vibrating
<締固め品質管理方法>
本発明の実施形態に係る締固め品質管理方法は、上述した締固め品質管理システム100を利用して、振動ローラ10を自動運転しながら締固め品質管理を行うための方法である。この締固め品質管理方法は、図2に示すように、予め記憶した振動ローラ10の走行経路情報を取得し(S1)、振動ローラ10の現在位置情報を取得し(S2)、走行経路情報と現在位置情報とを比較して、振動ローラ10の現在位置と取得した走行経路との差違情報を取得し(S3)、差違情報に基づいて、振動ローラ10の走行を制御する(S4)。
<Compaction quality control method>
The compaction quality control method according to the embodiment of the present invention is a method for performing compaction quality control while automatically operating the
続いて、締固め時に生じる振動輪11の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し(S5)、乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、地盤剛性または締固め密度を推定する(S6)。
Subsequently, the change in acceleration of the
続いて、予め定めた終了条件を満足しているか否かを判定し(S7)、終了条件を満足していれば、振動ローラ10による締固めの終了指示を行う(S8)。一方、終了条件を満足していない箇所が存在する場合には再締固め指示を行い(S9)、当該終了条件を満足していない箇所に対して振動ローラ10を走行させる。
Subsequently, it is determined whether or not a predetermined end condition is satisfied (S7), and if the end condition is satisfied, an instruction to end compaction by the vibrating
終了条件は、予め定めた締固め終了地盤剛性または締固め終了密度に達したこと、あるいはこれに加えて差違情報における振動ローラ10の現在位置と予め記憶した走行経路との差違量が所定値以上となったことである。なお、図2に示すフローチャートでは、再締固めを指示した後に走行経路情報の取得ステップ(S1)に戻って以降の処理を行っているが、再締固めの指示を受けた場合には、終了条件を満足していない箇所でのみ再締固め処理を行えばよい。
The end condition is that a predetermined compaction end ground stiffness or compaction end density is reached, or in addition, the amount of difference between the current position of the vibrating
<本発明の有利な効果>
本発明に係る振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム及び締固め品質管理方法の締固め対象は特に限定されないため、乱れ率から推定される地盤剛性または締固め密度を用いて、ほぼすべての締固め対象について適切な締固めを行うことができる。また、CSGを締固め対象とした場合には、目標となる剛性(設計強度から定まる剛性)を直接評価することが可能となる。
<Advantageous effects of the present invention>
Since the compaction target of the compaction quality control system and compaction quality control method by automatic operation of the vibrating roller according to the present invention is not particularly limited, using the ground stiffness or compaction density estimated from the turbulence rate, almost all Appropriate compaction can be performed for compaction targets. Moreover, when CSG is targeted for compaction, it is possible to directly evaluate the target stiffness (rigidity determined from the design strength).
10 振動ローラ
11 振動輪
12 支持フレーム
13 駆動輪
14 運転台
15 接続部
16 防振ゴム
20 加速度センサ
100 締固め品質管理システム
110 走行経路情報取得手段
120 現在位置情報取得手段
130 差違情報取得手段
140 乱れ率取得手段
150 地盤剛性/締固め密度推定手段
160 走行制御手段
170 締固め終了指示手段
180 再締固め指示手段
10
Claims (6)
予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得する走行経路情報取得手段と、
振動ローラの現在位置情報を取得する現在位置情報取得手段と、
前記走行経路情報と前記現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得する差違情報取得手段と、
前記差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御する走行制御手段と、
締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得する乱れ率取得手段と、
乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定する地盤剛性/締固め密度推定手段と、
推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行う締固め終了指示手段と、
を備えたことを特徴とする振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム。 A system for automatically operating vibrating rollers according to a pre-stored travel route and for managing compaction quality with the vibrating rollers,
Travel route information acquisition means for acquiring travel route information of the vibrating roller stored in advance;
current position information acquiring means for acquiring current position information of the vibrating roller;
difference information acquisition means for comparing the travel route information and the current position information to acquire difference information between the current position of the vibrating roller and a pre-stored travel route;
travel control means for controlling travel of the vibrating roller based on the difference information;
a turbulence rate acquiring means for acquiring a change in acceleration of the vibrating wheel that occurs during compaction as a turbulence rate of the frequency spectrum;
a ground stiffness/compaction density estimation means for estimating the ground stiffness or compaction density of the ground to be compacted based on the relationship between the turbulence rate and the ground stiffness or compaction density;
compaction end instruction means for instructing the end of compaction by the vibrating roller when the estimated ground stiffness or compaction density reaches a predetermined end condition;
A compaction quality control system by automatic operation of vibrating rollers, characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム。 The compaction end instruction means indicates that the estimated ground rigidity or compaction density has reached a predetermined end condition, and the amount of difference between the current position of the vibrating roller in the difference information and the pre-stored travel route. has reached a predetermined value or more as a termination condition,
The compaction quality control system by automatic operation of the vibrating roller according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項1または2に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理システム。 A re-compaction instructing means for performing re-compaction by running a vibrating roller on the location where the termination condition is not satisfied when there is a location where the termination condition is not satisfied,
3. A compaction quality control system by automatic operation of vibrating rollers according to claim 1 or 2, characterized in that:
予め記憶した振動ローラの走行経路情報を取得し、
振動ローラの現在位置情報を取得し、
前記走行経路情報と前記現在位置情報とを比較して、振動ローラの現在位置と予め記憶した走行経路との差違情報を取得し、
前記差違情報に基づいて、振動ローラの走行を制御し、
締固め時に生じる振動輪の加速度変化を周波数スペクトルの乱れ率として取得し、
乱れ率と地盤剛性または締固め密度との関係に基づいて、締固め対象地盤の地盤剛性または締固め密度を推定し、
推定した地盤剛性または締固め密度が予め定めた終了条件に達した場合に、振動ローラによる締固めの終了指示を行う、
ことを特徴とする振動ローラの自動運転による締固め品質管理方法。 A method for automatically driving a vibrating roller according to a pre-stored travel route and for managing compaction quality by the vibrating roller,
Acquiring the traveling route information of the vibrating roller stored in advance,
Get the current position information of the vibrating roller,
comparing the travel route information and the current position information to acquire difference information between the current position of the vibrating roller and a pre-stored travel route;
Based on the difference information, controlling the running of the vibrating roller,
Acquire the acceleration change of the vibrating wheel that occurs during compaction as the turbulence rate of the frequency spectrum,
Based on the relationship between turbulence rate and ground stiffness or compaction density, estimate the ground stiffness or compaction density of the ground to be compacted,
When the estimated ground stiffness or compaction density reaches a predetermined end condition, instruct the end of compaction by the vibrating roller,
A compaction quality control method by automatic operation of a vibrating roller characterized by:
ことを特徴とする請求項4に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理方法。 The end condition for instructing the end of compaction is that a predetermined compaction end ground stiffness or compaction end density is reached, and in addition, the current position of the vibrating roller in the difference information and the prestored travel route. The amount of difference is equal to or greater than a predetermined value,
The compaction quality control method by automatic operation of the vibrating roller according to claim 4 , characterized in that:
ことを特徴とする請求項4または5に記載の振動ローラの自動運転による締固め品質管理方法。 If there is a place where the end condition is not satisfied, running the vibrating roller on the place where the end condition is not satisfied;
6. The compaction quality control method by automatic operation of the vibrating roller according to claim 4 or 5, characterized in that:
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