JP2010008060A - 路面状態判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高精度に路面状態を判別することが可能な路面状態判別装置を提供する。
【解決手段】路面上における線状の経路に沿って或いは１点でレーザ光を照射しつつ、路面からの反射光を測定するレーザ測定装置と、路面温度を測定する温度測定装置と、レーザ測定装置の測定結果に所定の統計処理を施して得られる統計処理結果と路面温度に基づいて路面状態を判別する判別装置とを備えた路面状態判別装置とし、判別装置は、路面の雪が解けた場合に乾燥を含む路面状態を判別する第１の路面判別モードと、路面に雪が積もった場合に乾燥を除外して路面状態を判別する第２の路面判別モードとを路面状態の判別結果に応じて選択的に切り替えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路の路面状態を判別する路面状態判別装置に関する。

道路の路面状態を判別することは交通安全を確保するために極めて重要であり、離間した複数地点における道路の路面状態を自動的に判別するために表面状態判別装置が用いられる。この表面状態判別装置の判別結果を用いることで、例えば路面の凍結や積雪が生じたときにロードヒーティング、除雪、又は凍結防止材の散布等の対策を早期に行うことができる。また、表面状態判別装置の判別結果を道路情報として提供することで、例えば運転者が予めスタッドレスタイヤへのタイヤ交換又はチェーンの装着等の措置をとることができる。これらの対策や措置が早期に行われることで、交通事故の発生確率の減少につながる。

以下の特許文献１には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）から射出される赤外光を路面に照射し、その正反射光量と拡散反射光量との比を用いて路面状態を判定する路面状態判定方法が開示されている。また、以下の特許文献２には、対象物の湿潤度により赤外線吸収が大きく変化する測定光の赤外線と、対象物の湿潤度により赤外線吸収が小さく変化する参照光の赤外線とを対象物に照射して、反射する各赤外線の反射光強度に基づいて対象物の湿潤度を求める方法が開示されている。また、以下の特許文献３には、路面にレーザ光を照射して得られる反射光を受光することにより路面状態画像データを取得し、この路面状態画像データに基づいて路面状態を判別する路面状態監視装置が開示されている。
特開２００２−１９５９４０号公報 特開２００１−１４１６５０号公報 特開２００２−３９８６１号公報

ところで、本出願人は、大幅なコスト上昇を伴わずに単純な制御で被測定物の必要な範囲内の表面状態を高精度に判別し得る発明（表面状態判別装置）を、特願２００８−０５８３３５として出願している。この特願２００８−０５８３３５の発明は、被測定物（道路）の表面上における線状の経路に沿ってレーザ光を照射しつつ、路面からの反射光を測定し、その測定結果を用いて所定の統計処理を行い、当該統計処理の結果（例えば、反射強度の平均値）に基づいて路面状態を判別するものである。

図８（ａ）は、レーザ光の反射強度（正確には反射強度の平均値であるが、以下では単に反射強度と略す）及び路面温度に基づいて、「積雪」、「乾燥」、「凍結」、「湿潤」の４つの路面状態を判別するための原理を示す模式図である。この図８（ａ）に示すように、反射強度Ｒが閾値Ｒｔｈ１未満の場合、路面状態は「凍結」または「湿潤」であると判別でき、さらに、路面温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上の場合は「湿潤」、閾値Ｔｔｈ未満の場合は「凍結」であると判別できる。また、反射強度Ｒが、閾値Ｒｔｈ１以上且つ閾値Ｒｔｈ２未満の場合、路面状態は路面温度に拘わらず「乾燥」と判別できる。また、反射強度Ｒが、閾値Ｒｔｈ２以上且つ閾値Ｒｔｈ３未満の場合、路面状態は路面温度に拘わらず「積雪」と判別できる。なお、上記の反射強度Ｒに関する閾値Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ３及び路面温度Ｔに関する閾値Ｔｔｈは、実際に、路面状態と反射強度及び路面温度との関係を調査した結果に基づいて設定されるものである。

図８（ｂ）は、上述した原理に基づく路面判別処理を示すフローチャートである。この図８（ｂ）に示すように、まず、レーザ光を路面に照射して得られる反射強度Ｒと、閾値Ｒｔｈ１、Ｒｔｈ２、Ｒｔｈ３とが比較されて路面状態が判別される（ステップＳ１００）。すなわち、Ｒｔｈ２≦Ｒ＜Ｒｔｈ３の場合、路面状態は「積雪」と判別される（ステップＳ１０１）。また、Ｒｔｈ１≦Ｒ＜Ｒｔｈ２の場合、路面状態は「乾燥」と判別される（ステップＳ１０２）。一方、Ｒ＜Ｒｔｈ１の場合は、路面温度Ｔと閾値Ｔｔｈとが比較され（ステップＳ１０３）、Ｔ＜Ｔｔｈの場合、路面状態は「凍結」と判別され（ステップＳ１０４）、Ｔ≧Ｔｔｈの場合、路面状態は「湿潤」と判別される（ステップＳ１０５）。

ところが、本出願人が路面状態と反射強度及び路面温度との関係を詳細に調査した結果、図９に示すように、反射強度Ｒの広い範囲に亘って路面凍結が発生することが確認され、上述のような路面判別処理では路面状態が「凍結」であるにも拘わらず、「乾燥」や「積雪」と誤判別される虞があることがわかった。

また、実際に路面状態が「積雪」から雪が溶けて「湿潤」に変化する過程において、「積雪」→「乾燥」→「湿潤」となることはあり得ず、必ず「積雪」→「湿潤」→「乾燥」と変化するはずである。しかしながら、図８（ｂ）からわかるように、路面状態が「積雪」から「湿潤」に変化する場合、反射強度Ｒは必ずＲｔｈ１≦Ｒ＜Ｒｔｈ２の範囲を通過することになり、その際に路面状態を「乾燥」と誤判定してしまう虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、より高精度に路面状態を判別することが可能な路面状態判別装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、路面状態判別装置に係る第１の解決手段として、路面上における線状の経路に沿って或いは１点でレーザ光を照射しつつ、路面からの反射光を測定するレーザ測定装置と、路面温度を測定する温度測定装置と、前記レーザ測定装置の測定結果に所定の統計処理を施して得られる統計処理結果と前記路面温度に基づいて路面状態を判別する判別装置とを備え、前記判別装置は、路面の雪が解けた場合に乾燥を含む路面状態を判別する第１の路面判別モードと、路面に雪が積もった場合に乾燥を除外して路面状態を判別する第２の路面判別モードとを路面状態の判別結果に応じて選択的に切り替えることを特徴とする。

また、本発明では、路面状態判別装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記判別装置は、所定サンプリング周期で前記路面温度をサンプリングし、所定値以上の路面温度を所定時間区間について積算する機能を有し、前記第１の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を乾燥または凍結と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が乾燥であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を乾燥と判別する一方、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が乾燥以外であって、前記路面温度の積算値が閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を乾燥と判別し、前記路面温度の積算値が閾値未満であれば凍結と判別することを特徴とする。

また、本発明では、路面状態判別装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記判別装置は、前記路面温度の積算値が閾値未満であって、前記路面温度の現在値が第１の凍結判別閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の現在値が第１の凍結判別閾値以上であれば乾燥と判別する。
また、前記第１の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を湿潤または凍結と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を湿潤と判別する一方、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であれば凍結と判別する。
また、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であって、前記路面温度の積算値が閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の積算値が閾値以上であれば湿潤と判別する。
また、前記第１の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を積雪と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を積雪と判別する一方、連続して積雪と判別された回数が所定数に達した場合に前記第２の路面判別モードに切替える。
また、前記第２の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を湿潤または凍結と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であって、前記統計処理結果が第１の判別閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を湿潤と判別し、前記統計処理結果が第１の判別閾値未満であって、連続して前記統計処理結果が第１の判別閾値未満となった回数が所定数に達していない場合に、今回の路面判別タイミングの路面状態を湿潤と判別する一方、連続して前記統計処理結果が第１の判別閾値未満となった回数が所定数に達した場合に湿潤と判別すると共に前記第１の路面判別モードに切替える。
また、前記第２の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を凍結または積雪と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であれば積雪と判別する。
また、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であって、前記統計処理結果が第２の判別閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を積雪と判別する一方、前記統計処理結果が第２の判別閾値未満であれば湿潤と判別する。
さらに、前記第２の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を積雪と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を積雪と判別する。

本発明では、路面の雪が解けた場合に乾燥を含む路面状態を判別する第１の路面判別モードと、路面に雪が積もった場合に乾燥を除外して路面状態を判別する第２の路面判別モードとを路面状態の判別結果に応じて選択的に切り替える。つまり、路面状態が「積雪」から「湿潤」に変化する過程では、乾燥を除外して路面状態を判別する第２の路面判別モードが使用されることになるため、特願２００８−０５８３３５で問題となっていた、路面状態が「積雪」から「湿潤」に変化する過程で路面状態を「乾燥」と誤判定してしまうことを防止することができる。

また、本発明では、第１の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を乾燥または凍結と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が乾燥であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を乾燥と判別する一方、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が乾燥以外であって、路面温度の積算値が閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を乾燥と判別し、路面温度の積算値が閾値未満であれば凍結と判別するため、特願２００８−０５８３３５で問題となっていた、路面状態が「凍結」であるにも拘わらず、「乾燥」と誤判別されることを防止することができる。

また、本発明では、第２の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を凍結または積雪と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であれば積雪と判別するため、特願２００８−０５８３３５で問題となっていた、路面状態が「凍結」であるにも拘わらず、「積雪」と誤判別されることを防止することができる。

以上のように本発明によれば、より高精度に路面状態を判別することが可能な路面状態判別装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による路面状態判別装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による路面状態判別装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の路面状態判別装置１は、レーザ測定装置１１、路面温度計１２（温度測定装置）、及び制御処理装置１３を備えており、レーザ測定装置１１及び路面温度計１２の測定結果に基づいて路面状態を判別し、その判別結果を示す判別信号Ｄ１を出力する。

レーザ測定装置１１は、レーザセンサ１１ａと駆動装置１１ｂとを備えており、路面に予め設定された計測エリアＭＡ（図３（ｂ）参照）に対してレーザ光を照射するとともに、その反射光を受光して計測エリアにおけるレーザ光の反射強度を測定し、その測定結果を示す信号Ｓ１を出力する。尚、詳細は後述するが、路面に設定された計測エリアは線状の経路であり、レーザ測定装置１１はこの経路に沿ってレーザ光を照射しつつレーザ光の反射強度を測定する。駆動装置１１ｂは、レーザ駆動装置１１から射出されたレーザ光が、路面に設定された線状の経路に沿って移動するようにレーザセンサ１１ａを揺動させる。この駆動部１１ｂは、制御処理装置１３から出力される制御信号Ｃ１に基づいてレーザセンサ１１ａを駆動する。

図２は、レーザ測定装置１１の外観を模式的に示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。図２に示すレーザ測定装置１１は、レーザセンサ１１ａと、レーザセンサ１１ａをモータ駆動により揺動させる駆動装置１１ｂと、レーザセンサ１１ａを揺動可能に支持するとともに駆動装置１１ｂを固定支持する支持部材２１とを備える。

支持部材２１は、平板状の第１支持板２１ａと、第１支持板２１ａの一端において第１支持板２１ａに対して直交するように取り付けられた平板状の第２支持板２１ｂとを備えるＬ字形状の部材である。第１支持板２１ａの第２支持板２１ｂが取り付けられた面の略中央部には、レーザセンサ１１ａを揺動可能に支持する略円錐形状の支点２２が設けられている。

レーザセンサ１１ａは、外形形状が直方体形状であって、正面に配置された射出口Ｈからレーザ光Ｌを射出する。このレーザセンサ１１ａは、支持部材２１に設けられた支点２２によって、支点２２を中心として支持板２１ａに平行な面内で揺動可能に支持されている。つまり、図２（ａ）中の符号ｄを付した方向に揺動可能である。また、レーザセンサ１１ａの上面であって、射出口Ｈが形成されている端部とは反対側の端部には、溝の方向がレーザ光Ｌの射出方向に沿うように設定されたラック２３が取り付けられている。

駆動装置１１ｂは、モータ２４と、モータ２４の回転軸に取り付けられた平歯車２５とからなる。モータ２４は、回転軸がレーザ光Ｌの射出方向に沿う方向に設定され、且つ回転軸に取り付けられた平歯車２５がレーザセンサ１１ａに取り付けられたラック２３と噛み合うように支持部材２１の第２支持板２１ｂに固定支持されている。モータ２４の回転軸に取り付けられた平歯車２５及びレーザセンサ１１ａに取り付けられたラック２３によって、モータ２４の回転運動がレーザ光Ｌの射出方向と交差する方向の直線運動に変換される。

このため、モータ２４の正転と反転とを切り替えることにより、支点２２を中心としてレーザセンサ１１ａを揺動させることができる。尚、支持部材２１の第１支持板２１ａに傾きがある場合には、平歯車２５とラック２３との噛み合わせが外れて、第１支持板２１ａに平行な面とは異なる面内でレーザセンサ１１ａが揺動することが考えられる。このため、レーザセンサ１１ａの動きを支点２２を中心とした第１支持板２１ａに平行な面内における回転運動（揺動）に規制するガイドレール等を設けるのが望ましい。

図３は、レーザ測定装置１１の設置例を示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。図３（ａ）に示す通り、レーザ測定装置１１は、路面Ｒに対して垂直に延びる支柱Ｐに路面Ｒを俯瞰するように取り付けられる。ここで、レーザ測定装置１１は、設置高さｈが例えば５．２ｍであって、設置角度（路面Ｒに対するレーザ光の照射角度）θが例えば２０°になるように支柱Ｐに取り付けられる。このとき、図３（ｂ）に示す通り、レーザ測定装置１１から路面Ｒに設定された計測エリアＭＡ（レーザ光が照射される路面Ｒ上に設定された経路）までの平面視における距離Ｇは、約１．９ｍになる。

また、路面Ｒ上に設定される計測エリアＭＡの長さｌは、３０ｃｍ程度に設定される。
かかる長さに設定するのは、路面状態を観測する場合には車両の安全確保を目的とするために路面Ｒに形成された轍Ｗ（図３（ａ）参照）を計測することが多く、轍Ｗの幅は３０〜５０ｃｍ程度になるからである。尚、轍Ｗを計測する場合には、計測エリアＭＡは、轍Ｗに沿うように（轍Ｗ内に収まれば轍Ｗの長手方向に対して斜め方向であっても良い）設定される。計測エリアＭＡの長さｌが３０ｃｍである場合には、レーザ光を振る角度φ（即ち、レーザセンサ１１ａを揺動させる角度）が±４．５°程度になる。

レーザ測定装置１１は、制御処理装置１３の制御の下で、予め設定された計測間隔毎（路面判別タイミング毎）に、駆動装置１１ｂの駆動によりレーザセンサ１１ａを揺動させてレーザセンサ１１ａからのレーザ光Ｌを計測エリアＭＡに沿って照射しつつ、路面Ｒからの反射光を測定する。図４は、計測エリアＭＡ上におけるレーザ測定装置１１の計測点の一例を示す図である。図４に示す通り、計測エリアＭＡに沿って複数の計測点ＭＰ１〜ＭＰｎが設定されており、レーザ計測装置１１はこれら計測点ＭＰ１〜ＭＰｎにおける反射光の強度を測定する。

尚、計測エリアＭＡ上における計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの数、位置、間隔は任意でよい。
また、これら計測点ＭＰ１〜ＭＰｎは必ずしも固定である必要はなく、計測毎に異なる位置に設定されても良い。例えば、計測エリアＭＡ上においてレーザ光Ｌを往復させる場合に、往路のときの計測点と復路のときの計測点とを異なる位置に設定しても良い。また、往路と復路で計測点の数を異ならせても良い。

図１に戻り、路面温度計１２は、道路の路面Ｒ又は路面Ｒの近傍の温度を測定し、その測定結果を示す信号Ｓ２を出力する。路面温度計１２は、例えば道路上に設定されたレーザセンサ１１の計測エリアＭＡ内又はその近傍に配置され、道路に埋設されることにより道路の路面又は路面近傍の温度を測定する。この路面温度計１２としては、例えば温度に対して抵抗値が変化するサーミスタ、リニア抵抗器、又は白金測温抵抗体等を用いることができる。

制御処理装置１３は、信号処理部１３ａ（判別装置）及び送信部１３ｂを備えており、レーザ測定装置１１及び路面温度計１２の測定結果に基づいて道路の路面状態を判別して判別信号Ｄ１を外部に送信するとともに、レーザ測定装置１１に設けられた駆動装置１１ｂを制御する。信号処理部１３ａは、レーザ測定装置１１からの信号Ｓ１及び路面温度計１２からの信号Ｓ２を入力としており、レーザ測定装置１１からの信号Ｓ１に所定の統計処理を施して得られる統計処理結果と路面温度に基づいて路面状態を判別する。

この信号処理部１３ａは、路面の雪が解けた場合に「乾燥」を含む路面状態を判別する第１の路面判別モードと、路面に雪が積もった場合に「乾燥」を除外して路面状態を判別する第２の路面判別モードとを、路面状態の判別結果に応じて選択的に切り替える機能を有している。さらに、この信号処理部１３ａは、所定のサンプリング周期で路面温度をサンプリングし、所定値（例えば０°Ｃ）以上の路面温度を所定時間区間について積算する機能を有している。所定時間区間とは、例えば午前８時から翌日の午前８時までの２４時間であり、翌日の午前８時に達した時点で路面温度の積算値はリセットされるものとする。

送信部１３ｂは、信号処理部１３ａの判別結果を判別信号Ｄ１として外部に送信する。ここで、制御処理装置１３は、例えば有線又は無線によって道路の路面状態を統括して監視する監視センター等に接続されており、送信部１３ｂから送信される判別信号Ｄ１は、監視センターに収集される。尚、本実施形態では、説明を簡単にするために、送信部１３ｂが判別信号Ｄ１のみを外部に送信する場合を例に挙げて説明するが、判別信号Ｄ１に加えレーザ測定装置１１の測定結果や路面温度計１２の測定結果、或いは、レーザ測定装置１１に関する制御情報（例えば、振れ角等）を送信しても良い。

次に、上記のように構成された路面状態判別装置１の動作について詳細に説明する。
上記構成において、予め設定された所定の計測間隔が経過して、今回の路面判別タイミングが到来すると、制御処理装置１３からレーザ測定装置１１に対して制御信号Ｃ１が出力され、これにより駆動装置１１ｂによってレーザセンサ１１ａが駆動されて路面Ｒの計測が行われる。つまり、駆動装置１１ｂによってレーザセンサ１１ａが揺動されることによってレーザセンサ１１ａから射出されたレーザ光Ｌが計測エリアＭＡに沿って路面Ｒ上に照射され、レーザ光Ｌが図４を用いて説明した計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの各々に照射された時点でレーザ光Ｌの反射強度が測定される。

計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの各々における反射強度の測定結果は信号Ｓ１として制御処理装置１３の信号処理部１３ａに入力され、この信号処理部１３ａは、計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの各々における反射強度の測定結果のうち、値が最も大きな所定個の測定結果と値が最も小さな所定個の測定結果とを除外した残りの測定結果の平均値を求める処理を上記の統計処理として行う。以下、図５を参照して信号処理部１３ａで行われる統計処理について具体的に説明する。

図５に示す通り、信号処理部１３ａに反射強度を示す１０個のデータ（データ番号「１」〜「１０」）が入力されたとする。信号処理部１３ａは、まず反射強度が最も大きさ２つのデータ（データ番号「３」、「９」のデータ）と、反射強度が最も小さな２つのデータ（データ番号「１」、「２」のデータ）とを除外し、次いで残りの６つのデータ（データ番号「４」〜「８」、「１０」）の平均値を求める処理を行う。ここで、データ番号「３」、「９」のデータは、他のデータに比べて反射強度が高くなっているが、これは路面Ｒ上の異物（例えば、落ち葉）の影響を受けたものであると考えられる。

図５に示す１０個のデータ全ての平均値を求めると図中の平均値ＡＶ１になるが、これに対し、除外処理を行った上での平均値（データ番号「４」〜「８」，「１０」の平均値）を求めると図中の平均値ＡＶ２になり、平均値ＡＶ１よりも大きく値が小さくなっているのが分かる。このように、値が最も大きな数個のデータ及び値が最も小さな数個のデータを除外した上で平均値を求めることで、路面Ｒ上に一時的に存在する落ち葉等の異物等による測定精度の悪化を防止することができる。

このように、信号処理部１３ａは、今回の路面判別タイミングにおいて、レーザ測定装置１１の測定結果の統計処理結果として、レーザ光の反射強度の平均値ＡＶ２を得る。以下では、説明の便宜上、統計処理結果である反射強度の平均値ＡＶ２を、単に反射強度Ｒと略す。一方、路面温度計１２による路面温度の測定は、路面判別タイミングに関係なく常時行われており、信号処理部１３ａは、上記の統計処理と平行して所定のサンプリング周期で路面温度をサンプリングし、所定値（０°Ｃ）以上の路面温度を所定時間区間（午前８時〜翌日午前８時）について積算している。

信号処理部１３ａは、上記のように、今回の路面判別タイミングの統計処理結果（つまり反射強度Ｒ）を取得すると、現在の路面判別モード（第１の路面判別モードまたは第２の路面判別モード）に応じた路面判別処理を実行する。この信号処理部１３ａにおける路面判別モードは、前回の路面判別タイミングにおける路面状態の判別結果に応じて選択的に切替わるものであるが、路面状態判別装置１の電源投入直後の初期状態では、予め第１の路面判別モードまたは第２の路面判別モードのいずれかに設定されている。

図６は、第１の路面判別モード時に信号処理部１３ａが実行する路面判別処理を表すフローチャートである。なお、この第１の路面判別モードは、路面の雪が解けた場合に「乾燥」を含む路面状態を判別するためのモードである。
この図６に示すように、信号処理部１３ａは、第１の路面判別モードにおいて、まず、統計処理結果である反射強度Ｒがレベル１（ＬＶ１）、レベル２（ＬＶ２）、レベル３（ＬＶ３）、レベル４（ＬＶ４）のどれに含まれるか判定する（ステップＳ１）。

ここで、ＬＶ１〜ＬＶ４とは、図９に示す路面状態と反射強度Ｒ及び路面温度Ｔとの関係を基に予め設定されている。すなわち、ＬＶ１は、図９に示すように、路面状態を「湿潤」または「凍結」と判別すべき閾値範囲（Ｒ＜Ｒｔｈ１）に相当する。また、ＬＶ２は、路面状態を「乾燥」または「凍結」と判別すべき閾値範囲（Ｒｔｈ１≦Ｒ＜Ｒｔｈ２）に相当する。また、ＬＶ３は、路面状態を「凍結」または「積雪」と判別すべき閾値範囲（Ｒｔｈ２≦Ｒ＜Ｒｔｈ３）に相当する。ＬＶ４は、路面状態を「積雪」と判別すべき閾値範囲（Ｒ≧Ｒｔｈ３）に相当する。

上記ステップＳ１において、信号処理部１３ａは、反射強度ＲがＬＶ２に含まれると判定した場合、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が「乾燥」であったか否かを判定し（ステップＳ２）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「乾燥」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ３）。これは、反射強度ＲがＬＶ２に含まれ、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が「乾燥」であれば、今回の路面状態も「乾燥」である可能性が高いからである。

一方、上記ステップＳ２において、「Ｎｏ」の場合、つまり前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が「乾燥」以外であった場合、信号処理部１３ａは、路面温度の積算値が閾値（例えば１００）以上か否かを判定し（ステップＳ４）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「乾燥」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ５）。これは、反射強度ＲがＬＶ２に含まれ、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が「乾燥」以外であったとしても、路面温度の積算値が一定値以上であれば路面状態は「乾燥」である可能性が高いからである。

また、上記ステップＳ４において、「Ｎｏ」の場合、つまり路面温度の積算値が閾値未満の場合、信号処理部１３ａは、路面温度Ｔの現在値が第１の凍結判別閾値Ｔｔｈ１（例えば０°Ｃ）未満か否かを判定し（ステップＳ６）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「凍結」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ７）。一方、このステップＳ７において、「Ｎｏ」の場合、つまり路面温度Ｔの現在値が第１の凍結判別閾値Ｔｔｈ１以上の場合、信号処理部１３ａは、今回の路面判別タイミングの路面状態を「乾燥」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ８）。

このように、ステップＳ４で路面温度の積算値が閾値未満と判定された場合は、基本的に路面状態は「凍結」である可能性が高いが、本実施形態では、より判別精度の向上を図るために、さらにステップＳ６を設けて、路面温度Ｔの現在値が第１の凍結判断閾値Ｔｔｈ１未満の場合に「凍結」と判別している。従って、このステップＳ６は必ずしも設ける必要はなく、ステップＳ４で路面温度の積算値が閾値未満と判定された場合は、即座に路面状態は「凍結」であると判別するようにしても良い。

上記のようなステップＳ１〜Ｓ８によって、特願２００８−０５８３３５で問題となっていた路面状態が「凍結」であるにも拘わらず「乾燥」と誤判別することを防止することが可能となる。

一方、上記ステップＳ１において、信号処理部１３ａは、反射強度ＲがＬＶ１に含まれると判定した場合、路面温度Ｔの現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２（例えば−２°Ｃ）以上か否かを判定し（ステップＳ９）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「湿潤」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ１０）。

また、上記ステップＳ９において、「Ｎｏ」の場合、つまり路面温度Ｔの現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２未満の場合、信号処理部１３ａは、路面温度の積算値が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ１１）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「湿潤」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ１２）。一方、上記ステップＳ１１において、「Ｎｏ」の場合、つまり路面温度の積算値が閾値未満の場合、信号処理部１３ａは、今回の路面判別タイミングの路面状態を「凍結」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ１３）。

このように、ステップＳ９で路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２未満と判定された場合は、基本的に路面状態は「凍結」である可能性が高いが、本実施形態では、より判別精度の向上を図るために、さらにステップＳ１１を設けて、路面温度の積算値が閾値未満の場合に「凍結」と判別している。従って、このステップＳ１１は必ずしも設ける必要はなく、ステップＳ９で路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２未満と判定された場合は、即座に路面状態は「凍結」であると判別するようにしても良い。

一方、ステップＳ１において、信号処理部１３ａは、反射強度ＲがＬＶ３またはＬＶ４に含まれると判定した場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「積雪」と判別すし（ステップＳ１４）、さらに、連続して「積雪」と判別された回数が所定数（例えば１０回）に達したか否かを判定する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５において、「Ｎｏ」の場合、つまり連続して「積雪」と判別された回数が所定数に達していない場合、信号処理部１３ａは、路面状態を「積雪」と判別したまま路面判別処理を終了する。一方、上記ステップＳ１５において、「Ｙｅｓ」の場合、つまり連続して「積雪」と判別された回数が所定数に達した場合、信号処理部１３ａは、路面判別モードを第２の路面判別モードに切り替えて路面判別処理を終了する（ステップＳ１６）。

このように、連続して「積雪」と判別された回数が所定数に達した場合、路面上には確実に雪が積もっていると判別できるため、第２の路面判別モードに切り替えて、次回の路面判別タイミングが到来した際には、第２の路面判別モードに応じた路面判別処理を実行する。なお、それ以外のステップＳ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１３において、路面状態の判別結果が確定した場合、及びステップＳ１５において「Ｎｏ」の判定結果になった場合では路面判別モードの切り替えは行わず、次回の路面判別タイミングが到来した際も同様に第１の路面判別モードに応じた路面判別処理を実行する。

図７は、第２の路面判別モード時に信号処理部１３ａが実行する路面判別処理を表すフローチャートである。なお、この第２の路面判別モードは、路面に雪が積もった場合に「乾燥」を除外して路面状態を判別するためのモードである。
図７に示すように、信号処理部１３ａは、第２の路面判別モードにおいて、まず、統計処理結果である反射強度ＲがＬＶ１、ＬＶ２、ＬＶ３、ＬＶ４のどれに含まれるか判定する（ステップＳ２０）。

上記ステップＳ２０において、信号処理部１３ａは、反射強度ＲがＬＶ１に含まれると判定した場合、路面温度Ｔの現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２未満か否かを判定し（ステップＳ２１）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「凍結」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ２２）。一方、上記ステップＳ２１において、「Ｎｏ」の場合、つまり路面温度Ｔの現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２以上の場合、信号処理部１３ａは、反射強度Ｒが第１の判別閾値ＲＭ１以上か否かを判定し（ステップＳ２３）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「湿潤」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ２４）。なお、第１の判別閾値ＲＭ１は、路面に積もっている雪が確実に解けているか否かを判別可能な程度の値に設定されている。

また、上記ステップＳ２３において、「Ｎｏ」の場合、つまり反射強度Ｒが第１の判別閾値ＲＭ１未満の場合、信号処理部１３ａは、連続して反射強度Ｒが第１の判別閾値ＲＭ１未満となった回数が所定数（例えば１０回）に達したか否かを判定し（ステップＳ２５）、「Ｎｏ」の場合、ステップＳ２４に移行し、今回の路面判別タイミングの路面状態を「湿潤」と判別して路面判別処理を終了する。一方、上記ステップＳ２５において、「Ｙｅｓ」の場合、つまり連続して反射強度Ｒが第１の判別閾値ＲＭ１未満となった回数が所定数に達した場合、信号処理部１３ａは、今回の路面判別タイミングの路面状態を「湿潤」と判別し（ステップＳ２６）、さらに、路面判別モードを第１の路面判別モードに切り替えて路面判別処理を終了する（ステップＳ２７）。

このように、ステップＳ２１で路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２以上と判定された場合、基本的に路面状態は「湿潤」である可能性が高いが、本実施形態では、第１の路面判別モードへの切り替え要因として、路面に積もっている雪が確実に解けているか否かを判別するために、さらにステップＳ２３とＳ２５を設けている。すなわち、路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２以上であって、さらに、反射強度Ｒが第１の判別閾値ＲＭ１未満であり、且つ連続して反射強度Ｒが第１の判別閾値ＲＭ１未満となった回数が所定数に達した場合に、路面に積もっている雪が確実に解けたと判別して第１の路面判別モードに切り替えている。なお、ステップＳ２５は必ずしも設ける必要ではなく、ステップＳ２３で反射強度Ｒが第１の判別閾値ＲＭ１未満であると判定された場合、即座に今回の路面判別タイミングの路面状態を「湿潤」と判別し、路面判別モードを第１の路面判別モードに切り替えて路面判別処理を終了するようにしても良い。

一方、ステップＳ２０において、信号処理部１３ａは、反射強度ＲがＬＶ２またはＬＶ３に含まれると判定した場合、路面温度Ｔの現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２未満か否かを判定し（ステップＳ２８）、「Ｙｅｓ」の場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「凍結」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ２９）。一方、上記ステップＳ２８において、「Ｎｏ」の場合、つまり路面温度Ｔの現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２以上の場合、信号処理部１３ａは、反射強度Ｒが第２の判別閾値ＲＭ２以上か否かを判定する（ステップＳ３０）。なお、第２の判別閾値ＲＭ２は、路面状態が「積雪」か「湿潤」かを判別可能な程度の値に設定されている。

上記ステップＳ３０において、「Ｙｅｓ」の場合、信号処理部１３ａは、今回の路面判別タイミングの路面状態を「積雪」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ３１）。また、上記ステップＳ３０において、「Ｎｏ」の場合、つまり反射強度Ｒが第２の判別閾値ＲＭ２未満の場合、信号処理部１３ａは、今回の路面判別タイミングの路面状態を「湿潤」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ３１）。

このように、ステップＳ２８で路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２以上と判定された場合は、基本的に路面状態は「積雪」である可能性が高いが、本実施形態では、より判別精度の向上を図るために、さらにステップＳ３０を設けて、反射強度Ｒが第２の判別閾値ＲＭ２以上の場合に「積雪」と判別している。従って、このステップＳ３０は必ずしも設ける必要はなく、ステップＳ２８で路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値Ｔｔｈ２以上と判定された場合は、即座に路面状態は「積雪」であると判別するようにしても良い。

上記のようなステップＳ２８〜Ｓ３２によって、特願２００８−０５８３３５で問題となっていた路面状態が「凍結」であるにも拘わらず「積雪」と誤判別することを防止することが可能となる。

一方、ステップＳ２０において、信号処理部１３ａは、反射強度ＲがＬＶ４に含まれると判定した場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を「積雪」と判別して路面判別処理を終了する（ステップＳ３３）。

このように、第２の路面判別モードでは、路面に積もっている雪が確実に解けていると判別された場合に第１の路面判別モードに切り替え、次回の路面判別タイミングが到来した際には、第１の路面判別モードに応じた路面判別処理（図６参照）を実行する。なお、それ以外のステップＳ２２、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２９、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３において、路面状態の判別結果が確定した場合、路面判別モードの切り替えは行わず、次回の路面判別タイミングが到来した際も同様に第２の路面判別モードに応じた路面判別処理を実行する。

以上説明した第１の路面判別モードまたは第２の路面判別モードに応じた路面判別処理が、路面判別タイミングが到来する毎に実行されて、それぞれの路面判別タイミングにおける路面状態が時系列的に判別され、その判別結果は送信部１３ｂに出力されて判別信号Ｄ１として監視センター等に送信されることになる。

以上のように、本実施形態では、路面の雪が解けた場合に「乾燥」を含む「湿潤」、「凍結」、「積雪」の路面状態を判別する第１の路面判別モードと、路面に雪が積もった場合に「乾燥」を除いた「湿潤」、「凍結」、「積雪」のみの路面状態を判別する第２の路面判別モードとを切り替えながら路面状態を判別している。つまり、路面状態が「積雪」から「湿潤」に変化する過程では、第２の路面判別モードが使用されることになるため、特願２００８−０５８３３５で問題となっていた、路面状態が「積雪」から「湿潤」に変化する過程で路面状態を「乾燥」と誤判定してしまうことを防止することができる。
また、上述したように、本実施形態では、特願２００８−０５８３３５で問題となっていた、路面状態が「凍結」であるにも拘わらず「積雪」または「乾燥」と誤判別することを防止することが可能となる。

従って、本実施形態によれば、より高精度に路面状態を判別することが可能な路面状態判別装置１を提供することが可能である。
なお、本出願人は、上述した路面状態判別装置１を用いて、実際に所定地域における路面状態の判別実験を行った結果、正解率９３．３％、安全側誤判別率５．９％、危険側誤判別率０．８％という実験結果を得ている。この実験結果は、特願２００８−０５８３３５と比較して正解率が向上し、誤判定率が低下している。

以上、本発明の一実施形態に係る路面状態判別装置１について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、道路の路面温度を測定する路面温度計１２がサーミスタ、リニア抵抗器、又は白金測温抵抗体等であり道路に埋設される場合について説明した。しかしながら、路面温度計１２としては非接触センサ、放射温度計、その他の各種温度計を用いることができ、道路の路面温度を路面に対して離間した位置から測定することも可能である。

また、上記実施形態では、レーザセンサ１１ａを揺動させて計測エリアＭＡに沿って設定された複数の計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの測定を行っていた。しかしながら、コストの大幅な上昇を招かなければ、複数のレーザセンサを設けるとともに駆動装置１１ｂを省略した構成にすることが可能である。また、レーザセンサにより計測される積雪深さや、路面温度計１２以外の他の気象センサによる計測値を用いることで、より高精度の路面状態判別が可能である。

本発明の一実施形態による表面状態判別装置の要部構成を示すブロック図である。 レーザ測定装置１１の外観を模式的に示す図である。 レーザ測定装置１１の設置例を示す図である。 計測エリアＭＡ上におけるレーザ測定装置１１の計測点の一例を示す図である。 信号処理部１３ａで行われる統計処理を説明するための図である。 信号処理部１３ａにおいて第１の路面判別モード時に実行される路面判別処理を表すフローチャートである。 信号処理部１３ａにおいて第２の路面判別モード時に実行される路面判別処理を表すフローチャートである。 先に出願した発明の問題点を説明するための第１説明図である。 先に出願した発明の問題点を説明するための第２説明図である。

符号の説明

１…路面状態判別装置、１１…レーザ測定装置、１１ａ…レーザセンサ、１１ｂ…駆動装置、１２…路面温度計、１３ａ…信号処理部、Ｌ…レーザ光、ＭＡ…計測エリア

Claims (3)

1. 路面上における線状の経路に沿って或いは１点でレーザ光を照射しつつ、路面からの反射光を測定するレーザ測定装置と、
   路面温度を測定する温度測定装置と、
   前記レーザ測定装置の測定結果に所定の統計処理を施して得られる統計処理結果と前記路面温度に基づいて路面状態を判別する判別装置とを備え、
   前記判別装置は、路面の雪が解けた場合に乾燥を含む路面状態を判別する第１の路面判別モードと、路面に雪が積もった場合に乾燥を除外して路面状態を判別する第２の路面判別モードとを路面状態の判別結果に応じて選択的に切り替えることを特徴とする路面状態判別装置。
2. 前記判別装置は、所定サンプリング周期で前記路面温度をサンプリングし、所定値以上の路面温度を所定時間区間について積算する機能を有し、
   前記第１の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を乾燥または凍結と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が乾燥であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を乾燥と判別する一方、前回の路面判別タイミングの路面状態判別結果が乾燥以外であって、前記路面温度の積算値が閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を乾燥と判別し、前記路面温度の積算値が閾値未満であれば凍結と判別することを特徴とする請求項１記載の路面状態判別装置。
3. 前記判別装置は、前記路面温度の積算値が閾値未満であって、前記路面温度の現在値が第１の凍結判別閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の現在値が第１の凍結判別閾値以上であれば乾燥と判別し、
   前記第１の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を湿潤または凍結と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を湿潤と判別する一方、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であれば凍結と判別し、
   前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であって、前記路面温度の積算値が閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の積算値が閾値以上であれば湿潤と判別し、
   前記第１の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を積雪と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を積雪と判別する一方、連続して積雪と判別された回数が所定数に達した場合に前記第２の路面判別モードに切替え、
   前記第２の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を湿潤または凍結と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であって、前記統計処理結果が第１の判別閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を湿潤と判別し、前記統計処理結果が第１の判別閾値未満であって、連続して前記統計処理結果が第１の判別閾値未満となった回数が所定数に達していない場合に、今回の路面判別タイミングの路面状態を湿潤と判別する一方、連続して前記統計処理結果が第１の判別閾値未満となった回数が所定数に達した場合に湿潤と判別すると共に前記第１の路面判別モードに切替え、
   前記第２の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を凍結または積雪と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値未満であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を凍結と判別する一方、前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であれば積雪と判別し、
   前記路面温度の現在値が第２の凍結判別閾値以上であって、前記統計処理結果が第２の判別閾値以上であれば今回の路面判別タイミングの路面状態を積雪と判別する一方、前記統計処理結果が第２の判別閾値未満であれば湿潤と判別し、
   前記第２の路面判別モードにおいて、今回の路面判別タイミングにて得られた統計処理結果が、路面状態を積雪と判別すべき閾値範囲に含まれていた場合、今回の路面判別タイミングの路面状態を積雪と判別することを特徴とする請求項２記載の路面状態判別装置。

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