JP3248422B2 - トンネル進入車両台数の計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車道トンネル
等の換気設備を有するトンネルの換気制御に用いられる
トンネル進入車両台数の計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車道トンネル等は、換気設備
として、ジェットファン，ブースタファン，立坑送排風
機，集塵機等の換気装置が設けられている。

【０００３】そして、自動車道トンネル等の換気設備を
有するトンネルの換気制御を交通状況に即して適確に行
うため、本出願の出願人は、特願平７−３１３６６２号
の出願により、トンネル内の汚染物質濃度分布状態を判
断しながら制御するトンネル換気制御方法を既に発明し
ている。

【０００４】この既出願のトンネル換気制御方法は、汚
染物質濃度の拡散方程式からトンネル内の時間変化する
汚染物質濃度の分布状態を求めてトンネル内の換気を制
御するものである。

【０００５】ところで、トンネル内の換気対象汚染物質
としては、主に、煤煙と排気ガス一酸化炭素とがあり、
トンネル内の適切な換気を行うには、これらの汚染物質
の濃度（通常は一酸化炭素より煤煙の方が問題となるの
で以下煤煙濃度という）のトンネル内の分布を、煤煙濃
度（汚染物質濃度）の拡散方程式により求めて常時監視
し、この分布の予測量に応じて換気装置を運転すること
が最も望ましい。

【０００６】そして、トンネル内の車道方向（長手方
向）距離ｘ，時間ｔにおける煤煙濃度がその伝搬特性に
したがってＣｓｍ（ｘ，ｔ）になる場合、前記拡散方程
式はつぎの数３の式で示される。

【０００７】

【数３】 数３の式中のｘ，ｔ，…はつぎの各値である。 ｘ：トンネル内の車道方向距離（ｍ） ｔ：時間（sec.） Ｃｓｍ（ｘ，ｔ）：トンネル内を伝搬する煤煙濃度 Ｖｒ：風向きを考慮したトンネル車道内風速（風向風
速）（ｍ／sec.） Ｄｓｍ：拡散係数（m²／sec.） Ａｒ：トンネル内車道断面積（m²） ｑｓｍ：トンネル内の単位距離ｘの区間に発生する単位
時間当りの煤煙量（m³／sec.）

【０００８】また、数３の式を、単位距離ｘの区間ｎに
おける単位時間ｄｔ当たりの煤煙濃度変化量ｄＣｓｍ
（ｎ，ｔ）を求める式に置き換えると、つぎの数４の式
が得られる。

【０００９】

【数４】 数４の式中のトンネル車道内風速Ｖｒは、トンネルに進
入する車両を大型，小型に区別した場合、つぎの数５の
式の演算により決定される。

【００１０】

【数５】 数５の式中のρ，Ｌ，…はつぎの各値である。 ρ：空気密度｛０．１２２４（Ｋｇｆ・ｓ²／ｍ⁴）｝ Ｌ：トンネル長（ｍ） ΔＰｔ：走行車両による換気圧力（ｍｍＡｑ） ΔＰｎ：自然風による換気圧力（ｍｍＡｑ） ΔＰｒ：車道内抵抗圧力（ｍｍＡｑ） ΔＰｋ：換気装置による昇圧力（ｍｍＡｑ） また、一方通行のトンネルの場合、数５の式のΔＰｔ，
ΔＰｎ，ΔＰｒはつぎの数６，数７，数８の各式から求
まる。

【００１１】

【数６】 数６の式中のＡｔ，Ａｐ，…はつぎの各値である。 Ａｔ：大型車の平均前面投影面積（m²） Ａｐ：小型車の平均前面投影面積（m²） ξｔ：大型車の風抵抗係数 ξｐ：小型車の風抵抗係数 Ｎｔ：大型車のトンネル内の走行台数 Ｎｐ：小型車のトンネル内の走行台数 Ｕｔ：車両のトンネル内の平均車速（ｍ／sec.）

【００１２】

【数７】 数７の式中のζｅ，λｒ，…はつぎの各値である。 ζｅ：トンネル入り口損失係数 λｒ：トンネル内壁面摩擦損失係数 Ｄｒ：車道代表周長寸法（ｍ） Ｖｎ：自然風のみによるトンネル車道内風速（ｍ／se
c.）

【００１３】

【数８】 さらに、換気装置がジェットファンの場合、数５の式の
ΔＰｋはつぎの数９の式から求まる。

【００１４】

【数９】 数９の式中のＱｊ，Ａｊはつぎの各値である。 Ｑｊ：ジェットファン吹き出し風量（m³／sec.） Ａｊ：ジェットファン吹き出し面積（m²）

【００１５】つぎに、煤煙濃度変化量ｄＣｓｍ（ｎ，
ｔ）を求める数４の式中のトンネル内の各区間ｎ（＝
１，２，…）に発生する単位時間当りの煤煙量ｑｓｍ
（ｎ，ｔ）は、各区間ｎに存在する車両台数と、好まし
くは、例えば大型車，小型車別及びディーゼル車，ガソ
リン車別の車両単位の煤煙発生量とに基づき、トンネル
の勾配，標高等をも考慮した平均車速での発生量として
求める必要がある。

【００１６】そして、数４の式から時々刻々の煤煙濃度
変化量ｄＣｓｍ（ｎ，ｔ）を求めれば、拡散方程式から
トンネル内の時々刻々の状態に応じた適確な煤煙濃度分
布が求まる。

【００１７】ところで、トンネル内を走行する車両はト
ンネル内外の交通状況等に応じて加減速し、これに伴っ
てトンネル内の車両走行台数Ｎｔ，Ｎｐ，平均車速Ｕｔ
及び各区間の煤煙量ｑｓｍ｛＝ｑｓｍ（ｎ，ｔ）｝等は
時間変化する。

【００１８】そして、これらの時間変化を考慮せず、例
えば、トンネル内の車両が全体に一定速度で移動すると
し、煤煙量ｑｓｍ（ｎ，ｔ）が図５に示すように、時間
の経過とともに入口側の区間１から順に各区間ｎに一定
速度で移動するとして煤煙濃度変化量ｄＣｓｍ（ｎ，
ｔ）を求めると、求められたトンネル内の煤煙濃度の分
布が実際の濃度分布と大きく異なる。なお、図５の矢印
線は煤煙量ｑｓｍ（ｎ，ｔ）の移動を示す。

【００１９】すなわち、トンネル内の車両走行台数は、
交通状況に応じて時間変化し、この変化にしたがってト
ンネル内の煤煙濃度の各要因は図６に示すように連鎖的
に変化する。

【００２０】同図はトンネル内の車両走行台数の変化に
基づくトンネル内の諸量の変化を模式的に示したもので
あり、第１ステップｉとして、トンネル内を走行する車
両台数の増（減）変化が生じると、第２ステップiiのト
ンネル内の車速（平均車速）の減（増）変化が生じる。

【００２１】さらに、この車速変化に伴って、第３ステ
ップiii のトンネルの各区間の汚染物質（煤煙）の発生
量の増（減），第４ステップivの各区間の汚染物質（煤
煙）の移動時間の増（減）及び第５ステップｖのトンネ
ルへの車両の進入台数の減（増）が生じる。

【００２２】そのため、トンネル内の現実に即した煤煙
濃度（汚染物質濃度）の分布状態を求めるには、これら
の時間変化を考慮して拡散方程式を演算する必要があ
る。

【００２３】そして、トンネルに進入する車両の計測情
報，トンネル内の汚染状態の計測情報及び気象の計測情
報等のトンネル換気に関連した各種の計測情報に基づ
き、トンネル内の車両走行台数，平均車速，各区間の汚
染物質発生量，トンネル内の風向及び風速を考慮した移
動の時間変化が求まる。

【００２４】このとき、トンネルに進入する車両の計測
情報はトンネル入口（車両入口）の数キロメートル手前
に設けた交通量計（トラフィックカウンタ）の単位時間
当りの計測値からなり、大型車，小型車の別に計測する
ときは、大型車，小型車別の単位時間当りの通過車両台
数，その間の平均車速を含む。

【００２５】また、トンネル内の汚染状態の計測情報
は、ＶＩ計，煙霧透過率計等の煤煙濃度計の煤煙濃度，
一酸化炭素分析計（ＣＯ計）の一酸化炭素濃度等の実測
値からなり、気象の計測情報は、風向風速計の風向，風
速等の実測情報からなる。

【００２６】つぎに、トンネル内の車両走行台数の時間
変化の演算について説明する。この演算においては、実
際の交通状況を考慮し、トンネルに進入した車両台数
（車両進入台数）の積算値（累積値）に基づき、長さＬ
（ｍ）のトンネル内を車速Ｕ_t （ｍ／sec.）で走行する
ときの所要時間を時定数Ｔとし、つぎの数１０の一次遅
れあるいは数次遅れの指数関数式Ｅ_t 及びＦ_t 〜Ｚ_t で
示されるトンネルから出た一次遅れ及び数次遅れの車両
台数の積算値を求める。

【００２７】

【数１０】 この数１０の各式において、Ｉ_t はトンネル内に進入し
たの車両台数の時々刻々の積算値、時定数Ｔはつぎの数
１１の式で示され、同式中のαは任意の定数である。

【００２８】

【数１１】 また、例えば一次遅れの関数式Ｅ_t は、現在までの車両
進入台数の積算値Ｉ_tと，前回の演算結果Ｅ_t-1 との差
に基づき、車両進入台数の増減変化を考慮して現在まで
にトンネルから出た車両台数の積算値を求めるものであ
り、二次遅れの関数式Ｆ_t は、一次遅れの関数式Ｅ_t か
ら求めた前回のトンネルから出た車両台数の積算値Ｅ
_t-1 と，前回の演算結果Ｆ_t-1 との差に基づき、前回及
び前前回の車両進入台数の増減変化を考慮して現在まで
にトンネルから出た車両台数の積算値を求めるものであ
る。

【００２９】なお、一般に遅れ次数が高くなる程、演算
精度は向上するが処理負担が増大するため、実際には、
適当な遅れ次数で現在までにトンネルから出た車両台数
の積算値が求められる。

【００３０】そして、つぎの数１２の式により、図７の
Ｉに示す現在までの車両進入台数の積算値Ｉ_t と，同図
のＺに示す現在までにトンネルから出た車両台数の積算
値Ｚ_t との差を演算し、現在トンネル内に在存する車両
走行台数Ｎ_t を、いわゆる「あいまい」な推定演算から
求める。

【００３１】

【数１２】 このとき、演算精度を向上するため、大型車，小型車の
別及びディーゼル車，ガソリン車の別に車両走行台数を
求めることが望ましい。

【００３２】つぎに、トンネル内の平均車速の時間変化
の演算について説明する。現在のトンネル内の車両走行
台数を、例えば数１２の式から求めた台数Ｎ_t とする場
合、つぎの数１３の２演算式Ｕ１_t ，Ｕ２_t から係数を
変えた２種類の車速を求める。

【００３３】

【数１３】 数１３の２式中のＬはトンネルの長さ（ｍ）、ωは車線
の係数、ａ，ｂ，ｃ，ｄはトンネル固有の定数又は演算
風速が計測風速に合致するように自動チューニングした
定数である。

【００３４】さらに、両演算式Ｕ１_t ，Ｕ２_t の車速の
大小比較に基づき、つぎの数１４の２式のようにＵ
１_t ，Ｕ２_t の小さいものを選択して時間変化するトン
ネル内の平均車速Ｕ_t （数４の式のＵｔに相当）とす
る。

【００３５】

【数１４】 但し、Ｎ_t ≦０，Ｎ_t ＞Ｕmax の場合は、Ｕ_t ＝Ｕmax
とする。このとき、平均車速Ｕ_t は車両走行台数Ｎ_t に
対して図８の現実に即した特性で求まる。また、この平
均車速Ｕ_t から数１０の各式の時定数Ｔが求まる。

【００３６】つぎに、トンネル内の各区間の煤煙発生量
（汚染物質発生量）の演算について説明する。トンネル
内の平均車速を数１４の２式から求めた平均車速Ｕ_t と
する場合、つぎの数１５の式から図９の煤煙発生量の比
率Ｓ_t を求める。

【００３７】

【数１５】 数１５の式中のτは車道勾配％値、Ｈは標高（ｍ）、ｅ
〜ｋはトンネル固有の定数又は演算煤煙濃度が計測煤煙
濃度に合致するように自動チューニングした定数であ
る。また、Ｈ＜ｊの場合はｉ＝０、Ｓ_t ＜ｋの場合はＳ
_t ＝ｋとする。

【００３８】さらに、例えば大型車，小型車の別及びデ
ィーゼル車，ガソリン車の別を考慮したつぎの数１６の
式から時間変化するトンネル内の各区間の煤煙発生量，
すなわち数３，数４の拡散方程式の時間変化する煤煙量
ｑｓｍ｛＝ｑｓｍ（ｎ，ｔ）｝（m³／sec.）を求める。

【００３９】

【数１６】 数１６の式中のＬｄ，Ｌｇ，…はつぎの各値である。 Ｌｄ：基準車速で走行したときの大型ディーゼル車１台
当りの煤煙発生量（m³／ｍ／台） Ｌｇ：基準車速で走行したときの大型ガソリン車１台当
りの煤煙発生量（m³／ｍ／台） Ｓｄ：基準車速で走行したときの小型ディーゼル車１台
当りの煤煙発生量（m³／ｍ／台） Ｓｇ：基準車速で走行したときの小型ガソリン車１台当
りの煤煙発生量（m³／ｍ／台） ＮＬｄ：大型ディーゼル車の走行車両台数（台） ＮＬｇ：大型ガソリン車の走行車両台数（台） ＮＳｄ：小型ディーゼル車の走行車両台数（台） ＮＳｇ：小型ガソリン車の走行車両台数（台） Ｓ_t ：煤煙発生量の比率 Ｕ_t ：平均車速（ｍ／sec.） ｄt ：単位時間（sec.）

【００４０】なお、走行車両台数ＮＬｄ，ＮＬｇ，ＮＳ
ｄ，ＮＳｇは、発生量Ｌｄ，Ｌｇ，Ｓｄ，Ｓｇの煤煙発
生源のうちどれ位の煤煙発生源が次の区間に移動するか
を表わす移動係数ｋで換算したときの台数（台）であ
り、整数とは限らない。そして、移動係数ｋは、平均車
速Ｕ_t （ｍ／sec.），数３，数４の拡散方程式の風向風
速Ｖｒ（ｍ／sec.）及び煤煙発生量の演算基準となる基
準車速Ｕｂ（ｍ／sec.）に基づくつぎの数１７の式から
求まる。

【００４１】

【数１７】 数１７の式中のηは任意の係数である。つぎに、トンネ
ルの各区間の煤煙（汚染物質）発生源の車速と風向き及
び風速を考慮した移動の時間変化の演算について説明す
る。

【００４２】この演算は、平均車速Ｕ_t と演算又は計測
により得られた風向風速Ｖｒとの下での数１６の式から
求めた区間から次の区間への煤煙（汚染物質）発生源の
時間変化する移動量を求める計算であり、具体的には発
生源の移動を発生量の移動に見たてて煤煙量ｑｓｍに移
動係数ｋを乗算し、つぎのようにして移動量を求める。

【００４３】すなわち、ｋ≦１のときは図１０に示すよ
うに、例えば区間ｎ−１に時刻ｔ−１に発生した煤煙ｑ
ｓｍ（ｎ−１，ｔ−１）につき、時刻ｔにはそのｋ倍の
部分アがつぎの区間ｎに移動して残りの（１−ｋ）倍の
部分イが区間ｎ−１に残るとしてその移動を求め、他の
区間ｎ，ｎ＋１，…についても、同様にしてその移動を
求める。

【００４４】また、１≦ｋ≦２のときは図１１に示すよ
うに、例えば区間ｎ−２に時刻ｔ−１に発生した煤煙ｑ
ｓｍ（ｎ−２，ｔ−１）につき、時刻ｔにはその（ｋ−
１）倍の部分ウがつぎのつぎの区間ｎに移動して残りの
（２−ｋ）倍の部分エがつぎの区間ｎ−１に移動すると
してその移動を求め、他の区間ｎ，ｎ＋１，…について
も、同様にしてその移動を求める。

【００４５】つぎに、トンネル内の時間変化する煤煙濃
度（汚染物質濃度）の分布状態の演算について説明す
る。

【００４６】前記の各演算から求めたトンネル内の車両
走行台数Ｎ_t ，平均車速Ｕ_t ，煤煙発生量ｑｓｍ及びそ
の移動の時間変化に基づき、数３又は数４の拡散方程式
の各区間の煤煙発生量ｑｓｍが時間変化するとして、そ
れらの拡散方程式からトンネル内の煤煙濃度Ｃｓｍ［＝
Ｃｓｍ（ｎ，ｔ）］の分布状態を求める。

【００４７】この場合、トンネル内の煤煙濃度Ｃｓｍの
分布が時々刻々変化する諸量を考慮して求められ、現実
の分布に極めて近くなり、求められた分布に基づいてト
ンネル内の各換気装置を運転し、トンネル内を換気すれ
ば、汚染物質濃度（煤煙濃度）の拡散方程式を用いて現
実の交通状況に即したトンネル換気が可能になる。

【００４８】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のようにトン
ネル内に進入した車両台数の変化等に応じて時々刻々変
化するトンネル内の汚染濃度（煤煙濃度）の分布を求め
て換気制御する場合、交通量計の計測情報から推定して
求めたトンネル内の車両進入台数を実際の進入台数に一
致させることが重要である。

【００４９】そして、従来は交通量計を通過した各単位
時間の一群の車両が全て平均車速で一団となって走行
し、同時にトンネル内に進入するとして、トンネル内に
進入した車両台数を求めている。

【００５０】しかし、実際には交通量計を通過した車両
は、トンネルに近づくにしたがって減速し、前記の交通
量計の平均車速で走行した場合よりトンネル入口への到
着が遅れる。

【００５１】これは、一般にトンネル内ではトンネル外
より車速が低下する傾向にあり、このトンネル内の車速
低下の影響がトンネル外にも及び、交通量計を通過した
直後よりトンネル入口に近づく程、車速が遅くなる傾向
にあるからである。

【００５２】また、交通量計を通過した各車両は実際の
通過タイミングから交通量計の単位時間の計測が終了す
るまでの間に、交通量計の地点からそれぞれの車速に応
じた距離だけトンネル入口に近づき、交通量計の計測情
報が得られたときの各車両の位置は、実際には交通量計
の地点からずれる。

【００５３】さらに、交通量計を通過するときの各車両
の車速は、車両毎に異なり、この車速の相違によっても
トンネルに進入するタイミングが車両毎に異なる。

【００５４】したがって、交通量計を通過した単位時間
内の各車両は、それぞれの通過タイミング及び車速等に
よって異なる時間後にトンネル内に進入し、従来の計測
手法ではトンネル内に進入した時々刻々の車両台数を正
確に求めることができない問題点があり、この結果、適
確なトンネル換気が行えなくなる。

【００５５】本発明は、トンネルに進入した車両台数を
正確に把握し得るようにすることを課題とする。

【００５６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明のトンネル進入車両台数の計測方法におい
ては、交通量計により単位時間に計測された各通過車両
に、下限速度（Ｖ_TC−α）以上，上限速度（Ｖ_TC−α）
以下の範囲（Ｖ_TCは交通量計の平均車速，αは車速範囲
の設定定数）から車両毎に選択した初期速度をそれぞれ
設定し、各通過車両に、交通量計の地点から交通量計の
平均車速に相当する車速で単位時間走行して到達する地
点までのトンネル入口の手前の等間隔の各位置又はラン
ダムに選択した各位置をそれぞれの初期位置として設定
し、各通過車両の車速のトンネルへの接近による初期速
度からの時間的な減速変化を数１８の車速変化の式から
それぞれ検出し、減速変化に基づく各通過車両のトンネ
ル入口を基準にした位置の時間的な変化を数１９の位置
変化の式からそれぞれ検出し、位置変化の式から検出し
た位置がトンネル内に達した車両の台数から各時刻のト
ンネルに進入した車両台数を求めて計測し、トンネルに
進入した車両台数の計測結果から求めたトンネル内の汚
染濃度が実測濃度に一致するように車速変化の式の補正
定数Ａ_TNを調整し、トンネルに進入した車両台数を、該
車両台数の計測結果が実進入台数に一致するように補正
して計測する。

【００５７】

【数１８】 但し、ΔＶ_i（ｔ_n ）は車両ｉ（ｉは１，２，…の整
数）の時刻ｔ_n の車速Ｖ_i（ｔ_n ）の時刻ｔ_n-1 の車速
Ｖ_i（ｔ_n-1 ）からの減速変化量、Ａ_TNは補正定数、Ｖ
_TN（ｔ_n-1 ）は時刻ｔ_n-1 のトンネル内の平均車速、ｆ
τ（ｔ_n ）は車速変化の時定数の関数式である。

【００５８】

【数１９】 但し、Ｐ_i（ｔ_n ），Ｐ_i（ｔ_n-1 ）は車両ｉの時刻ｔ
_n ，ｔ_n-1 の位置、Ｖ_i（ｔ_n ）は車速変化の式から求
められた車両ｉの時刻ｔ_n の車速、Ｔ_n ・_n-1は演算周
期（ｔ_n −ｔ_n-1 ）である。

【００５９】したがって、交通量計を単位時間に通過し
てトンネルの入口に進む一群の車両（通過車両）につ
き、交通量計からその台数及び平均車速Ｖ_TCの計測情報
が得られたときの初期速度として、平均車速Ｖ_TCを中心
とするＶ_TC±αの範囲から選択した各車速がそれぞれ設
定される。

【００６０】また、各通過車両の初期位置として、実際
に交通量計の地点を通過してから計測情報が得られるま
での時間を考慮し、交通量計の地点から平均車速Ｖ_TCに
相当する車速で走行して到達する範囲内の適当な位置が
それぞれ設定される。

【００６１】さらに、各通過車両の車速及びトンネル入
口を基準にした位置の時間的変化が、トンネルに近づく
にしたがって車速が減速変化することを考慮して減速変
化の式，位置変化の式から推定して検出される。

【００６２】そして、位置変化の式から検出された位置
がトンネル入口の基準の位置より先（トンネル出口側）
の位置になることから各通過車両のトンネル内への進入
が検出され、このとき、初期速度，初期位置の相違に基
づき、各通過車両のトンネル内に進入するタイミングが
ずれる。

【００６３】さらに、トンネル内への進入を検出した車
両台数が計測され、この計測結果が実際の進入台数（実
進入台数）からずれると、計測結果に基づいて推定して
求めたトンネル内の汚染濃度が実測濃度からずれる。

【００６４】そして、両濃度が一致するように減速変化
の式の補正定数Ａ_TNが調整され、各通過車両の車速変化
が実際に即するように補正され、この補正に基づき、各
通過車両のトンネル入口の手前の位置の時間変化も補正
される。

【００６５】この補正によりトンネル内に進入した車両
台数の計測結果が実進入台数に一致するようになり、ト
ンネル内に進入した車両台数が、実際の交通状況に即し
て正確に計測されて把握される。

【００６６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態につき、図
１ないし図４を参照して説明する。図４はこの計測方法
が適用される自動車道トンネルの模式図であり、トンネ
ル１の入口地点の数キロメートル手前の地点に交通
量計２が設けられ、この交通量計２はその計測周期で定
まる秒単位の単位時間毎に、その間に通過する車両台数
（通過車両台数）及びその平均車速Ｖ_TCを計測し、計測
情報をトンネル１内の換気制御装置に伝送する。

【００６７】このとき、交通量計２は車両検出用の２つ
のコイルを道路地中に埋めて形成され、磁束の変化等か
ら車両の通過及び速度を検出して通過車両台数及び平均
車速Ｖ_TCを計測する。

【００６８】そして、両コイルの装置間隔の設定等に基
づき、通過車両台数は大型車，小型車の別に計測され
る。

【００６９】また、単位時間に交通量計２を通過して検
出された各車両は、実際には、その通過，検出タイミン
グが車両毎に異なる。

【００７０】そして、交通量計２から計測情報が出力さ
れたときに、大半の車両は、交通量計２の地点から平
均車速で単位時間走行して到達する図中の地点までの
初期区間に等間隔又はランダムに位置する。

【００７１】さらに、交通量計２を通過した車両は、前
記したように、トンネル１に近づくにしたがって減速す
る傾向にある。

【００７２】一方、トンネル１の出口付近にはトンネル
内の汚染濃度を実測する煤煙濃度計等の煤煙センサ３が
設けられている。なお、センサ３をトンネル１の出口付
近に設けるのは、出口付近の汚染濃度がトンネル１内で
最も高くなることが多いからである。

【００７３】つぎに、トンネル１内の換気制御装置につ
いて説明する。図１はトンネル１内のコンピュータ構成
の換気制御装置４の機能ブロックを示し、この装置４
は、トンネル１内に進入した車両台数を計測する進入台
数計測部５と、その計測結果に基づきトンネル１内の汚
染濃度分布を求めて換気制御量を演算する換気制御処理
部６とに大別される。

【００７４】進入台数計測部５は初期値決定部７，車速
・位置演算部８，台数計数部９からなり、図２に示すよ
うに動作する。

【００７５】そして、交通量計２から単位時間の計測情
報が伝送されて入力される毎に、ステップＩａからステ
ップIIａに移り、初期値決定部７により入力された計測
情報の通過車両台数，平均車速Ｖ_TCに基づいて各車両の
初期速度，初期位置を設定する。

【００７６】すなわち、交通量計２により計測された単
位時間の各車両ｉ（ｉ＝１，２，…）は、単位時間が終
了して交通量計２から計測情報が伝送されたときの車
速，位置が車両毎に異なる。

【００７７】そして、実際の車速のばらつきに合致させ
るため、初期値決定部７はつぎの数２０の初速設定式の
演算により、平均車速Ｖ_TCを中心とするＶ_TC±α（αは
車速制限等を考慮して手動又は自動で設定された速度範
囲の設定定数）の範囲，すなわち下限速度（Ｖ_TC−α）
から上限速度（Ｖ_TC＋α）の範囲を定め、この範囲から
ランダムに選択した各車速を各車両ｉの初期車速として
設定する。

【００７８】

【数２０】 但し、Ｖ_i（ｔ_o ）は車両ｉの初期速度（初期値）、ｒ
ａｎｄ［−１，１］は−１〜１の範囲からランダムに選
択した実数である。

【００７９】なお、大型車，小型車を区別して演算する
ときは、一般に小型車が大型車より速いことを考慮し、
前記初速設定式のｒａｎｄ［−１，１］を、小型車につ
いてはｒａｎｄ［０，１］，大型車についてはｒａｎｄ
［−１，０］とし、小型車の初期速度の範囲をＶ_TC〜
（Ｖ_TC＋α），大型車の初期速度の範囲を（Ｖ_TC−α）
〜Ｖ_TCにして各車両ｉの初期車速を設定することが好ま
しい。

【００８０】つぎに、各車両ｉの実際の位置に合致させ
るため、初期値決定部７は区間の等間隔の各位置又は
区間からランダムに選択した各位置を各車両ｉの初期
位置として設定する。

【００８１】そして、各車両ｉの初期位置を区間から
ランダムに選択して設定する場合、初期値決定部７は、
トンネル１の入口地点を基準（原点）の０ｍ，車両ｉ
の進行方向を正とし、つぎの数２１の初期位置設定式の
演算により各車両ｉの初期位置を設定する。

【００８２】

【数２１】 但し、Ｐ_i（ｔ_o ）は車両ｉの初期位置、−Ｐ_TCは入口
地点を基準にした交通量計２の地点の位置（ｍ）、
Ｔｃｙｃｌｅは交通量計２の計測周期（ｓｅｃ），ｒａ
ｎｄ［０，１］は０〜１の範囲からランダムに選択した
実数である。

【００８３】つぎに、車速・位置演算部８は各車両ｉの
トンネル１の手前の車速，位置の時間変化を演算して予
測するため、ステップIIIａ ，IVａの後述の補正定数Ａ
_TNの調整を必要に応じて行った後、ステップＶａにより
前記数１８の車速変化の式，前記数１９の位置変化の式
の演算をくり返す。

【００８４】そして、トンネル１への接近に伴う減速変
化量ΔＶ_i（ｔ_n ）を初期速度Ｖ_i（ｔ_o ）から累減し
て各車両ｉの地点〜の区間の時々刻々の車速Ｖ_i
（ｔ_n ）を予測する。

【００８５】このとき、各車両ｉはトンネル１に進入し
たときの車速がトンネル１内の平均車速になり、このト
ンネル内平均車速はトンネル１内の車両台数に基づき、
換気制御処理部６により、例えば前記数１４の平均車速
Ｕ_t を演算して得られる。

【００８６】そして、この演算から求まる時刻ｔ_n-1 の
トンネル１内の平均車速Ｕ_t をＶ_TN（ｔ_n-1 ）とし、こ
の平均車速ＶTN（ｔ_n-1 ）と実際のトンネル１内の平均
車速との比に相当する補正定数をＡ_TNとすると、Ａ_TN・
Ｖ_TN（ｔ_n-1 ）が時刻ｔ_n-1のトンネル１内の実際の平
均車速として求まる。

【００８７】さらに、この実際の平均車速Ａ_TN・Ｖ
_TN（ｔ_n-1 ）とトンネル１の手前の時刻ｔ_n-1 の車速Ｖ
_i（ｔ_n-1 ）との差に、トンネル１への接近によって変
化する適当な時定数を乗算した値が時刻ｔ_n-1 から時刻
ｔ_n の間の車速の減少変化量ΔＶ_i（ｔ_n ）になる。

【００８８】なお、前記時定数は道路の車線数やトンネ
ル１の状態等によって異なり、実験等によって設定され
る。

【００８９】そして、この時定数の関数式ｆτ（ｔ_n ）
は、例えば、｛１−exp（ｔ_n ／Ｔ_n・_n-1 ）｝の指数関
数式で示される。

【００９０】また、演算周期Ｔ_n ・_n-1 の間に車速Ｖ_i
（ｔ_n ）で走行した距離Ｖ_i（ｔ_n）・Ｔ_n ・_n-1 を初
期位置Ｐ_i（ｔ_o ）に累加して図４の区間の時々刻々
の位置Ｐ_i（ｔ_n ）を推定して求める。

【００９１】つぎに、台数計数部９によりステップVI
ａ，VIIａ を実行し、各車両ｉの位置Ｐ_i（ｔ_n ）の変
化からトンネル１に進入した車両を検出し、その台数を
計測する。

【００９２】すなわち、ステップＶａで演算された各車
両ｉの時々刻々の位置Ｐ_i（ｔ_n ）をステップVIａによ
り監視し、この位置Ｐ_i（ｔ_n ）がＰ_i（ｔ_n ）≧０に
変化したときに、トンネル１への進入を検出する。

【００９３】そして、トンネル１に進入した車両が発生
する毎に、ステップVIIａ によりメモリ又はカウンタに
保持した進入車両台数をカウントアップして１増加し、
トンネル１に進入した車両台数を計測する。

【００９４】つぎに、換気制御処理部６はトンネル内平
均車速算出部１０，汚染濃度分布演算部１１及び換気制
御量算出部１２からなり、図３に示すように動作する。

【００９５】すなわち、トンネル内平均車速算出部１０
は例えば演算周期Ｔ_n ・_n-1 毎にステップＩｂにより台
数計数部９のトンネル１に進入した両車台数の最新の計
測結果を取込み、ステップIIｂにより例えば前記数１
０，数１１，数１２の各式の演算を実行してトンネル１
内の現在の車両台数（車両走行台数Ｎｔ）を推定する。

【００９６】また、例えば前記数１３，数１４の演算を
実行してトンネル内の平均車速Ｖ_TN（ｔ_n-1 ）（＝
Ｕ_t ）を推定する。

【００９７】つぎに、汚染濃度分布演算部１１はステッ
プIIIｂ によりトンネル内平均車速演算部１０の算出結
果等に基づき、前記数１５，数１６，数１７の各式の演
算を実行し、この演算の結果に基づき、前記数３，数４
の拡散方程式からトンネル１内の汚染濃度（煤煙濃度Ｃ
ｓｍ）及びその分布を推定して求める。

【００９８】また、ステップIVｂにより煤煙センサ３の
出力を取込んでトンネル１の出口付近の汚染濃度を実測
し、この実測濃度と演算から推定したトンネル１の出口
付近の汚染濃度（演算濃度）とを比較する。

【００９９】そして、演算濃度の実測濃度からのずれが
台数計数部９の計数台数，すなわちトンネル１に進入し
た車両台数の計測結果の実際の進入台数からのずれに依
存するとし、演算濃度が実測濃度からずれていれば、ス
テップＶｂにより車速・位置算出部８に車速変化の式の
補正定数Ａ_TNの調整（変更）を指令する。

【０１００】この指令が発生すると、車速・位置算出部
８は図２のステップIIIａ ，IVａにより車速変化の式の
Ａ_TN・Ｖ_TN（ｔ_n-1 ）がトンネル１内の実際の平均車速
に即するように、補正定数Ａ_TNを単位量ずつ又は演算濃
度と実測濃度との差に応じた量ずつ変更して調整する。

【０１０１】なお、補正定数Ａ_TNを大きくする程、各車
両ｉのトンネル１に進入するときの車速が高速化し、こ
のとき、トンネル１の車両台数が減少して演算濃度が低
くなるため、演算濃度が実測濃度より高ければ、補正定
数Ａ_TNが増加方向に変更して調整される。

【０１０２】つぎに、換気制御量算出部１２は図３のス
テップVIｂにより、ステップIIIｂで推定したトンネル
１内の時々刻々の汚染濃度の分布に基づき、この分布に
応じた最適な換気制御量を算出し、図１に示すトンネル
１内の換気装置１３の運転を制御する。

【０１０３】この場合、交通量計２を通過した単位時間
の各車両ｉにつき、それぞれの車速Ｖ_i（ｔ_n ），初期
位置Ｐ_i（ｔ_n ）を個々に設定するとともに、トンネル
１に近づくにしたがって車速Ｖ_i（ｔ_n ）が減速変化す
ることをも考慮してトンネル１に進入した車両台数を予
測して計測し、さらに、この計測結果から求めたトンネ
ル１内の汚染濃度が実測濃度に一致するように補正定数
Ａ_TNを調整して車速Ｖ_i（ｔ_n ），初期位置Ｐ_i
（ｔ_n ）を補正したため、演算によって求まる各車両ｉ
の車速Ｖ_i（ｔ_n ）が実際の交通状況に即した車速にな
る。

【０１０４】このとき、位置変化の式から求まる，トン
ネル１に進入した時々刻々の車両台数が、実際の進入台
数に一致するようになり、トンネル１に進入した車両台
数が極めて正確に計測されて把握され、この計測の結果
に基づき、トンネル１内の汚染濃度分布を極めて正確に
把握し、交通状況に応じた適確なトンネル換気が行え
る。

【０１０５】ところで、トンネル１に進入した車両台数
の計測結果に基づいてトンネル１内の汚染濃度の分布を
推定する際、トンネル１内を走行する車両を大型車，小
型車に区別するとともにそれぞれのガソリン車とディー
ゼル車の割合いを設定し、トンネル１内の走行車両台数
を、数１６の式のように大型車，小型車及びガソリン
車，ディーゼル車を区別して演算すれば、一層正確にト
ンネル１内の汚染濃度分布が求まる。

【０１０６】そして、トンネル１に進入した車両台数の
計測結果に基づくトンネル１内の汚染濃度及びその分布
の演算方法等はどのようであってもよい。

【０１０７】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。交通量計２を単位時間に通過してトンネル１の入口
に進む一群の車両（通過車両）ｉの位置の時間変化を演
算してトンネル１に進入する車両台数を求める際、各車
両ｉの初期速度を、交通量計２の平均車速Ｖ_TCを中心と
するＶ_TC±αの範囲から選択した各車速にそれぞれ設定
し、各車両ｉの初期位置を交通量計２の地点から平均車
速Ｖ_TCに相当する車速で走行して到達する範囲内の適当
な位置に設定したため、各車両ｉに実際の交通状況に即
した個別の初期速度，初期位置を設定することができ
る。

【０１０８】さらに、各車両ｉの車速及びトンネル入口
を基準にした位置の時間的変化が、トンネルに近づくに
したがって車速が減速変化することを考慮して減速変化
の式，位置変化の式から精度よく推定して検出される。

【０１０９】そして、位置変化の式から検出された各車
両ｉの位置の変化からそれぞれのトンネル内への進入が
検出され、このとき、初期速度，初期位置の相違に基づ
き、各車両ｉのトンネル１内への進入タイミングを実際
に即するようにずらすことができる。

【０１１０】さらに、トンネル１内に進入した車両台数
の計測結果が実際の進入台数（実進入台数）からずれ、
計測結果に基づいて求めて推定したトンネル１内の汚染
濃度が実測濃度からずれると、両濃度が一致するように
減速変化の式の補正定数Ａ_TNが調整され、各車両ｉの車
速の時間変化が実際に即するように補正され、この補正
に基づき、各車両ｉの位置の時間変化も補正される。

【０１１１】この補正により各時刻にトンネル内に進入
した車両台数の計測結果が実進入台数に一致し、トンネ
ル１内に進入した車両台数を正確に計測して把握するこ
とができ、トンネル内の汚染濃度分布を正確に把握し、
交通状況に応じた適確なトンネル換気が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態のブロック図である。

【図２】図１の動作説明用の第１のフローチャートであ
る。

【図３】図１の動作説明用の第２のフローチャートであ
る。

【図４】自動車道トンネルの模式図である。

【図５】従来のトンネル内の汚染濃度分布の演算例の説
明図である。

【図６】トンネル内の車両走行台数の変化に基づくトン
ネル内の状態変化の説明図である。

【図７】トンネルを出，入する車両台数の時間変化の１
例の説明図である。

【図８】トンネル内の走行車両台数と平均車速の特性図
である。

【図９】トンネル内の平均車速と汚染物質発生量比率の
特性図である。

【図１０】トンネル内の汚染物質発生源の移動の演算の
１例の説明図である。

【図１１】トンネル内の汚染物質発生源の移動の演算の
他の例の説明図である。

【符号の説明】

１ トンネル ２ 交通量計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06M 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル入口の手前に、単位時間に通過
   する車両の台数及び平均車速をくり返し計測する交通量
   計を設け、 前記交通量計の計測情報からトンネル内に進入した車両
   台数を計測し、 トンネル内に進入した車両台数の計測結果に基づきトン
   ネル内の平均車速及び汚染濃度の分布を求めてトンネル
   内を換気するトンネル換気のトンネル進入車両台数の計
   測方法において、 前記交通量計により前記単位時間に計測された各通過車
   両に、下限速度（Ｖ_TC−α）以上，上限速度（Ｖ_TC−
   α）以下の範囲（Ｖ_TCは交通量計の平均車速，αは車速
   範囲の設定定数）から車両毎に選択した初期速度をそれ
   ぞれ設定し、 前記各通過車両に、前記交通量計の地点から前記交通量
   計の平均車速に相当する車速で前記単位時間走行して到
   達する地点までのトンネル入口の手前の等間隔の各位置
   又はランダムに選択した各位置をそれぞれの初期位置と
   して設定し、 前記各通過車両の車速のトンネルへの接近による前記初
   期速度からの時間的な減速変化を数１の車速変化の式か
   らそれぞれ検出し、 前記減速変化に基づく前記各通過車両のトンネル入口を
   基準にした位置の時間的な変化を数２の位置変化の式か
   らそれぞれ検出し、 前記位置変化の式により検出した位置がトンネル内に達
   した車両の台数から各時刻のトンネルに進入した車両台
   数を求めて計測し、 トンネルに進入した車両台数の計測結果から求めたトン
   ネル内の汚染濃度が実測濃度に一致するように前記車速
   変化の式の補正定数Ａ_TNを調整し、 トンネルに進入した車両台数を、該車両台数の計測結果
   が実進入台数に一致するように補正して計測することを
   特徴とするトンネル進入車両台数の計測方法。 【数１】 但し、ΔＶ_i（ｔ_n ）は車両ｉ（ｉは１，２，…の整
   数）の時刻ｔ_n の車速Ｖ_i（ｔ_n ）の時刻ｔ_n-1 の車速
   Ｖ_i（ｔ_n-1 ）からの減速変化量、Ａ_TNは補正定数、Ｖ
   _TN（ｔ_n-1 ）は時刻ｔ_n-1 のトンネル内の平均車速、ｆ
   τ（ｔ_n ）は車速変化の時定数の関数式である。 【数２】 但し、Ｐ_i（ｔ_n ），Ｐ_i（ｔ_n-1 ）は車両ｉの時刻ｔ
   _n ，ｔ_n-1 の位置、Ｖ_i（ｔ_n ）は前記車速変化の式か
   ら求められた車両ｉの時刻ｔ_n の車速、Ｔ_n ・_n-1 は演
   算周期（ｔ_n −ｔ_n-1 ）である。