JP4099659B2 - 路面状態判定方法及び路面状態判定システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舗装路面の状態を判定（識別）と、冠水の深さ（高さ）や凍結の厚さを算出（計測）するための路面状態判定方法及びそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路、歩道、駐車場等、コンクリートやアスファルト、あるいはアスコン等で舗装された舗装路面の状態を判定あるいは計測する従来のシステムとして、超音波やレーザの反射を利用し、送信から受信までの時間により、冠水の深さを測定するシステムが知られている。
【０００３】
また、ＣＣＴＶカメラで撮影した画像を処理することにより路面の状態を判定するシステムも良く知られている。
更に、下記の特許文献による路面監視装置もある。
この特許文献による路面監視装置は、路面より一定の高さから電波を送信し、その反射波を受信する電波センサと温度センサとを組み合わせるか、２組の電波センサを利用することで、路面の凍結を検出するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００１−２３５５５５号公報（段落【００１３】〜【００３０】、及び図１、図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、以下の問題がある。
まず、超音波を利用したシステムでは、冠水の深さは計測できるものの、湿潤や凍結等、他の路面状態は判定できないという問題がある。
また、レーザーを利用するシステムの場合は、排水性路面のような凹凸のある路面では、乱反射により路面の位置を測定できないため、コンクリートのような平坦な路面での冠水の深さしか計測できないというという問題がある。
【０００６】
更に、ＣＣＴＶカメラの画像を処理するシステムの場合は、冠水のみならず、湿潤や凍結等の路面状態を判定できるが、冠水の深さは計測できず、またシステムの価格が高価になるという問題がある。
一方、前記特許文献による装置では、路面の乾燥や湿潤を判定でき、また凍結も判定できるが、冠水の深さは計測できず、しかも複数種類あるいは複数組のセンサと、それぞれのセンサの信号処理用の複数の回路を要するため、やはり価格が高価になるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明は、舗装路面の上方に固定された電波センサから該舗装路面に向けて電波を送信し、反射面からの反射波を前記電波センサで受信する手順と、前記電波を送信してから反射波を受信するまでの時間を用いて前記電波センサから前記反射面までの距離を算出すると共に、前記反射波の反射強度を算出する手順と、前記算出された反射面までの距離から該反射面の高さが前記舗装路面の高さと同じか高いか、及び前記算出された反射強度が予め設定した反射強度基準値より高いか低いかにより、前記舗装路面の状態が湿潤、冠水、凍結のいずれであるかを判定する手順とを実行することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による路面状態判定方法及び路面状態判定システムの実施の形態について説明する。
図１は実施の形態の構成を示すブロック図である。
図において１は電波センサで、この電波センサ１は、送信部２、送信アンテナ３、受信アンテナ４、受信部５により構成されており、ここで、送信部２は、後述する制御部からのタイミング信号によりマイクロ波のインパルス信号を発生させて送信アンテナ３に送るもので、受信部５は、受信アンテナ４で受信した反射波を増幅してサンプリングする機能を有している。
【００１０】
また、この実施の形態における送信アンテナ３としては、例えば１エレメントで構成されたアンテナが用いられ、また受信アンテナ４としては、複数のエレメント、例えば１８エレメントで構成されたアレイ状のアンテナが用いられる。
尚、本実施の形態で使用する電波は、５ＧＨｚ〜２５ＧＨｚの電波であることが望ましい。
【００１１】
６は制御部で、この制御部６は電波送受信のタイミングを制御し、また送信レベル制御により送信アンテナ３で電波を送信してから受信アンテナ４で反射波を受信するまでの所要時間と、反射強度を算出する手段等として働く。
７は路面状況の判定等のために必要なデータや判定結果、及び制御部６による算出結果等を記憶する記憶部で、例えばバッテリでバックアップされたＲＡＭ等の不揮発性メモリが用いられる。
【００１２】
８は判定部で、制御部６が算出した所要時間及び反射強度を用いて路面状態を判定する手段である。
図２は電波センサ１の設置例を示す図で、道路等の舗装路面に対してその上方の一定の高さの位置に電波センサ１を設置固定している。
この電波センサ１の設置時において、制御部６は電波センサ１の設置高さを計測し、記憶部７に記憶させる。
【００１３】
すなわち、制御部６からのタイミング信号により送信部２は送信アンテナ３により舗装路面Ａに対してパルス状の電波を送信させる。そして、舗装路面Ａからの反射波を受信アンテナ４で受信して、その受信した反射信号を受信部５で増幅してサンプリングし、制御部６に出力する。これにより制御部６は電波の送信から受信までの所要時間を算出し、その算出した時間を基に、電波センサ１から舗装路面Ａまでの距離Ｌを求め、この距離Ｌを電波センサ１の設置高さとして記憶部７に記憶させる。
【００１４】
尚、このとき条件として、舗装路面Ａは乾燥または湿潤状態にあり、電波センサ１から舗装路面Ａまでの距離Ｌを正確に求められるものとする。
また、本実施の形態の判定対象となる道路等の舗装材料として、アスファルトやコンクリート、及びアスファルトとコンクリートを混合したアスコン等があるが、これらは非排水性と多数の微小な排水孔を有する排水性のいずれであってもよい。
【００１５】
図３は電波の送信波と反射波と所要時間の関係を示す図で、図中のｔは電波の送信から受信までの所要時間であり、電波センサ１から反射面までの距離により所要時間ｔが変化し、反射面の材質の比誘電率により反射強度が変化するので、本実施の形態は、この所要時間ｔと反射強度を用いて路面状態の判定、及び冠水時の冠水の深さ、凍結の厚さを算出するものとしている。
【００１６】
図４は路面舗装材の材質と比誘電率と反射強度の関係を示す図で、この図に示したように空気の比誘電率を１とすると、アスファルトの比誘電率は２、砂利，砕石等の骨材は６、水は８０、氷は２、排水性アスコンａは４、排水性アスコンｂは１４となり、水の比誘電率が他の材質に比べて著しく高いことがわかる。
そして、この比誘電率の数値が大きくなるに従って電波の反射強度も大きくなるので、一定の反射強度の基準値を設定して、この基準値と電波の反射強度を比較することで、反射強度が高いか低いかを判定することができる。この反射強度の基準値は記憶部７に記憶させおく。
【００１７】
この図４から、例えば非排水性のアスファルトの場合、乾燥していれば反射強度は低いが、降雨により濡れて湿潤状態になると、電波は水により反射することになるので、反射強度は急激に高くなることが分かる。
非排水性のコンクリーについても同様のことがいえる。
尚、図４において排水性アスコンａは乾燥状態で排水孔内に空気が存在している状態、排水性アスコンｂは冠水等により排水孔内に水が充填されている状態をそれぞれ示しており、いずれも反射強度は低いが、排水性能を越えるような降雨や排水機能が低下することにより、路面が冠水すると反射レベルは高くなる。
【００１８】
排水性のアスファルトやコンクリートについても同様である。
図５は本実施の形態で用いる路面状態判定用のテーブルを示す図で、電波センサ１から電波反射面までの距離及び電波の反射強度に路面状態を対応させたものとなっている。
このテーブルは図４における路面舗装材の材質と比誘電率及び反射強度との関係を考慮して作成したもので、記憶部７に設定されている。
【００１９】
次に、上述した構成の作用について説明する。
まず、制御部６からのタイミング信号により送信部２が送信アンテナ３によりパルス状の電波を送信させ、その反射波を受信アンテナ４で受信して、その受信した反射信号を受信部５で増幅してサンプリングし、制御部６に出力する。
これにより制御部６は電波の送信から受信までの所要時間ｔを算出し、その算出した所要時間ｔを基に電波センサ１から反射面までの距離を算出すると共に、受信部５の出力レベルから反射強度を算出し、その算出距離と反射強度を判定部８に出力する。
【００２０】
ここで判定部８は、記憶部７から前記基準距離Ｌを読み出して制御部６により算出された反射面までの距離と比較することにより、反射面の高さを判定する。すなわち、基準距離Ｌと反射面までの距離が同等であれば、反射面は舗装路面Ａの高さと同じであると判定し、基準距離Ｌより反射面までの距離が短ければ、反射面は舗装路面Ａより高いと判定する。
【００２１】
また、判定部８は記憶部７から前記反射強度の基準値を読み出して制御部６により算出された反射強度と比較することにより、反射強度が基準値より低いか高いかを判定する。
そして、この２つの判定結果に基づいて判定部８は、記憶部７に設定されている路面状態判定テーブルを参照し、舗装路面の状態を判定する。
【００２２】
すなわち、図５の（イ）に示したように、反射面が舗装路面Ａの高さと同じであって、反射強度が低い場合、舗装路面の状態は乾燥状態であると判定する。
また、図５の（ロ）に示したように、反射面が舗装路面Ａの高さと同じであって、反射強度が高い場合、舗装路面の状態は湿潤状態であると判定する。
そして、図５の（ハ）に示したように、反射面が舗装路面Ａより高く、反射強度が高い場合、舗装路面の状態は冠水状態であると判定する。
【００２３】
更に、図５の（ニ）に示したように、反射面が舗装路面Ａより高く、反射強度が低い場合、路面の状態が冠水状態から変化して凍結状態になったものと判定する。これは、路面が冠水状態から氷に変化すると、比誘電率が低下して反射レベルが低くなるが、距離は冠水時と同等であるためである。
これらの判定結果は判定部８から制御部６に送られ、記憶部７に記憶される。
【００２４】
このとき、判定結果が冠水または凍結状態であれば、制御部６は前記前記基準距離Ｌと、電波センサ１から反射面までの距離を用いて、冠水の深さ、あるいは凍結（氷）の厚さを算出し、判定結果と共に記憶部７に記憶させる。
本実施の形態はこのように舗装路面の状態の判定、及び冠水時の深さ、凍結の厚さの算出を行うもので、以下のように利用することができる。
【００２５】
例えば、本システムを自動車道路に適用し、舗装路面の状態の判定、及び冠水時の深さ、凍結の厚さの算出を所定時間毎に実行して、その結果を制御部６の制御により道路上に設けられる電光表示盤等に表示することで、舗装路面の状態、及び冠水の深さ、凍結の厚さを自動車のドライバーにリアルタイムで知らせることが可能である。
【００２６】
また、路面状態の判定結果や冠水の深さ、凍結の厚さの値を記憶部７に記憶蓄積し、それを分析することで、その道路の路面状況の変化、及び変化の傾向等を把握することが可能となり、道路管理対策等に役立てることができるものとなる。
また、自動車道路に限らず歩道、駐車上等の舗装路面に対しても適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電波センサから電波反射面までの距離及び反射強度を算出し、前記算出された反射面までの距離から該反射面の高さが前記舗装路面の高さと同じか高いか、及び前記算出された反射強度が予め設定した反射強度基準値より高いか低いかにより、舗装路面が湿潤、冠水、凍結のいずれの状態かの判定と冠水の深さや凍結の厚さの算出を行うことが可能な方法及びシステムを、最小数の電波センサと簡単な処理回路の組み合わせにより実現でき、安価な路面状態判定方法及びシステムを提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態を示すブロック図
【図２】電波センサの設置例を示す図
【図３】電波と反射の時間の関係を示す図
【図４】路面材質と比誘電率と反射強度の関係を示す図
【図５】路面状態判定用テーブルを示す図
【符号の説明】
１ 電波センサ
２ 送信部
３ 送信アンテナ
４ 受信アンテナ
５ 受信部
６ 制御部
７ 記憶部
８ 判定部

Claims (6)

1. 舗装路面の上方に固定された電波センサから該舗装路面に向けて電波を送信し、反射面からの反射波を前記電波センサで受信する手順と、
   前記電波を送信してから反射波を受信するまでの時間を用いて前記電波センサから前記反射面までの距離を算出すると共に、前記反射波の反射強度を算出する手順と、
   前記算出された反射面までの距離から該反射面の高さが前記舗装路面の高さと同じか高いか、及び前記算出された反射強度が予め設定した反射強度基準値より高いか低いかにより、前記舗装路面の状態が湿潤、冠水、凍結のいずれであるかを判定する手順とを実行することを特徴とする路面状態判定方法。
2. 請求項１記載の路面状態判定方法において、
   前記湿潤、冠水、凍結のいずれであるかの判定は、前記反射面が前記舗装路面と同じ高さでかつ前記反射強度が前記反射強度基準値より高い場合は前記舗装路面の状態が湿潤、前記反射面が前記舗装路面より高くかつ前記反射強度が前記反射強度基準値より高い場合は冠水、前記反射面が前記前記舗装路面より高くかつ前記反射強度が前記反射強度基準値より低い場合は凍結と判定することを特徴とする路面状態判定方法。
3. 請求項１または請求項２記載の路面状態判定方法において、
   舗装路面の状態が冠水、凍結のいずれかである場合、前記算出された反射面までの距離と、前記電波センサから前記舗装路面までの距離により冠水の深さまたは凍結の厚さを算出する手順を実行することを特徴とする路面状態判定方法。
4. 舗装路面の上方に固定され、該舗装路面に向けて電波を送信し、反射面からの反射波を受信する電波センサと、
   前記電波を送信してから反射波を受信するまでの時間を用いて前記電波センサから前記反射面までの距離を算出すると共に、前記反射波の反射強度を算出する手段と、
   前記算出された反射面までの距離から該反射面の高さが前記舗装路面の高さと同じか高いか、及び前記算出された反射強度が予め設定した反射強度基準値より高いか低いかにより、前記舗装路面の状態が湿潤、冠水、凍結のいずれであるかを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする路面状態判定システム。
5. 請求項４記載の路面状態判定システムにおいて、
   前記判定手段は、前記反射面が前記舗装路面と同じ高さでかつ前記反射強度が前記反射強度基準値より高い場合は前記舗装路面の状態が湿潤、前記反射面が前記舗装路面より高くかつ前記反射強度が前記反射強度基準値より高い場合は冠水、前記反射面が前記前記舗装路面より高くかつ前記反射強度が前記反射強度基準値より低い場合は凍結と判定することを特徴とする路面状態判定システム。
6. 請求項４または請求項５記載の路面状態判定システムにおいて、
   舗装路面の状態が冠水、凍結のいずれかである場合、前記算出された反射面までの距離と、前記電波センサから前記舗装路面までの距離により冠水の深さまたは凍結の厚さを算出する手段を備えたことを特徴とする路面状態判定システム。

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