JP4129420B2 - 路面における凍結防止剤の濃度計測方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、道路や滑走路などの路面に散布した凍結防止剤（例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムや酢酸マグネシウムナトリウム等の無機塩で構成される。むろん、同様の無機塩で構成される融雪剤を含むが、本明細書および特許請求の範囲では簡単のために融雪剤を略し、凍結防止剤とのみ表記している。）の有無や濃度を計測する凍結防止剤の濃度計測方法およびその装置に関する。

従来から路面に散布された凍結防止剤の濃度を測定して凍結を事前に防止する道路管理が行われているが、凍結防止剤の濃度を計測する方法あるいは装置として各種技術が開発されている（例えば特許文献１，２参照）。これらの技術では、観測車によって管理道路を走行しながらタイヤで跳ね上げた路面上の水を採取し、その採取した水に含まれる凍結防止剤の濃度を計測する方法が使われている。
特開平１１−１４５１５号 特開平１１−２２９３１１号

この種の凍結防止剤の濃度計測方法にあっては、採取する装置の維持管理が煩雑であることに加えて、採取を行う部分に雪等がつまり採取ができなくなるといった問題があった。また、観測車が計測に出動する周期でしか凍結防止剤の濃度の計測ができないため、厳冬期においては頻繁に出動を繰り返す必要があるといった問題もあった。

本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、維持管理が容易で常時監視の可能な路面における凍結防止剤の濃度計測方法およびその装置を提供せんとするにある。

本発明の路面における凍結防止剤の濃度計測方法は前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段は、路面に向けて電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した電波に対する受信した電波の変化を基に凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測する。

請求項２の手段は、請求項１項記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の強度の比である電波の減衰量として求め、予め設定した減衰量に対する基準値と比較することにより凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする。

請求項３の手段は、請求項１項記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、受信した電波の変化を、受信した電波の強度として求め、予め設定した受信強度に対する基準値と比較することにより凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする凍結防止剤の濃度計測方法。

請求項４の手段は、請求項２項または請求項３項記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した複数の周波数の電波に対する受信した電波の変化を基に凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする。

請求項５の手段は、請求項１項乃至請求項４項の何れかに記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、電波を照射する路面に電波反射体を敷設したことを特徴とする。

請求項６の手段は、請求項１項乃至請求項４項の何れかに記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、電波を照射する路面に電波反射体を埋設したことを特徴とする。

請求項７の手段は、請求項２項乃至請求項６項の何れかに記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、前記基準値が凍結防止剤の複数の濃度について予め測定された電波に対応した複数の値域として定義され、路面に照射した電波の変化がいずれの値域に相当するか判別して凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする。

請求項８の手段は、請求項１項乃至請求項７項の何れかに記載の凍結防止剤の濃度計測方法において、前記路面に照射する電波の周波数域は水または塩水の複素比誘電率が変化する周波数域であることを特徴とする。

請求項９の手段は、請求項１項乃至請求項８項の何れかに記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射波を含む電波を受信してフーリエ逆変換し、逆変換後の時間空間で路面から反射した電波の信号を抽出し、抽出後の信号をフーリエ変換した信号にて前記電波の変化を算出することを特徴とする。

請求項１０の手段は、請求項９項に記載の路面における凍結防止剤の濃度計測方法において、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出することを特徴とする。

本発明の路面における凍結防止剤の濃度計測装置に関する請求項１１の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の比であるところの電波の減衰量を算出する送受信変化量算出部と、照射した電波に対して予め設定した減衰量に対する基準値を凍結防止剤の濃度を判別するための基準値として記憶した基準データ記憶手段と、前記送受信変化量算出部で求めた減衰量と基準データ記憶手段に記憶した減衰量の基準値とを比較し凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度の判別を行う凍結防止剤の濃度判別部とを具備することを特徴とする。

本発明の路面における凍結防止剤の濃度計測装置に関する請求項１２の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した電波の強度を計測する受信強度計測部と、照射した電波に対して予め設定した受信強度に対する基準値を凍結防止剤の濃度を判別するための基準値として記憶した基準データ記憶手段と、前記受信強度計測部で求めた受信強度と基準データ記憶手段に記憶した受信強度の基準値とを比較し凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度の判別を行う凍結防止剤の濃度判別部とを具備することを特徴とする。

請求項１３の手段は、請求項１１項または請求項１２項の何れかに記載の路面における凍結防止剤の濃度計測装置において、路面に電波反射体を敷設し、該電波反射体に対して電波を照射することを特徴とする。

請求項１４の手段は、請求項１１項または請求項１２項の何れかに記載の路面における凍結防止剤の濃度計測装置において、路面に電波反射体を埋設し、該電波反射体に対して電波を照射することを特徴とする。

請求項１５の手段は、請求項１１項乃至請求項１４項の何れかに記載の路面状態判別装置において、前記送信手段は路面に向けて複数の周波数の電波を照射し、前記基準データ記憶部は前記複数の周波数の電波のそれぞれに対応した値を記憶していることを特徴とする。

請求項１６の手段は、請求項１１項乃至請求項１５項の何れかに記載の路面状態判別装置において、前記送信手段は路面に向けて複数の周波数の電波を照射し、前記受信手段は反射波を含む電波を受信し、上記送受信変化量算出部は、受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とを備え、当該フーリエ変換後の信号から前記電波の変化を算出することを特徴とする。

本発明は、路面と非接触で配置した電波の送受手段を用いて計測を行うため維持管理の容易な遠隔監視を行うことができる。また、本発明は凍結防止剤を含まない水と含む水（塩水）の周波数に対する複素比誘電率の変化に応じて電波の反射特性が大きく変化することを利用して判別を行うため、それぞれの濃度の凍結防止剤に対する反射特性の差が大きく、精度の高い計測を行うことができる。さらに、電波反射体を路面に敷設する方法および装置にあっては、電波の凍結防止剤を含まない水と含む水（塩水）に対する反射特性が一層顕著に表れることで、より精度の高い計測が可能である等の効果を有するものである。

また、電波反射体を路面に埋設することで、電波反射体を路面に露出させない状態で精度の高い計測を行うことが可能であると共に通常の路面と同じ施工状態とすることで安全性の確保が可能となる。さらに、乱反射成分による干渉を除去する処理を行うことにより、判定精度を向上させることが可能である。

以下、本発明の方法を用いた凍結防止剤の濃度計測装置の一実施形態を図１により説明する。１は電波の送信手段にして、数ＧＨｚ以下の発振周波数の電界を生成する発振器１１と、入力された信号を増幅し数ＧＨｚ以下の電波として照射する送信アンテナ１２とから構成される。

２は受信手段にして、路面Ｒから反射した電波を受信する受信アンテナ２２と受信した電波を検波する検波器２１とから構成される。なお、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２は、梁柱などの支持手段によって路面に電波が略垂直に照射されるように並べて配置される。

３は送信手段１の送信強度に対する受信手段２の受信強度の比を電波の減衰量（反射率）として算出する送受信変化量算出部、４は路面Ｒに照射した電波の減衰量を凍結防止剤の濃度に応じて予め設定した基準値を記憶した基準データ記憶部、５は送受信変化量算出部３と基準データ記憶部４に記憶した基準値とを比較する凍結防止剤の濃度判別部である。

６は通信手段を備え、濃度判別部５で判別された凍結防止剤の濃度を図示しない中央の観測装置に配信する出力部、７は凍結防止剤の濃度を検出するためのプログラムを記憶した制御プログラム記憶部、８は制御プログラム記憶部７のプログラムと図示しないキースイッチにより設定されたサンプリング周期や発振周波数などの設定値に従い前記の１〜６を制御し凍結防止剤の濃度計測を実行するＣＰＵである。なお、Ｐはアスファルトなどの路面Ｒに敷設された鉄板等の金属板からなる電波反射体にして、より精度の高い検出結果を得る場合に使用するものであり、路面に敷設してもよいし路面内に埋設してもよい。

次に、本発明の計測原理を説明する。図３（ａ）のようにアスファルトからなる路面上に水または凍結防止剤を含む水から成る一層の水膜が存在する場合には、水または凍結防止剤を含む水（以下、「水膜」と呼ぶ）とアスファルトによる二層の誘電体の平面波に対する特性インピーダンスを求める数式を展開した下記の数式によって、路面に照射した電波に対する反射した電波の減衰量を求めることができる。

はじめに、図３（ａ）に示す水膜からの反射、吸収の状態を等価回路で示すと図３（ｂ）となる。この場合の受端側を見込んだ電波伝搬の入力インピーダンスは、

伝送定数を

誘電体の厚みをｄ、入射角を０°（垂直入射）とすると、

となる。

ここで、水膜

内を伝搬する平面波の特性インピーダンス

および伝搬定数

は、

と表される。ここで、λは電波の波長（ｍ）を表す。

なお、

は、水膜の複素比誘電率と複素比透磁率を表す。

ここで、水膜は、非磁性体であることから

となり、

を得る。

次に、特性インピーダンスに影響を与える複素比誘電率

の算出方法について説明する。

一般の物質の複素比誘電率は、その実数部である誘電率をε’、虚数部である誘電損失をε''として、デバイの緩和理論から

となることが知られている。但し、σは導電率、ε₀ ^*は空気の誘電率（８．８５４×１０^-12Ｆ／ｍ）である。

ここで、

は直流電場における比誘電率、

は高周波電場における比誘電率、ωは角周波数、τは誘電緩和時間である。
以上の（５）式のε’および（６）式のε''に下記表１の数値および０．１ＧＨｚから１０ＧＨｚの周波数を代入して求めたのが図４のグラフに示す水と塩水を含む水（図４の場合は塩化ナトリウムを用いた塩水）に対する複素比誘電率である。

次に、求めた水と塩水の複素比誘電率

と０．１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの電波の周波数に対する波長を前記（３）式に代入することで水膜内を伝搬する平面波の特性インピーダンス

および伝搬定数

が求められる。

一方、アスファルトの複素比誘電率６．０−０．４ｊからアスファルトに関する電波伝搬の特性インピーダンス

が求められる。

そして、各々の特性インピーダンスと水膜の厚みであるｄを例えば２mmとして前記（１）式に代入すると受端側から見込んだ電波伝搬の特性インピーダンス

が求められる。

最後に、求めた特性インピーダンス

を反射率を求める数式

に代入して反射率Γを求め、その値を減衰量２０log₁₀Γ(dB)に換算したのが図５のグラフに示す水と塩水の濃度に対する電波の反射特性である。

上述の図４のグラフから明らかなように、塩水の濃度によって複素比誘電率の値が異なるため、例えば、０．２ＧＨｚ近傍の電波の周波数に対して凍結防止剤の濃度に応じて図５に示すように水（低い反射率）→凍結防止剤（高い反射率）の濃度の順に整列した反射特性を持つ波形が得られるようになる。

なお、図５においては塩化ナトリウムからなる凍結防止剤に対する反射特性を例示したが、塩化ナトリウム以外の無機塩に関しても水に溶けて電離（イオン化）し易い性質を持つことから、図５と同様な電波反射特性が得られることが容易に類推できる。すなわち、これらの無機塩に関しても本発明を適用し、凍結防止剤の有無または濃度を判別することができる。

上述のとおり本発明は、凍結防止剤の濃度に対する電波の反射特性の変化を予め基準値として基準データ記憶部に記憶し、計測した電波の反射特性との比較をもって凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度の検出を行うものである。

次に、前記した図１の構成と図２のフローチャートと共に動作を説明する。はじめに、図示しない温度計によって設定した値以下の気温または路温を検知して計測プログラムがスタートすると、ＣＰＵ８は、例えば０．１〜１ＧＨｚ近傍の発振周波数の電波をアスファルトからなる路面に送信手段１を介して送信アンテナ１２から照射する（ステップＳ１）。この時の送信強度を計測しＣＰＵ８に記憶する。

次に、ＣＰＵ８は計測用プログラムに従い路面Ｒから反射した電波を受信アンテナ２２で受信し、送信した周波数と同じ周波数の電波を検波器２１で検波し、その受信強度をデジタル信号として出力する（ステップＳ２）。

次に、ＣＰＵ８は送受信変化量算出部３にて送信強度Ｗｏと受信強度Ｗｉの比２０log₁₀（Ｗi ／Ｗｏ）を電波の減衰量として算出する（ステップＳ３）。次に、ＣＰＵ８は濃度判別部５にて計測された減衰量Ｘが前記の周波数の範囲でＸ＜−３ｄＢの範囲（基準値）であったとすると「水」であるとの判別を行う（ステップＳ４）。ここで、水であると判別すると凍結防止剤の無い「水」が存在することを出力部６から中央の観測装置に通報する（ステップＳ５）。

前記ステップＳ４において「水」でないと判別し、次に、濃度判別部５にて計測された減衰量Ｘが−２．５ｄＢ＜Ｘ＜−１．５ｄＢの範囲であると判別すると「濃度５％の凍結防止剤」があると判断し（ステップＳ６）、「５％濃度の凍結防止剤（塩水）」として中央の観測装置に出力する（ステップＳ７）。

また、前記ステップＳ６において５％の凍結防止剤でないと判断し減衰量Ｘが−１．５ｄＢ＜Ｘ＜−１．０ｄＢの範囲である場合には「濃度１０％の凍結防止剤」があると判別し（ステップＳ８）、「１０％濃度の凍結防止剤（塩水）」として中央の観測装置に出力する（ステップＳ９）。

そして、ＣＰＵ８はステップＳ８において１０％濃度の凍結防止剤でないと判別すると、前記凍結防止剤の濃度が１０％以上であると判断して通報を行わない。最後に、計測と同時に計時を開始したサンプリングタイマ（例えば、３分周期）がタイムアップしたかを判定（ステップＳ１１）することで前記のステップＳ１からＳ１０を繰返し実行する。

なお、前記の実施形態では、塩水を「濃度５％の凍結防止剤」と「濃度１０％の凍結防止剤」として判別する場合を例示したが、濃度に対してより多くの基準値を記憶して濃度％を細分化した判別や、判別範囲を１０％以上に拡張した判別を実行してもよい。また、濃度％に代えて凍結防止剤の「有無」や濃度ランク「Ａ, Ｂ, Ｃ」で判別を行ってもよい。

さらに、前記で説明した実施形態の他に、図６のように図１の送受信変化量算出部３に代えて受信強度計測部１５を設けるとともに、基準データ記憶部４には基準値として予め電波の周波数に対する受信強度（＝送信強度×反射率）を記憶し、濃度判別部５で受信強度計測部１５で求めた受信強度と基準データ記憶部４に記憶した基準値との比較を行い凍結防止剤の濃度を判別するようにしても良い。

また、受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量（２０log₁₀(１−反射率) ）として求め、予め記憶した吸収・透過量に対する基準値と比較することにより凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測してもよい。なお、吸収・透過量は減衰量（反射率）に対して（１−反射率）の関係にあるため吸収・透過量を求めることは減衰量を求めることと同義であるが、吸収・透過量を求める場合には電波の周波数に対する変化が拡大して表現されるため、基準値の設定が一層容易となる。

また、電波の反射特性を判別する方法は、前記の実施形態の方法に限定されないことは言うまでもなく、数１００ＧＨｚ以下の周波数において図５と同様に現れる水と凍結防止剤を含む水の各々の電波反射特性を判別できる方法であればよい。たとえば、０．１ＧＨｚと１．０ＧＨｚの二つの周波数の電波を照射し、減衰量Ｘの変化が−２．５ｄＢ＜Ｘ＜−２．０ｄＢから−２．０ｄＢ＜Ｘ＜−１．５ｄＢに変わった場合に「濃度５％の凍結防止剤」と判別してもよい。

さらに、前記した本発明の実施形態においては、路面Ｒに直接電波を垂直（入射角０°）に照射した場合について説明したが、図７（ａ）に示すように路面Ｒに鉄板などの電波反射体Ｐを敷設した場合には、図７（ｂ）の等価回路となるので、この場合の電波反射体のインピーダンスＺｌ＝０と前記した数式（３）を数式（１）に代入することで、

が得られる。そして、水膜の特性インピーダンス

を、反射率を求める数式（７）に代入することにより、図８に示す大きな減衰量を検出することができるため、計測精度を一層向上させることが可能となるものである。例えば、照射する電波の周波数に対する減衰量の極小値を基準値として記憶することにより、それぞれ厚みが２mmの水と厚みが２mmで５％濃度と１０％濃度の塩水を判別することが可能となる。すなわち、凍結防止剤の濃度と塩水の厚みを同時に計測可能となる。

また、電波反射体は、鉄板の他に、導電率の高い導電性プラスチックや導電性塗料を用いる他、アスファルトに金属体などを充填して路面自体を電波反射体としてもよい。さらに、電波反射体は鉄板のような板状のものに限らず網目状にした金属を路面に敷設してもよい。この時、網目の一辺の長さを照射した電波の波長の１／１０以下とすることで板状の電波反射体と同等の反射率を得ることができる。なお、網目状の電波反射体を用いることによって路面への水の浸透を妨げない効果がある。

さらに、電波反射体を路面内に埋設しても良い。図９は、上から水，アスファルト，金属板が層を形成している場合の計測の原理を説明する説明図である。図９（ａ）に示すように水の特性インピーダンスをＺ１，アスファルトの特性インピーダンスをＺ２，金属板の特性インピーダンスをＺｌとすると、その等価回路は図９（ｂ）のように表現される。

このとき、電波を路面に対して垂直に照射した場合には、上記（３）式に対応する水またはアスファルトに対する平面波の電波伝搬の特性インピーダンスＺと伝送係数γはそれぞれ次の式によって表される。

また、金属板とアスファルトとの合成インピーダンスは、上述のように上記（１）式にＺｌ＝０を代入した次の式となる。

同様にして、この合成インピーダンスに（８）（９）式を代入して複素比誘電率ε_rによって展開した計算式は次の通りとなる。

このため、第１層，第２層の厚みをそれぞれｄ１，ｄ２とすれば上述の式展開と同様にして反射率Γを算出することができる。従って、この反射率に基づいて電波の変化（減衰量、受信強度等）を算出し、凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することが可能になる。図１０は反射体を埋設したアスファルト上の水と塩水の電波反射特性を示す図である。同図に示すように厚み２mmの水においては周波数１．５ＧＨｚで水の減衰量が極小値をとるので、周波数１．５ＧＨｚにおいて減衰量が−２０ｄＢであれば厚み２mmの水、減衰量が−２．５ｄＢであれば厚み２mmで５％濃度の塩水、減衰量が−２．０ｄＢであれば厚み２mmで１０％濃度の塩水と判別するなど、種々の判別によって凍結防止剤の有無または塩水の厚みを含む凍結防止剤の濃度を計測することが可能になる。

さらに、判定精度を向上させるため、乱反射成分による干渉を除去する処理を行っても良い。すなわち、図１に示す路面状態判別装置において、受信アンテナ３２が受信する信号は、送信波が路面で反射した反射波のみならず路面付近の種々の物体（例えばガードレール）での反射等が重畳された状態（干渉した状態）である。そこで、干渉を除去するために前記図１１に示す構成を採用しても良い。

図１１において、位相検出部１０と複素信号変換部３１とフーリエ逆変換部３２と時間フィルタ部３３とフーリエ変換部３４とは図１に示す路面状態判別装置に加えられた構成である。かかる構成において、発振器１１は所定の帯域で複数の周波数の信号を発振し、検波器２１では各周波数での発振信号に対応した信号を受信波として取得する。位相検出部１０は発振器１１および検波器２１に接続されており、発振器１１の出力と検波器２１の出力から受信信号の位相を検出し、当該位相を示す位相信号を送受信変化量算出部３に供給する。複素信号変換部３１は、当該位相信号と前記検波器２１が出力する受信電波の強度信号（Ａ（ｆ））を取得し、複素信号データ（Ｆ（ω）＝Ａ（ｆ）（ｃｏｓωｔ＋ｊｓｉｎωｔ））として出力する。なお、ｆは周波数でω＝２πｆである。

位相検出部１０および複素信号変換部３１による処理は、前記発振器１１によって発振された信号の各周波数について実施され、得られた複素信号データは図示しないメモリに記憶される。フーリエ逆変換部３２は、複素信号データについて以下の式

に従ってフーリエ逆変換を実施するモジュールであり、フーリエ逆変換後の複素時間信号データｆ（ｔ）を出力する。ここでｔは時間である。時間フィルタ部３３は、この複素信号データｆ（ｔ）に対して以下の式

に従って時間フィルタＧ（ｔ）を作用させ、所望の時間帯域における信号データｇ（ｔ）を抽出する。尚、時間フィルタＧ（ｔ）としては、各種関数を採用可能であり、矩形，ガウス，ハミング，ハニング関数等を採用可能である。

そして、フーリエ変換部３４は、当該抽出された信号データｇ（ｔ）を以下の式

に従ってフーリエ変換し、干渉が除去され、路面からの反射成分を抽出した複素周波数信号データＦ（ω）を取得する。送受信変化量算出部３では、当該干渉を除去した後の複素周波数信号データＦ（ω）から受信電波の強度を算出し、前記発振器１１で出力した送信波の強度を用いて前記減衰量や、受信強度を取得する。この結果、干渉の影響を排除し、水や塩水による電波の変化を確実に取得することができ、凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することが可能になる。

図１２〜図１５は、このように干渉波を除去する処理の効果を説明する説明図である。これらの図は、送信アンテナおよび受信アンテナの下方中央に位置する路面上に厚み２mmの水を張った状態で前記周波数を１ＧＨｚ〜５ＧＨｚまで変化させた場合について説明する説明図である。図１２は、前記位相検出部１０および複素信号変換部３１〜フーリエ変換部３４での処理を行わない場合の受信波と送信波の電波の変化をｄＢで示している。

同図に示すスペクトルでは、全周波数帯域に渡って小さなピークが連続しているが、これは各周波数において路面で反射する電波以外の干渉を多く含むとともにその影響が周波数毎に異なることに起因している。図１３は、この場合の受信波についてフーリエ逆変換を行った場合の絶対値を示しており、横軸は時間（秒）、縦軸は絶対値である。送信波が路面の一点で反射し、その反射波のみを受信したのであれば、図１３の横軸の一点で大きなピークとなるはずであるが、図１３では２つの大きなピークが現れ、また、小さなノイズ成分が多数含まれている。

図１３では、右側の最大ピークが路面の反射波であり、左側のピークは送信アンテナから受信アンテナに直接入射する電波である。また、その他の小さなノイズは他の部分や乱反射成分あるいはノイズである。本発明においては、図１３の最大ピークのみを参照して受信波に対する減衰量等を判断すべきであり、このために前記時間フィルタを作用させる。

図１４は時間フィルタによって最大ピークのみを抽出した状態を示している。そして、図１５はこの抽出した信号をフーリエ変換して受信波の信号とし、この受信波と送信波とで算出した減衰量を周波数に対して示した図である。同図に示すように減衰量は非常になめらかになっており、以上の処理によって前記図１２で示した干渉の影響が排除されたことがわかる。すなわち、これにより、路面で反射して受信アンテナに受信された電波と送信波との変化を正確に比較することができ、正確に高精度で凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することが可能になる。

本発明に係る路面における凍結防止剤の濃度計測装置の一例を示す回路ブロック図である。 同上の回路ブロックの動作を示すフローチャートである。 アスファルト路面に電波を照射した場合の反射波の状態を示し、（ａ）は電波の反射状態を、（ｂ）は水膜からの反射、吸収の状態を等価回路で表した図である。 水と塩水の複素比誘電率の特性図である。 アスファルト路面に電波を照射した場合の水と塩水の電波反射特性（減衰量）を示す図である。 本発明に係る路面における凍結防止剤の濃度計測装置の他の実施形態を示す回路ブロック図である。 電波反射体に電波を照射した場合の反射波の状態を示す図で、（ａ）は電波の反射状態を、（ｂ）は水膜からの反射、吸収の状態を等価回路で表した図である。 電波反射体を敷設した路面に電波を照射した場合の水と塩水の電波反射特性（減衰量）を示す図である。 三層を形成している場合の計測の原理を説明する説明図である。 反射体を埋設したアスファルト上の水と塩水の電波反射特性を示す図である。 他の路面状態判別装置の回路ブロック図である。 干渉波を除去する処理の効果を説明する説明図である。 干渉波を除去する処理の効果を説明する説明図である。 干渉波を除去する処理の効果を説明する説明図である。 干渉波を除去する処理の効果を説明する説明図である。

符号の説明

Ｐ 電波反射体
１ 送信手段
１１ 発振器
１２ 送信アンテナ
２ 受信手段
２１ 検波器
２２ 受信アンテナ
３ 送受信変化量算出部
４ 基準データ記憶部
５ 凍結防止剤の濃度判別部
６ 出力部
７ 制御プログラム記憶部
８ ＣＰＵ
１５ 受信強度計測部

Claims (9)

1. 電波反射体を埋設した路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射波を含む電波を受信してフーリエ逆変換し、逆変換後の時間空間で所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出し、抽出後の信号をフーリエ変換した信号にて算出された電波の変化を基に凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする路面における路面状態判別方法。
2. 受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の強度の比である電波の減衰量として求め、予め設定した減衰量に対する基準値と比較することにより凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする請求項１項記載の路面における路面状態判別方法。
3. 受信した電波の変化を、受信した電波の強度として求め、予め設定した受信強度に対する基準値と比較することにより凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする請求項１項記載の路面における路面状態判別方法。
4. 路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した複数の周波数の電波に対する受信した電波の変化を基に凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする請求項２項または請求項３項記載の路面における路面状態判別方法。
5. 前記基準値は、凍結防止剤の複数の濃度について予め測定された電波に対応した複数の値域として定義され、路面に照射した電波の変化がいずれの値域に相当するか判別して凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度を計測することを特徴とする請求項２項乃至請求項４項の何れかに記載の路面における路面状態判別方法。
6. 前記路面に照射する電波の周波数域は水または塩水の複素比誘電率が変化する周波数域であることを特徴とする請求項１項乃至請求項５項の何れかに記載の路面状態判別方法。
7. 電波反射体を埋設した路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
   前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の比であるところの電波の減衰量を算出する送受信変化量算出部と、
   照射した電波に対して予め設定した減衰量に対する基準値を凍結防止剤の濃度を判別するための基準値として記憶した基準データ記憶手段と、
   前記送受信変化量算出部で求めた減衰量と基準データ記憶手段に記憶した減衰量の基準値とを比較し凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度の判別を行う凍結防止剤の濃度判別部と、
   を具備することを特徴とする路面における路面状態判別装置。
8. 電波反射体を埋設した路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
   前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記受信手段により受信した電波の強度を計測する受信強度計測部と、
   照射した電波に対して予め設定した受信強度に対する基準値を凍結防止剤の濃度を判別するための基準値として記憶した基準データ記憶手段と、
   前記受信強度計測部で求めた受信強度と基準データ記憶手段に記憶した受信強度の基準値とを比較し凍結防止剤の有無または凍結防止剤の濃度の判別を行う凍結防止剤の濃度判別部と、
   を具備することを特徴とする路面における路面状態判別装置。
9. 前記基準データ記憶部は前記複数の周波数の電波のそれぞれに対応した値を記憶していることを特徴とする請求項７項乃至請求項８項の何れかに記載の路面状態判別装置。

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