JP4500602B2 - Road surface temperature prediction system, road surface temperature prediction method, and road surface temperature prediction program - Google Patents
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Description
本発明は、路面温度を予測するための路面温度予測システム、路面温度予測方法及び路面温度予測プログラムに関する。 The present invention relates to a road surface temperature prediction system, a road surface temperature prediction method, and a road surface temperature prediction program for predicting a road surface temperature.
従来、路面温度を予測する方法としては、標高、粗度長、アルベト(反射能)、蒸発率など路面の種類により決定される路面情報データと、路面凍結予測対象地点付近で測定された天気、雲量、気温、気圧、風向、風速、降水(雪)量、純放射量などの気象情報データと、に熱収支モデルを適用することにより予測する方法が一般に採用されている。このようにすることにより、実際の路面温度を測定することなく、路面温度を取得することが可能になっている。 Conventionally, as a method of predicting the road surface temperature, the road surface information data determined by the type of road surface such as altitude, roughness length, albeto (reflectivity), evaporation rate, and the weather measured near the target point of the road surface freezing prediction, Generally, a prediction method is applied by applying a heat balance model to weather information data such as cloud cover, temperature, atmospheric pressure, wind direction, wind speed, precipitation (snow), and net radiation. By doing in this way, it is possible to acquire road surface temperature, without measuring actual road surface temperature.
また、特許文献1に記載されているように、1日の日射量の積分値を利用して路面凍結を検出する方法が考案されている。
しかしながら、上記従来の方法による路面温度予測では、予測精度が上がらない場合があった。路面温度は路面の種類により決定される路面情報や気象情報だけでなく、道路脇の建築物や道路を通行する車両等、道路の周辺状況によっても影響されるからである。 However, in the road surface temperature prediction by the conventional method, the prediction accuracy may not be improved. This is because the road surface temperature is influenced not only by road surface information and weather information determined by the type of road surface, but also by the surrounding conditions of the road such as buildings on the side of the road and vehicles traveling on the road.
また、特許文献1に記載の方法によっても、日射量を予測することはできないため、路面温度の予測に日射量を使用することはできない。
Moreover, since the amount of solar radiation cannot be predicted even by the method described in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、道路の周辺状況を考慮して路面温度を予測することを可能にする路面温度予測システム、路面温度予測方法及び路面温度予測プログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a road surface temperature prediction system, a road surface temperature prediction method, and a road surface temperature prediction capable of predicting a road surface temperature in consideration of surrounding conditions of the road. To provide a program.
上記課題を解決するための本発明に係る路面温度予測システムは、道路を移動する移動体に設置されて全天映像を撮影する全天カメラを有し、前記全天カメラによって撮像される撮像データに基づいて太陽光線の直達率を示す日射遮蔽量データを、前記道路の地点ごとに取得する日射遮蔽量データ取得手段と、前記日射遮蔽量データが示す太陽光線の直達率に基づいて前記道路の地点ごとに路面温度を予測する路面温度予測手段と、を含み、前記撮像データには、撮像された位置を示す位置データが対応付けられ、前記日射遮蔽量データ取得手段は、前記位置データに基づいて太陽軌道を取得し、前記撮像データと前記太陽軌道とに基づいて、前記日射遮蔽量データを算出する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a road surface temperature prediction system according to the present invention includes an all-sky camera that is installed on a moving body that moves on a road and captures all-sky images, and is imaged by the all-sky camera The solar radiation shielding amount data acquisition means for acquiring the solar radiation shielding amount data indicating the direct radiation rate of the solar radiation based on the location of the road, and the road based on the direct radiation rate of the solar radiation indicated by the solar radiation shielding amount data seen including a road surface temperature prediction means for predicting surface temperature for each location, a, wherein the imaging data, position data indicating the captured position is associated, said solar shading data acquisition means, the position data The solar orbit is acquired based on the solar radiation amount, and the solar shading amount data is calculated based on the imaging data and the solar orbit.
このようにすることにより、特定の路面における太陽光線の直達率を示す日射遮蔽量データを取得し、該日射遮蔽量データに基づいて該特定の路面における路面温度を予測することができるので、道路の周辺状況を考慮して路面温度を予測することが可能になる。 By doing so, it is possible to obtain solar radiation shielding amount data indicating the direct rate of solar rays on a specific road surface, and to predict the road surface temperature on the specific road surface based on the solar radiation shielding amount data. The road surface temperature can be predicted in consideration of the surrounding conditions.
また、上記路面温度予測システムにおいて、前記道路の交通量を示す交通量データを取得する交通量データ取得手段、をさらに含み、前記路面温度予測手段は、前記交通量データにさらに基づいて路面温度を予測する、こととしてもよい。このようにすれば、さらに交通量データに基づいて路面温度を予測することができるので、道路の周辺状況を考慮してより精度よく路面温度を予測することが可能になる。 In the above surface temperature predicting system, traffic data acquisition means for acquiring traffic data showing the traffic of the road, further comprising a said road surface temperature prediction means, a further road surface temperature based on the traffic data It may be predicted. In this way, the road surface temperature can be further predicted based on the traffic volume data, so that the road surface temperature can be predicted with higher accuracy in consideration of the surrounding conditions of the road.
また、上記路面温度予測システムにおいて、前記路面温度予測手段は、熱収支モデルのパラメータである日射量を前記日射遮蔽量データが示す太陽光線の直達率に応じて変更することにより、前記道路の地点ごとに路面温度を予測する、こととしてもよい。このようにすれば、熱収支計算のパラメータとして日射遮蔽量データを使用することができる。 Further, in the road surface temperature prediction system, the road surface temperature prediction means changes the solar radiation amount, which is a parameter of the heat balance model, in accordance with the direct reach rate of sunlight indicated by the solar radiation shielding amount data, so that the point of the road The road surface temperature may be predicted every time . If it does in this way, solar radiation shielding amount data can be used as a parameter of heat balance calculation.
また、本発明に係る路面温度予測方法は、道路を移動する移動体に設置されて全天映像を撮影する全天カメラによって撮像される撮像データに基づいて、太陽光線の直達率を示す日射遮蔽量データを、前記道路の地点ごとに取得する日射遮蔽量データ取得ステップと、前記日射遮蔽量データに基づいて前記道路の地点ごとに路面温度を予測する路面温度予測ステップと、を含み、前記撮像データには、撮像された位置を示す位置データが対応付けられ、前記日射遮蔽量データ取得ステップは、前記位置データに基づいて太陽軌道を取得するステップと、前記撮像データと前記太陽軌道とに基づいて、前記日射遮蔽量データを算出するステップとを含む、ことを特徴とする。 In addition, the road surface temperature prediction method according to the present invention is a solar shading that indicates the direct reach of sunlight based on imaging data that is installed on a moving body that moves on a road and that is imaged by an all-sky camera that captures an all-sky image. the amount data, seen including a solar radiation-shielding amount data obtaining step of obtaining for each point of the road, and a road surface temperature prediction step of predicting a surface temperature for each point of the road on the basis of the solar radiation-shielding amount data, the The imaging data is associated with position data indicating the imaged position, and the solar shading amount data acquisition step includes a step of acquiring a solar orbit based on the position data, the imaging data and the solar orbit. And calculating the solar shading amount data .
また、本発明に係るプログラムは、道路を移動する移動体に設置されて全天映像を撮影する全天カメラによって撮像される撮像データに基づいて、太陽光線の直達率を示す日射遮蔽量データを、前記道路の地点ごとに取得する日射遮蔽量データ取得手段、及び前記日射遮蔽量データに基づいて前記道路の地点ごとに路面温度を予測する路面温度予測手段、としてコンピュータを機能させ、前記撮像データには、撮像された位置を示す位置データが対応付けられ、前記日射遮蔽量データ取得手段は、前記位置データに基づいて太陽軌道を取得し、前記撮像データと前記太陽軌道とに基づいて、前記日射遮蔽量データを算出する、ことを特徴とする。 In addition, the program according to the present invention is based on imaging data captured by a sky camera that is installed on a moving body moving on a road and shoots a sky image, and stores solar radiation shielding amount data indicating the direct reach of sunlight. A computer that functions as a solar radiation shielding amount data acquisition means for acquiring each road location, and a road surface temperature prediction means for predicting a road surface temperature for each road location based on the solar radiation shielding amount data. Is associated with position data indicating an imaged position, and the solar shading amount data acquisition means acquires a solar orbit based on the position data, and based on the imaging data and the solar orbit, Sunlight shielding amount data is calculated .
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施の形態に係る路面温度予測システム1の構成図である。該路面温度予測システム1には、例えば公知のパーソナルコンピュータやサーバコンピュータと同様のコンピュータを使用することができ、CPU10、RAM12、入出力部14、通信部16、データベース18、外部記憶媒体20、ハードディスク22、表示部24、入力部26、バス28を含んで構成されている。そしてCPU10、RAM12、入出力部14はバス28を介して相互に接続され、入出力部14は通信部16、データベース18、外部記憶媒体20、ハードディスク22、表示部24、入力部26と接続されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a road surface
CPU10は、路面温度予測システム1の各部を制御するとともに、各種の演算を行い、例えば後述する熱収支モデルにおける計算や、ニューラルネットにおけるパターン認識処理も行う。RAM12は、CPU10のワークメモリとして動作する。また、このRAM12は、CPU10によって行われる各種処理に関わるプログラムやパラメータを保持している。入出力部14は、CPU10と、通信部16、データベース18、外部記憶媒体20及びハードディスク22と、の間でのデータの送受信を中継する。また、CPU10の指示に従い、通信部16、データベース18、外部記憶媒体20及びハードディスク22を制御する。ハードディスク22には、従来公知のハードディスクを使用することができ、コンピュータプログラムやデータを記憶する。また本発明に係るプログラムも記憶している。外部記憶媒体20には、フレキシブルディスク、CD−ROM、CD−RW、DVD−RAM、USBフラッシュメモリ、ROMカード、リムーバルハードディスク等のあらゆるコンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体を使用することができ、コンピュータプログラムやデータを記憶する。また本発明に係るプログラムも記憶している。データベース18は、後述するニューラルネットにおいてパターン認識を行うためのデータを記憶したり、後述する熱収支モデルにおける計算に必要となるデータを記憶したりする。表示部24はディスプレイ等の表示手段であり、路面温度予測システム1のユーザに対してCPU10の指示に応じた表示を行う。入力部26は、キーボードやマウス等の入力手段であり、路面温度予測システム1のユーザの操作による入力を受け付けて、CPU10に出力する。
The
図2は、本実施の形態に係る路面温度予測システム1と、その外部に存在するシステムとの関係図である。路面温度予測システム1は、気象予測システム2、日射遮蔽量取得システム3及び交通量取得システム4と、通信ネットワーク5を介して接続され、各システムからのデータを取得できるようになっている。
FIG. 2 is a relationship diagram between the road surface
路面温度予測システム1の通信部16は、通信ネットワーク5に接続され、CPU10からの指示に従って、気象予測システム2、日射遮蔽量取得システム3及び交通量取得システム4にアクセスし、該気象予測システム2、該日射遮蔽量取得システム3及び該交通量取得システム4からそれぞれ後述する気象データ、日射遮蔽量データ及び交通量データを受信し、入出力部14を介してCPU10に出力している。
The
図3は、本実施の形態に係る路面温度予測システム1の機能ブロック図である。路面温度予測システム1は、機能的には、気象データ取得部30、日射遮蔽量取得部32、交通量取得部34、熱収支計算部36、ニューラルネットワーク38及び路面温度出力部40を含んで構成されている。
FIG. 3 is a functional block diagram of the road surface
気象データ取得部30は、気象予測システム2から気象データである気象予測データ、気象実況観測データを受信することにより、気象データを取得する。気象予測システム2は具体的には例えば日本気象協会のGPV(Grid Point Value,気象要素や物理量の格子点上の値)による局地気象予測モデル(ANEMOS)を含んで構成される。そして該気象予測システム2においては、1km標高データ、土地利用データ等の国土数値データ、気象庁領域モデル(RSM)や予報ガイダンス等の気象庁発表のGPVデータ、海水温データや雪線標高データ等の気候値データに基づいて、気象予測データを算出している。そして、気象データ取得部30は、気象データとして特に天気、気温、雲量、降雪量、風のGPV気象予測データを取得する。
The meteorological
次に日射遮蔽量データ取得部32は、日射遮蔽量取得システム3から日射遮蔽量データを取得する。日射遮蔽量データとは、以下に説明するような観測を行うことにより、道路の地点ごとに、該道路の脇に存在する建築物や樹木等によって日射が遮られない割合である直達率を季節ごとに取得し、該割合を数値化したデータであるとすることができる。
Next, the solar shading amount
日射遮蔽量を取得する日射遮蔽量取得システム3としては、図4に示すような観測車50を使用することが好適である。該観測車50には、図4に示す位置に、自車の位置を把握するためのGPSアンテナ52、車の周囲の全天映像を撮影するための魚眼レンズ付ビデオカメラ54、気温を測定するための温度センサ55、路面温度を測定するための路面温度センサ56が設置される。
As the solar shading
図5は、該観測車50のハードウェア構成図である。観測車50には、コンピュータ60、GPSロガー70、バックランプ82、車速検出回路84、温度計86、放射温度計88、全天カメラ90、デジタルビデオカメラ92が設置される。温度計86は温度センサ55を構成し、放射温度計88は路面温度センサ56を構成し、全天カメラ90及びデジタルビデオカメラ92は、魚眼レンズ付ビデオカメラ54を構成する。
FIG. 5 is a hardware configuration diagram of the observation vehicle 50. In the observation vehicle 50, a
コンピュータ60には従来公知のパーソナルコンピュータと同様のコンピュータを使用することができ、該コンピュータ60は、制御部62、通信部64及び記憶部66を含んで構成される。制御部62はコンピュータ60の各部を制御するとともに、以下に説明するように、各機器から入力される情報を記憶部66に記憶し、該記憶した情報から日射遮蔽量を算出する処理も行う。通信部64はGPSロガー70、全天カメラ90及びデジタルビデオカメラ92と接続し、データの送受信ができるようにしている。さらに制御部62がGPSロガー70、全天カメラ90及びデジタルビデオカメラ92を制御することができるように構成されてもよい。
A computer similar to a conventionally known personal computer can be used as the
GPSロガー70には従来公知のGPSロガーと同様のものを使用することができ、該GPSロガー70は、制御部72、記憶部74、GPSアンテナ76、ジャイロセンサ78、通信部80を含んで構成される。通信部80は、バックランプ82、車速検出回路84、温度計86、放射温度計88、コンピュータ60と接続され、データの送受信ができるようにしている。また、制御部72はGPSロガー70の各部を制御するとともに、GPSアンテナ76、ジャイロセンサ78、通信部80から入力される信号をそれぞれ対応付けて記憶部74に記憶する処理も行う。また、コンピュータ60からの指示に従い、記憶部74に記憶されるデータを読み出し、コンピュータ60に送信する処理も行う。さらに制御部72が温度計86、放射温度計88を制御できるように構成されることもできる。
The
GPSアンテナ76にはGPSアンテナ52を構成する従来公知のGPSアンテナと同様のものを使用することができ、該GPSアンテナ76がGPS衛星からの信号を受信することにより、GPSロガー70は観測車50の位置、向き及び速度を測位する。すなわち、観測車50の存在する位置の緯度/経度/標高を示す緯度/経度/標高データ(位置データ)、方位(観測車50の向いている方位)を示す方位データ及び観測車50の地球上での速度を示す速度データを取得する。
The
バックランプ82は、通常車に備えられるバックランプであり、観測車50が後進するときに点灯する。そしてGPSロガー70は、該バックランプ82が点灯しているか否かについての情報を受信し、点灯している場合に、観測車50が後進していると判断する。また、車速検出回路84は、通常車に備えられる観測車50の車速を検出する回路であり、観測車50の車速を数値データとして出力する。そしてGPSロガー70は該数値データを受信し、観測車50の移動速度を示す移動速度データを取得する。また、ジャイロセンサ78には従来公知のジャイロセンサと同様のものを使用することができ、該ジャイロセンサ78は観測車50の角速度を直交する3軸について出力する。GPSロガー70は、該3軸の角速度を示す角速度データをジャイロセンサ78から取得する。そして、GPSアンテナ76がGPS衛星からの信号を受信できない場合には、GPSアンテナ76からの信号により取得できた最終の位置/方位/速度データからの移動度を、後進情報、移動速度データ、角速度データに基づいて決定し、観測車50の存在する位置を示す位置データ、観測車50の向いている方位を示す方位データ及び観測車50の地球上での速度を示す速度データを取得する。
The
温度計86には従来公知の温度計と同様のものを使用でき、該温度計86は、観測車50の車外気温を測定し、該車外気温を示す気温データをGPSロガーに対して出力する。また、放射温度計88には、従来公知の放射温度計と同様のものを使用でき、該放射温度計88は、路面からの赤外線放射を測定することにより、路面の表面温度を測定し、該路面の表面温度を示す路面温度データをGPSロガー70に対して出力する。
A
制御部72は、以上のようにして取得される、位置データ、方位データ、速度データ、気温データ、路面温度データ及びこれらの各データを取得した日時或いは各データが観測された日時を示す観測日時データを記憶部74に対応付けて記憶する。すなわち、各データは観測中に常時観測されるものであり、同時に取得したデータをそれぞれ対応付けて記憶することができる。該観測日時データと、上記各データと、をそれぞれ対応付けて記憶することとしてもよい。
The
次に、全天カメラ90は図4に示すように観測車50の屋根部分に、観測車50の上方向に撮像部を向けて設置される。すなわち、全天カメラ90は観測車50の上方向の全天撮影を行う。そして該全天カメラ90には、従来公知の全天カメラと同様のものを使用することができるが、特に写角が180度以上で、半円周視界を撮像できるように設計される円周魚眼レンズを使用することが望ましい。そして全天カメラ90は、撮像結果である撮像データを、コンピュータ60或いはデジタルビデオカメラ92に対し出力する。該全天カメラ90の撮像結果について、以下に説明する。
Next, as shown in FIG. 4, the all-
まず、観測車50が図6に示すような位置に存在する場合について説明する。すなわち、道路100上の地点104に観測車50が存在し、道路脇に建造物102が存在する。観測車50は道路100上を移動しながら、いくつもの地点において、日射遮蔽量データの取得を行っている。
First, the case where the observation vehicle 50 exists in a position as shown in FIG. 6 will be described. That is, the observation vehicle 50 exists at the
このように道路脇に建造物102が存在する状況において全天カメラ90で撮像すると、図7に示すような円形の撮像結果(天空図)が得られる。すなわち該撮像結果においては、円の周囲が全天カメラ90のレンズ面の写真となり、円の中心はレンズの向いている向きの写真となる。このように撮影されることにより、円の一部に建造物102が写る結果となる。すなわち、地点104の周囲の建造物や樹木等の日射遮蔽物が撮像結果に写ることとなる。
In this way, when the
なお、該撮像データも観測中に常時観測されるものであり、デジタルビデオカメラ92で録画することにより動画としてデジタルビデオカメラ92に記憶される。或いはコンピュータ60の記憶部66に記憶することとしてもよい。なお、該撮像データも撮像した日時或いは該撮像データが記憶された日時を示す撮像日時データと対応付けられて記憶され、該撮像日時データと上記観測日時データとによって、該撮像データと、GPSロガー70に記憶される位置データ、方位データ、速度データ、気温データ、路面温度データと、が対応付けられる。
The imaging data is also constantly observed during observation, and is recorded in the
そして制御部62は、以上のようにして取得される撮像データと、地球の公転運度及び自転運動により決定される太陽軌道と、に基づいて、日射遮蔽量を算出する。この算出処理について、以下に詳しく説明する。
And the
まず、太陽軌道の時角t,高度角h,方位角Aは、緯度φ,経度λ,時刻H,太陽赤緯δ,均時差ETに基づいて、以下の式(1)、式(2)及び式(3)により求められる。なお、太陽赤緯δ及び均時差ETは月日によって異なる。
t=λ−9+ET+(H−12) ・・・(1)
sinh=sinφsinδ+cosφcosδcost ・・・(2)
sinA=−cosδsint/cosh ・・・(3)
First, the time angle t, altitude angle h, and azimuth angle A of the solar orbit are based on latitude φ, longitude λ, time H, solar declination δ, and time difference ET, using the following formulas (1) and (2). And Equation (3). The solar declination δ and the time difference ET vary depending on the date.
t = λ−9 + ET + (H−12) (1)
sinh = sinφsinδ + cosφcosδcost (2)
sinA = −cosδsint / cosh (3)
このように、太陽の高度角h及び方位角Aは測定点の緯度/経度/日時に基づいて異なる値となる。そして制御部62は、記憶部66或いはデジタルビデオカメラ92に撮像時刻データと対応付けて記憶される撮像データに、該撮像日時データが示す日時と同じ日時と見なすことのできる範囲の日時を示す観測日時データと対応付けて記憶部74に記憶される位置データ及び方位データを読み出す。このようにして、該撮像データを撮像した場所の緯度/経度/標高及び撮像したときの観測車50の方位を取得することができる。
As described above, the altitude angle h and the azimuth angle A of the sun are different values based on the latitude / longitude / date and time of the measurement point. The
このようにして撮像データを撮像した地点の緯度/経度/標高が取得できると、式(1)、式(2)及び式(3)により、該地点での日時ごとの太陽の位置を取得することができる。該位置を撮像データ上にプロットした例を図8に示す。太陽軌道は1日ごとにプロットした点をつなぐと線になり、図8では月ごとの太陽軌道を線として示している。太陽軌道110は1月1日、太陽軌道112は4月1日、太陽軌道114は7月1日の太陽軌道をそれぞれ示している。撮像データは日によって普通は変化しないが、このように撮像データ上において太陽軌道は毎日異なる線を描く。なおこの処理において、標高により太陽軌道は異なるので、位置データが示す測定点の標高に応じて、測定点における高度補正及び日射遮蔽物の高度補正を行っている。さらに、方位データにより示される観測車50の向きに応じて、撮像データを回転させる方位補正も行っている。
When the latitude / longitude / elevation of the point where the imaged data is imaged can be acquired in this way, the position of the sun for each date and time at the point is acquired by Equation (1), Equation (2), and Equation (3). be able to. An example in which the positions are plotted on the imaging data is shown in FIG. The solar orbit becomes a line when connecting the points plotted every day, and in FIG. 8, the solar orbit for each month is shown as a line. The
そして、制御部62は、撮像データにおいて、太陽軌道上に建造物102のような日射遮蔽物がない割合(太陽光線の直達率)を算出する。具体的には、例えば図9のような太陽軌道遮蔽データを取得することにより、該直達率を算出することができる。図9は、ある道路かつある月日において、縦軸を基準となる地点からの距離、横軸を時間、として、太陽軌道上に遮蔽物があるか否かを地点ごと時分ごとに表示したグラフである。該グラフは太陽軌道上に遮蔽物がある場合に黒、ない場合に白を表示している。それぞれが地点ごと時分ごとに太陽軌道の遮蔽の有無を表す太陽軌道遮蔽データとなる。そして、地点ごとの黒と白の割合が該地点における太陽光線の直達率となる。
And the
このようにして、観測車50が観測走行を実施した地点について、緯度/経度/標高/月日ごとの太陽光線の直達率を算出することができ、日射遮蔽量データ取得部32は該直達率を日射遮蔽量データとして取得する。なお、日射遮蔽量データは例えば一日の太陽光線の可照時間を使用することもできる。また、太陽光線の直達率の計算は、例えば観測車50が取得した各データに基づいて、別途設けられるコンピュータにおいて算出することとしてもよい。
In this way, it is possible to calculate the direct rate of solar rays for each latitude / longitude / altitude / month / day at the point where the observation vehicle 50 performs the observation travel, and the solar radiation shielding amount
次に、交通量取得部34は、交通量取得システム4から、道路の地点ごとに、交通量データを取得する。交通量取得システム4としては、例えば道路行政を担う公共機関があり、交通量取得部34は、該公共機関の提供している車両の通行量を示す交通量データを地点ごとに取得することができる。取得される該交通量データは交通量実測データであったり、交通量予測データであったりするが、例えばある地点の将来の日時について後述する熱収支モデルにより路面温度を算出する場合には、交通量取得部34は、該地点及び該日時の交通量予測データを交通量データとして取得する。すなわち、交通量取得部34は、交通量実測データに基づく交通量予測を行い、交通量予測データを取得することとしてもよい。
Next, the traffic
そして、気象データ取得部30により取得される気象データと、日射遮蔽量取得部32により取得される日射遮蔽量データと、交通量取得部34により取得される交通量データと、に基づいて、熱収支計算部36が、特定の地点及び特定の日時における路面温度を算出するための熱収支モデルによる熱収支計算を行う。熱収支計算では、路面の熱収支を計算することにより、路面の温度を算出することができる。従来技術としての該熱収支計算は、「近藤純正編著『水環境の気象学―地表面の水収支・熱収支―』朝倉書店、2000年10月10日、p.128−159」に詳しく記載されている。
And based on the weather data acquired by the weather
図10は本実施の形態における熱収支計算の概念図である。路面に入ってくる熱(大気放射、太陽放射、雲からの放射、地中熱伝導フラックス、交通により発生する熱)と、路面から出ていく熱(地面からの放射、顕熱フラックス、潜熱フラックス、地中熱伝導フラックス)の収支を計算することにより、路面の温度を算出することができる。そして、日射遮蔽量データと、交通量データと、気象データと、にそれぞれ基づいてこれらの熱収支計算の要素を取得することにより、道路の周辺状況を考慮して路面温度を算出することを可能にしている。以下に、その具体的な計算方法について説明する。 FIG. 10 is a conceptual diagram of heat balance calculation in the present embodiment. Heat entering the road surface (atmospheric radiation, solar radiation, cloud radiation, underground heat conduction flux, heat generated by traffic) and heat exiting the road surface (radiation from the ground, sensible heat flux, latent heat flux) The temperature of the road surface can be calculated by calculating the balance of the underground heat conduction flux. And by obtaining these heat balance calculation elements based on solar radiation shielding data, traffic data, and weather data, it is possible to calculate the road surface temperature in consideration of the surrounding conditions of the road I have to. The specific calculation method will be described below.
熱収支計算においては、まず路面が吸収する正味の放射量である純放射量Rnを算出する。純放射量Rnは、大気放射、太陽放射、雲からの放射、地面からの放射の収支により最終的に路面に吸収される放射量であり、アルベドをα、水平面日射量(全天の日射量)をS↓、射出率(黒体度)をε、ステファン−ボルツマン定数をσ、路面温度をTS、大気からの長波放射量をF↓、とすると、以下の式(4)で表されることが知られている。
Rn=(1−α)×S↓−ε×(σ×TS 4−F↓) ・・・(4)
In the heat balance calculation, first road to calculate the net radiation amount R n is the amount of radiation net absorption. Net radiation amount R n is, atmospheric radiation, solar radiation, radiation from the cloud, a radiation amount that is absorbed into the final road surface by balance of the radiation from the ground, the albedo alpha, horizontal surface solar radiation (the solar radiation If the amount is S ↓ , the injection rate (black body degree) is ε, the Stefan-Boltzmann constant is σ, the road surface temperature is T S , and the long-wave radiation from the atmosphere is F ↓ , the following equation (4) It is known that
R n = (1−α) × S ↓ −ε × (σ × T S 4 −F ↓ ) (4)
そして、熱収支モデルのパラメータのひとつである水平面日射量S↓は日射遮蔽量データに応じて変化する。すなわち、日射が遮られている場合には水平面日射量S↓はゼロとなる。例えば一日の熱収支を計算することにすると、日射遮蔽量データにより示される太陽光線の直達率を遮蔽物がないとした場合の水平面日射量に乗じた数値が水平面日射量S↓となる。また、アルベドα、射出率ε及び大気からの長波放射量をF↓は気象データから算出することができる。このため、式(4)により日射遮蔽量データ及び気象データに基づいて、純放射量Rnを路面温度TSの関数として算出でき、日射遮蔽量データに基づいて、熱収支計算を行うことができるようになる。 And the horizontal solar radiation amount S ↓ which is one of the parameters of the heat balance model changes according to the solar radiation shielding amount data. That is, when solar radiation is blocked, the horizontal solar radiation amount S ↓ is zero. For example, when calculating the heat balance of one day, the numerical value obtained by multiplying the direct solar radiation rate indicated by the solar radiation shielding amount data by the horizontal solar radiation amount when there is no shielding object is the horizontal solar radiation amount S ↓ . Further, the albedo α, the emission rate ε, and the long wave radiation amount from the atmosphere F ↓ can be calculated from the weather data. Therefore, based on the solar radiation-shielding amount data and the meteorological data by equation (4), the net amount of radiation R n can be calculated as a function of surface temperature T S, based on the solar radiation-shielding amount data, it is possible to heat balance calculations become able to.
次に、図10に示されるように、顕熱フラックスH、潜熱フラックスιE、地中熱伝導フラックスG、交通により発生する熱W及び純放射量Rnの関係(熱収支)は以下の式(5)により表される。
Rn+W=H+ιE+G ・・・(5)
Next, as shown in FIG. 10, the sensible heat flux H, latent heat flux IotaE, underground heat conduction flux G, transportation by the relationship of the heat W and net radiation amount R n generated (heat balance) of the following formula ( 5).
R n + W = H + ιE + G (5)
交通により発生する熱Wは交通量データに応じて変化する。すなわち、車両1台当たりの排熱伝導係数をwC、時間hにおける時間帯平均の交通量をTR(h)、車両の仮想温度をTtr、路面温度をTSとすると、Wは以下の式(6)のように表される。
W=wC×TR(h)×(Ttr−TS) ・・・(6)
The heat W generated by traffic changes according to traffic data. That is, the exhaust heat transfer coefficient w C per one vehicle, TR (h) the traffic time zone average in the time h, Ttr virtual temperature of the vehicle, when the road surface temperature is T S, W is the following formula It is expressed as (6).
W = w C × TR (h) × (Ttr−T S ) (6)
このように、交通により発生する熱Wは交通量から路面温度TSの関数として算出することができ、交通量データを取得することにより、交通量データにより示される交通量に基づいて、熱収支計算を行うことができるようになる。 Thus, heat W generated by the traffic can be calculated as a function of surface temperature T S from the traffic, by obtaining the traffic data, based on the traffic amount indicated by the traffic data, the heat balance Calculations can be performed.
さらに、顕熱フラックスH及び潜熱フラックスιEはそれぞれ以下の式(7)及び式(8)で表される。ここで、cPは空気の定圧比熱、ρは空気の密度、CHは顕熱フラックスのバルク輸送係数、U’は地上風及び車両通行による風速の和、Tは地上気温、ιは水又は氷の気化の潜熱、βは路面の蒸発効率、qSは地上気温Tに対する飽和比湿、qは地表面温度TSに対する飽和比湿である。なお、地上風の風速及び地上気温は気象データから取得することができる。
H=cP×ρ×CH×U’×(TS−T) ・・・(7)
ιE=ι×ρ×β×CH×U’×(qS−q) ・・・(8)
Further, the sensible heat flux H and the latent heat flux ιE are represented by the following formulas (7) and (8), respectively. Where c P is the constant pressure specific heat of air, ρ is the density of air, C H is the bulk transport coefficient of sensible heat flux, U ′ is the sum of ground wind and wind speed due to vehicle traffic, T is the ground temperature, and ι is water or The latent heat of vaporization of ice, β is the evaporation efficiency of the road surface, q S is the saturation specific humidity with respect to the ground temperature T, and q is the saturation specific humidity with respect to the ground surface temperature T S. The wind speed and surface temperature of the ground wind can be acquired from weather data.
H = c P × ρ × C H × U '× (T S -T) ··· (7)
ιE = ι × ρ × β × C H × U ′ × (q S −q) (8)
これらの式により、顕熱フラックスH及び潜熱フラックスιEは車両通行による風速の関数となっていることが分かる。車両通行による風速は交通量データにより示される交通量に基づいて求められるので、顕熱フラックスH及び潜熱フラックスιEを交通量データ及び気象データに基づいて算出することができるようになる。そして、顕熱フラックスHは路面温度TSの関数として算出することができる。 From these equations, it can be seen that the sensible heat flux H and the latent heat flux ιE are functions of the wind speed due to vehicle traffic. Since the wind speed due to vehicle traffic is determined based on the traffic volume indicated by the traffic volume data, the sensible heat flux H and the latent heat flux ιE can be calculated based on the traffic volume data and weather data. Then, sensible heat flux H can be calculated as a function of surface temperature T S.
さらに、地中熱伝導フラックスGは以下の式(9)のように示されるので、式(10)に示す路面での熱収支計算を行うことにより、路面温度TSを算出することができる。ただし、λGは地中の熱伝導率であり、TGは地中温度であり、zは路面からの深さ(z=0が路面)である。
G(z)=−λG(dTG/dz) ・・・(9)
−λG(dTG/dz)|z=0=Rn+W−H−ιE ・・・(10)
Further, since the underground heat transfer flux G is represented by the following formula (9), by performing the heat balance calculation in road shown in Equation (10) can calculate the surface temperature T S. However, λ G is the thermal conductivity in the ground, TG is the underground temperature, and z is the depth from the road surface (z = 0 is the road surface).
G (z) = − λ G (dT G / dz) (9)
−λ G (dT G / dz) | z = 0 = R n + W−H−ιE (10)
このようにして、日射遮蔽量データ、交通量データ及び気象データにそれぞれ基づいて、該日射遮蔽量データ、交通量データ及び気象データが対応する地点(道路上の特定の地点)に対応する路面温度を算出することができる。そして各データに予測データを用いれば、路面温度の予測値を取得することができる。そして取得した路面温度又は路面温度の予測値を、路面温度出力部40が例えば表示部24に表示することにより出力する。この出力の際、該路面温度又は該路面温度の予測値は日時データ及び対応する地点を示すデータ(例えば緯度/経度/標高)と対応付けて出力することが望ましい。
In this way, based on the solar shading data, traffic data, and weather data, the road surface temperature corresponding to the point (specific point on the road) corresponding to the solar shading data, traffic data, and weather data. Can be calculated. And if prediction data is used for each data, the predicted value of road surface temperature is acquirable. The road surface
なお、上記実施の形態では解析的な方法で路面温度を算出しているが、一部のデータについては測定をすることなく、ニューラルネットワーク38を使用して路面温度を求めることも多い。例えば該ニューラルネットワーク38として教師付き学習を行うニューラルネットを使用することにすると、予め日射遮蔽量データ、交通量データ、気象データ、の各データと、路面温度データと、の対応関係を例えば位置データごとに該ニューラルネットに学習させておき、各データを入力することで対応する路面温度データを得ることができるようになる。なおこの場合において、日射遮蔽量データを取得する際に、路面温度データとして該日射遮蔽量データを算出するための撮像データと対応付けて記憶した路面温度データを使用し、気象データのうちの地上温度として該日射遮蔽量データを算出するための撮像データと対応付けて記憶した気温データを使用すれば、より精度の高い路面温度データを得られるようにできる。
Although the road surface temperature is calculated by an analytical method in the above embodiment, the road surface temperature is often obtained using the
具体的な例を図11及び図12に示す。図11は、地点ごとの路面温度データをグラフにプロットしたものである。図12は、地点ごとの日射遮蔽量データとしての可照時間をグラフにプロットしたものである。これらの図からも分かるように、日射遮蔽量と路面温度との間には相関関係があり、該相関関係をニューラルネットワーク38に記憶することが可能となる。
Specific examples are shown in FIGS. FIG. 11 is a graph plotting road surface temperature data for each point. FIG. 12 is a graph plotting the irradiation time as the solar shading amount data for each point. As can be seen from these figures, there is a correlation between the solar radiation shielding amount and the road surface temperature, and the correlation can be stored in the
そして路面温度データを取得する際には、日射遮蔽量データ、交通量データ、気象データをニューラルネットワーク38に入力することにより、該日射遮蔽量データ、交通量データ、気象データに対応する路面温度データが出力される。このようにして、ニューラルネットを用いることによって熱収支計算部36は路面温度を取得することができる。
When acquiring the road surface temperature data, the solar radiation shielding amount data, the traffic volume data, and the weather data are input to the
以上のようにすることにより、路面温度予測システム1は遮蔽物による日射の遮蔽や、交通量といった道路の周辺状況を考慮して路面温度を算出することができる。さらに、一度撮像データを取得すれば、月日ごとの日射遮蔽量データを得ることができるようになるので、地点ごとの路面温度算出が容易になる。
As described above, the road surface
1 路面温度予測システム、2 気象予測システム、3 日射遮蔽量取得システム、4 交通量取得システム、5 通信ネットワーク、10 CPU、12 RAM、14 入出力部、16,64,80 通信部、18 データベース、20 外部記憶媒体、22 ハードディスク、24 表示部、26 入力部、28 バス、30 気象データ取得部、32 日射遮蔽量取得部、34 交通量取得部、36 熱収支計算部、38 ニューラルネットワーク、40 路面温度出力部、50 観測車、52 GPSアンテナ、54 魚眼レンズ付ビデオカメラ、55 温度センサ、56 路面温度センサ、60 コンピュータ、62,72 制御部、66,74 記憶部、70 GPSロガー、76 GPSアンテナ、78 ジャイロセンサ、82 バックランプ、84 車速検出回路、86 温度計、88 放射温度計、90 全天カメラ、92 デジタルビデオカメラ。 1 road surface temperature prediction system, 2 weather prediction system, 3 solar radiation shielding amount acquisition system, 4 traffic volume acquisition system, 5 communication network, 10 CPU, 12 RAM, 14 input / output unit, 16, 64, 80 communication unit, 18 database, 20 external storage medium, 22 hard disk, 24 display unit, 26 input unit, 28 bus, 30 weather data acquisition unit, 32 solar radiation shielding amount acquisition unit, 34 traffic volume acquisition unit, 36 heat balance calculation unit, 38 neural network, 40 road surface Temperature output unit, 50 observation vehicle, 52 GPS antenna, 54 video camera with fisheye lens, 55 temperature sensor, 56 road surface temperature sensor, 60 computer, 62, 72 control unit, 66, 74 storage unit, 70 GPS logger, 76 GPS antenna, 78 Gyro sensor, 82 Back lamp, 8 Vehicle speed detecting circuit, 86 a thermometer, 88 a radiation thermometer, 90 all sky cameras, 92 digital video camera.
Claims (5)
前記日射遮蔽量データが示す太陽光線の直達率に基づいて前記道路の地点ごとに路面温度を予測する路面温度予測手段と、を含み、
前記撮像データには、撮像された位置を示す位置データが対応付けられ、
前記日射遮蔽量データ取得手段は、前記位置データに基づいて太陽軌道を取得し、前記撮像データと前記太陽軌道とに基づいて、前記日射遮蔽量データを算出する、
ことを特徴とする路面温度予測システム。 Solar radiation shielding amount data indicating a direct reach rate of sunlight based on imaging data captured by the all-sky camera, having an all-sky camera installed on a moving body moving on a road and capturing a whole-sky image, Solar shading data acquisition means to acquire for each point of the road,
See containing and a road temperature prediction means for predicting surface temperature for each point of the road based on the direct ratio of the sunlight indicated by the solar radiation-shielding amount data,
The image data is associated with position data indicating the imaged position,
The solar shading amount data acquisition means acquires a solar orbit based on the position data, and calculates the solar shading amount data based on the imaging data and the solar orbit,
A road surface temperature prediction system characterized by that.
前記道路の交通量を示す交通量データを取得する交通量データ取得手段、
をさらに含み、
前記路面温度予測手段は、前記交通量データにさらに基づいて路面温度を予測する、
ことを特徴とする路面温度予測システム。 In the road surface temperature prediction system according to claim 1 ,
Traffic volume data acquisition means for acquiring traffic volume data indicating the traffic volume of the road;
Further including
The road surface temperature predicting means predicts the road surface temperature further based on the traffic volume data;
A road surface temperature prediction system characterized by that.
前記路面温度予測手段は、熱収支モデルのパラメータである日射量を前記日射遮蔽量データが示す太陽光線の直達率に応じて変更することにより、前記道路の地点ごとに路面温度を予測する、
ことを特徴とする路面温度予測システム。 In the road surface temperature prediction system according to claim 1 or 2 ,
The road surface temperature predicting means predicts the road surface temperature for each point of the road by changing the solar radiation amount, which is a parameter of the heat balance model, according to the direct reach rate of solar rays indicated by the solar radiation shielding amount data.
A road surface temperature prediction system characterized by that.
前記日射遮蔽量データに基づいて前記道路の地点ごとに路面温度を予測する路面温度予測ステップと、を含み、
前記撮像データには、撮像された位置を示す位置データが対応付けられ、
前記日射遮蔽量データ取得ステップは、前記位置データに基づいて太陽軌道を取得するステップと、前記撮像データと前記太陽軌道とに基づいて、前記日射遮蔽量データを算出するステップとを含む、
ことを特徴とする路面温度予測方法。 Based on image data captured by an all-sky camera that is installed on a moving body that moves on the road and captures an all-sky image, solar radiation shielding amount data indicating the direct rate of sunlight is acquired for each point on the road Solar radiation shielding data acquisition step,
See containing and a road surface temperature prediction step of predicting a surface temperature for each point of the road on the basis of the solar radiation-shielding amount data,
The image data is associated with position data indicating the imaged position,
The solar shading amount data acquisition step includes a step of acquiring a solar orbit based on the position data, and a step of calculating the solar shading amount data based on the imaging data and the solar orbit.
The road surface temperature prediction method characterized by the above-mentioned.
前記日射遮蔽量データに基づいて前記道路の地点ごとに路面温度を予測する路面温度予測手段、
としてコンピュータを機能させ、
前記撮像データには、撮像された位置を示す位置データが対応付けられ、
前記日射遮蔽量データ取得手段は、前記位置データに基づいて太陽軌道を取得し、前記撮像データと前記太陽軌道とに基づいて、前記日射遮蔽量データを算出する、
ことを特徴とする路面温度予測プログラム。 Based on image data captured by an all-sky camera that is installed on a moving body that moves on the road and captures an all-sky image, solar radiation shielding amount data indicating the direct rate of sunlight is acquired for each point on the road Solar shading amount data acquisition means, and road surface temperature prediction means for predicting the road surface temperature for each point of the road based on the solar shading amount data,
Cause the computer to function as,
The image data is associated with position data indicating the imaged position,
The solar shading amount data acquisition means acquires a solar orbit based on the position data, and calculates the solar shading amount data based on the imaging data and the solar orbit,
A road surface temperature prediction program characterized by that.
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