JP5170733B2 - 広域視程情報作成装置および広域視程情報作成方法 - Google Patents
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Description
竹内政夫、外1名、「降雨強度と風速から視程を推定する手法に関する研究」、北海道の雪氷、1998年、No.17、pp.13-14 日本雪氷学会、「雪氷調査法」、北海道大学出版会、1991年7月 椎葉充晴、外2名、「移流モデルによる短時間降雨予測手法の検討」、土木学会水理講演会論文集、1984年、第28巻、pp.349-354
比のメッシュ補正係数
=観測点の観測データ/観測点直上メッシュのメッシュ気象データ
で定義される。差のメッシュ補正係数は、例えば、
差のメッシュ補正係数
=観測点の観測データ−観測点直上メッシュのメッシュ気象データ
で定義される。空間的に連続性がある気象データ(例えば、気温や風向・風速など)の場合は、メッシュ補正係数として「差」を用い、変動幅が大きい気象データ(例えば、降水量など)の場合は、メッシュ補正係数として「比」を用いることが多い。
補正実況メッシュ気象データ
=実況メッシュ気象データ×内挿後の比のメッシュ補正係数
または、
補正実況メッシュ気象データ
=実況メッシュ気象データ+内挿後の差のメッシュ補正係数
である。
ここで、(u,v)およびwは、位置(x,y)の一次式として、次の式(10)のように近似されるものとする。
本例では、視認性指標(WIPS)の推定に用いる気象データとして、メッシュデータが整備されている気温、降水量、および風速を採用した。推定式の検討を行うための気象データの収集地点(つまり、解析の対象地点)は、北海道開発局道路テレメータの気象データが入手でき、かつ、道路カメラ(「中山峠スキー場前」)が設置されている、北海道の中山峠頂上付近とした。なお、視認性指標は昼夜で特性が変わるが、本例では昼間(8時〜16時)を対象とした。解析期間(つまり、気象データおよび視認性指標の収集期間)は、平成18年(2006年)1月〜2月である。
視認性指標(WIPS)は、静止画の切り出しごとに算出される。本例では、平成18年1月30日までは15分間隔、1月31日以降は10分間隔でWIPSを作成した。吹雪による視界不良は、気象状況や周辺状況により時間変動が大きいため、道路画像から求めた視認性指標も、ある時間断面の状況を表しているに過ぎない。したがって、気象要素を元にWIPSを推定する場合、微小な変動には追従しきれないことが想定される。また、道路管理者やドライバー向けの情報提供を前提とした場合は、注意喚起の意味も含めて、瞬時や平均的な視界情報よりもどれだけ悪くなる可能性があるか(悲観的予測)を提供した方が、情報価値としてはより有用と考えられる。以上のことから、気象要素に対応させるWIPSは、前1時間の最小値をとることとした(解析段階では、正時、前1時間平均、および前1時間最小のWIPSを用いている)。
<気温>
図9は、気温とWIPSの関係を示す図である。図9からわかるように、WIPSは、0℃以上から−15℃以下まで広く分布しているが、RVI=2以下(WIPS=3.9以下に相当)は、0℃以上の気温帯では見られないことがわかる。したがって、この気温0℃は、気象要素から視認性指標を推定する場合の1つの判定条件(閾値)として見ることができる。
吹雪による視程障害と風速は密接な関係があることはこれまでの様々な調査で明らかになっている。例えば、非特許文献2には、図10に示す吹雪発生臨界風速測定例が記載されている。図11は、降水量0mmでの風速とWIPSの関係を示す図である。図11によれば、風が強まるにつれWIPSが低下する傾向が見られ、特に、風速5m/sを超えると、RVI=2以下(WIPS=3.9以下)の、視認性が悪化するレベルの出現が目立つようになる(図11中の楕円で囲まれた部分を参照)。この結果は、これまでの吹雪に関する調査結果と矛盾しない。
ここでは、降水量の観測が0.5mm単位であるため、WIPSをVSに変換し、階級値で比較した。図12は、WIPSと前1時間降水量の関係を示す図であり、図12(A)は、正時のWIPSと前1時間降水量の関係を示す図、図12(B)は、前1時間平均のWIPSと前1時間降水量の関係を示す図、図12(C)は、前1時間最小のWIPSと前1時間降水量の関係を示す図である。WIPSの前1時間最小値を見ると、降水量0mmではVS=10〜15(RVI=4)が多いが、VS=9以下の視界が悪化しているケースも見られる。この理由については後述する。一方、降水量0.5mm以上では、VS=10以上の出現が減少し、さらに降水量3.5mm以上では、VS=6以下の視界が悪化しているケースが多くなる。
吹雪とは、降雪が風を伴っているために見通しが悪くなったり、地表に積もった雪が強い風で舞い上がったりする(地吹雪)現象をいう。降水量0mmでWIPSが悪化する上記ケースは、地吹雪に相当する状況でWIPSが悪化したと考えられる。
以上の観測結果から気象要素とWIPSの関係をまとめると次のようになる。
(1)気温0℃以上では、WIPSは極端に悪化しない。
(2)風速が強まると、WIPSが悪化する。
(3)降水量が多いと、WIPSは悪化する。
(4)降水がなくても、風が強ければ、WIPSは悪化する。
(5)前3時間降水量が無降水であれば、風が強くても、極端なWIPSの悪化はない。
これは、本発明の基礎となる新たな知見である。
(1)気温が0℃以上の場合は、第3の推定式を用いる。第3の推定式は、雨雪を判別し、湿雪時のWIPS(視程障害)を推定するための式である。
(2)気温が0℃未満で、かつ、降水がある(降水量の観測は0.5mm単位のため、前3時間降水量が0.5mm以上)場合は、第2の推定式を用いる。第2の推定式は、気温、風速、および降水量によるWIPSの推定式である。
(3)気温が0℃未満で、かつ、降水がない場合は、第1の推定式を用いる。第1の推定式は、気温および風速によるWIPSの推定式である。
観測データから第1の推定式および第2の推定式を重回帰式により作成した。図15は、第1の推定式の重回帰分析結果を示す図であり、図16は、第2の推定式の重回帰分析結果を示す図である。図15および図16に示すように、切片および各Xの係数によって第1の推定式および第2の推定式がそれぞれ得られる。
従来、道路画像などポイントで得られ、主観的判断に頼らざるを得なかった視界状況を、メッシュ化した視認性指標を用いることで、面的な情報を定量的に得ることができ、状況の把握がより容易になる。
一定時間に得られる視認性指標メッシュを時系列で表示することもでき、ドライバーや道路管理者は視程の悪い領域の動きや発達衰弱の傾向をつかむことができ、通行判断や道路管理に役立てることができる。
広域視程情報は複数地点の道路画像を元にしてメッシュ化する。故障などで画像の使えない箇所があってもメッシュ化する過程で補完できるため、欠落のない安定した情報を得ることが可能となる。多様な利用者ニーズおよび利用者シーンに応じた視程障害情報の提供が可能である。
視認性指標は人の感覚に近いランク表示をすることが可能である。メッシュ化する際、視認性指標のないメッシュは各種気象データにより補正するため、観測点で得られる精度を保ちつつメッシュを作成することができる。
視認性指標の実況メッシュと気象予測データを用いて作成される予測視認性指標メッシュは、今後の視程状況の推移や、視程障害領域の移動を具体的な情報として得ることができる。ドライバーは峠越えなどで出発時間の変更や経路の変更をこの情報で行うことができる。また道路管理者は事前に道路利用者に対し注意喚起を行うほか、通行規制の予測検討が可能となる。
110 入力部
120 実況気象データメッシュ化部
130 実況視認性指標メッシュ推定部
140 予測気象データメッシュ化部
130 予測視認性指標メッシュ推定部
160 視認性指標メッシュ補正部
162 補正係数算出部
164 補正係数メッシュ化部
166 推定メッシュ補正部
170 視認性指標変換部
180 データ格納部
190 出力部
200 視認性指標算出装置
210 画像収集部
220 視認性指標算出部
300 道路カメラ
Claims (15)
- メッシュ化された気象データを取得する取得手段と、
取得されたメッシュ気象データから、道路画像に基づく視認性指標のメッシュデータを作成する作成手段と、
カメラ設置点で撮影された道路画像から算出された、前記視認性指標の観測値を入力する入力手段と、
入力された前記視認性指標の観測値を用いて、作成された視認性指標メッシュを補正する補正手段と、を有し、
前記作成手段は、所定の気象要素と前記視認性指標との関係を示す関係式を記憶する手段を含み、前記関係式を用いて、取得されたメッシュ気象データから、前記視認性指標のメッシュデータを作成し、
前記視認性指標は、道路画像から算出される画像の見易さを示す指標であって、道路画像を空間周波数成分に変換し、変換後の空間周波数成分の分布をフィルタ処理して得た人間のコントラスト感度が良好な特定領域の空間周波数成分のパワースペクトルの合計値である、
広域視程情報作成装置 - 前記関係式は、気象条件に応じて複数記憶されており、
前記作成手段は、
取得されたメッシュ気象データのメッシュ毎に、前記複数の関係式の中から、当該メッシュの気象データに適する関係式を選択し、選択した関係式を用いて、当該メッシュの気象データから、前記視認性指標を推定することにより、前記視認性指標のメッシュデータを作成する、
請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - 前記気象要素は、気温、風速、湿度、および降水量の少なくとも1つ以上からなり、前記関係式は、あらかじめ観測データから重回帰分析により作成されている、
請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - 前記作成手段は、
気温が所定の閾値温度以下で、かつ、降水量が所定の閾値降水量以下の場合は、気温および風速による第1の関係式を用い、気温が前記閾値温度以下で、かつ、降水量が前記閾値降水量以上の場合は、気温、風速、および降水量による第2の関係式を用い、気温が前記閾値温度以上の場合は、気温、湿度、および降水量による第3の関係式を用いて、取得されたメッシュ気象データから、前記視認性指標のメッシュデータを作成する、
請求項2記載の広域視程情報作成装置。 - 前記取得手段は、
メッシュ化された実況気象データを取得し、
前記作成手段は、
取得された実況メッシュ気象データから、前記視認性指標の実況メッシュデータを作成する、
請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - 前記取得手段は、
メッシュ化された予測気象データを取得し、
前記作成手段は、
取得された予測メッシュ気象データから、前記視認性指標の予測メッシュデータを作成する、
請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - 前記取得手段は、
メッシュ化された実況気象データを取得し、
前記作成手段は、
取得された実況メッシュ気象データから、前記視認性指標の実況メッシュデータを作成し、
前記補正手段は、
入力された前記視認性指標の観測値を用いて、作成された実況視認性指標メッシュを補正する、
請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - 前記補正手段は、
入力された前記視認性指標の観測値が得られた観測点に対応するメッシュにおける補正係数を算出する手段と、
算出された補正係数を数学的空間内挿法によりメッシュ化する手段と、
メッシュ化された補正係数を用いて、作成された実況視認性指標メッシュを面的に補正する手段と、
を有する請求項7記載の広域視程情報作成装置。 - 前記取得手段は、
メッシュ化された予測気象データを取得し、
前記作成手段は、
取得された予測メッシュ気象データから、前記視認性指標の予測メッシュデータを作成し、
前記補正手段は、
補正された実況視認性指標メッシュを用いて、作成された予測視認性指標メッシュを補正する、
請求項7記載の広域視程情報作成装置。 - 前記補正手段は、
補正された実況視認性指標メッシュと予測0時間後の予測視認性指標メッシュとの差分を算出する手段と、
算出された差分を用いて、作成された予測視認性指標メッシュを面的に補正する手段と、
を有する請求項9記載の広域視程情報作成装置。 - 前記取得手段は、
メッシュ化された予測気象データを取得し、
前記作成手段は、
取得された予測メッシュ気象データから、前記視認性指標の予測メッシュデータを作成し、
前記補正手段は、
入力された前記視認性指標の観測値を用いて、作成された予測視認性指標メッシュを補正する、
請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - 作成された視認性指標メッシュは、各メッシュの前記視認性指標が道路画像のコントラストにより連続的な値をとり、
作成された視認性指標メッシュの各メッシュの前記連続的な値を、人間の感覚に基づくグルーピング化を行うことにより得られる道路画像の見易さの指標としてのランク値のメッシュデータに変換する変換手段と、
変換後の視認性指標メッシュを出力する出力手段と、
をさらに有する請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - 補正された視認性指標メッシュは、各メッシュの前記視認性指標が道路画像のコントラストにより連続的な値をとり、
補正された視認性指標メッシュの各メッシュの前記連続的な値を、人間の感覚に基づくグルーピング化を行うことにより得られる道路画像の見易さの指標としてのランク値のメッシュデータに変換する変換手段と、
変換後の視認性指標メッシュを出力する出力手段と、
をさらに有する請求項1記載の広域視程情報作成装置。 - メッシュ化された気象データを取得する取得ステップと、
取得したメッシュ気象データから、道路画像に基づく視認性指標のメッシュデータを作成する作成ステップと、
カメラ設置点で撮影した道路画像から算出した、前記視認性指標の観測値を入力する入力ステップと、
入力した前記視認性指標の観測値を用いて、作成した視認性指標メッシュを補正する補正ステップと、を有し、
前記作成ステップは、所定の気象要素と前記視認性指標との関係を示す関係式を記憶し、前記関係式を用いて、取得したメッシュ気象データから、前記視認性指標のメッシュデータを作成し、
前記視認性指標は、道路画像から算出される画像の見易さを示す指標であって、前記道路画像を空間周波数成分に変換し、変換後の空間周波数成分の分布をフィルタ処理して得た人間のコントラスト感度が良好な特定領域の空間周波数成分のパワースペクトルの合計値である、
広域視程情報作成方法。 - メッシュ化された気象データを取得する取得ステップと、
取得したメッシュ気象データから、道路画像に基づく視認性指標のメッシュデータを作成する作成ステップと、
カメラ設置点で撮影した道路画像から算出した、前記視認性指標の観測値を入力する入力ステップと、
入力した前記視認性指標の観測値を用いて、作成した視認性指標メッシュを補正する補正ステップと、を有し、
前記作成ステップは、所定の気象要素と前記視認性指標との関係を示す関係式を記憶し、前記関係式を用いて、取得したメッシュ気象データから、前記視認性指標のメッシュデータを作成し、
前記視認性指標は、道路画像から算出される画像の見易さを示す指標であって、前記道路画像を空間周波数成分に変換し、変換後の空間周波数成分をフィルタ処理して得た人間のコントラスト感度が良好な特定領域の空間周波数成分のパワースペクトルの合計値である、
をコンピュータに実行させるための広域視程情報作成プログラム。
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