JP5709144B1 - 凍結防止剤自動散布制御装置、凍結防止剤自動散布制御プログラムおよび凍結防止剤自動散布制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】路面状態に応じて凍結防止剤を自動散布することで散布量を低減すると共に、凍結防止剤の総散布量を事前に把握することで散布作業終了後の残量を低減し、凍結防止剤にかかる費用および凍結防止剤に起因する塩害による影響を低減することができる凍結防止剤自動散布制御装置、凍結防止剤自動散布制御プログラム及び凍結防止剤自動散布制御方法を提供する。【解決手段】散布区間を設定する散布区間設定部と、路面状態データを取得する路面状態データ取得部と、散布条件データを取得する散布条件データ取得部と、単位区間ごとの散布条件を決定する散布条件決定部と、散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出する総散布量事前算出部と、現在位置データを取得する現在位置データ取得部と、現在位置に対応する単位区間を特定する単位区間特定部と、凍結防止剤散布装置に対して、単位区間ごとに前記散布条件を出力する散布条件出力部とを有する。【選択図】 図４

Description

本発明は、道路の路面状態に応じて凍結防止剤を自動散布するための凍結防止剤自動散布制御装置、凍結防止剤自動散布制御プログラムおよび凍結防止剤自動散布制御方法に関するものである。

従来、道路に凍結防止剤を散布する場合、凍結防止剤散布車に搭載された凍結防止剤散布装置によって散布区間の全域に渡って一律に同量の凍結防止剤を散布している。また、作業員が路面状態を目視で評価し、その評価結果に基づいて凍結防止剤散布装置を手動で操作し凍結防止剤を散布する方法も存在する。

一方、特開平１１−２５６５４２号公報には、ＧＰＳにより自車位置を検出し、検出した自車位置の道路状況パターンに設定されている散布条件データを道路状況パターンデータベースより読み出し、その読み出した散布条件に従って制御器により散布装置を制御して散布剤を自動的に散布する自動散布システムが提案されている（特許文献１）。

特開平１１−２５６５４２号公報

しかしながら、上述した目視評価に基づく手動散布においては、熟練の作業員でなければ路面状態を的確に判断できず、また熟練作業員であっても、その評価は定性的でバラツキがある。また、上述した一律散布よりは散布量が少なくなるものの、事故防止の観点から安全側に（多めに）散布される傾向にある。しかしながら、凍結防止剤は、近年単価が高騰しており、降雪地域の雪氷対策費全体に占める割合が大きく、高額な費用がかかるという問題がある。

また、凍結防止剤の主成分は塩化ナトリウムであるため、コンクリート等の構造物、ガードレールや基礎等の鉄製品などに塩害による影響を与えることが知られている。特に、コンクリートの割れ目などから凍結防止剤が浸透すると、構造物の強度や寿命に悪影響があることが報告されている。

一方、上記特許文献１に記載された発明によれば、道路状況等に適した凍結防止剤の散布を行うことができるとされている。しかしながら、特許文献１では、散布車で走行しながら路面状況をリアルタイムで判別し、凍結防止剤を散布するようになっている。このため、散布作業の開始前にどれくらいの凍結防止剤が必要なのかを把握することができず、ホッパやタンク内に多めの量の凍結防止剤を積み込まなければならない。

剤散布車に搭載した薬剤を余ったまま放置すると凍結防止剤が固結し散布装置に不具合が発生する。また、凍結防止剤の散布は、路面状態に応じて散布量を変えながら散布することが難しい。よって、全面的な一律散布や、初終冬期に融雪による浸み出し箇所への部分的な散布が行われ、薬剤がまとまって余った場合は薬液槽に回収するが、通常は極力使い切るような作業を行っていた。このため、路面状態に応じて散布量を変えながら散布を行うためには、剤散布車へ積載する凍結防止剤の量を正確に事前把握する必要がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、路面状態に応じて凍結防止剤を自動散布することで散布量を低減するとともに、凍結防止剤の総散布量を事前に把握することで散布作業終了後の残量を低減し、凍結防止剤にかかる費用および凍結防止剤に起因する塩害による影響を低減することができる凍結防止剤自動散布制御装置、凍結防止剤自動散布制御プログラムおよび凍結防止剤自動散布制御方法を提供することを目的としている。

本発明に係る凍結防止剤自動散布制御装置は、凍結防止剤を散布する散布区間を設定する散布区間設定部と、記憶手段から前記散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを取得する路面状態データ取得部と、記憶手段から路面状態に応じて設定されている凍結防止剤の散布量を含む散布条件データを取得する散布条件データ取得部と、前記路面状態データと前記散布条件データとに基づいて、前記単位区間ごとの散布条件を決定する散布条件決定部と、各単位区間ごとに決定された各散布条件に基づいて、前記散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出する総散布量事前算出部と、位置検出手段から現在位置の緯度・経度からなる現在位置データを取得する現在位置データ取得部と、前記現在位置データに基づいて、現在位置に対応する単位区間を特定する単位区間特定部と、凍結防止剤を散布する凍結防止剤散布装置に対して、前記単位区間ごとに前記散布条件を出力する散布条件出力部とを有する。

また、本発明の一態様として、前記散布条件決定部が各単位区間の散布量を算出する際に用いる散布アルゴリズムを設定する散布アルゴリズム設定部を有していてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも次の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、いずれか大きい値を前記算出対象の単位区間の散布量としてもよい。

また、本発明の一態様として、前記散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも前後の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、最も大きい値を前記算出対象の単位区間の散布量としてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記凍結防止剤散布装置は、凍結防止剤を散布する散布ノズルが左右方向に首振可能に構成されているとともに、前記凍結防止剤散布装置を搭載した凍結防止剤散布車が、片側二車線のうち走行車線を走行しながら凍結防止剤を散布する場合、前記散布条件決定部は、前記散布ノズルの散布範囲が走行車線と追越車線との略中間位置となるように首振方向を設定してもよい。

また、本発明の一態様として、前記路面状態データは、雪氷巡回車のタイヤの内周面に設けられた加速度センサからタイヤの振動を取得するとともに、当該タイヤ振動の時系列波形から振動レベルを算出し、当該振動レベルを各種の路面状態と振動レベルとの対応関係を示す対応マップに照合することで路面状態を判別する路面状態判別装置によって生成されてもよい。

また、本発明に係る凍結防止剤自動散布制御プログラムは、凍結防止剤を散布する散布区間を設定する散布区間設定ステップと、記憶手段から前記散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを取得する路面状態データ取得ステップと、記憶手段から路面状態に応じて設定されている凍結防止剤の散布量を含む散布条件データを取得する散布条件データ取得ステップと、前記路面状態データと前記散布条件データとに基づいて、前記単位区間ごとの散布条件を決定する散布条件決定ステップと、各単位区間ごとに決定された各散布条件に基づいて、前記散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出する総散布量事前算出ステップと、位置検出手段から現在位置の緯度・経度からなる現在位置データを取得する現在位置データ取得ステップと、前記現在位置データに基づいて、現在位置に対応する単位区間を特定する単位区間特定ステップと、凍結防止剤を散布する凍結防止剤散布装置に対して、前記単位区間ごとに前記散布条件を出力する散布条件出力ステップとをコンピュータに実行させるものであり、本発明に係る凍結防止剤自動散布制御方法は、上記各ステップを有するものである。

本発明によれば、路面状態に応じて凍結防止剤を自動散布することで散布量を低減するとともに、凍結防止剤の総散布量を事前に把握することで散布作業終了後の残量を低減し、凍結防止剤にかかる費用および凍結防止剤に起因する塩害による影響を低減することができる。

本発明に係る凍結防止剤自動散布制御装置を用いた凍結防止剤の自動散布作業の概要を示す図である。 本実施形態における路面状態判別システムの一例を示す図である。 本実施形態における路面状態データの一例を示す図である。 本実施形態の凍結防止剤自動散布制御装置を示すブロック図である。 本実施形態において、（ａ）単純散布アルゴリズムによる散布、（ｂ）部分散布アルゴリズムによる散布、および（ｃ）全面散布アルゴリズムによる散布を示す図である。 本実施形態における散布条件データの一例を示す図である。 本実施形態における単位区間データの一例を示す図である。 本実施形態における凍結防止剤自動散布制御方法を示すフローチャート図である。 本実施形態における操作画面であって、（ａ）散布区間および積載量の設定画面、および（ｂ）自動散布画面の一例である。 実施例１における実験条件を示す表である。 実施例２の比較結果を示す表である。 実施例３の検証結果を示す表である。 実施例４のシミュレーションに用いた雪氷路面ダイヤグラムである。 実施例４のシミュレーションに用いた散布条件を示す表である。 実施例４のシミュレーション結果を示す表である。

以下、本発明に係る凍結防止剤自動散布制御装置、凍結防止剤自動散布制御プログラムおよび凍結防止剤自動散布制御方法の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明において、凍結防止剤とは、塩化カルシウム等を主成分とする塩化物系や、酢酸カルシウム・マグネシウム等の塩化物を含有しない酢酸系の他、路面上の水分が凍結するのを防止しうる全ての剤を含む概念である。

まず、本実施形態において、凍結防止剤の自動散布作業を行う場合の主要な作業工程を図１に示す。具体的には、以下に示す１〜３の作業工程からなる。
１．散布作業の開始前に単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを用意する。
２．路面状態データに基づき、凍結防止剤の総散布量を事前に算出する。
３．現在位置データに基づき、路面状態に応じて凍結防止剤を自動散布する。

上記作業工程１は、凍結防止剤を散布しようとする散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを事前に準備する工程である。路面状態データを用意する方法としては、例えば、ＣＡＩＳ（登録商標：Contact Area Information Sensing）という、タイヤ接地面のセンサ信号解析に基づくタイヤセンシング技術を用いることができる。

具体的には、ＣＡＩＳに基づく路面状態判別システムでは、主として、雪氷巡回車に路面状態判別装置が搭載されているとともに、この路面状態判別装置に各種の路面状態と振動レベルとの対応関係を示す対応マップが記憶されている。また、図２に示すように、雪氷巡回車のタイヤの内周面に、タイヤの振動を検出する加速度センサと、この加速度センサの出力を路面状態判別装置へ無線送信する無線モジュールと、これらを駆動する電磁式発電装置とを有している。

上記構成において、路面状態判別装置は、無線モジュールを介して加速度センサからタイヤの振動を取得するとともに、当該タイヤ振動の時系列波形から振動レベルを算出する。そして、当該算出した振動レベルを前記対応マップに照合することで路面状態を判別する。また、路面状態判別装置は、雪氷巡回車の走行中、ＧＰＳ信号に基づいて現在位置に対応する単位区間を特定し、上述した判別処理を各単位区間ごとに実行することで路面データを生成するようになっている。

本実施形態では、路面状態を７つ（乾燥・半湿・湿潤・シャーベット・積雪・圧雪・凍結）に分類し、予め各路面状態に応じた波形特徴を定量化した振動レベルを対応マップとして登録している。例えば、図２に示すように、乾燥路ではトレッドゴムが路面から拘束されるため、接地面における振動レベルが低いという特徴がある。また、凍結路では定常走行中でも微小なすべりが発生するため、接地面内に高周波振動が発生する。

このように、ＣＡＩＳに基づく路面状態判別システムでは、各路面状態ごとに特徴的な波形を示すタイヤ振動に基づいて路面状態が判別される。そして、各単位区間ごとに判別された路面状態データは、リアルタイムでＷＥＢサーバ等に送信されてデータベース化される。また、路面状態データとともに道路画像等を合わせて送信し、これらをＷＥＢビューアーソフト等によって地図上にモニタリング表示することも可能である。

ここで、本実施形態における路面状態データの一例を図３に示す。本実施形態では、高速道路において１００ｍごとに設置された各キロポスト（ＫＰ）間を単位区間とし、これら各単位区間ごとに路面状態が登録されている。なお、単位区間の設定基準は上記キロポストに限定されるものではなく、適宜設定してもよい。また、本実施形態では、路面状態を７タイプ（乾燥・半湿・湿潤・シャーベット・積雪・圧雪・凍結）に分類しているが、これらのタイプに限定されるものではなく、適宜変更・増減してもよい。

また、路面状態データを作成する方法は、上記ＣＡＩＳに基づく路面状態判別システムに限定されるものではなく、散布区間内における単位区間ごとの路面状態を把握できるものであれば、適宜選択することができる。例えば、作業員が目視により単位区間ごとの路面状態を判別し、当該判別結果をＷＥＢサーバ等へ送信したり、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体に保存してもよい。

つぎに、上記作業工程２，３は、本発明に係る凍結防止剤自動散布制御装置１、凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａおよび凍結防止剤自動散布制御方法が関わる主工程であり、以下、詳細に説明する。

本実施形態において、凍結防止剤自動散布制御装置１は、凍結防止剤を散布する凍結防止剤散布装置１１を備えた凍結防止剤散布車１０に搭載されている。また、凍結防止剤自動散布制御装置１は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータから構成されており、図４に示すように、主として、位置検出手段２と、通信手段３と、表示入力手段４と、記憶手段５と、演算処理手段６とを有している。以下、各構成手段について詳細に説明する。

位置検出手段２は、凍結防止剤散布車１０に搭載された凍結防止剤自動散布制御装置１の現在位置を検出するものである。本実施形態において、位置検出手段２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機から構成されており、所定の時間間隔ごとにＧＰＳ衛星からの信号を受信し、現在位置の緯度・経度からなる現在位置データを出力するようになっている。

通信手段３は、凍結防止剤自動散布制御装置１に通信機能を実装するためのものであり、通信モジュール等から構成されている。通信手段３は、インターネットや電話回線等を介してネットワーク上のＷＥＢサーバ等にアクセスし、路面状態データをダウンロード可能にする。なお、本実施形態では、ＷＥＢサーバから路面状態データをダウンロードするため、通信手段３を有しているが、ＵＳＢメモリ等を用いて路面状態データを凍結防止剤自動散布制御装置１に直接提供する場合、通信手段３は不要である。

表示入力手段４は、タッチパネル等で構成されており、後述する散布区間や積載量の設定画面等を表示するとともに、所望の散布区間や積載量等を入力するものである。なお、本実施形態では、表示機能および入力機能を兼ね備えた表示入力手段４を使用しているが、この構成に限定されるものではなく、表示機能のみを備えた表示手段および入力機能のみを備えた入力手段をそれぞれ別個に有していてもよい。

記憶手段５は、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段６が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。本実施形態において、記憶手段５は、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等で構成されており、図４に示すように、プログラム記憶部５１と、散布アルゴリズム記憶部５２と、路面状態データ記憶部５３と、道路関連データ記憶部５４と、散布条件データ記憶部５５と、単位区間データ記憶部５６とを有している。以下、各構成部について詳細に説明する。

プログラム記憶部５１には、本実施形態の凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段６が凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａを実行することにより、凍結防止剤自動散布制御装置１としてのコンピュータを後述する各構成部として機能させるようになっている。

散布アルゴリズム記憶部５２は、後述する散布条件決定部６５が各単位区間の散布量を算出する際に用いる散布アルゴリズムを記憶するものである。本実施形態において、散布アルゴリズムとしては、各単位区間の路面状態に応じて散布する単純散布アルゴリズムと、初冬期および終冬期に適した部分散布アルゴリズムと、厳冬期に適した全面散布アルゴリズムとが登録されている。

具体的には、単純散布アルゴリズムは、上記特許文献１と同様、各作業区間ごとの路面状況に応じた散布条件をそのまま用いて散布するアルゴリズムである。しかしながら、路面に散布された凍結防止剤の一部は、車両が通過する際の風圧により引っ張られ、進行方向前方へ流されてしまう傾向にある。このため、例えば、図５（ａ）に示すように、凍結防止剤の散布が不要な第一区間および第二区間の後に凍結防止剤の散布を要する第三区間が隣接する区間において、単純散布アルゴリズムを用いた場合、当該第三区間では、手前の第一、第二区間から凍結防止剤が流れてこない上、散布された凍結防止剤の一部が次の第４区間へ流されるため、凍結防止効果が低減してしまうおそれがある。

これに対し、本実施形態の部分散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも次の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、いずれか大きい値を算出対象の単位区間の散布量とするアルゴリズムである。また、全面散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも前後の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、最も大きい値を算出対象の単位区間の散布量とするアルゴリズムである。

部分散布アルゴリズムによれば、上述した例において、第二区間の散布量を決定する場合、図５（ｂ）に示すように、第二区間と第三区間の散布量のうち、大きい値である第三区間の散布量が第二区間の散布量として決定される。これにより、第三区間では、路面状態に応じた凍結防止剤が散布されるとともに、別途、第二区間からも車両の通行に伴って凍結防止剤が流れてくる。このため、初冬期および終冬期のように、路面状態が比較的判別しやすい場合において、凍結防止効果の低減を抑制しつつ散布量を低減するのに適したアルゴリズムといえる。

また、図５（ｃ）に示すように、凍結防止剤の散布が必要な第一区間の後に、凍結防止剤の散布が不要な第二区間および第三区間が隣接する場合、本実施形態の全面散布アルゴリズムによれば、第二区間の散布量を決定する場合、第一区間から第三区間の散布量のうち、最も大きい値である第一区間の散布量が第二区間の散布量として決定される。これにより、第二区間では、手前の路面状態に応じた凍結防止剤が散布されるとともに、別途、第一区間からも車両の通行に伴って凍結防止剤が流れてくる。このため、厳冬期のように、路面状態が判別しにくい場合において、安全側での凍結防止効果を確保しつつ散布量を低減するのに適したアルゴリズムといえる。

なお、本実施形態の部分散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の次の単位区間のみを考慮しているが、この構成に限定されるものではなく、算出対象の単位区間および当該単位区間に続く複数区間の散布量を考慮してもよい。また、本実施形態の全面散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の前後の単位区間のみを考慮しているが、この構成に限定されるものではなく、算出対象の単位区間および当該単位区間の前後方向に続く複数区間の散布量を考慮してもよい。

路面状態データ記憶部５３は、散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを記憶するものである。本実施形態において、路面状態データは、上述したとおり、各単位区間ごとに、７タイプ（乾燥・半湿・湿潤・シャーベット・積雪・圧雪・凍結）の路面状態のうち、いずれかもしくは判定が困難な場合には未判定として登録されている。また、路面状態データは、通信手段３を介してＷＥＢサーバからダウンロードされた後、路面状態データ記憶部５３に記憶される。なお、路面状態データは、凍結防止剤自動散布制御装置１に接続されたＵＳＢメモリ等の記録媒体から直接読み出されてもよく、この場合、当該記録媒体が路面状態データ記憶部５３として機能する。

道路関連データ記憶部５４は、散布区間内における道路の幅員、車線数、道路の構造および構造物等からなる道路関連データを記憶するものである。本実施形態において、道路の構造としては、盛土区間であるか切土区間であるかが登録されている。また、構造物としては、橋梁やトンネル等の情報が登録されている。

散布条件データ記憶部５５は、路面状態に応じて設定されている凍結防止剤の散布量を含む散布条件データを記憶するものである。本実施形態では、散布条件データとして、路面状態に応じた散布量の他に、道路の幅員に応じた散布幅、凍結防止剤の湿式割合、および車線数に応じた散布ノズルの首振方向が設定されている。また、散布条件データは、表示入力手段４を介した作業者の入力操作によって、適宜変更しうるようになっている。

本実施形態の凍結防止剤散布装置１１では、凍結防止剤を散布する散布ノズルが水平方向に複数整列されており、使用する散布ノズルを適宜増減することで散布幅が調節される。また、散布ノズルは、左右方向に首振可能に構成されており、首振方向を適宜変更することで散布範囲が調節される。このため、本実施形態では、散布条件として、散布ノズルによる散布幅および首振方向が車線数に応じて設定されている。

例えば、暫定二車線から片側二車線に変わる地点では、散布幅を二倍に設定してもよい。あるいは、凍結防止剤散布車１０は、片側二車線のうち走行車線を走行しながら凍結防止剤を散布する。よって、散布ノズルの散布範囲が走行車線と追越車線との略中間位置となるように首振方向を設定してもよい。これにより、散布幅を二倍にまで広げなくても、走行車線と追越車線との双方に凍結防止剤が適度に散布されるため、散布量を低減することが可能となる。

また、道路の構造上、盛土区間では、道路上の雪が風で流されやすい一方、切土区間では、道路上の雪が路肩に溜まりやすい傾向にある。このため、盛土区間では、散布幅を広く設定する一方、切土区間では散布幅を狭く設定することで、実際の道路幅に応じた適切な散布が可能となる。さらに、橋梁やトンネルの出入口近傍は滑りやすいため、路面状態に関わらず、凍結防止剤を散布する設定にしてもよい。

なお、湿式割合とは、固形の凍結防止剤（塩化ナトリウム）と液状の凍結防止剤（塩化ナトリウム溶液）とを混合して散布する湿塩散布（ウエットソルト）における混合比のことである。このため、湿塩散布において、凍結防止剤の散布量を減らすには、路面状態に応じて散布量および湿式割合を変えることが有効である。

ここで、路面状態に応じた散布量および湿式割合が設定された散布条件データの一例を図６に示す。本実施形態では、圧雪・凍結の場合、路面が最も滑りやすいため、散布量および湿式割合が多めに設定されている。一方、路面状態が半湿・湿潤・シャーベットの場合、圧雪・凍結の場合に比べて路面が滑り難く水分を含んでいるため、散布量および湿式割合が減少されている。さらに、路面状態が乾燥・積雪の場合、凍結防止剤の散布効果が小さいため散布しない設定とされている。

単位区間データ記憶部５６は、各単位区間に対応付けて緯度・経度が設定された単位区間データを記憶するものである。本実施形態では、上述したとおり、各キロポストの間の区間を一つの単位区間とし、各単位区間ごとに対応する緯度・経度が登録されている。なお、単位区間の特定に際しては、後述するとおり、いずれかの緯度・経度で特定される地点を中心とする所定形状（円形、正方形等）の範囲内に含まれるか否かによって特定される。

ここで、各単位区間と緯度・経度との対応関係を示す単位区間データの一例を図７に示す。本実施形態において、単位区間データは、図７に示すように、高速道路の上り線および下り線に対応する昇順データおよび降順データを有している。そして、各データには、単位区間に相当するキロポスト（ＫＰ）ごとに、対応する緯度・経度が設定されている。

演算処理手段６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成されており、記憶手段５にインストールされた凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａを実行することにより、図４に示すように、散布区間設定部６１と、散布アルゴリズム設定部６２と、路面状態データ取得部６３と、散布条件データ取得部６４と、散布条件決定部６５と、総散布量事前算出部６６と、現在位置データ取得部６７と、単位区間特定部６８と、散布条件出力部６９として機能するようになっている。以下、各構成部について詳細に説明する。

散布区間設定部６１は、凍結防止剤を散布する散布区間を設定するものである。具体的には、散布区間設定部６１は、表示入力手段４から作業者による入力データを取得し、散布区間の始点、および散布区間の折返し地点を設定する。また、本実施形態では、予め複数のインターチェンジ名が登録されており、その中から始点および折返し地点を適宜選択するようになっている。なお、散布区間の設定は、始点と折返し地点に限られるものではなく、始点と終点でもよい。

散布アルゴリズム設定部６２は、散布条件決定部６５が各単位区間の散布量を算出する際に用いる散布アルゴリズムを設定するものである。具体的には、散布アルゴリズム設定部６２は、表示入力手段４に表示された各種の散布アルゴリズムの中から、作業者が所望の散布アルゴリズムを選択すると、当該散布アルゴリズムを散布アルゴリズム記憶部５２から読み出し、散布量の算出に用いる散布アルゴリズムとして設定する。なお、本実施形態では、上述したように、単純散布アルゴリズム、部分散布アルゴリズムおよび全面散布アルゴリズムを選択しうるようになっている。

路面状態データ取得部６３は、記憶手段５から散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを取得するものである。具体的には、路面状態データ取得部６３は、散布区間設定部６１により設定された散布区間に対応する路面状態データを路面状態データ記憶部５３から取得し、散布条件決定部６５に提供する。また、路面状態データ取得部６３は、凍結防止剤自動散布制御装置１の入力ポート（図示せず）に接続されたＵＳＢメモリ等から路面状態データを取得してもよい。

散布条件データ取得部６４は、記憶手段５から路面状態に応じて設定されている凍結防止剤の散布量を含む散布条件データを取得するものである。具体的には、散布条件データ取得部６４は、散布条件データ記憶部５５から散布条件データを取得し、散布条件決定部６５に提供するようになっている。

散布条件決定部６５は、路面状態データと散布条件データとに基づいて、単位区間ごとの散布条件を決定するものである。本実施形態において、散布条件決定部６５は、路面状態データに登録されている単位区間ごとの路面状態と、散布条件データに設定されている路面状態に応じた散布量・湿式割合とを照合し、散布アルゴリズム設定部６２によって設定された散布アルゴリズムを用いて各単位区間ごとの散布量や湿式割合を決定する。

また、本実施形態において、散布条件決定部６５は、道路関連データと散布条件データとを照合し、散布ノズルの散布幅や首振方向を決定する。具体的には、散布条件決定部６５は、道路関連データ記憶部５４に道路関連データとして登録されている各種の情報と、散布条件データ記憶部５５に散布条件データとして設定されている散布幅・首振方向とを照合し、各単位区間ごとの散布幅や首振方向を決定する。

総散布量事前算出部６６は、各単位区間ごとに決定された各散布条件に基づいて、散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出するものである。本実施形態において、総散布量事前算出部６６は、散布作業が開始される前に、散布条件決定部６５によって決定された各単位区間ごとの散布量を全て取得し、それらを加算することによって散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を算出する。

現在位置データ取得部６７は、位置検出手段２から現在位置の緯度・経度からなる現在位置データを取得するものである。本実施形態において、現在位置データ取得部６７は、位置検出手段２から所定の時間間隔おきに出力された現在位置データを逐一取得し、単位区間特定部６８に提供するようになっている。

単位区間特定部６８は、現在位置データに基づいて、現在位置に対応する単位区間を特定するものである。本実施形態において、単位区間特定部６８は、現在位置データ取得部６７により取得された緯度・経度と、単位区間データ記憶部５６に格納されている単位区間データとを照合し、現在位置に対応する単位区間を特定するようになっている。

なお、本実施形態において、単位区間特定部６８は、特定した単位区間が所定回数連続して上り線または下り線に沿っているか否かを判定する。そして、上り線に沿って連続していれば上述した昇順データのみを参照する一方、下り線に沿って連続していれば上述した降順データのみを参照することで、単位区間の特定処理を迅速化している。

散布条件出力部６９は、凍結防止剤散布装置１１に対して、単位区間ごとに散布条件を出力するものである。本実施形態において、散布条件出力部６９は、単位区間特定部６８により特定された現在の単位区間について、散布条件決定部６５により決定された散布量、湿式割合、散布幅および首振方向を読み出し、凍結防止剤散布装置１１にシリアル出力するようになっている。

つぎに、本実施形態の凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａによって実行される凍結防止剤自動散布制御装置１、および凍結防止剤自動散布制御方法の作用について、図８および図９を参照しつつ説明する。

本実施形態の凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａによって実行される凍結防止剤自動散布制御装置１を用いて、凍結防止剤を自動散布する場合、まず、作業者は、図９（ａ）に示すような操作画面において散布区間および散布アルゴリズムを選択する。これにより、散布区間設定部６１が散布区間を設定するとともに（散布区間設定ステップ：Ｓ１）、散布アルゴリズム設定部６２が散布アルゴリズムを設定する（散布アルゴリズム設定ステップ：Ｓ２）。

上記設定が完了すると、作業者は、図９（ａ）の操作画面において「散布量計算」ボタンを選択する。これにより、路面状態データ取得部６３が、設定された散布区間に対応する路面状態データを路面状態データ記憶部５３から取得するとともに（路面状態データ取得ステップ：Ｓ３）、散布条件データ取得部６４が、散布条件データ記憶部５５から散布条件データを取得する（散布条件データ取得ステップ：Ｓ４）。そして、取得された路面状態データおよび散布条件データに基づいて、散布条件決定部６５が散布区間内における単位区間ごとの散布条件を決定する（散布条件決定ステップ：Ｓ５）。

このとき、本実施形態では、散布条件決定部６５が、散布アルゴリズム設定部６２によって設定された散布アルゴリズムを用いて各単位区間ごとの散布条件を決定する。このため、部分散布アルゴリズムを用いた場合、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも次の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、いずれか大きい値が算出対象の単位区間の散布量とされる。また、全面散布アルゴリズムを用いた場合、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも前後の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、最も大きい値が算出対象の単位区間の散布量とされる。

散布条件決定部６５により各単位区間ごとの散布条件が決定されると、総散布量事前算出部６６が、当該各散布条件に基づいて、散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出する（総散布量事前算出ステップ：Ｓ６）。これにより、凍結防止剤の散布作業を開始する前に、凍結防止剤の総散布量が事前に把握される。このため、本実施形態では、図９（ａ）に示すように、算出された総散布量（計算量）に若干の余裕を持たせて、凍結防止剤散布車１０に積載する凍結防止剤の積載量を決定するため、積載量が最小限に抑制されるとともに、散布作業終了後の残量が低減される。

以上の各ステップ（Ｓ１〜Ｓ６）により上述した作業工程２が実行され、路面状態データに基づき、凍結防止剤の総散布量が事前に算出される。一方、以下に詳述する各ステップ（Ｓ７〜Ｓ１２）により上述した作業工程３が実行され、現在位置データに基づき、路面状態に応じて凍結防止剤が自動散布される。

本実施形態では、作業者が、図９（ａ）の操作画面において「決定」ボタンを選択すると、上記処理により設定された散布区間および積載量が決定され、図９（ｂ）に示すような自動散布画面が表示される。そして、凍結防止剤散布車１０を散布区間の始点まで移動させた後、自動散布画面において、「自動散布」ボタンを選択すると、凍結防止剤自動散布制御装置１が凍結防止剤の自動散布制御を開始する（ステップＳ７）。

凍結防止剤散布車１０が散布区間の始点から走行を開始すると、現在位置データ取得部６７が、位置検出手段２から所定の時間間隔おきに現在位置データを取得する（現在位置データ取得ステップ：Ｓ８）。そして、単位区間特定部６８が、当該現在位置データを構成する緯度・経度と、単位区間データ記憶部５６内の単位区間データとを照合し、現在位置に対応する単位区間を特定する（単位区間特定ステップ：Ｓ９）。これにより、凍結防止剤散布車１０が走行中の単位区間が常に特定される。

現在位置に対応する単位区間が特定されると、当該単位区間が散布区間の最終区間であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。その結果、最終区間であれば（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、本自動散布制御処理を終了する。一方、当該単位区間が最終区間でなければ（ステップＳ１０：ＮＯ）、当該単位区間が、前回特定された単位区間と同一か否かが判定される（ステップＳ１１）。その結果、同一であれば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、再び現在位置データ取得ステップ（Ｓ８）へと戻り、同一でなければ（ステップＳ１１：ＮＯ）、次の処理（ステップＳ１２）へと進む。これにより、凍結防止剤散布車１０が同じ単位区間内を走行中は散布条件が変更されず、新たな単位区間に入る度に、当該単位区間に対応する散布条件が設定される。

凍結防止剤散布車１０が新たな単位区間に入ると、散布条件出力部６９が、現在の単位区間について決定された散布条件（散布量、湿式割合、散布幅および首振方向）を読み出し、凍結防止剤散布装置１１に出力する（散布条件出力ステップ：Ｓ１２）。これにより、凍結防止剤散布装置１１は、各単位区間ごとに、路面状態に応じた散布量や湿式割合、および道路の幅員や構造等に応じた散布幅や首振方向が自動的に設定され、当該設定に従って凍結防止剤を散布する。

以上のような本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
１．路面状態に応じて凍結防止剤を自動散布することで散布量を低減することができる。
２．凍結防止剤の総散布量を事前に把握することで、凍結防止剤を余すことなく効果的に散布し、散布作業終了後の残量を低減することができる。
３．凍結防止剤の散布量や残量を低減することで、凍結防止剤にかかる費用および凍結防止剤に起因する塩害による影響を低減することができる。
４．散布アルゴリズムを適宜設定することで、安全側または危険側での散布を自動的に実行することができる。
５．部分散布アルゴリズムによって、路面状態が比較的判別しやすい初冬期や終冬期等において、凍結防止効果の低減を抑制しつつ散布量を低減することができる。
６．全面散布アルゴリズムによって、路面状態が判別しにくい厳冬期等において、安全側での凍結防止効果を確保しつつ散布量を低減することができる。
７．片側二車線において、散布ノズルの散布範囲が走行車線と追越車線との略中間位置となるように首振方向を設定することで、双方の車線に凍結防止剤を適度に散布でき、散布量を低減することができる。
８．高精度できめ細やかな路面状態の判別を定量的かつ自動的に行うことができる。

つぎに、本発明に係る凍結防止剤自動散布制御装置１、凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａおよび凍結防止剤自動散布制御方法の具体的な実施例について説明する。

本実施例１では、終冬期における融雪による浸み出し箇所へ自動散布試験を行い、凍結防止剤自動散布制御装置１の有用性について実地検証を行った。具体的には、１００ｍごとのキロポスト間を単位区間とし、雪氷巡回車に搭載した路面状態判別システムによって、各単位区間ごとの路面状態データを取得した。そして、当該路面状態データに基づいて、融雪による浸み出し箇所を判定し、凍結防止剤散布車１０に搭載した凍結防止剤自動散布制御装置１によりピンポイントな自動散布を行った。

本実施例１における試験日、散布区間および散布条件を図１０に示す。なお、散布条件は種々の設定が可能であるが、本実施例１では、路面状態が半湿・湿潤であれば、浸み出し箇所であると推定して散布し、それ以外の路面状態であれば散布しないというシンプルな散布条件とした。

また、散布アルゴリズムとしては、算出対象の単位区間および当該単位区間の前後の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、最も大きい値を算出対象の単位区間の散布量とする全面散布アルゴリズムを採用した。すなわち本実施例１では、前後を含めた３区間のうち、一つでも散布対象区間があれば散布する安全側のアルゴリズムとした。

上記の条件下で自動散布試験を行った結果、路面状態判別システムによる路面状態の判別処理、および凍結防止剤自動散布制御装置１による自動散布処理が適切に実行され、３回の試験ともに浸み出し箇所の前後区間へピンポイントに凍結防止剤が適正散布された。

以上の本実施例１によれば、路面状態判別システムによって路面状態を判別できること、および凍結防止剤自動散布制御装置１によってピンポイントに自動散布できることが示された。

本実施例２では、実施例１において、凍結防止剤自動散布制御装置１により計算された凍結防止剤の散布量と、実際の凍結防止剤の使用量との比較を行った。なお、計算上の散布量は、散布幅、散布量および散布距離に応じて計算し、実使用量は、スクリューの回転数と凍結防止剤の比重とから算出した。その結果、図１１に示すように、いずれの試験においても、計算上の散布量が、実際の使用量に極めて近い値であることが確認された。

よって、本実施例２によれば、凍結防止剤自動散布制御装置１により算出される総散布量に基づいて積載量を決定すれば、凍結防止剤を余すことなく効果的に散布し、散布作業終了後の残量を低減できることが示された。

本実施例３では、凍結防止剤自動散布制御装置１による自動散布と、作業員の目視判断による手動散布との整合性を検証した。具体的には、実施例１における４月４日の試験結果に基づき、上述した３種類の散布アルゴリズム（単純散布アルゴリズム、部分散布アルゴリズム、全面散布アルゴリズム）のそれぞれを採用した場合における総散布量を算出した。また、自動散布作業後に同一の散布区間内を目視判断で手動散布し、各総散布量を比較した。その結果を図１２に示す。

図１２に示すように、単純散布アルゴリズムによって、浸み出し箇所のみ１００ｍごとにピンポイント散布した場合の自動散布量は０．１３２ｔであり、目視による手動散布量０．１７８ｔよりも少ない。これは、上述した凍結防止剤の流れを考慮していないためである。一方、全面散布アルゴリズムによる自動散布量は０．２２８ｔであり、手動散布量よりもやや多くなった。これは前後１００ｍを考慮して、安全側で散布しているからである。

また、部分散布アルゴリズムによる自動散布量は０．１８６ｔであり、手動散布量と極めて近い値であった。これは、散布された凍結防止剤は、走行車両の風圧により進行方向へ流されるため、熟練の作業者は少し手前から散布しているためである。従って、自動散布は手前側へ１００ｍ余分に散布する設定とすることで、熟練オペレーターの目視判断散布とほぼ同様の散布量になることが検証された。

以上の本実施例３によれば、部分散布アルゴリズムを採用することにより、熟練の作業者による目視判断での散布量とほぼ同様になることが示された。また、全面散布アルゴリズムを採用することにより、より安全側での自動散布を実現できることが示された。

本実施例４では、従来より行われている、一律に同量の凍結防止剤を散布する場合と、上述した単純散布アルゴリズムを用いて適正散布する場合の各場合について、散布量のシュミレーション計算を行った。

具体的には、まず、上述した路面状態判別システムを搭載した雪氷巡回車によって、２０１３年２月から２０１３年３月までの間における所定の高速道路の路面状態を判別し、その中から路面状態が異なる代表的な５つの雪氷路面をピックアップした。その雪氷路面出現時の路面ダイヤグラムを図１３に示す。

つぎに、図１３に示すように、上記５つの雪氷路面のうち、路面状態が異なる散布区間として、○で囲んだ１〜８の区間をピックアップした。そして、これら８区間について、従来通りの一律散布を行った場合の散布量と、図１４で示した散布条件に従って単純散布アルゴリズムを用いて適正散布を行った場合の散布量についてシミュレーション計算を行った。その結果を図１５に示す。なお、図１４の散布条件では、固形剤の散布量を同程度とする一方、溶剤は路面状態に応じて減少させた。また、「半湿」状態は、排水性舗装の表面がうっすらと湿潤になっている状態であることから、固形剤の散布量を減少させた。

図１５に示すように、ピックアップした８つの事例では、本実施例４のシミュレーション結果によれば、従来の一律散布と比較して、散布条件に従った適正散布によれば、凍結防止剤が固形剤で約２８％、溶剤で約６０％削減されていた。

以上の本実施例４によれば、ピックアップした８つの事例では、散布区間の全域に渡って一律に同量の凍結防止剤を散布する場合と比較して、上述した単純散布アルゴリズムを用いて路面状態に応じた適正散布を行った場合、凍結防止剤の散布量を大幅に削減できることが示された。

なお、本発明に係る凍結防止剤自動散布制御装置１、凍結防止剤自動散布制御プログラム１ａおよび凍結防止剤自動散布制御方法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、上述した本実施形態では、散布アルゴリズム設定部６２が、作業者により選択された散布アルゴリズムを手動設定しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、散布アルゴリズム設定部６２は、散布する際の時期や外気温、路面の残留塩分濃度等に基づいて、最も適切な散布アルゴリズムを自動設定するようにしてもよい。

１ 凍結防止剤自動散布制御装置
１ａ 凍結防止剤自動散布制御プログラム
２ 位置検出手段
３ 通信手段
４ 表示入力手段
５ 記憶手段
６ 演算処理手段
１０ 凍結防止剤散布車
１１ 凍結防止剤散布装置
５１ プログラム記憶部
５２ 散布アルゴリズム記憶部
５３ 路面状態データ記憶部
５４ 道路関連データ記憶部
５５ 散布条件データ記憶部
５６ 単位区間データ記憶部
６１ 散布区間設定部
６２ 散布アルゴリズム設定部
６３ 路面状態データ取得部
６４ 散布条件データ取得部
６５ 散布条件決定部
６６ 総散布量事前算出部
６７ 現在位置データ取得部
６８ 単位区間特定部
６９ 散布条件出力部

Claims (8)

1. 凍結防止剤を散布する散布区間を設定する散布区間設定部と、
   記憶手段から前記散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを取得する路面状態データ取得部と、
   記憶手段から路面状態に応じて設定されている凍結防止剤の散布量を含む散布条件データを取得する散布条件データ取得部と、
   前記路面状態データと前記散布条件データとに基づいて、前記単位区間ごとの散布条件を決定する散布条件決定部と、
   各単位区間ごとに決定された各散布条件に基づいて、前記散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出する総散布量事前算出部と、
   位置検出手段から現在位置の緯度・経度からなる現在位置データを取得する現在位置データ取得部と、
   前記現在位置データに基づいて、現在位置に対応する単位区間を特定する単位区間特定部と、
   凍結防止剤を散布する凍結防止剤散布装置に対して、前記単位区間ごとに前記散布条件を出力する散布条件出力部と
   を有する凍結防止剤自動散布制御装置。
2. 前記散布条件決定部が各単位区間の散布量を算出する際に用いる散布アルゴリズムを設定する散布アルゴリズム設定部を有している、請求項１に記載の凍結防止剤自動散布制御装置。
3. 前記散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも次の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、いずれか大きい値を前記算出対象の単位区間の散布量とする、請求項２に記載の凍結防止剤自動散布制御装置。
4. 前記散布アルゴリズムは、算出対象の単位区間および当該単位区間の少なくとも前後の単位区間の各路面状態に対応する散布量のうち、最も大きい値を前記算出対象の単位区間の散布量とする、請求項２に記載の凍結防止剤自動散布制御装置。
5. 前記凍結防止剤散布装置は、凍結防止剤を散布する散布ノズルが左右方向に首振可能に構成されているとともに、前記凍結防止剤散布装置を搭載した凍結防止剤散布車が、片側二車線のうち走行車線を走行しながら凍結防止剤を散布する場合、前記散布条件決定部は、前記散布ノズルの散布範囲が走行車線と追越車線との略中間位置となるように首振方向を設定する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の凍結防止剤自動散布制御装置。
6. 前記路面状態データは、雪氷巡回車のタイヤの内周面に設けられた加速度センサからタイヤの振動を取得するとともに、当該タイヤ振動の時系列波形から振動レベルを算出し、当該振動レベルを各種の路面状態と振動レベルとの対応関係を示す対応マップに照合することで路面状態を判別する路面状態判別装置によって生成される、請求項１から請求項５のいずれかに記載の凍結防止剤自動散布制御装置。
7. 凍結防止剤を散布する散布区間を設定する散布区間設定ステップと、
   記憶手段から前記散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを取得する路面状態データ取得ステップと、
   記憶手段から路面状態に応じて設定されている凍結防止剤の散布量を含む散布条件データを取得する散布条件データ取得ステップと、
   前記路面状態データと前記散布条件データとに基づいて、前記単位区間ごとの散布条件を決定する散布条件決定ステップと、
   各単位区間ごとに決定された各散布条件に基づいて、前記散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出する総散布量事前算出ステップと、
   位置検出手段から現在位置の緯度・経度からなる現在位置データを取得する現在位置データ取得ステップと、
   前記現在位置データに基づいて、現在位置に対応する単位区間を特定する単位区間特定ステップと、
   凍結防止剤を散布する凍結防止剤散布装置に対して、前記単位区間ごとに前記散布条件を出力する散布条件出力ステップと
   をコンピュータに実行させる凍結防止剤自動散布制御プログラム。
8. 凍結防止剤を散布する散布区間を設定する散布区間設定ステップと、
   記憶手段から前記散布区間内における単位区間ごとの路面状態を示す路面状態データを取得する路面状態データ取得ステップと、
   記憶手段から路面状態に応じて設定されている凍結防止剤の散布量を含む散布条件データを取得する散布条件データ取得ステップと、
   前記路面状態データと前記散布条件データとに基づいて、前記単位区間ごとの散布条件を決定する散布条件決定ステップと、
   各単位区間ごとに決定された各散布条件に基づいて、前記散布区間に散布する凍結防止剤の総散布量を事前に算出する総散布量事前算出ステップと、
   位置検出手段から現在位置の緯度・経度からなる現在位置データを取得する現在位置データ取得ステップと、
   前記現在位置データに基づいて、現在位置に対応する単位区間を特定する単位区間特定ステップと、
   凍結防止剤を散布する凍結防止剤散布装置に対して、前記単位区間ごとに前記散布条件を出力する散布条件出力ステップと
   を有する凍結防止剤自動散布制御方法。