JPH03295454A - 路面の凍結検知方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は路面の凍結を精度よく検知する方法とその装
置に関する。

従来の技術 路面の凍結状態を検知する方法として、（ａ）非接触式
検知装置による方法と、（ｂ）埋設式検知装置による方
法が知られている。

（ａ）の非接触式検知装置としては、路面上の水の有無
、凍結の有無により路面の光学的反射特性が変化する性
質を利用した光学式検知装置が代表的である。

第６図は光学式検知装置の模式図であり、路面に立設し
た柱（２１）、該柱の上部に路面に平行に取付けられた
アーム（２２）、路面から数メートル上方に路面上の白
色マー２２周辺に投光できる姿勢で柱に取付けられた投
光器（２３）、アーム（２２）に取付けられた２個の集
光器（２４＞　（２５＞、および計算処理装置（２６）
とから構成されている。

すなわち、投光器（２３）から投光された光の路面反射
光が集光器（２４）に、路面上の白色マークＰからの完
全拡散反射光が集光器（２５）にそれぞれ受光され、集
光器（２５）がとらえた路面の完全反射光および白色マ
ークＰからの完全拡散反射光に相当する各電気信号Ｖ　
ＷＳＢおよびＶＳＡと、集光器（２４）がとらえた路面
の鏡面反射光に相当する電気信号ＶＷＡが計算処理装置
（２６）に人力され、各電気信号の犬１１１関係から路
面状態を判定して出力する仕組みとなっている。

例えば、路面状態が「乾燥−凍結」に変化する場合、路
面は凍結すると鏡面化して鏡反射成分が増加するので、
計算処理装置（２６）はＶ　ＷＳＢ＞ＶＷＡからＶ　Ｗ
Ａ＞　Ｖ　ＷＳＢへの変化をとらえて凍結検知信号を出
力する。

また、路面状態が「乾燥−積雪」に変化する場合、ＶＳ
Ａは前記のごとく白色マークＰに相当した信号であるか
らほとんど変化しないが、Ｖ　ＷＳＢは路面の状態に相
当した信号であるから、雪面になるとその値は数倍にな
りＶ　ＳＡ＞　Ｖ　ＷＳＢからＶ　ＷＳＢ＞ＶＳＡへ変
化する。この変化をとらえて計算処理装置（２６）は雪
検知信号を出力する。

光学式検知装置は以上のような構成および動作によって
路面の凍結、積雪状態を検知するものである。

また、（ｂ）の埋設式検知装置としては、路面の抵抗値
および温度の変化によって路面状態を検出する方式のも
のが代表的である。すなわち、路面の抵抗値は水の有無
に！＋７変化するので抵抗値が低くなると路面に水があ
ると判定され、路面に水があり、かつ路面の温度が氷点
下のとき路面は凍結状態にあると判定される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら従来の光学式検知装置および埋設式検知装
置には、次に記載する問題点があった。

（ａ）光学式検知装置の場合は、通常路面から５．５〜
６ｍの高さ位置に集光器が取付けられるため、該集光器
における反射光の受光量が少なく、一方で自動車のヘッ
ドライト等の外乱光を受光するという欠点がある。また
、路面において自動車のタイヤが頻繁に通過する部分は
摩耗によりくぼんでいるため、路面の反射光が四方へ方
に散乱して受光が困難になるという問題がある。このよ
うな受光上の問題が光学式検知装置の精度低下の原因と
なっている。

また、（ｂ）埋設式検知装置は、路面の抵抗値が水の有
無によって変化するが、該抵抗値は水の厚みによっても
変化するので、水たまりなどで外乱によって水の厚みが
変化すると誤った判定を下ずことがある。さらに、不凍
液が散布されていると水がある状態で路面温度が氷点下
であっても路面が凍結状態ではないという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するため、路面に埋
設した電極によって測定されるインピーダン値の変化に
よって路面の凍結状態を正確に検知できる路面の凍結検
知方法と装置を提案しようとするものである。

課題全解決するための手段 この発明の路面凍結検知方法は、路面に埋設した複数の
電極に複数の周波数の電圧を印加し、各電極間に流れる
電流値より各周波数毎のインピーダンス値を求め、各周
波数毎のインピーダンス変化量から路面の凍結状態を判
定することを要旨とする。

また、この発明方法を実施するための装置は、路面に埋
設Ｉ−だ複数の電極に複数の周波数の電圧を印加する手
段と、各電極間に流れる電流値より各周波数毎のインピ
ーダンス値を求める手段と、各周波数毎のインピーダン
ス値の変化量を算出する手段と、各周波数毎のインピー
ダンス値の変化量から路面の凍結状態を判定する手段と
を具備することを要旨とする。

作　　　　用 この発明において、複数の電極に複数の周波数の電圧を
印加する方法をこうじたのは、数種の周波数にて測定し
た路面のインピーダンス値の変化から、センザー上部に
存在する単なる水溜りの水の厚みの変化等の外乱による
インピーダンス値の変化と凍結によるインピーダンス値
の変化とを区別するためである。

すなわち、数種の周波数の電圧を所定のタイミングで印
加して測定した路面のインピーダンス値の変化量がそれ
ぞれ同程度であれば、インピーダンス値の変化は外乱に
よるものと判定し、各変化量に有意差がある場合にはイ
ンピーダンス値の変化は凍結によるものと判定する。

この発明方法を実施するための装置において、路面に埋
設した複数の電極に複数の周波数の電圧を印加する手段
としては、例えば複数の発信器により発信された複数の
周波数の印加電圧を合成し、これをインピーダンス測定
器を介して印加する方法を用いることができる。

インピーダンス測定器では、各電極間を流れる電流を複
数の周波数に分解した後各周波数毎のインピーダンス値
を導出する。

各周波数毎のインピーダンス値の変化量は演算器にて算
出し、各周波数毎の変化量の差異を求めて路面の凍結状
態を判定する。

実　　　施　　　例 ンサー埋設部を拡大して示す概略図である。

第１図において、（１）は耐酸化性を考慮してステンレ
ス鋼（ＳＵＳ３１６）あるいは炭素繊維強化プラスチツ
ク板（ＣＦＲＰ）等で構成された板状電極で、路面（２
）に垂直に間隔配置され、一端面のみが路面に露出し、
他の部分はエポキシ樹脂、セラミックス等の絶縁シール
材（３）でモールドされて路面に埋設されている。

２本の電極（１）は、地下に埋設されたケーブル（４）
によってチューブ（５）を介してインピーダンス測定器
（７）と接続されている。

（８）はｎ個の発信器、（９）はｎ個の周波数の印加電
圧を合成する合成器、（１０）は各周波数毎のインピー
ダンス値より各周波数毎のインピーダンス変化量の差を
算出する演算器、（１１）は各周波数毎の変化量の差よ
り路面の凍結状態を判定する判定器である。

なお、電極（１）および絶縁シール材（３）からなるセ
ンサ一部は第２図（ａ）に示すごとく、路面（２）より
５〜１０ｍｍ程度低く埋設する。また、第２図（ｂ）に
示すごとくセンサー上部に透水性の保護板（１２）を取
付ける。このように、センサ一部を路面より低く埋設す
るのは、センサー上部の水溜りの水の厚さが１ｍｍ以下
の場合、水の厚さの変化によるインピーダンス変化の周
波数依存性が大きいことを考慮したためである。

上記装置において、ｎ個の発信器（８）より発信された
ｎ個の周波数の印加電圧は合成器（９）にて合成された
後、インピーダンス測定器（７）、信号ケーブル（４）
およびチューブ（５）を介して電極（１）に印加される
。

この時電極間に流れる電流をインピーダンス測定器（７
）にて測定し、ｎ個の周波数に分解されて各周波数毎の
インピーダンス値を導出する。

このようにして所定のタイミング毎に測定された各周波
数毎のインピーダンス値は演算器（１０）に入力され、
ここで各周波数毎のインピーダンス変化量が算出される
と同時に、その変化量の差が求められる。同時に、その
変化量の差が判定器（１１）に入力され、路面が凍結状
態であるか否かを判定し出力する。

ここで、路面凍結によるインピーダンス値の変化につい
て説明する。

第３図は路面状態の変化（水−氷）によって電極間のイ
ンピーダンス値が変化する様子を例示したものである。

すなわち、路面が水の状態では５００Ｈｚ〜５ｋＨｚの
測定周波数にて同程度のインピーダンスを有するが、氷
の状態では測定周波数によってインピーダンス値に有意
差が存在する。

第３図に示す例では、水→氷への変化にて５００Ｈｚで
８３００％、１ｋＨｚで４９００％、５ｋＨｚで１００
０％のインピーダンス変化が生じている。

このように、路面状態の変化によって電極間のインピー
ダンス値が変化することがわかる。

次に、センサー上部に存在する溜り水の厚みの変化によ
るインピーダンス値の変化を第４図に基づいて説明する
。

第４図はセンサー上部に存在する水の厚みが変化した際
のインピーダンス値の変化を例示したものである。なお
このデータは水の厚みが２０ｍｍのときのインピーダン
ス値を基準として、その水の厚み変化によるインピーダ
ンスの変化率を示したものである。

第４図より、水の厚み変化が２〜２０ｍｍ間では、５０
０〜５ｋＨｚの周波数によるインピーダンス変化量の差
異は見られない。ただし、この例では第４図中には示し
ていないが、水の厚みが０〜１ｍｍ間の水の厚み変化は
周波数による差異が存在する。

以上説明したごとく、第３図および第４図の結果より、
５００Ｈｚ〜５ｋＨｚの周波数を用いて路面のインピー
ダンスを測定し、周波数毎のインピーダンス変化量の差
異から路面の凍結か、単なる水の厚みの変化なのかを判
別することができる。

ただし、０〜１ｍｍの範囲内での水の厚み変化では周波
数依存性が大きいため、前記第２図に示すごとくセンサ
ーを路面より低く埋設し、あるいは透水性保護板を用い
て１ｍｍ以下の水の厚み変化が生じないように工夫して
いるのである。

また、水分中に約０．１％の凍結防止剤（ＮａＣ１）を
添加１〜だ際の水−氷の状態変化におけるインピーダン
スの変化例を第５図に示す。

すなわち、水の状態では凍結防止剤の有無に関係なくイ
ンピーダンス値は５００Ｈｚ〜５ｋＨｚにおいて同程度
である。

しかし、氷状態では周波数によりインピーダンス値に有
意差があり、水−氷の状態変化において５００Ｈｚで９
３００％、１ｋＨｚで７５００％、５ｋＨｚで３７００
％のインピーダンス変化が生じている。

一方、従来の埋設型センサーでは、ある設定温度、例え
ば０℃以下の状態で凍結と判定している。

しかし、ＮａＣ１の添加により凍結温度が通常より低下
しているため、従来法では誤差が大きくなる。

これに対し、この発明では前記の通りインピーダンス値
の変化を用いて凍結状態を判定するため、ＮａＣｌ添加
による凍結温度の低下の影響を受けない。また、水−氷
への状態変化によるインピーダンス値の変化は氷の状態
や冷却スピード等により変化するも、氷状態でのインピ
ーダンス値が周波数による有意差を有することは不変で
ある。このため、周波数毎のインピーダンス変化より凍
結状態を正確に判定し得ることは十分可能である。

なお、ここでは数種の測定周波数の印加電圧を合成して
インピーダンスを測定した結果に基づν）で凍結状態を
判定する方法について説明したが、−個の発信器で測定
周波数を高速で掃引することにより、路面のインピーダ
ンスを数種の周波数にて測定しても同様の結果が得られ
ることを確認している。

発明の詳細 な説明したごとく、この発明の路面検知方法および装置
は、数種の周波数にて測定した路面のインピーダンス値
の変化量を判定基準とするので、水の厚みの変化あるい
は凍結防止剤の散布等の外乱によるインピーダンス値の
変化と、凍結によるインピーダンス値の変化とを区別す
ることができ、路面の凍結を正確に検知することができ
るという優れた効果を有する。

よって、この発明によれば、路面の凍結や積雪等、気象
に起因する交通障害に対して的確な対策を施すことが可
能となるとともに、融雪装置等の道路を正常に保つ装置
の運転費用の軽減もはかられるという大なる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

ンサ一部を拡大して示す断面図、第３図は路面状態の変
化によって電極間のインピーダンス値が変化する様子を
例示した図、第４図はセンサー上部に存在する水の厚み
が変化した際のインピーダンス値の変化を例示した図、
第５図は水分中に約０．１％の凍結防止剤を添加した際
の水−氷の状態変化におけるインピーダンスの変化例を
示す図、第６図は従来の光学式路面検知装置を示す模式
図である。 １・電極 ３・・絶縁シール材 ７・・インピーダンス測定器 ８・・・発信器 １０・・・演算器 ２　路面 ４・・信号ケーブル ９・・・合成器 １１・・判定器 第３図 間（ｍｉｎ） Ｘ（水の厚さ）（ｍｉｌｌ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　路面に埋設した複数の電極によって測定された路面
   のインピーダンス値の変化により路面の凍結状態を検知
   する方法において、前記電極に複数の周波数の電圧を印
   加し、各電極間に流れる電流値より各周波数毎のインピ
   ーダンス値を求め、各周波数毎のインピーダンス変化量
   から路面の凍結状態を判定することを特徴とする路面の
   凍結検知方法。 ２　路面に埋設した複数の電極によって測定された路面
   のインピーダンス値の変化により路面の凍結状態を検知
   する装置であって、前記電極に複数の周波数の電圧を印
   加する手段と、各電極間に流れる電流値より各周波数毎
   のインピーダンス値を求める手段と、各周波数毎のイン
   ピーダンス値の変化量を算出する手段と、各周波数毎の
   インピーダンス値の変化量から路面の凍結状態を判定す
   る手段とを具備することを特徴とする路面の凍結検知装
   置。