JPH10104363A - 光ファイバ式路面凍結検知システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で道路等長く広い範囲にわたって
路面の凍結状況を検知できる光ファイバ式路面凍結検知
システムを提供する。 【解決手段】 光ファイバ温度分布測定装置のセンサ部
である光ファイバセンサ１１を道路内部或いは近傍に配
置して道路の温度分布を測定する。光ファイバセンサ１
１の一部を通気性容器２４に収納して気温測定部１２を
構成して道路近傍の気温を測定する。光ファイバセンサ
１１の一部を輻射率の高い物体２２及び輻射率の低い物
体２３に固定して日射量測定部１３を構成して道路の日
射量を測定する。これらの測定部１２，１３からのデー
タに基づいて対象とする道路の長手方向に対する凍結情
報が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路等の路面の凍
結等を検知する光ファイバ式路面凍結検知システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の路面凍結等を検知する方法として
は主として次の二つの方法が挙げられる。

【０００３】第１の方法は、外気温及び路面温度を測定
するセンサを道路近傍に配置し、これらのセンサ情報か
ら路面凍結の有無を判断する方法である。外気温や路面
温度を測定する手段としては、一般の気温計や熱電対が
用いられるが、特に路面温度の測定には路面からの赤外
線の自然放射光を測定する放射温度計が用いられる。

【０００４】第２の方法は、路面に赤外線や電波等を照
射し、路面からの反射波の内、正反射成分と乱反射成分
との比（反射率）の大きさより凍結の有無を判断する方
法である。この第２の方法は、道路近傍に赤外線照射装
置、受光装置、信号処理装置を配置し、道路に照射し、
反射して戻る反射光（反射電波）強度が路面の乾燥、湿
潤状態で差が生じることを利用したものである。

【０００５】この他に上記第１及び第２の方法を併用し
た方法（第３の方法）も考案されている。

【０００６】図１０は路面凍結検知システムの従来例
（第３の方法）を示す図である。

【０００７】路面凍結検知システムは、路面１に対して
赤外線照射装置２から赤外線３を照射し、路面１からの
反射波の内、入射方向に戻らない成分（正反射波）４と
入射方向に戻る成分（乱反射波）５との比率より、信号
処理及び路面湿潤／凍結判定出力部６で路面湿潤度（こ
の比率の大小により路面の濡れ具合を把握する）を求め
ると共に、赤外線放射温度計７で路面１の表面温度を求
め、路面湿潤度及び表面温度から凍結の有無を判断する
ものである。

【０００８】この路面凍結検知システムは、例えば、表
面温度が氷点下であり、かつ、路面が濡れている場合に
は、信号処理及び路面湿潤／凍結判定出力部６が「凍
結」と判断する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法には以下のような問題点があった。

【００１０】1) 気温、路面温度の測定だけでは凍結状
態を必ずしも正確に検知することができない。

【００１１】2) 熱電対や赤外線放射温度計での測定範
囲が狭く（数ｍｍから数ｃｍ程度）、検出範囲が限定さ
れる。このため、実質的には広い道路の一部しか検知範
囲とならず、道路全長にわたる検知は困難である。

【００１２】3) 車線数が多い道路の道路環境データを
求めるには、センサや信号処理及び路面湿潤／凍結判定
出力部が多数必要となり、コストが大きくなってしま
う。

【００１３】4) 路面凍結検知に気象計を用いた場合に
はシステムが大きくなり、道路美観上の問題が浮上す
る。

【００１４】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡単な構成で道路等長く広い範囲にわたって路面の
凍結状況を検知できる光ファイバ式路面凍結検知システ
ムを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光ファイバ温度分布測定装置の光ファイバ
センサに気温測定部、日射量測定部及び湿度測定部を設
け、その光ファイバセンサを道路の内部或いは近傍に配
置し、光ファイバの長手方向の温度分布、道路の表面温
度、気温、日射量、湿度等の道路環境データを求めると
共に路面凍結の検知を行うものである。

【００１６】上記構成に加え本発明の光ファイバ式路面
凍結検知システムの気温測定部は、光ファイバセンサの
一部と、道路近傍に配置され光ファイバセンサの一部を
収納する通気性容器とで構成するのが好ましい。

【００１７】上記構成に加え本発明の光ファイバ式路面
凍結検知システムの日射量測定部は、光ファイバセンサ
の一部と、道路近傍に配置され光ファイバセンサの一部
に固定された輻射率の高い物体と、輻射率の高い物体に
隣接して光ファイバセンサに固定された輻射率の低い物
体とで構成され、両物体の温度差から道路近傍の日射量
を求めるようにするのが好ましい。

【００１８】上記構成に加え本発明の光ファイバ式路面
凍結検知システムの湿度測定部は、光ファイバセンサの
一部と、道路近傍に配置され光ファイバセンサの一部を
収納する通気性容器と、通気性容器内に収納された光フ
ァイバセンサの一部を覆う保湿材とで構成され、通気性
容器内に収納された光ファイバセンサの内保湿材で覆わ
れた部分の温度を湿球温度とし、覆われていない部分の
温度を乾球温度として両温度より道路近傍の湿度を求め
るようにするのが好ましい。

【００１９】本発明によれば、光ファイバ温度分布測定
装置のセンサ部である光ファイバ（光ファイバセンサ）
を道路内部或いは近傍に配置して道路の温度分布を測定
する。光ファイバセンサの一部を通気性容器に収納して
気温測定部を構成し、道路近傍の気温を測定する。光フ
ァイバセンサの一部を輻射率の高い物体（例えば黒色
板）及び輻射率の低い物体（例えば白色板）に固定して
日射量測定部を構成して道路の日射量を測定する。これ
らの測定部からのデータに基づいて対象とする道路の長
手方向に対する凍結情報が得られる。

【００２０】凍結情報を求めるために、道路表面温度と
その路面濡れの有無を求める必要があるが、道路表面温
度の算出方法として、道路に対する熱収支方程式が用い
られる。

【００２１】路面濡れの有無の検知には、光ファイバセ
ンサの一部を保湿材（保湿性の高い樹脂或いは生地）で
覆って湿球温度を得ると共に、保湿材で覆わない部分で
乾球温度を得て、これら湿球温度と乾球温度とから湿度
を求めることにより路面の湿潤度が得られる。

【００２２】これら道路表面温度の測定結果及び路面湿
潤度から路面凍結の有無が求まる。なお、本発明では光
ファイバセンサを用いているため道路に沿った長手方向
の路面凍結情報を提供することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００２４】図１は本発明の光ファイバ式路面凍結検知
システムの一実施の形態を示すブロック図である。

【００２５】光ファイバ温度分布測定装置１０の光ファ
イバセンサ１１，１１間に、気温測定部１２、日射量測
定部１３及び湿度測定部１４が接続用光ファイバ１５
ａ，１５ｂを介して直列に接続されている。光ファイバ
温度分布測定装置１０には演算出力装置１６が接続され
ている。

【００２６】光ファイバセンサ１１は、測定対象として
の道路に沿って道路内部に埋設されている。光ファイバ
温度分布測定装置１０は、この光ファイバセンサ１１の
表面温度を長手方向、すなわち、ライン状に測定するも
のであり、この場合、道路に沿って埋設するため、道路
の長手方向に対する温度分布が測定される。

【００２７】接続用光ファイバ１５ａ，１５ｂは、光フ
ァイバセンサ１１と同様の光ファイバであり、光ファイ
バセンサ１１と兼用しているが他種類の光ファイバセン
サを用いてもよい。演算出力装置１６は、最終的にこれ
らの測定データを一括処理して凍結の有無を判定して出
力するようになっている。

【００２８】図２は図１に示した光ファイバ式路面凍結
検知システムの光ファイバセンサの埋設状態を示す断面
図である。

【００２９】道路１７に形成された溝１８の内部に光フ
ァイバセンサ１１が配置され、樹脂１９で固定されてい
る。

【００３０】気温測定部１２は、道路１７内部に埋設し
た光ファイバセンサ１１を道路外に取出し、その一部
（数ｍ程度）をループ状に巻き取ったループセンサとし
て通気性の高い容器（通気性容器）内に収納したもので
ある。道路外に取出した光ファイバセンサをループ状に
することにより気温測定部を小型化することができる。

【００３１】図３（ａ）は図１に示した光ファイバ式路
面凍結検知システムの日射量測定部の正面図であり、図
３（ｂ）はその背面図である。

【００３２】日射量測定部１３は、二つのループセンサ
２０，２１の内、一方のループセンサ２０に輻射率の高
い物体（例えば黒色の塗料を塗布した金属板）２２を固
定したものと、他方のループセンサ２１に輻射率の低い
物体（例えば白の塗料を塗布した金属板）２３を固定し
たものとで構成され、道路の近傍に配置される。

【００３３】太陽から得られる日射量は、この黒色金属
板側のループセンサ２１と白色金属板側のループセンサ
２０とで測定される温度差に依存することが知られてい
るので、予め温度差と日射量との関係を求めておき、両
ループセンサ２０，２１で計測される温度差を検知すれ
ば日射量が分かる。なお、各金属板２２，２３上に塵埃
が付着して測定誤差が生じることがないように日射量測
定部１３を透明プラスチック容器（図示せず）に収納す
るのが好ましい。透明プラスチック容器の形状は球状で
あってもよい。

【００３４】図４は図３に示したループセンサの構造を
示す模式図である。

【００３５】ループセンサ２０（２１）は、道路１７
（図２参照）から取出された光ファイバセンサ１１をコ
イル状に巻き取り、通気性容器２４内に収納したもので
あり、光ファイバ温度分布測定で一般的に用いられてい
るスポット的なセンサと同様な構造を有している（前述
した気温測定部１２も同様な構造を有している）。

【００３６】図５は図１に示した光ファイバ式路面凍結
検知システムの湿度測定部の構成図である。

【００３７】湿度測定部１４は、下部に水を収容する水
収容部２５ａが形成された通気性容器２５内に二つのル
ープセンサ２６，２７を取り付け、二つのループセンサ
２６，２７の内、一方のループセンサ２６はそのままに
し、他方のループセンサ２７は保湿材（保湿性の高い物
質、例えばスポンジ或いは生地）２８で覆うと共に水収
容部２５ａの水で常に濡れた状態としたものである。

【００３８】すなわち湿度測定部１４は、乾湿計と同じ
原理を利用したものであり、保湿材２８の温度は外気温
度が飽和蒸気圧となる温度まで低下するので、ループセ
ンサ２７で求まる温度が湿球温度となる。ループセンサ
２６で求まる外気温度は乾球温度となる。このため光フ
ァイバセンサ１１で湿球温度及び乾球温度が測定でき、
両者から湿度が求まる。

【００３９】各測定部１２，１３，１４を設けた光ファ
イバセンサ１１の一端を光ファイバ温度分布測定装置１
０に接続して温度分布、気温、日射量、湿潤度等を測定
する。

【００４０】図６は図１に示した光ファイバ式路面凍結
検知システムによる温度測定結果を示す図であり、横軸
が光ファイバの長さ、縦軸が温度を示している。

【００４１】光ファイバセンサ１１は道路１７の溝１８
内に埋設されているので、道路内部温度（道路が凍結す
る道路表面、すなわち路面の温度）を正確に測定するこ
とができる。道路内部温度は図６に示す特性曲線の内、
区間Ｌ１に対応している。この他、気温、日射量を表す
温度、湿度を示す温度等が一括して測定され、それぞれ
区間Ｌ２〜Ｌ４に対応している。なお、区間Ｌ５は接続
用光ファイバ１５ａ，１５ｂ等の温度に対応している。
これらの温度情報は演算出力装置１６で、予め求めた各
気象データへの変換式を用いて各気象量に変換された後
出力されるようになっている。

【００４２】特に、路面の濡れと湿度との間には相関関
係があるため、この相関関係より路面がどの程度濡れて
いるかが分かる。路面が濡れている状態で路面温度が氷
点以下になったときに路面が凍結するので、これら光フ
ァイバセンサ１１の温度情報と路面濡れ情報とを併用す
ることにより路面が凍結しているか否かが判断できる。

【００４３】すなわち、演算出力装置１６では、光ファ
イバセンサ１１の温度情報と路面濡れ情報との時間的推
移を求めておき、路面が濡れており、かつ、この光ファ
イバセンサの温度が氷点以下になるときに「路面凍結」
信号を出力する。

【００４４】以上において本発明の光ファイバ式路面凍
結検知システムは、凍結状態のほとんどが検知が可能で
あるが、実際には周囲の気温が急激に低下して凍結とな
る場合や路面温度が略零度付近で一定値となる場合等も
予想される。このような特殊なケースにおいても凍結検
知精度を上げる方法を以下に示す。

【００４５】より精度高く路面凍結を検知するために
は、道路表面の温度である路面温度を正確に求めること
が必要である。このため、外気と道路との熱収支を、伝
導を考慮して熱計算を行う必要がある。この場合、道路
の雰囲気における気温値と道路に与えられるエネルギー
として日射量が必要となる。これらのデータとして先に
示したループセンサ２０，２１，２６，２７による気
温、日射量等のデータを用いればよい。

【００４６】図７は本発明の光ファイバ式路面凍結検知
システムを適用した降雨量検出部の概念図である。

【００４７】降雨量検出部３０は、降雨の際に雨水３１
を集めるための漏斗状の雨受け３２と、雨受け３２から
の雨水３１を一時的に貯える容器３３と、容器３３から
必要な量だけ流出させる細い導管３４と、導管３４から
の雨水を引込んで内部を通過させるヒータ管３５と、ヒ
ータ管３５内を貫通する光ファイバセンサ１１と、ヒー
タ管３５内に設けられヒータ管３５の内部を加熱するヒ
ータ３６とで構成されている。

【００４８】この降雨量検出部３０は、降雨量が増加す
るとヒータ管３５内を流れる雨水の量も増加するのでヒ
ータ管３５内の温度が低下する。この温度変化量は、降
雨量と単一関係にあるので、予めこの関係を把握してお
くと、温度変化量から降雨量を検出することができる。

【００４９】図８は図７に示した降雨量検出部の変形例
を示す図である。

【００５０】図７に示した降雨量検出部３０との相違点
は、ニードルバルブ３７ａ，３７ｂが付いた複数（図で
は２つであるが限定されない）の導管３４ａ，３４ｂに
ヒータ管３５ａ，３５ｂをそれぞれ接続したものを容器
３３に接続した点である。

【００５１】この降雨量検出部３８は、ニードルバルブ
３７ａ，３７ｂの開閉度を変えることにより流量抵抗を
調整して各導管３４ａ，３４ｂの流量比を各導管３４
ａ，３４ｂごとに適切な値に設定する。このように構成
することにより、降雨量が大幅に変化してもいずれかの
ヒータ管３５ａ，３５ｂ内を適度な量の雨水が流れ、温
度変化として流量を検出することができる。

【００５２】図９は図７に示した降雨量検出部の他の変
形例を示す図である。

【００５３】図７に示した降雨量検出部３０との相違点
は、容器３３の内部に融雪用のヒータ（破線で示す）３
９を設けた点である。

【００５４】この降雨量検出部４０は、降雪の際に雪４
１がヒータ３９で溶かされて水となり容器３３から導管
３４を通って図には示されていないヒータ管へ流れる。
図７に示された降雨量検出部３０と同様の原理で降雪量
を降雨量として測定される。

【００５５】以上において、本発明によれば、道路凍結
検知に必要な路面温度分布、気温、日射量、湿度等が１
本の光ファイバセンサで構成できるので低コスト化が図
れる。また、小型化できるので設置場所や景観の問題も
なくなる。さらに光ファイバセンサを用いることによ
り、測定装置台数の大幅な削減となり、連続的な道路の
路面凍結検知を低コストで実現できる。

【００５６】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００５７】測定対象道路の気温、日射量、路面濡れの
有無をそれぞれ測定する気温測定部、日射量測定部及び
湿度測定部を光ファイバセンサに設けることにより、簡
単な構成で道路等長く広い範囲にわたって路面の凍結状
況を検知できる光ファイバ式路面凍結検知システムの提
供を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ式路面凍結検知システムの
一実施の形態を示すブロック図である。

【図２】図１に示した光ファイバ式路面凍結検知システ
ムの光ファイバセンサの埋設状態を示す断面図である。

【図３】（ａ）は図１に示した光ファイバ式路面凍結検
知システムの日射量測定部の正面図であり、（ｂ）はそ
の背面図である。

【図４】図３に示したループセンサの構造を示す模式図
である。

【図５】図１に示した光ファイバ式路面凍結検知システ
ムの湿度測定部の構成図である。

【図６】図１に示した光ファイバ式路面凍結検知システ
ムによる温度測定結果を示す図である。

【図７】本発明の光ファイバ式路面凍結検知システムを
適用した降雨量検出部の概念図である。

【図８】図７に示した降雨量検出部の変形例を示す図で
ある。

【図９】図７に示した降雨量検出部の他の変形例を示す
図である。

【図１０】路面凍結検知システムの従来例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ温度分布測定装置 １１ 光ファイバセンサ １２ 気温測定部 １３ 日射量測定部 １４ 湿度測定部 １６ 演算出力装置 ２２ 輻射率の高い物体（黒色金属板） ２３ 輻射率の低い物体（白色金属板） ２４ 通気性容器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ温度分布測定装置の光ファイ
   バセンサに気温測定部、日射量測定部及び湿度測定部を
   設け、その光ファイバセンサを道路の内部或いは近傍に
   配置し、上記光ファイバの長手方向の温度分布、上記道
   路の表面温度、気温、日射量、湿度等の道路環境データ
   を求めると共に路面凍結の検知を行うことを特徴とする
   光ファイバ式路面凍結検知システム。
2. 【請求項２】 上記気温測定部は、上記光ファイバセン
   サの一部と、道路近傍に配置され上記光ファイバセンサ
   の一部を収納する通気性容器とで構成された請求項１に
   記載の光ファイバ式路面凍結検知システム。
3. 【請求項３】 上記日射量測定部は、上記光ファイバセ
   ンサの一部と、道路近傍に配置され上記光ファイバセン
   サの一部に固定された輻射率の高い物体と、該輻射率の
   高い物体に隣接して光ファイバセンサに固定された輻射
   率の低い物体とで構成され、両物体の温度差から道路近
   傍の日射量を求めるようにした請求項１に記載の光ファ
   イバ式路面凍結検知システム。
4. 【請求項４】 上記湿度測定部は、上記光ファイバセン
   サの一部と、道路近傍に配置され上記光ファイバセンサ
   の一部を収納する通気性容器と、該通気性容器内に収納
   された光ファイバセンサの一部を覆う保湿材とで構成さ
   れ、上記通気性容器内に収納された光ファイバセンサの
   内保湿材で覆われた部分の温度を湿球温度とし、覆われ
   ていない部分の温度を乾球温度として両温度より道路近
   傍の湿度を求めるようにした請求項１に記載の光ファイ
   バ式路面凍結検知システム。