JPS5871422A - 温度予測装置 - 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】

この発明は、温度予測方式、とくに路面温度を予測する
方式に関する。 路面温度を予測することは、路面の凍結による自動車の
スリップ事故を未然に防止するために路面の凍結を予知
することにおいて非常に重要である。路面温度予測方式
には、複数の温度計を地中にそれぞれ異なる深さに埋設
して、各地点の測定湿度にもとづいて熱伝導を解析する
ことにより路面温度または凍結を予測するもの、路面温
度、地中温度、気温、露点、熱放射収支量などの気象観
測開鎖を測定し、これらの開鎖のパターンと、あらかじ
め設定された凍結パターンとを比較することにより凍結
を予測するものがある。しかしながら、これらの方式に
おいてはいずれも、気象センサの数が多くなり、装置の
構成も複雑となる上に、各気象センサの設置工事も大が
かりとならざるを得ない。最も簡単な路面温度予測方式
に、路面温度のみを測定し、過去の路面温度測定値を用
いて所要の予測式により所要時間先の路面温度を算出す
るものがあるが、この方式では過去の路面温度の蓄積結
果のみを使用し、他の気象因子を用いないために、予測
精度が低く、実用上問題がある。 この発明は、装置の構成および気象センサの設置工事を
簡略化できるとともに、高い予測精度をもつ温度予測方
式を提供することを目的とする。 以下、図面にもとづいてこの発明を路面温度の予測に適
用した実施例について詳述する。 第１図は、路面温度予測装置の道路における様子を示し
ている。道路りの一側に支柱４が立てられ、この支柱４
の上端付近に支持腕５が取付けられ、この支持腕５が道
路りの中央に向ってのびている。支柱４には、路面の所
定箇所の温度を測定する非接触型の路面温度計１が取付
は固定されている。この路面温度計１は放射温度計であ
るが、他の温度計も使用できるのは言うまでもない。支
持腕５には、路面温度計１による温度測定箇所の真上の
位置に熱放射収支計２が取付は固定されている。放射収
支計２は、その上方の大気からの放射エネルギと下方の
路面からの放射エネルギとの差を測定するものである。 路面温度計１および放射収支計２の測定値にもとずいて
路面温度を予測する電気回路を内蔵した制御箱３が支柱
４に取付は固定されている。 第２図は、制御箱３内の電気回路を示し、第３図はこの
電気回路の各信号の一部を示している。温度計１および
収支計２からのデータの取込みおよび路面温度の予測は
中央処理装置

【ＣＰＵという】１０によって制御される
。ＣＰＵ１０は、そのプログラムを格納したＲＯＭＩ　
１、後述する各種データを記憶するＲ　Ａ　Ｍ　１２　
、およびデータのサンプリング間隔Δｔ（たとえばｌ　
Ｑ　ｍｉｎ程度程度側定するタイマ１３を備えている。 ＣＰＵｌ０には、入出力制御回路１４を介して、サンプ
リング制御回路１５、サンプリング回路１６．１７およ
び出力装置１８が接続されている。 タイマ１３が時間Δｔを計時するごとに、ＣＰＵ１０の
指令によって入出力制御回路１４からサンプリング制御
信号Ｂが出力され、制御面が入力したときに、サンプリ
ング信号Ｃを両サンプリング回路１６．１７に与える。 サンプリング回路１６はＡＤ変換機能を有し、サンプリ
ング信号Ｃが入力するごとに、路面温度計１の出力Ａを
サンプリングしかつデジタル符号化し１そのデータＤを
出力する。回路（１Ｇの出力りは、次のサンプリングま
でラッチされ、この間にＣＰＵＩＱによって取込まれる
。放射収支計２の出力も同様に、サンプリング間隔Δｔ
ごとにデジタル符号化され、ＣＰＵ１０に取込まれる。 出力装置１８は、測定された路面温度および放射収支量
、ならびにＣＰＵｌ０によって算出された路面温度の予
測値を出力するものであって、レコーダやプリンタが用
いられる。路面温度がコントロール・センタ（図示路）
によっておよび予測データをセンタに伝送し、かつセン
タから必要な指令を受けるための伝送装置が組込まれる
。またＣＰＵｌ０が、−路面温度予測値にもとづいて路
面の凍結を予知する機能をもつ場合には、この凍結予知
も出力装置１８によって出力される。凍結予知出力の１
つの手段として警告灯を設けることも可能である。 第４図は、路面温度Ｔおよび放射収支量Ｒの時間的な推
移の様子を示している。路面温度Ｔは、地面の有する熱
量によって定まる。この熱量は、大気から入射する熱量
と大気に放散する熱量との差、すなわち熱放射収支量Ｒ
に応じて変化する。過去の放射収支量Ｒの推移は、未来
の路面温度Ｔａの推移に重大な影響を与えると考えるこ
とができる。この発明はこの点に着目・　　　し、過去
の路面温度の測定デーラダを用１．Ｎて未来の路面温度
を所要の予測式により算出するにさいし、路面温度の変
化の先行指標として放射収支量を予測因子として取込ん
でいる。予測式としては指数平滑法、外挿法などが用い
られる。 ＼ そして、指数平滑法においては、その平滑化定数が、過
去の放射収支量測定値にもとづいて決定される。外挿法
においては、移動平均をとる場合の重みが放射収支量に
もと七いて決定される。 この実施例では、修正指数平滑法が用いられている。こ
の方法は、単純指数平滑法のもつ予測値に遅れが生じる
という欠点を修正したものであり、過去のデータの系列
か短い場合にも有　　、効なものである。 第４図において、現在の時点をｔｏとして、サンプリン
グ間隔Δｔごとに測定された過去（現在も含む〕のＮ＋
１の路面温度測定値が得ら・・・、ｔ−）１＋１、ｔ−
Ｎとし、これらの各時点の測定値を、Ｔ（ｔｏ）、Ｔ（
ｔ−１）、Ｔ（ｔ−２）、・・・、Ｔ　（ｔ　−Ｎ　−
１−１）、Ｔ（ｔ　−Ｎ　）で表わす。未来のある時点
Ｌｎにお△ ける路面温度の予測値Ｔ（ｔｎ）は次式で与えられる。 ・・・（１） ここでαが平滑化定数である。６時におけるＴ１Δ、α
およびｎは次式で与えられる。（〕内は時点を表わして
いる。 α（ｔ−Ｎ−Ｈ）＝β・（Ｒ（ｔ−Ｎ＋１）　十Ｒｏ）
　　　・・φ　（４−ＮＪここで Δ（ｔ−Ｎ）＝０　　　　　　　　　　　　　　・・・
（６）とする。第（５）式のｎおよびＴ　（ｔ　−Ｎ　
）は設定値であってあらかじめ定められる。βは補正係
数、ＲＯは初期設定値であって、あらかじめ収集した放
射収支量により設定される。Ｒ（ｔｏ）、Ｒ（ｔ−１）
、・１１６　、　Ｒ（ｔ　−Ｎ　＋１　）は、式におい
て定数αを、常に正の値にするために、定ＷＩＲｏが用
いられている。第（４−１３式〜第（４−Ｎ）式から、
平滑化定数σが放射収支量Ｒの測定値によって規定され
ることが明らかになろう。 いる。ＲＡＭ１２内には、初期設定値を記憶するエリヤ
、演算の結果得られた予測値Ｔｎを記憶するエリヤ、測
定された過去の放射収支ＭＲおよび路面温度Ｔを記憶す
るエリヤ１これらの測定値等にもとづいて算出された平
滑化定数α、Ｔ値およびΔ値をそれぞれ記憶するエリヤ
が設けられている。これらの各エリヤにおける各記憶場
所は、第５図において各エリヤの左側に示されたアドレ
スによって指定される。また、各記憶場所の内容は、後
述する処理では、対応するアドレスに（）を付したも゛
のによって表わされる。たとえば、補助係数βは（ＢＯ
）で、放射収支量Ｒ（ｔ−２）は（Ｒ２〕でそれぞれ表
わされる。ＲＡＭ１２内にはまた、汎用レジスタ１ｔＡ
ＳＲＢとして用いられるエリヤがある。 これらのレジスタ内にロードされたデータもまた（ＲＡ
）（ＲＢ）でそれぞれ表わされる。 第６図は、ＣＰＵ１０による、路面温度および放射収支
量の取込み、ならびに路面湿度の予測処理の手順を示し
ている。電源がオンされると、ＲＡＭ１２の内容がクリ
ヤされ、舌足された初期値がＲＡＭ１２内に取込まれる
（ステップ２０）。初期値は、不揮発性メモリに記憶す
るようにしてもよい。サンプリング制御信号Ｂが出力さ
れるので、上述のようにサンプリング回路１６．１７に
よってそれぞれ路面温度Ｔおよび放射収支量Ｒがサンプ
−リングされかつラッチされる（ステップ２１）。続い
てタイマ１３に時間間隔Δｔが七ットされ、かつタイマ
１３の計時動作が開始される（ステップ２２）。この時
間Δｔも初期値設定によって可変としておくことが好ま
しい。回路１６％１７によって路面温度Ｔおよび放射収
支量Ｒがサンプリングされるのを待って、これらのデー
タが取込まれ、ＲＡＭ１２の対応するエリヤに記憶され
る（ステップ２３）。これらのデータ取込みにおいて、
路面温度Ｔおよび放射収支量Ｒの記憶エリヤのアドレス
ＴＮおよびＲＮの場所の内容（ＴＮ）（ＲＮンがそれぞ
れ消去され、（ＴＮ−１）（ＲＮ−１）、＠（アドレス
ＴＮ、ＲＮの場所にそれぞれ移され、（ＴＮ−２）（Ｒ
Ｎ−２）がアドレスＴＮ−１、ＲＮ−１の場所にそれぞ
れ移されるというように、各記憶場所のデータが順次シ
フトされ、かつアドレスＴｏＳＲＯの場所に今回取込ま
れたデータＴ（む０）、Ｒ（ｔｏ）がそれぞれ記憶され
る。このようにして、これらのデータ記憶エリヤのデー
タはサンプリングごとに更新されていく。 データの取込みが終ると、まず放射収支量の測定値Ｒ（
も０〕〜Ｒ（も−Ｎ＋１）、定数βおよびＲＯを用いて
、第（４−１３〜第（４−Ｎ）式により、各時点の平滑
化定数αが算出される（ステップ２４〕。続いて、算出
された定数α１路面温度の測定値Ｔおよび前回のＴ値を
用いて、第（２−１）式〜第（２−Ｎ）式により、各時
点についてのＴ値が算出される

【ステ〜 ツブ２５】。この後、算出された定数σ、Ｔ値および前
回のΔ値を用いて第（３−１）〜第（３−Ｎ）式により
各時点についてのΔ値が算出され（ステップ２６）、最
後に算出された現時点のび（ｔｏ）、Ｔ（ＬＯ）、Δ（
ｔｏ）および定数ｎを用いて、第（１）式により時点１
・、ｎにおへ ける路面温度の予測値Ｔ（ｔｎ）が算出される（ステッ
プ２７〕。予測値Ｔ（ｔｎ）が求めらｂ　。 れると、このＴ　（ｔ　ｎ　）が出力装置１８によって
出力される（ろテップ２８）。凍結♀知の必要がある場
合には、予測値Ｔ（ｔｎ）とあらがしめ定められた凍結
温度とが比較され、その結果が凍結予知判定として出力
される。 以上で１回のデータ・サンプリングについて゛の処理が
終了し１タイマ１３が時間Δｔの計時を終了して、タイ
ム・アップ信号が出力されると（ステップ２９〕、ステ
ップ２１に戻って、同様な処理が繰返される。 第７図は、ステップ２４の平滑化定数−の計算のサブ・
ルーチンを示している。この処理では１第（４−１）弐
〜第Ｃ４−Ｎ）式が用いられる。数値Ｎがｋと置がれる
（ステップ３１〕。 このｋはたとえばカウンタにセットされる。このｋを用
いて、ＲＡＭ１２内の平滑化定数αの記憶エリヤのＲｋ
がアドレスされ、そこに記憶されている内容（Ｒｋ）が
読出されてレジスタＲＡにロードされる（ステップ３２
）。ＲＯＯでアドレスされる初期設定値ＲＯが読出され
、このＲＯすなわち（ＲＯＯ）と（ＲＡ）とが加算され
、その結果がレジスタＲＡの内容となる（ステップ３３
］。さらにアドレスＢＯで補正係数βが読出され、これ
に（ＲＡ）とが乗算され、その結果がレジスタＲＡにロ
ードされ（ステップ３４〕、レジスタの内容がＡｋでア
ドレスされる記憶場所にストアされる（ステップ３５）
。この後、ｋを計数するカウンタから−１され（ステッ
プ３６）ｓｋの値が負になったかどうかが検査される（
ステップ３７〕。ｋがＯまたは正であればステップ３２
に戻って、同様の処理が繰返される。そして、ｋの値が
負になったときにαの演算処理が終る。 第８図は１第６図のステップ２５のＴ値の計算のサブ・
ルーチンを示している。この処理では、第（２−１３式
〜第（２−Ｎ）式が用いられる。まず、Ｎがｋと、ＴＰ
ＮがＴＰｋとそれ５ぞれ置かれる（ステップ４１）。Ｔ
値の記憶エリヤのＴｋ−１でアドレスされる場所に記憶
されているＴ値（Ｔｋ−１）がレジスタＲＡにロードさ
れ（ステップ１４２　）　、平滑化定数αの記憶エリヤ
のＡｋ−１でアドレスされる場所に記憶されている値が
読出され、（ＲＡ〕と乗算され、その結果がレジスタＲ
Ａにロードされる（ステップ４３）。１から値（Ａｋ−
１）が減算され、その結果がレジスタＲＢにロードされ
る（ステップ４４）。アドレスＴＰｋの内容がメモリか
ら読出され、これに（ＲＢ）が乗算され、この結果がレ
ジスタＲＢにロードされる。ｋ；Ｎのときには、（ＴＰ
ｋ）＝（ＴＰＮ）である。 そして、両レジスタの内容（ＲＡ）（ＲＢ）が加算され
、この加算結果がレジスタＲＡにロードされる（ステッ
プ４６）。以上で１つのＴの計算が終了し、算出されレ
ジスタＲＡ内にストアされている値（ＲＡ）がＴＰｋ−
１のアドレスの記憶場所に記憶され（ステップ４７）、
ｋ−１が新たなｋとなる（ステップ４８〕。ｋが正また
はＯであれば（ステップ４９〕、ステップ４２に戻り、
同様の処理が繰返される。ｋが負になると、Ｔの演算処
理が終了する。 第９図は、第６図のステップ２６のΔ値の計算のサブ・
ルーチンを示している。この処理では、第（３−１３〜
第（３−Ｎ）式が用いられる。ＮおよびＤＮがｋおよび
Ｄｋとそれぞれ置〜 かれる（ステップ５１）。Ｔ値の記憶エリヤの（ＴＰｋ
−１）から（ＴＰｋ）が減算され、この結果がレジスタ
ＲＡにロードされ

【ステップ５２】、続いて定数αの記
憶エリヤの（Ａｋ−１］に（ＲＡ）が乗算され、その結
果がレジスタＲＡにロードされる（ステップ５３）、１
がら（Ａｋ）が減算され、レジスタＲＢにロードされ（
ステップ５４〕、Δ値の記憶エリヤまたは初期値の記憶
エリヤの値（Ｄｋ）に（ＲＢ）が乗算され、この結果が
レジスタＲＢにロードされる（ステップ５５〕。ｋ＝Ｎ
のときには（Ｄｋ）＝（ＤＮ）である。両レジスタの内
容（ＲＡ）と（ＲＢ）が加算され、この結果がレジスタ
ＲＡにロードされる（ステップ５６］。以上で１つのΔ
値につい゛ての算出が終了し、（ＲＡ〕がアドレスＤｋ
−１の場所にストアされ（ステップ５７）、ｋ−１が新
たなｋとなる（ス粂 テップ５８）。贅後にｋの値が検査され（ステップ５９
）、ｋが正または０であればステップ５２に戻り、ｋが
負になるとΔ値の演算処理が終了する。 第１０図は、第６図のステップ２７における予測値Ｔの
計算のサブ−ルーチンを示している。 この処理では、第（１）式が用いられる。１から（ＡＯ
）が減算され、この結果がレジスタＲＡにロードされ（
ステ゛ンプ６１）ｓ（ＲＡンが（ＡＯ〕によって割算さ
れこの結果がレジスタＲＡにロードされ（ステップ６２
〕、さらに（ＲＡ）に（Ｄｏ）が乗算され、この結果が
レジスタＲＡにロードされる（ステップ６３）。（ＤＯ
〕がレジスタＲＢにロードされ（ステップ６４〕、（Ｒ
Ｂ）に（ＬＯ）すなわちｎが乗算され、この結果がレジ
スタＲＢにロードされる（ステップ６５〕。両レジスタ
の内容（ＲＡ）（ＲＢ）が加算されこの結果がレジスタ
ＲＡにロードされ（ステップ６６〕、（ＲＡ）に（ＴＰ
Ｏ）が加算され、この結果がレジスタＲＡにロードされ
る（ステップ６７）。レジスタＲＡの内容が求めるべき
予測値Ｔ（ｔｎ）であるから、この値（ＲＡ）がＴＬで
アドレスされる場所に記憶される（ステップ６８］。 以上詳細に説明したように、この発明では気象センサと
して温度計と熱放射収支計とが用いられているだけであ
るから、構成が簡単であり、かつこれらの設置工事も簡
略化できる。また、過去の測定温度にもとづいて所定の
予測式により未来の温度を算出するにさいして、過去の
測定された熱放射収支量が予測因子として用いられてい
る。過去の放射収支量は、温度変化の先行指標となるか
ら、温度の予測精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、路面温度予測装置の道路における設置の様子
を示す図、第２図は、同装置の内部構成を示すブロック
図、第３図は、第２図に示す回路の動作を示すタイムチ
ャート、第４図は、路面温度および放射収支量の推移を
示すグラフ、第５図はＲＡＭの内容を示す図、第６図は
、路面゛温度予測処理の手順を示す７０−・チャート、
第７図から第１０図は、予測処理における６値の計算処
理サブ・ルーチンを示すフロー°・チャートである。 １１１１も路面温度計、２・・・熱放射収支計、３・・
・制御箱、ＩＱ　ｓｅｅ　ＣＰ　Ｕ　、　１２６１１１
１　ＲＡ　Ｍ０以　　上 特許出願人　立石電機株式会社 外４名 第１図 第２図 第３図 第１１１ｇＪ 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所要箇所の温度を測定する温度計、温度測定箇所
   の上方に設けられた熱放射収支計、温度計および熱放射
   収支計の測定値を記憶する記憶装置、ならびに記憶され
   ている過去の測定温度から所要の予測式により、所要時
   間先の温度推定値を算出する演算装置からなり、記憶さ
   れている過去の測定熱放射収支量にもとづいて予測式で
   用いられる定数が決定される１湛度予測方式。
2. （２）　　測定温度および予測温度が路面温度であり、
   温度計が路面温度計である、特許請求の範囲第（１）項
   記載の温度予測方式。