JPS601573B2 - 路面状態検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、乾燥、湿潤、積雪および凍結などの路面状
態を検知する方法に関する。

道路の凍結、積雪などによる交通障害に対し、的確な対
策を施こして運転者の安全を確保することは、交通シス
テム管理において非常に重大な問題であり、適切な対策
を講ずるためには、迅速かつ正確に路面状態を把握する
ことが必要である。

従来の路面状態検知方法には、路面下に水分、温度など
の検出器を埋設し、この検出器からの出力信号にもとづ
いて路面、状態を判断するものと、路面に向けて可視光
を投光し、路面からの反射光にもとづいて路面状態を判
断するものとがある。しかしながら、路面下に検出器を
埋設する方法では、検出器の埋設工事が大掛りとなる上
に、自動車がその上を通路することによって検出器が損
傷することがあるのでその保守もまた困難を伴なう。さ
らに、検知領域も検出器の周辺部に限定され、必ずしも
正確に路面状態を検知できないという問題があった。ま
た可視光の路面反射光による方法では、雪と泥と水とが
混在する状態（以下スノージャムという）や、雪の表面
にほこりなどが付着している場合（以下黒い雪という）
では、表面反射率が低下するので路面の乾燥状態と区別
できないことがあり、また砂やほこりで路面が白くなる
とこれを誤って積雪状態としてしまうことがあるので、
必ずしも正確な路面状態検知は期待できない。この発明
は上記実情に鑑みてなされたものであって、道路の任意
の箇所に容易に設備しうるとともに、比較的広い範囲に
わたって、しかもスノージャムや黒い雪を新雪と同じよ
うに、かつ白くみえる乾燥路面を雪と誤検知することな
く路面状態を正確に検知しうる、路面状態検知方法を提
供するものである。

以下図面を参照してこの発明の方法を詳細に説明する。

第１図において、道路４の一側に支柱２が立設され、こ
の支柱２の上端付近から道路４上方に向って支持腕３が
のばされている。そして、この支持腕３に投光器１、正
反射用受光器１１および乱反射用受光器２１が取付けら
れている。投光器１は路面状態信号を収集するために路
面に向けて参照光を投射するものであり、路面上の適当
な箇所、たとえば道路の中方向の中心に適当な入射角で
指向するよう配置されている。入射角の大小は後述する
路面状態の判断にほとんど影響を及ぼさない。投光器１
内の光源としては、波長約１（一ｍ）のところにピーク
があり可視光から赤外光領域にわたって中広い発光スペ
クトルをもつハロゲンランプや、発光スペクトル中に可
視光のみならず波長約１．２〜２．５（ムの）の付近の
赤外光を含む水銀灯などを用いることが好ましい。これ
らの光源の前面には、後述するように約１．２（ム机）
以上の波長の赤外線を透過させる赤外線透過フィル夕が
設けられている。光源からの赤外光は、適当な光学系に
より集光され路面に向けて投光される。投光器１による
路面の照射領域は、積雪による路面の高さの変動などを
考慮して適当な広がりをもっていることが好ましい。受
光器１１，２１は、投光器１から投射された光の路面反
射光を受光し電気信号に変換するものである。正反射用
受光器１１五ま、投光器１から投射された光の路面での
反射光のうち、入射角と同一角度の反射角をもつ反射光
を受光する位置に、投射光の路面上の照射領域を指向す
るように取付けられている。また、乱反射用受光器２１
は乱反射光を受光するよう受光器１１とは別個の任意の
位置に、上記照射領域を指向するように取付けられてい
る。受光器１１，２１の受光素子としては硫化鉛（Ｐ聡
）やセレン化鉛（Ｐ雌ｅ）などが好ましく、この受光素
子の受光面前面に波長約１．２（山肌）以上の赤外光を
透過させる赤外線透過フィル夕が設けられている。この
赤外線透過フィル夕によって、昼間の太陽光や夜間の照
明灯などによる外乱ノイズが低減される。第２図におい
て、交流電源１０からの６０（Ｈｚ）の正弦波は投光器
１およびマルチプラィャ１３，２３に送られる。

投光器１はその光源の種類に応じてこの正弦波信号によ
り駆動される。受光器１１，２１からの反射光信号は増
中器１２，２２でそれぞれ適当なしベルまで増中された
のちマルチプラィャ１３，２３にそれぞれ送られる。マ
ルチプライャ１３，２３はその入力信号のうち、交流電
源１０からの６０（批）の信号に同期した信号成分のみ
を抽出し、これを直流成分に整流するものである。マル
チプライヤ１３，２３の出力信号中には、上記直流成分
、１２０（世）の信号成分およびノイズが含まれている
が、この出力信号は次に低域通過フィル夕１４，２４に
それぞれ送られ、ここで１２０（Ｈｚ）の信号成分およ
びノイズが除去され直流成分のみがとり出される。フィ
ル夕１４，２４の出力信号は路面状態に関する情報を含
んでおり、これらの出力信号は、比較器１５，１６およ
び２５にそれぞれ入力する。ところで、雪の表面は可視
光に対して光反射率が１００％近い拡散面を示すが、光
の波長が長くなるにつれて雪による吸収のために反射率
は減少していく。第３図は、波長を変えた場合の硫酸バ
リウムの反射率に対する雪面の相対的な反射率特性曲線
を示すものである。このグラフから明らかなように、反
射率は可視光から赤外光領域に移ると減少していき、波
長１．２（ぶれ）付近で激減している。第３図の曲線は
反射角が異なっても同じ傾向を示し、また積雪後時間が
経過するにつれて反射率はやや減少する。このような赤
外光に対する雪面の反射率特性に着目して、路面が乾燥
している場合（乾燥）、路面がぬれている場合（湿潤）
および路面に積雪がある場合の３つの路面状態に対して
、低減通過フィルター４，２４の出力信号のレベルを測
定した結果が第１表に示されている。

この第１表の数値は、波長１．２（山肌）〜２．５（仏
の）の波長の赤外光に対する代表的な数値である。また
積雪は、泥やほこりによって汚れていない雪（以下白い
雪という）とスノージャムと黒い雪とに分けられている
。第１表 （単位（肌Ｖ）） 第１表より、赤外光は雪によって吸収されるから、積雪
状態では白い雪であってもスノージャム、黒い雪でも反
射光量は少なくなっていることがわかる。

湿潤状態では、水による赤外光の吸収があるとはいうも
のの路面は鏡面化するので正反射成分が増加し、乱反射
成分が減少している。また乾燥状態では路面は光反射率
の低い拡散面となるから、正反射成分は湿潤状態と積雪
状態との中間の値を示し、乱反射成分は積雪状態および
湿潤状態よりも上まわっている。第１表の結果にもとづ
いて、各路面状態をフィル夕１４，２４の出力レベルの
大きさの順に並べると第２表のようになる。

第２表 比較器１５の弁別レベルＡＩは、乾燥状態におけるフィ
ル夕１４の出力レベルと積雪状態における同出力レベル
との間（たとえば１５０（肌Ｖ））に設定されており、
同出力レベルがこの弁別レベルＡＩを超えている場合に
比較器１５からの出力信号「１」が発生する。

また、比較器１６の弁別しベルＡ２は、湿潤状態におけ
るフィル夕１４の出力レベルと乾燥状態における同出力
レベルとの間（たとえば５００（ｍＶ）に設定されてお
り、同出力レベルがこの弁別レベルＡ２禾満の場合に比
較器１６から出力信号「１」が発生する。したがって、
正反射光からの情報によると、（比較器１５の出力、比
較器１６の出力）が（１、０）であれば湿潤状態、（１
、１）であれば乾燥状態、（０、１）であれば積雪状態
ということになる。同じように、比較器２５の弁別レベ
ルＢは、乾燥状態におけるフィル夕２４の出力レベルと
湿潤または積雪状態における同出力レベルとの間（たと
えば２５０（肌Ｖ））に設定されており、同出力レベル
がこの弁別レベルＢを超えている場合に比較器２５から
出力信号「１」が発生する。

したがって、乱反射光からの情報によると、比較器２５
の出力が（１）であれば乾燥状態、（０）であれば湿潤
または積雪状態ということになる。このような結果もま
た第２表に示されている。比較器１５，１６および２５
の出力はマイクロプロセッサ＊４０‘こ送られる。他方
、路面状態検知領域の路面温度を測定する赤外線放射温
度計３１が、支柱２またはその近接位置に設けられてい
る。

この放射温度計３１の温度検知信号もまたマイクロプロ
セッサ４０に送られる。マイク。

プロセッサ４０では、正反射光からの情報による路面状
態の判定結果と、乱反射光からの情報による路面状態の
判定結果と、放射温度計３１からの温度検知信号とにも
とづいて最終的な路面状態の判断が行なわれ、路面状態
は乾燥、湿潤、凍結および積雪の４種類に分類される。
マイクロプロセッサ４０による最終的な判断は第３表の
組合せにもとづいて行なわれる。第３表 第３表の組合せは一例であり、比較器１５，１ ２６，
２５の各弁別レベルＡＩ，Ａ２，Ｂの値を変えることな
どにより「第３表の組合せも変更される場合もある。

また、湿潤状態と凍結状態とを路面温度−３℃を境にし
て分けているが、必ずしも一３℃である必要なく、０℃
以下の適当な温度に３設定しうる。さらに、積雪状態に
路面温度の条件を加えて、これを積雪と凍結とに分ける
ことも可能である。道路４上を車両が走行するから投光
器１の照射領域からの反射光は車両が照射領域を通過す
るご３とに遮光される。

一般に、車両の照射領域の通過時間は短く、反射光が遮
光されていない時間の方がこれよりも長い。そこで、車
両の通過による遮光時間よりも長い最低検知時間を定め
、比較器１５，１６，２５の出力がこの最低検知時間の
間変４化しない場合に、その出力を正規の信号としてマ
イクロプロセッサ４川ことり込むようにすることが好ま
しい。第４図は上述のマイクロプロセッサ４０と同じ処
理を行なう回路を示している。

比較器１５，１６，２５の出力はしジスタ４１に送られ
る。タイマ４４には上記の最低検知時間が設定されてお
り、比較器１５，１６，２５の出力がこの最低検知時間
の間変化しないときにレジスタ４１に一時的に記憶され
る。レジスタ４１に記憶された信号は次にデコーダ４２
に送られる。比較器１５，１６，２５の出力の組合せは
８通りあり、デコーダ４２はこの組合せに応じて８の出
力端子のうち１つに組合せ結果の信号を出力する。８通
りの組合せのうち２通りの組合せはあり得ないものであ
るから、これを除いた６通りの組合せの信号がＯＲ回路
４３に送られる。

ＯＲ回路４３は、この６通りの信号から第３表（凍結を
除く、湿潤−乾燥の組合せは第３表には示されていない
）と同じ組合せにより、湿潤、積雪および乾燥の３種類
の信号をつくり出すものである。他方、放射温度計３１
の出力は比較器４５に送られる。比較器４５には凍結の
判定基準となる温度（たとえば一３℃）があらかじめ設
定されており、放射温度計３１の出力のあらわす路面温
度がこの基準温度よりも高い場合に比較器４５から出力
が発生する。ＡＮＤ回路４６にはＯＲ回路４３の湿潤信
号と比較器４５の出力が入力し、比較器４５から出力が
発生した場合に上記湿潤信号はＡＮＤ回路４６を通過す
る。ＡＮＤ回路４８にはＯＲ回路４３の湿潤信号と、比
較器４５のＮＯＴ回路４７で反転された信号とが入力し
、比較器４５から出力が発生しない場合にＯＲ回路４３
の湿潤信号はＡＮＤ回路４８を通過して凍結をあらわす
信号となる。以上詳細に説明したように、この発明の方
法によれば、路面状態に応じた赤外光の路面での正およ
び乱反射率のちがし、および必要ならば路面温度にもと
づいているから非接触で乾燥、湿潤、積雪および凍結な
どの路面状態を判定することができ、従来のように路面
下への検出器の埋設工事を行なう必要がなく、また車両
の通過による検出器の損傷などを招くおそれがなく、道
路の任意の箇所に容易に設備しうる。

また、比較的広い検知領城をとることができる。さらに
１．２（ム仇）程度以上の波長の赤外光が雪によって吸
収され、反射光量が減少するという現象を利用している
ので、積雪が新雪であってもスノージャムの状態または
黒い雪であっても同じように積雪と判定することができ
るとともに、白くみえる乾燥路面を積雪として謀検知し
てしまうようなこともなく、きわめて正確に路面状態を
検知できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は投光器および受光器の配置状態を示す構成図、
第２図はこの発明による方法を実現する装置のブロック
図、第３図は雪の反射率特性を示すグラフ、第４図は路
面状態判定回路の他の例を示すブロック図である。 １・…・・投光器、１１…・・・正反射用受光器、２１
…・・・乱反射用受光器、１６，１６，２５，４５・・
・・・・比較器、３１・・・・・・赤外線放射温度計、
４０・・…・マイクロプロセッサ、４２……デコーダ、
４３…・・・ＯＲ回路、４６，４８・・・・・・ＡＮＤ
回路。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 積雪路面の反射率が乾燥路面の反射率に比較して弁
   別しうる程度に小さい波長領域の赤外光を路面上方から
   路面に向けて投光し、その路面からの正反射光および乱
   反射光を受光し、この正反射光信号および乱反射光信号
   を判別すべき路面状態の類型に応じた基準値により弁別
   し、これらの弁別結果の組合せに応じて路面状態を判定
   する、路面状態検知方法。 ２ 上記赤外光の波長領域が１．２（μｍ）以上である
   、特許請求の範囲第１項記載の路面状態検知方法。 ３ 判別すべき路面状態の類型が、乾燥状態、湿潤状態
   および積雪状態である、特許請求の範囲第１項記載の路
   面状態検知方法。 ４ 路面温度を測定し、この路面温度を所要の基準温度
   により弁別し、上記正反射光信号、乱反射光信号および
   路面温度の弁別結果の組合せにもとづいて路面状態を判
   定する、特許請求の範囲第１項記載の路面状態検知方法
   。 ５ 正反射光信号および乱反射光信号により判別すべき
   路面状態の類型が、乾燥状態、湿潤状態および積雪状態
   であり、路面温度により判別すべき路面状態の類型が、
   湿潤状態および積雪状態の少なくとも１つの凍結状態で
   ある、特許請求の範囲第４項記載の路面状態検知方法。