JPS6337890B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、路面の凍結状態の検知装置に関す
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。路面
の状態を識別する装置に路面の光学的反射特性を
利用するものがあるが、湿潤状態と凍結状態とが
ほぼ同じ反射特性を示すので、この装置では路面
温度を検出してこの路面温度により湿潤と凍結と
を区別している。ところが、凍結状態であつても
融雪剤を散布すれば湿潤状態に遷移するので、路
面温度のみによつて湿潤と凍結を区別するだけで
は路面の凍結の正確な検出はできない。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたもので
あつて、とくに融雪剤を散布した場合に路面が凍
結しているか否かを正確に検知できる装置を提供
するものである。

以下、図面を参照してこの発明の実施例につい
て詳しく説明する。

第１図において、道路２１の一側に支柱２２が
立設され、この支柱２２の上端付近から道路２１
上方に向つて支持腕２３がのばされている。そし
て、この支持腕２３に、投光器２４、乱反射受光
器２５、正反射受光器２６および投光量レベル測
定器２７がそれぞれ取付けられ、支柱２２には路
面温度計２８が設けられている。投光器２４に
は、発光スペクトル中に可視光のみならず近赤外
光を含む水銀灯が用いられている。この投光器２
４は路面に向けて適当な入射角で指向するように
配置されている。正反射受光器２６は、投光器２
４から投射された光の路面反射光のうち可視光の
正反射光を受光し電気信号に変換するものであ
る。乱反射受光器２５は、路面からの可視光およ
び近赤外光の乱反射光をそれぞれ別個に検出する
ものである。近赤外光としては波長1.5〜2.5（μ
ｍ）の範囲のものが好ましい。投光量レベル測定
器２７は、投光器２４からの光を直接に受け、投
光器２４の投光量を測定するものであり、この実
施例では可視光の光量を測定している。路面温度
計２８としては放射温度計が用いられる。

第２図において、投光器２４は定電力型安定器
２９によつて一定電力で駆動される。乱反射受光
器２５は赤外光と可視光の受光素子３１，３２を
含み、これらの受光素子３１，３２の出力は増巾
器３４で増巾されたのち、帯域フイルタ３５でそ
れぞれ雑音成分が除去される。正反射受光器２６
は可視光の受光素子３３を含み、この受光素子３
３の出力信号もまた増巾器３４および帯域フイル
タ３５を経て出力される。受光器２５，２６から
出力される信号は再び増巾器３６でそれぞれ増巾
されかつ整流され、比較器４１，４２，４３に送
られる。これらの各比較器４１，４２，４３に
は、１または２の基準レベル(A)、（B1）（B2）、
(C)がそれぞれ設定されており、各受光素子３１，
３２，３３の出力はこれらの基準レベルにより比
較される。論理回路４４はこれらの比較結果を状
態信号に変換するものであり、論理回路４４の出
力は演算処理部４５に送られる。演算処理部４５
としてはマイクロプロセツサが好適に用いられ
る。

投光量レベル測定器２７は、可視光受光素子３
０を含み、この受光素子３０の出力もまた増巾器
３７、帯域フイルタ３８を経て、増巾器３９で増
巾されかつ整流されて、各比較器４１，４２，４
３に入力する。比較器４１，４２，４３の上記の
基準レベル(A)（B1）（B2）(C)は測定器２７の出
力によつて調整される。投光器２４は一定電力で
駆動されているとはいうものの、水銀灯自体の劣
化、投光器前面の汚れなどにより、投光量が変化
していく。投光量が変化すれば当然、路面からの
反射光量も変化するので、比較器４１，４２，４
３の基準レベルを一定としておくと誤検知を起こ
すことがある。ここでは、投光量の変化を補償す
るために、投光量の変化に応じて比較器４１，４
２，４３の基準レベルを調整している。投光量と
反射光量とはほぼ比例すると考えられるから、各
比較器４１，４２，４３の基準レベルを投光量レ
ベルに比例して変化させている。温度計２８の出
力は演算処理部４５に入力する。

第３図は、乾燥、湿潤、積雪および凍結の各状
態に対する各受光器２５，２６および温度計２８
の出力レベルの相対的な範囲、ならびに、これら
の出力から得られる路面状態の判定結果を示して
いる。可視光についていえば、乾燥状態では路面
は反射率の低い拡散面（反射率約30％）であるか
ら、正反射成分と乱反射成分はほぼ同じ値とな
る。路面がぬれている湿潤状態では路面は鏡面化
するので正反射成分は増大し、乱反射成分は減少
する。第３図において、湿潤状態における可視光
の正反射出力レベルが乾燥状態のレベル範囲まで
下方にのびているのは、路面上の水が流出して路
面が湿つた状態（したがつて鏡面にはなつていな
い）になつた場合も湿潤状態に含ませているから
である。路面に白く見える積雪があると雪による
光反射率が100％近い拡散面ができるので、乾燥
状態に比べて正反射成分、乱反射成分ともに増大
する。しかしながら、スノージヤム状態や、泥な
どで汚れた雪の状態では、反射率の低い拡散面と
なり、正反射、乱反射成分とも乾燥状態とほぼ同
じレベルとなる。道路上は車両が通行するので、
水が鏡面状態で凍結することは殆んどなく、凍結
状態では正反射、乱反射成分とも低い値を示す。

路面温度の基準温度として０℃と−２℃の２つ
が設定されているのは、凍結開始温度と氷解開始
温度とが異なり、−２℃で凍結が開始し、０℃で
融けはじめると考えられるからである。湿潤状態
において路面温度が−２℃より低い部分は、融雪
剤を散布した場合を示している。

赤外光に対する各路面状態の特性は上記と異な
つている。第４図は、雪および乾燥状態のアスフ
アルトの光の反射スペクトル分布を示している。
実線は、硫酸バリウムの反射率に対する雪（密度
0.36ｇ／cm³）の相対反射率を、破線はアスフアル
トの相対反射率をそれぞれ示している。雪面の反
射率が赤外光領域で激減するのは水分による吸収
に帰因するからであり、水分を含む路面の反射率
も同じように乾燥状態に比べて小さな値を示す。
第３図には、積雪状態における赤外光乱反射出力
のうち乾燥状態のレベルにまでのびている部分が
ある。この部分は新雪によるものである。新雪の
密度は0.36ｇ／cm³よりも小さくその分だけ赤外光
の吸収が少なくなるから、相対反射率は第４図に
実線で示すものよりも高くなり、したがつて受光
素子３１の出力が増大する。

このように、路面の各状態に応じて受光器２
５，２６の出力レベルが変化し、各状態で個有の
範囲をもつている。そこで、基準レベル(A)を、乾
燥状態とその他の状態とを区別しうるレベルに
（乾燥状態と積雪状態の一部（新雪）とは重なる
が）、基準レベル（B1）を白い雪（新雪）と他の
状態を区別しうるレベルに、基準レベル（B2）
を、レベル（B1）とによつて積雪および乾燥状
態と他の状態と区別しうるレベルに、基準レベル
(C)を、鏡面化している湿潤状態と他の状態とを区
別しうるレベルに（鏡面化している湿潤状態と白
く見える雪の状態とは重なるが）それぞれ設定す
る。

各受光器２５，２６の出力が、比較器４１，４
２，４３の上記のような基準レベル(A)（B1）
（B2）(C)によつて弁別され、弁別結果を表わす状
態信号が出力される。演算処理部４５はこの状態
信号にもとづいて、次の手順により路面状態を判
別し、乾燥、湿潤、積雪および凍結の路面状態識
別信号を出力する。第５図を参照して、まず各受
光器２５，２６および温度計２８に異常がないか
どうかを調べて（ステツプ(1)）、異常がなければ
ステツプ(2)に進む。異常があればそれに対処する
処理に移る（ステツプ(8)）。ステツプ(2)では、乱
反射受光器２５の赤外光出力にもとづいて、基準
レベル(A)による弁別結果により路面状態が乾燥か
乾燥以外かを判別する。すなわち、受光器２５の
赤外光出力がレベル(A)以上であれば乾燥とし、レ
ベル(A)以下であれば乾燥以外とする。ここで乾燥
と判別された中には積雪の一部すなわち新雪（白
い雪）が含まれている。

次にステツプ(3)に進んで可視光乱反射出力を用
いて積雪の判別を行なう。ステツプ(2)で乾燥状態
と判別された中に含まれている積雪は白い雪であ
り、この白い雪の場合には可視光反射出力は
（B1）よりも高い。したがつて（B1）以上の場
合にはステツプ(2)で乾燥と判別されたものについ
ては無条件で積雪とする。また、ステツプ(3)では
レベル（B1）（B2）間にあるものも検出する。
可視光乱反射出力がレベル（B1）（B2）間にあ
る場合には路面状態は積雪かまたは乾燥であるか
ら、ステツプ(2)で乾燥と判別されたものを除いた
残りを積雪とする。

ステツプ(4)では、可視光正反射出力が基準レベ
ル(C)以上であるかどうかをみて、湿潤状態を判別
する。基準レベル(C)以上では湿潤状態と積雪状態
の一部とが重なつている。しかし、積雪状態はス
テツプ(3)ですべて排除しているので、可視光正反
射出力がレベル(C)以上であれば湿潤状態とする。

ステツプ(2)〜(4)の判別処理で凍結状態と湿潤状
態の一部とが判別されていない。そこで、ステツ
プ(5)では、温度計２８の出力にもとづいて凍結と
湿潤とを区別する。路面温度が０℃以上であれば
湿潤であり、−２℃以下であれば凍結である。路
面温度が０℃から−２℃の間にある場合には０℃
を超えて下降してきているときにはまだ凍結して
いないとして湿潤とし、一旦−２℃以下になつた
のちに−２℃を超えたときには凍結とする。

ステツプ(5)で凍結と判定した場合であつても湿
潤状態の場合がありうる。それは、融雪剤の散布
があつた場合である。融雪剤を散布すると氷点が
低下するために積雪または凍結状態から湿潤状態
に遷移する。そこで、ステツプ(5)でたとえ凍結と
判定した場合であつても、融雪剤の散布後一定時
間（融雪剤の有効時間）以内は湿潤状態とする。
この処理がステツプ(6)で行なわれる。融雪剤散布
は融雪剤散布信号の入力により検出する。融雪剤
散布信号の入力手段としては、散布作業者が操作
するスイツチをたとえば支柱２２に設けておく、
融雪剤散布車に発振器（または送信器）を設け、
路面状態識別装置に上記発振器からの情報を受け
とる受信器を設けておき、散布車の通過を上記受
信器で検出する、などがある。

ステツプ(6)の処理の詳細が第６図に示されてい
る。この図を参照して、ステツプ(5)で凍結と判別
すると凍結フラブをオンとし（ステツプ(11)）、凍
結になつたことを記憶する。そして、融雪剤散布
信号が入力したかどうかをみて（ステツプ(12)）、
入力していなければ凍結状態とする。入力してい
れば融雪剤が散布されたのであるからタイマをス
タートさせて（ステツプ（13））、一定時間だけ湿
潤状態という判定をし、融雪剤有効時間が経過す
れば再び凍結状態と判別する（ステツプ（14））。
融雪剤有効時間は統計的、経験的に定められる。

このようにして路面状態が最終的に判別される
と、路面状態識別信号を出力する（ステツプ(7)）。
この識別信号は、たとえばセンタや、道路などに
設置された路面状態表示装置に送信され、路面状
態の監視や表示が行なわれる。上記の路面状態の
判別は、適当な時間間隔ごとに実行される。な
お、上記の各基準レベル(A)（B1）（B2）(C)およ
び基準温度（０℃、−２℃）は、設置場所により
変動するので、可変とし適宜変更するようにする
ことが好ましい。

上記実施例では路面状態の判別を演算処理部
（マイクロプロセツサ）で行なつているが、論理
回路により路面状態の判別を行なうこともでき
る。また、判別の基礎となる基準レベルの設定、
比較弁別された状態信号の組合わせの仕方も上記
の例に限らず、判別すべき路面状態に応じて適宜
定めることができる。

以下詳細に説明したようにこの発明による路面
の凍結検知装置は、可視光および赤外光を路面に
向けて投射する投光器、路面からの赤外光の乱反
射光を受光する第１の受光器、路面からの可視光
の乱反射光を受光する第２の受光器、路面からの
可視光の正反射光を受光する第３の受光器、路面
温度を測定する路面温度計、上記第１、第２およ
び第３の受光器の出力の組合せにより路面の状態
を判別し、湿潤状態でかつ路面温度が所要の基準
温度以下の場合に凍結状態と判定する第１の論理
判定手段、融雪剤散布信号の入力手段、ならびに
第１の論理判定手段が凍結状態と判定したときに
融雪剤散布信号入力手段からの入力の有無をチエ
ツクし、その入力があつた場合には融雪剤散布信
号入力後所要時間以内の間は湿潤状態と判別する
第２の論理判定手段を備えていることを特徴とす
る。

この発明によると可視光の路面からの正反射
光、乱反射光に加えて赤外光の路面からの乱反射
光を検出して、これらの正、乱反射光のレベルの
組合せによつて路面状態を判別しているので、乾
燥、積雪および湿潤の路面状態を高精度に判定す
ることができる。これらの路面状態のうち湿潤と
判定されたときには測定された路面温度を用いて
凍結かどうかを判別している。さらに凍結と判定
されたときには融雪剤散布信号入力の有無をチエ
ツクし、この入力があつたときにはその後の所定
時間の間、湿潤状態と判定しているので、凍結の
誤検知を未然に防止でき、凍結状態もまた高精度
に判定することができる。

【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図は路面状態識別装置の内部構成を
示すブロツク図、第３図は各路面状態に対する各
受光器の出力レベルの相対的な範囲を示す図、第
４図は雪およびアスフアルトの光の反射スペクト
ル分布を示すグラフ、第５図は路面状態判別の手
順を示すフロー・チヤート、第６図は凍結判定処
理の詳細を示すフロー・チヤートである。 ２４……投光器、２５……乱反射受光器、２６
……正反射受光器、２８……路面温度計、４５…
…演算処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可視光および赤外光を路面に向けて投射する
   投光器、 路面からの赤外光の乱反射光を受光する第１の
   受光器、 路面からの可視光の乱反射光を受光する第２の
   受光器、 路面からの可視光の正反射光を受光する第３の
   受光器、 路面温度を測定する路面温度計、 上記第１、第２および第３の受光器の出力の組
   合せにより路面の状態を判別し、湿潤状態でかつ
   路面温度が所要の基準温度以下の場合に凍結状態
   と判定する第１の論理判定手段、 融雪剤散布信号の入力手段、および 第１の論理判定手段が凍結状態と判定したとき
   に融雪剤散布信号入力手段からの入力の有無をチ
   エツクし、その入力があつた場合には融雪剤散布
   信号入力後所要時間以内の間は湿潤状態と判別す
   る第２の論理判定手段、 を備えた路面の凍結検知装置。