路面センサー


記事掲載日: 2006/05/26
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記事更新日: 2009/03/27
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路面センサーの開発背景


冬期道路の運転で、困ることは何ですか?
凍結や積雪といった、春夏秋には見られない自然現象によって、
事故を起こさないよう運転に注意することではないでしょうか。

冬の特徴である凍結や積雪は、地球上の水の循環として大変重要ですが、
道路を利用する車両から見れば、凍結によるスリップや積雪によるスタックなど
困ったことになってしまいます。

そこで、道路を管理する人は凍結防止として、
道路を直接暖めるロードヒーティング・散水などを利用したり、
薬剤散布の発熱や凝固点降下で氷になり難くする方法を取っています。
また、積雪をなくす方法として、直接雪を取り除く除雪作業や、
道路を暖めて融雪するロードヒーティング・散水などを行っています。

これらの作業は効率化のために、自動運転制御が進んでいます。
特に、ロードヒーティング装置や散水装置、固定式の薬剤散布装置などの
自動運転制御には、凍結や積雪を検知するセンサが必要です。

従来センサの代表例は、降雪センサ・着雪センサ・路温センサなどがあります。
センサ機能が絞られているため安価なメリットがあります。
しかし、路面上の凍結や積雪状態を計測することはできません。

なぜなら、実際の路面は地熱や車両タイヤによる影響を受けているのに対し、
従来センサは路面を直接計測していないからです。
ここに、路面状態を間接的に判断する従来センサの欠点があります。

それでは、モニターカメラで路面を直接計測する方法はどうでしょうか?
モニターカメラは路面状態を目視することはできますが、
積雪などの自然現象を画像データとして制御に利用する技術が確立していません。

そこで、天候と路面状態に応じたセンサの望ましい計測方法を示します。
例として、まず降雪が始まりました。
この時、従来の降雪センサ等は融雪装置の自動運転を開始します。
しかし、路面は地熱と車両タイヤが影響してますので、湿潤状態が続きます。

時間経過と降雪が続きます。
従来センサは、融雪装置の運転を継続中です。
路面は地熱と車両タイヤの影響を受けますが、次第にシャーベットや積雪に変ります。
この状態で、自動運転が始まれば、従来センサより経済的になるわけです。

また、北陸地域を中心に地下水を利用した散水融雪による地盤沈下が
問題となっていますので、節水はより重要になります。

一方、降雪が止んだ場合の路面状態は次のように変化します。
従来の降雪センサは融雪装置の運転を停止しますが、
路面には融雪しきれていないシャーベットや積雪が残ってしまいます。

快適な運転には、湿潤路面や薄いシャーベット路面になるまで、
融雪装置を運転継続するのが良い方法となります。

これらの問題を解決するためには、路面状態(積雪の有無、凍結の有無、
路温低下)を直接計測するセンサがあればベストということになります。


路面センサーの開発技術


路面上の凍結や積雪状態を直接計測する方法はいろいろ考えられます。
路面埋設型センサはシンプル構造で計測誤作も少なくなるメリットもありますが、
タイヤで踏まれるため、損傷や故障の頻度が高くなります。
また、舗装の更新によって取替えが発生します。

そこで、路面上空から光や音などで計測する方法が望ましくなります。

路面センサーの計測方法は、光「赤色可視光」を用いています。
路面センサーから出力された「赤色可視光」が路面に反射して帰ってきます。
このときの反射率が高いほど「雪」と認識し、反射率が低いほど「乾燥or湿潤」と
判断します。

さらに、路面センサーから放射型温度計で計測した路面温度(路温)を用いて、
0℃以下であれば「雪or氷」と判断できます。
計測反射率と路面温度の閾値によって、路面状態を「積雪・凍結・シャーベット
・湿潤・乾燥」に分類判定します。

また、道路は車両タイヤの「わだち部」と「非わだち部」に変化しますので、
これらの状態を正しく把握するために、センサーを水平回転させて道路を
横断的に計測します。

路面センサーの計測情報は、インターネット等を利用して配信することができ、
ITS(高度道路交通システム)としてご利用いただけます。

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記事更新日: 2009/02/17
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路面センサーの機能


路面センサーは10分毎(時間変更可能)に、次の項目を同時計測します。
ゝげ后福遏
 ※気温計(気象庁認定)としてもご利用いただけます。

∀面状態判定(積雪・凍結・シャーベット・湿潤・乾燥)
 ※降雪センサ、着雪センサ、凍結センサとしてもご利用いただけます。

O面温度(℃)路面横断方向50点
 ※路温計としてもご利用いただけます

だ兩秧次吻弌墨面横断方向50点
 ※積雪深計(気象庁認定)、積雪センサとしてもご利用いただけます

ハ面画像(静止画)
 ※モニタカメラとしてもご利用いただけます

路面センサーは、上記 銑イ僚祥茱札鵐5台分の計測機能を
1台に集約した性能を有します。


また、路面センサーには、次の制御機能があります。
〕酸秡置の制御(ロードヒーティング、散水融雪など)

凍結防止装置の制御(ロードヒーティング、固定式薬剤散布など)


さらに、計測情報は、
ITS(高度道路交通システム)としてもご利用いただけます。


◆センサー機能説明資料



路面センサーの使用実績


路面センサーと冬季気象センサーを組合せて自動運転した結果、
従来の降雪センサ・路温センサ・着雪センサの自動運転に比べて、
融雪電力を48%節約(70箇所データ平均)することができました。

下図は、ロードヒーティングの節減効果を示したものです。

納入実績(敬称略)

国土交通省
福井県、各府県
福井市、各市町村
東日本高速道路
中日本高速道路
JR西日本旅客鉄道


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製品のメリット


路面上の凍結や積雪状態は、地中熱やタイヤの通過によって常に変化するため、
融雪装置などを経済的に自動運転するためには、路面状態をきめ細かく把握することが
ポイントになります。

]面上空から直接、路面状態を計測。

道路の横断方向(わだち部・非わだち部)を計測。

50測点のきめ細い計測情報は、運転者・雪氷管理者・ITS「高度道路交通システム」に
 利用できます。

ね酸秡置・凍結防止装置の経済的な自動運転制御が可能になります。

ソ祥茱札鵐5台分の計測機能を、1台に集約。

Φげ昂廖糞ぞ歡G定)・降雪センサ・着雪センサ・凍結センサ・路温計・
 積雪深計(気象庁認定)・モニタカメラとしてもご利用いただけます。


製品の諸注意

  • センサー形状が複雑なために着雪しやすくなります。
     (融雪ヒータを装備しました)

  • 可動部品や光学レンズを装備しているために、定期的なメンテナンスが必要です。
     (通常、従来センサも定期的メンテナンスは必要です)


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記事更新日: 2011/03/14
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製品仕様


外形寸法:W=730弌D=400弌H=665
重 量  :28kg

計測機能によって3種類あります。

ロードアイA型 (気温計+積雪判定+融雪制御)
ロードアイB型 (A型仕様+路温計+路面判定+凍結防止制御)
ロードアイC型 (B型仕様+カメラ画像+積雪深計)

ロードアイ仕様書
ロードアイ寸法図



路面センサー写真


   
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昼夜関係なく測定できますか?

24hr測定できます。計測に明るさは影響しません。


吹雪などの天候悪化は計測に影響しませんか?

影響する可能性があります。

非常に強い吹雪・降雪においては計測結果に影響することがあります。この場合、測定結果は「積雪」と判定します。

太陽の反射光は計測に影響しませんか?

影響しません。

太陽光の波長をカットするフィルタを装備し、計測に影響しないようにしています。

計測範囲内に障害物がある場合の計測はどうなりますか?

計測範囲内から障害物の測定ポイントをキャンセルします。

センサーの水平回転角度を任意に設定できるとともに、50測点の中から任意測点をキャンセルすることができます。

走行中の車は計測に影響するのですか?

影響します。

反射光により路面状態を判別していますので、白色の車は積雪と誤判定しないように、移動物体をキャンセルする仕組みを持っています。


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共同研究


路面センサーの実用化とともに、共同研究も進展してきました。

その結果、
「2000年 福井県科学技術奨励賞(福井県)」
「2003年 第25回日本道路会議の優秀論文(日本道路公団)」
を受賞することができました。

また、道路管理者等と国際・国内特許を共同出願しました。

論文内容


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