(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路に埋設した光ファイバにより道路下の温度を測定すると共にその温度の時間的変化からその後の温度を予測し、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測し、これら予測される道路下の温度と予測される道路上の気象量とから路面温度を予測し、この路面の塩分状態を検出し、また、塩分量は一定とみなして現況の塩分量が所望の時間後も維持されるものとして塩分状態を予測し、さらに、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の路面の水分状態を予測し、予測される路面温度と予測される塩分状態と予測される水分状態とから路面の凍結を予測することを特徴とする路面凍結予測方法。
【請求項２】
道路に埋設した光ファイバにより道路下の温度を測定すると共にその温度の時間的変化からその後の温度を予測し、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測し、これら予測される道路下の温度と予測される道路上の気象量とから路面温度を予測し、この路面の塩分状態を検出し、また、気象量に応じた塩分量の予想カーブを作成し、この塩分量の予想カーブから所望の時間後の塩分状態を予測し、さらに、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の路面の水分状態を予測し、予測される路面温度と予測される塩分状態と予測される水分状態とから路面の凍結を予測することを特徴とする路面凍結予測方法。
【請求項３】
道路に埋設された光ファイバにより道路下の温度を測定する光ファイバ温度測定装置と、この温度の時間的変化からその後の温度を予測する温度予測手段と、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測する気象量予測手段と、路面の塩分状態を検出する塩分状態検出手段と、塩分量は一定とみなして現況の塩分量が所望の時間後も維持されるものとして予測する塩分状態予測手段と、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の路面の水分状態を予測する水分状態予測手段とを備え、予測される道路下の温度、予測される道路上の気象量、予測される塩分状態、予測される水分状態に基づいて路面の凍結を予測することを特徴とする路面凍結予測装置。
【請求項４】
道路に埋設された光ファイバにより道路下の温度を測定する光ファイバ温度測定装置と、この温度の時間的変化からその後の温度を予測する温度予測手段と、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測する気象量予測手段と、路面の塩分状態を検出する塩分状態検出手段と、気象量に応じた塩分量の予想カーブを作成し、この塩分量の予想カーブから所望の時間後の塩分状態を予測する塩分状態予測手段と、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の水分状態を予測する水分状態予測手段とを備え、予測される道路下の温度、予測される道路上の気象量、予測される塩分状態、予測される水分状態に基づいて路面の凍結を予測することを特徴とする路面凍結予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面の凍結の予測を行うシステムに係り、特に、予測の対象となる路面の範囲が広く、凍結防止剤が散布されても正確に予測ができる路面凍結予測方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路や一般道路の整備が進み、道路網が全国各地に広がっている。これらの道路は、雨や雪が降ったり、凍結が生じたりすると車がスリップしやすくなる。このため、走行中のドライバに対して走行路面の湿潤度や凍結の有無等の路面状態をいちはやく検知して通報し、ドライバに注意を促すシステムの開発が重要と考えられる。このニーズに答える目的で開発されたセンサとして、従来、非接触型路面状態検知センサがある。
【０００３】
非接触型路面状態検知センサは、図６に示されるように、道路１の路肩に設置された支持柱６１と、支持柱６１の水平部に取り付けられ、路面２の表面温度を測定する温度測定器（赤外線放射温度計が一般的）６２と、赤外線投光器６３及び赤外線受光器６４からなり、赤外線の反射比率を測定する路面反射比率計６５と、前記温度測定器６２及び前記路面反射比率計６５からの情報に基づいて路面状態を判断する湿潤／凍結判定出力装置６６とで構成されている。この路面状態検知センサは、温度測定に赤外線方式を用い、湿潤度測定にも赤外線方式を用いている。
【０００４】
このような路面状態検知センサは、路面２に対して赤外線６７を照射し、路面２からの反射波のうち入射方向に戻らない成分（正反射波）６８と入射方向に戻る成分（乱反射波）６９との比率（この比率の大小により路面の濡れ具合を把握することができる）を求め、この比率から湿潤／凍結判定出力装置６６で湿潤度を算出し、さらに路面２からの赤外線放射量により温度測定器６２で路面２の表面温度を測定し、得られた温度値と湿潤度とから路面状態を検知する。
【０００５】
例えば、路面の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、湿潤／凍結判定出力装置６６は、「凍結」と判断する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の路面状態検知センサには、以下のような問題があった。
【０００７】
（１）赤外線の照射範囲が狭く、検知範囲が限定される。
【０００８】
（２）路面温度の測定だけでは、凍結かどうかの路面状態を必ずしも正確には検知できない。例えば、道路上に凍結防止剤（塩化ナトリウム）が散布された場合、凍結に至る温度が状況により変化するため、単純に温度のしきい値（例えば、０℃）に設定して判断すると、凍結判定を誤り、大きな誤差を生ずることになる。実際に路面が凍結に至る温度は、凍結防止剤の種類、凍結防止剤の散布量、路面の水分状態により左右されるので、事前に把握すること（固定のしきい値で判断すること）は困難なものである。さらに、凍結防止剤の種類、凍結防止剤の散布量、路面の濡れ具合（水分状態）を精度よく計測する手法も現在のところ確立されていない。
【０００９】
（３）凍結の現況判定はできても、その後の予測を行うことはできない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、予測の対象となる路面の範囲が広く、凍結防止剤が散布されても正確に予測ができる路面凍結予測方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の路面凍結予測方法は、道路に埋設した光ファイバにより道路下の温度を測定すると共にその温度の時間的変化からその後の温度を予測し、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測し、これら予測される道路下の温度と予測される道路上の気象量とから路面温度を予測し、この路面の塩分状態を検出し、また、塩分量は一定とみなして現況の塩分量が所望の時間後も維持されるものとして塩分状態を予測し、さらに、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の路面の水分状態を予測し、予測される路面温度と予測される塩分状態と予測される水分状態とから路面の凍結を予測するものである。
【００１２】
請求項２記載の路面凍結予測方法は、道路に埋設した光ファイバにより道路下の温度を測定すると共にその温度の時間的変化からその後の温度を予測し、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測し、これら予測される道路下の温度と予測される道路上の気象量とから路面温度を予測し、この路面の塩分状態を検出し、また、気象量に応じた塩分量の予想カーブを作成し、この塩分量の予想カーブから所望の時間後の塩分状態を予測し、さらに、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の路面の水分状態を予測し、予測される路面温度と予測される塩分状態と予測される水分状態とから路面の凍結を予測するものである。
【００１３】
請求項３記載の路面凍結予測装置は、道路に埋設された光ファイバにより道路下の温度を測定する光ファイバ温度測定装置と、この温度の時間的変化からその後の温度を予測する温度予測手段と、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測する気象量予測手段と、路面の塩分状態を検出する塩分状態検出手段と、塩分量は一定とみなして現況の塩分量が所望の時間後も維持されるものとして予測する塩分状態予測手段と、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の路面の水分状態を予測する水分状態予測手段とを備え、予測される道路下の温度、予測される道路上の気象量、予測される塩分状態、予測される水分状態に基づいて路面の凍結を予測するものである。
【００１４】
請求項４記載の路面凍結予測装置は、道路に埋設された光ファイバにより道路下の温度を測定する光ファイバ温度測定装置と、この温度の時間的変化からその後の温度を予測する温度予測手段と、気象予報から道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測する気象量予測手段と、路面の塩分状態を検出する塩分状態検出手段と、気象量に応じた塩分量の予想カーブを作成し、この塩分量の予想カーブから所望の時間後の塩分状態を予測する塩分状態予測手段と、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておき、気象予報の雨量から所望の時間後の水分状態を予測する水分状態予測手段とを備え、予測される道路下の温度、予測される道路上の気象量、予測される塩分状態、予測される水分状態に基づいて路面の凍結を予測するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
本発明に係る路面凍結予測システムは、図１に示されるように、道路１に埋設され、路面２に沿って連続的に布設された光ファイバ３と、この道路下の光ファイバ３に沿った温度分布を測定する光ファイバ温度測定装置４と、道路１の縦断方向に適宜な間隔で分散して配置され、道路上の日射量、雨雪量（雨量又は雪量）、気温等の気象量を測定する複数の気象計測装置５（５ａ，５ｂ，５ｃ，…）と、道路１の縦断方向に適宜な間隔で分散して配置され、路面の塩分の濃度及びその塩分の種類を測定する複数の塩分測定装置６（６ａ，６ｂ，６ｃ，…）と、道路１の縦断方向に適宜な間隔で分散して配置され、路面の湿潤度を測定する複数の湿潤度測定装置（或いは水膜厚を測定する水膜厚測定装置）７（７ａ，７ｂ，７ｃ，…）と、前記分散して配置された各測定装置５，６，７の情報を伝送線８を介して収集する伝送装置９と、気象庁や民間気象会社１０が発信している気象予報を受信するアンテナ１１と、伝送装置９が収集した各測定装置の情報、光ファイバ温度測定装置４が測定した温度分布の情報及びアンテナ１１で受信した気象予報を用いて路面の凍結を予測する路面凍結予測装置１２とから構成されている。
【００１７】
光ファイバ８は、例えば道路１の縦断方向、或いは横断方向、或いは縦断横断両方向に布設することができる。図１のシステムの場合、光ファイバ８は、道路１の縦断方向に適宜な間隔で縦断方向の布設と横断方向の往復布設とが繰り返されている。塩分測定装置６は、路面２の塩分状態を検出する塩分状態検出手段を構成するものであり、塩分の濃度と種類とを測定するようになっている。なお、塩分状態検出手段は、塩分量を測定するものであってもよい。湿潤度測定装置７は、路面２の水分状態を検出する水分状態検出手段を構成するものであり、水分状態の検出結果は湿潤度である。なお、水膜厚測定装置で水分状態検出手段を構成することもでき、この場合、水分状態の検出結果は水膜厚である。
【００１８】
次に、凍結判定アルゴリズムについて詳述する。
【００１９】
まず、光ファイバ温度測定装置４で測定された道路下の温度と、気象計測装置５で測定された道路上の日射量、雨雪量、気温等の気象量とから、外気と路面との熱伝達や道路内部の熱伝導を考慮した熱計算により、路面温度を求める。次いで、この路面温度と、塩分状態検出手段による塩分状態の検出結果（塩分量或いは塩分の濃度及び塩分の種類）と、水分状態検出手段による水分状態の検出結果（湿潤度或いは水膜厚）とから路面の凍結を判定する。
【００２０】
図２及び図３に、実際の道路で測定した凍結時における路面温度の時間変化特性を示す。各図において、路面温度のグラフの下方に路面状態の時間変化（凍結の有無）が併記されている。
【００２１】
図２は、路面に凍結防止剤を散布していない場合の特性であり、路面温度は、時間の経過と共に低下し、その後、ある時間だけ、約０℃で一定となり、その後、再び低下している。この場合、０℃を基準として凍結が判定できる。
【００２２】
図３は、凍結防止剤として塩化ナトリウムを所定面積に１００ｇ散布した場合の特性であり、路面温度の変化は前記の凍結防止剤を散布していない場合に類似しているが、温度一定となる温度値が通常水の氷点以下（このケースでは約−１０℃）である。この場合、−１０℃を基準として凍結が判定できる。
【００２３】
このことから、凍結防止剤を散布したときには、凍結を判定する基準温度を変えればよいことが分かる。実際に路面が凍結に至る温度は、凍結防止剤の種類、凍結防止剤の散布量、路面の水分状態により左右される。従って、凍結防止剤の種類（塩分の種類）、凍結防止剤の散布量（塩分量或いは塩分濃度）、路面の水分状態と路面が凍結に至る温度との関係を予め求めておき、測定して得られる塩分の種類及び塩分量或いは塩分濃度をもとに基準温度を定め、測定して得られる湿潤度等の水分状態の情報を加味して総合的に凍結を判定するのがよい。
【００２４】
図４に、凍結防止剤（塩分）の散布量と路面凍結温度との関係を示す。図示のように、塩分散布量にほぼ比例して路面凍結温度が低下し、その傾斜は、塩分の種類によって異なる。従って、塩分の種類及び塩分量が分かれば、路面凍結温度を知ることができる。
【００２５】
路面凍結予測装置１２は、塩分測定装置６で得られた塩分の濃度と種類とをもとに基準温度を定め、この基準温度と湿潤度測定装置で得られた湿潤度とにより総合的に判断し、凍結を判定する。
【００２６】
次に、凍結予測アルゴリズムについて詳述する。
【００２７】
まず、路面温度を予測する。気象計測装置５からは、現況の気象量しか得られない。そこで、凍結予測の場合には、気象予報をアンテナ１１で受信し、この気象予報から所望の時間後の日射量、雨雪量、気温等の気象量を予測する。一方、光ファイバ温度測定装置４で測定された温度を記憶しておくことにより、道路下の温度の時間的変化を求める。この時間的変化を基に温度の予想カーブを作成し、この温度の予想カーブから所望の時間後の温度を予測する。このようにして予測された道路下の温度と予測された道路上の気象量とから、外気と路面との熱伝達や道路内部の熱伝導を考慮した熱計算により、所望の時間後の路面温度を予測する。
【００２８】
次に、塩分状態、特に塩分量（又は濃度）については、塩分測定装置６では予測することができない。そこで、塩分量は一定とみなして現況の塩分量が所望の時間後も維持されると予測するか、又は、塩分量は風や雨の影響により時間経過と共に変化するので、気象量に応じた塩分量の予想カーブを作成し、この塩分量の予想カーブから所望の時間後の塩分量を予測する。
【００２９】
また、水分状態については、例えば、湿潤度を湿潤度測定装置７では予測することができない。そこで、気象予報に含まれている雨量の情報から以下のように水分状態を予測する。
【００３０】
図５に、実験によるアスファルト路面における降雨時の降水強度（雨量）と路面水膜厚との関係を示す。この実験を行った路面は、通常の路面とほぼ同じ傾斜角度を有するものである。図示のように、降水時間が十分に経過したときには、路面水膜厚は降水強度（雨量）に依存せず、ほぼ一定値となる（このとき路面湿潤度は飽和している）。なお、路面湿潤度が飽和する以前においても、路面水膜厚は、降水強度と経過時間との関数として示すことができる。従って、気象予報の雨量を図５の水膜厚変化特性に適用して所望の時間後の水膜厚を予測することができる。
【００３１】
実際の道路では、路面の材質、路面の凹凸度合等に相違があり、また、路面上にはわだち等による変形や特殊形状が存在するが、このような材質・形状の異なる道路についても、予めデータを収集して雨量ごとの水膜厚変化特性を把握しておけば、気象予報の雨量から所望の時間後の水膜厚を予測することができる。
【００３２】
以上のようにして、所望の時間後の路面温度と塩分量と水膜厚とが予測されることになる。これらの予測結果を用い、前述した凍結判定アルゴリズムと同様のアルゴリズムによって、所望の時間後の路面の凍結を予測することができる。
【００３３】
図１の路面凍結予測システムは、路面２に沿って道路下に連続的に布設された光ファイバ３及び光ファイバ温度測定装置４によって広範囲の温度分布を測定すると共に、分散して配置された複数の気象計測装置５、塩分測定装置６、湿潤度測定装置７によって複数箇所の気象量、塩分の濃度及び種類、湿潤度を測定するので、広範囲に路面凍結判定を行うことが可能である。また、塩分の濃度及び種類に応じた路面凍結判定を行うので、凍結防止剤が散布された場合であっても、正確に判定を行うことができる。さらに、路面凍結判定に必要な諸量の予測方法が確立されているので、予測された諸量に基づく凍結予測が可能となる。従って、路面の湿潤度や凍結の有無等の路面状態を、走行中のドライバに対していちはやく予測して通報し、ドライバに注意を促すことができ、事故低減に寄与することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３５】
（１）予測の対象となる路面の範囲が広くなる。
【００３６】
（２）凍結防止剤が散布されても正確に予測ができる。
【００３７】
（３）凍結の予測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す路面凍結予測システムの構成図である。
【図２】凍結防止剤非散布時の路面温度及び路面状態の時間変化特性図である。
【図３】凍結防止剤散布時の路面温度及び路面状態の時間変化特性図である。
【図４】塩分散布量と路面凍結温度との関係を示す特性図である。
【図５】路面における降水強度と水膜厚との関係を示す特性図である。
【図６】従来の路面状態検知センサの構成図である。
【符号の説明】
１  道路
２  路面
３  光ファイバ
４  光ファイバ温度測定装置
５  気象計測装置
６  塩分測定装置
７  湿潤度測定装置
１２  路面凍結予測装置
【図１】
0003601344.tif 000002
【図２】
0003601344.tif 000003
【図３】
0003601344.tif 000004
【図４】
0003601344.tif 000005
【図５】
0003601344.tif 000006
【図６】
0003601344.tif 000007