(57)【要約】      （修正有）【課題】計測筐体が配置される支柱の曲がりにより、測距光の走査角度が変動しても、積雪深さの測定誤差を防ぐことができる積雪深自動計測装置を提供する。【解決手段】送光手段１、受光手段４及び光走査手段２を備えた計測筐体を地表面に立設した支柱に配置し、支柱の傾斜角度情報Ａｎを傾斜角度検出手段１１により検出し、傾斜角度検出手段から出力される傾斜角度情報により複数の測定点における走査角度情報Ｋｎを傾斜補正手段１２で補正することにより、積雪深の測定精度を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周波数で変調されたレーザー光としての測距光を送光手段により出射し、該送光手段から出射された測距光を光走査手段により被測定面としての積雪面に投射走査し、該光走査手段による光走査領域内の複数の測定点における各々の走査角度情報を走査角度検出手段により検出し、該積雪面からの乱反射光の一部を反射光として受光手段により受光し、該測距光と該反射光との光波位相差から複数の測定点までの各々の距離情報を距離演算手段により演算し、該送光手段、該光走査手段、該走査角度検出手段、該受光手段及び該距離演算手段により地表面を走査して積雪深の基準となる積雪深が零の基準レベル情報を基準記憶手段により記憶し、該基準記憶手段に記憶された地表面の基準レベル情報との比較において、上記複数の測定点における各々の走査角度情報及び上記各々の測定点までの距離情報に基づいて、積雪深演算手段により上記複数の測定点における積雪深を演算評価するに際し、少なくとも上記送光手段、上記受光手段及び上記光走査手段を備えた計測筐体を上記地表面に立設した支柱に配置し、支柱の傾斜角度情報を傾斜角度検出手段により検出し、該傾斜角度検出手段から出力される傾斜角度情報により上記複数の測定点における走査角度情報を傾斜補正手段で補正することを特徴とする積雪深自動計測方法。
【請求項２】
変調周波数で変調されたレーザー光としての測距光を出射する送光手段と、該送光手段から出射された測距光を被測定面としての積雪面に投射走査する光走査手段と、該光走査手段による光走査領域内の複数の測定点における各々の走査角度情報を検出する走査角度検出手段と、該積雪面からの乱反射光の一部を反射光として受光する受光手段と、該測距光と該反射光との光波位相差から複数の測定点までの各々の距離情報を演算する距離演算手段と、該送光手段、該光走査手段、該走査角度検出手段、該受光手段及び該距離演算手段により地表面を走査して積雪深の基準となる積雪深が零の基準レベル情報を記憶する基準記憶手段と、該基準記憶手段に記憶された地表面の基準レベル情報との比較において、上記複数の測定点における各々の走査角度情報及び上記各々の測定点までの距離情報に基づいて、上記複数の測定点における積雪深を演算評価する積雪深演算手段とからなり、少なくとも上記送光手段、上記受光手段及び上記光走査手段を備えた計測筐体を上記地表面に立設した支柱に配置し、支柱の傾斜角度情報を検出する傾斜角度検出手段を設け、該傾斜角度検出手段から出力される傾斜角度情報により上記複数の測定点における走査角度情報を補正する傾斜補正手段を備えてなることを特徴とする積雪深自動計測装置。
【請求項３】
上記基準レベル情報を走査記憶する際において上記地表面上に敷設配置され、表面が光反射率に富む基準部材を備えてなることを特徴とする請求項２記載の積雪深自動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば高速道路の路面上の積雪高さとしての積雪深を計測する際に用いられる積雪深自動計測方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の積雪深自動計測方法及びその装置として、計測筐体に送光手段、受光手段及び光走査手段などを内蔵し、計測筐体を地表面に立設した支柱に配置し、変調周波数で変調されたレーザー光としての測距光を送光手段により出射し、送光手段から出射された測距光を光走査手段により被測定面としての積雪面に投射走査し、光走査手段による光走査領域内の複数の測定点における各々の走査角度情報を走査角度検出手段により検出し、積雪面からの乱反射光の一部を反射光として受光手段により受光し、測距光と該反射光との光波位相差から複数の測定点までの各々の距離情報を距離演算手段により演算し、送光手段、光走査手段、走査角度検出手段、受光手段及び距離演算手段により地表面を走査して積雪深の基準となる積雪深が零の基準レベル情報を基準記憶手段により記憶し、基準記憶手段に記憶された地表面の基準レベル情報との比較において、上記複数の測定点の各々の走査角度情報及び上記測定点までの各々の距離情報に基づいて、積雪深演算手段により上記複数の測定点における積雪深を演算評価するようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４９８９４
【特許文献２】特許第３３９０９０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来構造の場合、送光手段、受光手段及び光走査手段などを計測筐体に内蔵し、計測筐体を地表面から立設した支柱に配置して積雪深を測定するようにしているから、例えば、寒さが厳しい冬期において、支柱の片面に太陽光が長時間当たり続けたとすると、その片面だけが熱膨張して不均一に伸び、これにより支柱が反って曲がり、支柱が曲がることにより、測距光の刻々の走査角度は変動し、走査角度情報の誤変動により積雪深の測定誤差が生ずることになり、例えば、単純計算上、支柱の地表面から５ｍの高さ位置に計測筐体を配置し、背面方向からの太陽光により、支柱が角度１度だけ前方に傾いたとしても、積雪深で約４ｃｍもの大きな測定誤差が生ずることがあるという不都合を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はこのような不都合を解決することを目的とするもので、本発明のうち、請求項１記載の方法の発明は、変調周波数で変調されたレーザー光としての測距光を送光手段により出射し、該送光手段から出射された測距光を光走査手段により被測定面としての積雪面に投射走査し、該光走査手段による光走査領域内の複数の測定点における各々の走査角度情報を走査角度検出手段により検出し、該積雪面からの乱反射光の一部を反射光として受光手段により受光し、該測距光と該反射光との光波位相差から複数の測定点までの各々の距離情報を距離演算手段により演算し、該送光手段、該光走査手段、走査角度検出手段、該受光手段及び距離演算手段により地表面を走査して積雪深の基準となる積雪深が零の基準レベル情報を基準記憶手段により記憶し、該基準記憶手段に記憶された地表面の基準レベル情報との比較において、上記複数の測定点における各々の走査角度情報及び上記各々の測定点までの距離情報に基づいて、積雪深演算手段により上記複数の測定点における積雪深を演算評価するに際し、少なくとも上記送光手段、上記受光手段及び上記光走査手段を備えた計測筐体を上記地表面に立設した支柱に配置し、支柱の傾斜角度情報を傾斜角度検出手段により検出し、該傾斜角度検出手段から出力される傾斜角度情報により上記複数の測定点における走査角度情報を傾斜補正手段で補正することを特徴とする積雪深自動計測方法にある。
【０００６】
又、請求項２記載の装置の発明は、変調周波数で変調されたレーザー光としての測距光を出射する送光手段と、該送光手段から出射された測距光を被測定面としての積雪面に投射走査する光走査手段と、該光走査手段による光走査領域内の複数の測定点における各々の走査角度情報を検出する走査角度検出手段と、該積雪面からの乱反射光の一部を反射光として受光する受光手段と、該測距光と該反射光との光波位相差から複数の測定点までの各々の距離情報を演算する距離演算手段と、該送光手段、該光走査手段、走査角度検出手段、該受光手段及び距離演算手段により地表面を走査して積雪深の基準となる積雪深が零の基準レベル情報を記憶する基準記憶手段と、該基準記憶手段に記憶された地表面の基準レベル情報との比較において、上記複数の測定点における各々の走査角度情報及び上記各々の測定点までの距離情報に基づいて、上記複数の測定点における積雪深を演算評価する積雪深演算手段とからなり、少なくとも上記送光手段、上記受光手段及び上記光走査手段を備えた計測筐体を上記地表面に立設した支柱に配置し、支柱の傾斜角度情報を検出する傾斜角度検出手段を設け、傾斜角度検出手段から出力される傾斜角度情報により上記複数の測定点における走査角度情報を補正する傾斜補正手段を備えてなることを特徴とする積雪深自動計測装置にある。
【０００７】
又、請求項３記載の装置の発明は、上記基準レベル情報を走査記憶する際において上記地表面上に敷設配置され、表面が光反射率に富む基準部材を備えてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は上述の如く、請求項１及び２記載の発明にあっては、変調周波数で変調されたレーザー光としての測距光を送光手段により出射し、送光手段から出射された測距光を光走査手段により被測定面としての積雪面に投射走査し、光走査手段による光走査領域内の複数の測定点における各々の走査角度情報を走査角度検出手段により検出し、積雪面からの乱反射光の一部を反射光として受光手段により受光し、測距光と反射光との光波位相差から複数の測定点までの各々の距離情報を距離演算手段により演算し、送光手段、光走査手段、走査角度検出手段、受光手段及び距離演算手段により地表面を走査して積雪深の基準となる積雪深が零の基準レベル情報を基準記憶手段により記憶し、基準記憶手段に記憶された地表面の基準レベル情報との比較において、上記複数の測定点における各々の走査角度情報及び上記各々の測定点までの距離情報に基づいて、積雪深演算手段により上記複数の測定点における積雪深を演算評価することになり、この際、少なくとも上記送光手段、上記受光手段及び上記光走査手段を備えた計測筐体を上記地表面に立設した支柱に配置し、支柱の傾斜角度情報を傾斜角度検出手段により検出し、傾斜角度検出手段から出力される傾斜角度情報により上記複数の測定点における走査角度情報を傾斜補正手段で補正することになり、例えば、寒さが厳しい冬期において、支柱の片面に太陽光が長時間当たり、片面だけが熱膨張して不均一に伸び、これにより支柱が反って曲がってしまい、支柱の曲がりにより測距光の走査角度が変動しても、支柱の傾斜角度情報を傾斜角度検出手段が検出し、傾斜角度検出手段から出力される傾斜角度情報により上記複数の測定点における走査角度情報を傾斜補正手段で補正することになるから、積雪深の測定誤差を防ぐことができ、積雪深の測定精度を向上することができる。
【０００９】
又、請求項３記載の発明にあっては、上記基準レベル情報を走査記憶する際において上記地表面上に敷設配置され、表面が光反射率に富む基準部材を備えてなるから、地表面が湿潤状態であったり、乱反射光が小さなアスファルト面であっても、地表面上に基準部材を敷設配置し、この基準部材を敷設した状態で基準レベル情報を取得することになり、乱反射光の一部を確実かつ良好に受光することができ、基準レベル情報を正確かつ短時間で取得することができ、ひいては、積雪深の測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態例の構成系統図である。
【図２】本発明の実施の形態例の測定説明図である。
【図３】本発明の実施の形態例の測定説明図である。
【図４】本発明の実施の形態例の測定説明図である。
【図５】本発明の実施の形態例の部分平面図である。
【図６】本発明の実施の形態例の測定値表示画面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１乃至図６は本発明の装置の実施の形態例を示し、図１の如く、１は送光手段であって、レーザダイオード、その送光ユニット、レンズ及び各周波数信号発生器からなり、各周波数信号発生器に例えば１ＧＨｚ〜１ＭＨｚの超高周波、この場合１５ＭＨｚの変調周波数を発振する基準発振器が接続され、送光ユニットと協動して変調周波数で強度の電流変調を行い、０．８μｍ程度の近赤外線の長波長レーザからなる測距光Ｔを出射するように構成されている。
【００１２】
２は光走査手段であって、この場合、図１、図２、図４の如く、共振型スキャナが用いられ、駆動手段により振動ミラーを往復揺動し、送光手段１から出射された測距光Ｔを振動ミラーの揺動により被測定面Ｍとしての積雪面ＳＬに走査角Ｃの扇状に投射走査するように構成されている。
【００１３】
３は走査角度検出手段であって、この場合、エンコーダが用いられ、上記振動ミラーの刻々の揺動角度を検出し、図１、図２、図３、図４の如く、光走査手段２による光走査領域Ｆ内の複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける各々の走査角度情報Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・Ｋｎを検出するように構成している。
【００１４】
この場合、図４の如く、上記走査角Ｃは６０度、一往復走査は約０．１秒に設定され、測定領域Ｅ内の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎは３４２箇所に設定され、角度分解能は０．１６７度に設定され、３４２箇所の点測定としている。
【００１５】
４は受光手段であって、この場合、図１、図４の如く、フォトダイオード、その受光ユニット、レンズ、ミキシング回路及び増幅回路からなり、被測定面Ｍとしての積雪面ＳＬからの乱反射光の一部を上記振動ミラーを介して反射光Ｒとして受光するように配置構成されている。
【００１６】
５は位相差検出手段であって、この場合、ロックインアンプ、その他の構造のコンパレータからなり、図１の如く、測距光Ｔの走査に伴う測距光Ｔと反射光Ｒとの刻々の光波位相差φを測定し、位相差測定信号を電圧出力するように構成されている。
【００１７】
６は距離演算手段であって、上記位相差検出手段５からの光波位相差φに基づいて、上記複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎまでの距離情報Ｑ１・Ｑ２・Ｑ３・・Ｑｎを演算するように構成している。
【００１８】
ここで、光波位相差φによる距離演算の原理を示すと、光にｆ（ｍ）、λ（ｍ）の変調をかけた測距光Ｔを射出すると、発射点から測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎまでの距離Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・・Ｌｎの間には次の関係があることを利用するものである。
【００１９】
ｖ＝ｆ・λ（ｍ／ｓ）・・・・・（１）
ｖ；波（光）の速度、ｆ；周波数、λ；波長
Ｌ＝φ・λ／２π（ｍ）・・・・（２）
φ；光波位相差
【００２０】
７は基準記憶手段であって、この場合、図１、図４の如く、上記送光手段１、光走査手段２、走査角度検出手段３、受光手段４及び位相差検出手段５を含む距離演算手段６により地表面ＧＬを走査して、積雪深ＤＳｎの基準となる積雪深が零（積雪深＝０）の基準レベル情報ＢＬを取得して記憶するように構成している。
【００２１】
８は積雪深演算手段であって、この場合、図１、図４の如く、上記基準記憶手段７に記憶された地表面ＧＬの基準レベル情報ＢＬとの比較において、上記複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける各々の走査角度情報Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・Ｋｎ及び上記各々の測定点までの距離情報Ｑ１・Ｑ２・Ｑ３・・Ｑｎに基づいて、複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける積雪深ＤＳ１・ＤＳ２・ＤＳ３・・ＤＳｎを演算評価することになる。
【００２２】
９は支柱であって、この場合、図１、図３、図４の如く、外径１９ｃｍの鋼管柱が用いられ、高速道路Ｈの路肩の外側位置に立設され、高速道路Ｈの路肩車線ＨＲから追越車線ＨＯの手前の走行車線ＨＳまでを測定領域Ｅとし、支柱９に少なくとも上記送光手段１、上記受光手段４及び上記光走査手段２を備えた防滴構造の計測筐体１０を取付配置し、計測筐体１０に投受光窓を形成し、投受光を介して測距光Ｔを投射し、反射光Ｒを受光するようにしている。
【００２３】
１１は傾斜角度検出手段であって、例えば、極薄の金属板に微細なパターンをカットして、角度変化によって、パターンの動きがスプリングの役目を果たし、角度変化によって生じた位相でのパターン部分の静電容量の変化から傾斜角度情報Ａｎを検出する膜スプリング容量式の傾斜角度センサーが用いられており、例えば、太陽光により支柱９が熱膨張し、熱膨張により支柱９が曲がったとき、その傾斜角度情報Ａｎを検出し、傾斜角度検出手段１１から出力される傾斜角度情報Ａｎにより上記複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける走査角度情報Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・Ｋｎを補正する傾斜補正手段１２を備えて構成している。
【００２４】
ここに、図４において、積雪深ＤＳｎは次の関係で表されることになる。
積雪深ＤＳｎ＝Ｌ０−Ｌｎ・ｓｉｎθｎ
＝ＢＬ−Ｑｎ・ｓｉｎθｎ・・・（３）
Ｑｎ：距離情報、ＢＬ：基準レベル情報、θｎ：走査角度（俯角）
【００２５】
１３は積雪深出力手段であって、例えば、積雪深データを出力する通信手段や積雪深表示手段からなり、上記走査角度検出手段３、上記位相差検出手段５、上記距離演算手段６、上記基準記憶手段７、上記積雪深演算手段８、上記傾斜補正手段１２及び積雪深出力手段１３はマイクロコンピュータが用いられている。
【００２６】
この場合、図６の如く、横軸が測定点（ｃｍ）、縦軸が積雪深（ｃｍ）のグラフを表示画面に表示するようにしている。
【００２７】
１４は基準部材であって、図５の如く、複数個の板材１４ａ・・の両端部を布製の粘着テープ１４ｂにより横並び状に連結し、各々の板材１４ａ・・は長さ５０ｃｍ、幅１０ｃｍ、厚さ３ｍｍのプラスチック板の表面及び裏面にアルミニウム板を積層した複合材が用いられ、基準部材１４は全長で約５ｍに形成され、複数個の板材１４ａ・・を交互にジグザク状に折畳み可能に構成され、表面及び裏面に光反射率を高めるための白色塗装を施して形成され、上記基準レベル情報ＢＬを走査記憶する際に上記地表面ＧＬ上に敷設配置して用いられる。
【００２８】
この実施の形態例は上記構成であるから、変調周波数で変調されたレーザー光としての測距光Ｔを送光手段１により出射し、送光手段１から出射された測距光Ｔを光走査手段２により被測定面Ｍとしての積雪面ＳＬに投射走査し、光走査手段２による光走査領域Ｆ内の複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける各々の走査角度情報Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・Ｋｎを走査角度検出手段３により検出し、積雪面ＳＬからの乱反射光の一部を反射光Ｒとして受光手段４により受光し、測距光Ｔと反射光Ｒとの光波位相差φから複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎまでの各々の距離情報Ｑ１・Ｑ２・Ｑ３・・Ｑｎを距離演算手段６により演算し、送光手段１、光走査手段２、走査角度検出手段３、受光手段４及び距離演算手段６により地表面ＧＬを走査して積雪深ＤＳｎの基準となる積雪深が零の基準レベル情報ＢＬを基準記憶手段７により記憶し、基準記憶手段７に記憶された地表面ＧＬの基準レベル情報ＢＬとの比較において、上記複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける各々の走査角度情報Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・Ｋｎ及び上記各々の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎまでの距離情報Ｑ１・Ｑ２・Ｑ３・・Ｑｎに基づいて、積雪深演算手段８により上記複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける積雪深ＤＳｎを演算評価し、例えば、図６の如く、積雪深出力手段１３により表示画面でグラフ表示することになる。
【００２９】
この際、少なくとも上記送光手段１、上記受光手段４及び上記光走査手段２を備えた計測筐体１０を上記地表面ＧＬに立設した支柱９に配置し、支柱９の傾斜角度情報Ａｎを傾斜角度検出手段１１により検出し、傾斜角度検出手段１１から出力される傾斜角度情報Ａｎにより上記複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける走査角度情報Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・Ｋｎを傾斜補正手段１２で補正することになり、例えば、寒さが厳しい冬期において、支柱９の片面に太陽光が長時間当たり、片面だけが熱膨張して不均一に伸び、これにより支柱９が反って曲がってしまい、支柱９の曲がりにより測距光Ｔの走査角度θｎが変動しても、支柱９の傾斜角度情報Ａｎを傾斜角度検出手段１１が検出し、傾斜角度検出手段１１から出力される傾斜角度情報Ａｎにより上記複数の測定点Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・・Ｐｎにおける走査角度情報Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・Ｋｎを傾斜補正手段１２で補正することになるから、積雪深ＤＳｎの測定誤差を防ぐことができ、積雪深ＤＳｎの測定精度を向上することができる。
【００３０】
又、この場合、上記基準レベル情報ＢＬを走査記憶する際において上記地表面ＧＬ上に敷設配置され、表面が光反射率に富む基準部材１４を備えてなるから、地表面ＧＬが湿潤状態であったり、乱反射光が小さなアスファルト面であっても、地表面ＧＬ上に基準部材１４を敷設配置し、この基準部材１４を敷設した状態で基準レベル情報ＢＬを取得することになり、乱反射光の一部を確実かつ良好に受光することができ、基準レベル情報ＢＬを正確かつ短時間で取得することができ、ひいては、積雪深ＤＳｎの測定精度を向上することができる。
【００３１】
尚、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、送光手段１，光走査手段２、走査角度検出手段３、受光手段４、位相差検出手段５、距離演算手段６、基準記憶手段７、積雪深演算手段８、傾斜角度検出手段１１、傾斜補正手段１２、積雪深出力手段１３の回路構造、基準部材１４の構造等は適宜改変して設計されるものである。
【００３２】
以上、所期の目的を充分達成することができる。
【符号の説明】
【００３３】
Ｔ    測距光
ＳＬ    積雪面
Ｆ    光走査領域
Ｐｎ    測定点
Ｋｎ    走査角度情報
Ｍ    被測定面
Ｒ    反射光
Ｑｎ    距離情報
φ    光波位相差
ＧＬ    地表面
ＤＳｎ    積雪深
ＢＬ    基準レベル情報
Ａｎ    傾斜角度情報
１    送光手段
２    光走査手段
３    走査角度検出手段
４    受光手段
６    距離演算手段
７    基準記憶手段
８    積雪深演算手段
９    支柱
１０    計測筐体
１１    傾斜角度検出手段
１２    傾斜補正手段
１４    基準部材
【図１】
2015025757.tif 000003
【図２】
2015025757.tif 000004
【図３】
2015025757.tif 000005
【図４】
2015025757.tif 000006
【図５】
2015025757.tif 000007
【図６】
2015025757.tif 000008