(57)【要約】【課題】トンネル内に設けた複数の圧力検出手段により、トンネル内の流速を検出する際に、トンネル内部に生ずる２次流れの影響を受けにくい、トンネル内部の流速測定手段を提供する。【解決手段】トンネル内に設けた複数の圧力検出手段と、圧力検出手段の出力の位相差から、トンネルを通過する自動車の速度を演算する第一の演算手段と、第一の演算手段で演算された前記自動車の速度と、圧力検出手段の出力から、車両の大きさを演算する第二の演算手段と、第一，第二の演算手段で演算された前記自動車の速度，車両の大きさ情報と、圧力検出手段の出力から、トンネル内の平均流速を演算する第三の演算手段を備える。【選択図】  図１
2012184622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の第一の位置に設けた第一の圧力検出手段と、
トンネル内の第二の位置に設けた第二の圧力検出手段と、
前記第一の圧力検出手段の出力と前記第二の圧力検出手段の出力の位相差から、前記トンネルを通過する自動車の速度を演算する第一の演算手段と、
該第一の演算手段で演算された前記自動車の速度と、前記第一の圧力検出手段または第二の圧力検出手段の出力から、車両の大きさを演算する第二の演算手段と、
前記第一の演算手段で演算された前記自動車の速度と、前記第二の演算手段で演算された前記自動車の大きさと、前記第一の圧力検出手段の出力から、前記トンネル内の平均流速を演算する第三の演算手段と、
を備えたことを特徴とするトンネル内流速検出装置。
【請求項２】
トンネル内の第一の位置に設けた第一の圧力検出手段と、
トンネル内の第二の位置に設けた第二の圧力検出手段と、
前記第一の圧力検出手段の出力と前記第二の圧力検出手段の出力の位相差から、前記トンネルを通過する自動車の速度を演算する第一の演算手段と、
該第一の演算手段で演算された前記自動車の速度と、前記第一の圧力検出手段または第二の圧力検出手段の出力から、車両の大きさを演算する第二の演算手段とを備えたことを特徴とするトンネル内車両検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネル内の風速を検出するトンネル内流速検出装置、或いは、トンネル内の車両の大きさ，速度を検出するトンネル内車両検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一定以上の長さを有する道路トンネルでは、トンネル内部の粉塵やＣＯ2の濃度を所定の値以下に抑えた環境を維持するために、天井に設置されたジェットファン等を用いた換気制御が行われている（特許文献１）。
【０００３】
この換気制御について様々な手法が提案されているが、基本的にはトンネル壁面付近に設置された流速測定手段により、トンネル内の流速値を検出し、制御演算を経てジェットファンの出力を調整する手法が一般的である。流速測定手段としては、超音波流速計を用いる方法の他、風圧検出手段を用いる方法が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０４５００号公報
【特許文献２】特開平６−２５８４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トンネル内平均流速情報は、換気制御を行う上で不可欠であり、トンネル壁面に設置した流速計で流速を測定し、それをトンネル内の平均流速として換気制御を行ってきた。
【０００６】
しかし、近年、特に都市部において、環境配慮やコスト削減の観点から様々な形態のトンネルが作られるようになり、この結果、トンネル内部に逆流域等の２次流れが生じ、流速測定精度の悪化が懸念されている。また、従来の比較的単純な形状のトンネルであっても、自動車の通過により生じた２次流れの影響で測定精度が悪化する問題があり、換気制御の高度化に伴い、流速計測精度悪化の問題が顕在化してきている。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解消し、トンネル形状や自動車の通過によって生ずる２次流れの影響を受けにくいトンネル内流速検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、トンネルの壁面の第一の位置に設けた第一の圧力検出手段と、トンネルの壁面の第二の位置に設けた第二の圧力検出手段と、前記第一の圧力検出手段の出力と前記第二の圧力検出手段の出力の位相差から、前記トンネルを通過する自動車の速度を演算する第一の演算手段と、該第一の演算手段で演算された前記自動車の速度と、前記第一の圧力検出手段または第二の圧力検出手段の出力から、車両の大小を演算する第二の演算手段と、該第一，第二の演算手段で演算された前記自動車の速度，車両の大小情報と、前記第一の圧力検出手段または第二の圧力検出手段の出力から、前記トンネル内の平均流速を演算する第三の演算手段を備えたトンネル内流速検出装置を構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧力検出手段により得られたトンネル内の静圧値より平均流速を得るため、壁面近傍の局所的な逆流等２次流れの影響を受けにくく、トンネル内の流速を、精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の流速検出装置のブロック図。
【図２】実施例１における圧力検出装置により得られる圧力の時系列波形。
【図３】実施例１における圧力検出装置により得られる圧力の時系列波形。
【図４】流速検出手順を示したフローチャート。
【図５】実施例２における圧力検出装置の配置を示す図。
【図６】車両の投影断面積と車両の全長の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、道路トンネル内の平均流速値を直接測定せずに、平均静圧の時系列変化から間接的に評価し、局所的な逆流等の２次流れの影響による測定誤差が小さい、道路トンネル内流速検出装置を実現するものであり、その詳細を、図１〜図５を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図４を用いて、実施例１の流速検出装置を説明する。
【００１３】
図１は、本実施例の流速検出装置のブロック図である。図１において、１は車両、２は車両１が左から右に向かって走行する１車線の道路トンネルである。３，４は間隔Δｘで設置された第一，第二の圧力検出装置で、それぞれの位置における静圧Ｐ１，Ｐ２を出力する。これらの圧力検出装置としては、例えば、半導体圧力センサが用いられる。車両近傍の静圧を正確に検出するため、各圧力検出装置は、車線中央の路面に埋設設置するのが望ましいが、側壁や天井に設置しても良い。圧力検出装置の間隔が広い程、車両の速度の検出精度は向上するが、異なる車両を同一車両として検出する恐れがある。小型車，大型車の全長や車間距離を考慮すると、圧力検出装置の間隔を数十ｍ程度とするのが望ましい。
【００１４】
５は第一の演算装置であり、第一の圧力検出装置３と第二の圧力検出装置４から得られた圧力情報（静圧Ｐ１，Ｐ２）から、車両１の速度Ｖｍを算出する。６は第二の演算装置であり、第一の圧力検出装置３から得られた圧力情報（静圧Ｐ１）と、第一の圧力検出装置３で求めた車両１の速度Ｖｍから、車両の投影面積Ａｍ、つまり、車両の大きさを算出する。７は第三の演算装置であり、第一の圧力検出装置３から得られた圧力情報（静圧Ｐ１）と、第一の演算装置５で求めた車両１の速度Ｖｍ、第二の演算装置６で求めた車両１の投影面積Ａｍから、トンネル内の風速Ｕｒを算出する。
【００１５】
なお、図１では、第二の演算装置６，第三の演算装置７が、第一の圧力検出装置３から得られた圧力情報（静圧Ｐ１）を用いることとしたが、これに代え、第二の圧力検出装置４から得られた圧力情報（静圧Ｐ２）を用いることとしても良い。
【００１６】
次に、図２から図４により、トンネル内流速測定動作を説明する。
【００１７】
図２（ａ）は、第一の圧力検出装置３により得られた圧力の時系列波形８であり、図２（ｂ）は、第二の圧力検出装置４により得られた圧力の時系列波形９である。両図からも分かるように、一般に、車両１の走行速度Ｖｍは、トンネル内の風速Ｕｒよりも大きいため、車両１の前方では車両進行方向に向かい空気を押しつける力が作用し、進行方向側の圧力が増大し、逆に、車両１の後方では負圧となる。
【００１８】
ここで、車両１の近傍に着目すると、車両前縁付近で圧力が最大となり、車両後縁付近で圧力が最小となるため、固定された第一の圧力検出装置３の出力は、最初はほぼ一定値を示しているが、ある時点から急激に上昇し、車両前縁通過時に最大となる（時刻ｔ１）。その後急激に減少し、車両前縁通過時に最小となり、更に、若干回復した後、一定値を示す。第二の圧力検出装置４の出力も同様な傾向を示し、時刻ｔ２で最大となる。
【００１９】
第一の圧力検出装置３と第二の圧力検出装置４の間隔をΔｘとすると、車両の速度Ｖｍは（式１）により算出できる。
【００２０】
【数１】
2012184622.tif 000003
【００２１】
図３は、第一の圧力検出装置３により得られる圧力の時系列波形で、図３（ａ）に示す１０は普通車などの小型車通過時、図３（ｂ）に示す１１はトラックなどの大型車通過時の圧力を示している。ここに示されるように、小型車通過時の波形１０では、最大値と最小値の圧力差が相対的に小さく、大型車通過時の波形１１では、最大値と最小値の圧力差が相対的に大きい。従って、第一の圧力検出装置３で観測された圧力の最大値と最小値の差分から車両の大きさを概算することができる。
【００２２】
また、図３（ｃ）に示すΔｔｓは、圧力が最大値から最小値まで変化に要する時間であり、車両の前縁通過から後縁通過までの時間に略等しい。そして、（式１）で求めた車両速度ＶｍとΔｔｓを乗算することで車両の全長Ｌｍが得られる。更に、車両の全長Ｌｍと、車両投影面積Ａｍは概ね比例関係が成立するため、（式２）を用いて車両投影面積Ａｍを求めることができる。
【００２３】
【数２】
2012184622.tif 000004
【００２４】
なお、Ｃｍは統計的に得られる定数であり、本実施例では、図６に示す投影断面積と車両の全長の関係から、Ｃｍを０.７とした。
【００２５】
図４は、本実施例の道路トンネル内流速検出装置で用いられる、流速検出手順を示したフローチャートである。以下、手順１３〜１８の詳細を順に説明する。
【００２６】
まず、第一の演算装置５を用いる手順１３〜１５を説明する。手順１３では、第一の圧力検出装置３から出力される静圧Ｐ１、および、第二の圧力検出装置４から出力される静圧Ｐ２を時系列に収集し、図２に例示される関係を得る。手順１４では、観測された静圧Ｐ１，Ｐ２から、各々の値が最大となる時刻ｔ１，ｔ２を算出する。この時刻ｔ１，ｔ２は車両通過時刻に相当する。手順１５では、（式１）で説明したように、センサ間距離Δｘを時刻差（ｔ２−ｔ１）で除算し、車両速度Ｖｍを算出する。
【００２７】
次に、第二の演算装置６を用いる手順１６，手順１７を説明する。手順１６では、静圧Ｐ１の時系列データより、図３（ｃ）に例示されるように、圧力変化時間Δｔｓを算出する。手順１７では、（式２）で説明したように、定数Ｃｍ，圧力変化時間Δｔｓ，車両速度Ｖｍを乗算し、車両の投影面積Ａｍを推定する。
【００２８】
最後に、第三の演算装置７を用いる手順１８において、静圧Ｐ１の変化量ΔＰ１，車両の投影面積Ａｍ，トンネル断面積Ａｒ，空気の密度ρ，車両の速度Ｖｍからトンネル内の風速Ｕｒを（式３）に従い算出する。
【００２９】
【数３】
2012184622.tif 000005
【００３０】
以上の手順１３〜１８に従い、トンネル内の平均流速Ｕｒが求められる。なお、（式３）において、Ｕｒ＞０の場合、車両に対し追い風であり、Ｕｒ＜０場合は逆風となる。
【００３１】
また、各圧力検出装置で検出される静圧が一定時間以上変動しない場合、すなわち、車両の通行が無い場合は、管摩擦係数λ，第一，第二の圧力検出装置の間隔Δｘ，代表長さ（直径）Ｄより、（式４）に従い流速Ｕｒを計算する。この代表長さＤは、等価水力直径とも呼ばれ、トンネル断面積を断面の周囲長で割った値を４倍したものである。
【００３２】
【数４】
2012184622.tif 000006
【００３３】
なお、（式４）において、Ｐ２−Ｐ１が正の場合、図１では、左から右に風が流れており、負の場合、右から左に風が流れていることが分かる。
【実施例２】
【００３４】
次に、対面交通の場合にも適用可能な、車両検出装置の実施例である実施例２を説明する。なお、実施例１の流速検出装置と共通する部分については説明を省略することとする。
【００３５】
実施例１で説明した流速検出装置では、１車線のトンネルに、２台１組の圧力検出装置を設置して、車両の速度Ｖｍ，投影面積Ａｍ，トンネル内風速Ｕｒを算出しているが、トンネル内に複数車線がある場合、異なる車線を走行する各々の車両の車両情報（速度，投影面積）を検出することはできない。以下では、それぞれの車線に２台１組の圧力検出装置を備えることで、トンネル内風速Ｕｒに加え、車線毎の車両情報を検出できる車両検出装置を紹介する。
【００３６】
図５は、トンネル天井側から下方の道路を眺めた俯瞰図であり、各車線に２台１組の圧力検出装置を設置している。図５に示すように、上側車線では、右に向かう車両１Ｒが速度ＶｍＲで走行しており、下側車線では、左に向かう車両１Ｌが速度ＶｍＬで走行している。上側車線には、第一の圧力検出装置３Ｒ，第二の圧力検出装置４Ｒが設けられており、下側車線には、第三の圧力検出装置３Ｌ，第四の圧力検出装置４Ｌが設けられている。
【００３７】
第一の圧力検出装置３Ｒと第二の圧力検出装置４Ｒで観測される静圧から、実施例１で説明した流速検出手段と同様の方法により、車両１Ｒの速度と投影面積を求めることができる。また、第三の圧力検出装置３Ｌと第四の圧力検出装置４Ｌで観測される静圧から、実施例１で説明した流速検出手段と同様の方法により、車両１Ｌの速度と投影面積を求めることができる。これから分かるように、各々の車線に２台１組の圧力検出装置を設けることで、任意の車線数のトンネルにおいても、各車線を走行する車両の車両情報を個別に検出することができる。
【００３８】
いずれかの車両の速度が得られれば、実施例１の手順でトンネル内の平均流速を算出することが可能である。
【００３９】
図示を省略するが、本実施例では、第一の圧力検出装置３Ｒと第二の圧力検出装置４Ｒからの信号を用いる上側車線用の流速検出装置と、第三の圧力検出装置３Ｌと第四の圧力検出装置４Ｌからの信号を用いる下側車線用の流速検出装置を独立して設けて車両検出装置を構成した。
【００４０】
なお、図５では、上側車線と下側車線が対向車線である例を説明したが、両車線を同じ方向に車両が走行するトンネルにおいても、圧力検出装置を上記と同様に配置することで、各車線の車両情報を検出することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１，１Ｒ，１Ｌ  車両
２  トンネル
３，３Ｒ  第一の圧力検出装置
４，４Ｒ  第二の圧力検出装置
３Ｌ  第三の圧力検出装置
４Ｌ  第四の圧力検出装置
５  車両の速度を計算する第一の演算装置
６  車両の投影面積を計算する第二の演算装置
７  トンネル内の平均流速を計算する第三の演算装置
８  第一の圧力検出装置により得られた圧力の時系列波形
９  第二の圧力検出装置により得られた圧力の時系列波形
１０  第一の圧力検出装置により得られた圧力の時系列波形（小型車通過時）
１１  第一の圧力検出装置により得られた圧力の時系列波形（大型車通過時）
【図１】
2012184622.tif 000007
【図２】
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【図３】
2012184622.tif 000009
【図４】
2012184622.tif 000010
【図５】
2012184622.tif 000011
【図６】
2012184622.tif 000012