(57)【要約】【課題】大幅なコスト上昇を伴わずに単純な制御で被測定物の必要な範囲内の表面状態を高精度に判別することができる表面状態判別装置を提供する。【解決手段】表面状態判別装置１１は、道路の路面上における線状の経路に沿ってレーザ光を照射しつつ、道路の路面からの反射光を測定するレーザ測定装置１１と、道路の路面の温度を測定する路面温度計１２と、レーザ測定装置１１の測定結果を用いて所定の統計処理を行い、この統計処理の結果に加えて路面温度計１２の測定結果を用いて道路の路面の表面状態を判別し、その判別結果を判別信号Ｄ１として外部に出力する制御処理装置１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面状態を判別する表面状態判別装置において、
前記被測定物の表面上における線状の経路に沿ってレーザ光を照射しつつ、前記被測定物の表面からの反射光を測定するレーザ測定装置と、
前記レーザ測定装置の測定結果を用いて所定の統計処理を行い、当該統計処理の結果に基づいて前記被測定物の表面状態を判別する判別装置と
を備えることを特徴とする表面状態判別装置。
【請求項２】
前記レーザ測定装置は、前記レーザ光を射出するとともに前記レーザ光の反射光を受光するレーザセンサと、
前記レーザセンサから射出されたレーザ光が前記被測定物の表面上における線状の経路に沿って移動するように、前記レーザセンサを揺動させる駆動装置と
を備えることを特徴とする請求項１記載の表面状態判別装置。
【請求項３】
前記判別装置は、前記被測定物の表面上における線状の経路に沿って設定された複数の計測点における測定結果のうち、値が最も大きな所定個の測定結果と値が最も小さな所定個の測定結果とを除外した残りの測定結果の平均値を求める処理を前記所定の統計処理として行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表面状態判別装置。
【請求項４】
前記被測定物の表面又はその近傍の温度を測定する温度センサを備えており、
前記判別装置は、前記レーザ測定装置の測定結果に加えて前記温度センサの測定結果を用いて前記被測定物の表面状態を判別する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の表面状態判別装置。
【請求項５】
前記線上の経路は、前記被測定物としての道路に形成された轍に沿うように設定されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の表面状態判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路の路面状態等の被測定物の表面状態を判別する表面状態判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の路面状態を判別することは交通安全を確保するために極めて重要であり、離間した複数地点における道路の路面状態を自動的に判別するために表面状態判別装置が用いられる。この表面状態判別装置の判別結果を用いることで、例えば路面の凍結や積雪が生じたときにロードヒーティング、除雪、又は凍結防止材の散布等の対策を早期に行うことができる。また、表面状態判別装置の判別結果を道路情報として提供することで、例えば運転者が予めスタッドレスタイヤへのタイヤ交換又はチェーンの装着等の措置をとることができる。これらの対策や措置が早期に行われることで、交通事故の発生確率の減少につながる。
【０００３】
以下の特許文献１には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）から射出される赤外光を路面に照射し、その正反射光量と拡散反射光量との比を用いて路面状態を判定する路面状態判定方法が開示されている。また、以下の特許文献２には、対象物の湿潤度により赤外線吸収が大きく変化する測定光の赤外線と、対象物の湿潤度により赤外線吸収が小さく変化する参照光の赤外線とを対象物に照射して、反射する各赤外線の反射光強度に基づいて対象物の湿潤度を求める方法が開示されている。
【０００４】
また、以下の特許文献３には、路面にレーザ光を照射して得られる反射光を受光することにより路面状態画像データを取得し、この路面状態画像データに基づいて路面状態を判別する路面状態監視装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１９５９４０号公報
【特許文献２】特開２００１−１４１６５０号公報
【特許文献３】特開２００２−３９８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の特許文献１では、路面状態を計測するために路面上に設定された計測エリア全体に亘って計測を行うためには、路面から受光センサまでの距離に応じて光学系（ＬＥＤから射出される赤外光を路面に照射させる光学系）を調整する必要がある。また、正反射光量と拡散反射光量との比に基づいて路面状態の判別を行う上記の特許文献１では、設置時に受光センサの位置調整を精密に行う必要がある。このように、特許文献１では、設置時における各種調整が必須になるため、設置にコスト及び時間を要するという問題がある。また、上記の特許文献２では、性質の異なる赤外線（測定光、参照光）を受光するセンサを複数設ける必要があるため、コスト高になるという問題がある。
【０００６】
また、レーザ光を用いて路面状態を判別する路面状態監視装置は、基本的には路面上の１点を計測するものである。このため、路面状態監視装置の計測結果を、ある面積を有する計測エリアの計測結果として代表させることができない場合が多い。また、路面の削れ又は泥、落ち葉、若しくはゴミの付着等があると、路面状態を誤判別してしまう虞がある。ここで、上記の特許文献３に開示された路面状態監視装置のように計測エリア内においてレーザ光を走査して計測エリアにおける路面状態を判定すれば上記の誤判定は防止できるが、装置が大掛かりになって高価になるという問題がある。加えて、計測速度が遅くなって計測に長時間を要するとともに、制御が複雑になって機械的再現性が低下するという問題もある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大幅なコスト上昇を伴わずに単純な制御で被測定物の必要な範囲内の表面状態を高精度に判別することができる表面状態判別装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の表面状態判別装置は、被測定物の表面状態を判別する表面状態判別装置（１）において、前記被測定物の表面上における線状の経路（ＭＡ）に沿ってレーザ光（Ｌ）を照射しつつ、前記被測定物の表面からの反射光を測定するレーザ測定装置（１１）と、前記レーザ測定装置の測定結果を用いて所定の統計処理を行い、当該統計処理の結果に基づいて前記被測定物の表面状態を判別する判別装置（１３ａ）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、被測定物の表面上における線状の経路に沿ってレーザ光が照射されつつ被測定物の表面からの反射光が測定され、この測定結果に対して所定の統計処理が行われ、この統計処理結果に基づいて被測定物の表面状態が判別される。
また、本発明の表面状態判別装置は、前記レーザ測定装置が、前記レーザ光を射出するとともに前記レーザ光の反射光を受光するレーザセンサ（１１ａ）と、前記レーザセンサから射出されたレーザ光が前記被測定物の表面上における線状の経路に沿って移動するように、前記レーザセンサを揺動させる駆動装置（１１ｂ）とを備えることを特徴とする。
また、本発明の表面状態判別装置は、前記判別装置が、前記被測定物の表面上における線状の経路に沿って設定された複数の計測点における測定結果のうち、値が最も大きな所定個の測定結果と値が最も小さな所定個の測定結果とを除外した残りの測定結果の平均値を求める処理を前記所定の統計処理として行うことを特徴としている。
また、本発明の表面状態判別装置は、前記被測定物の表面又はその近傍の温度を測定する温度センサ（１２）を備えており、前記判別装置は、前記レーザ測定装置の測定結果に加えて前記温度センサの測定結果を用いて前記被測定物の表面状態を判別することを特徴としている。
また、本発明の表面状態判別装置は、前記線上の経路が、前記被測定物としての道路に形成された轍に沿うように設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被測定物の表面上における線状の経路に沿ってレーザ光を照射しつつ被測定物の表面からの反射光を測定し、この測定結果に対して所定の統計処理を行い、この統計処理結果に基づいて被測定物の表面状態を判別しているため、大幅なコスト上昇を伴わずに単純な制御で被測定物の必要な範囲内の表面状態を高精度に判別することができるという効果がある。また、所定の統計処理を行うことで車両通過等による誤判定を防ぐことができ、これにより高い信頼性をもって路面状態等を判別することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による表面状態判別装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による表面状態判別装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の表面状態判別装置１は、レーザ測定装置１１、路面温度計１２（温度センサ）、及び制御処理装置１３を備えており、レーザ測定装置１１及び路面温度計１２の測定結果に基づいて被測定物の表面状態を判別し、その判別結果を示す判別信号Ｄ１を出力する。尚、本実施形態では、被測定物が道路であり、表面状態判別装置１が道路の路面状態を判別するものである場合を例に挙げて説明する。
【００１１】
レーザ測定装置１１は、レーザセンサ１１ａと駆動装置１１ｂとを備えており、被測定物たる道路上に予め設定された計測エリアＭＡ（図３（ｂ）参照）に対してレーザ光を照射するとともに、その反射光を受光して計測エリアにおけるレーザ光の反射強度を測定し、その測定結果を示す信号Ｓ１を出力する。尚、詳細は後述するが、道路上に設定された計測エリアは線状の経路であり、レーザ測定装置１１はこの経路に沿ってレーザ光を照射しつつレーザ光の反射強度を測定する。駆動装置１１ｂは、レーザ駆動装置１１から射出されたレーザ光が、道路上に設定された線状の経路に沿って移動するようにレーザセンサ１１ａを揺動させる。この駆動部１１ｂは、制御処理装置１３から出力される制御信号Ｃ１に基づいてレーザセンサ１１ａを駆動する。
【００１２】
図２は、レーザ測定装置１１の外観を模式的に示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は正面図である。図２に示すレーザ測定装置１１は、レーザセンサ１１ａと、レーザセンサ１１ａをモータ駆動により揺動させる駆動装置１１ｂと、レーザセンサ１１ａを揺動可能に支持するとともに駆動装置１１ｂを固定支持する支持部材２１とを備える。
【００１３】
支持部材２１は、平板状の第１支持板２１ａと、第１支持板２１ａの一端において第１支持板２１ａに対して直交するように取り付けられた平板状の第２支持板２１ｂとを備えるＬ字形状の部材である。第１支持板２１ａの第２支持板２１ｂが取り付けられた面の略中央部には、レーザセンサ１１ａを揺動可能に支持する略円錐形状の支点２２が設けられている。
【００１４】
レーザセンサ１１ａは、外形形状が直方体形状であって、正面に配置された射出口Ｈからレーザ光Ｌを射出する。このレーザセンサ１１ａは、支持部材２１に設けられた支点２２によって、支点２２を中心として支持板２１ａに平行な面内で揺動可能に支持されている。つまり、図２（ａ）中の符号ｄを付した方向に揺動可能である。また、レーザセンサ１１ａの上面であって、射出口Ｈが形成されている端部とは反対側の端部には、溝の方向がレーザ光Ｌの射出方向に沿うように設定されたラック２３が取り付けられている。
【００１５】
駆動装置１１ｂは、モータ２４と、モータ２４の回転軸に取り付けられた平歯車２５とからなる。モータ２４は、回転軸がレーザ光Ｌの射出方向に沿う方向に設定され、且つ回転軸に取り付けられた平歯車２５がレーザセンサ１１ａに取り付けられたラック２３と噛み合うように支持部材２１の第２支持板２１ｂに固定支持されている。モータ２４の回転軸に取り付けられた平歯車２５及びレーザセンサ１１ａに取り付けられたラック２３によって、モータ２４の回転運動がレーザ光Ｌの射出方向と交差する方向の直線運動に変換される。
【００１６】
このため、モータ２４の正転と反転とを切り替えることにより、支点２２を中心としてレーザセンサ１１ａを揺動させることができる。尚、支持部材２１の第１支持板２１ａに傾きがある場合には、平歯車２５とラック２３との噛み合わせが外れて、第１支持板２１ａに平行な面とは異なる面内でレーザセンサ１１ａが揺動することが考えられる。このため、レーザセンサ１１ａの動きを支点２２を中心とした第１支持板２１ａに平行な面内における回転運動（揺動）に規制するガイドレール等を設けるのが望ましい。
【００１７】
図３は、レーザ測定装置１１の設置例を示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。図３（ａ）に示す通り、レーザ測定装置１１は、路面Ｒに対して垂直に延びる支柱Ｐに被測定物たる道路の路面Ｒを俯瞰するように取り付けられる。ここで、レーザ測定装置１１は、設置高さｈが例えば５．２ｍであって、設置角度（路面Ｒに対するレーザ光の照射角度）θが例えば２０°になるように支柱Ｐに取り付けられる。このとき、図３（ｂ）に示す通り、レーザ測定装置１１から道路上に設定された計測エリアＭＡ（レーザ光が照射される路面Ｒ上に設定された経路）までの平面視における距離Ｇは、約１．９ｍになる。
【００１８】
また、路面Ｒ上に設定される計測エリアＭＡの長さｌは、３０ｃｍ程度に設定される。かかる長さに設定するのは、路面状態を観測する場合には車両の安全確保を目的とするために路面Ｒに形成された轍Ｗ（図３（ａ）参照）を計測することが多く、轍Ｗの幅は３０〜５０ｃｍ程度になるからである。尚、轍Ｗを計測する場合には、計測エリアＭＡは、轍Ｗに沿うように（轍Ｗ内に収まれば轍Ｗの長手方向に対して斜め方向であっても良い）設定される。計測エリアＭＡの長さｌが３０ｃｍである場合には、レーザ光を振る角度φ（即ち、レーザセンサ１１ａを揺動させる角度）が±４．５°程度になる。
【００１９】
レーザ測定装置１１は、制御処理装置１３の制御の下で、予め設定された時間間隔（計測間隔）毎に、駆動装置１１ｂの駆動によりレーザセンサ１１ａを揺動させてレーザセンサ１１ａからのレーザ光Ｌを計測エリアＭＡに沿って照射しつつ、路面Ｒからの反射光を測定する。図４は、計測エリアＭＡ上におけるレーザ測定装置１１の計測点の一例を示す図である。図４に示す通り、計測エリアＭＡに沿って複数の計測点ＭＰ１〜ＭＰｎが設定されており、レーザ計測装置１１はこれら計測点ＭＰ１〜ＭＰｎにおける反射光の強度を測定する。
【００２０】
尚、計測エリアＭＡ上における計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの数、位置、間隔は任意でよい。また、これら計測点ＭＰ１〜ＭＰｎは必ずしも固定である必要はなく、計測毎に異なる位置に設定されても良い。例えば、計測エリアＭＡ上においてレーザ光Ｌを往復させる場合に、往路のときの計測点と復路のときの計測点とを異なる位置に設定しても良い。また、往路と復路で計測点の数を異ならせても良い。
【００２１】
図１に戻り、路面温度計１２は、道路の路面Ｒ又は路面Ｒの近傍の温度を測定し、その測定結果を示す信号Ｓ２を出力する。路面温度計１２は、例えば道路上に設定されたレーザセンサ１１の計測エリアＭＡ内又はその近傍に配置され、道路に埋設されることにより道路の路面又は路面近傍の温度を測定する。この路面温度計１２としては、例えば温度に対して抵抗値が変化するサーミスタ、リニア抵抗器、又は白金測温抵抗体等を用いることができる。
【００２２】
制御処理装置１３は、信号処理部１３ａ（判別装置）及び送信部１３ｂを備えており、レーザ測定装置１１及び路面温度計１２の測定結果に基づいて被測定物たる道路の路面状態を判別して判別信号Ｄ１を外部に送信するとともに、レーザ測定装置１１に設けられた駆動装置１１ｂを制御する。信号処理部１３ａは、レーザ測定装置１１からの信号Ｓ１及び路面温度計１２からの信号Ｓ２を入力としており、これらを用いて所定の統計処理を行うとともに統計処理の結果に基づいて路面の表面状態を判別する。
【００２３】
例えば、信号処理部１３ａは、道路上に設定された計測エリアＭＡに沿って設定された複数の計測点ＭＰ１〜ＭＰｎ（図４参照）における測定結果のうち、値が最も大きな所定個の測定結果と値が最も小さな所定個の測定結果とを除外した残りの測定結果の平均値を求める処理を上記の統計処理として行う。図５は、信号処理部１３ａで行われる統計処理を説明するための図である。
【００２４】
図５に示す通り、信号処理部１３ａに反射強度を示す１０個のデータ（データ番号「１」〜「１０」）が入力されたとする。信号処理部１３ａは、まず反射強度が最も大きさ２つのデータ（データ番号「３」，「９」のデータ）と、反射強度が最も小さな２つのデータ（データ番号「１」，「２」のデータ）とを除外し、次いで残りの６つのデータ（データ番号「４」〜「８」，「１０」）の平均値を求める処理を行う。ここで、データ番号「３」，「９」のデータは、他のデータに比べて反射強度が高くなっているが、これは路面Ｒ上の異物（例えば、落ち葉）の影響を受けたものであると考えられる。
【００２５】
図５に示す１０個のデータ全ての平均値を求めると図中の平均値ＡＶ１になる。これに対し、除外処理を行った上での平均値（データ番号「４」〜「８」，「１０」の平均値）を求めると図中の平均値ＡＶ２になり、平均値ＡＶ１よりも大きく値が小さくなっているのが分かる。このように、値が最も大きな数個のデータ及び値が最も小さな数個のデータを除外した上で平均値を求めることで、路面Ｒ上に一時的に存在する落ち葉等の異物等による測定精度の悪化を防止することができる。
【００２６】
信号処理部１３ａは、以上の統計処理の結果に基づいて路面の表面状態を判別する。信号処理部１３ａが判別可能な表面状態は、路面Ｒの「乾燥」、「積雪」、「湿潤」、又は「凍結」が挙げられる。図６は、信号処理部１３ａにおける路面状態判別手順を示すフローチャートである。判別処理が開始されると、まずレーザセンサ１１ａの測定結果に応じて「乾燥」、「積雪」、又は「湿潤又は凍結」が判別される（ステップＳ１１）。例えば、レーザセンサ１１ａによって得られる反射率が０．３よりも小さい場合には「乾燥」と判別され（ステップＳ１２）、反射率が０．３〜０．６である場合には「積雪」と判別され（ステップＳ１３）、反射率が０．６よりも大きい場合には「湿潤又は凍結」と判別される（ステップＳ１４）。
【００２７】
信号処理部１３ａの判別結果が「乾燥」又は「積雪」である場合には、信号処理部１３ａにおける一連の判別処理は終了する。これに対し、信号処理部１３ａの判別結果が「湿潤又は凍結」である場合には、路面温度計１２の測定結果に応じて「湿潤」又は「凍結」が判別される（ステップＳ１５）。例えば、路面温度計１２によって得られる温度が０℃よりも高い場合には「湿潤」と判別され（ステップＳ１６）、温度が０℃以下である場合には「凍結」と判別される（ステップＳ１７）。
【００２８】
送信部１３ｂは、信号処理部１３ａの判別結果を判別信号Ｄ１として外部に送信する。ここで、制御処理装置１３は、例えば有線又は無線によって道路の路面状態を統括して監視する監視センター等に接続されており、送信部１３ｂから送信される判別信号Ｄ１は、監視センターに収集される。尚、本実施形態では、説明を簡単にするために、送信部１３ｂが判別信号Ｄ１のみを外部に送信する場合を例に挙げて説明するが、判別信号Ｄ１に加えレーザセンサ１１ａの測定結果や路面温度計１２の測定結果、或いは、レーザセンサ１１ａに関する制御情報（例えば、振れ角等）を送信しても良い。
【００２９】
上記構成において、予め設定された所定の計測間隔が経過すると、制御処理装置１３からレーザ測定装置１１に対して制御信号Ｃ１が出力され、これにより駆動装置１１ｂによってレーザセンサ１１ａが駆動されて路面Ｒの計測が行われる。つまり、駆動装置１１ｂによってレーザセンサ１１ａが揺動されることによってレーザセンサ１１ａから射出されたレーザ光Ｌが計測エリアＭＡに沿って路面Ｒ上に照射され、レーザ光Ｌが図４を用いて説明した計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの各々に照射された時点でレーザ光Ｌの反射強度が測定される。尚、計測エリアＭＡに沿ったレーザ光Ｌの照射（レーザセンサ１１ａを用いた測定）は、数十秒〜数分程度の時間をかけて行われる。また、以上のレーザ測定装置１１の測定とともに路面温度計１２による路面温度の測定も行われる。
【００３０】
レーザ測定装置１１の計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの各々における測定結果は信号Ｓ１として、路面温度計１２の測定結果は信号Ｓ２として制御処理装置１３の信号処理部１３ａにそれぞれ入力される。信号Ｓ１が入力されると、図５を用いて説明した通り、計測点ＭＰ１〜ＭＰｎ（図４参照）における測定結果のうち、値が最も大きな所定個の測定結果と値が最も小さな所定個の測定結果とが除外され、残りの測定結果の平均値を求める処理（統計処理）が行われる。そして、この統計処理結果と路面温度計１２の測定結果とを用いて、図６に示す判別手順に従って、路面Ｒの「乾燥」、「積雪」、「湿潤」、又は「凍結」が判別される。この判別結果は、送信部１３ｂに出力されて判別信号Ｄ１として出力されて監視センター等に収集される。
【００３１】
以上説明した通り、本実施形態によれば、被測定物たる道路の路面Ｒにおける計測エリアＭＡに沿ってレーザ光Ｌを照射しつつ路面Ｒからの反射光をレーザ測定装置１１で測定し、レーザ測定装置１１の測定結果を用いて所定の統計処理を行い、その統計処理の結果に基づいて路面Ｒの状態を判別している。このため大幅なコスト上昇を伴わずに被測定物の必要な範囲内の表面状態を高精度に判別することができる。また、本実施形態では、計測エリアＭＡに沿って設定された複数の計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの測定をモータ駆動によるレーザセンサ１１ａの揺動により行っているため、安価且つ単純な制御で路面状態の判別が可能である。
【００３２】
以上、本発明の実施形態による表面状態判別装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、道路の路面温度を測定する路面温度計１２がサーミスタ、リニア抵抗器、又は白金測温抵抗体等であり道路に埋設される場合について説明した。しかしながら、路面温度計１２としては非接触センサ、放射温度計、その他の各種温度計を用いることができ、道路の路面温度を路面に対して離間した位置から測定することも可能である。
【００３３】
また、上記実施形態では、レーザセンサ１１ａを揺動させて計測エリアＭＡに沿って設定された複数の計測点ＭＰ１〜ＭＰｎの測定を行っていた。しかしながら、コストの大幅な上昇を招かなければ、複数のレーザセンサを設けるとともに駆動装置１１ｂを省略した構成にすることが可能である。また、レーザセンサにより計測される積雪深さや、路面温度計１２以外の他の気象センサによる計測値を用いることで、より高精度の路面状態判別が可能である。更に、上記実施形態では、道路の路面状態を判別する場合を例に挙げて説明したが、本発明は道路の表面以外の被測定物の表面状態を判別する場合にも用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態による表面状態判別装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】レーザ測定装置１１の外観を模式的に示す図である。
【図３】レーザ測定装置１１の設置例を示す図である。
【図４】計測エリアＭＡ上におけるレーザ測定装置１１の計測点の一例を示す図である。
【図５】信号処理部１３ａで行われる統計処理を説明するための図である。
【図６】信号処理部１３ａにおける路面状態判別手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１        表面状態判別装置
１１      レーザ測定装置
１１ａ    レーザセンサ
１１ｂ    駆動装置
１２      路面温度計
１３ａ    信号処理部
Ｌ        レーザ光
ＭＡ      計測エリア
【図１】
2009216461.tif 000003
【図２】
2009216461.tif 000004
【図３】
2009216461.tif 000005
【図４】
2009216461.tif 000006
【図５】
2009216461.tif 000007
【図６】
2009216461.tif 000008