(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定する路面（３）の全幅を跨いで設けられた門型フレーム（５）と、路面（３）や雪面までの距離を測定する光波式送信機（３１）、光波式受信機（３３）と路面（３）や路面（３）に積もった雪面の温度を測定する路面温度計（３５）とを有した計測部（７）と、前記門型フレーム（５）における梁部分（５Ａ）の左右中央部に取り付けられ、内部にモータ（１５）により駆動プーリ（２５）、タイミングベルト（２９）、従動プーリ（２７）を経て前記計測部（７）を旋回させて路面全幅を測定すべく、前記計測部（７）に取り付けられた旋回軸（１７）とこの旋回軸（１７）に直結したロータリーエンコーダ（２３）を有した旋回装置（１３）と、前記計測部（７）からの測定信号に基づいて測定された積雪深から有効幅員や雪堤等の横断面形状を検出すると共に前記光波式受信機（３３）で検出した反射光量を予め設定した複数段階の反射光量レベルに振り分け、この各反射光量レベルに該当する観測点数および路面温度および積雪深から、路面状況を湿潤、乾燥、圧雪、積雪、シャーベット、その他に判別する観測装置（９）と、を備えてなることを特徴とする路面状況検出装置。
【請求項２】
前記観測装置（９）が、有効幅員や雪堤等の横断面形状と路面の状態等を同時に表示する出力画面（１１）を、備えてなることを特徴とする請求項１記載の路面状況検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は路面状況検出装置に係り、さらに詳しくは、冬季における雪国で車の走行速度や交通容量を低下させる要因となる路面に形成される圧雪や路肩に形成される雪堤による有効幅員の減少等を測定すると共に路面状況を検出するための路面状況検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の路面状況検出装置としては、特公平４−７６６３８号公報および特公平５−６１５９８号公報に示されているようなものがある。すなわち、図８に示されているように、この路面状況検出装置１０１では、道路の外側の地面ＧＬに立設された支柱１０３の上部に取付金具１０５を介して計測部１０７が上下に回動自在に設けられている。
【０００３】
この計測部１０７には図示省略の積雪計や降雪計等が設けられており、光波送信機から光波を雪面に向けて投射し、雪面からの反射光を光波受信機で受信して、地面ＧＬに積雪した深さ（高さ）を測定したり、降雪を検知するものである。
そして、各測定結果を組み合わせて判断することにより路面の状況を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の技術にあっては、道路の一方の外側に前記計測部１０７が設けられており、道路の路面全体を網羅することが困難であるという問題がある。このため、路肩に積雪して実質的な道路幅員が狭くなった場合でも、積雪量は測定できるものの幅員の減少が検出できないため、自動車の走行に支障をきたす場合が起こり得るという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、積雪量や路面状況を検出すると共に道路幅員方向の状況を検出することにより、自動車等の安全な走行および交通容量を確保するための情報を得ることのできる路面状況検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１による発明の路面状況検出装置は、測定する路面の全幅を跨いで設けられた門型フレームと、路面や雪面までの距離を測定する光波式送信機、光波式受信機と路面や路面に積もった雪面の温度を測定する路面温度計とを有した計測部と、前記門型フレームにおける梁部分の左右中央部に取り付けられ、内部にモータにより駆動プーリ、タイミングベルト、従動プーリを経て前記計測部を旋回させて路面全幅を測定すべく、前記計測部に取り付けられた旋回軸とこの旋回軸に直結したロータリーエンコーダを有した旋回装置と、前記計測部からの測定信号に基づいて測定された積雪深から有効幅員や雪堤等の横断面形状を測定すると共に前記光波式受信機で検出した反射光量を予め設定した複数段階の反射光量レベルに振り分け、この各反射光量レベルに該当する観測点数および路面温度および積雪深から、路面状況を湿潤、乾燥、圧雪、積雪、シャーベット、その他に判別する観測装置と、を備えてなることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、路面の全幅を跨いだ門型フレームの梁部分の左右中央部に取り付けられた旋回装置により計測部を旋回させながら光波式送信機から光りを投射すると共に路面からの反射光を光波式受信機により受信して、少なくとも路面の全幅について測定を行なう。この測定データに基づいて、観測装置が積雪深の変化から雪堤の形状や有効幅員等の横断面形状を検出すると共に、受信した反射光の光量、路面温度および積雪深から路面の状態を湿潤、乾燥、圧雪、積雪、シャーベット、その他に判別する。
【０００８】
請求項２による発明の路面状況検出装置は、請求項１記載の路面状況検出装置において、前記観測装置が、有効幅員や雪堤等の横断面形状と路面の状態等を同時に表示する出力画面を、備えてなることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、観測地点に設けられた計測部からの観測データに基づいて、観測装置が有効幅員や路面の状態等を判別して、出力画面に表示する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１には、この発明に係る路面状況検出装置１の全体が示されている。すなわち、この路面状況検出装置１では、路面３の全幅を跨ぐような門型フレーム５が立設されており、路面３のほぼ中央位置の上方に計測部７が取り付けられている。この計測部７は道路管理センターの観測装置９に接続されており、観測装置９により制御されると共に随時観測データを観測装置９へ送るようになっている。
この観測装置９は、測定された結果を表示する例えばＣＲＴや液晶画面等の出力画面１１を有している。
【００１２】
前記門型フレーム５の梁部分５Ａのほぼ中央位置上面（または下面）には図２に示されているような旋回装置１３が取り付けられており、この旋回装置１３に前記計測部７が取り付けられている。
【００１３】
図２を参照するに、この旋回装置１３では、観測装置９により制御されるモータ１５が設けられており、このモータ１５に隣接して旋回軸１７が水平方向に設けられている。この旋回軸１７はベアリング１９により旋回自在に支持されており、前記計測部７を取り付けるために旋回軸１７の先端に取り付けられている取付プレート２１が鉛直面内において旋回自在となっている。また、この旋回軸１７には旋回角度を計測するためのロータリーエンコーダ２３が取り付けられており、旋回角度が観測装置９に伝達されるようになっている。
【００１４】
前記モータ１５には駆動プーリ２５が取り付けられており、旋回軸１７には従動プーリ２７が取り付けられていて、駆動プーリ２５と従動プーリ２７との間にはタイミングベルト２９が巻回されている。このため、ギヤを使用している従来の旋回装置に比してギヤの遊びが少ない分だけ誤差が少なくなっている。
【００１５】
前記取付プレート２１に取り付けられて回動される計測部７には、路面状況を検出するために光りを路面３に向けて投射する光波式送信機３１と、路面からの反射光を受信するための光波式受信機３３を有している。また、路面の温度を測定するために路面温度計３５を有しており、気温を測定するための気温計３７も備えている。
【００１６】
従って、光波式送信機３１から路面３に向けて光りを投射し、路面３からの反射光を光波式受信機３３により受信しながら、モータ１５によりタイミングベルト２９を介して旋回軸１７を旋回させると、取付プレート２１に取り付けられている計測部７が旋回するので、路面３の全幅にわたって測定することができる。
【００１７】
なお、この計測部７の旋回範囲は、鉛直下方に対して図１中左右方向に一定の角度（ここでは、門型フレーム５の高さを７．３ｍとし、道路幅員を片側一車線としたときに片側約５０度である）旋回自在となっている。
【００１８】
図３には、前述の計測部７の内部構成が示されている。この計測部７には、路面３に向けて光波を投射する光波式送信機３１と、この光波式送信機３１により投射された光の路面３からの反射光を受信する光波式受信機３３を有している。
【００１９】
前記光波式送信機３１では、発信回路３９により半導体レーザ４１が発光して送光レンズ４３から投射されるようになっている。また、半導体レーザ４１から発せられた光の一部は基準信号検出器４５により受光されて第二受信回路４７から演算処理部４９に送られる。
【００２０】
前記光波式受信機３３では、路面３からの反射光が受光レンズ５１を介してアパランシェフォトダイオード５３により受光され、受信信号は第一受信回路５５を介して利得可変増幅器５７に伝達される。利得可変増幅器５７は受信信号を基準のレベルまで自動で増幅させて演算処理部４９に伝達する。この利得可変増幅器５７における増幅度をＡ／Ｄ変換機５９でディジタル量に変換することにより反射光量を得て、インターフェース部６１を介して観測装置９の出力画面１１等へ出力されて表示される。
【００２１】
一方、前記第二受信回路４７に伝達された基準信号も演算処理部４９に伝達されており、この信号と前記利得可変増幅器５７からの信号から位相差φを算出するようになっている。
【００２２】
また、路面温度計３５や気温計３７等の温度計測部６３からの信号もＡ／Ｄ変換機６５によりディジタル量に変換されてインターフェース部６１に送られている。
【００２３】
次に、演算処理部４９における処理内容について説明する。
【００２４】
図１を参照して、雪堤６７の高さおよび有効幅員の算出について説明する。積雪時旋回角度をＡ１、積雪時斜距離をＳ１、無積雪時旋回角度をＡ２、無積雪時斜距離をＳ２とすると、積雪深Ｄは、
【数１】
Ｄ＝Ｓ２×cos （Ａ２）−Ｓ１×cos （Ａ１）……（１）
となる。
【００２５】
ここで、前述の位相差φを用いて斜距離Ｓ１、Ｓ２を算出する方法については、前述の特公平４−７６６３８号公報および特公平５−６１５９８号公報に詳細に記載されているので、重複する説明は省略する。
【００２６】
以上のようにして得られた積雪深Ｄは、連続降雪による圧雪の成長防止や、路面整正、圧雪処理等の出動判断に使用される。また、この積雪深Ｄを用いて雪堤高さおよび有効幅員を算出することができる。
【００２７】
すなわち、雪堤高さは、雪堤６７が高くなって崩壊すると交通に支障をきたしたり、通行車両の視距の妨げとなるため把握することが必要であり、路面３の横断面に対して順に検索していき、最も高い箇所を雪堤高さとして求める。
【００２８】
また、図４に示されているように、有効幅員と走行速度の関係から、ある程度の走行速度を可能にして円滑な交通を確保するためには、有効幅員の確保が必要となってくる。従ってこの有効幅員は、降雪が本格的となって必要な幅員が確保されなくなると交通に支障をきたすため、拡幅除雪作業を行なう目安となるものであり、路面３の横断面に対して路肩付近の積雪深を順に検索していき、前後の積雪の差が所定の高さ（例えば７ｃｍ）あった箇所を有効幅員の法尻として求める。
【００２９】
また、図５に示されているように、路面積雪深と走行速度の関係から、ある程度の走行速度を可能にして円滑な交通を確保するためには、路面積雪深をできるだけ少なくする必要がある。この路面積雪深も前述の有効幅員と同様、除雪作業を行なう目安となるものである。
【００３０】
以上のようにして得られた測定結果は管理センターに送られて、例えば図６に示されているように画面表示される。これにより、路面３における積雪の状況や雪堤６７、有効幅員等が一目で把握されるので、除雪作業等の開始時期を容易に且つ適切に判断することができる。
【００３１】
次に、図７に基づいて路面状況の判断方法について説明する。まず、各観測点からの反射光の光量をＣ０〜Ｃ５の６段階に分類する。すなわち、反射光量が０〜９％の場合をＣ０、反射光量が１０〜１９％の場合をＣ１、反射光量が２０〜２９％の場合をＣ２、反射光量が３０〜３９％の場合をＣ３、反射光量が４０〜４９％の場合をＣ４、反射光量が５０％以上の場合をＣ５とする。
【００３２】
測定する路面の横断面に対して計測部７を旋回させて、例えば９０〜１２０個程度の観測点において光量を測定し、前述のＣ０〜Ｃ５にレベル分けする。図７を参照するに、測定を開始して（ステップＳＳ）、Ｃ０レベルに該当する観測点の個数（以後、単に「Ｃ０レベルの個数」という）がＣ１レベルの個数より大きいか否かを判断し（ステップＳ１）、Ｃ０レベルの個数が多い場合には「路面は湿潤状態である」と判断する（ステップＳ２）。一方、Ｃ１レベルの個数の方が多い場合には、Ｃ２レベルの個数が最も多いか否かを判断し（ステップＳ３）、最も多い場合には「路面は乾燥状態である」と判断する（ステップＳ４）。
【００３３】
ステップＳ３において、Ｃ２レベルの個数が最も多くはないと判断されたときは、Ｃ５レベルの個数が全体の観測点の個数の５０％以上か否かを判断し（（ステップＳ５）、５０％以上の場合には積雪深が３ｃｍ以下か否かを判断する（ステップＳ６）。積雪深が３ｃｍ以下の場合には「路面は圧雪状態である」と判断する（ステップＳ７）。また、積雪深が３ｃｍ以上の場合には「路面は積雪状態である」と判断する（ステップＳ８）。
【００３４】
ステップＳ５においてＣ５レベルの個数が全体の観測点の個数の５０％以下の場合には、Ｃ１レベルの個数が最も多く、且つ全体的に光量がばらついているか否かを判断し（ステップＳ９）、ばらついているならば「路面はシャーベット状態である」と判断する（ステップＳ１０）。
【００３５】
さらに、「乾燥」又は「湿潤」を判定し（ステップＳ１１）し、「乾燥」又は「湿潤」のとき、積雪深があり且つ路面温度が２℃以下であるか否かを判断し（ステップＳ１２）、イエスの場合には「路面はシャーベット状態である」と判断する（ステップＳ１３）。ノーの場合には判定結果が得られたかを判定し（ステップＳ１４）、判定結果がノーの場合には判定不能または前回の判定を引き続いて採用し（ステップＳ１５）、路面状況判定を終了する（ステップＳＥ）。また、判定結果がイエスの場合には路面状況判定を終了する（ステップＳＥ）。
【００３６】
以上の結果から、道路の路面状況がリアルタイムで把握されるので、除雪作業等道路管理に必要な処理の開始を容易且つ適切に判断することができ、冬季における交通安全および交通容量の確保に寄与することができる。
【００３７】
なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。すなわち、前述の実施の形態においては、片側一車線の道路について説明したが、片側二車線以上の道路についても同様に適用できる。但し、この場合には、道路幅員に対応して計測部７の取付高さや個数、あるいは計測部の旋回角度等を適宜変更する必要がある。
【００３８】
また、前述の実施の形態においては、演算処理部４９を計測部７に設けるようにしたが、観測地点に設けられている計測部７は測定データを観測装置９に送るだけにして、すべての演算処理を観測装置９で行なうようにしても良い。この場合には、観測地点に設ける計測部７の構成が簡単になり、コストの面および維持・管理においてもメリットがある。
【００３９】
また、以上説明した路面状況検出装置１は、既設の交通流監視システム等との関連組み合わせの上で実運用することにより、冬季道路の適切な道路管理が可能となるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明による路面状況検出装置では、路面の全幅を跨いだ門型フレームの梁部分の左右中央部に取り付けられた旋回装置により計測部を旋回させながら光波式送信機から光りを投射すると共に路面からの反射光を光波式受信機により受信して、少なくとも路面の全幅について測定を行なうことができる。また、この測定データに基づいて、観測装置が積雪深の変化から雪堤の形状や有効幅員等の横断面形状を検出すると共に、受信した反射光の光量、路面温度および積雪深から路面の状態をリアルタイムで湿潤、乾燥、圧雪、積雪、シャーベット、その他に判別することができるので、除雪等の適切な処理を迅速に行ない、交通安全および交通容量を確保することができる。例えば計側部を門型フレームの梁部分の高さを７．３ｍに設置すれば、道路の半分の片側一車線を５０度の旋回で測定することができる。計測部は旋回装置のモータを駆動することにより、駆動プーリ、タイミングベルト、従動プーリを介して旋回軸が回転することで、従来のギャを使用しているのに比べてギャの遊びが少ない分だけ誤差を少なくすることができる。しかも、ロータリーエンコーダが旋回軸に直結して取り付けられているから、旋回角度を正確に検出することができる。
【００４１】
請求項２の発明による路面状況検出装置では、観測地点に設けられた計測部からの観測データに基づいて、観測装置が有効幅員や路面の状態等を判別して、出力画面に表示するので、一目で容易に路面状況を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係る路面状況検出装置を示す正面図である。
【図２】  旋回装置および計測部を示す断面図である。
【図３】  計測部または観測装置の内部構成を示すブロック図である。
【図４】  有効幅員と走行速度との関係を示す測定データである。
【図５】  路面積雪深と走行速度との関係を示す測定データである。
【図６】  出力画面に表示された計測例を示す説明図である。
【図７】  路面状況検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】  従来の路面状況検出装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１  路面状況検出装置
３  路面
５  フレーム
７  計測部
９  観測装置
１１  出力画面
１３  旋回装置
３１  光波式送信機
３３  光波式受信機
６７  雪堤
Ｑ０〜Ｑ５  反射光量レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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