平成18年9月8日 寒地ITSワークショップ（兼第18回寒地道路連続セミナー）
研究の目的と方針

ITS技術を活用した凍結防止剤散布システムの評価試験

財団法人

道路新産業開発機構
ITS統括研究部 次長

浦野隆

サンコーコンサルタント（株）
札幌支店 技術部

沼田実

冬期の道路管理は地域性の高い業務であり、各地域の気象・地域・路線特性等を加味しながら、各種データ（気象情報及び巡回情報等）に基づいて凍結防止剤散布作業の的確な実施判断を行うことが必要不可欠である。
しかし、実際の凍結防止剤散布作業は、各種観測データから導かれる個人の経験と推測によって判断されているのが実状である。そのため、その判断には個人差が生じており、安全性を重視するあまり、凍結防止剤が過度に散布される傾向が見られている。
また、従来の薬剤散布作業では、気象情報や路面巡回報告等の情報を基に、経験と推測による方法をとっていた。これに対し、各種ITS機器を活用することで客観的に路面の状況を把握・予測することが可能となれば、その結果、個人の主観に捉われず、より効率的な散布計画の策定も可能となる。
本研究は、冬期ITS事業の一環として、実際に現道に於いて塩分濃度センサーを設置し、センサーから得られるデータを活用することで、凍結防止剤の散布タイミングを支援する最新の開発技術を紹介する。

路面凍結防止対策の現状と課題

道路構造物管理の現状と課題

寒地における冬期の路面凍結防止対策は、道路管理における主要業務の1つである。
本検討業務では、上記対策の課題解決によって道路管理の効率化を図ることを目的としている。

現状

インフラ（道路構造物）管理の抱える課題

ニーズ

課題

25000

気象観測機器の設置

路面凍結予測手法の確立

・観測情報に基づく凍結予測

・適切な散布作業の実施判断

各種観測機器の設置基準の未整備

費用対効果の薄い
観測性能及び設置位置手法に従った観測機器及び設置位置の決定

各種観測情報の活用基準の未整備情報の個別提供に頼る
作業判断支援の不足

アルゴリズム処理による凍結予測情報の提供

700
600

20000
ト500

橋 15000

ン 400

梁数 10000

ネ
ル 300
数200

5000
1000

適切な散布箇所及び適当な散布量の把握

維持構造物の増加と塩害によるｺﾝｸﾘｰﾄ劣化の急増

凍結防止剤の散布
・凝固点降下による凍結防止

2006

タイミングを誤った
凍結防止対策の実施

対象区間における凍結防止剤の一律散布

安全性重視による
過度の凍結防止剤散布

2016

2021

2001

2006

2011

2016

2021

年度

建設後５０年以上となる構造物の推移（直轄国道+４公団）

・出動の効率的判断
・管理コストの削減（凍結防止剤散布量の節減）

環境負荷への配慮
・塩害の低減凍結発生領域と路面温度と塩分濃度の関係

開発事例※路面状態分類は現地計測のデータを採用
10

湿潤

汎用性の高い路面状態予測手法（プロトタイプ）の開発
H16年度観測データ(新潟試験所)による検証（1~3時間後的中率：%）

予測精度の向上（実用化レベルの凍結予測）

積雪

凍結発生領域凍結

4①

・秋田県下の国道で精度認知（30日間）後、長野県下の国道にて汎用性のある短期路面状態予測手法を開発

乾燥

86

2011
年度

道路管理の効率化

経験則に基づく散布作業車の出動判断

路面温度（℃）

02001

乾燥

湿潤

凍結積雪93.9

63.489.477.2

3時間平均:85.6%

・車両計測による塩分濃度時系列推移分析
散布実施
タイミングの判断

現道での実態調査に基づき、塩分濃度と路温の関係から凍結路面発生領域を決定

2

路面凍結予測に基づく線的ハザードマップの提示

0-2

塩 分 濃 度 （％ ）（下 り 1時 間 後 ）塩 分 濃 度 （％ ）（下 り 1時 間 後 ）1 0 区 間 移 動 平 均 (塩 分 濃 度 （ ％ ） （ 下 り 1 時 間 後 ） )1 0 区 間 移 動 平 均 (塩 分 濃 度 （ ％ ） （ 下 り 1 時 間 後 ） )55-44.5
4.5
4-63

ブ レ ー キ ング区 間
ブ レ ー キ ング区 間

交差 点
交差 点

上 り 勾 配直 線
上り勾配

151.50151.50151.45151.45151.40151.40151.35
151.35kp（ km ）曲線
曲上線り 勾 配

下 り勾 配下 り勾 配Ⅲ ラン クⅢ ラン ク151.30151.30151.25151.25151.20151.20

下 り勾 配下 り勾 配

直 線
直 線

曲線
下 り勾曲
配線
下 り勾 配上り勾配
Ⅳラン ク
Ⅳ ラン ク

152.05152.05直線

Ⅰ ラン クⅠ ラン ク

152.00152.00曲線
上 り 勾 配曲 線
上 り勾 配151.15151.15直線
直線

151.10151.10150.50150.50150.45150.45150.40150.401

曲線
曲勾線配下りⅡ ラン ク 下り勾配
Ⅱ ラン ク151.05151.05

Ⅰ ラン クⅠ ラン ク1

上 り勾 配上 り勾 配151.00151.00直線
下 り 勾 配直 線
下り勾配

上り勾配

150.95150.95

直線曲線
直上線
り 勾 配曲 線

150.90150.901.5
1.5

151.95151.952

塩分濃度（％）

151.90151.902151.85
151.852.5
2.5

151.80151.8010151.75
151.759151.70
151.708151.65
151.657150.85
150.856150.80
150.805150.75
150.754150.70
150.703150.65150.652150.60
150.601150.55
150.550

3

151.60151.60

-10

3.5
3.5

151.55151.55

塩分濃度（%）
塩分濃度（%）

4-8p（ km ）塩 分 濃 度 の 減 衰k 傾
向 を示 す 区 分
塩 分 濃 度 の 減 衰 傾 向 を示 す 区 分

開発事例

凍結防止剤散布判定センサー

システム導入例（国道5号）②道路路面状態監視システム（観測局）

凍結防止剤散布支援システムの構築

DOPA

観測情報

管理ボックス

新規センサ
GMAセンサ※・路面状況 ・路面温度・塩分濃度

システム装置オンライン入力※GMAセンサ：固定型多機能路面状況センサ

端末出力

凍結防止剤散布作業の実施タイミング表示
・試験区間を3分割
・各区間の短時間予測(1,2,3時間後の路面状態予測)

電源ボックス

凝固点開始塩分濃度に基づく線的予測手法の検討
塩分濃度センサー

東北管内の国道で技術開発された路面状態予測手法を関係者へのヒアリングを通じて、凍結危険度レベルの判定表示に発展させた。

インターネット回線
ドライバー向け情報◆各区間の凍結ハザード代表地点にGMAセンサを設置。
◆ ハザードマップに基づく、区間毎の準線的な凍結予測によって散布判断を支援。
・低コストでのシステム構築が可能。
・判定の上でセンサ精度に実用的な支障なし。

・・凝固点開始濃度
凝固点開始濃度・路温・路面状態
・路温・路面状態
・塩分濃度
・塩分濃度

ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ
維持事務所 等
L：塩水（液相）、L+S1：塩水+氷（水の固相）
L+S2：塩水+塩の固相、S+S2：氷+塩の固相* 路面凍結対策における塩散布の最適化/村国 誠
日本雪工学会誌2005‑7 ｐ224 より(独)土木研究所 寒地土木研究所・北海道ITS推進フォーラム
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平成18年9月8日 寒地ITSワークショップ（兼第18回寒地道路連続セミナー）
システム導入例（長野県）

データ処理装置の機能構成
データ登録機能では、埋設されたGMAセンサから塩分濃度／路温／路面状態データを受信し、データベースに登録

管 理 ボ ッ ク ス

集計・編集処理機能では、登録データを参照しシステ
ムの中間処理として、情報提供及び帳票出力に必要な集計処理、路面状態予測に必要な編集処理等、他機能の実現に必要な集計・編集機処理を可能とする。
このときの処理結果は、データベースに登録される。
路側線から 200

路面状態予測機能では、上記の登録データを参照し、路面状態予測手法に基づいて1～3時間後までの路面状態予測（凝固点開始濃度の時系列計算）を行う。
この予測結果をもとに、情報提供機能を通じて凍結防止剤散布作業の実施判断を支援する。

管理ボックス
塩分濃度計・観測記録装置・通信装置 など

情報提供機能では、予測結果に基づき、薬剤散布作業の実施判断を支援する各種情報をモニタ出力する。
このとき、塩分濃度データのほか、塩分濃度から予測される凝固点開始濃度及び管理閾値を基本表示させる。
なお、ここでWebサーバ機能を搭載させ、出力データをHTML形式に変換してインターネット網を通じて事務所外（除雪ステーション、作業現場等）での閲覧を可能とした。

帳票出力機能では、データベースを参照し、集計データを基に各種帳票データを出力可能とした。

凍結危険度の設定とｾﾝｻ精度

現道における薬剤散布評価試験
システムによる実用化試験

凍結危険度の設定
凍結危険度［小］凍結危険度［中］凍結危険度［大］我国で初めてとなる散布評価試験を実施

路面が乾燥や湿潤～積雪であっても、路温が高く凍結は考えにくく、凍結防止剤の散布は不要。
積雪や路温低下傾向にある湿潤状態であり、一応の注意が必要との予測であり、凍結防止剤の散布は現場状況を確認のうえ、散布責任者が判断・決定する。
今後路面が凍結する恐れがあり、散布作業車を出動させて凍結防止剤を散布する必要がある。

至上 至
越 上赤 川地 先
越159
赤 川地 先 3 0 0 15 930 0

野尻 S T
野 尻S T

上信

散布対象区間

越道
上信越道

信濃 町
I C信 濃町
IC

GMAセンサの判定精度

C
B
A
地 C地
B地 A
点 地点
地点 地点
点
点

牟礼 S T
牟礼 ST

1 35
10 0 1 35
100

豊野 豊
地 野
先 地先
至長 野
至長野

評価試験区間
1.7ｋｍ
152050152

150400150

05 0400

評価試験区間1.7ｋｍ

調査期間中、GMAセンサ設置位置において予測された危険度評価と目視観測された判定とを比較した結果、全体的中精度は89.5%であることが検証された。

■

試行運用の結果 約2週間の実施運用評価試験のより調査区間：約1.7kmに対し、16回の散布出動中12回分を非散布にした
約820kgの削減に成功開発した試行システムによって、凍結防止剤の散布量の大幅な削減効果が期待できる。

新技術手法と従来手法の比較

既往導入システムと新技術との比較
表-1 現状システムと他システムとの評価比較対比表
方式

新システムによる路面凍結防止対策の特長
従来の管理手法

開発した新手法

適用範囲

・凍結予測範囲は、センサ設置地点の周辺に限定。（点的予測）

・凍結予測範囲は、ハザードマップ上の各区間に拡大。（準線的予測）

予測精度

・路面温度を主とする予測手法の精度は70%程度。既存センサの信頼性が課題となるケースも。

・塩分濃度を主とした新たな予測手法の精度は89％以上。導入したのGMAセンサは信頼性が高い。

現場での有用性・凍結予測の結果だけに依存する運用方法は安全面から見て問題がある。

・作業実施判断の支援的位置付けで、運用では現場判断も反映される。

他地域への展開性・特定基地局の複数センサに依存した地域特化的な手法が採用されているケースが多く、展開性は低い。

・適用センサおよび予測アルゴリズムが確立しており、パラメータ変更によって他地域へ展開が可能である。

コスト効果

・既存センサはB/Cに劣るものが多い。 ・従来より安価なシステム構築が可能。
・現場での有用性が低いため、作業車 ・判断支援は現場での有用性が高く、作業車の出動回数や薬剤散布量等にの出動回数や薬剤の散布量に対する対する影響力は大きい。
影響力は小さい。
・評価試験で75％の薬剤削減効果を実証・コスト節減を前提に導入していない。

概要

パトロール車両に装備された各種センサーにより移動体としⅠ.路面情報測定車て情報を取得、テレ両メータ化された情報から現況を把握するシステム

凍結ハザードの代表地点に埋設された塩分濃度センサーからⅡ.埋設型センサー 得られる情報を基＋凝固開始点濃度 に、予めプログラミングされた凝固開始点手法
濃度手法によって薬剤散布後の凍結を予測するシステム

凍結ハザードの代表地点に埋設された定点観測情報から薬剤散布後の凍結予測を実施することで、測定パトロール車両が出Ⅲ.上記Ⅰ案+Ⅱ案
動するタイミングを判断し、車両走行により線的な情報を得る。
次いで、これらの情報を基に線的な凍結予測を行う。

観測情報
情報の取情報の範囲 評価得点 得タイミ 評価得点
ング

線的情報

定点情報

定点情報+線的情報

5810

測定車両
走行時のみ

常時観測

常時観測＋
測定車両
走行時

5測定項目 評価得点

・路面状況
・塩分濃度
・路温

8・路面状況
・塩分濃度
・路温
・水膜厚
・地温（GL10cm）

10・路面状況
・塩分濃度
・路温・水膜厚・地温（GL10cm）

8

運用上の効果･利点

評価得点

運用上の課題・欠点

評価得点

・路面情報を線的に把握できる

8・予測技術を構築するには1時間以内の時系列データが必要となり、測定車両の運用上単独機能では無理・現状では、現況路面情報の伝達機能しかなく予測システムとなっていな
い-88・センサーの埋設近傍の一定範囲のみの情報が主体となることから凍結ハザードの設定が重要となる。そのため、情報精度を高めるには多数のセンサーを埋設しなければならない。

8・センサー設置箇所の路面情報を常時把握できる・短期凍結予測が可能
・薬剤散布効果と減衰傾向を把握できる

10

・路面情報を線的に把握できる・センサー設置箇所の路面情報を常時把握できる・短期凍結予測が可能
・薬剤散布効果と減衰傾向を把握できる
・Ⅰ案、Ⅱ案の不足分を互いにカバーしあうことで、一方のシステムが機能しない場合でも対応可能となる。

10-5注）評価得点は10、８、５の採点配分とし、減点は-10、-8、-5の配分とし、減点のない場合の最高点が50点となり、これを100点換算評価したものを総合評価点とした。

冬期ITS路面情報管理技術の確立へ向けて他路線区間への展開方法について・開発された凍結危険度予測システ
ムは、従来に比べて費用対効果に優れた冬期道路管理の実現が可能。
・試算の結果、実展開により大きなコスト削減効果が期待できる。

他地域への導入・車両情報と定点情報とを融合させるためにシステムの改良が必要-6

汎用性の検証

凍結防止剤散布支援技術ガイドラインの提案(独)土木研究所 寒地土木研究所・北海道ITS推進フォーラム
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予測システムの可能性と手法 評価得点

・予測技術を構築するには1時間以内の時系列データが必要となり、測定車両の運用上単独機能では無理・現状では、現況路面情報の伝達機能しかなく予測システムとなっていない
・観測車両情報のデータ蓄積を基に別途予測技術開発が必要。
・埋設されたセンサーから常時データが蓄積されることで、現状のままで近傍の凍結予測が可能である。
・予測精度が低下した場合でも、蓄積されたDBから予測式の変更メンテナンスが容易である。
・凍結予測に用いる手法は、凝固開始点濃度予測手法。

・凍結ハザードの代表地点として設定された定点情報から常時観測データが入力されることで、いち早く凍結予測が可能となる。加えて、観測車両から送られる移動観測データが定点情報を補う形で線的な凍結予測を可能とする。
・凍結予測に用いる手法は、凝固開始点濃度予測手法。

総合評価
合計評 得点（評価価得点 得点/基準得点）

3214283468

104590