旅客上家屋根電気融雪装置用積雪センサを活用した最適制御システムの展開と効果について
原宏＊1・阿部真季＊1・船山

花穂＊1・酢谷

１．はじめに

浩＊2・徳永透＊2

２－１ 開発経緯

鉄道の駅には、ホームで列車を待つお客様が雨雪に濡れる

従来の気温制御では、融雪マット上に実際積雪があるかどことを防ぐための建造物である屋根、「旅客上家」が設置さうかが把握できない。そのためどうしても安全側の制御になれている。多雪地域の駅の場合、降雪・積雪により屋根からってしまう。融雪マット部を直接見るようなセンサの開発が線路上空に張り出すいわゆる「雪庇」によるパンタグラフの課題であった。種々検討を重ねた結果、道路の路面融雪用に破損事故や落雪による旅客傷害事故などの防止を目的に、屋開発・実用化された装置の中で、福井県雪対策・建設技術研

根軒先に融雪マット（ヒーター）を設置している（写真１）。

究所（当時）の画像処理で積雪を検知する方式を活用した屋
根融雪用の装置を、２年（２０１１～２０１２年度）の現場融雪マット試行を経て開発するに至った。その結果、融雪効果及び運転時間削減についての効果が検証され、現場導入に至った。１）２－２ 積雪センサシステム構成（概要）
図１にシステム構成を示す。画像処理判定用カメラで撮影した静止画をネット経由で遠隔制御ＰＣに送付。制御ＰＣが画像を解析し積雪ありと判定すると、今度は運転信号を再びネット経由で制御盤に送信する仕組みで動作させる。

写真１ 雪庇防止用屋根融雪装置
これら融雪装置は安心・安全な旅客設備を提供するため自動融雪マット制御により運転を行なっている。
従来は、降雪センサや気温センサによる自動制御（以下気②積雪判定
画像温制御）の方法だったが、水分感知や温度による制御の場合

画像

カメラ

運転指令

だと、どうしても設定が安全側にならざるを得ない。例えば
屋根上に積雪がないにもかかわらず、気温が低くなっただけ①屋根を撮影インターネット

運転指令③融雪マット運転制御 PC制御装置

融雪マット
制御盤で設備を稼働させてしまうなど、無駄になる運転が発生していた。そのため地域の性格上、雪氷期にはシーズンを通して

図１ 積雪センサシステムの構成

ほとんど連続運転している結果となってしまっており、電力２－３ 機器及び設置状況（写真２）料金の支出（及びＣＯ２の排出）に課題があった。

（１）カメラ

ＪＲ東日本新潟支社管内の冬期雪氷対策において、現場第カメラ装置は汎用的な Web カメラを使用し、積雪判定用ペ一線での技術開発にてこれらの課題解決のための「画像処理イントが適切な視野に入る位置に設置する。設置箇所は当該による制御システム（以下積雪センサシステム）」を開発し箇所に跨線橋があれば活用するが、適当な構造物がない場合た。当初は２年間の試験施工からスタートし、安定した設備は上家上に架台を設け設置する。の提供と電力料金の削減の両立のほか、大幅なＣＯ２の削減（２）赤外線投光器も達成することができた。こうした十分な効果が認められた

夜間検知用に、列車の運行に支障のない不可視タイプの赤上で、上越線の小出駅と越後湯沢駅（在来線）の現場に本導外線投光器を設置する。

入され、その後順次複数駅に展開されることとなった。これ（３）積雪判定用ペイント

らの経緯及び効果について紹介する。

積雪検知用に、融雪マット上で路面用システムと同等の２．制御システム概要＊１東日本旅客鉄道(株) 新潟支社 新潟建築技術センター ＊２山田技研(株)効果を出すため、黒いマット表面に決められたサイズで帯状に白くペイントを施す。

メイン画面の各現場の詳細ボタンをクリックすると、現場ごとの主画像と過去２４時間の融雪稼働状況グラフが表示される（図４）。

写真２ 機器及び設置状況
２－４ 閲覧用ソフトウェア
積雪判定のため取得した画像を、そのまま監視カメラの画像閲覧用に活用できるソフトウェアを開発した。三場面構成になっており、まずメイン画面として全融雪制御箇所の画像と融雪装置の稼働状況を表示する（図２・図３）。

図４ 各現場状況画面
次に画像データ検索画面で１５分ごとの過去の全箇所全画像が検索できる。現場の降雪・積雪の推移あるいは融雪状況の検証や確認が可能である。例えば融雪が必要な時のみ稼働していることが過去画像から確認することもできる（図５）。

図２ 閲覧メイン画面（積雪なし）

図５ 画像検索画面
図３ 閲覧メイン画面（積雪あり）

３．気温制御との稼働時間の比較
２０１４年の上越線・小出駅と越後湯沢駅への本導入以降順次導入が進み、２０１８年度までに５駅、計９上家（９つの融雪箇所）において、システムが設置された。本導入後、毎年気温制御との稼働時間比較検証を実施している。ちなみに気温制御の気温データは、近傍の気象庁アメダスのデータを元にしている。
そのうち２０１８年度の分析結果を表１に示す。９箇所のよるものを比較した。気温の稼働条件は、従前より適用していた「５℃以下で運転、７℃以上で停止」を適用。４カ月間の積雪センサシステムによる削減率は、最大で小出上家４号の 79.5％、最小で越後湯沢上家３号の 51.6％、９箇所平均で64.1％の削減率であった。
２０１８年度冬期の各地の降雪状況は、小出周辺は２０
１７年度より少なく平年並の降雪だった一方、越後湯沢周辺は平年並みかやや多いだった（図６）。そのため小出やその2018201612月

融雪装置稼働期間である１２月～３月の積雪センサシステム
による稼働時間と、気温データに基づくシミュレーションに小出 累積降雪量cm
9008007006005004003002001000cm
90080070060050040030020010001月

2017
20152月3月

越後湯沢 累積降雪量

2018
201612月

1月

2月

2017
20153月近辺の越後川口・十日町では削減率は７割以上となった。越後湯沢・石打では平年並みの降雪だったが、２月～３月の降図６ 小出・越後湯沢 過去３年累積降雪量推移グラフ

雪が少なかったこともあり、最終的には平均して５割以上の融雪が必要な時のみ稼働していることよって、大幅な稼働時削減となった。

間短縮が図られていることが毎年確認できている。

気温制御は１２月～２月は全時間の８割以上で稼働してお４．制御パラメータ追加によるさらなる改善り（２月は 100%稼働）、３月でも降雪はなくとも気温はまだ

当システムの一番の課題は、早朝に日射が入った時に融雪低いため、７割の稼働となっている。導入以来の傾向である

マットが濡れていると検知範囲付近が明るく映ったり、霜がが、終冬期でより顕著に稼働時間の差が表れる結果となった。

付着した時などに、「積雪」と誤検知してしまうことである。
誤検知により融雪装置が稼働するため安全側でのエラーなの

表１ ２０１８年度 従来制御との稼働時間比較

で安全上の問題はなく、また全稼働時間における誤検知の割

ムは雪の有無を確実に捉えることから従来の自動制御センサ

合は数％であり、削減金額に比して大きな影響はなかった。

より安全であり、またそのことにより必要な時のみ稼働する

ただ、より安全で精度の高い制御システムの確立を目指しのでかなりの省エネも実現できる。さらに近年の豪雪対策とていくため、２０１８年度に試行的に気温を制御要素に加えしても有効に機能しており、５年間の本稼働で安定した稼働（積雪とのａｎｄ条件）、仮に誤判定をしても気温が低くなも実証されている。

ければ稼働させない制御を越後川口駅で実施した。結果は約コスト面では、積雪センサシステムの初期投資に対し、融４時間の稼働停止増加でそれほど大きな数字ではなかったが、雪マットの面積にもよるが、メンテナンス費を考慮しても２日射の影響で誤判定が発生している他の駅もあるため、今後～３年で電力料金の削減により回収できる。

は新設箇所から順次基本仕様として採用することとした。
５．電力料金及びＣＯ2 削減状況

本装置は既設の融雪装置にほとんど改良を加えることなく導入可能である。融雪マットの面積が大きいほど、省エネ効

表２にて積雪センサシステム制御と気温制御における電力果のメリットが大きいため、管内の融雪マット設置箇所に優料金削減額とＣＯ2 削減量を算出した。方法としては、各駅先順位をつけ、毎年少しずつ導入箇所を増やし、支社内水平各上家の融雪ヒーターの全体容量（ＫＷ）に稼働時間と電気展開を順次図っている状況である。

料金を用いて、それぞれの制御による電力料金を導き、気温制御から積雪センサ制御の値を引いて算出した。
２０１８年度は、９上家の合計で約１，１００万円の電力

今後も本システムが冬期に快適にご利用いただける駅の実
現とサービス品質向上に寄与することを広く周知し、導入促進に積極的に取り組む所存である。

料金削減となり、ＣＯ２削減量は１７４トン（杉の木ＣＯ２吸収量換算：約１２，４００本に相当）であった。当システム（参考文献）の削減効果から、導入箇所の増加に比例して、合計の削減金

１） 山崎 三知朗：路面積雪センサを応用したホーム屋根融雪制

額・削減量もそれに比して増加することになる。

御システムの開発 ～検知・監視能力を活かした鉄道分野へ

６．まとめの適用～ ふゆトピア 2014 釧路 第２６回研究発表会論文集

安全かつ安定的な輸送と経費削減の両立を目指す場合、まずは安全を優先して設備するのが一般的であるが、本システ

表２ ２０１８年度 各現場ごと電気料金及びＣＯ２排出量削減状況