技術資料

暴風雪による視程障害時における除雪車運行支援に関する検討
新保

１．はじめに貴広

舟橋誠

久慈直之の中心にガイダンス用の走行目安線を表示した。また、現在位置や道路周辺状況を把握しやすいように、近年、積雪寒冷地では気候変動の影響による極端な暴風雪に伴い、車両の立ち往生や長時間にわたる通行点群情報を基に道路や道路周辺の起伏・背景をカラー表示した。

止め・集落の孤立など、障害の発生が増えてきている。

ガイダンス画面はオペレータの運転操作のしやすさ

このため、暴風雪による視程障害時においても安全にを考慮し、運転席からの視点（以下、「コックピット除雪作業を行い、道路交通の早期解放や緊急車両の先ビュー」という）、後方からの鳥瞰的な視点（以下、「バ導を可能とする除雪車の開発については、現場ニーズードビュー」という）、カーナビゲーションのようなが非常に高い。

二次元的な視点（以下、「2Dビュー」という）3種類

本稿では、視程障害時においても安全に除雪作業がを設定した。図－1にガイダンス画面例を示す。

行える運行支援技術として、自車位置を特定し車線内を走行するための車線走行支援技術と、除雪車周囲の人・車両・道路工作物などを探知し衝突事故を防ぐための周囲探知技術について検討したので報告する。
２．車線走行支援技術の検討
車線走行支援には、自車位置を正確に測位する技術が必要である。自車位置測位には、GNSS測位を用いることが基本となるが、衛星不感地帯には補完技術が必要となる。過年度に磁気マーカシステム※1を用いた自車位置推定実験を行い、除雪作業を行いながらでも自車位置測位が可能であったことから1)、磁気マーカを用いた車線走行支援ガイダンスを試作し検証実験を行った。
２．１

ガイダンス試作機の作製

磁気マーカシステムとIMU※2による自律航法を組み合わせた自車位置推定システムを用いた車線走行支援ガイダンスを試作した。ガイダンス試作機は、ロボッ
ト用オープンソースソフトウェア「ROS」※3の可視化ツールである「RViz」をベースに新たに開発したものである。RVizは、ROSで通信されるデータであれば種類を問わず表示することができ、外部からのセンサ情報やロボットの形状モデル、地図、計画軌道などを三次元表示することができる。
苫小牧試験道路全周の高精度三次元地図データベースを作成し、ベクターマップにより区画線と走行車線
38

図－1

ガイダンス画面例
寒地土木研究所月報№811

2020年11月

２．２

実験方法

ガイダンス試作機の測位方法は、磁気マーカシステ
ムとIMUによる自律航法の組み合わせによる自車位置推定システム（以下、「磁気マーカ方式」という）とRTK-GPSによる位置測位（以下、「RTK方式」という）がある。過年度の実験結果よりRTK-GPSの測位結果は、TSによる走行軌跡の測位結果と同程度の精度があったことから、RTK方式と磁気マーカ方式の測位結果を比較することで測位精度を検証することとした。
また、視程障害時におけるガイダンスによる運転操図－2

作性を検証するため、フロントガラス全面の視界を遮実験場所平面図

断し、視程障害時を模擬的に再現した状況において、ガイダンス情報を頼りに車線を逸脱せずに走行する実験を行った。
２．３

視界遮断用
ビニールシート

RTK方式によるガイダンス性能検証実験

実験は、寒地土木研究所苫小牧寒地試験道路で行った。ガイダンス性能の検証は、直線部から曲線部にかけ連続的に走行させるため、試験コースを半周させた。
そのため測位方法はRTK方式で行った。ガイダンスシステムはリアルタイムに自車位置を高精度地図に表

写真－3 実験状況（除雪機械外観）示するとともに、走行軌跡が記録可能である。高精度
地図には、走行位置をガイダンスするための走行目安線が表示されているため、オペレータは走行目安線に除雪車モデルの中心を合わせて運転することで、車線を逸脱せずに走行することができる。そこで走行目安線の設定座標を基準とし、目視による通常走行の軌跡と視界を遮断した各ガイダンス情報のみによる走行軌跡の測位座標との差を比較することで、ガイダンス性

視界遮断無し写真－1

能を評価することとした。なお、除雪トラックの視界

視界遮断有り

実験状況及び運転室内の状況

遮断はフロントガラス全面に白色半透明のビニールシートを設置した。

２．４

試験コースは半周1,800mで、L=800mの直線部１のRTK方式によるガイダンス性能検証実験結果実験結果を表－1に示す。

うちL=240mが圧雪路面、曲線部はL=160mの全てを実験はガイダンス種類毎に2回行い、実験結果は道圧雪路面とした。圧雪路面性状は、直線部1が平均圧路条件及び走行条件毎に分割し平均処理を行った。目

雪厚さ9.5cm、雪硬度63kg/cm 、曲線部が平均圧雪厚

標精度は±50cmとした。

2さ4.8cm、雪硬度50kg/cm である。圧雪路面では除雪

コックピットビューでは、直線部の除雪時において作業を行いながら走行し、圧雪路面以外の区間は乾燥は目標精度を達成できたが、直線部の回送時と曲線部路面のため回送姿勢にて走行するものとした。の除雪時では、左右方向の最大離隔距離が50cmを超

2

実験項目は以下のとおりである。

える箇所があった。しかし最大離隔距離範囲では1m・ガイダンス種類：コックピット、バード、2D、以内に収まっていることから概ね目標精度を満たして通常走行（ガイダンス無し）いると評価した。バードビューでは、直線部の回送時・走行条件：除雪作業有り、回送のみと除雪時においては目標精度を達成できた。曲線部の実験場所平面図を図－2に、実験状況及び実験時の除雪時では最大離隔距離範囲が1mを超えているため運転室内の状況を写真－1に示す。
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目標を達成できていない。2Dビューはコックピット
39

表－1
ガイダンス
種類無し
（通常走行）
視界遮断無走行条件

道路条件

平均離隔距離(ｍ)回送

直線0.00

直線0.16曲線-0.23

直線-0.36

直線-0.08

曲線0.14

直線0.02

直線0.05曲線0.10除雪

回送
コックピットビュー
視界遮断有除雪

回送
バードビュー
視界遮断有

除雪

回送
2Dビュー
視界遮断有

ュー及びバードビューでは、視界を遮断した状況におガイダンス性能検証実験結果

直線-0.14

直線-0.19

曲線

-0.18

除雪

いてもガイダンス情報に従って車線逸脱することなく最大離隔距離範囲(ｍ)
左方向最大 右方向最大離隔距離
離隔距離(ｍ)(ｍ)
0.49-0.26
0.24
0.39
-0.03
0.37
1.28-0.84
0.44
0.71
-0.61
0.10
0.40-0.32
0.08
0.80
-0.23
0.57
0.60
-0.30
0.30
0.35
-0.12
0.23
1.13
-0.56
0.56
0.79
-0.55
0.25
0.48
-0.46
0.02
0.69
-0.53
0.16

評価

〇
〇

除雪作業が可能なことが確認できた。また、オペレータへのヒアリングの結果、バードビューが最も高い評価を得た。

×
△

２．５

磁気マーカ方式による測位精度検証実験〇

磁気マーカ方式による測位精度の検証は、磁気マー△カを埋設した直線部と曲線部において、設置間隔の違〇いによる測位精度を検証した。

〇

磁気マーカの設置間隔は、過年度の実験結果を踏

×

まえ、直線部では20m、40mに加えてより高い精度が△期待できる10mを追加した。また、曲線部では6m、〇15mでは目標精度が達成できなかったことから、3m、△5mに設置間隔を狭めることとした。圧雪路面性状は、直線部が平均圧雪厚さ9.5cm、雪硬度63kg/cm2、曲線部が平均圧雪厚さ4.8cm、雪硬度50kg/cm2である。磁

ビューと同様の結果となった。一方、比較のため実施

気センサ及び磁気マーカの条件は過年度と同様であした目視による通常走行では、直線部の回送時と除雪る。実験項目は以下のとおりである。

時は目標精度内で走行できたが、曲線部では最大離隔・マーカ設置間隔：直線部 10m、20m、40m

距離範囲が1mを大幅に超える結果となった。
通常走行とガイダンス種類毎の平均離隔距離を比較すると、直線部の回送時及び除雪時では、通常走行とバードビューの平均値は小さく道路中心寄りに走行す：曲線部 3m、5m
・視界遮断の有無：有・無（視界遮断は直線部のみ）・除雪作業の有無：除雪有、除雪無（回送）
実験状況を写真－2に示す。

る傾向が見られた。また、コックピットビューと2Dビューは、左方向に偏る傾向が見られた。曲線部では目視による通常走行でも左方向に偏る傾向があり、2Dビューは同様の傾向を示したが、コックピットビ
ューとバードビューでは、緩和される傾向が見られた。
通常走行では、路面状況が圧雪のため中央線や外側線が視認できなかったため、道路中心より左寄りに走行したものと考えられる。一方、コックピットビューやバードビューでは、ガイダンス画面上に区画線や走行目安が表示されているため、バラツキはあるものの道路中心に沿って走行することができた。
写真－2

オペレータへのヒアリングでは、画面を見ながらの直線部実験状況

運転でも画面酔いをすることはなく、ガイダンスによる走行に慣れると、走行に支障はないことがわかった。

２．６

磁気マーカ方式による測位精度検証実験結果

また、3D地図に背景があるため位置関係を把握しや直線部の実験結果を表－2に、曲線部の実験結果をすく、特にバードビューは俯瞰のため道路の先を見通表－3に示す。直線部の実験では、マーカ設置間隔すことができ、距離感を掴みやすかった。但し、バー10mにおける視界遮断無しの回送時と除雪時の条件にドビュー、コックピットビューともに曲線部の出入りおいて目標精度を達成できた。視界遮断有りの回送時

ではハンドル操作の遅れが生じる場合があるため、あと除雪時では、右方向の最大誤差が目標値を超える箇る程度の習熟は必要と思われる。

所があった。しかし最大誤差範囲では1m以内に収まガイダンス性能の検証実験の結果、コックピットビ40っていることと、平均誤差に大きな差が見られないこ
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2020年11月

とから、視界遮断無と同等の評価と判断した。一方、置間隔を狭めた10mでのみ目標精度を達成できた。今

マーカ設置間隔20m、40mを条件とする過年度の実験回の実験では圧雪路面上に磁気マーカの位置を示すマで目標精度を達成できていたが、本実験では目標精度ーキングは行っておらず、ガイダンスの画面に表示さを達成することができなかった。

れる磁気マーカの位置を目安に実験を行った。そのた曲線部では、マーカ設置間隔3mの回送時においてめ直接目視で路面を確認しながら運転するよりも、細目標精度を達成できた。マーカ設置間隔3mの除雪時

かなハンドル操作を伴う運転となり、自律航法の測位と設置間隔5mの回送時では、右方向の最大誤差が目精度に影響を与えたものと思われる。また、視界を遮標の50cmを超える箇所があったが、最大誤差範囲で断した場合は運転挙動がより不安定になるため、そのは1m以内に収まっていることと、平均誤差に大きな傾向がより強くなったものと考えられる。

差が見られないことから、設置間隔3mの回送時と同曲線部の実験では、マーカ設置間隔を狭めたことにより過年度の実験結果より測位精度が向上した。しか等の評価と判断した。

し曲線部は道路線形に合わせてハンドル操作を行いな
表－2
設置
間隔

除雪有無

視界遮断

平均測位誤差(ｍ)

無し

0.08

回送有り

0.1410m無し

0.07有り0.07無し0.71有り0.52

無し

0.39

除雪

回送
20m
除雪
有り

0.47

無し

0.58

回送
有り

0.75

40m
無し

0.53

除雪
有り

表－3設置
間隔

がら、マーカの位置合わせを行うため、確実にマーカ

自車位置推定実験結果（直線部）

0.53

上をセンサが通過するためには、ガイダンスによる運最大誤差範囲(ｍ)
評価

右方向
最大誤差
(ｍ)

左方向
最大誤差
(ｍ)
0.77
-0.33

〇

0.44
0.71

-0.18

〇

0.39
0.83

-0.17

0.67
2.40

0.04

2.45
2.26

-0.56

1.69
0.86

0.00

0.86
1.41

-0.21

1.20
1.42

0.00

1.42
1.24

0.15

1.38
0.92

0.14

1.06
2.41

0.01

2.43

平均
測位
誤差(ｍ)

回送

0.04

3m
除雪

0.08

回送

0.28

除雪

0.045m３．１

ミリ波レーダによる周囲探知実験の概要△

ミリ波レーダは、ミリ波帯（30GHz～300GHz）の×電波を用いて障害物を検出するものである。電波を利×用しているのでカメラやレーザなどに比べ、気象の影×響を受けにくい特徴がある。

×

過年度にミリ波レーダを用いて実際の吹雪時に探知×実験を行い、視程50m程度の吹雪時でも70m先の車両×の探知が可能であることを確認した。

×

そこで、ミリ波レーダによるガイダンスシステムを×

試作し、未検出や誤検出をすることなく障害物情報をオペレータに提供可能か、また視程障害を再現した視

自車位置推定実験結果（曲線部）

除雪有無

３．周囲探知技術の検討△

0.53
0.51-0.12

転操作の習熟が必要である。

界を遮断した状況において、ガイダンス情報により安全に停車可能かを検証する実験を行った。

最大誤差範囲(ｍ)左方向
最大誤差(ｍ)右方向
最大誤差(ｍ)0.65-0.23

0.42
0.83-0.240.600.69-0.04

0.66
2.08-1.38

0.70

評価

３．２

ガイダンス試作機の作製ガイダンス試作機の作製にあたり、ミリ波レーダに〇△△×

よる障害物の検知判定処理方法について検討した。ミリ波レーダによる障害物検知では、ミリ波による検知、受信結果の1次処理、受信処理結果のフィルタリングによる2次処理の3つの工程が必要である。ミリ波による検知及び受信結果の1次処理については、市販ミリ波レーダの検出結果を活用し、除雪車用に新たに構築した障害物判定処理ソフトウェアにより2次処理を行

本実験では、過年度の実験よりも高い測位精度がうこととした。

得られるよう、磁気マーカの設置間隔を狭め、IMU

ガイダンス試作機は、ミリ波レーダの検出結果を表や磁気センサの調整を行ったが、直線部の実験では示できるツールであり、除雪車オペレータの支援を目

20m,40mにおいて目標精度を達成できず、マーカの設的として、視程障害時におけるミリ波レーダの有効性

寒地土木研究所月報№811

2020年11月41

を検証するために開発した。なお、ガイダンス試作機による視程障害を模擬的に再現した状況において、除は、自車の位置情報や道路の構造情報（車線幅、車線雪トラックを走行させたときにガイダンス試作機で検数、曲率等）を持たないため、直線道路を前提とした出した前方の障害物情報のみを用いて安全に停止可能ガイダンスを行うものである。

か実験を行い、ガイダンス試作機の有効性や課題に関図－3にガイダンス試作機の表示イメージを示す。

するオペレータへのヒアリングを実施した。

ガイダンス試作機の表示画面は、3Dグラフィックス

実験条件は、レーダ設置角度を4度、走行速度をで描画した道路に、ミリ波レーダが検出した障害物情20km/hとし、障害物にはコーナーリフレクタ(CR)を報をオペレータの視線（視野）で重畳表示したもので使用することとした。障害物を検出できなかった場合ある。描画する道路の車線数や幅は所定の範囲内で変や、検出が遅れた場合に除雪トラックが障害物の位置更可能とした。過年度の実験結果より車両の反射断面まで走行しても路面に設置したコーナーリフレクタの積は強い領域に、人の反射断面積は弱い領域に分布し上を除雪トラックが通過することで接触しないようにていることが確認できたため、強領域（車両相当）をした。除雪車の出発地点から100m先の路側帯に障害直方体、弱領域（人相当）を双四角錐表示することで物1、200m先の自車線に障害物2を配置した。

視覚的に区別できるようにした。
オペレータに障害物の接近を警告するため、自車（レ実験状況及び走行中の運転室内状況を写真－3に、実験概略図を図－4に示す。

ーダ）と障害物の距離が近づくにつれ障害物の表示色を段階的に変化させることとした。通常時は青色、注意時は黄色、警告時は赤色に変化する。なお、警報を発する設定距離は任意に変更することができる。また
画面中央上部には、レーダから最も近い障害物までのコーナーリフレクター

ミリ波レーダ

距離が常に表示される。
道路水平方向の検出範囲及び警告範囲も任意設定することができる。図－3の例では、検出範囲を自車の±12mに設定しており、この範囲内の障害物を全て表示させる。警告範囲は自車の±3.5mに設定しており、この範囲内の障害物は警告対象として自車に接近する

視界遮断用ビニールシートと表示色が変更される。図－3の例では、警告範囲内の直近障害物は赤色で表示されているが、右側の障害物は警告範囲外のため青色で表示されている。

写真－3

図－3

３．３

実験状況及び走行中の運転室内状況

ガイダンス試作機の表示イメージ

ガイダンスによる除雪車停止実験

ミリ波レーダ及びガイダンス試作機を搭載した除雪
トラックのフロントガラス全面に白色半透明のビニールシートを貼り付けオペレータの視界を遮断し、吹雪
42

図－4

実験概略図

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2020年11月

ガイダンスシステムのオペレータへの警報は、設定

表－4

距離を注意40m・警告20m、同50m・25m、同60m・30mに設定し、それぞれの停止距離を確認した。なお、

警報距離(m)
No

実験は被験者2名で行い、被験者はガイダンスシステ
ムに従って自車線を走行し、赤色の警告表示を認識したところで停止操作をすることとした。図－5に実験

1

時のガイダンス画面例を、表－4に実験結果一覧を示す。

4

ここで停止時の障害物までの距離はプラウの先端からの距離を示している。レーダの設置位置とプラウの警告⻩色

赤色

40m

2
3

注意

56

検出範囲(m)

20m

50m

25m

60m

30m

実験結果一覧

検出幅

警告幅

3.5m

3.5m

停⽌時の障害物までの距離(m)
被験者1

被験者2

路側帯

⾃⾞線

路側帯

⾃⾞線

－

5.8m

－

8.6m

8.0m

3.5m

－

7.8m

－

6.0m

3.5m

3.5m

－

10m

－

11.8m

8.0m

3.5m

－

12.9m

13.5m

14.1m

3.5m

3.5m

－

15.5m

－

17.5m

8.0m

3.5m

－

17.7m

19.2m

17.5m先端までの水平距離は3.85mであった。
実験の結果、全ての条件において被検者2名ともにガイダンス情報に従い、自車線障害物の手前で安全に路側帯の障害物は、誤検出により自車線に誤表示し停止することができた。警告距離20mでの平均停止距

た場合、その情報を見たオペレータが停止操作をする

離が7.05m、25mでは12.2m、30mでは17.05mだったこか検証するために設置したものである。図－6に一例とから、本実験の条件において安全な停止距離を確保として実験№6におけるフレーム毎の検出結果を示す。

するには、警告距離を30mにすることが望ましいと考

路側帯の障害物は誤検出率が0%であり、路側帯の障えられる。

害物が誤って自車線に表示されることはなかった。しかしながら被験者2の実験№4及び6で路側帯の障害物で停止したのは、ガイダンス画面の表示色の変化による判断ではなく、表示距離のみを見て誤操作した結果

1201101009080706050403020

検出距離 [m]検出距離 [m]であった。

0200400600
フレーム番号
路側帯

800

1000

12011010090807060504030200200

400600
フレーム番号
路側帯

自車線(a)被験者１800

1000

自車線

(b)被験者２

検出率

未検出率 誤検出率 正検出率

検出率

未検出率 誤検出率 正検出率

路側帯100.0%

0.0%

0.0%

100.0% 路側帯

100.0%

0.0%

0.0%

100.0%

自車線

100.0%

0.0%

10.0%

90.0% 自車線

100.0%

0.0%

8.1%

91.9%

図－6

障害物検出結果

被験者に対するガイダンスシステムの評価に関するヒアリングでは、前方が見えない状況ではガイダンスシステム自体の有効性は高く、前方に何か障害物があるという情報は安心感に直結するため、できるだけ遠方から障害物を把握することが重要だということがわかった。また、オペレータとしてはより安全側で警報を受ける方が良く、今回の条件だと注意60m警告30mでのタイミングが望ましいことがわかった。一方で、画面表示（視覚情報）のみでオペレータに情報を伝達する方法には限界があり、音による警報と組み合わせ
図－5

ガイダンス画面例（注意60m警告30m時）

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ことが有効であることが確認できた。
43

 ガイダンス情報に障害物の未探知・誤探知はな

４．まとめ

く、オペレータはガイダンス情報に従いながら、本研究では、暴風雪による視程障害時でも安全に除障害物の10m以上手前で安全に停止可能であるこ雪作業が行える除雪車運行支援として、自車位置推定とを確認した。

による車線走行支援及びミリ波レーダによる前方障害

今後、車線走行支援技術については、主たる自車位物探知のガイダンスシステムを試作し、オペレータに置測位である衛星測位（みちびき等）に関する一般道よるガイダンス性能の検証実験を行った。

での検証試験を行う予定であり、周囲探知技術につい今回の実験で得られた結果は以下のとおりである。ては、ガイダンスシステムの改良及び警告方法の検討(1) 車線走行支援技術については、RTK方式及びとともに、一般道を対象とした除雪現場での効果検証

磁気マーカ方式を用いた自車位置推定システムの及び課題の抽出を行う予定である。

車線走行支援ガイダンスを試作し、除雪車の前方視界を遮断した状態で、ガイダンス情報に従って※1 磁気マーカシステム：MＩセンサを用いた自動運車線内を走行する実験を行った。

転用磁気マーカシステム

 RTK方式によるガイダンス性能の検証では、※2 IMU（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）

コックピットビュー及びバードビューが、視界を※3 ROS（Robot Operating System：ロボット用ソ遮断した状況においてもガイダンス情報に従ってフトウェアプラットフォーム）

車線逸脱することなく除雪作業が可能なことを確認した。また、オペレータへのヒアリングの結果、

謝辞：磁気マーカシステムを用いた自車位置推定実験

バードビューが最も高い評価を得た。

に際し、共同研究「自動運転技術の活用による除雪車

 磁気マーカ方式による測位精度の検証は、直線の運転支援と道路構造・管理に関する研究」の参加企部では磁気マーカ設置間隔10mにおける回送時と業（愛知製鋼(株)、(株)ＮＩＰＰＯ、アイシン・ソフ除雪時で、曲線部では磁気マーカ設置間隔3mのトウェア(株)）から協力を賜った。ここに謝意を表し回送時と除雪時及び設置間隔5mの回送時においます。て、目標測位誤差（±50cm以内）で自車位置を測位することができた。

参考文献(2) 周囲探知技術については、ミリ波レーダを用いた前方障害物探知ガイダンスを試作し、これを搭

1)

新保貴広、山口洋士、久慈直之:視程障害時にお載した除雪車の前方視界を遮断した状態で走行しける除雪車運行支援技術に関する検討、寒地土木て、ガイダンス情報に従って除雪車を停止させる

研究所月報、No.798、pp.25-31、2019．

実験を行った。

44

新保 貴広
SHIMBO Takahiro

舟橋 誠
FUNAHASHI Makoto

久慈 直之
KUJI Naoyuki

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

寒地土木研究所技術開発調整監付寒地機械技術チーム
主任研究員

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

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