第64回（2020年度）

北海道開発技術研究発表会論文

凍結防止剤散布支援システムの構築および精度検証について
国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所 寒地交通チーム ○徳永 ロベルト同上
齊田 光同上佐藤 昌哉
寒地土木研究所では、オペレータの熟練度に左右されずかつ一人乗車でも確実で安全な凍結防止剤散布作業（指示・判断・操作）を可能にする散布支援技術の確立に取り組んでいる。令和元年度は、過年度までの被験者実験の結果等を踏まえ、凍結防止剤散布支援システムを設計・構築し、実際の道路において当該支援システムの精度検証を行った。本報告では、システ
ムの概要、検証の結果および今後の予定について述べる。
キーワード：除雪・防雪、維持・管理、凍結防止剤、散布支援

1. はじめに支援がもたらす効果や技術的課題の抽出を行ってきた。
これらの結果を踏まえ、著者らは令和元年度に実際の凍結防止剤散布作業（指示・判断・操作）を支援する凍結防止剤散布支援システム（以下、AIS3：Anti-icer Spreading
Support Systemの略）を設計・構築し、実道における当該支援システムの検証を行った。本報告では、構築した
AIS3の概要、実道における検証結果および今後の予定について述べる。

積雪寒冷地域の道路では、冬期の降雪・低温によって非常にすべりやすい雪氷路面が発生する。そのため、道路管理者は道路の除雪や凍結防止剤散布を日常的に行っている1）。
道路管理者による凍結防止剤散布の判断は、諸外国の除雪等に関するハンドブック2、3）や冬期路面管理マニュ
アル（案）4）等に記されているように、当日の気象や現地の路面条件を把握し、これらを参考にしながら必要な区間において行っている。具体的には、凍結防止剤を路
2. AIS3 の概要
線全線に散布するのではなく、凍結路面の発生しやすい箇所や凍結が発生した場合に交通障害の程度が大きくな
本研究で設計・構築したAIS3（図-1）は、散布指示支る区間を重点管理エリアとして予め設定し、これらの箇所・エリアにおいて気象予報等に基づいた事前散布（凍結予防）や現地での目視確認による事後散布（雪氷融解）を行い、作業の効率化に努めている。しかし、我が国では近年の少子化による人口減少に伴い、経験豊富な除雪等オペレータ（以下、オペ）の離職と若手減少による人材難も大きな課題となっている。
このような中、近年では車載式光学路面状態判別センサーの利用や散布作業の自動化5）が試行されるなど、オペの判断・作業を支援する技術の検討が進められているが、これらの技術は導入コストが高額であることや昨今の財政的な制約等が理由で普及が進んでいないのが現状である。
寒地土木研究所では、安価でオペの熟練度に左右されずかつ一人乗車でも確実で安全な凍結防止剤散布を可能にする凍結防止剤散布支援技術の確立に取り組んでいる。
徳永ら6）は、過年度より被験者実験を重ねて散布支援の図-1 AIS3の概念図
有無・種別によるオペの心理状態や挙動の変化から散布
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援ツール（以下、指示ツール）、散布判断支援ツール（以下、判断ツール）および散布操作支援ツール（以下、操作ツール）の三つのツールで構成されているアプリケーションである。また、これらのツールはインターネッ
トを介してリアルタイムに連携可能である。なお、指示ツールは寒地土木研究所で冬期の路面凍結予測情報等を道路管理者に提供するために試行運用している既往の冬期道路マネジメントシステム7）内に組み込み、判断ツー
ルおよび操作ツールは凍結防止剤散布車の運転席左前方に設置したタブレットPCにインストールし、これを凍結防止剤散布装置と連結させて当該装置を制御した。
（1）指示ツール
指示ツール（図-2）は、インターネットブラウザ上で散布作業指示事項の入力および閲覧が可能なアプリケーションである。当該ツールは、冬期道路マネジメントシステムと同様の開発言語（Java Script等）およびWebGIS（国土地理院や民間企業が提供する背景地図）を用いて構築した。また、上記マネジメントシステムと連携させることで、冬期の路面状態予測情報（気象メッシュ、路面温度・路面状態等）を参考に、事務所等の維持作業指示者（道路管理者または道路維持従事責任者）が机上PCのキーボード、マウス、タッチパネル等を操作しながら散布区間毎の散布起終点、散布幅、散布量等を容易に入力できるようにした。更に、維持作業指示者が入力した指示データは、入力後にインターネットを介して自動的かつリアルタイムに凍結防止剤散布車内に設置したタブレットPC（写真-1）に送信できるようにした。
国道のように明確な距離標（キロポスト）を有しない路線でも使用可能にするため、散布作業実施個所等の位置情報を距離標に限らず、座標判定方式（測位および方位）も採用し、当該支援システムの適用範囲を拡大した。
また、座標・方位の活用によって、散布作業区間が同一路線の上り下りや交差する路線等に隣接して複数存在する場合の誤判断や誤操作を指示段階から回避することが可能になった。なお、指示データの保存形式は他のアプリケーションでも容易に変換・活用できるようCSVファイル形式とした。
（2）判断ツール
判断ツールは、前述のとおり、凍結防止剤散布車内に設置したタブレットPCにインストールした。

写真-2 GNSSモジュール一式

図-2 指示ツールの入力および確認画面
図-3 タブレットPC画面上の表示レイアウト

タブレットPCは、冬期の多湿・低温かつ振動が大きい劣悪な車内環境でも安定的に稼働可能な防塵・防水・耐衝撃型で容易に脱着が可能なものを採用した。また、
GNSS（写真-2）に関しては、人工衛星からの信号受信が困難な市街地、山間部、トンネル内等でも車両の位置を正確に測位するため、準天頂衛星（QZSS）の信号も受信可能な複数の衛星システムに対応したマルチ測位機
能と自律航法機能（3軸角速度センサーおよび3軸加速度センサー）を搭載した陸上用GNSSモジュール（古野電写真-1 散布車両内に設置されたタブレットPC

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気株式会社製GNSS：PT-G1、測位更新周期10Hz、動的御（散布開始、散布終了等）を可能にした。
精度2.5m）を採用し、これをタブレットPCに接続した。
更に、指示ツールで入力した作業指示情報をインターネット経由でタブレットPCがリアルタイムに受信できる通信機能も加えた。
当該ツールは、要散布区間の最大200m手前から前方の路面状態（雪氷・湿潤）や道路構造（交差点、カーブ、橋梁等）を示す画像と断続的な警告音（ビープ音）でそれらの存在を知らせる情報提供を行い、散布作業の判断を促す。また、100m・50mと上記区間に近づくにつれ、画面上の要散布区間が接近していることを示すとともに警告音の間隔も短くなる。更に、要散布区間の起点を通写真-3 中型トラックに載せた凍結防止剤散布装置
過するとビープ音が連続音になり、区間内を通過中であることを知らせ、区間の終点を通過すると画像・警告音が消え、散布作業の終了を促す（図-3、左）。
（3）操作ツール
操作ツールのアプリケーションは、判断ツールと同様に凍結防止剤散布車のタブレットPCにインストールした。当該ツールは、タブレットPCの画面に表示した散布設定ボタン、散布開始・終了ボタン等（図-3、右）をオペが手で直接触れて操作する手動操作機能を備えている。また、オペが操作パネルのボタンを手で操作することなく発声によって凍結防止剤散布装置の制御が可能な音声操作機能も有し、オペは、「30（グラム）」、「開始」、「終了」等の単純な命令を運転中に発声し、凍結防止剤散布制御装置を操作できる。更に、当該ツールには凍結防止剤散布装置を自動制御するための制御プログ
ラムも組み込まれており、運転中のオペが一切操作することなく、自動的に散布量設定、散布開始・終了等が可能な自動散布機能を有し、散布対象区間を通過するだけで凍結防止剤散布制御装置が自動的に作動する。
また、判断ツールと同様にタブレットPCに接続されたGNSSによる日時、測位、操作情報等を集約およびマッチングし、これをCSVファイル（10Hz）に自動変換し、15秒毎にインターネット経由でWebサーバーに送信して凍結防止剤散布作業状況をリアルタイムにWebGIS上で確認できる他、作業記録データとして蓄積する機能も備えている。
（4）操作ツールと凍結防止剤散布装置の連結
本研究では、市販の車載式凍結防止剤散布装置（繁多機械株式会社製、MS-05AH、積載容量0.5トン）を用意し、中型トラックの荷台に設置した（写真-3）。
操作ツールによる凍結防止剤散布装置の制御には、写真-4に示す継電器モジュール（Quimat社製：QY15、4チ
ャンネル、USB対応）を用いた。当該モジュールをタブレットPCと凍結防止剤散布装置コントローラ間の信号変換器として使用し、操作ツールからの制御信号を変換して継電器を作動させることで凍結防止剤散布装置の制写真-4 凍結防止剤散布装置制御用継電器モジュール

3. 凍結防止剤散布支援システムの精度検証
本研究で構築した凍結防止剤散布支援システムの精度
検証は、令和2年2月中旬（4日間）の夜間（17:30～22:00）に寒地土木研究所が所有する苫小牧寒地試験道路の入口付近の一般国道235号側道KP5.0からKP16.0（浜厚真野原公園）までの約11km（往復約22㎞）の区間で行った（図-4および写真-5）。検証中の天候は、概ね冬日の曇り一時晴れで、時折降雪が発生したが、視界不良など車両の走行や本精度検証に影響を及ぼすような状況には至らなかった。
本検証では、i）音声操作機能（以下、音操）」およびii）自動散布機能（以下、自散）の2機能を用い、散布支援種別による散布作業の精度について調べた。なお、これらの機能では判断ツールによる情報提供（画像・警告音）も行った。
被験者は、男性6名および女性2名（計8名）で全員が建設業関係者（凍結防止剤散布経験なし）、年齢は40～60代（平均年齢50.8歳）、運転経験は平均30.1年および全員が自動車運転免許保有者（準中型自動車以上）であった。
被験者は、前述のトラックを運転し、助手席には実験補助員が同乗して被験者への指示を行なった他、走行中

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や旋回時の安全確認等を補助した。なお、被験者には図-4に示す区間を走行中に次の要領で散布作業を行うよう指示した。交差点では、交差点100m手前から交差点終了（対向車線の停止線）までの区間において凍結防止剤散布作業（散布量：30g/m2）を行う。また、カーブ区間
では、カーブ開始地点の50m手前からカーブ終了地点までの区間において凍結防止剤散布作業（散布量：20g/m2）を行う。更に、橋梁区間では橋梁開始地点（欄干起点）の50m手前から橋梁終了地点（欄干終点）までの区間において凍結防止剤散布作業（散布量：20g/m2）を行うこととした。

表-1 散布支援の種別による距離差

支援種別（散布開始・終了）
散布開始
散布終了
散布開始散布終了

音操
自散

距離差
標本数平均値（m）

中央値（m）

標準偏差（m）

142142103103

15.5
33.4
-7.3
-7.3

24.9
28.3
-8.0
-8.0

43.5
64.2
0.4
0.4

図-5 散布支援種別による距離差

図-4 一般国道235号（赤線：KP5.0～KP16.0区間）

写真-5 一般国道 235 号における精度検証

実験手順は、①実験内容に関する説明と実験参加の承諾、②試験車両および散布支援システム（車載タブレッ
トPC）の操作方法確認、③苫小牧寒地試験道路周回路での練習走行（昼間）、④実道走行試験および⑤実験後のアンケート票記入とし、被験者1名の実験所要時間は約120分（休憩時間を除く）であった。なお、実道走行に際し、被験者は道路交通法規（法定速度等）を厳守するとともに路面状況を踏まえながら試験車両の運転および散布作業を行った。
表-1は、散布支援の種別による散布指示地点（開始・終了）と散布操作地点（開始・終了）の距離差の標本数、平均値、標準偏差等を示し、図-5は散布支援の種別による散布指示地点（開始・終了）と散布操作地点（開始・終了）の距離差を箱ひげ図で示している。なお、当該図の箱の左端は全データの25パーセンタイル（第一四分位数）、右端は75パーセンタイル（第三四分位数）および箱の中の線は50パーセンタイル（中央値）を示す。また、箱から延びるひげの端は箱の長さの1.5倍以内にある最小値・最大値までの距離を示す。最小値以下・最大値以上の値は、はずれ値を「○」で表し、異常値は「＊」で示す。
音操の場合、散布指示地点（開始・終了）に対する散布開始・終了時地点の平均距離差（標準偏差）は散布開始で15.5m（43.5m）および散布終了で33.4m（64.2m）となり、散布指示地点（開始・終了）に対する実際の操作地点に遅延およびばらつきが認められた。これらの理由については、実験後の被験者への聞き取り、車内画像データ等から音声操作機能の感度不足、応答遅延等が原因であることが分かった。音操は、自散によって予め設定

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された散布区間以外の区間において運転中のオペが任意に散布装置を作動させる際、運転が疎かにならず確実に作業を行うために必要な機能である。そのため、今後も音操の感度および応答性を向上させるためのプログラム改良を行う必要がある。
一方、自散の場合は散布指示地点（開始・終了）に対する散布開始・終了時地点の平均距離差（標準偏差）が両者ともに-7.3m（0.4m）となり、自散の値が音操のそれらよりも著しく小さく遅延も生じなかった。なお、自散の散布開始・終了地点が散布指示地点より約7m手前となった理由は、操作ツールのアプリケーション構築の際に、凍結防止剤が散布装置から排出され路面に到達するまでの時間（ゲート開口時間、落下時間等）を考慮して早めに作動するよう調整したためである。以上のこと
から、自散の場合は路面が凍結しやすく延長が短いボッ
クスカルバート上のような区間でもほぼ確実に全面散布が可能であると言える。

謝辞：本研究の精度検証は、北海道開発局室蘭開発建設部苫小牧道路事務所のご協力のもと実施した。ここに謝意を表する。

参考文献
1） 国北海道開発局：令和元年度・頻発する暴風雪を踏
まえた今冬の取組について、令和元年11月、URL:
https://www.hkd.mlit.go.jp/ky/kn/dou_iji/ud49g7000000a5yeatt/ud49g7000000a607.pdf（令和2年10月確認）。
2） Southwestern Pennsylvania Commission Water Resource
Center: Quick Resource Guide for Winter Maintenance BMPs,
2016, https://spcwater.org/wpcontent/uploads/2020/01/WinterMaintGuidebook.pdf、（令和2年12月確認）。
3） Minnesota Local Road Research Board: Minnesota Snow andIce Control - Field Handbook for Snowplow Operators, SecondEdition, October 2012,
http://www.mnltap.umn.edu/publications/handbooks/documents/snowice.pdf、（令和2年12月確認）
4） 北海道開発局建設部道路維持課：冬期路面管理マニ
4. まとめと今後の予定
ュアル（案）、平成 9 年 11 月。
本研究では、凍結防止剤散布作業（指示・判断・操作） 5） Thompson Gregory et al.: Clear Roads – Developing a Totally
Automated Spreading System, Final Report, February 2014,
を支援するAIS3の設計・構築に取り組み、実道におけるhttp://clearroads.org/wp-content/uploads/dlm_uploads/11-03当該支援システムの精度検証を行った。
検証結果から、音操の感度不足、応答遅延等が認めら
Totally-automated-spreader_final_report.pdf、（令和 2 年 12れ、今後もアプリケーションプログラムの更なる改善が月確認）。
6） 徳永ロベルト他：凍結防止剤散布支援技術による作必要であることを確認した。他方、自散の場合は音操に比べて操作精度が著しく高いことが分かり、自散の活用業パフォーマンスの向上について、第35回寒地技術による安全で確実な散布作業の実現に見通しが立ったと
シンポジウム、寒地技術論文・報告集、Pp. 191196、令和元年11月。
言える。
7） 切石亮他：冬期道路マネジメントシステムの試行運
今後は、音操の改善を図るとともに、既往の路面凍結予測技術、非接触式路面状態判別センサー等のデータを用について、第57回北海道開発技術研究発表会、平活用した当該支援システムの実用性向上に取り組む予定
成26年2月、URL:
https://thesis.ceri.go.jp/db/files/5384566425460277f138cc.pdfである。また、道路管理者と連携して実際の冬期路面管理作業におけるAIS3の実践的な検証に臨む所存である。
（令和2年10月確認）。

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