報 文

運搬除雪雪量計測システムの開発
Development of a System to Measure the Volume of Hauled Snow
石川真大＊憲弘＊＊

牧野正敏＊＊＊

哲也＊＊＊＊＊

柳沢雄二＊＊＊＊＊＊

佐々木大上

中村隆一＊＊＊＊

Masahiro ISHIKAWA, Norihiro SASAKI, Masatoshi MAKINO, Ryuichi NAKAMURA,
Tetsuya OGAMI, Yuji YANAGISAWA,
積雪寒冷地域では路側に堆積した雪を排除し、車道幅員や堆雪スペースの確保を目的に運搬除雪作業が行われている。北海道開発局における運搬除雪作業の施工管理は、ダンプトラックに積込みされた雪量（雪の体積、m ３）と、ダンプトラック台数の計測により行われているが、その作業は人力に頼らざるを得ない状況であり、正確性や監督員・作業員の負担を改善する必要がある。
本開発は、この施工管理のうち、雪量計測を対象に、ロータリ除雪車前方に取り付けたレーザースキャナで、除雪直前の雪堤体積を計測するシステムを構築するものである。システムを用いた計測試
験は、テストコースで造成された雪堤で行い、精度の高い計測が可能なことを確認後、実際の運搬除雪作業現場で適応試験を行った。その結果から実用に向けての課題を明らかにした。
《 キーワード：運搬除雪；レーザースキャナ；雪量計測；施工管理》
In cold, snowy regions, snow hauling operations are conducted to remove snow accumulated onroadsides and secure the roadway width and snow dumping spaces. Execution of snow haulingoperations by the Hokkaido Regional Development Bureau is managed by measuring the volumeof snow loaded on dump trucks and the number of dump trucks. Since such measurements haveto be made manually, it is necessary to improve the accuracy and reduce the burden on
supervisors and workers.
As part of such execution management, this study focuses on the development of a snow volume
measurement system, which measures the volume of a snow mound immediately before snow
removal, using a laser scanner attached to the front of a rotary snowplow. A test measurement
using the system was conducted using snow mounds built on a test course. After the possibilityof highly accurate measurement was confirmed, an adaptability test was conducted at an actual
snow hauling site, and the results were used to clarify the problems that must be solved before
the system is put into practice.
《Keywords：snow hauling, laser scanner, snow volume measurement, execution management》

2

寒地土木研究所月報№692

2011年１月

除雪雪量計測システム（以下、雪量計測システムとい１．はじめにう。）の構築に向けて試験コース及び実際の現場におい積雪寒冷地域では、降雪と除雪作業の繰り返しによて、検証した結果を報告するものである。って路側の雪堤が成長すると、車道が狭く見通しが悪くなり交通障害等が発生する。このため、路側に堆積

２．現在の運搬除雪雪量計測実態１）、２）、３）、４）、５）、６）、７）、８）した雪を排除し車道幅員を広くするとともに、次の除雪に備えて堆雪スペースを確保することを目的に、運搬除雪作業を実施している。

北海道開発局における運搬除雪作業では、ダンプトラックに備えている検数表への捺印（写真－３）や、タ作業員は運搬除雪作業において路肩に堆積した雪をコグラフの排雪カウンター（チャート紙に印字、写真

ロータリ除雪車でダンプトラックに積込み（写真－１、－４）の読み取りで運搬回数を把握するとともに、雪２）、雪堆積場等へ運搬している。北海道開発局にお堆積場等で積込み量（14ｍ３ 以上／台）の検量（写真－ける運搬除雪作業の施工管理は、ダンプトラックに積４）を行うことで、全体の雪量計測を行っている。こ３

込みされた雪量（雪の体積、ｍ ）と、ダンプトラックのうち雪堆積場で運搬除雪量を把握するための検量作台数の計測により行っているが、その作業は人力に頼業は人力で行うため、１台当たり20 ～ 30分を要し、らざるを得ない状況であり、正確性や監督員・作業員作業効率が悪い。また、検量の頻度や整形の方法によの負担を改善する必要がある。っては、信頼性が低いといった問題の発生も考えられる。

写真－１

写真－２

運搬除雪作業状況（並列）写真－３

検数表への捺印

写真－４

積込み量の検量

運搬除雪作業状況（縦列）

本報文は、この運搬除雪の施工管理として、人力で行っている雪量計測について、これを自動化する運搬
寒地土木研究所月報№692

2011年１月 3く計測することができる。

３．雪量計測システムの概要

パルスデータについては、ロータリ除雪車が進むと雪量計測システムは、①ロータリ除雪車の前面に設

写真－６にある車軸が回転し、この車軸が１回転する

置した２台のレーザースキャナ（写真－５）により、ロと、パルスセンサーから25回のパルスがデータとしてータリ装置のオーガ掻き込み直前における雪堤の断面出力される。そこで実際に走行したときの距離を実測積を計測する。②同時にロータリ除雪車からパルスデし、そのとき得られたパルスの回数から、あらかじめータ（タイヤの動きに連動した車軸の回転量を計測す

パルス１回当たりの走行距離を求めておき、この１パるために取り付けたパルスセンサーから得られた、走ルス当たりの走行距離を用いて、ダンプトラックへの行距離に対応するデータ）を取得する（写真－６）。以積込み１回当たりの走行距離を求めるものとした。

上のデータより断面積とパルス１回当たりの走行距離から雪量を計算する。

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図－１

写真－５

レーザースキャナ1台での計測の死角

レーザースキャナ取付状況（雪切り板先端部）

図－２

雪量計測システムイメージ

雪量計測システムのイメージを図－２に、処理フローを図－３に示す。

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写真－６ パルスセンサー設置状況（ロータリ除雪車屈折部）

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レーザースキャナについては、当初１台での計測試験を行っていたが、図－１に示すように矩形断面を計測する場合、計測の死角となる部分が発生し計測誤差が出るため、２台のレーザースキャナをロータリ装置雪切板先端部に装着するものとした。これにより、実際の現場で想定される雪堤断面形状の大部分を死角無4ⷐ᳞࠺࡯࠲㩤㨺㩅㩨㨺㩇㩁㨶㩏 A㩤㨺㩅㩨㨺㩇㩁㨶㩏 Bᐔဋᢿ㕙Ⓧ⸘▚⿛ⴕ〒㔌⸘▚㔐㊂(૕Ⓧ)▚಴

図－３㩖㨱㨼㩣߳಴ജ(HD ߦ⸥㍳)

処理フロー

寒地土木研究所月報№692

2011年１月

ロータリ除雪車が除雪を開始すると、車軸に装着さ４．走行パルス計測試験れたパルスセンサーからパルスデータを取得する。あらかじめ設定されたパルス数に達するとＡ、Ｂのレー

４．１

試験内容

ザースキャナに断面形状計測データを要求し、運転席１パルス当たりのロータリ除雪車走行距離を算出すに設置されたＰＣに断面形状計測データが書き込まれるため、走行パルス計測試験を行った。また、何パルる。これを、ダンプトラック１台分の荷台が一杯になス毎にレーザースキャナによるデータを取得するのがるまで繰り返す。次に、この間に取得したパルス数か良いか決定するため、データの取得頻度を調査した。

ら求めた走行距離と書き込まれた断面形状（計測断面数での平均値）から雪量を計算し、ファイルに出力（ＨＤに記録）する。なお、主要な機器の仕様は表－１のとおりである。

４．２

試験結果

走行パルス計測試験は、直線で150ｍ走行して取得したパルスデータの実測値をもとに、１パルスあたりの走行距離を算定した。表－２に計測結果を示す。こ表－１࡟࡯ࠩ࡯ࠬࠠࡖ࠽ࡄ࡞ࠬ࠮ࡦࠨ࡯⸘᷹↪㧼㧯  の結果から、車両速度毎の１パルス当たりの走行距離

主要機器諸元は大きな変動は見られず、平均0.031ｍであることが

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表－２

走行パルス計測試験結果

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寒地土木研究所月報№692

2011年１月 5データの取得頻度に関しては、レーザースキャナの試験は、ロータリ除雪車で雪堤を除雪し、ダンプトスキャン設定、断面取得要求頻度（回 / パルス）、車両ラックに積込む流れで行われるが、その中で２台のレ速度などを変えながらデータ取得率を計測した。ここーザースキャナで断面形状を正確に計測できるか、までデータ取得率とは、それぞれの断面取得要求頻度（回た、雪量計測システムで計測した雪量と、従来方法で/ パルス）において、取得データ数の理論値に対してダンプトラック荷台を検量した雪量との比較の２点に実測値がどれだけの割合で取得できるかを示したもの

焦点をおいて行った。試験状況を写真－７、８に示す。

で、断面取得要求頻度（回 / パルス）が高いほどプログラム処理が間に合わずデータが取得できなくなる。結５．２

果を表－３に示す。この結果から今回の計測条件にお５．２．１

試験結果
レーザースキャナによるスキャニング

いてはスキャン回数50回 / 秒、角度分解能0.5°のと写真－９に実際の雪堤断面形状と図－４、図－５にきにいずれの場合も約95％以上のデータ取得率で、特レーザースキャナで計測した断面形状を示す。図－４に１秒間当たりの断面取得要求回数が５回以下でははそれぞれ２つのレーザースキャナで計測した断面100％に近い値となった。

で、赤いラインがＡのレーザースキャナで計測したライン、青いラインがＢのレーザースキャナで計測した５．雪量計測試験ラインである。図－５はこの２つのレーザースキャナでの計測断面の合成値である。この結果から、矩形断

５．１

試験内容

実際の運搬除雪作業を想定し、あらかじめ造成した面形状においても死角無く断面形状を計測できることがわかった。

雪堤を除雪することにより、雪量計測システムを用いた計測値と従来方法での検量値との比較を行った。

写真－７ 雪量計測試験状況（レーザースキャナによる計測）

写真－９

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写真－８ 雪量計測試験状況（荷台整形後検量箱に雪を投入作業中）
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雪堤断面形状φ ࡟࡯ࠩ࡯ࠬࠠࡖ࠽ ψ

図－４㧮

レーザースキャナ計測断面（合成前）
寒地土木研究所月報№692

2011年１月

５ｍおきに雪堤の幅と高さを実測し、近似的な断面積から求めた体積で、検量値とは前述の写真－８のように、ダンプトラック荷台に積み込んだ雪を14ｍ３の形状に成形したあと、残りの雪を検量箱といわれる１ｍ３の木枠に入れてその高さから体積を計測し、荷台の14ｍ３と合算することで求めた体積である。
表－４の高雪堤について、雪量計測システムでの計測値の誤差は、実測値とでは±６％以内、検量値とでは F-1、F-11を除いて±４％以内と小さい値となった。実測値には近似的に概略断面積を計算することによる誤差要因、検量値にはダンプトラック荷台成形時の若干の凹凸による誤差要因があり、F-1、F-11に
図－５

レーザースキャナ計測断面（合成後）ついてはそれが影響したものと考えられる。
一方、表－５の低雪堤については、雪量計測システ
ムでの計測値が実測値と比べて－19％～ 33％、検量値と比べては10％～ 55％大きな値となった。実測値については概略数値のため傾向がつかめないが、検量値については低雪堤の場合、オーガの回転力による前方への雪片の飛散が影響し、大きな値となっていることが考えられる。そのためレーザースキャナを傾け、スキャン方向を前方へ変更した F-6の場合には、その誤差が小さくなることが確認できた。なお、計測試験実施日の天候は晴れ、気温は最高7.9℃であり、風に舞うような雪の影響は皆無であった。
表－４

図－６

レーザースキャナ計測断面（ノイズ発生）

しかし、図－６に示すように実際の雪堤形状より上⹜㛎⇟ภ

計測雪量（高雪堤）⺋Ꮕ₸ᐔဋ㒰㔐૕Ⓧ䋨䌭䋳䋩㒰㔐〒㔌 ᢿ㕙Ⓧ䋨 ታ᷹୯䋩 䋨 䉲䉴䊁䊛 䉲䉴 䊁䊛ታ᷹୯
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部でスキャンしてしまう状況が一部確認された。これ

䌆㪄䋱は、雪質、気温等の条件により、ダンプトラックへ積䌆㪄䋲㪐㪅㪇㪈㪅㪍㪋

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み込む際の雪片、粉雪、雪煙等をスキャンしているこ㪋㩼とが考えられる。これらに対し、レーザースキャナに䌆㪄䋸㪏㪅㪐㪈㪅㪍㪇㪈㪋㪅㪊㪈㪋㪅㪐㪈㪋㪅㪇㪄㪋㩼㪉㩼はフォグフィルターという機能が搭載されている。こ䌆㪄䋹㪐㪅㪈㪈㪅㪌㪏㪈㪋㪅㪋㪈㪌㪅㪊㪈㪋㪅㪍㪄㪍㩼㪄㪈㩼

れはスキャナ本体付近の範囲でスキャン感度を低下さ䌆㪄䋱䋰㪏㪅㪈㪈㪅㪏㪊㪈㪋㪅㪏㪈㪋㪅㪍㪈㪋㪅㪏㪈㩼㪇㩼䌆㪄䋱䋱㪏㪅㪎㪈㪅㪋㪐㪈㪊㪅㪇㪈㪊㪅㪎㪈㪋㪅㪇㪄㪌㩼㪄㪎㩼

せ、余計なデータを拾わないようにする機能である。
このフォグフィルターを使用したところ、降雪や飛散する雪片に対しては有効であることが確認されたが、風に舞うような雪煙等に対しては、効果が見られなか表－５った。そのため、プログラム上でこれらの異常点が発生したときには、そのデータを無効にする処理をすることとした。
５．２．２

計測雪量の比較

表－４と表－５に計測雪量を、写真－10と写真－11にそれぞれの雪堤状況を示す。除雪体積の実測値とは、
寒地土木研究所月報№692

2011年１月 ⹜㛎⇟ภ䌆㪄䋴

計測雪量（低雪堤）⺋Ꮕ₸ᐔဋ㒰㔐૕Ⓧ䋨䌭䋳䋩㒰㔐〒㔌 ᢿ㕙Ⓧ䋨 ታ᷹୯䋩 䋨 䉲䉴䊁䊛 䉲䉴䊁䊛ታ᷹୯ᬌ㊂୯
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7

写真－10

雪堤・除雪状況（高雪堤）図－７

計測断面形状

今回取得したデータと従来の計量方法による検量値との比較をしたところ、雪量計測システムで得られた雪量計測値は、検量値より６％から34％多い値となった（表－６）。
表－６
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写真－11

雪堤・除雪状況（低雪堤）

６．現場試験
これらの結果を踏まえ、実際の運搬除雪施工現場で適応試験を行った。試験場所は、北海道開発局札幌道

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計測雪量比較

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この原因として考えられるのは、二つのレーザースキャナ本体の計測角度が完全に一致していなかった可能性がある。これは雪切り板にレーザースキャナを取り付ける際、除雪で雪堤と接触する可能性が浮上し、あらかじめ製作していた取付金具に急遽、レーザースキャナ固定箇所を上方に移動させる修正が必要となったことから誤差が発生したと考えられる（写真－13）。
また、雪堤の形状についても、写真－14に示すように塊状のものが多かったため、レーザースキャナの計測角度を前方に傾けて計測する場合、断面計測ラインを鉛直下向きに変換するため、図－８に示すように実際の雪堤形状（縦断方向）より大きく計測してしまうことも要因として考えられる。

写真－128

現場試験状況
寒地土木研究所月報№692

2011年１月

を確保できる計測条件（レーザースキャナスキャン回数50回 / 秒、角度分解能0.5°、断面取得要求回数５回 / 秒以下）を確認した。
雪量計測試験では、従来の検量方法での値と比較した結果、精度の高い計測値が得られたが、雪堤が低い場合、雪煙が舞うような気象条件では誤差が大きくなる傾向があった。そのためレーザースキャナを傾けての計測、計測プログラムでの誤差の補正が必要となった。
これらを踏まえ、現場試験を行ったところ、全体的
写真－13に従来の検量方法での値より誤差の多い結果となっ取付金具た。これは、レーザースキャナを取り付ける金具に関係する誤差の他、レーザースキャナを傾けて計測することによる誤差が原因と考えられる。
８．おわりに雪量計測システムは、現在人力で行われている運搬除雪雪量の計測を自動で行い管理するものである。
今回の試験では、人工的に造成した雪堤をレーザースキャナの計測により体積を精度良く計測できるかどうかを確認し、従来方法での検量値との比較を行った。

写真－14

また、実際の運搬除雪作業現場において、計測試験を雪堤状況行った。
その結果、人工的に造成した雪堤においては、精度࡟࡯ࠩ࡯ࠬࠠࡖ࠽ω࿑Σታ㓙ߩ㔐ႇᒻ⁁࡮ᢿ㕙⸘᷹࡜ࠗࡦ㧔✛✢㧕

においては、やや誤差の大きな値となった。
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今後は、今回の試験で得られた課題を検討し、計測B精度を向上させるため、現場確認試験を行う予定であAる。また、実機への導入に向け、計測機器関連の仕様

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参考文献
C１）今岡大輔、佐々木憲弘、中村隆一：運搬排雪施工

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図－８の良いデータが得られたが、実際の運搬除雪作業現場

角度をつけた計測時の誤差要因

管理システムの調査検討、第20回ふゆトピア研究
発表会論文集、2008.2
２）今岡大輔、佐々木憲弘、中村隆一：運搬排雪施工管理システムの調査検討（中間報告）、北海道開発
局技術研究発表会論文集、第51回、2008.2
３）佐々木憲弘、中村隆一、今岡大輔：運搬排雪施工管理システムの開発、平成20年度「建設施工と建７．まとめ設機械シンポジウム」論文集、2008.10
走行パルス試験の結果、走行１パルス当たりの走行

４）石川真大、佐々木憲弘、中村隆一、今岡大輔：運距離が一定であることを確認し、雪量計測システムの搬排雪施工管理システムの開発、第24回

データ取得頻度を計測することで、高いデータ取得率

術シンポジウム論文集、2008.11

寒地土木研究所月報№692

2011年１月 寒地技9５）石川真大、佐々木憲弘、中村隆一：運搬除雪雪量
計測システムの開発、北海道開発技術研究発表会
論文集、第52回、2009.2

計測システムの開発、第21回ふゆトピア研究発表
会論文集、2010.2
８）石川真大、佐々木憲弘、牧野正敏：運搬除雪施工

６）佐々木憲弘、中村隆一、今岡大輔：運搬除雪施工
管理システムの開発、月刊「建設機械」、2009.10

管理システムの開発、北海道開発技術研究発表会
論文集、第53回、2010.2

７）石川真大、佐々木憲弘、中村隆一：運搬除雪雪量

石川真大＊

佐々木憲弘＊＊

牧野正敏＊＊＊

中村隆一＊＊＊＊

Masahiro ISHIKAWA

Norihiro SASAKI

Masatoshi MAKINO

Ryuichi NAKAMURA

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
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

大上10

哲也＊＊＊＊＊

柳沢雄二＊＊＊＊＊＊

Tetsuya OGAMI

Yuji YANAGISAWA

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
上席研究員

寒地土木研究所月報№692

2011年１月