技術資料

暴風雪による視程障害時の除雪車運行支援技術に関する検討
新保貴広

高本敏志

佐藤

１．はじめに信吾

GPSアンテナ
GPS Speed Sensor
VBSS10(10Hz )GPSアンテナﾏﾙﾁﾌｧﾝｸｼｮﾝ
ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ

近年、積雪寒冷地では気候変動の影響にもよる異常な暴風雪に伴い、車両の立ち往生や長時間にわたる通行止め・集落の孤立など、障害の発生が増えてきてい

CAN
Spllitter

CAN
Spllitter

ｼﾞｪﾉﾊﾞ社専用通信装置（CP-TransSX）

VBOX
Manager

VBOX3iSLRTK(100Hz)

通信用アンテナる。平成25年3月1日～3日の暴風雪では、北海道内において、雪に埋まった車の中での一酸化炭素中毒や車外での低体温症などにより、9人が犠牲になる事故が

図－1

発生している。このため、暴風雪による視程障害時に機器構成おいても安全に除雪作業を行い、道路交通の早期解放や緊急車両の先導を可能とする除雪車の開発について機器構成を図－1に示す。

は、現場ニーズが非常に高い。
また、「国土交通省防災業務計画補正情報で構成されている。

第7編雪害対策

２．１．２

実験結果編（H27．7改正）」 において除雪機械の冬期の安全な積雪による測位の変化を図－2に示す。

走行を支援する技術等の開発、「北海道総合開発計画

実験の結果、積雪が0cmの場合、測位の変位は（H28.3.29）」 において積雪寒冷地特有の災害等に対応

1.9cm×1.4cmの範囲内であったのに対し、積雪をする高機能除雪車の開発等が求められている。

10cmにした場合の変位は、14.8cm×60.9cmとなり、

1)

2)

本稿では、暴風雪による視程障害時でも安全に除雪作業が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逸脱防止技術と、除雪車積雪により測位精度が落ちることを確認した。
このことから、VRS-GNSSアンテナの積雪対策を検討する必要があることがわかった。

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の適用性について検討したので報告する。
２．車線逸脱防止技術の検討
２．１

VRS-GNSSにおける積雪による影響の検証

単独測位のGNSSより測位精度が高く、移動体でも使用可能なVRS方式のネットワーク型RTK-GNSS（以下、VRS-GNSS）を使用し、積雪による影響を検証

図－2

アンテナ部の積雪による測位の変化した。
２．１．１

２．２

実験方法

VRS-GNSSアンテナを乗用車の屋根に設置し、雪を被せることで模擬的に積雪状況を再現した。
積雪は0cm・5cm・10cmの3パターンとし、乗用車が停止した状態で測位した。
なお、VRS-GNSSは100HzのRTK測位を行うことがRFIDの電波検出実験

トンネル出口や高架下など、GNSSの測位精度が低下する箇所における、補助的な測位方法を検討した。
比較的安価で調達可能、小型で取り扱いが容易、舗装への埋め込みも可能なことからRFID ※1を選定し、積雪状況を再現して電波検出実験を行った。

可能なVBOX3i（VBOX社製）と、ジェノバ社GNSS
寒地土木研究所月報№773

2017年10月21２．２．１

実験は、寒地土木研究所苫小牧寒地試験道路で実施

実験方法

RFIDタグの種類には読取装置（以下、リーダ）かした。

ら発信される電波で作動するパッシブタグと、電池を走行車線の外側線上にRFIDタグ入りトレーを設置内蔵し電波を発信し続けるアクティブタグがある。

し、リーダを搭載した実験車両を走行させ、積雪状況・実験にはパッシブタグを採用し、シールタイプ（写真－1（上段））と、プラスチックタイプ（写真－1（下段））を使用した。表－1にRFIDタグの諸元を示す。

鉛直距離・水平距離・走行速度の違いによる電波の検出状況を確認した（写真－3）。
なお、リーダは、RFIDタグに向けてスタッフに取り付け、実験車両に搭載した。
実験条件は以下のとおりである。

シールタイプ

・積雪状況：Ａ ｓ5cm＋積雪（0cm, 10cm, 20cm,30cm,40cm）の5パターン（図－3）・鉛直距離：2m,3mの2パターン（図－4）・水平距離：1m,2m,3mの3パターン（図－4）・走行速度：10㎞/h,20㎞/h,30㎞/hの3パターン

プラスチックタイプ
写真－1

表－1

使用したRFIDタグ(パッシブタグ)

メーカ

シールタイププラスチックタイプ

RFIDタグ（パッシブタグ）

名称

検知
距離作動
温度

費用

特徴

SMART Short
RAC dipole

長距離
8.5m

65千円/
-40℃～ ロット 水・金属
85℃ (1,000個) 非対応

LOGI
FLEX

長距離
9.0m

-20℃～100℃

MT-SH

84千円/
ロット
(100個)

写真－3

水・金属
対応

実験状況

RFIDタグを舗装内に埋設することを想定し、直径41.5cm深さ10cmのプラスチック製トレーの内側底面にRFIDタグを貼り付け（写真－2）、厚さが5cmになるようＡｓ常温合材を入れて締め固めた。
また、同型の別トレーに厚さ10cmの雪を入れ、トレーを積み重ねることで、積雪量の変化を再現した実図－3験を行った。

プラスチックタイプ

水平3m

積雪状況再現概略図

水平2m

水平1m
鉛直3m
リーダ位置
鉛直2m

シールタイプｱｽｺﾝ5㎝↑
RFIDタグ

写真－222

トレーの内側底面へのRFIDタグ貼付状況

図－4

実験概略図

寒地土木研究所月報№773

2017年10月

２．２．２

RFIDタグを設置した。横断方向はともに3m間隔、縦実験結果

実験の結果、反射波（マルチパス）の影響により、断方向は30mの場合は3m間隔、60mの場合は6m間隔

電波の検出が不安定な状況はあったが、リーダの送信に分割したマス目毎の測位精度を検証した（図－5）。

出力が1W、走行速度30㎞/hまでの条件で、プラスチ

なお、計測は緑枠内の縦横交点を対象箇所とし、そックタイプは鉛直距離3m×水平距離2m以内で検出可

れぞれ10箇所で行った（写真－5）。

能であった。また、シールタイプは鉛直距離2m×水平距離2m、または鉛直距離3m×水平距離1m以内でRFIDタグ検出可能であった。なお、積雪の違いによる検出への15ｍ15ｍ

影響は見られなかった。
以上のことから、RFIDが補助的な測位方法に適用可能と判断した。

RFIDリーダ

3ｍ
30m
RFIDリーダ

２．３

RFIDによる自車位置測位実験

6ｍ

検出対象箇所

60m

２．
２．
２の実験結果より電波の検出が可能であった

3ｍ

ため、RFIDを用いた自車位置測位について、TDOA
方式※2による独自の計測システムを新たに製作し、測検出対象箇所

RFIDタグ位精度の検証を行った。
TDOA方式は、複数あるタグからリーダが電波を受信した際の到達時間差を用いて、位置を推定する方3ｍ式である。
２．３．１

図－5

実験方法

実験範囲図

TDOA方式による測位には、リーダ・タグ双方において正確な時刻が必要であり、アクティブタグは電ＲＦＩＤリーダ池を内蔵しているため、時刻の送出が可能である。
なお、今回の実験ではアクティブタグの調達ができなかったため、計測用とは別のリーダを用意し、パッＲＦＩＤタグシブタグ（プラスチックタイプ）と結合することで、時刻の送出を可能としたものを模擬的なアクティブタグとして使用した（写真－4）
。
写真－5

計測状況

パッシブタグ(プラスチックタイプ)
２．３．２

実験結果

計測結果を図－6に示す。計測回数は2回とし、計測誤差が生じた箇所は追加計測を1回行い、各々の平均値を計測値とした。
縦断方向30mの場合、誤差なしが全体の40%、誤差ＲＦＩＤリーダ1m未満では100%となった。
一方、縦断方向60mの場合では誤差1m未満が全体の20%であった。計測点がRFIDタグから離れる程、

写真－4

RFIDタグ(アクティブタグの模擬型)

計測誤差は大きくなり、縦断方向に24m以上離れると計測不能となった。

実験は寒地土木研究所石狩吹雪実験場で行い、道測位精度を保ちつつ経済的にRFIDタグを設置す路上を想定した横断方向15m、縦断方向30mと60mるには、縦断方向30mから60mの実験範囲におけるの2パターンの実験範囲を設定し、実験範囲の四隅にRFIDタグの設置間隔の確認が必要と考えられる。

寒地土木研究所月報№773

2017年10月23実験結果から、RFIDは車線逸脱防止に使用するうえで、自車位置測位に適用可能な測位精度を有していることを確認した。
0m

3m

6m

3m

0. 00m

0. 40m6m

0. 40m

0. 32m9m

0. 20m0. 50m12m

0. 00m

0. 00m15m

0. 00m

0. 20m表－3項

ミリ波レーダ諸元表

目性< 1m

最小検出距離9m

縦断方向３０ｍ
計測点との誤差距離

0m

3m

6m

9m

> 175m (> 10dB target)

最大検出距離> 100m (> 0dB target)< +/- 0.5m

距離方向検出精度
6m

0. 73m

1. 15m

同一角度、同一速度に2つのターゲットが存在する場合の < 2.5 m
距離方向分離性能

12m

1. 60m

0. 63m

水平視野角18m

1. 30m

2. 46m> 20 deg

同一距離、同一速度に2つのターゲットが存在する場合の < 3.5 deg
水平方向角度分離性能
4.2 – 4.75 deg

垂直視野角24m

計測
不能

計測
不能

30m計測
不能

計測
不能

能

縦断方向６０ｍ
計測点との誤差距離

図－6

計測結果

３．周囲探知技術の検討
３．１

ミリ波レーダ周囲探知実験

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。

レーダ設置高測定用定規
写真－6

ミリ波レーダ設置状況

ミリ波レーダ

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り、自動車の予防安全技術に使用されるなど実用化が進められているが、吹雪時の対応については明らかにされていない。
本実験では、市販車用ミリ波レーダが、視程障害時における周囲探知技術として適用可能か検証した。
３．１．１

実験方法

現在、ミリ波レーダに使用できる周波数帯は、24GHz帯と76GHz帯である。24GHz帯は近・中距離用、

レーダ検証用カメラ
写真－7

ミリ波レーダとレーダ検証用カメラ

76GHz帯は長距離用として用いられる場合が多い。
今回の実験では、除雪車が前方障害物を探知するた

実験車両

めに必要な検出距離を70m以上と想定し、長距離用の76GHz帯ミリ波レーダを使用した。

ミリ波レーダ

表－3に実験に使用したミリ波レーダの諸元を示す。
実験は寒地土木研究所石狩吹雪実験場で行った。
ミリ波レーダは高さと角度が調整できるよう設置し100m 程度（写真－6）、ミリ波レーダと検出結果を画像処理するためのレーダ検証用カメラを取り付けた（写真－7）。
また、計測場所は直線方向に100m程度確保した（写真－8）
。
24

写真－8

計測場所全景寒地土木研究所月報№773

2017年10月

実験は、レーダの設置高さと設置角度、対象物との人が立っている状態では、10m～70m先まで検出す

水平検出距離を基本のパラメータとし、以下の実験をることができたが、姿勢が揺れた場合などでは、検出行った。

データの欠測により、一部未検出となる場合があった。

①対象物が車両の場合の検出実験

また、しゃがんだ状態では、立っている状態より反②対象物が人の場合の検出実験

射面積が小さくなるため、さらに未検出となる場合が③吹雪時を想定した、レーダ前面に着雪した場合の多く発生した。
腹ばいの状態では、全条件で検出することができな

検出実験④吹雪時を想定した、車両に雪が堆積した場合の検かった。

出実験
３．１．２

実験結果

実験①の概略図を図－7に、実験結果を表－4に示す。
車両を検出対象とした実験では、レーダの設置高が3m、設置角が4度、水平検出距離10mの条件で、未検出があったが、この1例を除き、設置高・設置角・水平検出距離の全条件において、車両を検出することができた。

図－8

実験②概略図表－5

実験②計測結果
水平検出距離 R[m]設置高 設置角10θZ[m] [deg]

図－7

表－4

実験①概略図し立ちθ[deg]

102030405060

1.00〇〇〇〇〇〇〇

1.01〇〇〇〇〇〇〇

立
ちがみし

腹ば
い立
ちがみ

50

70

腹ば
い立
ち立
ち0〇

△×

△△×△

△×

△〇

2.03〇××

△△-

△

△-

△

△

○：検出
△：一部未検出（検出データに一部欠測あり）
×：未検出－：未実施

水平検出距離 R[m]

設置角

Z[m]

し

腹ば
い

30

1.0

実験①計測結果

設置高がみ

20

70

1.52〇〇〇〇〇〇〇

1.53〇〇〇〇

〇〇

〇

2.0

2△〇〇〇〇〇〇

レーダ前面に着雪した状態は、発砲スチロール製の実験③の概略図を図－9に、実験結果を表－6に示す。

2.03〇〇〇〇〇〇〇

枠に雪を詰めたものをブラケットでレーダ前面に設置

2.53□〇〇〇〇〇〇

2.54〇〇〇〇〇〇□

することで、模擬的に再現した（写真－9）。

3.04×〇〇〇〇〇〇○：検出△：一部未検出（検出データに一部欠測あり）
×：未検出□：１回目は検出、２回目は未検出

実験条件は、レーダ設置高を2m、設置角を3度に固定した。
パラメータは、雪厚（t）を3cm・5cm、水平検出距離（R）を30m・70m、雪距離（D）を0～10㎝の組合わせと、雪厚（t）を1cm・2cm・10cm、水平検出距離（R）を30m、雪距離（D）を0cm・2cm・5cm・7cm・10cmの組合わせに設定した。

実験②の概略図を図－8に、実験結果を表－5に示す。

雪厚3cm、水平検出距離30m、雪距離6cmの条件で人を検出対象とした実験では、立ち・しゃがみ・腹未検出があったが、この1例を除き、雪厚・水平検出ばいの状態に分けて確認した。

距離・雪距離の全条件において、車両を検出することができた。

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2017年10月

25

雪厚

図－9実験③概略図

図－10実験④概略図

表－6

実験③計測結果

表－7実験④計測結果

水平検出
距離t:[cm] R:[m]

雪距離 D: [cm]012345678910

雪壁厚

雪厚

雪距離 D: [cm]

H:[cm]

t:[cm]

0130〇〇〇〇〇

100〇

230〇〇〇〇〇

200〇

5330〇〇〇〇〇〇×〇〇〇〇300〇

370〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇

103○○530〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇

105××570〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇

1030〇〇〇〇

○：検出
×：未検出

〇

○：検出×：未検出

ブラケット

圧雪ミリ波レーダ）（雪密度 75.6［㎏/m3］

写真－9

着雪再現状況

実験④の概略図を図－10に、実験結果を表－7に示す。
実験④は車両に雪が堆積している状態での実験であ

写真－10

車両積雪再現状況のみとした場合と、雪壁厚（H）を10cm、雪厚（t）を3cm・5cm、雪距離（D）を0cm・5cmの組合わせに設定した。

るが、雪は自然降雪によるものではなく、所定の雪壁実験の結果、雪壁厚10cm・20cm・30cmのみの場厚となるよう除雪機とスコップで雪を被せて再現した合と、雪壁厚10cm、雪厚3cm、雪距離0cm・5cmの条ものである（写真－10）。

件では検出することができたが、雪壁厚10cm、雪厚

実験条件は、レーダ設置高を2m、設置角を3度、水平検出距離を30mに固定した。

5cm、雪距離0cm・5cmの条件では検出することができなかった。

パラメータは、雪壁厚（H）を10cm・20cm・30cm
26

寒地土木研究所月報№773

2017年10月

ダ（76GHz帯）を用いて探知実験を行った。吹雪時を４．まとめ想定したレーダ前面に雪が付着した状態でも、車両を本稿では、暴風雪による視程障害時でも安全に除雪検出することができたが、人がしゃがんだ状態や腹ば作業が行える運行支援技術として、自車位置を推定しいの状態、車両に雪が堆積した状態では、検出できな車線内を走行するための車線逸脱防止技術と、除雪車い場合があった。

周囲の人・車両・道路工作物などとの衝突事故を防ぐための周囲探知技術について検討した。
これまでの検討結果を以下に要約する。

今後、車線逸脱防止技術についてはRFIDを含む各種測位技術の検討、周囲探知技術についてはミリ波レーダと補助的な探知技術の検討を行う予定である。

1）車線逸脱防止技術については、VRS-GNSSにおける積雪による影響を検証し、アンテナへの積雪が0cmの場合、測位の変位は約2cm以内に収まるが、積雪が10cmの場合は60cm程度まで変位が広がり、測位精度が低下することを確認した。このことからGNSSアンテナ部の積雪対策を検討する必要があることがわ※1：RFID（Radio Frequency IDentifier：ICタグを利用した近距離無線通信技術）※2：TDOA方式（Time Difference Of Arrival：到達時間差方式）

かった。
2）トンネル出口などGNSS測位精度が低下する箇

参考文献

所における補助的な測位方法として、RFIDを用いた自車位置測位実験を行った。道路上を想定した横断方

1） 国土交通省防災業務計画 第7編雪害対策編（H27.7

向15m、縦断方向30mの計測エリアでは、測位誤差が改）：http://www.mlit.go.jp/common/001036313.

1m未満となり、車線逸脱防止に使用するうえで、自pdf

車位置測位に適用可能な精度を有していることを確認

2） 北海道総合開発計画（H28.3.29）:
http://www.mlit.go.jp/common/001128021.pdf

した。
3）周囲探知技術については、市販車用ミリ波レー

新保 貴広
SHIMBO Takahiro

高本 敏志
TAKAMOTO Satoshi

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

寒地土木研究所月報№773

2017年10月

佐藤 信吾
SATO Shingo
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

27