除雪機械のリアルタイムな位置情報を活用した除雪工区の弾力的な運用システムの開発（独）土木研究所

寒地土木研究所
北海道開発局
同上

寒地機械技術チーム
事業振興部

網走開発建設部機械課
道路１課○佐々木憲弘小野寺敬太豊真生

島

冬期道路利用者の旅行速度確保などのニーズに対応するためには、積雪状況の変化や除雪状況をリアルタイムに把握し、迅速な除雪作業を支援するシステムが必要である。
本開発は、除雪機械の動態をGPS及び各作業センサにより把握・蓄積可能な基幹システムをベースに、除雪機械の弾力的な運用支援を行う除雪機械マネジメントシステムを構築することで、道路維持管理の効率化、高度化を目指している。
平成20年度は、除雪工区の弾力的な運用を行う「ダイナミック工区シフト支援」と凍結防止剤散布車の「散布日報作成支援」を行うシステムを開発し、現場での試行運用により有効性を確認したので報告する。
キーワード：除雪機械、マネジメント、ＧＰＳ、運用支援

1. はじめに
北海道の国道を管理する北海道開発局は、1,023台の除雪機械を用いて、一般国道6,550kmの除雪を行っている（平成20年度現在）。北海道における国道の除雪延長は年々増加しているが、除雪費は道路維持管理に係る経常経費の縮減により、減少傾向にある。よって、冬期道路利用者の旅行速度確保などのニーズや、異常気象時の迅速な除雪作業に対応するためには、積雪状況の変化や除雪作業状況をリアルタイムに把握し、臨機な除雪作業を支援するシステムが必要である。
そこで北海道開発局では、GPSにより除雪機械の動態を把握可能な基幹システムを平成17年度に導入した。このシステムにより、地図上でのリアルタイムな除雪進捗状況の把握や過去の作業履歴確認が可能となる。また、効率的な除雪作業の実施、日々の施工結果の確認等、道路維持管理業務の様々な場面において、高度化、効率化が期待される。
本開発では、この基幹システムをベースに、様々な道路管理データ（気象観測、通行規制、道路カメラ画像等）を相互連携させ、除雪機械の弾力的な運用支援を行う除雪機械マネジメントシステムを構築することで、道路維持管理業務のより一層の効率化、高度化を目指している。
平成20年度は除雪工区の弾力的な運用を行う「ダイナミック工区シフト支援」及び凍結防止剤散布車の「散布日報作成支援」を行うためのシステムを開発し、現場での試行運用を実施した。
Norihiro Sasaki, Keita Onodera, Masao Toyoshima

2. 基幹システムの概要
除雪機械にはGPSアンテナ及び作業センサが設置され、除雪機械の位置及び作業情報をリアルタイムに収集・送信する。基幹システムは、除雪機械から送られてくる位置・作業情報を収集管理し、リアルタイムな除雪進捗状況の把握や、過去の詳細な除雪作業履歴の確認を行うことが可能である。
各種情報の伝達は、移動体通信サービスを使用している。基幹システムの全体機器構成を図－１に示す。また、基幹システムの基本機能である「除雪機械位置の確認」、「作業履歴の確認」を図－２に示す。

図-1 基幹システム構成図

除雪作業は、通常割り当てられた担当工区内のみ実施され、他工区の作業状況は把握不可能である。そのため、局所的な大雪など異常気象時には隣接工区間で除雪終了時刻に大幅な差異が生じ、路線全体では除雪の遅延が生じることがある。
そのような場合、隣接した工区に対し除雪の応援が可能であれば、工区境（除雪機械の転回場所）をシフトし応援を行うことで、路線全体の除雪時間の短縮を図ることが可能となる。
図-2 除雪機械位置の確認・作業履歴の確認

データの収集・送信を行う車載器は札幌・網走管内の除雪機械に取り付けられている。平成20年度末現在で256台（内、作業情報を取得可能な車載器112台）の除雪作業状況が確認できる。また、平成20年度から札幌・網走管内の除雪工事請負業者に対してもインターネットによるシステム提供を開始した。

3.除雪機械マネジメントシステムの基本構想
基幹システムで入手した除雪機械の位置・作業情報と道路管理データ（気象観測、通行規制、道路カメラ画像等）を連携させ、道路管理における除雪マネジメントが可能な機能の設計、開発、導入について検討を行った。
除雪マネジメントとは、除雪計画の策定(Plan)、計画の実施(Do)、評価(Check)、処置(Action)といった「PDCA」サイクルを実現させ、道路維持管理業務の効率化及びサービスレベルの向上を図ることを指す。ここでは、除雪機械マネジメントシステムの基本構想である５つの支援機能について説明する。1) 2) 3)(4)豪雪災害対応支援
豪雪災害時の除雪機械の位置や作業進捗状況の把握は、無線や携帯電話による通信手段を用いており、状況把握や指示に時間を要している。
本システムにより応援可能な機械や作業進捗状況をリアルタイムに確認し、出動指示や時系列データの自動作成を行うことで、情報の共有化による迅速な災害対応や、対応結果の効率的な確認及び整理が可能となる。
(5)散布日報作成支援
凍結防止剤の散布は、気象条件、路面状況により、適切な散布剤を用い、適正な散布量に努める必要がある。
これらを管理する散布日報は、決められた様式に手作業で記入しなければならず、請負業者の大きな負担となっている。
本システムにより、散布車の操作パネルの設定情報と位置情報を自動で収集し、地図上に散布箇所及び散布量を機械毎に表示することで、詳細な散布情報の確認や効率的な散布日報作成が可能となる。

4.ダイナミック工区シフト支援システム(1)除雪計画支援
除雪工区の見直しや除雪機械の適正配置の検討には、(1)ダイナミック工区シフト支援システムの開発
過去の膨大な稼働データや気象データ等の整理に多くのダイナミック工区シフト支援システムの機能を図－３
時間を要する。位置・作業情報と気象データを蓄積し、に示す。地図上に通常時の転回場所（工区境）やそれ以データベース化することで必要なデータが容易に検索で外の複数の転回可能地点を事前に登録する。監督職員がき、除雪計画をより効率的に作成することが可能となる。 地図上で除雪機械を転回させる地点を指定すると、シス
テムは工区境を挟んで双方の除雪機械が出発地点（除雪(2)出動判断支援ステーション）に戻る時刻（作業終了予想時刻）を提供
除雪作業は通勤通学前に終了することを目標としておする。監督職員はこの作業終了予想時刻を参考にして、り、除雪機械の出動判断は担当者の経験により決定され工区境のシフト実施の判断を行う。ている。蓄積した除雪機械の作業履歴情報と気象データ提供する作業終了予想時刻は２種類である。一つは通のデータベースを活用し、現在の気象情報により出動タ常時の除雪作業を想定した過去の平均作業速度から算出
イミングをガイダンスすることで、経験が少ない監督職した時刻である。もう一つは豪雪災害時や特定箇所の異員、除雪工事請負業者でも効率的な待機出動判断が可能
常気象時の除雪作業を想定した現在の平均作業速度からとなる。
算出した時刻である。1) 2) 3)(3)ダイナミック工区シフト支援
Norihiro Sasaki, Keita Onodera, Masao Toyoshima

b)工区シフト方法
試行は、２つの工区シフトを同時に行った。
対象となる工区は、網走工区・女満別工区・小清水工区となる（図－４）。このうち、交通量が多く除雪の作業時間が多い網走工区へ、隣接する女満別工区から応援を行った（シフト区間②、13.8km）。次に女満別工区の作業時間が多くなるため、隣接する小清水工区より応援を行った（シフト区間①、8.2km）。
c)工区シフトシミュレーション
上記の工区シフト試行において、小清水工区の除雪トラックが女満別工区にシフトした場合のシミュレーショ
ン結果を図－５に示す。除雪ステーションを４時に出動してからシミュレーション実施時刻である４時53分までの作業ルートは点線で表示され、転回場所を指定した後の予定ルートは実線で表示される。シミュレーションした到着予想時刻と、実際の除雪ステーション到着時刻を比較した結果、過去１年間の平均作業速度より算出した到着予想時刻（旗揚げ時刻上段）が６時43分であるのに対し、実際の到着時刻は６時22分であり、シミュレーションの妥当性を確認することが出来た。

図-3 ダイナミック工区シフト画面(2)ダイナミック工区シフトの試行
a)試行運用の対象箇所及び実施日の選定
北海道開発局網走開発建設部では隣接工区間の除雪作業時間を平準化し、交通への影響を低減させるために工区シフトを試行している。網走開発建設部で実施する工区シフトに合わせて本システムでシミュレーションすることにより、ダイナミック工区シフト支援機能の有効性を検証した。
図－４に試行運用対象箇所を示す。対象箇所は、隣接工区との作業時間の差が大きい箇所（隣接する工区からの応援によって工区間の作業時間の平準化が図られる箇所）、かつ交通量が多い箇所を選定した。試行運用の実施日は、支援による効果を評価できる様、工区全体を除雪する日とした。

図-4 網走開発建設部管内工区シフト位置図

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図-5 ダイナミック工区シフトシミュレーション

また、試行を行った結果、下記のような問題点があることがわかった。
・除雪機械が、あらかじめ登録した除雪予定ルートから外れるとエラーが生じる。
・予測された結果が表示されるまでに時間がかかりすぎる。
・応援する機械、応援される機械を対で指定しなければ、終了時刻を算出できない。
上記問題点については、ユーザニーズを考慮し改善の検討を行う予定である。
(3)ダイナミック工区シフトの効果
試行運用の効果は、通常時とシフト時（応援時）の、除雪作業によって生じる渋滞（速度低下）の影響を試算し、比較することで確認した。
5.散布日報作成支援システム
試行運用実施時のデータは、除雪機械マネジメントシステムから得られる除雪機械の作業速度データ、最新（平成17年度）の交通センサスに基づく区間交通量・旅(1)散布詳細情報行速度のデータを使用した。各データを基に図－６の算凍結防止剤を散布する際は、散布車の運転室にある定式で除雪による渋滞損失額を試算した。
「操作パネル」にて、散布のON/OFF、散布剤の種類（砂渋滞損失額の比較を表－１に示す。小清水工区から女類、塩類）、散布量（g/m2）、散布幅、散布方向、水溶満別工区への応援（シフト区間①）の場合、応援した小液混合割合を都度設定し、散布を行っている。このうち、清水工区の増加額が1.9万円、応援された女満別工区の何れかの操作があった場合に、散布設定情報と位置情報減少額が3.9万円となり、合計で2.0万円の減少となった。 を収集し、地図上に表示することで、いつ、どこで、ど次に女満別工区から網走工区への応援（シフト区間②）れだけ散布したのかが把握可能となる。また、詳細な散は応援した女満別工区の増加額が7.0万円、応援された布情報を把握・蓄積することにより、適正な散布箇所や網走工区の減少額が70.2万円となり、合計で63.2万円の散布量の指標を定める上での基礎データとして活用でき減少となった。シフト区間①②を合計すると、渋滞損失る。
額の値は、試行運用全体で65.2万円の減少となった。
実際の凍結防止剤散布車から取得した散布情報データの提供画面を図－７に示す。

図-6 渋滞損失額の算定式
表-1 渋滞損失額の比較

各工区の通常の作業時間は、小清水工区が約1.5時間、女満別工区が約1.7時間、網走工区が約3.6時間である（待機中の時間を除く）。工区シフト後の作業時間は、
図-7 散布位置の表示例
小清水工区が約2.0時間、女満別工区が約2.1時間、網走工区が約2.4時間となり、各工区の除雪所要時間の平準①は連続散布の情報である。散布位置は道路の進行方化が確認された。
向左側にマークされ、○印は散布開始・終了地点、線が今回の工区シフトは通常除雪作業における試行である
繋がっている場所は連続して散布したことを意味していが、異常気象等で除雪作業に遅れが生じた場合、ダイナる。設定散布量は凡例のように色分けして表示し、○印
ミック工区シフトを行い、路線全体の除雪作業時間の短にカーソルを合わせるとその地点での散布時刻、位置、縮を図ることにより、渋滞損失額を低減できることが推詳細な散布設定情報が表示される。
測できる。
②はスポット散布の情報である。必要な箇所にスポット的に散布を行っていることがシステム画面から読み取れる。
Norihiro Sasaki, Keita Onodera, Masao Toyoshimaさらに、図－８に示す散布履歴情報一覧をダウンロードすることにより、詳細な散布情報をCSV形式で取得できるため、散布日報作成時に利用することが可能である。

図-9 システムアクセス数の推移(2)システムに関するアンケート調査システムの利用状況及びシステムに関する改善点等を調査するため、札幌・網走管内の北海道開発局職員及び図-8 散布履歴情報一覧
除雪工事請負業者を対象に、WEBによるアンケート調査を実施し、58名から回答を得た。また網走管内の各道路(2)散布量の集計
事務所職員、各除雪工事請負業者に対して、システムを散布設定情報に走行距離情報を付加することで、日散どのように利用したか、システムに対する要望事項等の布量の算出が可能となる。また、除雪工事請負業者が作ヒアリング調査を実施した。
成している散布日報に必要なデータの取得が可能となる。
図－10に「除雪機械位置の確認」の利用頻度を示す。
１日の散布量集計の精度について、請負業者が記入している散布日報との比較を行った。その結果、散布日報における１日当たり散布剤使用量と、システムで集計された散布量との間に誤差が生じる結果となった。散布車の設定散布量に対する油圧ポンプの追従性、散布剤の種類による比重の影響等、想定される要因について、今後検討を行う。

6.システム利用状況及びアンケート調査(1)システム利用状況
除雪機械マネジメントシステムの利用状況について、アクセス数の調査を行った。システム提供の対象は、北海道開発局の職員及び札幌・網走管内の除雪工事請負業者である。
図－９にシステムアクセス数の推移を示す。アクセス数と札幌・網走の降雪量との関係を比較すると、降雪量の多い日にアクセス数が増えている状況が確認できる。
特に平成20年12月26日、平成21年２月21日の豪雪では、多くのアクセスがあったことが確認できる。またアクセ
スログを詳細に調査した結果、最も利用が多かったのは「除雪機械位置の確認」画面であった。

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図-10 「除雪機械位置の確認」利用頻度「毎日利用」から「週１回利用」が全体の52%で、「豪雪時のみ利用」を合わせると91%となり、除雪機械の位置情報が業務で活用されている実態がわかった。また利用目的・用途については、「担当工区の除雪機械位置・作業状況の確認」が最も多く、次に、北海道開発局職員は「道路利用者・警察からの問い合わせ対応」、除雪工事請負業者は「他工区除雪機械の位置・作業状況の確認」が多かった。

システムの活用事例をヒアリングした結果、除雪工事報作成支援について、システムの開発・試行を実施し、請負業者からは、「担当工区の除雪進捗状況を確認しなシステムユーザである北海道開発局職員及び除雪工事請
がら凍結防止剤散布車の出動タイミングを図る」、「指負業者の意見を取りまとめた。その結果、本システムに定した場所への散布がされているかの確認に利用した」
より、監督職員及び隣接した工区の除雪工事請負業者が、等の回答があった。道路事務所職員からは、「道路利用互いの工区の除雪進捗状況を把握できることを確認した。
者からの問い合わせや警察からの散布要請に対し、シスまた、臨機に工区境をシフトして遅れている工区の応援テムで確認して現在の作業状況を説明した」、「豪雪時を行うことで除雪作業による渋滞損失額を低減し、除雪に除雪工事請負業者との連絡が取りにくくなった時の除全体の作業効率を改善できる可能性があることが分かっ雪進捗状況の確認に利用した」等の回答があった。またた。
平成21年２月21日の豪雪時には「救急車の先導を行うた
さらに、凍結防止剤の散布情報を詳細に把握できるため、近くで作業している除雪車をシステムで探した」、
め、適正な散布作業の指標を検討する上での基礎データ「システムを見て隣接工区の除雪が遅れていると判断し、 として活用できる可能性があることも確認した。
今後はより効率的な除雪機械の運用支援の実施を可能応援を指示した」という事例もあった。
システムの改善要望を調査した結果、全般的にシステとするシステムの開発を進め、道路維持管理業務の効率ムの動きの遅さに関する要望が多く出された。通信回線化、高度化に取り組んでいく予定である。
等ユーザの利用環境にもよるが、システムの利用を推進するためには、表示速度の改善が必要である。また付加参考文献
機能として、気象観測情報、通行規制情報、道路カメラ
１）中村隆一・佐々木憲弘・小野寺敬太：除雪機械等情
画像情報等の関連情報の表示に関する要望が多く出され
報管理システムの展望－除雪機械等管理運用マネた。これは除雪機械の位置・作業情報と合わせて、現地ジメントシステムの開発、建設施工と建設機械シの状況を把握する必要性が高いということである。
ンポジウム論文集、2008.
２）牧野正敏・佐々木憲弘・中村隆一・小野寺敬太：除雪機械等管理運用マネジメントシステムの開発、
7.まとめ
第24回寒地技術シンポジウム寒地技術論文・報告集、2008.
本開発は、冬期道路利用者の旅行速度確保及び異常気
３）牧野正敏・佐々木憲弘・中村隆一・小野寺敬太：除象時における迅速な除雪作業の対応を目的に、除雪機械
雪機械等管理運用マネジメントシステムの開発、のリアルタイムな位置・作業情報を活用し、除雪機械の第21回ゆきみらい研究発表会論文集、2009.
マネジメント及び弾力的運用を支援するシステムの構築
４）国土交通省道路局,都市･地域整備局：費用便益分析を目指している。
マニュアル、2008.11.
平成20年度はダイナミック工区シフト支援及び散布日

Norihiro Sasaki, Keita Onodera, Masao Toyoshima