雪氷チーム

Snow and Ice Research Team道路における積雪斜面の安定性評価に関する研究
Stability Assessment of Snowy Slopes Near Roads
道路の雪崩対策として予防策の施設による対策と通行止めの対策が行われています。事前通行止めや通行後止め後の交通開放は現場目視等による道路管理者の経験や過去の実績にて決定しています。そこで、積雪斜面の安定性を時間的変化を論理的に新しい現地計測方法を交えて予測し、雪崩発生の可能性が低くなるまでに要する条件や時間の検討が行われています。寒地土木研究所では、降雪後の雪崩発生判断手法とSｆM（Structure from Motion)技術による斜面積雪状況の測定技術に関する研究に取り組みました。
降雪後の積雪斜面状況の例
Measures against avalanches on roads include avalanche control facilities and road closures. Road closures and reopenings are
A snowy slope after snowfall
determined by the experience of the road administrators based on visual onsite inspections and past achievements. Therefore,
we are investigating the conditions under which the avalanche likelihood decreases and the time required for such decreases, by predicting the stability of snowy slopes
using a rational new onsite method that measures changes over time. At the Civil Engineering Research Institute for Cold Region, we have been researching a method for
estimating the likelihood of avalanches after snowfall and a technology for measuring the snow conditions on slopes using SfM (structure from motion) technology.

降雪後の雪崩発生判断手法について
A method for estimating avalanche likelihood after snowfall

雪崩発生のしやすさに関わる斜面積雪の安定性の指標として、斜面積雪の安定度SIを考えました。SIは小さいほど斜面積雪が不安定であることを示します。SIが2.5以下になったときに雪崩が発生しやすくなると考えられます。

検討の結果、累計降雪深Hが大きいほど、また同じHでも気温が低く、降雪時間Dが短いほど、斜面積雪の安定化に要する時間が長いという特徴があることがわかりました。

We devised the “stability index for snow cover on a slope” (SI) to express such stability, which
relates to the likelihood of avalanche occurrence. The smaller is the SI, the more unstable is thesnow on the slope. It is considered that when the SI is 2.5 or lower, avalanches are likely.

We examined the conditions of snow cover on the slope and the occurrences of avalanches andfound that when the cumulative snowfall H is great, it takes a long time for the snow cover ona slope to stabilize. The lower is the air temperature and the shorter is the snowfall duration D,
the longer it takes for the snow cover to stabilize.

Stability index

Snowfall duration D = 12h(a)降雪時間D=12h

Cumulative snowfall
累計降雪深H(cm)

支持力=せん断強度 ΣDriving force = Shear stress

駆動力=せん断応力

Q sinΨcosΨ雪erw
noSv
co

時間降雪深h(cm/h)Snow depth (cm / h)Bearing capacity = Shear strength

垂直応力 Q

Normal stressHourly snowfall
累計降雪深H(cm)

安定度 SI=Σ/sinΨcosΨ(b)気温 Ta = -5℃ Air temp. Ta = -5℃

斜面勾配 Ψ積

Slope gradientSI≧2.5となる降雪終了からの時間(h)Time from the end of a snowfall that forms snow cover with SI≧2.5▲斜面積雪安定度SIの考え方
Concept of the stability index SI for
snow cover on a slope▲斜面積雪の安定度SIの計算の流れ
Flow of calculation for the stabilityindex SI for snow cover on a slope

SfＭ技術による斜面積雪状況の測定▲安定度SIが2.5以上となる降雪終了からの時間（降雪時間D=12hr）
Time from the end of a snowfall that forms snow
cover with an SI of 2.5 or greater (snowfallduration D = 12hr)

降雪時間D(h)Snowfall duration D(h)▲斜面積雪の安定化に要する時間のまとめ（気温Ｔa＝-5℃）
Time required for the snow cover on the slope to stabilize(air temperature Ta = -5℃)

Measurement of snow conditions on a slope using SfM technology
ステレオビジョンによる距離算出手法を応用したSfM技術によって斜面積雪状況を測定するため、カメラ、ビデオ、DXで使用が広まるであろうレーザー測距機とUAVを用いて、試験計測しました。
We tested a technology for measuring the snow cover on the slope that uses two still cameras, avideo camera, a laser distance meter that will be widely used in digital transformation (DX),and an unmanned aerial vehicle (UAV). The purpose of this test was to establish a technology
for measuring the conditions of snow cover on a slope using SfM technology that applies adistance calculation technique based on stereo vision.
計測手法
普通現地計
測・作図

後処理

計測状況

T S で 測 定 位 CADソフト等
置 を 測 深 棒 を用いたデーで 積 雪 深 さ タ処理を計測

Transverse line C

距離：Z = B * f / dTransverse line B
レーザー計測器を用いた現地撮影(n=36)UAVを使用した現地撮影(n=36)

Reference heightTransverse line A

レーザー計測 3Dレーザース 点群データ処器を用いた現 キャナを据え 理ソフトを利
地計測・作図 付け、計測用したデータ処理▲ステレオビジョンによる距離算出の考え方
Concept of distance calculation using stereo▲今回の試験計測で行った計測手法一覧
vision
List of measurement techniques used in this test

25 50 75

最大値

Reference height(the distance between the two cameras)

視差：d = X l - X r

青：レーザ計測
黒：地盤線

Base line length

Focal length

赤：車両計測緑：普通現地測量

U A V を 使 用 U A V を 飛 行 SfMツールを（カメラ間の距離）した現地撮影 させ、上 空か 用いてデータら写真撮影
作成
P: 3次元点（対象物）3-dimensional point (the target feature) ・作図

F: 焦点距離橙：ステレオカメラ計測

Pink: UAV measurement data
Orange: Stereo camera data
Red: Vehicle measurement data
Blue: Laser measurement data
Green: Data from the ordinary onsite survey
Black: Ground surface line
％タイル値

B: 基線長Reference height

ピンク：UAV計測％タイル値

Xr: 右画像上の座標 Coordinates in the right image

切土工区横断図
Cross-sectional profile of a cut section on a road

最小値

Xl: 左画像上の座標 Coordinates in the left image

車両上からの 車両にビデオ SfMツールを現地撮影・作 カメラを設 置 用いてデータ
図し、走行しな 作成
がらビデオ撮影

Test measurements found the data from the laser distance meter and from the UAV to havevery small errors, based on comparisons to the measured values. The data collected by the stillcameras and the video camera had allowable errors of about 50 cm. We will investigate
measurement techniques for assessing the stability of snow cover on a slope that use video
capture, because we can accumulate data on snow cover on a slope by capturing video frompatrol vehicles. The accumulated data will contribute to snow cover stability assessment.

％タイル値

ステレオカメ デジタルカメ 専用ツールでラを使用した ラで写真撮影 点群データ作
現地撮影・作成図測定の結果、レーザー測距機とUAVはほぼ誤差が無い状態であり、カメラやビデオにおいても50cm程度の誤差はあるもののおおよそ判断がつく程度に収まりました。
道路巡回の際にデータ蓄積できると斜面積雪の安定性評価の一助になることから、ビデオ撮影による斜面積雪状況の測定手法をさらに検討していきます。

車両上からの現地撮影(n=30)
ステレオカメラを使用した現地撮影(n=33)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.2.5 3.0 3.5 4.0
二乗平均平方誤差(RMSE) (m)▲試験計測結果の横断図
Cross-sections from the measurement test results▲試験計測結果からの測定誤差
Errors of the measurement test results
2022.7

安全・快適

北の道

Safe, pleasant driving on Northern Roads

国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所

National Research and Development Agency Public Works Research Institute Civil Engineering Research Institute for Cold Region