一般講演「第４期中長期計画における研究成果について」〇極端気象がもたらす雪氷災害の被害軽減のための技術の開発〇安全で信頼性の高い冬期道路交通サービスの確保に関する研究
国立研究開発法人土木研究所

寒地土木研究所

寒地道路研究グループ長

まつざわまさる

松澤勝

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図－1

ご紹介ありがとうございます。寒地道路研究グループ長の松澤です。まず最初に、「極端気象がもたらす雪氷災害の被害軽減のための技術の開発」のプログラ
ムについて説明したいと思います（図－1）。
皆さんご存じのように近年、極端気象による雪氷災害は多発しております（図－2）。例えば、2013年には北海道で暴風雪が発生して、9名の方が亡くなっています。また、2021年1月には東北自動車道で多重衝突事故が起きて、130台以上が巻き込まれています。そのほか台風並みに発達した低気圧が頻繁に発生し、災害を引き起こしています。
このような極端気象がもたらす雪氷災害は、多発化していることから、その対策は喫緊の課題です（図－図－23）。そこで、本プログラムでは極端気象がもたらす雪氷災害の被害軽減に貢献するため、研究を進めてまいりました。

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2022年度図－3

図－4

この研究プログラムでは、3つの達成目標を設定しています（図－4）。
一つ目が、極端気象がもたらす雪氷災害の実態解明とリスク評価技術の開発。二つ目が広域に適用できる道路の視程障害予測技術の開発。三つ目が吹雪対策施設及び除雪車の性能向上技術の開発です。そしてそれぞれ、このスライドに示す6つの技術開発に取り組みました。ここからは各開発技術について、その成果を紹介したいと思います。
まず始めに、極端な暴風雪等の評価技術です（図－5）。この研究では暴風雪の厳しさを評価する指標を定めました。まず、道路の路線や区間の障害を示す、線的な指標として、障害度というものを定め、ここに示

図－5

す3段階で定義しました。また、道路ネットワークの障害や地域の災害の規模を示す面的な指標として、警戒レベルという指標を設定しました。警戒レベルについては、過去の実際の災害事例などを参考にレベルを1から5の5レベルに設定しました。レベル4、5に当たる厳しい障害は、北海道から新潟を対象とした解析によると、近年増加傾向にあることがわかりました。
続いて暴風雪のハザードマップの作成を行いました（図－6）。先ほど紹介した障害度という指標に関して、交通障害や通行規制の頻度に着目し、障害度×頻度で表される危険度という指標を導入しました。それを用いてマップ化したのがこの図になります。さらに評価指標の予測値を用いて、効果的な事前通行規制や関係者の調整に活用できる手法を提案しました。
図－642

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2022年度図－7

図－8

続いて、短時間の多量降雪による雪崩危険度の評価技術です（図－7）。2014年2月に関東甲信から東北にかけて、短時間に多量の降雪があり、雪崩が同時多発的に発生しました。このとき、普段では発生しにくいと考えられていた、樹林帯で雪崩が発生しました。これがなぜ問題かというと、左の表は既往の雪崩危険度の評価表ですが、高木が密に生えているところでは評価得点が低く、雪崩が発生しにくいと考えられているためです。
そこで、このような雪崩の発生条件を調べるために、雪崩発生時の気象条件などを調べました。その結果、気温が低く、12時間の降雪が大きいと樹林帯でも雪崩が発生するということがわかりました。さらに、現地図－9調査を行い、斜面勾配、立木間隔などの調査も行いました（図－8）。そして、斜面勾配と立木間隔の関係から、樹林で雪崩が発生する条件を明らかにし、右の図に示すオレンジ色の領域で、樹林内での雪崩が発生しやすいということが明らかになりました。
これらの結果を元に雪崩の発生条件を満たす降雪事例の発生頻度の分析を行い、雪崩発生危険度図を作成しました（図－9）。これによると群馬、長野、新潟、福島の県境付近と北海道の日高山脈や北部・東部で発生頻度が高いことがわかりました。
続いて、広域的な吹雪視程障害予測技術を説明します（図－10）。ご存じの方もいるかもしれませんが、北海道を対象に寒地土木研究所が以前から吹雪の視界予測の情報提供を行っています。この「吹雪の視界情報」で用いている吹雪予測技術を本州で適用を図ろう

図－10というのがこの研究です。

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2022年度

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図－11

図－12

本州のほうが北海道より温暖なので、気温が0℃付
近では、例えば降ってくるのが雨なのか、雪なのか、非常に判断が難しいところがあります。そこで、改めてデータ解析をしました。左の図は雨雪判別条件の検討結果です。北海道版の視程予測アルゴリズムでは、気温だけで雨雪判別を行っていましたが、今回、湿度を入れることによって、より正確に雨雪の判別ができることがわかりました。また、青森県で実際に吹雪の観測を行い、地吹雪の発生条件の検討も行いました。
右の図がその結果です。
これらの結果を元に吹雪視程予測の地吹雪判定フローの改修を行いました（図－11）。フローの赤字の部分が改良点です。

図－13

改良した結果、どの程度精度が向上したか分析しました（図－12）。上が改良前で下が改良後です。下に示す5ランクで予測した視程の値と実測した視程値を比較しました。予測値が実測値に対して2ランク以上低い値（視程が悪い）の割合を空振り率と定義し、改良前後で比較しました。従来の手法では空振り率が6.8％でしたが、改良後は5％に改善しました。
これらの成果を用いて、青森県を対象に吹雪の視界情報の提供を昨年度から行っています（図－13）。主要8地点の24時間先までの予測情報を提供しています。
続いて、防雪柵の端部・開口部対策技術です（図－14）。吹雪対策として防雪柵は広く活用されています
が、防雪柵が途切れる端部・開口部で視程や風速が急変して、それによって事故を誘発する懸念がありました。そこでまずその実態を解明するために現道での移図－14

動気象観測、数値シミュレーション解析、風洞実験、石狩吹雪実験場で実物大の防雪柵を使用した観測を行44

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2022年度

図－15

図－16

いました。
その結果、風向が防雪柵に対して直交方向を中心に45度の範囲になる場合において、開口部で風速が大きく、視程が低下することがわかりました。
次に対策工として、まず既往対策の効果を調べました（図－15）。よく端部対策としてこのようなL字型の副防雪柵が使われています。このＬ字型副防雪柵の効果を調べたところ、副防雪柵によって、視程が改善されており、開口部での視程急変を緩和する効果があることがわかりました。ただし、直交風向の場合、その効果が低減することもわかりました。そこで新たな対策を考案しました。
これは新たな対策工の一例です（図－16）。このよ

図－17

うに、複数の短い柵を並べた斜行柵群というものを堤案しました。この斜行柵群でデータを取ったところ、直交風の場合でも視程が改善し、視程急変の緩和効果を有することが確認できました。これらの成果については、技術資料に取りまとめ、年度内に公開する予定です。
続いて防雪林の安定的な防雪性能確保技術に関する研究を紹介します（図－17）。防雪林は、道路の吹雪対策として、北海道内の国道約100kmに整備されております。ところが防雪林の下枝が枯れ上がることによって、視界不良が発生するなどの問題が生じています。
そこでこの研究では、このような下枝の枯れ上がりが生じた防雪林に対する補助対策や、適切な管理手法に関して、検討を行いました（図－18）。
図－18

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2022年度

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図－19

図－20

補助対策として、単管パイプを組み合わせて、それダを使って、周囲の障害物を検知して追突事故を防ぐにネットを張った、簡易な補助柵を防雪林の中央部にものです。さらに、これについては前方用と後方用の設置して、その効果を調べました。左が補助柵のない2種類開発しました。次が追従走行支援ガイダンスで区間、右が補助柵のある区間です。このオレンジ色のす。暴風雪のときに除雪車が緊急車両を先導すること部分には電柱がありますが、補助柵のない区間では電があります。そのような場合での活用を想定して、ミ柱がよく見えません。しかし、補助柵のある区間ではリ波レーダと車車間通信で除雪車と後続車両の通信とこの電柱が見えることがわかります。また、青色で囲情報共有を行うものです。この技術により、暴風雪時った電線についても見え方が異なっています。このよにおいても除雪車が緊急車両などを安全に先導できるうに補助柵の効果が確認できました。

ようになります。

続いて、暴風雪時の除雪車の運行支援技術について最後になりますが、研究開発により得られた技術は、説明します（図－19）。この技術では3つのガイダンス

ここに示すように、引き続き成果普及に取組んでいきを作成しました。

たいと考えています（図－20）。また、さらなる改良一つ目が車線走行支援ガイダンスです。これは、衛が必要なものについては、現在行われている研究開発

星測位や磁気マーカ、IMUによって、自分の車両のプログラム「極端化する雪氷災害に対応する防災・減位置を正確に把握して、車線の逸脱事故を防ぐもので災技術の開発」の中で取組んでいきたいと考えておりす。もう一つが障害物探知ガイダンスで、ミリ波レーます。このプログラムについては以上です。

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2022年度図－21

図－22

引き続き、「安全で信頼性の高い冬期道路交通サービスの確保に関する研究」について、説明します（図－21）。
左側の写真は（図－22）、札幌市内の同じ箇所での夏と冬の写真です。この冬の写真を見てわかるように冬期は路側の雪堤が大きくなり、走行車線が減少して渋滞が発生しています。さらに冬期は右の写真のような凍結路面が発生して、走行速度が低下します。そのため冬期道路のサービスレベルの低下が免れない現状にあります。
また、左のグラフは、物損事故の発生状況です（図－23）。一般的には冬期は交通量が減りますが、物損事故の半数以上が短い冬期に発生していることがわか

図－23ります。このように事故対策、冬期道路交通サービスの安全性向上は喫緊の課題となっています。
このような中、冬期の道路交通サービスを保つため日夜除雪作業が行われています。しかし、除雪機械による作業においては、機械の老朽化に伴う維持管理費の増大や、オペレータの確保・育成が課題となっています（図－24）。

図－24

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2022年度

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図－25

図－26

特に北海道の場合、全国より10年先んじて、人口減少が進展し、生産年齢の人口も大きく減っています（図－25）。
さらに公共事業費も長期的に低下傾向にあり予算的な制約もかなり厳しくなっており、人材の確保や育成にも大きな問題が生じています。
そのような中で、国土交通省では、望ましい国土のかたちとして、コンパクト＋ネットワークを打ち出しています（図－26）。北海道のような積雪寒冷地では、交通ネットワーク強化による地域間連携や機能分担が必要で、安全で信頼性の高い冬期道路交通サービスの確保は必須と考えられております。
このような背景の下、この研究では冬期道路交通サ

図－27ービスの安全性・信頼性向上に資する管理技術の開発をプログラム目標として、ここに示す3つの達成目標を設定しました（図－27）。費用対効果評価に基づく合理的な冬期道路管理水準設定技術の開発、冬期道路管理のICT活用による省力化および除雪機械の効率的維持管理技術の開発、リスクマネジメントによる効果的・効率的な冬期交通事故対策技術の開発です。そして青色で示した個別の研究などに取組んできました。
次からはそれらの個別の研究について、説明したいと思います。
まず、冬期道路管理の費用対効果評価手法の開発です（図－28）。経路上の冬期走行環境（滑りやすさ、平坦性、有効幅員）と走行速度を同時計測できる車両を開発しました。そして札幌圏の一般国道で走行してデータを収集しました。その結果、路面すべり抵抗値

図－28が小さくなる、路面の凹凸が大きくなる、有効幅員が低下すると走行速度が低下することが明らかになりま48

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2022年度

図－29

図－30

した。
これらの成果を用いて、冬期の積雪や路面凍結に起因する経済損失と、除雪作業などに起因する経済効果、すなわちプラスの効果を算出する手法を開発しました。
（図－29）。そして、それらを組み込んだ費用対効果の評価ツールを構築しました。
続いて、除排雪作業計画支援技術の開発について説明します（図－30）。ここでは、路肩の堆雪の実測と解析により、気象観測値から路肩堆雪断面積の予測式を算出しました。一冬の路肩堆雪断面積の推移を予測式を使って推定することによって、運搬排雪工法や実施時期の選定など、排雪計画を支援するシステムを開発しました。下のグラフはその表示の例ですが、過去

図－31の降雪パターンを入れることによって、これからどのように堆雪断面積が増えていくのか推定できます。このようなデータを用いて、除排雪作業計画の判断の効が異なる複数の散布パターンをCSVや地図にマッピン率化を図ることができると考えております。

グして作成します。次に、事前に設定した要散布箇所

続いて、凍結防止剤散布作業の支援技術の開発です

手前で散布条件を画像に表示し警告音によって散布作（図－31）。現在、凍結防止剤の散布作業においては、業を知らせるとともに、凍結防止剤を自動散布します。

運転手と操作員の2人乗車になっています。それを生このシステムを、昨年度冬期、8開発建設部に試行

産性向上の観点から、1人乗車でも安全で確実な散布導入し1冬期間運用して検証を実施しました。その結作業が可能となる自動散布支援システムの開発を行い果、自動散布は実用レベルでワンマン化に必要なシスました。このシステムは3つのツールから構成されてテムとして期待されており、生産性向上に大きな貢献います。道路事務所において、まず、事前に散布条件が期待できると考えております。

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2022年度

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図－32

図－33

続いて、除雪機械劣化度の定量的評価による維持管理手法の構築です（図－32）。除雪機械は老朽化に加えて、保有台数が限られています。一方、予算制約の中で冬期間安定的に運用が求められます。要するに故障しないで、安定的に稼働することが求められているわけです。そこで、除雪機械の効率的な保守・整備に向けてこれまでの故障履歴を収集し、各部位毎に「信頼度」を算出し、この信頼度を評価指標とする維持管理手法を構築しました。信頼度というのは、残存確率とも呼ばれるもので、要するに、ある累積稼働時間までの故障しない確率のことを言います。この信頼度を評価の指標とすることで、予防整備の前倒しや効率化などが可能となり、維持管理費用の平準化が可能とな

図－34

ります。
続いて、リスクマネジメントによる効果的・効率的な冬期交通事故対策技術の開発を説明します（図－33）。
積雪寒冷地の冬期道路において交通事故を更に削減するには、事故が起こる恐れのある箇所を特定し、事故の起こりやすさを評価して、これらに基づく事前の備えを通じてリスク低減を図ることが有効です。

した、交通安全診断ツールを開発しました。
これによって、現場で観察すべきポイントや検討すべき対策の確認、診断書の作成が容易となり、効果的・効率的な交通安全診断に貢献できます。
次にワイヤロープ式防護柵の技術開発について説明します（図－34）。ワイヤロープ式防護柵は寒地土木

右のグラフは降雪量や日平均気温とスリップ事故の研究所が中心となり開発を進めてきたもので、特に高関係です。ここで示される条件によってスリップ事故

速道路暫定2車線区間の中央を分離するレーンディバの危険度が判断できます。このデータを元に、北海道イダーとして広く普及が進められています。これまで

警察との共同研究によって、国道230号の交通情報板

このワイヤロープ式防護柵は端末支柱や中間支柱の土でスリップ事故危険度情報提供を行い、運転者へ注意

中深さの制約から土工部のみに設置が可能で、橋梁部喚起を行っております。

区間やコンクリート舗装区間では設置が困難でした。

また、冬期交通事故リスクマネジメントツールの開そこで、支柱基部の改良や、あと施工アンカーを採用

発では、交通安全診断において、現場で事故分析がですることによって、橋梁部やコンクリート舗装に設置きる事故分析システムとエキスパートシステムを搭載できる仕様を開発しました。

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特集号

2022年度

図－35

図－36

これらの成果は「ワイヤロープ式防護柵整備ガイド

ン（案）」としてとりまとめて公表しました。ガイドライン」に掲載して、技術普及を図っています。令和ライン（案）は現場での設計や運用に活用されている

3年度末までの整備延長は約1,300kmと普及が拡大し、ところです。

安全性向上に大きく貢献しております。

今まで説明したように、得られた成果は非常に多岐

また、ラウンドアバウトの構造の検討も行っておりに渡っており、現場での活用に向けてさまざまな活動ます（図－35）。ラウンドアバウトは中央にあるドーを通じて、成果普及に務めていきたいと考えおります。

ナッツ状の環道部が優先走行となる円形の平面交差点

また、引き続き、第5期の研究開発プログラム、「地域です。全国で100箇所以上設置されるようになり、北社会を支える冬期道路交通サービスの提供に関する研海道においても浜頓別町や上ノ国町ですでに運用され究開発」によって、さらなる研究の開発に取組んでいています。

きたいと考えております（図－36）。

本研究では除雪作業に起因するエプロン端部の損傷

今日は2つのプログラムを駆け足で説明しましたが、などについて調査するとともに、これまでの成果を「積以上で説明を終わります。ご清聴ありがとうございま

雪寒冷地におけるラウンドアバウトの設置ガイドライした。

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