第64回(2020年度) 北海道開発技術研究発表会論文

ミリ波レーダを用いた視程障害時の除雪車周囲探知に関する検討
国立研究開発法人

土木研究所 寒地土木研究所 寒地機械技術チーム 〇新保 貴広
舟橋 誠
久慈 直之

暴風雪による視程障害時においても安全に除雪作業を行うには、除雪車周囲の人・車両・道路工作物等を探知し、衝突事故を防ぐための周囲探知技術が必要である。ミリ波レーダは、気象の影響を受けにくい特徴があるが、吹雪時の影響は明らかにされていない。
そこで、ミリ波レーダを用いた除雪車用の周囲探知ガイダンスを試作し、効果検証試験を行ったので報告する。
キーワード：除雪、安全対策、周囲探知、ミリ波レーダ

表-1 に試験に使用したミリ波レーダの諸元を示す。

1. はじめに
近年、積雪寒冷地では極端な暴風雪に伴い、車両の立ち往生や長時間にわたる通行止め等が増えてきている。
このため、暴風雪による視程障害時においても安全に除雪作業を行い、道路交通の早期解放を可能とする除雪車運行支援技術に対する現場ニーズは非常に高い。
視程障害時においても安全に除雪作業を行うには、除雪車周囲の人・車両・道路工作物などを探知し、衝突事故を防止できる周囲探知技術が必要である。そこで、ミリ波レーダ（76GHz 帯）を用いた、除雪車周囲探知ガイダンスを試作し効果検証試験を行った。

表-1 ミリ波レーダ諸元表
項
最小検出距離最大検出距離距離方向検出精度

目性

能

< 1m
> 175m (> 10dB target)> 100m (> 0dB target)< +/- 0.5m

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
水平視野角> 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

2. 視程障害時におけるミリ波レーダの検証試験

垂直視野角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。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、吹雪時の影響については明らかにされていない。そこで、市販車用ミリ波レーダを除雪車に搭載し、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。
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、76GHz帯は長距離用として用いられる場合が多い。本試験では、除雪車が前方障害物を探知し、安全に停止するために必要な距離を 70m 以上と想定し、長距離用の 76GHz 帯ミリ波レーダを使用することとした。

4.2 – 4.75 deg(1) 試験方法
吹雪による視程障害がミリ波レーダの検出性能に与える影響を検証するため、実際の吹雪時にミリ波レーダを搭載した除雪車を走行させ、車両検出試験を行った。
試験は寒地土木研究所石狩吹雪実験場の試験走行路で行い、走行路の終点側に停止車両を配置し、車両から200m手前の位置を除雪車の出発地点とした。
視程距離は、試験走行路の中央分離帯に設置されている透過型視程計の計測値と、中央分離帯に 10m 間隔で設置した視程確認用スノーポールの目視観測結果を採用した。
試験場所平面図を図-1 に、試験状況を写真-1 に示す。

Shimbo Takahiro, Funahashi Makoto, Kuji Naoyuki－ 509 －

で接近し検出不能となる距離を計測することで、検出範囲を把握することとした。また、気象条件は、実験中に吹雪を伴うような降雪が発生した場合は降雪有り、軽微な降雪や曇天の場合は降雪無しとした。
実験距離 L=200m

車両検出マーク

試験走行路 直線部延長 L=300m№29

図-1 試験場所平面図(石狩吹雪実験場)

ミリ波レーダ

停止車両

100m

0m
50m
100m

写真-3 車両検出状況（降雪無し）

150m
20200m200164.6m

15スノーポール

写真-1 試験状況

15010

検出距離 [m]

除雪トラック

反射断面積 [dBsm]

距離確認用50-510050-10ミリ波レーダは、除雪トラックのルーフ部中央の地上高 3.3m の位置に、角度調節が可能なブラケット及びハウジングを用いて設置した（写真-2）。
試験条件は以下のとおりである。
・レーダ設置俯角：4 度,5 度,6 度
・走行速度：10 ㎞/h,20 ㎞/h,30 ㎞/h
・除雪作業の有無：除雪有り,除雪無し（回送）16.4m-15300

400

500

600

700

0800

300

400

フレーム番号

平均2.33

最大12.00

500

600

700

800

フレーム番号最小標準偏差-10.003.17

図-2 車両検出結果（降雪無し）

車両検出マーク№37

レーダ検証用カメラ
ブラケット

100m
ハウジングミリ波レーダ設置状況
写真－2(内部にレーダを収納)

写真-4 車両検出状況（降雪有り）
2020200(2) 試験結果
検出結果の一例として、レーダ設置俯角 5 度、走行速度 30km/h、除雪作業時における、降雪無しの車両検出状況及び検出結果を写真-3、図-2 に、降雪有りの車両検出状況及び検出結果を写真-4、図-3 に示す。
停止車両の検出は、除雪車を車両に向けて走行させ、ミリ波レーダが車両を検出し始めた距離と、車両直前まShimbo Takahiro, Funahashi Makoto, Kuji Naoyuki－ 510 －

1501010

検出距離 [m]写真-2 ミリ波レーダ設置状況

反射断面積[dBsm][dBsm]
反射断面積1515

5500-5-5132m

1005012.7m-10-10-15-15
200
2000
300
300

平均1.49

400
400

500
500

フレーム番号
フレーム番号

最大11.00

600
600

700
700

200

300

400500

フレーム番号最小標準偏差-10.003.07

図-3 車両検出結果（降雪有り）

600700車両検出結果は、反射断面積と検出距離を示したものである。グラフ横軸のフレーム番号は、計測間隔
50ms 毎の検出結果の順番を示している。
降雪無しの車両検出距離は、164.6m手前から検出を始め、一部未検知があったものの 16.4m まで検出できた。
平均反射断面積は 2.33dBsm であった。
降雪有りの実験時における透過型視程計の平均視程距離は 57.3m であり、スノーポールの目視確認による視程距離は 50m 以下であった。車両検出距離は、132m 手前から検出し 12.7m まで検出できた。平均反射断面積は1.49dBsmであった。
上記の実験環境では、降雪の影響により車両の最大検出距離が20％程度低下することがわかった。しかし、最大検出距離が低下するものの、100m以上手前から車両を検出できるため、除雪車が前方障害物を探知するために必要な距離として想定していた70mよりも更に手前から車両を探知可能であることを確認した。

3. 周囲探知ガイダンスの性能検証試験
吹雪による視程障害時においてもミリ波レーダにより車両の探知が可能であることが確認できたため、ミリ波レーダによるガイダンスシステムを試作し、未検出や誤検出の有無、ガイダンス情報によりオペレータが安全に停車可能か検証した。

ミリ波レーダによる障害物検知では、ミリ波による検知、受信結果の 1 次処理、受信処理結果のフィルタリン
グによる 2 次処理の 3 つの工程が必要である。ミリ波による検知及び受信結果の 1 次処理については、市販ミリ波レーダの検出結果を活用し、除雪車用に新たに構築した障害物判定処理ソフトウェアにより 2 次処理を行うこととした。
ガイダンス試作機の表示画面は、3D グラフィックスで描画した道路に、ミリ波レーダが検出した障害物情報をオペレータの視線（視野）で重畳表示したものである。
図-5 にガイダンス試作機の表示イメージを示す。
オペレータに障害物の接近を警告するため、自車（ミリ波レーダ）と障害物の距離が近づくにつれ障害物の表示色を段階的に変化させることとした。通常時は青色、注意時は黄色、警告時は赤色に変化する。また、画面中央上部にはミリ波レーダから最も近い障害物までの距離が常に表示される。
ガイダンス試作機は、自車の位置情報や道路の構造情報（車線幅、車線数、曲率等）を持たないため、描画する道路の車線数や道路幅員、自車の位置は所定の範囲内で任意に変更可能とした。また、道路水平方向の検出範
囲及び警告範囲、障害物の接近警報（注意・警告）を発出する距離の設定値も任意に変更することができる。

(1) ガイダンス試作機の作製ガイダンス試作機の作製にあたり、ミリ波レーダによる障害物の検知判定処理方法について検討した。障害物判定処理ソフトウェアの処理イメージを図-4 に示す。

図-5 ガイダンス試作機の表示イメージ(2) 試験方法
吹雪による視程障害を模擬的に再現するため、除雪トラックのフロントガラス全面にビニールシートを貼り付け、オペレータの視界を遮断した。この状況で除雪トラックを走行させたときにガイダンス試作機の障害物情報を頼りに安全に停止可能か検証した。
試験は寒地土木研究所苫小牧寒地試験道路で行い、除雪車の出発地点から 100m 先の路側帯に障害物 1 を、200m 先の自車線上に障害物 2 を配置した。オペレータ
は、ガイダンス試作機に従い自車線を走行し、障害物の表示が警告表示（赤色）に変化したところで停止操作をすることとした。なお、安全性を考慮し、障害物にはコーナーリフレクタ（CR）を使用した。
試験概略図を図-6 に、試験状況及び走行中の運転室内状況を写真-5 に示す。

図-4 障害物判定処理のイメージ

Shimbo Takahiro, Funahashi Makoto, Kuji Naoyuki－ 511 －

試験の結果、全ての条件において被験者 2 名ともにガイダンス情報に従い、自車線障害物の手前で安全に停止することができた。警告距離 20m での平均停止距離が7.05m、25mでは 12.2m、30mでは 17.05mだったことから、本実験の条件において安全な停止距離を確保するには、警告距離を 30mにすることが望ましいと考えられる。
路側帯の障害物は、誤検出により自車線に誤表示した場合、その情報を見たオペレータが停止操作をするか検証するために設置したものである。図-7、8 に一例として実験№6 におけるフレーム毎の検出結果を示す。路側帯の障害物は誤検出率が 0%であり、路側帯の障害物が誤って自車線に表示されることはなかった。しかしながら被験者 2 の実験№4 及び№6 で路側帯の障害物で停止したのは、ガイダンス画面の表示色の変化による判断ではなく、表示距離のみを見て誤操作した結果であった。

図-6 試験概略図
コーナー
リフレクター

ミリ波レーダ検出距離 [m]視界遮断用ビニールシート
12011010090807060504030200

ガイダンス用モニター200

写真-5 試験状況及び走行中の運転室内状況

路側帯

検出率

試験条件は以下のとおりである。
・レーダ設置俯角：4 度
・走行速度：20 ㎞/h
・走行状態
：回送

検出距離 [m](3) 試験結果
表-2 に試験結果を示す。
表-2 試験結果
警報距離(m)123456注意警告黄色赤色

40m

20m

50m

25m

60m

30m検出範囲(m)
検出幅

警告幅

3.5m

800

1000

自車線

未検出率 誤検出率 正検出率

路側帯100.0%

0.0%

0.0%

100.0%

自車線

100.0%

0.0%

10.0%

90.0%

図-7 障害物検出結果（被験者１）

・接近警報設定値：注意 60m・警告 30m
注意 50m・警告 25m
注意 40m・警告 20m
・被験者数
：2 名

No

400
600
フレーム番号

停止時の障害物までの距離(m)
被験者1

120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
200200400
600
フレーム番号

被験者2

路側帯

自車線

路側帯

自車線

3.5m

－

5.8m

－

8.6m

8.0m

3.5m

－

7.8m

－

6.0m

3.5m

3.5m

－

10m

－

11.8m

8.0m

3.5m

－

12.9m

13.5m

14.1m

3.5m3.5m－15.5m

－

17.5m

8.0m

3.5m

－

17.7m

19.2m

17.5m

Shimbo Takahiro, Funahashi Makoto, Kuji Naoyuki－ 512 －

路側帯

検出率8001000

自車線

未検出率 誤検出率 正検出率

路側帯100.0%

0.0%

0.0%

100.0%

自車線

100.0%

0.0%

8.1%

91.9%

図-8 障害物検出結果（被験者２）

被験者に対するガイダンス試作機の評価に関するヒアリングでは、前方が見えない状況ではガイダンス自体の有効性は高く、前方に何か障害物があるという情報は安心感に直結するため、できるだけ遠方から障害物を把握することが重要だということがわかった。また、オペレータとしてはより安全側で警報を受ける方が良く、今回の条件だと注意 60m 警告 30m でのタイミングが望ましいことがわかった。
一方で、画面表示（視覚情報）のみでオペレータに情報を伝達する方法には限界があり、音による警報と組み合わせことが有効であることが確認できた。

ミリ波レーダを用いた周囲探知ガイダンスを試作し、除雪車の前方視界を遮断した状態で走行し、ガイダンス情報に従って除雪車を停止させる実験を行った。ガイダ
ンス情報に障害物の未探知・誤探知はなく、オペレータはガイダンス情報に従いながら、障害物の 10m 以上手前で安全に停止可能であることを確認した。
今後、ガイダンスシステムの改良及び警告方法の検討とともに、一般道を対象とした除雪現場での効果検証及び課題の抽出を行う予定である。

参考文献
1) 新保貴広、山口洋士、久慈直之、視程障害時における除雪車

4. まとめ運行支援技術に関する検討、寒地土木研究所月報、No.798、

本稿では、暴風雪による視程障害時においても安全に除雪作業を行うため、ミリ波レーダを用いた除雪車
周囲探知ガイダンスについて検討した。
ミリ波レーダは、視程約 50m 以下の吹雪時でも 100m以上手前から車両を探知可能であることを確認した。

pp.25-31、2019．
2) 新保貴広、舟橋誠、久慈直之、暴風雪による視程障害時における除雪車運行支援に関する検討、寒地土木研究所月報、No.811、pp.38-44、2020．

Shimbo Takahiro, Funahashi Makoto, Kuji Naoyuki－ 513 －