降雪・積雪が市街地の歩行環境に与える影響の定量評価
新潟工科大学

１．はじめに工学部

情報電子工学科教授

村上肇

准教授

佐藤栄一

学部生

兒玉正樹，植木祐介，金子元樹

２．降雪の影響に関する画像評価

社会の高齢化が進む我が国において、バリア北陸地域では冬になると雪が降り、交通信号フリー社会の構築は喫緊の課題となっている。

や道路標識等が見えにくくなる。これらは歩行高齢者、障害者等の円滑な移動及び建築物等の者に対して行動を制限する方向に作用する。そ

施設の円滑な利用の確保のために、いわゆる「バこで冬期における歩行環境の安全指標という観リアフリー新法」が定められており[1]、また各点から、画像処理及び画像解析を行う。そして、自治体の実状に合わせた条例等が整備されてき標識の見えにくさについて降雪が与える影響を、ている。

２次元フーリエ変換によって定量的に解析する。

北陸地域の自然環境の特徴として冬期の降雪・積雪があり、多雪地域、すなわち雪国のバ2.1.理論

リアフリー社会の構築を進める上で、それらに画像は、２次元空間に分布する色情報である。

対応する必要がある。雪国では、積雪によってそして空間的に変化する信号に対して、空間周歩行者空間が狭められたり、路面の凍結によっ波数が定義される。長さ L を周期とする画像内て転倒の危険性が増したりするなど、冬期特有の正弦波信号について、その空間周波数μは単のバリアが存在する。そこで、横断歩道周辺の位長さあたりの正弦波の個数（波数）であり、L雪対策、スロープの凍結対策、バス停周辺の雪の逆数として定義される[3]。ここで対象画像の対策等が実施されている[2]。これらは「冬期バ幅を L0 とすると、空間周波数μ＝k/L0 と表現でリアフリー」と呼ばれており、雪国の各自治体きる。ここで k は次数であり、L0 に含まれる正でさまざまな取り組みがなされている。それら弦波の数を示す。k が大きいほど、空間周波数は有効な成果を挙げており、雪国のバリアフリμが高い。またμ＝1/L＝k/L0 より、k=L0/L でー社会の構築として先進的な事例であるといえあり、k が大きいほど、周期が短い。

る。しかしながら、降雪・積雪が市街地の歩行画像は２次元であることから、横方向、縦方環境に与える影響について必ずしも十分な学術向に関する k,l なる２つの次数が存在する。詳細的議論を行っている訳ではない。そこで本研究は省略するが、画像信号 f(m,n)を２次元フーリは、降雪による「見えにくさ」の定量評価としエ変換することにより、空間周波数情報に相当て、画像の２次元フーリエ変換による解析を検するフーリエ係数 F(k,l)が得られる。

討する。また積雪による「通りにくさ」の定量F(k,l)は、空間周波数領域に関する２次元情報評価として､車いすの走行時の加速度を計測・解を与えるが、原点から半径 r の微小幅の環状領析する。そしてこれらの検討によって､冬期バリ域に存在するフーリエ係数の２乗和として、パアフリーの基礎的知見を得ることを目的とする。

ワースペクトラム P(r)が得られる。画像を２次元フーリエ変換し、パワースペクトラムとして表現することにより、画像の空間的特徴が明らかになる。ところで半径 r は数学的に次数 k,l2.3.結果・解析と等価であり、r が大きいほど、空間周波数が高擬似降雪粒子の最大径φ５、総個数 n＝400く、また周期が短いことを意味する。よって今の場合の、「信号機あり」標識についての画像の後は r を次数と呼ぶ。

パワースペクトラムを図１に示す。次数 r が５～20 の範囲（以下、[5,20]と表す）で、擬似降2.2.実験方法

雪画像は非降雪画像に比べてパワーが大きくな評価対象として、非降雪期に新潟工科大学学った。４種類の標識について、擬似降雪による内道路に設置した「信号機あり」、「一時停止」、パワーの増加を表１に示す。これは画像全体ま「通行止め」、「一方通行」の４種類の道路標識

たは[5,20]の範囲において P(r)を積分し、擬似降を、画素数 5,020,000[ピクセル]のディジタルカ

雪画像の積分値を非降雪画像のそれで除した結メラ（ソニー製 DSC-F707）で撮影し、JPEG果である。画像全体の増加率 Rtotal 以上に、形式で記録した。

[5,20]の範囲での増加率 R5_20 の増加が観測さこのようにして得られた画像を「非降雪画像」と呼ぶ。それらに対して画像処理を施し、擬似れた。但し「通行止め」標識については、全体と同程度の増加にとどまった。

降雪粒子を合成することによって「擬似降雪画「信号機あり」標識について、擬似降雪粒子像」を生成する。擬似降雪粒子は、粒子最大径の最大径φ、総個数 n を変えた場合の比較を行

φ、画像内の総個数 n、白化率 0.8 とし、画像内った。各条件において画像全体の P(r)を積分し、での配置・径をランダムに変化させた。

非降雪画像の積分値 Pns(r) と、擬似降雪画像の積分値 Ps(r) から、パワー比 R(r)＝Ps(r) / Pns(r)象である道路標識近傍を、一辺が 128[ピクセル]を計算した。各条件での(a)パワー比の最大値の正方領域として切り出し、２次元フーリエ変

maxR(r) 、 (b)maxR(r) を 与 え る 次 数 rm 、換を行って、各画像のパワースペクトラムを求(c)R(r)>1 を与える r の個数の割合、を図２に示めた。

す。なお、Pns(r) が小さかった場合にはパワー

パワー P(r)[dB]

非降雪画像、擬似降雪画像に対して、評価対

300
250200150100500

擬似降雪
非降雪0
図１102030
次数 r4050「信号あり」画像のパワースペクトラム

表１

標識画像の擬似降雪によるパワー増加

標識

信号機あり

一時停止

通行止め

一方通行

画像全体の増加率(Rtotal)

1.28

1.33

1.18

1.22

[5,20]の増加率(R5_20)

1.43

1.42

1.181.28比 R(r) は過大に評価される可能性がある。そこ

ル]（＝128×128）の解析対象画像内に存在するで Pns(r) や Ps(r) の値がそれぞれの最大値の擬似降雪粒子の平均個数は約 1.3 となる。擬似半分以下の場合には無視するようにした。

降雪画像は見掛け上、非降雪画像が擬似降雪粒子で分割されることから、この作用によりパワ2.4.考察ーが増加したものと思われる。

まず、図１の「信号機あり」標識に対する擬次に、表１に示した４種類の標識の画像につ似降雪の影響を考察する。φ＝５より、擬似降いて比較する。これらのうち、「通行止め」と「一雪粒子の直径は５[ピクセル]以下である。対象画

方通行」の標識は、もともと白い部分が多いこ

像幅は 128[ピクセル]であるから、擬似降雪粒子とから、擬似降雪粒子を画像に合成しても影響の大きさは次数換算で 26 以上となる。したがっが小さく、各々の増加率が顕著でなかったと思て擬似降雪画像において次数５～20 の範囲でパわれる。

ワーが増加したのは、画像に合成した擬似降雪粒子が単純に作用したとはいえない。

さらに、図２に示した擬似降雪粒子の条件変化の影響を考察する。
(a)では、パワー比最大値 maxR(r)は、φが大の総個数（n）が 400 とすると、16384[ピクセ

きくなるにしたがって概ね大きく、n が大きく

maxR(r)502 万ピクセルの画像において擬似降雪粒子

φ6φ10φ143210200400600n8001000rm(a) パワー比最大値

φ6φ10φ1420151050200400600
n8001000(b) 最大値を与える次数φ6φ10φ140.40.20200400600
n8001000(c) R(r)>1となる割合
図２

擬似降雪粒子の条件変化に伴う画像のパワースペクトラム積分値の変化

なるにしたがって大きくなる傾向があった。φ3.1.実験方法や n が大きくなることで擬似降雪粒子の影響が平坦でない路面を車いすが走行すると車いす画像に対して強く作用していると考えられ、こに振動が生ずるが、これは加速度として測定での結果は妥当といえる。

きる。手動車いす（日進医療器製 TY-1）の座面(b)では、パワー比最大値を与える次数 rm は、下部フレームに、検出範囲±100m/s2、応答周波φが大きくなるにしたがって小さく、n が大き数 0.8～100Hz の３軸加速度センサ（マイクロくなるにしたがって大きくなる傾向があった。

ストーン製 MA3-10Ac-RDB）を貼付し、データ

φ＝6, 10, 14 の擬似降雪粒子は、次数換算でそレコーダ（TEAC 製 es8）に接続して、サンプ

れぞれ 21, 13, 9 となる。また n＝200, 400, 600,

リング周波数 1kHz で記録する。車いすが走行

800, 1000 では、解析対象画像内の粒子の平均個する際に生ずる加速度は鉛直成分が最も大きい

数はそれぞれ 0.7, 1.3, 2.0, 2.6, 3.3 である。φとことが知られており[4]、本研究では上下方向の次数の関係は前述の理論と対応しており、特に n加速度について検討する。

＝1000 の結果は、ほぼ理論通りといえる。n が非積雪状態や積雪状態の歩道を、被験者が自小さいときには、対象画像内に擬似降雪粒子が分で車いすをこいで走行する。被験者は車いす存在しない場合もあり、影響が小さくなったも使用経験のあまりない 22 歳の健常男性である。のと思われる。
(c)では、R(r)>1 を与える r の個数の割合は、3.2.結果・解析

φが大きくなるにしたがって小さくなる傾向が測定は市街地である新潟県柏崎市東本町の歩あった。これはφが大きくなるにつれて、影響道にて行った。測定時の気象条件は表２の通り

は空間周波数的に局所化されることを意味してである。実験風景を図３、４に示す。

いる。このことは、擬似降雪粒子によって画像

車いすが非積雪歩道を走行したときに生じたが分割されるのではなく、粒子自体が強く作用加速度波形を図５に示す。７秒付近、16 秒付近したものと思われる。なお、R(r)>1 となる割合で線状点字ブロックを通過したので、±20m/s2

では、n との明確な関係は見られなかった。

を超える加速度が生じた。また、走行路面のタ以上の考察より、擬似降雪粒子が画像に対して与える影響を定量的に示すことができた。降雪時の歩行環境の見えにくさの指標を構成する上で、この知見は有用であると考える。

イル目地により、全体的に±３m/s2 程度の加速度が生じた。
車いすが積雪歩道を走行したときに生じた加速度波形を図６に示す。±20m/s2 を超える加速度が多数回生じたことが確認できる。積雪歩道

３．積雪の影響に関する加速度評価

はタイル敷きであるが、点字ブロック上を通過

北陸地域では冬になると雪が降り、歩道に雪した時と同程度の大きい加速度が頻繁に発生すが積もる。これにより、歩行者が市街地を移動るような路面環境に変化したと考えられる。ましにくくなり、行動が制限される。また車いす使用者は歩行者以上に移動が困難になる。凹凸

表２のある床面をキャスタや車いすが走行する際に

実験日

気温・湿度

加速度測定時の気象条件
積雪生ずる振動について多数報告されているが、積非積雪

2007 年

4.5℃

雪路面に関する検討はない。そこで、歩道周囲状態

12 月 21 日――の路面環境に対して積雪が与える影響を、加速

積雪2008 年

6.2℃

2.5cm度による非平坦性変化として定量的に解析する。

状態

1 月 23 日

48.5％

水べた雪

3.3.考察た本来の点字ブロックは雪に埋もれており、明確な加速度変化としては観測されなかった。

実効値による結果から、身体への振動と不快ヒトは、身体への振動について４～８Hz の帯感との関係[5]としては、非積雪歩道における振域で感度が高い（より不快に感ずる）特性にな

動は８時間以上の走行でも不快とはならない加っている[5]。そこで、非積雪歩道、積雪歩道に速度に相当する一方、積雪歩道における振動はついて加速度波形の８～15 秒の区間での、４～１時間程度の走行で不快となる加速度に相当す

８Hz 成分を２次のバタワースフィルタで抽出ることが示された。また JIS[6]に記載されていし、その実効値を求めた。その結果、非積雪歩る、ヒトの全身振動に対する反応の一例を表３

道では 0.26m/s2、積雪歩道では 0.91m/s2 となっに示す。本研究と JIS とでは加速度の測定方法た。

は異なるものの、積雪歩道を走行する車いすの非積雪歩道

図４

積雪歩道

60
加速度 [m/s^2]40200-200246810 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30-40-60
時刻 [s]

図５

非積雪歩道の上下加速度6040
加速度 [m/s^2]

図３200-2002468101214161820-40-60
時刻 [s]

図６

積雪歩道の上下加速度

222426使用者は振動を不快に感ずることを示唆してい参考文献

る。なお、この実験では車いすのみならず、車[1] 高齢者、障害者等の移動等の円滑化の促進にいす使用者の腰部背面（仙骨部）と頭部後面（外関する法律，後頭隆起）の加速度も計測した。乗り心地とい

http://www.mlit.go.jp/barrierfree/barrierfree_.

う観点からは、それらの加速度の解析も重要で

htmlある。

[2] 平成 15 年度国土交通白書－活き活きとした

以上、車いすに生ずる加速度について検討を地域づくりと企業活動に向けて－，第Ⅱ部第５加えたが、本研究では車いす使用者のみを対象

章第５節，とするものではない。加速度は振動によって生

http://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/h15/hakus

ずるが、これは路面の非平坦性を反映している。

ho/h16/html/F2055500.html

このようにして得られた加速度は、数値として[3] 酒井幸市：デジタル画像処理入門，CQ 出版，の意味合いは異なるが、「歩きにくさ」「通りにpp.170-194, 2004.

くさ」を示す指標ともなるものと思われる。

[4] 高見正利・糟谷佐紀・黒田大治郎・奥英久・
橋詰勉・米田郁夫：路面状態が車いす走行に及

４．むすび
本研究では、北陸地域でのバリアフリー社会ぼす影響について，第 22 回リハ工学カンファレンス論文集，pp.121-122, 2007.の構築に関する基礎的知見として、降雪・積雪[5] 家田仁（編）・東京大学交通研究共同体：そが歩行環境に与える影響を定量的に評価した。

れは足からはじまった－モビリティの科学，技

道路標識の降雪による見えにくさを画像解析に

報堂出版，pp.78-81, 2000.

よって、歩道の積雪による非平坦性を加速度解[6] JIS B 7760-2:2004

析によって、それぞれ評価し、降雪・積雪の影定方法及び評価に関する基本的要求，2004.

響を論じた。本研究の成果は、冬期のバリアフ[7] 兒玉正樹（指導教員・村上肇）：積雪路面をリー化を進める上で有用であるものと思われる。

走行する車いすに生じる加速度の解析，平成 19

ところで本研究では、降雪・積雪を高齢者・年度新潟工科大学学生による「柏崎に関する研全身振動－第２部：測障害者等に対する「バリア」として位置付けて究」発表会研究論文集，pp.3-4, 2008.

議論してきた。しかしながら雪国である北陸地[8] 植木祐介・金子元樹（指導教員・佐藤栄一）：域にとっては、雪こそ地域特性であるという考

降雪による見えにくさの評価，平成 19 年度新潟え方もできる。したがって単純に「邪魔な雪を工科大学学生による「柏崎に関する研究」発表なくせ」という立場ではなく、雪との共存を前会研究論文集，pp.5-6, 2008.

提とした視点を保つことが、北陸地域のバリアフリー社会の構築を考える上で極めて重要であ

表３振動環境と快適性との対応（[6]より引用）
加速度[m/s2]

反応

なお、本研究の一部は、平成 20 年 2 月 26 日

0.315 未満

不快でないに柏崎商工会議所にて開催された、柏崎商工会

0.315～0.63

少し不快

議所・新潟県建設業協会柏崎支部主催による「第0.5～１

やや不快６回”柏崎に関する研究”発表会」において、0.8～1.6

不快発表されたことを付言する[7,8]。

1.25～2.5

かなり不快２

極度に不快ると思われる。