平成27年度

スマートデバイスの搭載に向けた除雪車運転室内の環境調査
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 ○小宮山 一重
高本 敏志
佐藤 信吾
近年、スマートデバイスが広く普及し、様々な事業、用途で活用されている。今後、除雪事業においても、情報共有や運転支援等のツールとしての活用が想定される。しかし、除雪車の運転室内は、除雪作業に伴う衝撃や振動など、乗用自動車等よりも使用環境が悪く、スマートデバイスへの影響が懸念される。このことから、除雪車へのスマートデバイス搭載を検討する際の基礎資料とするため、除雪車の運転室内の環境調査を行った。
キーワード：除雪、除雪車、運転室内環境、スマートデバイス

1. はじめに
近年、スマートデバイス（スマートフォンやタブレット等）が広く普及し、様々な事業、用途で活用されている。除雪事業においても、今後、会社事務所等と除雪車との情報共有や、除雪車の運転支援などにおいて、スマートデバイスの活用が想定される。しかし、除雪車は除雪装置を路面に押し付けながらの走行や、除雪装置の上下動等、乗用自動車や貨物自動車よりも大きな衝撃や振動が発生すると推定する。このため、除雪車に搭載するスマートデバイスは、高い耐久性（耐衝撃、耐振動）を備えた業務用製品を用いることが望ましいが、導入コストが高くなる。一方、民生用製品は、導入コストを抑えられるが、衝撃や振動に起因する故障が懸念される。そこで、除雪車運転室内の環境調査として、除雪作業中における運転室内の加速度（合力）を把握するための調査を行った。

2. 環境調査概要(1) 調査対象除雪車
調査対象として、一般国道の除雪作業に用いられている除雪車の中から、建設機械をベースに製作され、除雪作業時における車体振動が大きいと想定される除雪グレーダ（以下、グレーダ）及び除雪ドーザ（以下、ドーザ）を選定した。同型機械の外観写真を写真-1に、それぞれの車両の特徴を表-1に示す。

Kazushige Komiyama, Satoshi Takamoto, Shingo Sato②①③

写真-1 除雪車外観（左：除雪グレーダ、右：除雪ドーザ）
表-1 除雪車の特徴

機械名

除雪グレーダ
除雪ドーザ
高速整正型、4.3m、サ13t級
規 格
イドウイング装置付
ブレード（写真-1 の①）
U ブレード除雪装置
サイドウイング（写真-1 の③）
（写真-1 の②）
新雪除雪、路面整正、圧雪除去、運搬
新雪除雪、交差点処
作業用途 排雪、歩道除雪（サ理、運搬排雪
イドウイング付のみ）
路面整正能力が高
小回りが効き、機動特 徴 く、硬い氷盤の除去性が高いも可能
走行時のピッチング※が少ない ピッチング※が大きい
車体挙動※ピッチングとは、車体の前後方向の回転による揺れのことをいう。

(2) 調査除雪工区
調査除雪工区として、グレーダとドーザが配備されている札幌開発建設部岩見沢道路事務所の一般国道234号の除雪工区を選定した。なお、岩見沢市は豪雪地帯特別措置法により特別豪雪地帯1)を含む地域として指定されている。また、この除雪工区には、KP0～KP10.25の区間に中央分離帯が設置されている。往路の除雪では、中央分離帯と中央分離帯の間を除雪するため、頻繁な折り返しが行われ、車体挙動の変化も多く見られる。
この除雪工区におけるグレーダとドーザの一般的な除雪作業時の動態を図-1に示す。

設置した。
加速度計の設置位置図と計測方向の設定を図-2に示す。
なお、加速度計の記録は、10分間サンプリングした中のピーク値を10分毎に記録する設定とした。
Y軸（－⽅向）Z軸（+⽅向）X軸（－⽅向）X軸（＋⽅向）

Y軸（＋⽅向）Z軸（－⽅向）グレーダの動態

工区境

Z軸（+⽅向）道路距離標（ＫＰ）

パーキング
中央分離帯
終点

●：加速度計Y軸（＋⽅向）往路

復路
Z軸（－⽅向）X軸（－⽅向）X軸（＋⽅向）

Y軸（－⽅向）ドーザの動態

図-2 計測機器設置位置（上 : 除雪グレーダ、下 : 除雪ドーザ）

a 中央分離帯設置区間

3. 調査結果
工区境

日時図-1 一般的な除雪作業時の動態（一例）
図-1は、道路距離標(KP)と日時を軸としたグラフに、除雪車の作業データ（作業箇所(KP)とその時の時刻）をプロットし、除雪車の動態を折れ線グラフで表した除雪作業グラフである2)。この除雪作業グラフにより、除雪作業時の動態や除雪梯団編成等を包括的に確認できる。
なお、除雪車の作業データには、北海道開発局が運用している除雪機械等情報管理システムのデータを用いた。
橙色の実線はグレーダ、青色の点線はドーザの動態を表したものである。また、赤色の水平線は工区境を、水色の点線の水平線はパーキングを、緑色の点線の水平線は中央分離帯の終点位置を表している。
上述したように、中央分離帯設置区間（KP0～KP10.25）の除雪は、往路で折り返しを繰り返しながら除雪し（図-1のa）、復路では折り返さずに担当工区境まで直進していることが確認できる。

表-2 調査期間における除雪車の稼働実績

機械名
除雪
グレーダ
除雪ドーザ調査 出 動 延 べ 走行距離
年度 日数（日） （km）

稼働時間(hr)

H24433,430215

H25352,788166

H24624,037356

H25553,043255
・調査期間は、H24 年度が H24.12.15～H25.2.28、H25年度は H25.12.12～H26.2.28 である。
・走行距離には、除雪ステーションから除雪担当工区までの回送中の距離を含む。
・稼働時間には、作業時間及び回送時間を含み、アイドリングは含まない。
250発
生 200
頻 150度（ ）(3) 調査期間
調査期間は、除雪車の稼働が多く見込める12月中旬から2月末までの約2ヶ月半とし、平成24～25年度の2ヶ年行った。

(1) 加速度調査結果
調査期間における除雪車の稼働実績を表-2に、除雪作業中（作業中における短時間の回送やアイドリング中のデータを含む）の加速度（合力）別発生頻度ヒストグラ
ムを図-3、4に示す。また、参考として一般貨物におけるトラック輸送時の振動発生状況の事例3) を表-3に示す。

回100(a)304回 458回(c)(b)

H24 n = 1,438
H25 n = 1,064
破線内(1.31～2.50G)■H24 +■H25n = 679(27.1%)
max 2.421

50(4) 加速度計設置位置
前後進方向(X軸)、左右方向(Y軸)、垂直方向(Z軸)の加速度が計測できる加速度計を各車両の運転室内の床面にKazushige Komiyama, Satoshi Takamoto, Shingo Sato0.21‐0.30
0.31‐0.40
0.41‐0.50
0.51‐0.60
0.61‐0.70
0.71‐0.80
0.81‐0.90
0.91‐1.00
1.01‐1.10
1.11‐1.20
1.21‐1.30
1.31‐1.40
1.41‐1.50
1.51‐1.60
1.61‐1.70
1.71‐1.80
1.81‐1.90
1.91‐2.00
2.01‐2.10
2.11‐2.20
2.21‐2.30
2.31‐2.40
2.41‐2.50
2.51‐2.60
2.61‐2.70
2.71‐2.80
2.81‐2.90
2.91‐3.000

加速度（合力）（G）

図-3 加速度（合力）別発生頻度（除雪グレーダ）

250

発
生 200
頻 150
度 100

(c)

(a)
(b)

（ ）

H24 n = 2,344
H25 n = 1,716
破線内(1.31～3.00G)■H24 +■H25
n = 2,419(59.6%)
max 2.920

回 50

0.21‐0.30
0.31‐0.40
0.41‐0.50
0.51‐0.60
0.61‐0.70
0.71‐0.80
0.81‐0.90
0.91‐1.00
1.01‐1.10
1.11‐1.20
1.21‐1.30
1.31‐1.40
1.41‐1.50
1.51‐1.60
1.61‐1.70
1.71‐1.80
1.81‐1.90
1.91‐2.00
2.01‐2.10
2.11‐2.20
2.21‐2.30
2.31‐2.40
2.41‐2.50
2.51‐2.60
2.61‐2.70
2.71‐2.80
2.81‐2.90
2.91‐3.000

加速度（合力）（G）

図-4 加速度（合力）別発生頻度（除雪ドーザ）
表-3 トラック輸送中の振動発生状況の事例3)加速度(G)
測定条件
一般道路

上下方向

左右方向

前後方向

舗装路 0.4～0.7 0.1～0.2 0.1～0.2
20～40km/h 非舗装路 1.3～2.4 0.4～1.0 0.5～1.5

約2cmの段差超え
35km/hでブレーキング時

1.6～2.5 1.0～2.4 1.1～2.30.2～0.7－0.6～0.7

表-4 加速度（合力）上位10回分
除雪グレーダ順位

2013/1/8 往路

2013/1/12 往路

2013/1/14 往路

2013/2/20 往路

2013/12/14 往路

2013/12/23 往路

2014/1/10 往路

2014/2/18 往路

2.5

加 2.0
速度 1.5合⼒ 1.0︶Ｇ 0.5
0.001234578910111213141516171819

道路距離標(KP)

図-5 往路の作業箇所(KP)別加速度（合力）（除雪グレーダ）
2013/1/8 復路

2013/1/12 復路

2013/1/14 復路

2013/2/20 復路

2013/12/14 復路

2013/12/23 復路

2014/1/10 復路

2014/02/18 復路

2.5

加 2.0
速
度 1.5
合
⼒ 1.0︵Ｇ 0.5︶

Kazushige Komiyama, Satoshi Takamoto, Shingo Sato6

中央分離帯設置区間

0.0012345

中央分離帯設置区間(2) 加速度の発生要因

除雪ドーザ

合力(G)
記録日時
合力(G)
記録日時
12.421
2013/12/14 6:40
2.920
2012/12/28 1:00
22.391
2014/2/18 14:00
2.890
2013/1/2 7:40
32.3542013/12/23 7:20
2.870
2013/2/7 6:50
42.336
2013/2/20 5:50
2.853
2012/12/22 5:10
52.3002013/12/14 3:20
2.841
2013/1/5 1:50
62.291
2013/1/14 7:20
2.801
2013/1/9 4:30
72.2892013/1/8 4:40
2.796
2013/2/21 5:2082.285
2013/1/12 7:50
2.794
2013/1/13 7:109
2.282
2013/1/8 5:40
2.777
2012/12/28 4:10102.245
2014/1/10 2:40
2.777
2014/1/11 0:00
No.1とNo.5、No7とNo.9は同一
No.1とNo.9は同一日のため、散日のため、散布図の日数は8と布図の日数は9となる。
なる。

︵グレーダにおける最大加速度（合力）は、2.421Gであった。加速度別の発生頻度は、0.51～1.00Gの範囲に発生回数が約450回をピークとする山（図-3のa、全体の70.6%）と、1.61～2.00Gの範囲に発生回数が約100回をピークとする山（図-3のb、全体の21.9%）の二山型となる傾向が見られた。また、表-3に示すトラック輸送中の非舗装路走行の場合の上下方向の加速度(1.3～2.4G)相当以上の発生割合が、全体の約27%であることがわかった（図-3のC）。
方向別の最大値では、前進方向で0.96G、後進方向で-1.08G、左方向で1.44G、右方向で-0.90G、上向き方向で0.74G（1.74G※）、下向き方向で-2.34G（-1.34G※）であった。
ドーザにおける最大加速度（合力）は、2.920Gであった。加速度別の発生頻度は、0.61～2.40Gの広い範囲に発生回数50回程度以上のデータが分散した。その中で0.61~1.20Gの範囲（図-4のa、全体の37.1%）と、1.21～2.40Gの範囲（図-4のb、全体の58.1%）に、発生回数200回程度をピークとする山が二つとなる傾向が見られた。
また、表-3に示すトラック輸送中の非舗装路走行の場合の上下方向の加速度(1.3～2.4G)相当以上の発生割合が、全体の約60%であることがわかった（図-4のC）。
方向別の最大値は、前進方向で-1.90G、後進方向で1.10G、左方向で-1.90G、右方向で1.54G、上向き方向で2.00G（3.00G※）、下向き方向で-2.54G（-1.54G※）であった。
※上向き及び下向き方向の（ ）内の数値は、重力加速度（1G）を加味した値である。

除雪作業に伴う加速度の発生要因が沿道条件の影響によるものならば、大きな加速度（合力）が記録される地点は概ね一致すると推定する。そこで、収集した加速度（合力）データの大きな値が記録された地点を確認することとした。
確認は、全ての加速度（合力）データのうち、最大値の上位10回が記録された日の全データと、除雪車の作業データ（作業箇所(KP)とその時の時刻）を用いて、往路と復路の散布図を作成して行った。これは、図-1に示したとおり、この除雪工区においては、往路と復路の除雪作業方法が異なるためである。
最大値の上位10回の加速度（合力）を表-4に、グレーダの散布図を図-5、6に、ドーザの散布図を図-7、8に示す。

678910111213141516171819

道路距離標(KP)

図-6 復路の作業箇所(KP)別加速度（合力）（除雪グレーダ）2012/12/22 往路
2013/1/5 往路
2013/2/7 往路

2012/12/28 往路
2013/1/9 往路
2013/2/21 往路

2013/1/2 往路
2013/1/13 往路
2014/1/11 往路

3.0

加 2.5
速度 2.0合︵⼒ 1.5︶

Ｇ 1.0
0.5
0

1234567

中央分離帯設置区間

89

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

道路距離標(KP)

図-7 往路の作業箇所(KP)別加速度（合力）（除雪ドーザ）

2012/12/22 復路
2013/1/5 復路
2013/2/7 復路

2012/12/28 復路
2013/1/9 復路※
2013/2/21 復路

2013/1/2 復路
2013/1/13 復路
2014/1/11 復路

3.0

加 2.5
速度 2.0合︵⼒ 1.5︶

Ｇ 1.00.5012345

中央分離帯設置区間

678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19さらに、除雪作業時に生じる大きな加速度（合力）は、沿道条件から受ける影響よりも様々な条件下（施工方法、降雪量等）で行われた除雪作業により生じることがわかった。
グレーダとドーザに生じた加速度（合力）の相違要因
は、以下のとおりであると推定する。
グレーダは主に除雪装置を路面に押し付けながら、ほぼ直線的に除雪を行うので、除雪装置を上下に動かす頻度がドーザに比べて少ない。一方、ドーザは交差点などにおいてグレーダが除けた雪を路側に寄せたり、積み上げたりするなど、前後進の繰り返し、車体の向きの変更及び除雪装置を上下に動かす頻度がグレーダよりも高い。
これらのことに伴う車体挙動が様々な大きさの加速度（合力）となり、広範囲に分散したと考える。
以上のことから、除雪車にスマートデバイスを搭載する場合は、3G程度の加速度に耐える製品を選定する、または、スマートデバイスの固定具で衝撃や振動の軽減対策を施すことが望ましいと考える。なお、除雪車を屋外で保管する場合は、外気温の低下に伴い車内温度が氷点下になる場合もあるため、気温も考慮する必要がある。
一般的なスマートデバイスには、保管時の環境で-20℃まで対応しているものもあるが、外気温が-20℃以下になるような地域では、非稼働時に取り外す、またはカバーを掛けて保温するなど注意が必要である。

道路距離標(KP)※2013/1/9の作業は、KP0～1.5区間のみしか行われておらず、往路と復路の明確な判別ができないため、往路のみ作成した

図-8 復路の作業箇所(KP)別加速度（合力）（除雪ドーザ）

図-5～8 より、グレーダ、ドーザ共に往路及び復路の高い加速度（合力）が発生している箇所において、小さな加速度（合力）も発生していることから、大きな加速度（合力）の主たる発生要因は沿道条件ではないことがわかった。よって、大きな加速度（合力）は様々な条件下（施工方法、降雪量等）で行われた除雪作業に伴い生じたものと考える。

4. 考察
運転室内の環境調査結果からグレーダとドーザを比較してみると、加速度（合力）別発生頻度（図-3、図-4）
ではドーザの方が広い範囲にデータが分布している。また、前後進方向、左右方向、上下方向別の加速度は、全てにおいてドーザの方がグレーダよりも大きな加速度が発生していた。
貨物トラックが一般道路の非舗装路を20～40km/hで走行した時に生じる上下方向の加速度（1.3～2.4G）相当以上の発生割合（図-3のC、図-4のC）でもグレーダが約27%、ドーザが約60%と、ドーザの方が除雪作業で生じる加速度（合力）が大きいことがわかった。
Kazushige Komiyama, Satoshi Takamoto, Shingo Sato

5. おわりに
近年は、米軍の防衛装備品のための衝撃、振動、温度等の試験規格であるMIL-STD-810に準拠した民生用製品のスマートデバイスが国内でも販売されている。。
今後の除雪作業に関する技術開発において、スマートデバイスを活用する際には、MIL-STD-810 準拠品の使用なども含めて検討していきたい。
謝辞：除雪車運転室内の加速度の計測にあたり、ご協力をいただいた札幌開発建設部、岩見沢道路事務所、及び及川産業（株）の関係各位に心から感謝の意を表します。
参考文献
1) 国土交通省、豪雪地帯及び特別豪雪地帯の指定地域詳細（平成 27 年 4 月 1 日現在）、http://www.mlit.go.jp/common/001085674.pdf
2) 小宮山一重、大槻敏行、佐藤信吾：効果的な除雪を行うための除雪車位置情報を活用した除雪施工の検証、平成 26 年度
建設施工と建設機械シンポジウム、2014 年 11 月
3) 日本興亜損保：輸送中に発生する振動・衝撃、物流ニュース No33、2006 年 12 月号