JPH02254349A - 路面の凍結検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は路面の凍結を検知するための路面凍結検知方法
及びそれを実施する装置に関する。

［従来の技術］ 路面の凍結状態を検知する装置として非接触式検知装置
と、埋設式検知装置とがある。

非接触式検知装置の代表的なものとして光学的反射特性
を利用する光学式検知装置がある。

第５図は光学式検知装置の模式図である。光学式検知装
置は、路面上の水の有無、凍結の有無により路面の光学
的反射特性が変化する性質を利用している。

図において２６は路面に立設している柱であって、該柱
２６の上部に路面に平行にアーム２５が取付けられ、該
柱の中央部すなわち路面より数メートル上方に路面上の
白色マークＰ周辺に投光できる姿勢で投光器２２が取り
付けられている。投光器２２から投光された光は路面で
反射するが、前記アーム２５において路面の鏡面反射光
を受光できる位置に集光器２４が、前記アームにおいて
路面と路面上の白色マークＰとからの完全拡散反射光が
受光できる位置に集光器２３が取り付けられている。前
記柱２６に計算処理袋Ｗ２１が取り付けられており、該
計算処理装置２１には集光器２３がとらえた路面の完全
反射光及び白色マークＰからの完全拡散反射光に相当す
る各電気信号Ｖ。ｓＩＩ及びＶＳＡを入力し、また集光
器２４がとらえた路面の鏡面反射光に相当する電気信号
ＶＨＡを入力する。電気信号■。ａｌｌ　＋　　Ｖ９Ａ
＋ＶＷＡを入力した計算処理装置２１は前記各電気信号
の大小関係から路面状態を判定してその結果を出力する
。例えば路面状態が「乾燥→凍結」に変化する場合、路
面は凍結すると鏡面化して鏡面反射成分が増加するので
計算処理装置２１は■。ｇ＋！＞　ＶＨ４から■。Ａ＞
Ｖｗｓｓへの変化をとらえて凍結検知信号を出力する。

また路面状態が「乾燥→積雪」に変化する場合、ＶＩＡ
は前述の如く白色マークＰに相当した信号なのでほとん
ど変化しないが、ｖｔｉｓｓは路面の状態に相当した信
号なので雪面になるとその値は数倍になるのでＶｓａ＞
ＶｗｓａからＶ、１５１Ｉ＞　Ｖ　ｓ　Ａへ変化する。

この変化をとらえて計算処理装置２１は雪検知信号を出
力する。光学式検知装置は以上の様な構成及び動作によ
って路面の凍結積雪状態を検知するものである。

埋設式の代表的検知装置は、路面の抵抗値及び温度の変
化によって路面状態を検出するものである。路面の抵抗
値は水の有無により変化するので抵抗値が低くなると路
面に水が有ると判定される。

路面に水が有り、訃つ路面の温度が氷点下のとき路面は
凍結状態であると判定する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の光学式検知装置は、通常路面から５
．５〜６ｍの高さに集光器が取り付けられるため、該集
光器における反射光の受光量が少なくなり、一方で自動
車のヘッドライト等の外乱光を受光するという問題点が
ある。また路面において自動車のタイヤが頻繁に通過す
る部分は摩耗により窪んでいるため路面の反射光が四方
六方に散乱して受光が困難になるという問題点がある。

この様な受光上の問題点が光学式検知装置の精度低下の
原因となっている。

また埋設式検知装置は路面の抵抗値が水の有無によって
変化するが、該抵抗値は水の厚みによっても変化するの
で、水たまりなどで外乱によって水の厚みが減少するよ
うに変化すると誤って凍結状態を判定することがある。

更に不凍液が散布されていると水が有る状態で路面温度
が氷点下であっても路面が凍結状態ではないという問題
がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
であって、路面に埋設した電極の抵抗値の変化量及び高
周波数で測定した静電容量の変化量によって、路面上の
水の厚みと不凍液の散布の有無を検知して正確に路面の
凍結状態を判定することを可能とする路面凍結検知方法
及び装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の路面凍結検知方法は、路面に埋設した複数の電
極によって測定された路面の抵抗値の変化によって路面
の凍結状態を検知する方法において、前記電極によって
路面の静電容量を高周波数領域で測定し、前記静電容量
及び路面抵抗値の変化量から路面の凍結状態を判定する
ことを特徴とする。

本発明の路面凍結検知装置は、路面に埋設した複数の電
極によって測定された路面の抵抗値及び静電容量の変化
によって路面の凍結状態を検知する装置であって、前記
電極をインピーダンス測定器と接続する第１のケーブル
と、該第１のケーブルに併設された第２のケーブルと、
前記第１のケーブルを介して測定されたインピーダンス
から第２のケーブルのインピーダンスを減算したインピ
ーダンスから路面の抵抗値及び静電容量を算出する手段
と、前記路面の抵抗値及び静電容量の各変化量を求め、
該変化量から路面の凍結状態を判定する手段とを具備す
ることを特徴とする。

〔作用） 本発明の路面凍結検知方法は、路面抵抗値及び高周波数
で測定した静電容量の変化から、単なる水たまりの水の
厚みの変化等の外乱による抵抗値の変化と凍結による抵
抗値の変化とを区別する。

すなわち路面抵抗値の急変に対して静電容量も急変して
いるときの抵抗値の急変は外乱によるものと判定し、静
電容量がほとんど変化していないときの抵抗値の急変は
凍結によるものと判定する。

本発明の路面凍結検知装置は、前述の路面凍結検知方法
を実施すべき装置であって、第１のケーブルを介して測
定されたインピーダンスから第２のケーブルのインピー
ダンスを減じる。減算結果のインピーダンス値から路面
の抵抗値及び静電容量を算出し、更に各変化量を求めて
、前記変化量から路面の凍結状態を判定する。

〔実施例〕

以下本発明の路面凍結検知装置及び方法を図面に基づい
て説明する。

第１図は本発明に係る路面凍結検知装置の構成を示した
ブロック図である。

図において１は、５ＵＳ３１６又は炭素繊維強化ブラス
チンク板（ＣＦＲＰ）等で構成された板状の電極である
。２木の板状電極１，１は路面に垂直に等間隔離隔され
ており、該電極１．１の一端面のみが路面に露出してい
て、それ以外の部分はエポキシ樹脂、セラミックス等の
絶縁シール材２でモールドされて路面に埋設されている
。電極１．１と絶縁シール材２とは地下に埋設された第
１のケーブル６によって道路側帯部等の適宜の場所に設
けられているスキャナ８を介してインピーダンス測定器
９と接続されている。第１のケーブル６は２本の心線を
各電極に接続してあり、インピーダンス測定器９は２木
の電極１，１間のインピーダンスを測定する。第１のケ
ーブル６に第２のケーブル５が併設されている。第２の
ケーブル５の一端は短絡しており、他端をスキャナ８を
介してインピーダンス測定器９と接続している。第１の
ケーブルと第２のケーブルとは一束にまとめられて埋設
チューブ４で被包されている。スキャナ８は第１のケー
ブル６と第２のケーブル５とを切換えてインピーダンス
測定器９と接続するスイッチである。

インピーダンス測定器９はスキャナ８の切換えに応じて
第１のケーブル６が接続されると電極１゜１の電極間の
インピーダンスと第１のケーブル６のインピーダンスと
の和を測定し、第２のケーブル５が接続されると第２の
ケーブル５のインピーダンスを測定して、各測定値をケ
ーブルインピーダンス補正装置１０へ出力する。ケーブ
ルインピーダンス補正装置１０は、電極間のインピーダ
ンスと第１のケーブル６のインピーダンスとの和インピ
ーダンスから第２のケーブル５のインピーダンスを減算
するものである。第１のケーブル６のインピーダンスと
第２のケーブル５のインピーダンスとは同値であるから
、減算の結果、電極間のインピーダンスが求まる。ケー
ブルインピーダンス補正装置１０はこの減算結果を演算
器１２へ入力する。

このようなケーブル５．６のインピーダンス測定は一定
時間毎に行われて、その結果が演算器１２へ入力されて
いる。演算器１２は前記補正をしたインピーダンスから
電極間の抵抗値と静電容量とを後述するようにして求め
る。電極間の抵抗値は電極１．１間の路面抵抗値と電極
１自身の抵抗値との和であり、電極間の静電容量は電極
１．１間の路面の静電容量と電極１．１間の絶縁シール
材２の静電容量との和である。従って電極間の抵抗値及
び静電容量の変化量はそれぞれ路面の抵抗値及び静電容
量の変化量に近似できる。前記演算の内容については後
述する。演算器１２は以上の如き方法で求めた路面の抵
抗値及び静電容量の変化量から路面が凍結状態であるか
否かを判定する。演算器１２は路面が凍結状態であると
判定すると凍結検知信号を出力装置１３へ人力する。凍
結検知信号が入力された出力装置１３は外部へ路面が凍
結したことを報知する。

次に以上の様な構成を有する路面凍結検知装置における
路面の凍結の判定原理及び手順について説明する。

演算器１２に電極間の抵抗値と静電容量のベクトル和に
相当するインピーダンスＺが入力される。

前記インピーダンスＺから（１）、　（２）式によって
電極間の抵抗値と静電容量が算出される。

Ｒ＝ｌＺｃｏｓ　　θ　　−（１） 但し、θ：測定電圧と電流との位相角 ω：測定角周波数 ところで電極間の抵抗値Ｒ及び静電容量Ｃは（３）。

（４）式の様に表される。

Ｒ＝Ｒ，＋Ｒｏ　　・・・（３） Ｃ＝Ｃ工十０．　・・・（４） 但し、ＲＸ　：路面の抵抗値 Ｒｏ　：電極自体の抵抗値 ＣＸ　：路面の静電容量 Ｃ０：絶縁シール材の静電容量 同様に一定時間後に演算器１２へ入力されたインピーダ
ンスＺ′から一定時間後の電極間の抵抗値Ｒ’　＝Ｒ，
’　＋Ｒ，’及び静電容ｉｃ’　−ｃ、’　＋ｃ。

が求められる。−５０°Ｃ〜５０°Ｃの温度範囲で抵抗
値及び静電容量の変化が少ない電極１，１及び絶縁シー
ル材２を使用した場合、電極１．１自身の抵抗値Ｒｏ−
Ｒｏ’及び絶縁シール材２の静電容量ｃ、　−ｃ、’　
とみなせるので、電極間の抵抗値及び静電容量の変化量
ΔＲ３ΔＣは以下の如くとなる。

ΔＲ＝Ｒ−Ｒ’　＝　（Ｒ，＋Ｒｏ）−（Ｒ，’　＋Ｒ
ｏ’　）狛Ｒ，−ＲＸ’　　　　・・・（５） ΔＣ＝Ｃ−Ｃ’　＝　（Ｃ，＋Ｃｏ）−（Ｃｘ’　＋Ｃ
ｏ’　）Ｌ、　Ｃ，Ｃ、ｒ　　　　・・・（６）従って
測定された電極間の抵抗値の変化量ΔＲ及び測定された
電極間の静電容量の変化量ΔＣは、それぞれ路面抵抗値
の変化ＩＲ，−Ｒ，’及び路面の静電容量の変化量ｃｘ
−ｃ、’と等価とみなせる。

以上の様に求められた電極間の抵抗値Ｒ及び静電容量Ｃ
並びに路面の抵抗値及び静電容量の変化率ΔＲ／Ｒ及び
ΔＣ／Ｃと温度との各関係を第２図及び第３図に示して
いる。

第２図の縦軸は（ａ）抵抗Ｒ，（ｂ）抵抗の変化率ΔＲ
／Ｒであり、第３図の縦軸は静電容量の変化率ΔＣ／Ｃ
であり、第２図（ａ）、　（ｂ）、第３図の横軸は全て
温度である。

第２図（ａ）はＩｋｆｌｚ（白丸）及び１０ｋｌｌｚ（
白玉角）における抵抗値の温度変化を示しており、−３
°Ｃ付近で抵抗値が急激に変化している。抵抗値が急変
している温度は水←→氷氷状態化化点あって、路面が水
面状態のときは抵抗値は小さく、凍結状態になると抵抗
値は大きくなる。第２図（ｂ）は１ｋＨｚにおける抵抗
値の変化率ΔＲ／Ｒの温度変化を示したグラフである。

水←→氷氷状態化化点おいて大きなピークが現れるが、
路面が水面状態または凍結（氷）状態では抵抗値はほと
んど変化していない。■）のグラフにおいて、正負両方
向にピークが現れているが、冷却過程では抵抗値が小→
大に変化して正方向にピークが現れ、昇温過程では抵抗
値が大→小に変化して負方向にピークが現れるためであ
る。

第３図は冷却過程における静電容量の変化率を１００ｋ
Ｈｚ　（白丸）、ＩＭＩｌｚ（白玉角）、５ＭＨｚ（黒
丸）で測定した結果を示しており、水→氷に変化する温
度において１００ｋＨｚで測定した静電容量は高いピー
クが現れるがＩ　Ｍｌｌｚ、　５　Ｍｌｌｚで測定した
場合ではこの様なピークは現れず、静電容量の変化率は
最大でも０．５％以下である。

水の厚みと抵抗値及び静電容量との関係は第４図に示さ
れている。第４図（ａ）は５００１１ｚ（白丸）、１ｋ
ｌｌｚ（黒丸）、５ｋＨｚ（白玉角）、１０ｋＨｚ（黒
三角）において０〜１０ｍｍまでの水の厚みに対する抵
抗値の変化率（％）を示している。抵抗値の変化率は水
の厚みに反比例しており、測定周波数によってはほとん
ど影響されない。第４図［有］）は１００ｋＨｚ　（白
丸）　、　５００ｋｌｌｚ（黒丸）、ＩＭＩｌｚ（白玉
角）、５ＭＨｚ（黒三角）において０〜１０ｍｍまでの
水の厚みに対する静電容量の変化率（％）を示している
。静電容量の変化率は測定周波数によって異なっている
が、いずれの周波数で測定しても静電容量は水の厚みの
増加に伴って増加している。実験結果からＩ　Ｍｔｌｚ
で測定した場合の静電容量は水の厚みにより５〜１０％
変化している。

以上の様な抵抗値及び静電容量の、水の厚みと測定周波
数との関係を利用して、路面の凍結状態を正確に検知す
ることが可能となる。

以下、本発明の路面凍結検知方法について具体的に説明
する。

スキャナ８の切換により第１のケーブル６と第２のケー
ブル５とを交互にインピーダンス測定器９に接続して、
一定時間毎にインピーダンスを測定する。インピーダン
ス測定器９は測定した結果をケーブルインピーダンス補
正装置１０へ人力する。

ケーブルインピーダンス補正装置１０は、第１のケーブ
ル６を介して測定したインピーダンスから第２のケーブ
ル５のインピーダンスを減算し、その結果を演算器１２
へ入力する。演算器１２は減算結果から電極間の抵抗値
と静電容量を求める。静電容量の測定は高周波による必
要があり、例えばＩ　ＭＨｚ以上とする。更に演算器１
２は一定時間毎に求められた電極間の抵抗値と静電容量
とから路面の抵抗値の変化率及び静電容量の変化率を求
める。以上の方法で求められた路面の抵抗値の変化率及
び静電容量の変化率から演算器１２は路面の凍結状態を
判定する。

即ち路面の静電容量変化率がほぼ０％であって路面の抵
抗値の変化率があるレベル以上の値を示したときに路面
が凍結状態であると判定し、路面の抵抗値の変化率があ
るレベル以上の値を示しても路面の静電容量の変化率も
あるレベル以上の値を示すときは、以下の理由で路面が
凍結状態であると判定しない。

例えば水たまりに検知装置が埋没されている場合、車の
タイヤが水たまりを走行して水の厚みを急激に低下させ
た場合、測定される路面抵抗値は急激に増加するため、
路面抵抗値の変化率はあるレベル以上になっている。

この様な水の厚みの変化では、高周波数で測定した静電
容量も変化するので、路面が凍結状態になったと誤判定
しない。

不凍液の散布についても同様である。路面に不凍液が散
布された場合、路面の抵抗値は小さくなり、路面の静電
容量は大きくなる。すなわち不凍液の散布前後における
路面の抵抗値及び静電容量の変化量ΔＲ及びΔＣが大き
くなる。従って路面抵抗値の変化率があるレベル以上の
値を示した場合であっても路面の静電容量の変化率があ
るレベル以上のときは、路面は凍結状態であると判定し
ない。

以上のことをまとめると本発明の路面凍結検知方法は路
面の抵抗値変化率と高周波数で測定した路面の静電容量
の変化率とを求めて、静電容量がほとんど変化しないで
路面抵抗値の変化率があるレベル以上に達したときに路
面が凍結したと判定する。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明の路面凍結検知方法及び装
置は、路面抵抗値及び静電容量の変化率を求めているの
で測定系の誤差が相殺される。更に静電容量を高周波数
領域で測定することによって、従来検知できなかった水
の厚みの変化又は不凍液の散布等の外乱による抵抗値の
変化と凍結による抵抗値の変化を区別することが可能と
なり、路面凍結を正確に検知することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る埋設式路面凍結検知装置の構成を
示したブロック図、第２図（ａ）　（ｂ）は各々抵抗値
及び抵抗値の変化率と温度との関係を示すグラフ、第３
図は各々静電容量及び静電容量の変化率と温度との関係
を示すグラフ、第４図（ａ）　（ｂ）は各々抵抗値及び
静電容量と水の厚みとの関係を示すグラフ、第５図は従
来の路面凍結検知装置の動作原理を示す図である。 ■・・・電極　２・・・絶縁性シール材５・・・第２の
ケーブル ６・・・第１のケーブル ８・・・スキャナ　９・・・インピーダンス測定器ｌＯ
・・・ケーブルインピーダンス補正装置代理人　弁理士
　　河　　野　　登　　夫温度（’Ｃ） （ａ） 図 温度（”Ｃ） （ｂ） 温度（’Ｃ） 図 水の厚み（ｍｍ） （ａ） 図 水の厚み（ｍｍ） （ｂ） 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、路面に埋設した複数の電極によって測定された路面
   の抵抗値の変化によって路面の凍結状態を検知する方法
   において、 前記電極によって路面の静電容量を高周波 数領域で測定し、前記静電容量及び路面抵抗値の変化量
   から路面の凍結状態を判定することを特徴とする路面の
   凍結検知方法。 ２、路面に埋設した複数の電極によって測定された路面
   の抵抗値及び静電容量の変化によって路面の凍結状態を
   検知する装置であって、前記電極をインピーダンス測定
   器と接続す る第１のケーブルと、 該第１のケーブルに併設された第２のケー ブルと、 前記第１のケーブルを介して測定されたイ ンピーダンスから第２のケーブルのインピーダンスを減
   算したインピーダンスから路面の抵抗値及び静電容量を
   算出する手段と、 前記路面の抵抗値及び静電容量の各変化量 を求め、該変化量から路面の凍結状態を判定する手段と を備えることを特徴とする路面凍結検知装 置。