JPH03108632A - 路面状況の測定方法およびその測定装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、例えば路面に積雪し、または降雪している
ときの路面情報を得る路面状況の測定方法およびその測
定装置に関する。

（従来の技術） 従来、冬期においては、東北地方、北陸地方および北海
道地方などの各地方では頻繁に降雪して路面上に積雪さ
れる。そして、特に、路面上に積雪された積雪の深さ（
高さ）をｎ１定する積雪計が開発されてきている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の積雪計では、路面上にどの程
度の雪が積ったかだけを測定するだけてあって、例えば
、路面の状況（表面状態）すなわち路面の表面が解けか
かった雪なのか、シャベット状の汚れた雪なのか、ある
いは雪解は氷上なのかなどを自動的にかつ連続的に把握
することができなかった。そのため、このような路面状
況が判らない状態で、例えば車が走った場合には、スリ
ップしたり、交通事故などが生じるということを事前に
回避することができなかったのである。

この発明の目的は、上記の事情に鑑み、自動的かつ即時
的に路面状況（道路情報あるいは積雪情報）を正確に知
ることにより、路面状況に合った対応ができるようにし
た路面状況の測定方法およびその測定装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、積雪計で検出
された積雪深データおよび反射光量データ、降雪計で検
出された降雪量データ、外気温度計で検出された外気温
データおよび路面温度計で検出された路面温度データに
基づいて演算処理すると共に判別して各種の路面情報を
得る路面状況の測定方法である。

また、この発明は、積雪深データおよび反射光量データ
を検出する積雪計と、降雪量データを検出する降雪計と
、外気温データを検出する外気温度計と、路面温度デー
タを検出する路面温度計と、上記積雪計、降雪計、外気
温度計および路面温度計でそれぞれ検出された積雪深デ
ータおよび反射光量データ、降雪量データ、外気温デー
タ、路面温度データに基づいて各種の路面情報を得るだ
めの演算処理、判別装置と、を備えて路面状況の測定装
置を構成した。

（作用） この発明の路面状況の測定方法およびその測定装置を採
用することにより、積雪計、降雪計でそれぞれ積雪深デ
ータおよび反射光量データ、降雪量データが検出される
。また、外気温度計、路面温度計で外気温データ、路面
温度データが検出される。検出されたこれらの積雪深デ
ータ、反射光量データ、降雪量データ、外気温データお
よび路面温度データが演算処理、判別装置に取込まれて
演算処理されると共に判別処理されることによって、各
種の路面情報が自動的かつ即時的に、しかも正確に得ら
れる。而して、測定された各種の路面情報を知ることに
よって、路面状況に合った対応がなされる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第３図を参照するに、地面ＧＬ上に立設された支柱］の
上部には支柱取付金具３を介して路面状況の測定装置と
しての計測部５が下方科目（例えば支柱１に対して約２
０度）と、計測部６が水平方向もしくはやや下方に支承
されている。この計測部５内には、積雪計としての光波
式積雪計７、および路面温度計としての放射型温度計１
１が内蔵されており、計測部６には降雪計としての光波
式降雪計９が内蔵されている。また、前記支柱１の適宜
な高さ位置には外気温度計１３が取付けられている。

前記計測部５に内蔵された光波式積雪計７は地面ＧＬ上
にある高さをもって積雪された場合に、積雪深（高さ）
を測定するものである。すなわち、光波式積雪計７は詳
細を後述する光波送受信器の光波送信器から光波を雪面
に向けて投射し、雪面からの反射光を光波送受信器の光
波受信器で受信した第１の受信信号と、光波送信器から
の光波を直接光波受信器で受信した第２の受信信号との
位相差を測定して光波送受信器と雪面との距離ｄを求め
て実際の積雪深さを得ようとするものである。

今、ここで送光信号を発光素子から発射してから、受光
素子で受信信号を得るまでの時間を１゛とすると、 Ｔ−２ｄ／ｃ　　　（ｓｅｅ） 但し、ｄ：発光素子、受光素子から積雪までの距離（ｍ
　） Ｃ：光速（＝）　３　Ｘ　１０”　ｔｎ　／ｓｅｅ　）
とする。

となるから、時間Ｔを測定することにより、ｄ　−’ｒ
　Ｘ　ｃ　／　２ として、距離ｄを求めることができる。しかし、実際に
は、光速Ｃが非常に高速であるため、時間Ｔが非常に微
小となり、高分解能計測を行なうことが困難となるので
、本実施例では、前述した第１の受信信号は第２の受信
信号に対して距離に比例して位相が遅れる。

送光信号の変調周波数を例えば１５　Ｍ　Ｈｚとしてい
るので、波長λ−Ｃ／１５ＭＨｚ’＝２０ｍとなる。

ここで、距離ｄと、積雪における反射面の位相および受
光位置の位相は、第４図に示す如き関係がある。

例えば、発光素子、受光素子から積雪面である反射面ま
での距離ｄを５ｍとすると、送光位置の位相をＯ″とし
たとき、反射面の位相はλ／４、再び受光素子の而での
位相はλ／２となるから、距離ｄと位相差φとの間には
、 ｄ−λ／２Ｘ（φ／　２　π）　ｍ　　　・−−（１）
但し、φニラジアン の関係があり、受光位置の位相差を測定することにより
距離を求めることができる。

ｄ〉λ／２のとき、すなわち、ｄが１０ｍ以上のときは
、位相は再び０に戻って、第５図に示す如き鋸歯状とな
る。

すなわち、ｄ−λ／２×ｎ＋λ／２×（φ／２π） 但し、ｎ−０，１，２，・・・ これにより、距離ｄと位相差φは比例関係にあることが
示され、位相差φを測定することにより、距離ｄが求め
られるが本実施例ではｎ−０の場合で行なっている。

距離ｄが測定されると、ｈ−ａｃｏｓθになり、雪面の
高さが測定され、さらに、Ｈ−Ｈｏ−ｈにより積雪深（
高さ）が測定されることになる。

同時に光波式積雪計７は前記の雪面からの反射光の反射
光量をも計測する。前記計測部６に内蔵された光波式降
雪計９は水平方向もしくはやや下方に例えば約３ｍの位
置に送受光の焦点を置くように光学調整されて設定され
ている。そして、この光波式降雪計９による降雪量は、
この位置の降雪中の雪片の数を、雪片からの反射光の数
により単位時間当り計数することにより得られるもので
ある。

前記計測部５内に内蔵された放射型温度計１１は、前記
光波式積雪計７の測定面と、はぼ同一の面の温度を焦電
型赤外線検出素子により測定するものである。

また、外気温度計１３は通常の温度計により外気温を７
ｆｐ＋定するものである。

前記光波式積雪計７、光波式降雪計９、放射型温度計１
１および外気温度計１３で検出されたデータを処理する
構成ブロック図が第１図に示されている。

第１図において、光波式積雪計７の光波送受信器１５は
光波送信器１７と光波受信器１９とから構成されている
。光波送信器１７は対物レンズからなる送光レンズ２１
と、中央部に孔を穿設した反射ミラー２３と、モータ２
５により調整される光学アッテネータ２７と、送光ダイ
オード２９と、送信回路３１などで構成されている。

また、光波受信器１つは対物レンズからなる受光レンズ
３３と、中央部に孔を穿設した反射ミラー３５と、受光
ダイオード３７と、受信回路３９などで構成されている
。前記反射ミラー２３と反射ミラー３５との間にはモー
タ４１によって回転されるシャッタ４３が設けられてい
る。

前記送信回路３１と受信回路３９とはローカル信号によ
り送受信のやりとりが行なわれるように接続されており
、また、送信回路３１と受信回路３つは演算処理部４５
に接続されている。この演算処理部４５にはインターフ
ェース部４７が接続されていて、このインターフェース
部４７には、ＡＣ／ＤＣＣ／式−タ４つ、データ出ノｊ
コネクタ５１がそれぞれ接続されている。前記ＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータ４９には入力コネクタ５３が接続されてい
る。

上記構成により、入力コネクタ５３からＡＣ／ＤＣＣ／
式−タ４つ、インターフェース部４７、演算処理部４５
を経て、送信回路３１、受信回路３９が作動される。そ
して、送光ダイオード２９により光波が反射ミラー２３
、光学アッテネータ２７を経て、送光レンズ２１に送ら
れる。送光レンズ２１に送られた送光信号は積雪面に向
けて投射される。

積雪面で反射された反射光は受光レンズ３３で集光され
、さらに反射ミラー３５に反射されて受光ダイオード３
７に第１の受信信号として受光される。さらに、送光ダ
イオード２９からの送光信号は反射ミラー２３で反射さ
れ、シャッター２９を経て反射ミラー３５て反射されて
受光ダイオード３７に第２の受信信号として前記第１の
受信信号と位相差をもって受光される。前記第１の受信
信号と第２の受信信号とが受信回路３９を経て演算処理
部４５に取込まれる。この演算処理部４５では前述した
（１）式を基にして積雪深が演算処理されて、インター
フェース部４７を経てデータ出力コネクタ５１から積雪
深データとして出力されることになる。

前記光波式降雪計９の光波送受信器５５は光波送信器５
７と光波受信器５９とから構成されている。光波送信器
５７は対物レンズからなる送光レンズ６１と、中央部に
孔を穿設した反射ミラー６３と、送光ダイオード６５と
、送信回路６７などで構成されている。また、光波受信
器５９は対物レンズからなる受光レンズ６９と、反射ミ
ラー７１と、受光ダイオード７３と、受信ヘッドアンプ
７５などで構成されている。

前記反射ミラー６３と反射ミラー７１との間にはモータ
７７により回転されるシャッタ７９が設けられている。

送信回路６７と受信ヘッドアンプ７５とはそれぞれ演算
制御部８１に接続されている。演算制御部８１はＡＤコ
ンバータ８３、データ処理回路８５、モータコントロー
ラ８７などで構成されている。

前記演算制御部８１にはモニタ８９、レベルメータ９１
、データ出力コネクタ９３およびＡＣ／ＤＣＣ／式−タ
９５などが接続されている。このＡＣ／ＤＣＣ／式−タ
９５には入力コネクタ９７が接続されている。

上記構成により、人力コネクタ９７からＡＣ／ＤＣＣ／
式−タ９５、演算制御部８１を経て、送信回路６７、受
信ヘッドアンプ７５が作動される。

そして、送光ダイオード６５により光波が反射ミラー６
３を経て送光レンズ６１に送られる。送光レンズ６１に
送られた送光信号は降雪片に向けて投射される。

降雪片で反射された反射光は受光レンズ６９で集光され
、さらに反射ミラー７１で反射されて受光ダイオード７
３に第１の受信信号として受光される。さらに、送光ダ
イオード６５からの送光信号は反射ミラー６３で反射さ
れ、シャッタ７９を経て反射ミラー７１で反射されて受
光ダイオード７３に第２の受信信号として前記第１の受
信信号と位相差をもって受光される。前記第１の受信信
号と第２の受信信号とが受信ヘッドアンプ７５を紅で演
算制御部８１のデータ処理回路８５に取込まれる。この
データ処理回路８５では反射光量の変化により降雪量が
演算処理され、データ出力コネクタ９３から降雪量デー
タとして出力されることになる。

前記放射型温度計１１は、対物レンズからなる受光レン
ズ９９と、焦電型赤外線検出素子などからなる検出セン
サ１０１と、反射ミラー１０３と、ヘッドアンプ１０５
と、データ処理部１０７などで構成されている。

上記構成により、雪面からの放射熱（赤外線）を直接受
光レンズ９９で受光する。受光された光は検出センサ１
０１により特定波長の赤外線を検出しヘッドアンプ１０
５を経てデータ処理部１０７へ送られる。データ処理部
１０７では検出した赤外線エネルギー量を基にしてデー
タ処理を行ない、路面温度データとして出力されること
になる。

前記積雪計７で検出された積雪深データおよび反射光量
データ、降雪計９で検出された降雪量データ、放射型温
度計１１で検出された路面温度データおよび外気温度計
１３で検出された外気温データが、演算処理、判別装置
１０９に取込まれる。

演算処理、判別装置１０９は、上記データを基にして演
算処理すると共に判別する演算処理・判別部１１１と、
この演算処理・判別部１１１で処理されて求められた種
々の路面情報を表示する表示器１１３と、この表示器１
１３や前記演算処理・判別部１１１を作動させるための
電源部１１５と、リレー／インターフェース部１１７な
どで構成されている。

上記構成により、前記演算処理・判別部１１１では、第
２図に示したフローチャートに基づいて作動する。すな
わち、第２図において、ステップＳ１で積雪深、降雪量
、外気温、放射温度、反射光量の各データを初期値とし
てＨ，Ｍ、Ｔ、ｔ。

Ｂにセットする。

ステップＳ２では外気温Ｔが、Ｔｅａになっているかど
うかの判別が行なわれ、Ｔ＜ａになっていれば、ステッ
プＳ３でさらに、降雪量Ｍが、Ｍ−〇となっているかど
うかの判別が行なわれる。

Ｍ＝０であれば、ステップＳ４に進み、積雪深ＨがＨ−
０かどうかの判別が行なわれ、ＨがＨ＞０であれば、ス
テップＳ５に進む。ステップＳ５で放射温度ｔがｔａｇ
となっているかどうかの判別が行なわれて、ｔ＜ｇとな
っていれば、ステップＳ６でｆ　（ｔ、ｉ）［但し、ｉ
二反射光量］の演算処理が行なわれて、ステップＳ７で
路面状況Ａとして路面凍結（降雪無）の情報が得られる
ことになる。

前記ステップＳ４で積雪深ＨがＨ＞０と判別された場合
、ステップＳ５にいかず、ステップＳ８で反射光量Ｂが
、Ｂ＜ｆとなっているかどうかの判別が行なわれる。Ｂ
＞ｆであれば、ステップＳ６に進んで上述したとおりに
処理される。

ステップＳ８で、Ｂ＜ｆであれば、ステップＳ９に進み
、ｆ　（ｔＳ　ｉ）の演算処理が行なわれてステップＳ
ＩＯで路面状況Ｂとして、シャーベット状の路面（降雪
無）の情報が得られることになる。

前記ステップＳ３で、Ｍ＞０である場合には、ステップ
Ｓ１１に進み、積雪深Ｈの判別がなされて、Ｈ＞０であ
ればステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では放射温
度ｔが、ｔ＜ｄとなっているかどうかの判別が行なわれ
、ｔ＜ｄとなっていて、かつ前記ステップＳ８での反射
光ｆｆ１Ｂが、Ｂくｆの場合にはステップ８１３てｆ　
（ｔＳ　ｉ）の演算処理がなされて、ステップＳ１４で
路面状況Ｃとして通常積雪（降雪無）の情報が得られる
ことになる。

前記ステップ５１２で、ｔ＜ｄである場合には、ステッ
プＳ１５にも進み、ｆ　（ｔ、ｔ）の演算処理が行なわ
れて、ステップＳ１６で路面状況りとして通常積雪（降
雪有）の情報が得られることになる。

前記ステップＳｌｌで積雪深Ｈが、Ｈ＞０である場合に
は、前記ステップＳ１２に進むと共に、ステップＳ１７
にも進む。ステップ５１７では反射光量ＢがＢｅｅとな
っているかどうかの判別がなされる。Ｂｅｅてあれば、
ステップ３１３か、ステップＳ１５に進み、上述した要
領で処理される。

前記ステップＳ１７で１３＜ｅと判別され、さらに前記
ステップＳ１２でｔ＞ｄである場合には、ステップ５１
８てｆ　（ｔ、ｉ）の演算処理が行なわれて、ステップ
Ｓ１９で路面状況Ｅとして、シャーベット状の積雪（降
雪有）の情報が得られることになる。

前Ｊ己ステップＳ２でＴｅａであればステップＳ２０に
進み、積雪深ＨがＨ−０となっているかどうかの判別が
行なわれて、Ｈ＞０であれば、ステップＳ５か、あるい
はステップＳ８に進み、上述した要領で処理される。

ステップＳ２０でＨ−０であり、かつ前記ステップＳ４
、ステップＳｌｌでＨ−０である場合には、ステップＳ
２１あるいはステップＳ２２に進む。

ステップＳ２１で放射温度ｔが、ｔ＞ｂであるかどうか
の判別が行なわれると共に、ステップＳ２２で反射光量
Ｂが、Ｂ＜Ｃであるかどうかの判別が行なわれる。

ステップＳ２１でｔ＜ｂで、ステップＳ２２でＢ＞Ｃで
ある場合には、ステップ８２３に進み、ｆ　（ｔＳ　ｉ
）の演算処理が行なわれて、ステップＳ２４で路面状況
Ｆとｌ−で積雪なし、路面凍結可能性有りの情報が得ら
れることになる。

前を己ステップ５２１てｔ＞ｂで、ステップＳ２２でＢ
＜Ｃである場合には、ステップＳ２５に進み、ｆ　（ｔ
、ｉ）の演算処理が行なわれて、ステップＳ２６で路面
状６？、Ｇとして、積雪なし、通常路面の情報が得られ
ることになる。

このように、積雪計７で積雪深Ｈおよび反射光量Ｂを、
降雪計９で降雪量Ｍを、放射型温度計１１で放射温度ｔ
１外気温度計１３で外気温Ｔを、それぞれ検出すること
により、上述したごとく、路面状況Ａから路面状況Ｇま
での種々な路面情報を自動的かつ即時的に、しかも正確
に得ることができる。したがって、これらの種々な路面
情報を知ることにより、路面状況に合った対応を行なう
ことができる。

なお、この発明は、前述した実施例に限定されることな
く、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様で実
施し得るものである。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、この
発明によれば、積雪計、降雪計、路面温度計および外気
温度計で、積雪深データ、降雪量データ、路面温度デー
タ、外気温データをそれぞれ検出し、これらのデータを
演算処理・判別装置に取込み、演算処理と判別処理を行
なうことによって、各種の路面情報を自動的かつ即時的
に、しかも正確に得ることができる。したがって、これ
らの種々の路面情報を知ることにより、路面状況に合っ
た対応を行なうことができる。すなわち、冬期間の路面
状況予報や除雪方法の決定に寄惇するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の主要部である路面状況の測定装置に
おける構成ブロック図、第２図は種々な路面状況を得る
ためのフローチャート、第３図は路面状況の測定装置を
設置した一実施例の側面図、第４図は光波送受信器と積
雪面との距Ｍｄと、反射面の位相および受光位置との関
係を表わす図、第５図は距離ｄと位相φとの関係を表わ
す図である。 １・・・支柱　　　　　５・・・計測部７・・・光波積
雪計（積雪計） ９・・・光波降雪計（降雪計） １１・・・放射型温度計（路面温度計）１３・・・外気
温度計 １０９・・・演算処理・判別装置 ２００

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）積雪計で検出された積雪深データおよび反射光量
   データ、降雪計で検出された降雪量データ、外気温度計
   で検出された外気温データおよび路面温度計で検出され
   た路面温度データに基づいて演算処理すると共に判別し
   て各種の路面情報を得ることを特徴とする路面状況の測
   定方法。
2. （２）積雪深データおよび反射光量データを検出する積
   雪計と、降雪量データを検出する降雪計と、外気温デー
   タを検出する外気温度計と、路面温度データを検出する
   路面温度計と、上記積雪計、降雪計、外気温度計および
   路面温度計でそれぞれ検出された積雪深データおよび反
   射光量データ、降雪量データ、外気温データ、路面温度
   データに基づいて各種の路面情報を得るための演算処理
   、判別装置と、を備えてなることを特徴とする路面状況
   の測定装置。