JPH10160596A - 路面の凍結検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目視による検出方法は労力と人件費がかか
る。摩擦係数による検出方法では滑り計測器が搭載され
ていない車両は検知できない。 【解決手段】 道路の凍結を、水の融解熱を計測して検
知することを原理としている。水の比熱は摂氏０℃で融
解熱による特異点を持つため、供給された熱量と温度上
昇は摂氏０℃以外ではほぼ線形になり、摂氏０℃近傍で
は線形が崩れて非線形になる。この直線性の崩れを発熱
体と温度計を用いて検知するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は道路表面（路面）の
凍結を検知して、路面の凍結防止用ヒータの通電制御や
温度制御として利用したり、ドライバーに提供する道路
情報として利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】道路の路面が凍結すると車両の通行や歩
行者の歩行に支障が生じたり、交通事故が発生したりし
易くなる。また、路面の積雪もし易くなる。そこで近年
は路面の凍結を検知して、ドライバーに道路情報として
提供している。また、近年は道路内に埋設した発熱線や
発熱シート等により道路を加温して路面の凍結を予防し
たり、積雪を防止したりしている。この場合、路面温度
が高くて路面が凍結する虞れのないときにも発熱線や発
熱シートに通電すると無駄な電力消費となり、省エネル
ギーの面で好ましくなく、コストアップにもなる。そこ
で従来より路面温度を計測して路面の凍結が予測された
ときだけ、即ち、加温の必要なときだけ発熱線や発熱シ
ートに通電して路面の凍結を予防している。

【０００３】従来の凍結検知方法としては目視による方
法、摩擦係数の測定による方法等があった。このうち、
目視による検知方法は人間が道路に出て肉眼で凍結の有
無を監視する方法であり、摩擦係数による検知方法は、
道路を走行中の車両がブレーキを掛けたときの自動車の
滑りを、自動車に搭載されている滑り計測器で計測し
て、摩擦係数を得るようにした方法（車上検出方法）で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来方法のうち目
視による検知方法は、必ず人間が行なわなければならな
いため、労力と人件費がかかるという課題があった。

【０００５】前記従来方法のうち摩擦係数による車上検
出方法は、滑り計測器を搭載していない車両は検知する
ことができないという難点がある。そこで、滑り計測器
を搭載していない車両のために、滑り計測器を搭載した
凍結検知用の専用車を走行させ、その専用車から得られ
た凍結情報を道路情報の一環としてドライバーに流す方
法が考えられるが、この方法では専用車の数が少ない場
合は検知可能なエリアが限られてしまい、広いエリアの
凍結情報を提供することができない。この課題を解決す
るためには、多くの専用車を広いエリア域に走行させ
て、広いエリアの凍結情報を収集することが考えられる
が、そのようにすると必要な専用車の台数が多くなり、
コスト高になるという難点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の路面の凍結検知
方法は、路面の凍結を氷の融解熱を計測して検知するこ
とを原理としている。氷の比熱は摂氏０℃で融解熱によ
る特異点を持つため、供給された熱量と温度上昇は摂氏
０℃以外ではほぼ線形（直線性）になり、摂氏０℃近傍
では非線形（直線性の崩れ）となる。この直線性の崩れ
（非線形部）を、発熱体で路面を加熱し、温度計で路面
温度を計測することにより検出して、道路の凍結を検知
するようにした方法である。

【０００７】本発明の路面の凍結検知方法は、路面を加
熱し、その熱量と路面の温度上昇との関係を計測して非
直線部を検出し、路面を加熱する熱量と路面の温度上昇
との関係が路面の凍結時には直線性（等速性）であるが
凍結融解温度である摂氏０℃付近では非直線性（等速性
の崩れ）になることに基づいて、前記計測における非直
線部の有無から路面の凍結を検知するようにした。この
非直線部を検出するために、本発明では路面温度が一定
（直線性）の温度上昇になるように熱量供給して路面を
加熱し、そのときの供給熱量の変化（非直線部）を検出
するようにした。また、路面に時間当り一定の熱量を供
給して路面を加熱し、そのときの路面の温度上昇におけ
る非直線部を検出するようにした。また、路面温度が摂
氏０℃以下になったときに路面を加熱して路面温度を摂
氏０℃以上に上昇させ、このときの路面の温度上昇が路
面の凍結がない時よりも少ない（非直線性である）こと
を検出するようにした。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の路面の凍結検知方法の実
施の形態を以下に説明する。この実施の形態では道路の
路面近くに発熱体と温度計を設けておき、その発熱体を
発熱させて道路の路面を摂氏０℃以上に上昇させ、その
温度上昇を温度計で計測するようにした。このときの路
面の温度上昇は、路面凍結時には直線性であるが、凍結
融解温度である摂氏０℃付近では非直線性になるため、
温度上昇に非直線部が検知されたときは路面の凍結が融
解したことになり、路面が凍結していると判断すること
ができる。

【０００９】この場合、発熱体としては路面の凍結した
氷、雪を溶かすことができる温度まで路面を加熱可能な
熱量のものを使用する。この発熱体は地中に埋設して
も、表面に設置してもよい。温度計は路面温度を測定す
るためのものであるため、路面の近くに設置すると正確
な計測が可能となる。道路の内部に埋設する場合は、温
度センサを金属、ヒートパイプ等の良熱伝導体を介して
路面と接触させるのが望ましく、そのようにすれば、温
度計を路面に設置したのに近い温度計測が可能となる。

【００１０】発熱体には点状、線状、面状のものを使用
するができる。それらを凍結検知する領域の広さ、長さ
等に合わせて選択して使用する。点状の発熱体の場合は
所定のエリアに複数個埋設して全体で発熱体群が構成さ
れるようにし、その発熱体群で広い領域を加熱できるよ
うにするのが実用的である。

【００１１】広い領域に多くの温度計が埋設されている
場合は、発熱体による温度上昇がそれら全ての温度計に
及ぶようにする必要があるため、発熱体は温度計よりも
広い範囲に埋設するのが望ましい。このため、道路に設
置される温度計が線状のときは、発熱体には線状又は面
状のものを使用するのがよい。このように、発熱体と温
度計は形状の異なるものを組み合わせて設置することも
できる。

【００１２】発熱体の熱源には電気、蒸気や熱湯等の高
温の気体や液体、赤外線の輻射熱、レーザーの放射熱等
を使用することができる。発熱体には例えば、電気抵抗
体を用いたヒーターを利用することができる。電気抵抗
の調節のためには電気抵抗体をスパイラルに巻いた構造
のものが適する。また、線状発熱体としては、抵抗線も
しくはガラス心線等に抵抗線をスパイラルに巻いた構造
物の上に、プラスチック、ゴムなどの絶縁体を被覆した
ものも利用することができる。また、プラスチック、ゴ
ム等にカーボン等を添加し、半導電性シートとした面状
発熱体を利用することもできる。発熱体にはヒータ以外
にも、蒸気や熱湯等を流す機器とか、赤外線の輻射熱、
レーザーの放射熱等を有効に路面に伝達することができ
るもの等を使用することができる。

【００１３】発熱体は熱量供給が設定したプロファイル
で制御できることが必要である。つまり、供給された熱
量と路面の温度上昇との関係を計測するためには、例え
ば、単位時間当り一定量の熱を供給したときの温度上昇
を計測したり、路面が一定速度で温度上昇するように供
給熱量を制御したときの供給熱量の単位時間当りの変化
の有無を計測したりすることになる。このためには熱量
の供給を任意に制御できることが必要である。また、温
度変化の非直線性に関係のない温度域、即ち、計測が不
必要な摂氏０℃よりもはるかな低温域では、多量の熱を
供給して路面温度を急速に上昇させ、温度変化の非直線
性に関係のある温度域、即ち、微細な計測が必要な摂氏
０℃近くでは、供給する熱量を制御して路面温度を緩や
かに上昇させて、短時間で精度のよい凍結状態の計測を
実現させることが望ましい。このためには熱量の供給を
任意に制御できることが必要である。

【００１４】温度計には白金抵抗線型温度計、熱電対型
の温度計、赤外線温度計、光ファイバ温度計等を用いる
ことができる。分布型光ファイバ温度計を使用した場合
は線状温度計を実現でき、１ｍ長程度の精度で測定する
ことができる。また、赤外線温度計の場合は遠距離から
の測定も可能である。赤外線温度計は点状のものである
が、それを線状或は面状にスキャンすることにより、線
状の温度検知、面状の温度検知が可能となる。

【００１５】温度計と発熱体とを組み合わせて温度計を
路面の２箇所以上に設置する場合、２箇所以上の温度計
と発熱体を同じものとし、それらを同じ条件、例えば、
道路内の同じ深さに設置すれば、夫々の温度計による計
測温度を比較して、その差から凍結の有無を検知するよ
うにすれば、１組の温度計と発熱体とで凍結検知する場
合よりも、精度の高い検知が可能となる。

【００１６】発熱体と温度計は別々に道路に設置するこ
ともできるが、両者を例えば樹脂でモールドして一体構
造にして設置することもできる。この場合、２組以上の
温度計と発熱体を一体構造にすれば、それを道路に設置
して異なる２箇所の路面温度を同時に計測し、前記のよ
うに、夫々の温度計による計測温度を比較して、その差
から凍結の有無を検知することが容易に可能となる。線
状の発熱体と線状の温度計の場合は、一体化せずに並べ
て設置することもでる。レーザと赤外線温度計とを組合
わせれば、同一地点で同時に供熱と温度測定を行なうこ
ともできる。

【００１７】

【実施例】実施例として図１（ａ）、（ｂ）に示す様
に、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの鉄板
１の幅方向端部の下方に５ｍｍ離して、その長さ方向に
沿って、３０ｃｍ長の導体を２ｍｍ平方の架橋ポリエチ
レンで被覆した絶縁電線２を設定した。また、鉄板１の
幅方向他方の端部底面には、約４ｍｍ幅、８ｍｍ厚の半
導体温度計３を取り付け、これらを、鉄板１の表面のみ
が表面に剥き出しになるようにしてセメント４で固めて
模擬道路５を作成した。この場合、セメント４は厚さ１
０ｃｍ、幅３０ｃｍとした。図１の６は半導体温度計３
のリード線、７は絶縁電線２への給電線である。

【００１８】この鉄板１を含むセメント４の表面の約１
０ｃｍ角に水を垂らし、その模擬道路５を冷凍庫で−１
０℃に冷やし、凍結させて約１ｍｍ厚の氷層を得た。こ
の模擬道路５の絶縁電線２の発熱量が１０Ｗになるよう
に同絶縁電線２に通電し、半導体温度計３で温度を測定
した。このとき、約１℃／分の速度で等速的（直線的）
に温度上昇していったが、０℃近辺では２分後でも０℃
に留まっていた。即ち、直線性が崩れた（非直線性にな
った）。

【００１９】

【比較例】比較のため、前記の模擬道路５を十分乾いた
状態で冷凍庫内に入れて−１０℃に冷やした後、絶縁電
線２の発熱量が１０Ｗになるように通電し、半導体温度
計３で温度を測定した。この時は０℃近辺を含み約１℃
／分の速度で等速的（直線的）に温度上昇し、非直線部
分は検知されなかった。以上の様に氷の有無で半導体温
度計３の温度上昇の仕方が著しく異なり、模擬道路５上
の凍結の有無を正確に判断することができた。

【００２０】

【発明の効果】本発明の路面の凍結検知方法は、路面を
加熱する熱量と路面の温度上昇との関係が、路面の凍結
時には直線性（等速性）であるが凍結融解温度である摂
氏０℃付近では非直線性（等速性の崩れ）になることを
利用して検知するものであるため次のような効果があ
る。 １．路面温度を計測して非直線部を検知するだけで手軽
に、しかも、正確に凍結を検知することができる。 ２．路面に温度センサを複数個設置したり、線状センサ
を用いたりすれば、スポット検出のみならず、線状、面
状でも検出できる。 ３．ロードヒーティングと組み合わせれば、凍結が検知
されたときのみ、ロードヒータに熱源を提供すれば良
く、無駄のない効果的な運用ができる。勿論、凍結の有
無を検知するのみであれば、ロードヒータにより温度計
の近傍を加熱すれば足りる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の路面の凍結検知方法
に使用される模擬道路の一例を示す説明図。

【符号の説明】

１は鉄板 ２は絶縁電線 ３は半導体温度計 ４はセメント ５は模擬道路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 路面を加熱し、その熱量と路面の温度上
   昇との関係を計測して非直線部を検出し、路面を加熱す
   る熱量と路面の温度上昇との関係が路面の凍結時には直
   線性（等速性）であるが凍結融解温度である摂氏０℃付
   近では非直線性（等速性の崩れ）になることに基づい
   て、前記計測における非直線部の有無から路面の凍結を
   検知することを特徴とする路面の凍結検知方法。
2. 【請求項２】 路面温度が一定（直線性）の温度上昇に
   なるように熱量供給して路面を加熱し、そのときの供給
   熱量の変化（非直線部）を検出し、その非直線部から路
   面の凍結を検知するようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の路面の凍結検知方法。
3. 【請求項３】 路面に時間当り一定の熱量を供給して路
   面を加熱し、そのときの路面の温度上昇における非直線
   部を検出し、その非直線部から路面の凍結を検知するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の路面の凍結検
   知方法。
4. 【請求項４】 路面温度を計測し、路面温度が摂氏０℃
   以下になったときに路面を加熱して路面温度を摂氏０℃
   以上に上昇させ、このときの路面の温度上昇が路面凍結
   がない時よりも少ないことを検出して、路面の凍結を検
   知することを特徴とする請求項１記載の路面の凍結検知
   方法。