路面性状値を用いた融雪設備制御装置の利活用及び最適制御検討について 菅原和久＊1・山田忠幸＊2・酢谷 １．はじめに 浩＊2・徳永 透＊2 働時間及び能力 ＮＥＸＣＯ東日本東北支社管内の高速道路において、冬期 抑制の両面で省 の雪氷対策に様々な施策が講じられている。その１つにロー エネ運転が可能 ドヒーティング（以下「Ｒ となり、安全を Ｈ」とする）があり、主に除 考慮した最適制 雪車両で除雪できないエリア 御（以下「ロー であるトンネルの坑口や料金 ドアイ制御」） 所に施設がある（写真１）。 が行なえる。 管内にはこのＲＨ施設が数多 2.3 調査項目 くあり、本来の求められる水 図１ ５０点測定イメージ １０年前に設置 準の融雪目的は達せられるも 写真１ ＲＨ現場 した装置の計測情報は現場に蓄積されていたが、今回の調査 のの、運転費用の負担が大き 個所の装置に情報伝送装置とカメラを取付け、試験用の表示 な課題となっていた。そこで１０年ほど前に従来の三要素 ソフトウェア （気温・路温・路面水分）による制御(以下「三要素制御」) （図２）を制作 に対し、運転費用の削減を目的に路面状況測定装置（以下 して、計測情報 「装置」）を導入した結果、５０％の電力量削減が図れるこ をリアルタイム とが分かった１）。近年、特に震災後、ＲＨにはより省エネ に可視化した。 が求められているため、改めて省エネ技術の議論を深める必 また、過去情報 要があり、一方、本装置の多機能 を検索する機能 性を活用し、高度な路面管理シス を付加したこと テムの技術の確立のため、今回本 で、蓄積情報の 装置の利活用の調査・検討を行な 活用も行なえる った。 ようにした。さ 図２ リアルタイム情報画面 らにシミューレーションではあるが、ロードアイ制御の計測 ２．調査概要 調査場所は秋田自動車道山口 写真２ 路面性状センサ トンネル東坑口のＲＨ箇所で、平成 ＲＨ現場 データを用いて三要素制御との稼働時間比較を行なえるよう にし、節電効果の検証と情報活用との２点で調査を行なった。 ２５年１２月から平成２６年３月の ３．調査詳細 －節電効果の検証－ 期間で行なった。 3.1 フィールド検証結果：ロードアイ制御と三要素制御と 2.1 装置概要 の稼働時間比較 装置は、路面性状（乾燥・湿潤・ 調査期間の全期間で、それぞれの稼働時間を比較したとこ 積雪・凍結注意）を判定する路面性 ろ、トータルで三要素制御は約 96,720 分（1,612 時間）、ロ 状センサ（写真２）と降雪・凍結を ードアイ制御は 47,276 分（788 時間）で削減率は５１．２％ 熱量で観測する熱量計測センサ （写真３）の２つからなる。 写真３ 熱量計測センサ でほぼ半分であった（図３、ただし三要素はシミューレーシ ョンによる、計測値はロードアイのデータを使用）。 2.2 制御概要 路面性状センサは路面横断方向で乾燥・湿潤・積雪・凍結 注意を５０点測定し（図１）、それぞれの分布状態を判断し 運転時間を必要最小限にすることができる。また、熱量計測 センサにより、放射冷却や降雪等の計測熱量に応じた抑制制 御が可能となる。この２つのセンサの組み合わせにより、稼 図３ 稼働時間比較 ＊１ 株式会社ネクスコ・エンジニアリング東北 ＊２ 山田技研株式会社 3.2 稼働時間の違いの要因分析 なるため、この条件では実際に路面に積雪していることはあ １）路温が比較的高い局面で路面が湿潤 まりないので、積雪がないときにこれらの条件が継続する限 制御フローとして、三要素制御の場合、気温（設定値）を り、三要素制御のみが稼働し続けることとなる。特に初冬 見にいくのに対し、ロードアイは積雪の有無をチェックする。 期・終冬期の降雪の少ないときにこの差が顕著に表れること そのうえで三要素制御は湿潤であれば設定路温以下でＯＮに となる（図４） 図４ 路温が比較的高い局面で路面が湿潤 図５ 路温が０℃付近で湿潤時の運転 図６ 短時間積雪時の運転 ２）路温が０℃付近で湿潤時の運転 路温が０℃近辺のため、三要素制御のみならず、ロードア ４．調査詳細 －情報伝送・データ保存機能の活用－ 4.1 リアルタイム情報表示（図７） イ制御でもＲＨはＯＮとなる。ただし、１）で見たように設 情報伝送装置及びカメラにより、計測データ・画像を専用 定条件の違いで稼働時間に差が出ることに加え、ロードアイ ソフトにてリアルタイムに表示できるようになった（１０分 制御の場合は熱量計測センサで凍結熱量を測定しており、そ 毎）。尚、東北支社管内のうち、ロードアイ制御を行なって の測定値と設計容量との差から必要な分だけの熱量を加える いる箇所は相当数あり、その約７割がトンネル坑口で残りが （１０分間時間率にて）ので、１００％出力の運転でない分 ＩＣ料金所 さらに削減されることとなった（図５）。 である。 ３）短時間積雪時の運転 トンネル 三要素制御が積雪の有無に関係なく気温・路温条件だけで 坑口はほと ＲＨが２４時間継続運転なのに対し、ロードアイ制御の場合、 んどの所が 積雪時は凍結防止も含めて２時間ほどの稼働で済んでいる 山中のため、 （図６）。 気象急変の 3.3 見解 恐れのある 上記３例にて、三要素による制御とロードアイ制御による ものとの比較を行なったが、それぞれの制御の最大の違いは、 「路面を直接見ているかそうでないか」である。当然見てい ない方は安全側に設定せざるを得ないのに対し、見ている方 は本当に必要な時のみ稼働すれば良いわけである。その運転 時間の差が今調査の場合は、約５０％になった。今回は詳細 な分析にまで至っていないが、厳冬期でもロードアイ制御で は降雪・積雪により２４時間継続のような長時間運転が現出 することはなく、間欠的な運転にとどまっており、ましてや 初冬期・終冬期になると、雪が少なくなる分、三要素制御と の差がより大きくなったと思われる。 箇所であり、 リアルタイ ム情報伝送 図７ メイン画面・リアルタイム表示 を行なえば、局所観測地としての有用性は道路管理上大きい と思われる。 ＩＣに関しては、ＥＴＣの普及に伴い、料金所での人的配 置が減っている中での画像監視の役割も期待できる。 配信情報はメイン画面には画像を大きく配置し、その横に 気温・路温・降雪データ・ＲＨ運転状況を配し、下部には測 定値と路面判定の直近６時間グラフを表示するようにした。 4.2 詳細画面（図８） ６．今後の方向性 画面右下から入る詳細表示では、熱量計測センサからの融 雪・凍結熱量、三要素制御（シミュレーション）とロードア 6.1 さらなる節電アップに向けた検討 これまで見てきたように、ロードアイ制御は三要素制御と イ制御の稼 の比較において、半分程度の電力削減ができることを装置導 働状況を加 入時の調査以来、改めて認識できた。そのうえでさらに節電 えて、それ 効果を高めることを検討してみたい。 らを２４時 ＲＨの設備容量は地域や気象の特性により決められてきた 間グラフで （特に厳しい箇所のＲＨ能力は 200Ｗ／㎡前後、それ以外は 表した。特 百数十Ｗ／㎡など）。それに対し、詳細画面で示したように に熱量値に 熱量計測センサの測定値により現場ごとに平均的な必要容量 関しては、 を割り出すことができる。そこで必要容量分の熱量のみ出力 設備能力を できるような発熱量制御システムを構築できれば、より効率 赤線で表示 し、降雪に 的な融雪が可能となり、さらなる省エネの可能性が見えてく 図８ 詳細画面・データ検索機能表示 る。そのために必要な設備改造・アルゴリズム構築を目指し、 より発生する融雪熱量との違いを認識しやすくした。右下に Ｈ26 年度も引き続き調査を行なっていく予定である。 はシーズン開始より現在までの三要素制御とロードアイ制御 6.2 情報表示の展開 の累計の運転時間を表示し、２つの比較からロードアイ制御 局所の気象観測及び画像情報が雪氷作業補助に使用できる による削減率を明示し、電力削減状況が一目でわかるように ことが確認できたが、これを複数個所に展開することにより した。また、検索機能を設け、特定日時の状況確認やデータ さらに効果を高めることが期待できる。それを可能にするた 分析も容易にした。シーズン終了後の現場ヒヤリングでは、 めの閲覧性・操作性の高いソフトウェアの開発を検討する。 やはり画像が最も有用だったが、ロードアイ制御の省エネ制 6.3 線的情報との統合 御についても再認識するのに役立ったようである。 従前より定点の観測装置と移動体による測定情報を組み込 んだ総合的な冬期道路管理システムを構築していくことが必 ５．まとめ ＲＨ制御装置（写真４）に情報伝送装置及びカメラを設置 要であることを訴えてきた２）。すなわち定点観測はリアル しデータ伝送することによって、以下のことが可能になった。 タイム性があるが、6.2 のように数を増やしても設置箇所は ①これまで活用されてこなかった局所の気象観測情報が画像 限られるため、定点観測間の路線状況はつかみづらい。また と共にリアルタイムに得られるようになり、雪氷作業の効率 移動体観測は線でつながるため、路線間不明箇所はほぼなく 化情報として使えるようになった。 なるが、その箇所を通過した瞬間後は過去情報となるため、 ②三要素制御との比較 リアルタイム性に欠ける。そこでこれらの情報を組み合せる が可能となり、ロード 路面性状センサ 総合システムの構築が待たれるわけであるが、Ｈ26 年度の 調査によりその可能性を探っていきたい。 アイ制御による省エネ 状況を常時確認できる 謝辞 ようになった。 今回の観測研究について、お世話になった現場の道路管理 ③熱量計測センサの融 熱量計測センサ 雪熱量（Ｗ／㎡）によ の関係各位に厚く謝意を表したい。 り、設備能力を（Ｗ／ （参考文献） ㎡）を超える降雪時は 積雪することが数値的 写真４ ロードアイ制御現地 １）日本道路公団 後藤・山本（２００３）：第 25 回日本道路会議 に見えるようになった。 論文 ④シーズン途中での過去データの確認（気象状況・画像検索 ２）『雪氷作業の適正化を目指したシステムの現場適用例報告』、 等）が容易に可能となった。 ゆきみらい２０１３秋田 山田忠幸・杉森正義・酢谷 浩 ⑤蓄積情報を活用することにより気象データと融雪状況を対 比させての解析が可能となり、今後の効率的制御方法検討の 一助にできる。 特に画像データがあることにより、解析・検証の精度が上 がる。
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