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建設資材データベーストップ > 特集記事資料館 > 積算資料公表価格版 > ICTを活用した雪氷対策技術

 

1. はじめに

東日本高速道路グループ(以下,東日本グループという)が管理する高速道路約3,800kmのうち,約6割にあたる2,200kmは年間積雪量が1mを超える重雪氷地域であり,冬期に安全で安心できる高速道路の交通の確保は,地域経済や日本経済の発展に貢献する上での重要課題である。
 
このための「雪氷対策」については,各地域の気象特性などに合わせて,除雪や凍結防止剤の散布による降・積雪への対策,防雪柵や自発光デリネーターなどによる視程障害対策に加えて,お客さまへの道路気象情報の提供により,安全な交通の確保に努めているところである。しかしながら,冬期に「雪氷」が要因となった通行止めが集中しているのが現状であり,また,高速道路を長期に保全し,お客さまに安心してご利用いただくためには,凍結防止剤の影響による道路構造物の腐食や凍結融解による損傷などへの対応も必要な状況にある。
 
また,近年は雪氷車両の熟練技能者が高齢化や後継者不足などにより年々減少しており,これを補うための雪氷車両の運転支援技術の開発が喫緊の課題となっている。
 
そこで,東日本グループの研究・技術開発計画においては,「雪氷対策の高度化」を重点テーマのひとつとして,熟練技能者不足や応援除雪へ対応すべく全球測位衛星システム(GNSS)を使用した運転支援技術や,凍結防止剤自動散布システムなどの開発を鋭意進めているところである。
 
本稿では,東日本グループにおいて既に導入または開発中の雪氷対策技術の一例について概説するものである。
 
 

2. ICTを活用した雪氷対策技術

東日本グループの雪氷対策は,社員が情報収集から作業判断を行い,凍結防止剤散布作業や除雪作業,排雪・運搬作業などの実作業は熟練したオペレータの技能・経験により適時的確な作業が行われている(写真− 1)。
 

凍結防止剤散布作業

除雪作業




 

路肩部の排雪・運搬作業




写真−1 高速道路の雪氷対策作業
 
 
雪氷対策の確実かつ効率的な実施や,お客さまや作業従事者の安全確保などのため,情報収集や各種作業,雪氷対策施設においてICTを活用した技術開発を行っており,その技術の一例を図−1に示す。
 

図−1 東日本グループにおける雪氷対策高度化の取組み




 
喫緊の課題である運転支援技術の開発としては,汎用技術となっているGPS位置情報システムを活用して,雪氷車両のオペレーターの経験不足のフォロー及び作業負担を軽減するための運転支援システムを開発し,社内標準仕様として全面導入している。
 
また,路面とタイヤの接触時の加速度より路面状態を判別し,このデータを基に路面状態に応じて自動で凍結防止剤を散布するシステムや,雪氷車両の操作パネルの集約化などを試行運用中であり,雪氷対策作業のさらなる高度化を図っている。
 
以下に,「GPS車両位置による運転支援システム」と,現在試行中の「凍結防止剤最適自動散布システム」の概要を示す。
 

2.1 GPS 車両位置による運転支援システム

雪氷作業において,車両を効率的に稼働させるため,GPSによる車両位置監視システムを平成20年度に開発している。これは,車両運転室内,管理事務所,道路管制センターに配置されるGPS車載端末装置,管理事務所装置,統括装置から構成され,作業車両の位置情報と作業情報を,東日本グループのデジタル無線を利用して伝送し,管理事務所や道路管制センターに設置した監視装置に表示させるシステムである。
 

図−2 GPS車両位置による運転支援システムの概要




 
また,平成23年度には道路情報板に「○○−○○除雪作業中」等の情報を自動標示する機能も追加した。
 
さらに,経験の少ないオペレーターが,繊細な機械操作が行えるようにすることを目的として,音声ガイダンスによる作業の注意喚起アシスト機能を加えたシステムを平成25年度に開発した。
 
このシステムは,橋梁部等の要注意箇所の手前に来ると,音声で「交差道路です。速度を落としてください」「車線が減少します。プラウを格納してください」など,作業における注意事項をガイダンスするものである。これにより,車両位置監視,オペレーター支援,情報提供をトータルで効率的にできるシステムとなったことから,東日本グループでは平成26年度より社内標準として全事務所への導入を進めている。
 
このシステムを導入したことにより,下記の効果が得られており,経験の浅いオペレーターや他事務所への応援派遣時でも効率的かつ安全な除雪作業を可能としている。
 
①隣接事務所等への応援除雪時に円滑な作業が可能となり,支社・事務所間の連携が強化
②応援除雪時の作業速度が約5割向上(約15→約22km/h)
③オペレーターの作業負担が軽減
④ヒューマンエラーの防止,除雪技術の継承にも有効
 
以上のシステムに加えて,雪氷車両の操作パネルの集約化と雪氷作業のパターン化により,凍結防止剤散布や車載型標識等をワンタッチ操作できる技術や,高精度の準天頂衛星の位置情報システムを利用した運転操作支援システムの開発にも取り組んでいる。
 
 

2.2 凍結防止剤最適自動散布システム

東日本グループでは,路面凍結を抑制する目的で塩化ナトリウムを主材料とする凍結防止剤を散布しているが,塩化ナトリウムは道路構造物の健全度に影響を及ぼすため,散布量を最適化する必要がある。
 
そこで,(株)ブリヂストンが開発した路面状態判別システム「CAIS®1)(Contact Area InformationSensing)」により得られた路面データを基に,100m毎に凍結防止剤の最適な散布量を把握し,散布区間・散布量を自動制御するシステム,凍結防止剤最適自動散布システム「ISCOS(Intelligent SaltingControl Optimization System)」を同社と東日本グループで平成26年度に共同開発した。
 
「CAIS®」は,タイヤ内面に設置した加速度センサにより,タイヤが道路に接地した際の振動波形を計測し,その波形特徴を分類することで目視と同様の7つの路面状態(乾燥・半湿・湿潤・シャーベット・積雪・圧雪・凍結)に判別できるシステムである。タイヤ振動は路面状態ごとに特徴的な波形を示し,例えば,乾燥路ではトレッドゴムが路面から拘束されるため,接地面における振動レベルが低いが,凍結路では定常走行中でも微小なすべりが発生するため,接地面内に高周波振動が発生する(図− 3)。
 

図−3 タイヤトレッド内面周方向加速度波形例




 
図− 4に「ISCOS」の概要を示す。
 

図−4 凍結防止剤最適自動散布システムの概要




 
「ISCOS」は,「CAIS®」と凍結防止剤適量積み込み装置,凍結防止剤自動散布装置から構成される。「CAIS®」を搭載した雪氷巡回により,路面状態を自動判別し,WEB 上にデータベースを構築するとともに,凍結防止剤の散布量は,WEB交信し事前に計算する。凍結防止剤倉庫では,計算された散布量に基づき凍結防止剤適量積み込み装置により0.1t単位で散布車に積み込み,路面状態に基づき高速道路のキロポストを基準に自動散布する。
 
自動散布時の散布量は,圧雪・凍結・シャーベット・湿潤・半湿は20g/m2,乾燥・積雪は散布なしとした。また,トンネル坑口は寒暖差や持ち込み雪などの影響で融雪により路面の残留塩分濃度が低下しやすいため,通常よりも散布量を多くする厚撒き機能を設けた。
 
このシステムを平成27年度北海道で試行した結果,凍結防止剤の使用量を約7%削減することができたことから,北海道管内にて順次導入を拡大しているところである。
 
 

3. 今後の展開

東日本グループは,以上のようなICTを活用した雪氷対策技術に関する技術開発を進め,さらには,第4次産業革命の核となるIoT,ビッグデータ,ロボット技術及び人工知能(AI)の利活用も検討し,冬期間における通行止めの削減と安全な走行空間の確保,雪氷作業環境の改善及び道路構造物の長期保全に努めていく。
 
参考文献
1) 森永啓詩,花塚泰史,若尾泰通,2010:タイヤセンシングシステムによる路面状態判定.
  自動車技術会学術講演会前刷集,36-10号,5-8.
 
 

東日本高速道路(株) 建設・技術本部 技術・環境部 雪氷対策高度化チーム チームリーダー 松本 吉英
東日本高速道路(株) 建設・技術本部 技術・環境部 雪氷対策高度化チーム 係長 佐藤 征行

 
 
【出典】


積算資料公表価格版2017年07月号



 

 

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