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はじめに

国土交通省北陸地方整備局は,管内(新潟県・富山県・石川県)の直轄国道管理区間14路線,合計約1,076kmの冬期道路交通を確保するため,約500台の除雪機械を配備し,除雪作業を実施している(写真−1)。
 

写真−1 除雪作業状況




除雪機械の運転は,作業装置を路面状況,道路構造の変化に応じて操作する必要があり,経験と熟練した技術が必要である。
 
昨今は,除雪機械の熟練技能を持つオペレータの高齢化に伴う引退や新規入職者の減少により,担い手の確保が重要な課題となっている(表−1)。
 

(資料:日本建設機械施工協会 北陸支部調べ)
表−1 除雪機械オペレータ年齢構成
(新潟・富山・石川県)直轄および地方公共団体




このような背景のもと,北陸技術事務所ではICT(情報通信技術)を活用した「除雪機械の情報化施工技術」の検討に,平成22(2010)年度から取り組んできた。
 
平成30(2018)年度までに「歩道除雪車」「ロータリ除雪車」,「凍結防止剤散布車」,「除雪トラック」の作業ガイダンス(現在位置や進路上の道路構造物との離隔,除雪作業に必要な情報を提供する)装置の開発を行い,順次現場への導入を進めているところである(写真−2,3)。
 

写真−2 作業ガイダンス装置

写真−3 作業ガイダンス装置における表示例



平成30(2018)年度以降は,ICT(情報通信技術)の検討をさらに発展させ,除雪機械の作業装置自動化に向けた除雪トラックのマシンコントロール(以下「MC」という。)化に着手している。本稿では,平成30(2018)年度から令和元(2019)年度までの取組み状況について紹介するものである。
 
 
 

1. 除雪トラックMC化の検討

1-1 検討方針

除雪トラックの作業装置は,①交差点や乗り入れ部といった雪を置いてはいけない区間において一時的に雪を抱え込む「サイドシャッタ」,②新雪除雪を行う「フロントプラウ」,③圧雪などの路面を整正する「グレーダ装置」,で構成される(写真−4)。
 

写真−4 除雪トラックの作業装置



作業装置は,8本のレバーと20個のスイッチによる複雑な操作が必要で,加えて除雪トラックの運転を並行して行うことが求められるため,それら作業装置の操作(動作)について,MC化を目的として検討に着手したものである(写真−5)。
 

写真−5 除雪トラック作業装置操作レバー



1-2 検討スケジュール

MC化を行うためには,次の技術を組み合わせたシステムを構築する必要がある(表−2)。
 

表−2 MC化に必要な技術




精度の高い自車位置情報・地図データ(No.1),センサー技術(No.2)は既存技術の組み合せで対応可能と推察されることから,各技術を組み合わせたMC化の検討を行うこととした(表−3
 

表−3 検討スケジュール




 

2. 作業装置「サイドシャッタ」のMC化検討

前述のとおり,サイドシャッタは,グレーダ装置で除雪した雪を交差点内などに残さないよう,シャッタを閉めることで一時的に雪を抱え込む装置である(写真−6)。
 

写真−6 サイドシャッタ動作状況




交差点等,特定の区間における開閉動作であれば位置情報のみで制御が可能であるほか,動作時の安全性等も考慮し,表−2に示した技術のうち,No.1に挙げた精度の高い自車位置情報・地図データを使用し,MC化に取り組んだ。

2-1 自車位置情報

MC化の検討に際し,自車位置情報の取得に関しては,精度や費用等を考慮した結果,平成30(2018)年11月より運用が開始された準天頂衛星システム「みちびき」のセンチメータ級補強サービス(CLAS)を採用することとし,その公称精度は水平誤差12cm,垂直誤差24cmである。
 
衛星受信機の精度を検証するため,一般国道49号福島・新潟県境から新潟県新潟市までの片道68kmについて,「みちびき」の受信機とRTK−GNSS(VRS方式)とを搭載した試験車両で走行した。結果,誤差30cm以下に収まった割合は走行した区間の6割程度という結果であった。
 
上空が開けた平野部では公称精度内に収まるが,トンネル等の上空遮蔽物がある区間,山間部や樹木が密生しているような衛星を捕捉しにくい区間においては誤差が生じていた。
 
また,トンネル出口から,衛星からのデータを捕捉するまでに数十秒を要する場合もあり,常時,精度の高い自車位置情報を取得するために準天頂衛星システムを補完する技術の検討が課題として残った。

2-2 地図データ

MMS(モービル・マッピング・システム)で取得したレーザー点群データから,除雪トラックの作業装置の制御に必要となる地物等の情報を抽出し,地図データを作成した(図−1)。
 

図−1 MMSから作成した地図データ




MMSの公称精度は,水平・垂直誤差ともに25cmであるが,今回作成した地図データでの結果は,水平誤差5cm,垂直誤差6cmとなった。
 
なお,リサイクル製品認定制度の基準は各自治体が策定しているが,多くの基準でエコマーク認定基準の項目が引用,または参考にされている。

2-3 運転技術データ

サイドシャッタの自動制御を行うため,ドライブレコーダー,データロガーといった記録機器を除雪トラックに搭載し,実際の除雪作業におけるオペレータのサイドシャッタ操作等,運転技術データを収集,解析した。
 
解析したデータをMMSから作成した地図データに反映させ,除雪作業用地図データを作成した(図−2)。
 

図−2 除雪作業用地図データ




「みちびき」の受信機」「MMSから作成した地図データ」「除雪作業用地図データ」を組み合わせることで,遮蔽物等が無い区間においてはMCに必要な精度の高い自車位置情報を取得することが可能となった。

2-4 制御ユニット

サイドシャッタをMC化するための制御ユニットは,MMSから作成した地図データと除雪作業用地図データをインストールしたタブレット端末(図−3中①),「みちびき」の受信機(図−3中②),制御装置(サイドシャッタへ動作信号を出力する機器,図−3中③)で構成されており,各機器をLAN通信で交信することで制御を行い,自車位置と地図の基準点が一致した際に動作信号を出力する仕様で製作した(図−3
 

図−3 制御ユニットイメージ



2-5 サイドシャッタ現道試験

除雪トラックに制御ユニットを搭載し,実際の除雪作業と同様にサイドシャッタが開閉することを確認するため,現道に試験区間を設定し,動作確認試験を行った。
 
サイドシャッタの動作位置は,除雪作業時に操作するオペレータ(助手)からの聞き取りに基づき,乗り入れ部(サイドシャッタを閉める区間)の始まりまでに全閉,通過後に全開となるよう設定した。
 
試験の結果,ほぼ設定どおりの位置で動作していることを確認したほか,除雪トラックを担当するオペレータ(助手)に同乗してもらい,動作状況を確認してもらったところ,実際の操作と違和感のない位置で開閉しているとの評価を得ることができた。
 
また,令和2(2020)年2月7日夜間の降雪に際し,一般国道49号において,サイドシャッタのMCを使用した除雪作業を行い,実際の除雪作業にも問題なく使用できることを確認した(写真−7
 

写真−7 サイドシャッタのMCによる動作状況




 
 

3. まとめ

これまでの検討結果から,サイドシャッタのMC化は実用域に達したと判断する。
 
令和2(2020)年2月20日には,報道機関,関係機関,除雪作業従事者を対象に現道での公開試験を開催するなど,除雪トラックMCの現状を報告(広報)したところである。
 
ただし,衛星の不感帯における自車位置情報の測位等について課題が残るなど,他の作業装置のMC化と合わせて,課題解消に向けた検討の継続が必要であると考えられる。

 
 
 

おわりに

引き続きフロントプラウ,グレーダ装置について検討することで,除雪トラックの作業装置MC化を進める。また,ICT(情報通信技術)は日進月歩であることから,将来的には市場の技術開発動向等を踏まえ,自車位置情報以外の要素を取り入れた作業装置の高度なMC化の検討を進めることで除雪作業の安全性,施工性,生産性のさらなる向上に努めていきたい。
 
参考文献
(一社)日本建設機械施工協会北陸支部「道路除雪オペレータ実態調査報告」平成30(2018)年3月
 
 
 

国土交通省 北陸地方整備局 北陸技術事務所 施工調査・技術活用課 専門官  小浦方 一彦

 
 
 
【出典】


積算資料公表価格版2020年8月号


 

 

 

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