JPH0248873B2

JPH0248873B2 - Maikuropurosetsusaomochiitatoketsuyochisochiniokeruhoseihoho

Info

Publication number: JPH0248873B2
Application number: JP55010418A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Mikami; Hiroshi Yokoyama; Masashi Nakano
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1980-01-30
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1990-10-26
Anticipated expiration: 2000-01-30
Also published as: JPS56108168A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は、マイクロプロツサを用いた凍結予
知装置における補正方法に関する。

路面の凍結を予知すれば、車両運行管理上適切
な処置が行なえるので有益である。一般に路面の
凍結予知は、路面の温度を測定しこの測定路面温
度データから一定時間後の予測路面温度を算出
し、この予測路面温度を所定の凍結温度と比較し
て行なう。このためには、路面温度低下の推移
（厳密には路面と大気との間の熱放射収支）およ
び路面湿潤の有無を把握することが必要である。
ところが、路面温度は、路面上を通行する人、通
過する車両、その他の障害物や日照、雨、雪、雹
などの自然環境、およびこれらの組合せにより複
雑に変化し、またこの変化の中において短い周期
で変動するので、これらの外乱を考慮せずに路面
温度を正しく予測することはできない。しかしな
がら、上記の外乱のすべてを正確に検知しそれに
よつて予測路面温度を正確に補正することは殆ど
不可能に近い。

発明の概要この発明は、測定路面温度から一定時間後の予
測路面温度を算出し、この予測路面温度を所定の
凍結温度とを比較することにより凍結を予知する
装置において、できるだけ予測誤差を少なくする
よう、上記外乱による路面温度予測誤差を簡便に
補正できる方法を提供することを目的とする。

この発明は、路面温度が降下していく過程で、
一定時間ごとに各測定期間における路面温度を測
定して測定した路面温度をメモリにストアしてお
き、測定時点における測定路面温度とメモリにス
トアしている所要のサンプル時間前の測定路面温
度とをデータとして所定の演算式に適用すること
により、その測定時点から所要の予測時間後の予
測時点における予測路面温度を算出し、この予測
路面温度にもとづいて凍結を予知する凍結予知装
置において、算出した予測路面温度を各予測時点
に対応して上記メモリにストアしておき、各予測
時点に達したときにその時点の測定した測定路面
温度とメモリにストアしている同時点の予測路面
温度との差を予測誤差として算出し、測定路面温
度があらかじめ定められた補正開始温度に達した
ときから所定の時間の間に路面温度降下の勾配を
測定し、この勾配と算出した予測誤差とにもとづ
いて補正値を算出し、予測路面温度をこの補正値
で補正することを特徴とする。

この発明によると、予測誤差と所定時間の間に
おける路面温度降下の勾配とにより補正値を算出
し、この補正値を用いて予測路面温度を補正して
いる。したがつて、温度降下のパターンが気象条
件その他の外乱的要因によつて千差万別であつて
も、ほぼ正確に凍結を予知することができ、車両
運行管理上適切な処置を講ずることができる。ま
た、所定時間の間における路面温度降下の勾配を
測定することにより補正を行なつているので、補
正処理は比較的簡単である。さらに、路面温度が
低くなるとその降下変化が安定するので、この発
明では測定路面温度が所定の補正開始温度まで降
下した時点から上記勾配の測定と補正値の算出を
行なつており予測誤差をできるだけ小さくするよ
うな補正が可能である。

実施例の説明以下、図面を参照してこの発明の実施例につい
て詳しく説明する。

(1) 路面温度の降下パターン一般に、地下温度が一様で、放熱流が一定と仮
定した場合の道路（熱的定数が一定の半無限固
体）におけるｔ時間後の路面温度Ｔ（ｔ）は、次
式で与えられるといわれている。

Ｔ（ｔ）＝TO−2f_O／（ρCK）^1/2（ｔ／π）^1/2（℃）
…(1) ここで、TO；ｔ＝０における初期路面温度
（℃） f_O；境界条件としての熱流（一定値） ρ；密度Ｃ；比熱Ｋ；熱伝導率である。

2f_O／（ρCK）^1/2・π^1/2≡α …(2) と置くと、第(1)式は、Ｔ（ｔ）＝TO−α・t^1/2 …(3) となり、第１図に示すような曲線を描く。ｔ＝０
（分）における路面温度TO（℃）と、ｔ＝t1（分）
（サンプル時間）後の路面温度T1（℃）とを路面
温度計により測定すれば、係数αは次式から求め
ることができる。

α＝TO−T1／t1^1/2 …(4) 時間（ｔ）の経過にしたがつて路面温度が徐々に
降下していく場合、ｔ＝t2（分）（t2＞t1）後の路
面温度T2（℃）は、第(4)式で求めたαを用いて、 T2＝T1−α（t2^1/2−t1^1/2） …(5) として予測することができる。t3＝t2−t1（分）
が予測時間である。したがつて、予測温度T2が
あらかじめ定められた凍結温度TF（たとえば０〜
−３℃）以下になつたときに、「予測時間t3後に
路面が凍結するるであろう」という凍結予知を出
すことができる。

ところが、路面温度の降下の推移の傾向は第(1)
式で表わされるような単純なものでなく、気象条
件等に依り変化に富んでいる。発明者らが詳細に
観察した結果、変化に富む路面温度の降下パター
ンは３つのタイプに大別できることが分つた。

第１のタイプは、第２図に示すように、路面温
度がほぼ直線的下降するものであり、快晴または
晴のときによく現われる。最高路面温度は＋10℃
以下が多い。これを、直線降下タイプと称する。
第２のタイプは、第３図に示すように、路面温度
がほぼ指数関数的に下降するものであり、曇や雨
のときによく現われる。最高路面温度は＋10℃以
上が多い。これを、指数関数降下タイプと称す
る。第３のタイプは、第４図に示すように、路面
温度が急激に下降するものであり、小雪のときに
よく現われる。最高路面温度は＋10℃以下が多
い。これを、急峻降下タイプと称する。第２図か
ら第４図に示す実線のグラフは変動がない理想的
な推移を示しているが、実際は鎖線で示すように
短い周期で変動する。

第(1)または第(3)式で示す近似式は、第２の指数
関数降下タイプのものに比較的よく適合するが、
他のタイプの推移に適用すると誤差が大きくなる
おそれがある。この発明は、上述の第(1)式および
これより導出される第(5)式を用いて算出される予
測温度を温度の降下パターンに応じて補正する方
法を提供するものである。

(2) 凍結予知装置の構成第５図は、道路における各測定器の取付状態を
示している。道路の一側に支柱２が立てられ、こ
の支柱２の上端に路面１上方にのびる水平な支持
腕３が取付けられている。支柱２には上部から下
に向つて順に投光器４、受光器６および路面温度
計７が取付けられている。また、支持腕３には受
光器５が取付けられている。投光器４から路面１
に向けて赤外光が投射され、その路面１からの正
反射光が受光器５で受光され、乱反射光が受光器
６で受光される。路面温度計７には放射温度計が
用いられ、路面温度を非接触で測定する。

第６図は、凍結予知装置の主要部の構成を示し
ている。受光器５，６および路面温度計７の出力
信号はデジタル・データに変換され、入出力イン
ターフエース１１を介してマイクロプロセツサ
（以下CPUという）１０によつて読取られる。ま
た、投光器４は入出力インターフエース１１を介
してCPU１０によつて制御される。クロツクパ
ルス発生器１３から出力されるクロツクパルスは
カウンタ１４で計数され、カウンタ１４から１分
および５分ごとに１分パルスおよび５分パルスが
それぞれCPU１０に送られる。

CPU１０はレジスタ１２およびデータ・メモ
リ（以下RAMという）１５を備えている。レジ
スタ１２には、路面温度計７から得られる１分ご
との測定路面温度が一時的に記憶される。RAM
１５には、路面状態を記憶するフラグおよび測定
温度が補正開始温度TSに達したことを示すフラ
グとして用いられるエリアＭ１、凍結温度TFを
記憶するエリアＭ２、補正開始温度TSを記憶す
るエリアＭ３、１分ごとの測定路面温度を記憶す
るエリアＭ４、５分ごとの平均した測定路面温度
を記憶するエリアＭ５、ならびに30分後の予測路
面温度RT、同時刻の実際の測定路面温度Ｔおよ
び測定誤差ΔTを記憶するエリアＭ６が設けられ
ている。１分データ記憶エリアＭ４は５つの記憶
場所を、５分データ記憶エリアＭ５は４つの記憶
場所をそれぞれ有している。また記憶エリアＭ６
において、各温度RT，Ｔおよび測定誤差ΔTの
記憶場所は多数設けられている。

受光器５，６の出力レベルは路面状態、すなわ
ち路面１が乾燥しているか、湿潤状態にあるのか
または積雪状態にあるのかに応じて変化する。受
光器５の出力レベルは乾燥、積雪、湿潤の順に高
くなる。また、受光器６の出力レベルは湿潤、乾
燥、積雪の順に高くなる。CPU１０はこれら両
受光器５，６の出力信号レベルを弁別して、弁別
結果の組合せにより、凍結する可能性のある路面
状態かどうか、すなわち路面に水分が存在するか
どうか（湿潤または積雪かどうか）を判定する。
そして、凍結する可能性がある場合にエリアＭ１
の路面状態の記憶場所にフラグをたてる。

(3) 路面温度の予測第２図から第４図に示すように、そして第７図
に拡大して示すように路面温度は、巨視的にみた
推移の過程で短い周期で変動する。そこで、１分
ごとに路面温度を測定して、５分ごとに、５つの
１分データのうちの最大のものと最小のものと除
き残りの３つの１分データを相加平均して５分デ
ータを得る。カウンタ１４からは１分パルスと５
分パルスがCPU１０に送られている。CPU１０
は、１分パルスの入力ごとに路面温度計７の出力
を読取り、一旦レジスタ１２にストアし、次に記
憶エリアＭ４に転送して順次各記憶場所にストア
する。５分経過したときにはその直前の５分間の
１分データTa〜Te（第７図参照）がエリアＭ４
内にストアされていることになる。そして５分パ
ルスが入力すると、CPU１０はこれらのデータ
のうちの最大値のデータTcと最小値のデータTe
とを除いた３つの１分データTa，Tb，Tdを相
加平均して、５分データTOを算出する。そし
て、この５分データTOを記憶エリアＭ５内の所
定の記憶場所にストアする。次の５分間において
も同じようにして５分データＴ５を算出して記憶
エリアＭ５内にストアし、同様に５分経過ごとに
順次５分データＴ１０，Ｔ１５を算出しエリアＭ
５内にストアしていく。

この例では、サンプル時間ｔ１は15分に、予測
時間ｔ３は30分にそれぞれ設定されている。最初
に５分データTOを測定した時点（この時点を測
定開始原点とする）から15分経過したとき、
CPU１０はこの時点の５分データＴ１５と最初
の５分データTOを用いて上記の係数αを算出
し、この時点から30分後（測定開始原点から45分
後）の予測路面温度RT４５を算出する。係数α
は次式で求められる。

α＝TO−T15／15^1/2 …(6) また、予測路面温度RT４５は上記のαを用いて RT45＝T15−α（45^1/2−15^1/2） …(7) から算出する。このようにして算出した予測路面
温度RT４５を記憶エリアＭ６の所定の記憶場所
にストアする。

予測路面温度RTの算出は５分ごとに行ない、
算出した予測路面温度（RT５０など）順次エリ
アＭ６内にストアしていく。

時間の経過にともない、記憶エリアＭ４の内容
は５分ごとに全面的に書きかえられ、エリアＭ５
の内容も古いものから順次更新されていく。係数
αは予測路面温度の算出ごとに最新の５分データ
にもとづいて求めることが好ましい。

測定開始原点から45分経過した時点でCPU１
０はこの時点の５分データＴ４５を算出するの
で、このデータＴ４５を予測路面温度RT４５に
対応する記憶場所にストアし、かつ予測路面温度
RT４５とこの５分データＴ４５との差 ΔT45＝RT45−T45 …(8) を算出し、同様にエリアＭ６の対応記憶場所にス
トアする。この差ΔT45は、第８図に示すよう
に、予測路面温度と現実の測定路面温度との差で
あつて、いわば予測誤差である。この予測誤差の
算出もまた５分ごとに実行し、その都度算出した
予測誤差（ΔT50など）をエリアＭ６の所定の記
憶場所内にストアしていく。

(4) 予測路面温度の補正と凍結予知上述のように路面温度の降下のパターンには大
別して３種類ある。しかしながら、第(1)式にもと
ずいて予測路面温度を算出しているから、温度降
下パターンが第２のタイプ（第３図）のものであ
る場合には比較的よく近似するとはいうものの、
温度の推移が第２のタイプ以外の場合には予測誤
差が発生する。

この発明では、この予測誤差の補正を、測定路
面温度（５分データ）が所定の補正開始温度TS
になつた時点から開始する。この補正開始温度
TSは、ほぼ０〜＋６℃の範囲で可変であつてた
とえば＋2.5℃に設定され、エリアＭ３内にあら
かじめストアされている。補正開始温度TSを＋
2.5℃近傍に選定するのは、これよりも低い温度
では路面温度の降下が安定するからである。

またエリアＭ２内には凍結温度TFがあらかじ
めストアされている。この凍結温度TFもまた可
変であつて、ほぼ０〜−３℃の範囲で設定され
る。

CPU１０は、各時点における予測路面温度RT
が RT−TA≦TF …(9) を満足した場合に凍結予知信号を出力する。ここ
でTAは補正値であつて、上記の予測誤差の相加
平均値をΔTA、係数をβとした場合に次式で与
えられる。

TA＝β・ΔTA …(10) 係数βは、測定温度の勾配に応じて２，１または
１／２に選定される。すなわち、第９図に示すよう
に、測定路面温度が補正開始温度TSよりも低く
なつたときに、最初の５分間で0.5℃以上降下し
た場合（上記の３のタイプ（第４図）に相当）に
はβ＝２とする。最初の10分間における降下温度
が0.5〜1.0℃の範囲の場合（第１のタイプ（第２
図）に相当）にはβ＝１とし、0.5℃未満の場合
（第２のタイプ（第３図）に相当）にはβ＝1/2と
する。

CPU１０は５分データＴが補正開始温度TSを
下回つた場合にはエリアＭ１の補正開始フラグを
立て、上述のように予測路面温度RTおよび予測
誤差ΔTを算出するとともに、予測誤差ΔTの相
加平均ΔTAを算出して、補正値TAを求める。
最初の５分間は勾配が不明であるから一律にβ＝
１／２とする。そして、５分後に路面温度の５分デ
ータＴが0.5℃以上降下した場合にはβ＝２とす
る。降下温度が0.5℃未満の場合にはβ＝1/2のま
ま維持する。補正開始フラグがセツトされて10分
後に５分データＴが開始温度TSを基準として1.0
℃以上降下していた場合にはβ＝２とし、0.5〜
1.0℃の範囲で降下した場合にはβ＝１とし、0.5
℃未満の場合にはβ＝1/2とする。補正開始フラ
グセツト後においても、５分ごとに予測路面温度
RTおよび予測誤差ΔTを算出することは言うま
でもない。そして上記のようにして定めた係数β
を用いて予測路面温度RTが第(9)式を満足し、か
つ路面状態フラグがセツトされている場合に凍結
予知信号を出力する。

上記の例では、係数βとして1/2，１，２の３
種類を設定し、それぞれ５分間および10分間の降
下温度に応じてβの値を決定しているが、係数β
の値およびその決定の方法には（たとえば降下温
度の値）いろいろな方法がある。要するに、路面
温度降下の勾配に応じてβの値を定めればよい。
また、サンプル時間ｔ１および予測時間ｔ３も任
意に定めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は路面温度予測原理を説明するためのグ
ラフ、第２図から第４図は路面温度の変化パター
ンを示すグラフ、第５図は各種検出器の取付状態
を示す構成図、第６図は凍結予知装置の電気的構
成を示すブロツク図、第７図は測定温度データを
得る方法を示すグラフ、第８図は予測誤差を示す
ためのグラフ、第９図は温度降下勾配によつて補
正値の係数を得る様子を示すグラフである。７…路面温度計、１０…マイクロプロセツサ、
１５…データ・メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】１路面温度が降下していく過程で、一定時間ご
とに各測定期間における路面温度を測定して測定
した路面温度をメモリにストアしておき、測定時
点における測定路面温度とメモリにストアしてい
る所要のサンプル時間前の測定路面温度とをデー
タとして所定の演算式に適用することにより、そ
の測定時点から所要の予測時間後の予測時点にお
ける予測路面温度を算出し、この予測路面温度に
もとづいて凍結を予知する凍結予知装置におい
て、算出した予測路面温度を各予測時点に対応して
上記メモリにストアしておき、各予測時点に達したときにその時点の測定した
測定路面温度とメモリにストアしている同時点の
予測路面温度との差を予測誤差として算出し、測定路面温度があらかじめ定められた補正開始
温度に達したときから所定の時間の間に路面温度
降下の勾配を測定し、この勾配と算出した予測誤差とにもとづいて補
正値を算出し、予測路面温度をこの補正値で補正
することを特徴とする、マイクロプロツサを用いた凍結予知装置におけ
る補正方法。