平成 29 年度道路情報表示板の着雪防止対策について網走開発建設部施設整備課大畑直仁末吉拓磨積雪寒冷地の道路情報表示板の表示面には着雪防止用ヒータが設置されている現在のヒータ制御方式は外気温と水分センサにより鉛直方向の降雪を検知するもので表示面への着雪がなくても動作するため多大な電力が必要

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そよにかどり
5 years ago
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1 平成 29 年度道路情報表示板の着雪防止対策について網走開発建設部施設整備課大畑直仁末吉拓磨積雪寒冷地の道路情報表示板の表示面には着雪防止用ヒータが設置されている現在のヒータ制御方式は外気温と水分センサにより鉛直方向の降雪を検知するもので表示面への着雪がなくても動作するため多大な電力が必要であり技術革新で表示板本体の設備容量が下がっても電気料金の大きな削減にはつながらないそこでヒータ制御方式を吹雪センサによる表示面へ吹き付ける雪の検知に変えてヒータ出力と稼働時間を抑制することにより電気料金の大幅な削減が見込める本発表は実機によりヒータ制御方式の検証を行ったのでその報告を行うものであるキーワード : 維持管理コスト 1. はじめに道路情報表示板は道路利用者に通行止めや冬期における路面状況等の道路情報をお知らせする重要な設備である電気通信部門では最新の電気通信技術を用いてより効率的な設備の維持管理を行っているが維持管理する設備数が年々増加していく一方で維持管理するための費用は削減を求められているこの要請に対応するため道路情報表示板については表示ユニットの LED 化により表示板本体の電気容量を削減しているがより電気容量の大きい着雪防止用ヒータの容量削減が維持管理費削減にとって効果的であると考えられるそこで今回着雪防止用ヒータの制御方式を従来のものから吹雪センサに変更して電気料金の削減が可能であるかを検証したものであるらの視認性を確保しつつ電力消費を抑えるためには形状については従来のものとしヒータ制御を最適化する必要があると考えられる 3. 着雪の分類と概要着雪には大きく分けて 2 種類あり湿型着雪と乾型着雪がある湿型着雪は表示面に衝突した降雪粒子の一部が瞬時に融けて降雪粒子が付着しその降雪粒子に次々と付着し着雪が発達していく一方乾型着雪は含水率の小さい乾いた降雪粒子の付着現象であり一般的に湿型着雪に比べて付着力は小さいが表示面へ風速 5m/s 以上で降雪粒子が衝突することによって着雪する 3) いずれの分類であっても表示面へ吹き付ける降雪があれば表示面へ着雪するとされている 2. 道路情報表示板の着雪防止機能北海道開発局で整備している道路情報表示板には表示面に着雪を防止するための機能を備えているその仕様は着雪センサー等による電力消費抑制機能又は表示面への着雪防止加工等により消費電力量の抑制をはからなければならないとなっている 1)2) これまでに消費電力量の抑制を図るために消費電力抑制機能としてはその多くが水分センサによる降雪の検知と外気温を用いてヒータを制御し着雪を防止しているまた着雪防止加工としては道路情報表示板の形状等を変更したヒータレスタイプが製造されているが着雪防止のために情報板本体を前傾させたり表示面に透明なポリカーボネート樹脂を被せているため遠方か 4. 降雪検知センサの種類 (1) 水分センサ水分センサは 2 章で述べたとおり現在多く使用されている従来型のセンサで水分 ( 降雪 ) を検知するセンサに温度センサを組み込んだセンサでありそれによって降雪の有無を検知する ( 写真 -1 図 -1) そのため水分センサを使用したヒータ制御方式では上からの降雪により水分センサが水分を検知しかつ外気温が一定温度以下となった場合に着雪の可能性が高いと判断して着雪防止用ヒータを動作させる単純に降雪 ( 水分 ) の有無と外気温の関係だけでヒータが動作し着雪を防止するように働くため表示面への着雪が無い場合でも動作し

2 写真 -1 水分センサ ( 設置外観図 ) 写真 -2 吹雪センサ ( 設置外観図 ) 図 -1 水分センサ ( 模式図 ) てしまうまたヒータ出力制御は 100% と OFF の仕様となっていて降雪量によるヒータ出力制御はしていない写真 -3 吹雪センサ ( 詳細図 ) (2) 吹雪センサ吹雪センサはコの字形をしていて先端に付いている投光器受光器間を通過する微細な粒子をカウントするセンサでありその粒子のカウントから表示面への吹き付け ( 吹雪強度 ) を検知する ( 図 -2 写真 -2 写真 -3) そのため吹雪センサを使用したヒータ制御方式では上からの降雪だけではヒータが動作せず表示面に吹き付ける雪のみを検知しかつ表示板内に設置している温度センサで検知した表示板内温度が一定温度以下となった場合に着雪防止用ヒータが動作するまた吹雪センサに粒子が通過した数によりヒータ出力を 100% 33% OFF のように吹雪強度に応じて段階的に切り替えて制御する仕様となっている図 -2 吹雪センサ ( 模式図 )

5. 降雪状況と表示面への着雪の関係性道路情報表示板製造メーカが降雪状況と表示面への着雪の関係性について行った実験について記載する (1) 岐阜県高山市での実験着雪防止用ヒータの動作条件の最適化を検討するため岐阜県高山市において従来の水分センサを用いた着雪防止用ヒータで実験を行った平成 25 年 12 月から平成 26 年 3 月の試験期間中は降雪量が多い状況もあったが

長野県志賀高原丸池での実験岐阜県高山市での実験結果から従来の水分センサに替えて吹雪センサを採用し長野県志賀高原丸池で実験を行った長野県志賀高原丸池は積雪量が多く湿型着雪と乾型着雪両方が想定される地区でありまた地形的に表示面へ向けた風が吹き表示面への着雪が起こりやすい場所であることから選定したヒータ出力を 100% 33% OFF の 3 段階に切り替えて制御する仕様としなおかつ

3 5. 降雪状況と表示面への着雪の関係性道路情報表示板製造メーカが降雪状況と表示面への着雪の関係性について行った実験について記載する (1) 岐阜県高山市での実験着雪防止用ヒータの動作条件の最適化を検討するため岐阜県高山市において従来の水分センサを用いた着雪防止用ヒータで実験を行った平成 25 年 12 月から平成 26 年 3 月の試験期間中は降雪量が多い状況もあったが表示面へ向けた降雪が無ければヒータを動作させなくても表示面に着雪が発生しないことが確認できた ( 写真 -4) この結果より従来の水分センサから吹雪センサに変更し表示面へ吹き付ける雪を検知してヒータ制御を行えば更に電力消費を削減できる可能性が高いと考えられるため次では更に着雪のプロセスが違う立地条件を選定して実験を行った (2) 長野県志賀高原丸池での実験岐阜県高山市での実験結果から従来の水分センサに替えて吹雪センサを採用し長野県志賀高原丸池で実験を行った長野県志賀高原丸池は積雪量が多く湿型着雪と乾型着雪両方が想定される地区でありまた地形的に表示面へ向けた風が吹き表示面への着雪が起こりやすい場所であることから選定したヒータ出力を 100% 33% OFF の 3 段階に切り替えて制御する仕様としなおかつ表示面を監視するカメラを設置して着雪状況を常時監視可能にした試験期間は平成 26 年度と平成 27 年度の冬季 2 年間で行った平成 26 年度はヒータ制御を遠隔のみとし情報板の運用に支障が無いよう配慮しながら降雪センサでの検知状況と監視カメラでの状況からヒータ出力を手動で制御し降雪状況とヒータ出力制御の有効性について確認した平成 27 年度は前年度に取得した着雪と吹雪強度及び気温の関連性を基に吹雪センサとヒータ制御を連動させて自動制御を行い着雪状況を確認したその結果平成 26 年度は表示面への着雪の発生を吹雪センサで検知でき吹雪強度に応じたヒータ出力制御の有効性が確認できたまた自動化を行った平成 27 年度では表示面への着雪が発生しなかったことで着雪と吹雪強度及び気温の関連性が実証された ( 写真 -5) このことにより降雪状況と表示面への着雪に関係性があることが判明した 6. 試験内容平成 27~28 年度施行網走開発建設部管内高規格道路 CCTV 設備外設置工事において導入した道路情報表示板の実機を使用し以下の内容で試験を実施した写真 -4 岐阜県高山市設置状況 ( 降雪時 ) (1) 試験概要本州とは雪質などの気象条件が異なる北海道内において水分センサに替えて吹雪センサを使用して制御を行った場合道路情報表示板の表示面への着雪に対する効果や省電力化に対する効果の有効性の評価を行うためデータ計測収集を実施した (2) 試験対象機器 NHL7 型道路情報表示板 2 面 ( 旭川紋別自動車道遠軽瀬戸瀬 IC 入口 BHL 国道 333 号遠軽側 / 丸瀬布側 ) (3) 試験期間平成 28 年 12 月 1 日から平成 29 年 3 月 31 日まで写真 -5 長野県志賀高原設置状況 ( ヒータ ON 時 ) (4) 計測方法道路情報表示板製造メーカのモニタ用 PC で現地情報表示板から各種計測データの収集を月 2 回程度実施するまた監視カメラを現地情報表示板に取り付けて VPN (Virtual Private Network) 接続し表示面の映像情報を入手した

(5) 計測収集データ計測収集するデータは大きく分けて 3 つあり 1 つ目は情報板制御部ログ ( 吹雪センサ雪粒検知数 ( 吹雪強度 ) 情報板内部温度ヒータ制御稼働状況 ) で 2 分周期に計測する 2 つ目はカメラ画像 ( 表示面を静止画撮影 ) で 4 分周期に計測する 3 つ目は外気温度で 2 分周期に計測する (6) 確認

試験結果 (1) 試験結果 ( 表示面への着雪に対する効果 ) 遠軽側の降雪状況の試験結果を図 -3 で示す横軸が該当月の日付左縦軸が情報板内部温度と吹雪センサ雪粒検知回数右縦軸がヒータ出力と降雪状況である本試験におけるヒータが 33% 出力する条件を情報板内部温度 5 以下かつ吹雪センサが 3 回検知 (2 分周期で 10 秒間 )

またヒータが 0% 出力時つまりヒータの動作が無い時に上からの降雪があっても吹雪センサが検知しない場合に着雪しないかどうかが問題となるまず 33% 出力時に降雪状況が一番厳しい計測データで見ると表示面には着雪が確認されない ( 写真 -6) また 0% 出力時も同様に表示面には着雪が確認されない ( 写真 -7)

4 (5) 計測収集データ計測収集するデータは大きく分けて 3 つあり 1 つ目は情報板制御部ログ ( 吹雪センサ雪粒検知数 ( 吹雪強度 ) 情報板内部温度ヒータ制御稼働状況 ) で 2 分周期に計測する 2 つ目はカメラ画像 ( 表示面を静止画撮影 ) で 4 分周期に計測する 3 つ目は外気温度で 2 分周期に計測する (6) 確認集計計測収集したデータから月毎の吹雪センサ雪粒検知状況情報板内部温度変化ヒータ稼働状況をグラフ化しカメラ画像から判断した降雪吹雪の強度や表示面の着雪状態を比較しそれらの結果から運用面における評価を実施した図 -3 試験結果 ( 遠軽側 2 月 ) 7. 試験結果 (1) 試験結果 ( 表示面への着雪に対する効果 ) 遠軽側の降雪状況の試験結果を図 -3 で示す横軸が該当月の日付左縦軸が情報板内部温度と吹雪センサ雪粒検知回数右縦軸がヒータ出力と降雪状況である本試験におけるヒータが 33% 出力する条件を情報板内部温度 5 以下かつ吹雪センサが 3 回検知 (2 分周期で 10 秒間 ) した時とし 100% 出力する条件を 33% 出力時に板内温度 5 以下かつ吹雪センサが 3 回検知 (2 分周期で 10 秒間 ) した時としたヒータが 33% 出力の時は 33% 出力の中で降雪状況が一番厳しい時つまり 100% 出力はせず 33% 出力の中で吹雪センサ雪粒検知回数が少ないが降雪状況が強い時に表示面への着雪が無いかどうかまたヒータが 0% 出力時つまりヒータの動作が無い時に上からの降雪があっても吹雪センサが検知しない場合に着雪しないかどうかが問題となるまず 33% 出力時に降雪状況が一番厳しい計測データで見ると表示面には着雪が確認されない ( 写真 -6) また 0% 出力時も同様に表示面には着雪が確認されない ( 写真 -7) 丸瀬布側の降雪状況の試験結果も同様に図 -4 で示す 33% 出力時に降雪状況が一番厳しい計測データで見ると表示面には着雪が確認されない ( 写真 -8) また 0% 出力時も同様に表示面には着雪が確認されない ( 写真 -9) よって着雪防止用ヒータ制御に吹雪センサを使用しても道路情報表示板の表示面への着雪に対して効果があることが確認できた写真 -6 ヒータ 33% 出力時 ( 遠軽側 2 月 ) 写真 -7 ヒータ 0% 出力時 ( 遠軽側 2 月 )

図 -4 試験結果 ( 丸瀬布側 2 月 ) 図 -5 ヒータ稼働時間 ( 遠軽側 ) ( 吹雪センサは

丸瀬布側 2 月 ) 図 -6 ヒータ稼働時間 ( 丸瀬布側 ) ( 吹雪センサは 33% 出力 3 時間を

5 図 -4 試験結果 ( 丸瀬布側 2 月 ) 図 -5 ヒータ稼働時間 ( 遠軽側 ) ( 吹雪センサは 33% 出力 3 時間を 100% 出力 1 時間に換算 ) 写真 -8 ヒータ 33% 出力時 ( 丸瀬布側 2 月 ) 図 -6 ヒータ稼働時間 ( 丸瀬布側 ) ( 吹雪センサは 33% 出力 3 時間を 100% 出力 1 時間に換算 ) 図 -7 電気代比較 ( 遠軽側 ) 写真 -9 ヒータ 0% 出力時 ( 丸瀬布側 2 月 ) (2) 試験結果 ( 省電力化に対する効果 ) 遠軽側及び丸瀬布側情報表示板のヒータ稼働状況 ( 図 -5 図 -6) 電気代の比較 ( 図 -7 図 -8) について従来の水分センサと吹雪センサでどの程度変化するか示すなお電気代の比較については北海道電力従量電灯 B (30A) の契約で試算していて冬季の電気代は表示のための電力とヒータ電力冬季以外の電気代は表示のた図 -8 電気代比較 ( 丸瀬布側 )

6 めの電力年額はそれらを合わせたものであるデータ計測を行った 4 ヶ月間の全降雪時間は約 560 時間である従来の水分センサは降雪時にヒータが 100% 稼働しているとすると電気代は冬季で約 42,500 円年額で約 67,000 円と試算される一方吹雪センサは遠軽側情報表示板ではヒータ稼働時間は約 46 時間電気代は冬季で約 26,500 円年額で約 51,000 円と試算される丸瀬布側情報表示板のヒータ稼働時間は約 95 時間電気代は冬季で約 29,500 円年額で約 54,000 円と試算されるよって遠軽側情報表示板はヒータ稼働時間は約 90% 削減電気代は冬季で約 40% 削減年額で約 25% 削減となり丸瀬布側情報表示板はヒータ稼働時間は約 80% 削減電気代は冬季で約 30% 削減年額で約 20% 削減となった 8. まとめ道路情報表示板の着雪防止ヒータを制御するために使用していたセンサを従来の水分センサから吹雪センサに替えることでヒータ出力と稼働時間を抑制し電気料金の大幅な削減ができるか検証してきた今後も電気通信設備を維持管理していくなかでコスト縮減をはかりつつ効率的に行えるように取り組んでいくとともに引き続き調査を行い導入に向けて検討をしていきたい謝辞 : 本論文を作成するにあたり実験データ等の資料提供をいただいた名古屋電機工業株式会社の皆様に感謝の意を表する参考文献 1) 国土交通省 : 道路情報表示装置 NHL 形表示機 V4 機器仕様書 ( 案 )( 平成 28 年 7 月 ) 2) 北海道開発局 : 道路情報表示装置 NHL 形表示機機器仕様書 ( 案 )( 平成 29 年 2 月改定 ) 3) 寒地土木研究所雪氷チーム : 道路案内標識の着雪落雪対策について寒地土木研究所月報 No 年 3 月

国土技術政策総合研究所研究資料

国土技術政策総合研究所研究資料第 7 章検査基準 7-1 検査の目的検査の目的は対向車両情報表示サービス前方停止車両低速車両情報表示サービスおよびその組み合わせサービスに必要な機能の品質を確認することである解説設備の設置後機能や性能の総合的な調整を経て検査基準に従い各設備検査を実施する各設備検査の合格後各設備間を接続した完成検査で機能性能等のサービス仕様を満たしていることを確認する検査を実施し合否を判定する