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JP4129419B2 - Road surface condition determination method and apparatus - Google Patents

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JP4129419B2
JP4129419B2 JP2003284558A JP2003284558A JP4129419B2 JP 4129419 B2 JP4129419 B2 JP 4129419B2 JP 2003284558 A JP2003284558 A JP 2003284558A JP 2003284558 A JP2003284558 A JP 2003284558A JP 4129419 B2 JP4129419 B2 JP 4129419B2
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Description

本発明は一般道路や高速道路における路面に、水や氷が存在する状態を判別するための方法およびその装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for discriminating a state where water or ice is present on a road surface on a general road or an expressway.

従来より画像処理を用いて凍結などの路面状態を判別する方法や装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この出願は所定の路面監視エリアに対してレーザ光を投光走査し、路面から反射されるレーザ光を監視画像として記憶し、この監視画像と予め記憶した判定用画像とを比較して最も類似する路面判定用画像データを見つけ出し、凍結状態であるか否かを検出するものである。
特開2002−39861号
Conventionally, a method and an apparatus for determining a road surface state such as freezing using image processing have been proposed (see, for example, Patent Document 1). This application projects and scans laser light with respect to a predetermined road surface monitoring area, stores the laser light reflected from the road surface as a monitoring image, and compares this monitoring image with a pre-stored determination image to make the most similar The image data for road surface determination to be detected is found, and it is detected whether or not it is in a frozen state.
JP 2002-39861 A

ところで、図10のように路面上の水や氷にレーザ光や自然光が当たった場合の反射率Γは以下のように比誘電率εrの関数として定義することができる。

Figure 0004129419
Incidentally, the reflectance Γ when laser light or natural light hits water or ice on the road surface as shown in FIG. 10 can be defined as a function of the relative dielectric constant ε r as follows.
Figure 0004129419

ここで、Eiは電磁波の入射エネルギー、Erは反射エネルギーであり、また、比誘電率εr=媒質の誘電率ε/真空の誘電率ε0である。 Here, Ei is the incident energy of electromagnetic waves, Er is the reflected energy, and the relative dielectric constant ε r = dielectric constant ε of medium / dielectric constant ε 0 of vacuum.

一方、一般の物質の複素比誘電率

Figure 0004129419
は、その実数部をε’、虚数部である誘電損失をε''として、デバイの緩和理論から、
Figure 0004129419
となることが知られている。但し、σは導電率、ε0 *は空気の誘電率(8.854×10-12F/m)であり、水,氷の場合、導電率σはほぼ0であることから、式(4)の第2項は無視することができ、結局式(4−1)とすることができる。 On the other hand, complex relative permittivity of general materials
Figure 0004129419
From the Debye relaxation theory, the real part is ε 'and the dielectric loss that is the imaginary part is ε''.
Figure 0004129419
It is known that However, σ is the conductivity, ε 0 * is the dielectric constant of air (8.854 × 10 −12 F / m), and in the case of water and ice, the conductivity σ is almost 0. ) Of the second term can be ignored, and can eventually be expressed as equation (4-1).

ここで、

Figure 0004129419
は直流電場における比誘電率、
Figure 0004129419
は高周波電場における比誘電率、ωは角周波数、τは誘電緩和時間である。 here,
Figure 0004129419
Is the relative permittivity in a DC electric field,
Figure 0004129419
Is a dielectric constant in a high frequency electric field, ω is an angular frequency, and τ is a dielectric relaxation time.

この(3)、(4)式に10Hz〜1000GHzの周波数fと以下に示す値を代入して複素比誘電率を算出すると図3に示すグラフとなる。

Figure 0004129419
When the complex relative dielectric constant is calculated by substituting the frequency f of 10 Hz to 1000 GHz and the following values into the equations (3) and (4), the graph shown in FIG. 3 is obtained.
Figure 0004129419

このグラフから明らかなように、水と氷とでは複素比誘電率が変化する周波数域が大きく異なる。特に反射率Γを変化させる誘電率虚数部ε'' はそれぞれ100Hz近傍〜100KHz近傍と1GHz近傍〜100GHz近傍において大きく変化しているが、前記した従来例の公開公報におけるレーザ光や可視光に使われる数100GHz以上の光の周波数領域に対しては、水も氷も同じ値(略「0」)になっている。   As is apparent from this graph, the frequency range in which the complex dielectric constant varies greatly between water and ice. In particular, the imaginary part ε ″ of the dielectric constant that changes the reflectance Γ varies greatly in the vicinity of 100 Hz to 100 KHz and in the vicinity of 1 GHz to 100 GHz. However, it is used for laser light and visible light in the above-mentioned conventional publications. For the frequency range of light of several hundred GHz or more, water and ice have the same value (substantially “0”).

同様に、誘電率実数部ε’についても、数100GHz以上の周波数では水も氷も同様の値になっている。すなわち、式(1)のように光の周波数領域では反射率Γの主体となる比誘電率εrに変化を生じないことから画像処理を含む光学的反射強度を利用する従来の計測方法では、水と氷とを識別することができないといった問題があった。さらに、従来の計測方法では、水の厚さを判別することができないと言った問題があった。 Similarly, for the real part ε ′ of the dielectric constant, water and ice have the same value at a frequency of several hundred GHz or more. That is, in the conventional measurement method using the optical reflection intensity including image processing since the relative permittivity ε r that is the main component of the reflectance Γ does not change in the frequency region of light as in the equation (1), There was a problem that water and ice could not be distinguished. Furthermore, the conventional measuring method has a problem that the thickness of water cannot be determined.

本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、路面上の水または氷に電波を照射した場合に生じる電波の変化を検出することにより、路面上における水または氷の有無あるいは水の厚みを正確に判別することが可能な路面状態判別方法およびその装置を提供せんとするものである。   The present invention is intended to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to detect the change in the radio waves generated when the radio waves are irradiated on the water or ice on the road surface. It is an object of the present invention to provide a road surface state determination method and apparatus capable of accurately determining the presence of ice or the thickness of water.

本発明の路面状態判別方法は前記した目的を達成せんとするもので、請求項1の手段は、路面に向けて電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した電波に対する受信した電波の変化を基に路面上における水または氷の有無を判別することを特徴とする。   The road surface state determination method of the present invention achieves the above-described object, and the means of claim 1 irradiates a radio wave toward the road surface, receives a reflected radio wave, and receives the received radio wave with respect to the irradiated radio wave. It is characterized by determining the presence or absence of water or ice on the road surface based on the change.

請求項2の手段は、路面に向けて電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した電波に対する受信した電波の変化を基に路面上における水の厚みを判別することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the thickness of water on the road surface is determined based on a change in the received radio wave with respect to the irradiated radio wave.

請求項3の手段は、請求項1項または請求項2項の何れかに記載の路面状態判別方法において、受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の比である電波の減衰量として求め、予め記憶した減衰量に対する基準値と比較することにより前記判別を行うことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the road surface state determining method according to the first or second aspect, the change of the received radio wave is a ratio of the received radio wave to the intensity of the irradiated radio wave. The determination is performed by obtaining the amount of attenuation and comparing it with a reference value for the amount of attenuation stored in advance.

請求項4の手段は、請求項1項または請求項2項の何れかに記載の路面状態判別方法において、受信した電波の変化を、受信した電波の強度として求め、予め記憶した受信強度に対する基準値と比較することにより前記判別を行うことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the road surface state determination method according to any one of the first and second aspects, a change in the received radio wave is obtained as the intensity of the received radio wave, and a reference for the received intensity stored in advance is provided. The discrimination is performed by comparing with a value.

請求項5の手段は、請求項1項または請求項2項の何れかに記載の路面状態判別方法において、受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量として求め、予め記憶した吸収・透過量に対する基準値と比較することにより前記判別を行うことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the road surface state determination method according to any one of the first and second aspects, the change in the received radio wave is a difference between the received radio wave intensity and the irradiated radio wave intensity. However, the determination is performed by obtaining the amount of radio wave absorption / transmission on the road surface and comparing it with a reference value for the absorption / transmission amount stored in advance.

請求項6の手段は、請求項1項乃至請求項5項の何れかに記載の路面状態判別方法において、路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した複数の周波数の電波に対する受信した電波の変化を基に前記判別を行うことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the road surface state determination method according to any one of the first to fifth aspects, the radio wave having a plurality of frequencies is irradiated toward the road surface, and the reflected radio wave is received and irradiated. The discrimination is performed based on changes in received radio waves with respect to radio waves having a plurality of frequencies.

請求項7の手段は、請求項1項乃至請求項6項の何れかに記載の路面状態判別方法において、電波を照射する路面に電波吸収体を埋設したことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the road surface state determination method according to any one of the first to sixth aspects, a radio wave absorber is embedded in a road surface on which a radio wave is irradiated.

請求項8の手段は、請求項1項乃至請求項7項の何れかに記載の路面状態判別方法において、路面に電波吸収体を埋設し、水、氷および乾燥を判別することを特徴とする。   The means of claim 8 is the road surface state determination method according to any one of claims 1 to 7, wherein a radio wave absorber is embedded in the road surface to determine water, ice and dryness. .

請求項9の手段は、請求項3項乃至請求項8項の何れかに記載の路面状態判別方法において、前記基準値は、路面上における水または氷あるいは路面上における水の複数の厚みについて予め測定された電波に対応した複数の値域として定義され、路面に照射した電波の変化がいずれの値域に相当するか判別して水または氷の有無あるいは水の厚みを計測することを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the road surface state determination method according to any one of the third to eighth aspects, the reference value is obtained in advance for a plurality of thicknesses of water or ice on the road surface or water on the road surface. It is defined as a plurality of value ranges corresponding to the measured radio wave, and it is characterized by determining which value range corresponds to the change of the radio wave irradiated on the road surface and measuring the presence or absence of water or ice or the thickness of water.

請求項10の手段は、請求項1項乃至請求項9項の何れかに記載の路面状態判別方法において、前記路面に照射する電波の周波数域は水または氷の複素比誘電率が変化する周波数域であることを特徴とする。   The means of claim 10 is the road surface state determination method according to any one of claims 1 to 9, wherein the frequency range of the radio wave applied to the road surface is a frequency at which a complex relative permittivity of water or ice changes. It is a region.

請求項11の手段は、請求項1項乃至請求項10項の何れかに記載の路面状態判別方法において、路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射波を含む電波を受信してフーリエ逆変換し、逆変換後の時間空間で路面から反射した電波の信号を抽出し、抽出後の信号をフーリエ変換した信号にて前記電波の変化を算出することを特徴とする。   The means according to claim 11 is the road surface state determination method according to any one of claims 1 to 10, wherein the road surface state irradiates radio waves having a plurality of frequencies toward the road surface and receives radio waves including reflected waves. Inverse Fourier transform is performed, a radio wave signal reflected from the road surface in the time space after the inverse transformation is extracted, and a change in the radio wave is calculated by a signal obtained by Fourier transforming the extracted signal.

請求項12の手段は、請求項11に記載の路面状態判別方法において、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出することを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the road surface state determining method according to the eleventh aspect, the radio wave reflected from the road surface is irradiated and then received by multiplying the signal after the inverse Fourier transform by a predetermined filter function. It is characterized in that a peak of a signal appearing in a time-space region corresponding to the time until is extracted.

本発明の路面状態判別装置における請求項13の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の比であるところの電波の減衰量を算出する送受波変化量算出部と、電波の減衰量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、送受波変化量算出部で算出した電波の減衰量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水または氷の有無を判別する路面状態判別部とを備えるものである。   According to a thirteenth aspect of the road surface condition determining apparatus of the present invention, a radio wave transmitting means for radiating radio waves toward the road surface, a receiving means for receiving radio waves reflected from the road surface, and a radio wave radiated from the transmitting means. A transmission / reception wave variation calculation unit for calculating the attenuation amount of the radio wave, which is a ratio of the intensity of the radio wave received by the receiving means to the intensity, a reference data storage unit for storing a reference value for the attenuation amount of the radio wave, and a transmission / reception wave A road surface state determination unit that compares the amount of radio wave attenuation calculated by the change amount calculation unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the presence or absence of water or ice on the road surface.

本発明の路面状態判別装置における請求項14の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した電波の強度を計測する受信強度計測部と、電波の受信強度に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、受信強度計測部で計測した電波の強度と基準データ記憶部に記憶した基準値とを比較し路面上における水または氷の有無を判別する路面状態判別部とを備えるものである。   The means of claim 14 in the road surface condition judging device of the present invention comprises: a radio wave transmitting means for irradiating a radio wave toward the road surface; a receiving means for receiving a radio wave reflected from the road surface; and a radio wave received by the receiving means. Compare the received intensity measurement unit that measures the intensity, the reference data storage unit that stores the reference value for the received intensity of the radio wave in advance, and the radio wave intensity measured by the received intensity measurement unit and the reference value that is stored in the reference data storage unit And a road surface state determining unit for determining the presence or absence of water or ice on the road surface.

本発明の路面状態判別装置における請求項15の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量を算出する送受波変化量算出部と、電波の吸収・透過量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、送受波変化量算出部で算出した電波の吸収・透過量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水または氷の有無を判別する路面状態判別部とを備えるものである。   The means of claim 15 in the road surface condition judging device of the present invention comprises: a radio wave transmitting means for irradiating a radio wave toward the road surface; a receiving means for receiving a radio wave reflected from the road surface; and a radio wave irradiated from the transmitting means. Transmit / receive wave change amount calculation unit that calculates the amount of radio wave absorption / transmission on the road surface, which is the difference in radio wave intensity received by the receiving means with respect to the intensity, and reference data for pre-stored reference values for radio wave absorption / transmission amount A storage unit and a road surface state determination unit that compares the amount of radio wave absorption / transmission calculated by the transmission / reception wave variation calculation unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the presence or absence of water or ice on the road surface. It is to be prepared.

本発明の路面状態判別装置における請求項16の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の比であるところの電波の減衰量を算出する送受波変化量算出部と、電波の減衰量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、送受波変化量算出部で算出した電波の減衰量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水の厚みを判別する路面状態判別部とを備えるものである。   The means of claim 16 in the road surface condition discriminating apparatus of the present invention comprises a radio wave transmitting means for radiating radio waves toward the road surface, a receiving means for receiving radio waves reflected from the road surface, and a radio wave radiated from the transmitting means. A transmission / reception wave variation calculation unit for calculating the attenuation amount of the radio wave, which is a ratio of the intensity of the radio wave received by the receiving means to the intensity, a reference data storage unit for storing a reference value for the attenuation amount of the radio wave, and a transmission / reception wave A road surface state determination unit that compares the attenuation amount of the radio wave calculated by the change amount calculation unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the thickness of water on the road surface.

本発明の路面状態判別装置における請求項17の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した電波の強度を計測する受信強度計測部と、電波の受信強度に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、受信強度計測部で計測した電波の強度と基準データ記憶部に記憶した基準値とを比較し路面上における水の厚みを判別する路面状態判別部とを備えるものである。   The means of claim 17 in the road surface condition discriminating apparatus of the present invention comprises: a radio wave transmitting means for radiating a radio wave toward the road surface; a receiving means for receiving the radio wave reflected from the road surface; and a radio wave received by the receiving means. Compare the received intensity measurement unit that measures the intensity, the reference data storage unit that stores the reference value for the received intensity of the radio wave in advance, and the radio wave intensity measured by the received intensity measurement unit and the reference value that is stored in the reference data storage unit And a road surface state determining unit that determines the thickness of water on the road surface.

本発明の路面状態判別装置における請求項18の手段は、路面に向けて電波を照射する電波の送信手段と、前記路面から反射した電波を受信する受信手段と、前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量を算出する送受波変化量算出部と、電波の吸収・透過量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、送受波変化量算出部で算出した電波の吸収・透過量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水の厚みを判別する路面状態判別部とを備えるものである。   The means of claim 18 in the road surface condition discriminating apparatus of the present invention comprises: a radio wave transmitting means for radiating radio waves toward the road surface; a receiving means for receiving radio waves reflected from the road surface; and a radio wave radiated from the transmitting means. Transmit / receive wave change amount calculation unit that calculates the amount of radio wave absorption / transmission on the road surface, which is the difference in radio wave intensity received by the receiving means with respect to the intensity, and reference data for pre-stored reference values for radio wave absorption / transmission amount A storage unit and a road surface state determination unit that compares the amount of radio wave absorption / transmission calculated by the transmission / reception wave variation calculation unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the thickness of water on the road surface It is.

請求項19の手段は、請求項13項乃至請求項18項の何れかに記載の路面状態判別装置において、前記送信手段は路面に向けて複数の周波数の電波を照射し、前記基準データ記憶部は前記複数の周波数の電波のそれぞれに対応した値を記憶していることを特徴とする。   The means of claim 19 is the road surface condition discriminating apparatus according to any one of claims 13 to 18, wherein the transmitting means radiates radio waves of a plurality of frequencies toward the road surface, and the reference data storage unit Stores a value corresponding to each of the radio waves of the plurality of frequencies.

請求項20の手段は、請求項13項乃至請求項19項の何れかに記載の路面状態判別装置において、前記送信手段は路面に向けて複数の周波数の電波を照射し、前記受信手段は反射波を含む電波を受信し、上記送受波変化量算出部は、受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とを備え、当該フーリエ変換後の信号から前記電波の変化を算出することを特徴とする。   The means of claim 20 is the road surface state discriminating apparatus according to any one of claims 13 to 19, wherein the transmitting means radiates radio waves having a plurality of frequencies toward the road surface, and the receiving means is reflected. The radio wave change amount calculation unit receives a radio wave including a wave, a Fourier inverse transform unit that performs a Fourier inverse transform process on the radio wave received by the reception unit, and a signal after the Fourier inverse transform of a predetermined filter function The time filter unit for extracting the peak of the signal appearing in the time-space region corresponding to the time until the radio wave reflected from the road surface is received after the radio wave reflected from the road surface, and the Fourier transform for the signal after the extraction A conversion unit, and the change of the radio wave is calculated from the signal after the Fourier transform.

本発明は、光学的反射強度を利用する従来の計測方法では原理上判別することができなかった水と氷の判別あるいは水の厚みの判別を可能にするといった効果を有する。さらに、本発明は、路面に照射した電波に対する複素比誘電率に基づく水と氷の顕著な反射特性の相違に着目して水または氷を判別することから、水と氷を正確に判別し、また、水の厚みに関しても正確に判別することが可能であり、特に、受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の比である電波の減衰量として求め、予め記憶した減衰量に対する基準値と比較し、あるいは、受信した電波の強度として求め予め記憶した受信強度に対する基準値と比較することにより、路面状態を精度よく判別することができるものである。   The present invention has an effect of making it possible to discriminate between water and ice or to discriminate the thickness of water, which could not be discriminated in principle by the conventional measuring method using optical reflection intensity. Furthermore, the present invention discriminates water or ice by focusing on the difference in the remarkable reflection characteristics of water and ice based on the complex relative permittivity for the radio wave irradiated on the road surface. It is also possible to accurately determine the thickness of the water, and in particular, the change in the received radio wave is obtained as the attenuation of the radio wave, which is the ratio of the received radio wave to the intensity of the irradiated radio wave, and the attenuation stored in advance. The road surface condition can be determined with high accuracy by comparing with the reference value for the amount or by comparing with the reference value for the received intensity obtained in advance as the intensity of the received radio wave.

また、受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量として求め、予め記憶した吸収・透過量に対する基準値と比較することにより路面上における水または氷の有無を判別するようにしたので、変化量を拡大して表現することができるため、精度の高い基準値の設定が一層容易になるといった効果を有するものである。   Also, the change of the received radio wave is obtained as the amount of radio wave absorption / transmission by the road surface, which is the difference between the intensity of the received radio wave and the intensity of the received radio wave, and compared with the reference value for the pre-stored absorption / transmission amount. Since the presence / absence of water or ice on the road surface is discriminated by this, the amount of change can be expanded and expressed, so that the setting of a highly accurate reference value is further facilitated. .

さらにまた、路面に照射した複数の周波数に対する電波の減衰量や吸収・透過量の変化が水または氷の何れかが他方に比べて大きく変化する特性を利用することで、各々の変化に対して基準値を設けることにより水または氷を単独かつ高精度に判別できるといった効果を有するものである。   Furthermore, by utilizing the characteristic that the change in attenuation or absorption / transmission of radio waves for multiple frequencies irradiated on the road surface changes significantly with respect to either water or ice compared to the other, By providing the reference value, water or ice can be distinguished individually and with high accuracy.

さらに、路面に電波吸収体を埋設するとアスファルトやコンクリートなどの誘電体による影響を排除して水あるいは氷による電波の変化をより際だたせることができ、水または氷の有無あるいは水の厚みをより正確に判別することができる。さらに、この路面においては、路面に水または氷が存在しない乾燥した状態と路面上に氷が存在する状態とを区別することができる。さらに、タイムドメイン法を用いることにより乱反射成分による干渉を除去することが可能なため、判定精度を一層向上させることができるといった効果を有するものである。   Furthermore, if a radio wave absorber is buried on the road surface, the influence of water or ice can be more pronounced by eliminating the influence of dielectrics such as asphalt and concrete, and the presence or absence of water or ice or the thickness of water can be more accurately determined. Can be determined. Furthermore, on this road surface, it is possible to distinguish between a dry state where no water or ice is present on the road surface and a state where ice is present on the road surface. Furthermore, since the interference due to the irregular reflection component can be removed by using the time domain method, the determination accuracy can be further improved.

以下、本発明に係る路面状態判別方法を用いた路面状態判別装置の一実施の形態を図1により説明する。図1は路面状態を判別する道路に配置された路面状態判別装置で、1は路面Rに電波を照射する送信手段にして、ギガHz域の発振周波数の電界を生成して電波を発振する発振器11と、入力された信号を増幅し例えば0GHz〜6GHz(下限の周波数は厳密には0より大きい)の電波として路面Rに対して照射する送信アンテナ12とから構成される。   Hereinafter, an embodiment of a road surface state determination device using a road surface state determination method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a road surface state discriminating device disposed on a road for discriminating road surface state. Reference numeral 1 denotes a transmitting means for irradiating a road surface R with radio waves, and an oscillator for generating radio waves by generating an electric field having an oscillation frequency in the gigahertz range. 11 and a transmission antenna 12 that amplifies the input signal and irradiates the road surface R with radio waves of, for example, 0 GHz to 6 GHz (the lower limit frequency is strictly greater than 0).

2は受信手段にして、路面Rから反射した電波を受信する受信アンテナ22と受信した各電波を検波する検波器21とから構成される。なお、送信アンテナ12と受信アンテナ22は梁柱などの支持手段によって路面Rに電波が略垂直に照射されるように並べて配置される。   Reference numeral 2 denotes a receiving means, which includes a receiving antenna 22 that receives radio waves reflected from the road surface R and a detector 21 that detects each received radio wave. The transmitting antenna 12 and the receiving antenna 22 are arranged side by side so that radio waves are irradiated onto the road surface R substantially vertically by a support means such as a beam post.

3は前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の比であるところの電波の減衰量を算出する送受波変化量算出部、4は路面に照射する電波の周波数および減衰量に対する基準値を記憶した基準データ記憶部、5は送受波変化量算出部3からの減衰量と基準データ記憶部4に記憶した基準値とを比較する路面状態判別部である。   3 is a ratio of the intensity of the radio wave received by the receiving means with respect to the intensity of the radio wave emitted from the transmitting means, and a transmission / reception wave change amount calculating unit for calculating the attenuation of the radio wave. A reference data storage unit 5 that stores a reference value for the attenuation amount is a road surface state determination unit that compares the attenuation amount from the transmission / reception wave change amount calculation unit 3 with the reference value stored in the reference data storage unit 4.

6は通信手段を備え、路面状態判別部5で判別された路面の水または氷の有無を図示しない中央の観測装置に配信する出力部、7は路面状態を判別するためのプログラムを記憶した制御プログラム記憶部、8は制御プログラム記憶部7のプログラムと図示しないキースイッチにより設定されたサンプリング周期や発振周波数などの設定値に従い前記の1〜6を制御し、路面状態判別を実行するCPUである。   Reference numeral 6 denotes a communication means, an output unit that distributes the presence or absence of water or ice on the road surface determined by the road surface state determination unit 5 to a central observation device (not shown), and 7 is a control that stores a program for determining the road surface state A program storage unit 8 is a CPU that controls the above 1 to 6 according to a set value such as a sampling period and an oscillation frequency set by a program of the control program storage unit 7 and a key switch (not shown), and executes road surface state determination. .

はじめに計測の原理を説明すると、図8(a)のようにアスファルトからなる路面に水または氷からなる一層の誘電体が存在する場合には、水または氷とアスファルトによる2層の誘電体の平面波に対する特性インピーダンスを求める数式を展開した下記の数式によって減衰量を求めることができる。   First, the principle of measurement will be described. When a single dielectric layer made of water or ice is present on the road surface made of asphalt as shown in FIG. 8A, a plane wave of a two-layer dielectric made of water or ice and asphalt. The amount of attenuation can be obtained by the following mathematical formula obtained by developing the mathematical formula for obtaining the characteristic impedance for.

ここで、図8(a)に示す水、氷からの反射、吸収の状態を等価回路で示すと図8(b)となる。この場合の受端側から見込んだ電波伝搬の特性インピーダンス

Figure 0004129419
は伝送定数を
Figure 0004129419
とすれば、
Figure 0004129419
となる。 Here, when the state of reflection and absorption from water and ice shown in FIG. 8A is shown by an equivalent circuit, FIG. 8B is obtained. In this case, the characteristic impedance of radio wave propagation as seen from the receiving end
Figure 0004129419
Is the transmission constant
Figure 0004129419
given that,
Figure 0004129419
It becomes.

ここで、水、氷の複素比誘電率、複素比透磁率は

Figure 0004129419
であり、水、氷内を伝搬する平面波の特性インピーダンス
Figure 0004129419
および伝搬定数
Figure 0004129419
は、
Figure 0004129419
Here, the complex relative permittivity and complex relative permeability of water and ice are
Figure 0004129419
The characteristic impedance of plane waves propagating in water and ice
Figure 0004129419
And propagation constants
Figure 0004129419
Is
Figure 0004129419

ここで、水、氷は非磁性体であることから

Figure 0004129419
となり、
Figure 0004129419
を得る。 Here, water and ice are non-magnetic materials
Figure 0004129419
And
Figure 0004129419
Get.

そして、前記で述べた水と氷に関する数値および周波数の0GHz〜6GHzを前記(3)(4−1)および(2)式に代入して求めた複素比誘電率

Figure 0004129419
を前記(7)式に代入し、水または氷内を伝搬する平面波の特性インピーダンス
Figure 0004129419
と伝搬定数
Figure 0004129419
を求める。 Then, the complex dielectric constant obtained by substituting the above-mentioned numerical values and frequencies of 0 GHz to 6 GHz for water and ice into the equations (3), (4-1) and (2).
Figure 0004129419
Is substituted into the equation (7), and the characteristic impedance of the plane wave propagating in water or ice
Figure 0004129419
And propagation constants
Figure 0004129419
Ask for.

さらに、水または氷の厚みであるdを例えば2mmとし、代表的なアスファルトの複素比誘電率εl=6.0+0.4jからアスファルトに関する電波伝搬の特性インピーダンス

Figure 0004129419
を求め(5)式に代入すると受端側から見込んだ特性インピーダンス
Figure 0004129419
が求められる。 Further, d, which is the thickness of water or ice, is 2 mm, for example, and the characteristic impedance of radio wave propagation related to asphalt from the complex relative dielectric constant ε l = 6.0 + 0.4j of typical asphalt
Figure 0004129419
And substituting into equation (5), the characteristic impedance expected from the receiving end
Figure 0004129419
Is required.

また、この特性インピーダンスからこの誘電体に対する反射率Γは、路面に対して電波を垂直に照射した場合、

Figure 0004129419
として表される。そこで、この求めた反射率Γから図4〜図7に示す0GHz〜6GHzの周波数に対する電波の減衰量(20log10Γ(dB))が求められる。なお、図4〜図7の水と氷の電波反射特性には図3に示す周波数において0GHz〜6GHzの複素比誘電率
Figure 0004129419
の変化が反映されており、そのため水に関しては減衰量の変化の大きい曲線として、氷に関しては減衰量の変化の小さい直線として表現されている。 Also, from this characteristic impedance, the reflectivity Γ for this dielectric is as follows:
Figure 0004129419
Represented as: Therefore, the radio wave attenuation (20 log 10 Γ (dB)) with respect to the frequency of 0 GHz to 6 GHz shown in FIGS. 4 to 7 is obtained from the obtained reflectance Γ. Note that the water and ice radio wave reflection characteristics of FIGS. 4 to 7 are complex relative dielectric constants of 0 GHz to 6 GHz at the frequency shown in FIG.
Figure 0004129419
Therefore, water is expressed as a curve with a large change in attenuation, and ice is expressed as a straight line with a small change in attenuation.

また、図4は水または氷とアスファルトによって2層を形成している場合の減衰量を示しており、図5は水または氷とコンクリートによって2層を形成している場合の減衰量を示しており、図6は水または氷とアクリルによって2層を形成している場合の減衰量を示しており、図7は水または氷と塗料によって2層を形成している場合の減衰量を示している。これらの計測データから明らかなように、道路に施工可能な上記の何れの誘電体においても水と氷に対する電波の減衰量あるいはその変化が異なっており、当該減衰量の差異あるいはその変化の様子によって水または氷の有無を判別することができる。   4 shows the attenuation when water or ice and asphalt form two layers, and FIG. 5 shows the attenuation when water or ice and concrete form two layers. 6 shows the attenuation when two layers are formed by water or ice and acrylic, and FIG. 7 shows the attenuation when two layers are formed by water or ice and paint. Yes. As is apparent from these measurement data, the attenuation of radio waves with respect to water and ice or changes in any of the above-mentioned dielectrics that can be constructed on the road are different. The presence or absence of water or ice can be determined.

次に、前記した構成に基づいて図2のフローチャートに従い動作を説明する。最初に、設定値以下の気温または路温を図示しない温度センサによって検知して路面状態判別のプログラムがスタートすると、CPU8は制御プログラム記憶部7に記憶したプログラムに従い予め基準データ記憶部4に記憶した第1波の周波数( 例えば3GHz) の信号を発振器11に送り送信アンテナ12から3GHzの電波を路面Rに向けて照射する( ステップS1) 。なお、この時に送信した電波の送波強度Woとして計測してCPU8に一時記憶する。次に、路面Rから反射し受信アンテナ22で受信した同じ周波数の電波を検波し、受信した電波の受波強度Wiとして出力する(ステップS2)。   Next, the operation will be described according to the flowchart of FIG. First, when a road surface condition determination program is started by detecting an air temperature or a road temperature below a set value by a temperature sensor (not shown), the CPU 8 stores in the reference data storage unit 4 in advance according to the program stored in the control program storage unit 7. A signal having a frequency of the first wave (for example, 3 GHz) is sent to the oscillator 11, and a radio wave of 3 GHz is emitted from the transmitting antenna 12 toward the road surface R (step S1). In addition, it measures as transmission intensity Wo of the electromagnetic wave transmitted at this time, and memorize | stores it in CPU8 temporarily. Next, the radio wave of the same frequency reflected from the road surface R and received by the receiving antenna 22 is detected and output as the received wave intensity Wi of the received radio wave (step S2).

次に、CPU8は送受波変化量算出部3において、送信した電波の強度に対する受信した電波の強度の比(反射率)を減衰量20log10(Wi/Wo)として算出し、CPU8に一時記憶する( ステップS3) 。 Next, the CPU 8 calculates the ratio (reflectance) of the received radio wave intensity to the transmitted radio wave intensity as an attenuation 20 log 10 (Wi / Wo) in the transmission / reception wave variation calculation unit 3 and temporarily stores it in the CPU 8. (Step S3).

次に、CPU8は路面状態判別部5にて送受波変化量算出部3で算出した減衰量の値と基準データ記憶部4に予め記憶した3GHzの周波数に対する減衰量の基準値x、例えば図4に示す0dB>x>−3dBとの比較(ステップS4)と、−10dB>x>−12dBとの比較(ステップS5)を行い、基準値内の場合にそれぞれ水と氷を判別する。   Next, the CPU 8 uses the road surface state determination unit 5 to calculate the attenuation value calculated by the transmission / reception wave change calculation unit 3 and the reference value x of the attenuation amount for the 3 GHz frequency stored in the reference data storage unit 4 in advance, for example, FIG. And 0 dB> x> −3 dB (step S4) and −10 dB> x> −12 dB (step S5), respectively, and water and ice are discriminated when they are within the reference value.

なお、基準値は、例えば3GHzの電波に対する水の減衰量(計算値)の−1.5dBと、氷の減衰量(計算値)の−11.0dBに対して計測場所の電波の受信状況に応じて設定すればよい。むろん、基準値は水と氷で減衰量が異なり、両者の区別ができるような値域として定義すればよい。また、送信する電波の周波数は3GHzに限らず、水と氷の減衰量が異なり、両者の区別ができる周波数であればどのような周波数でもかまわない。   The reference value is, for example, the reception status of the radio wave at the measurement place with respect to the attenuation amount (calculated value) of -1.5 dB of water with respect to the radio wave of 3 GHz and -11.0 dB of the attenuation amount (calculated value) of ice. It may be set accordingly. Of course, the reference value may be defined as a value range in which the amount of attenuation differs between water and ice and the two can be distinguished. Further, the frequency of the radio wave to be transmitted is not limited to 3 GHz, and any frequency may be used as long as the attenuation amounts of water and ice are different and can be distinguished from each other.

そして、ステップS4で「水」、ステップS5で「氷」と判別された場合には出力部6から中央の観測装置にそれぞれの判別結果を配信(ステップS6、ステップS7)する。そして、水の基準にも氷の基準にも該当しないとステップS4およびステップS5で判定した場合には、通報無しとして処理を行う(ステップS8)。すなわち、この処理によって水または氷の有無を判別していると言える。また、ステップS1の送信処理の開始と同時に計時を繰り返す図示しないサンプリングタイマがタイムアップしたか否かを判定(ステップS9)し、タイムアップしたと判定した場合にはステップS1に戻り次の周波数(例えば、4GHz、5GHz、6GHzとそれぞれ実行し、6GHzを実行の後1GHzに戻り、2GHz、3GHzと周波数を変化させる)による計測を前記と同じ方法で繰返し実施する。このように、複数の周波数について計測を行うことにより、判別の精度を高めることができる。   If “water” is determined in step S4 and “ice” is determined in step S5, the determination results are distributed from the output unit 6 to the central observation device (steps S6 and S7). Then, if it is determined in step S4 and step S5 that neither the water nor ice standard is satisfied, the process is performed with no notification (step S8). That is, it can be said that the presence or absence of water or ice is determined by this treatment. Further, it is determined whether or not a sampling timer (not shown) that repeats timing simultaneously with the start of the transmission process in step S1 has expired (step S9), and if it is determined that the time has expired, the process returns to step S1 to return to the next frequency ( For example, 4 GHz, 5 GHz, and 6 GHz are executed, and 6 GHz is executed and then the measurement is returned to 1 GHz and the frequency is changed to 2 GHz and 3 GHz. Thus, the accuracy of determination can be improved by measuring a plurality of frequencies.

ただし、図4から明らかなように水と氷の減衰量には大きな違い(例えば、8dBの差)があるため、「水」と「氷」を判別する1つの基準値、例えば−6dBを設定して、2GHz〜6GHzの内の何れかの周波数に対する減衰量と比較するようにしてもよい。また、「水」の減衰量の変化が「氷」に比べて大きい特性を利用して、その変化量を基準値として設定してもよい(例えば、0.5GHzと2GHzの周波数に対する減衰量の変化に対して6dBを閾値とし、6dB以上変化したら水と判定し、0.5GHzと2GHzの周波数に対する減衰量の変化に対して2dBを閾値とし、減衰量の変化が2dB以下であれば氷と判定)。   However, as is clear from FIG. 4, there is a large difference between the attenuation amounts of water and ice (for example, a difference of 8 dB), so one reference value for determining “water” and “ice”, for example, −6 dB is set. And you may make it compare with the attenuation amount with respect to any frequency in 2 GHz-6 GHz. Further, by utilizing the characteristic that the change in attenuation amount of “water” is larger than that of “ice”, the change amount may be set as a reference value (for example, the attenuation amount for the frequencies of 0.5 GHz and 2 GHz). If the change is 6 dB or more, it is determined to be water. If the change in attenuation is 0.5 dB and 2 GHz, the threshold is 2 dB. If the change in attenuation is 2 dB or less, ice Judgment).

なお、前記で説明した実施の形態の他に、図9のように図1の送受波変化量算出部3に代えて受信強度計測部15を設けるとともに、基準データ記憶部4には基準値として予め電波の周波数に対する受信強度(=送波強度×反射率)を記憶し、路面状態判別部5で受信強度計測部15で求めた受信強度と基準データ記憶部に記憶した基準値との比較を行い路面状態を判別するようにしてもよい。   In addition to the embodiment described above, a reception intensity measurement unit 15 is provided instead of the transmission / reception wave change amount calculation unit 3 of FIG. 1 as shown in FIG. 9, and the reference data storage unit 4 has a reference value as a reference value. The reception intensity (= transmission intensity × reflectance) with respect to the frequency of the radio wave is stored in advance, and the road surface state determination unit 5 compares the reception intensity obtained by the reception intensity measurement unit 15 with the reference value stored in the reference data storage unit. The road surface condition may be determined.

また、電波の水と氷による変化を求める基準を電波の減衰量ではなく、水または氷と路面による電波の吸収・透過量(20log10(1−反射率) )とした場合には上述した電波の周波数に対する変化が拡大して表現されるため、基準値の設定が一層容易となる。なお、この場合に、前記の実施形態の減衰量が吸収・透過量として計算され前記と同様な適宜な基準値と比較される以外は、図1と図2に示す実施形態に同じである。 In addition, when the standard for determining the change of radio waves due to water and ice is not the attenuation of radio waves but the amount of absorption / transmission of radio waves by water or ice and the road surface (20 log 10 (1-reflectance)), the above-mentioned radio waves Since the change with respect to the frequency is expressed in an enlarged manner, the setting of the reference value becomes easier. In this case, the embodiment is the same as the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 except that the attenuation amount of the above-described embodiment is calculated as the absorption / transmission amount and compared with an appropriate reference value similar to the above.

また、前記の実施形態においては0GHz〜6GHzの周波数の電波を用いて路面における水または氷を判別する方法を提案したが、図3のグラフから明らかなように水の複素比誘電率が大きく変化している1GHz近傍〜100GHz近傍の領域の電波を用いて路面状態を判別することが可能である。同様に、氷の複素比誘電率が大きく変化している100Hz近傍〜100KHz近傍の領域の電波を用いても路面における水または氷を判別することが可能である。ただし、前記の実施形態のように水と氷の両者を同時に判別する必要は無く、必要とする何れか一方の状態だけを判別するようにしてもよい。   In the above embodiment, a method of discriminating water or ice on the road surface using radio waves having a frequency of 0 GHz to 6 GHz has been proposed, but the complex relative permittivity of water changes greatly as is apparent from the graph of FIG. It is possible to determine the road surface state using radio waves in the vicinity of 1 GHz to 100 GHz. Similarly, it is possible to discriminate water or ice on the road surface using radio waves in the region near 100 Hz to about 100 KHz where the complex relative permittivity of ice is greatly changed. However, it is not necessary to discriminate both water and ice simultaneously as in the above-described embodiment, and only one of the necessary states may be discriminated.

本発明は上述の論理式と図4で示したように、数100GHz以下の電波を2層構造の誘電体に照射した場合に、周波数に対して複素比誘電率が大きく変化する側(前記実施形態では水+アスファルト等の誘電体)に電波を減衰し減衰波形が大きく変化する特性が現れ、複素比誘電率の変化が少ない側(前記実施形態では氷+アスファルト等の誘電体)には周波数に対して電波を減衰しない特性が表れる特徴を利用するものである。すなわち、水と氷の一方に対して他方の減衰量が大きく変化する特性を「水」と「氷」の路面状態判別に利用するものである。   In the present invention, as shown in the above-described logical expression and FIG. 4, when a dielectric having a two-layer structure is irradiated with a radio wave of several hundred GHz or less, the complex relative permittivity changes greatly with respect to the frequency (the above-described implementation). In the form, water + asphalt or other dielectric material) has a characteristic that the attenuation waveform greatly changes due to the attenuation of radio waves, and the side where the change in the complex relative permittivity is small (in the above embodiment, the dielectric material such as ice + asphalt) has a frequency. In contrast to this, a characteristic that does not attenuate radio waves appears. That is, the characteristic that the attenuation of the other of the water and ice changes greatly is used to determine the road surface state of “water” and “ice”.

よって、本発明の実施形態に留まらず、照射した電波に対する受信した電波の変化を基に両者の変化の間に一定の基準値を設けたり、特定の周波数に対して水または氷を判別する特定の基準値を設けたり、または、複数の周波数に対する受信した電波の変化に対する基準値を設けて路面上における水または氷の有無を判別するなど、本願発明の技術思想である誘電率の変化に伴う電波の反射特性の変化を利用する判別方法および判別装置に関しては本願発明に含まれるものとする。   Therefore, it is not limited to the embodiment of the present invention, and based on the change of the received radio wave with respect to the irradiated radio wave, a specific reference value is set between the two changes, or water or ice is identified for a specific frequency. Or the presence of water or ice on the road surface to determine the presence or absence of water or ice on the road surface by setting a reference value for changes in received radio waves for a plurality of frequencies. A discriminating method and discriminating device that use changes in the reflection characteristics of radio waves are included in the present invention.

前記実施形態は、水の状態(液体または固体)によって、複素比誘電率が大きく変化する周波数域が異なることを利用して水または氷の有無を判別していたが、上記の式(5)に示すように複素比誘電率が水の厚みに依存し、その結果として前記減衰量、受信強度、透過・吸収量が変化することを利用して、水の厚みを判別する実施形態を採用可能である。   In the embodiment, the presence or absence of water or ice is determined using the fact that the frequency range in which the complex relative permittivity varies greatly depends on the state of water (liquid or solid). As shown in the figure, it is possible to adopt an embodiment in which the complex relative permittivity depends on the thickness of water, and as a result, the attenuation, reception intensity, and transmission / absorption amount are changed to determine the thickness of water. It is.

そこで、次に説明する水の厚みを判別する実施形態では、前記図1に示すハードウェア構成と同様の構成によって実現可能であるが、基準データ記憶部4においては、送信周波数に対する変化量(減衰量等)を示す基準値を予め決められた水の厚み毎に記憶している。図11は、本実施形態にかかる路面状態判別装置にて0GHz〜2GHz(ここでも厳密には0GHzは0より大きなある周波数)の周波数で電波を送信し、反射波を受信したときの減衰量を示している。   Therefore, in the embodiment for determining the thickness of water described below, it can be realized by a configuration similar to the hardware configuration shown in FIG. 1. However, in the reference data storage unit 4, the amount of change (attenuation) with respect to the transmission frequency is realized. A reference value indicating the amount or the like) is stored for each predetermined thickness of water. FIG. 11 shows the attenuation when a radio wave is transmitted at a frequency of 0 GHz to 2 GHz (strictly speaking, 0 GHz is a frequency greater than 0) and a reflected wave is received by the road surface state determination device according to the present embodiment. Show.

同図に示すように、各周波数において水の厚みによって減衰量が異なる。そこで、前記基準データ記憶部4には、送信する周波数における減衰量の値域を水の厚みに対応させ、基準値として記憶する。例えば、図11に示す例において、1GHzの電波を送信する場合に、4mmに対する基準値を0dB>x>−3dB,2mmに対する基準値を−3dB≧x>−5dB,1mmに対する基準値を−5dB≧x>−7.5dB,0.5mmに対する基準値を−7.5dB≧xとすれば、観測した減衰量と基準値との比較によって水の厚みを判別することが可能になる。   As shown in the figure, the attenuation varies depending on the thickness of water at each frequency. Therefore, the reference data storage unit 4 stores the value range of the attenuation amount at the frequency to be transmitted as the reference value corresponding to the thickness of the water. For example, in the example shown in FIG. 11, when a 1 GHz radio wave is transmitted, the reference value for 4 mm is 0 dB> x> −3 dB, the reference value for 2 mm is −3 dB ≧ x> −5 dB, and the reference value for 1 mm is −5 dB. If the reference value for ≧ x> −7.5 dB, 0.5 mm is −7.5 dB ≧ x, the water thickness can be determined by comparing the observed attenuation with the reference value.

具体的な処理としては、図2におけるステップS1〜S3およびステップS9は図2に示す処理と同様の処理を行い、ステップS4〜S8にて図2に示す実施形態と異なる処理を行う。すなわち、ステップS4においては、前記ステップS3で取得した変化量が前記基準データ記憶部4に記憶された基準値の何れかに該当するか否かを判別し、該当する場合にはその基準値に対応した水の厚みを判別し、ステップS6にてその判別結果を配信する。   As specific processing, steps S1 to S3 and step S9 in FIG. 2 perform the same processing as the processing shown in FIG. 2, and processing different from the embodiment shown in FIG. 2 is performed in steps S4 to S8. That is, in step S4, it is determined whether or not the amount of change acquired in step S3 corresponds to any of the reference values stored in the reference data storage unit 4. The corresponding water thickness is determined, and the determination result is distributed in step S6.

ステップS4において、前記ステップS3で取得した変化量が前記基準データ記憶部4に記憶された基準値の何れかに該当すると判別されないときには、ステップS8と同様に通報なしとして処理を行う。ステップS5,S7は実施しない。以上の処理により、路面上の水の厚みを判別することが可能である。むろん、この実施形態においては、水の厚みを判別することができればよく、水の厚みを0.5mm,1mm,2mm,4mmとすることは必須ではなく他の厚みに対する基準値を予め保持しても良い。また、水の厚みを水の有無を判別するための基準値とし、例えば、厚み1mmあるいは1mm以上の水の検出をもって「水有り」と判別しても良い。
In step S4, when it is not determined that the amount of change acquired in step S3 corresponds to any of the reference values stored in the reference data storage unit 4, processing is performed as no notification as in step S8. Steps S5 and S7 are not performed. Through the above processing, it is possible to determine the thickness of water on the road surface. Of course, in this embodiment, it is only necessary to be able to discriminate the thickness of water, and it is not essential to set the thickness of water to 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, or 4 mm. Also good. Further, the water thickness may be used as a reference value for determining the presence or absence of water. For example, it may be determined that “water is present” by detecting water having a thickness of 1 mm or 1 mm or more.

さらに、前記実施形態においては、アスファルト等の路面に対して電波を照射していたが、より正確に電波の変化を検出し、路面上における水または氷の有無や水の厚みを判別するために、路面に対して電波吸収体を埋設しても良い。例えば、フェライト粉末、導電性カーボンをプラスチック等のバインダに混合したシートを路面に埋設するような構成を採用可能である。   Furthermore, in the above-described embodiment, the radio wave is irradiated on the road surface such as asphalt, but in order to detect the change of the radio wave more accurately and determine the presence or absence of water or ice on the road surface and the thickness of the water. A radio wave absorber may be embedded in the road surface. For example, it is possible to adopt a configuration in which a sheet obtained by mixing ferrite powder and conductive carbon in a binder such as plastic is embedded in the road surface.

このような路面に対して、前記図1に示すような構成の路面状態判別装置で前記送信電波と受信電波の変化を検出すると、誘電体からの影響を排除して水あるいは氷による電波の変化をより際だたせることができる。この結果、水または氷の有無あるいは水の厚みをより正確に判別することができる。さらに、この路面においては、路面に水または氷が存在しない乾燥した状態と路面上に氷が存在する状態とを区別することができる。   With respect to such a road surface, when a change in the transmitted radio wave and the received radio wave is detected by the road surface state discriminating apparatus having the configuration as shown in FIG. 1, a change in the radio wave due to water or ice is eliminated by eliminating the influence from the dielectric. Can stand out more. As a result, the presence or absence of water or ice or the thickness of water can be determined more accurately. Furthermore, on this road surface, it is possible to distinguish between a dry state where no water or ice is present on the road surface and a state where ice is present on the road surface.

図12は路面に吸収体を埋設した場合の反射率を前記と同様に0GHz〜6GHzについて示しており、図13はその減衰量(20log10(反射率))を示している。図12に示すように、水2mmの反射率,氷2mmの反射率および乾燥状態での反射率がそれぞれ異なっており、この反射率の差異によって図13に示すように水2mm,氷2mmおよび乾燥状態で減衰量が異なる。尚、乾燥状態での反射率は“0”であるので、減衰量は−∞となり、図13には明示されていないが、いずれにしても水と氷と乾燥状態とで減衰量が異なる。従って、水,氷,乾燥状態それぞれについての値域を基準値として前記基準データ記憶部4に記憶させておくことにより、前記図1に示す路面状態判別装置にて減衰量を測定し、基準値と比較することで水,氷,乾燥状態のそれぞれを区別することが可能になる。 FIG. 12 shows the reflectivity when the absorber is embedded in the road surface for 0 GHz to 6 GHz as described above, and FIG. 13 shows the attenuation (20 log 10 (reflectance)). As shown in FIG. 12, the reflectivity of 2 mm of water, the reflectivity of 2 mm of ice, and the reflectivity in the dry state are different from each other. As shown in FIG. 13, the reflectivity of 2 mm of water, 2 mm of ice and dry The amount of attenuation varies depending on the state. Since the reflectance in the dry state is “0”, the attenuation amount is −∞, which is not clearly shown in FIG. 13, but in any case, the attenuation amount is different between water, ice, and the dry state. Accordingly, by storing the value ranges for water, ice, and dry conditions in the reference data storage unit 4 as reference values, the attenuation is measured by the road surface condition discriminating apparatus shown in FIG. By comparing, it is possible to distinguish between water, ice, and dry state.

さらに、判定精度を向上させるため、乱反射成分による干渉を除去する処理(タイムドメイン法による処理)を行っても良い。すなわち、図1に示す路面状態判別装置において、受信アンテナ22が受信する信号は、送信波が路面で反射した反射波のみならず路面付近の種々の物体(例えばガードレール)での反射等が重畳された状態(干渉した状態)である。そこで、干渉を除去するために前記図14に示す構成を採用しても良い。   Furthermore, in order to improve the determination accuracy, a process for removing interference due to the irregular reflection component (a process by the time domain method) may be performed. That is, in the road surface state determination apparatus shown in FIG. 1, the signal received by the receiving antenna 22 is not only the reflected wave reflected from the road surface but also the reflections from various objects (eg, guardrails) near the road surface. State (interference state). Therefore, the configuration shown in FIG. 14 may be employed to eliminate interference.

図14において、位相検出部9と複素信号変換部31とフーリエ逆変換部32と時間フィルタ部33とフーリエ変換部34とは図1に示す路面状態判別装置に加えられた構成である。かかる構成において、発振器11は所定の帯域で複数の周波数の信号を発振し、検波器21では各周波数での発振信号に対応した信号を受信波として取得する。位相検出部9は発振器11および検波器21に接続されており、発振器11の出力と検波器21の出力から受信信号の位相を検出し、当該位相を示す位相信号を送受波変化量算出部3に供給する。複合信号変換部31は、当該位相信号と前記検波器21が出力する受信電波の強度信号(A(f))を取得し、複素信号データ(F(ω)=A(f)(cosωt+jsinωt))として出力する。なお、fは周波数でω=2πfである。   In FIG. 14, the phase detection unit 9, the complex signal conversion unit 31, the inverse Fourier transform unit 32, the time filter unit 33, and the Fourier transform unit 34 are configurations added to the road surface state determination device shown in FIG. 1. In such a configuration, the oscillator 11 oscillates a signal having a plurality of frequencies in a predetermined band, and the detector 21 acquires a signal corresponding to the oscillation signal at each frequency as a received wave. The phase detector 9 is connected to the oscillator 11 and the detector 21, detects the phase of the received signal from the output of the oscillator 11 and the output of the detector 21, and sends the phase signal indicating the phase to the transmission / reception wave change calculation unit 3. To supply. The composite signal conversion unit 31 acquires the intensity signal (A (f)) of the received radio wave output from the phase signal and the detector 21, and complex signal data (F (ω) = A (f) (cosωt + jsinωt)). Output as. Note that f is a frequency and ω = 2πf.

位相検出部9および複素信号変換部31による処理は、前記発振器11によって発振された信号の各周波数について実施され、得られた複素信号データは図示しないメモリに記憶される。フーリエ逆変換部32は、複素信号データについて以下の式

Figure 0004129419
に従ってフーリエ逆変換を実施するモジュールであり、フーリエ逆変換後の複素時間信号データf(t)を出力する。ここで、tは時間である。時間フィルタ部33は、この複素信号データf(t)に対して以下の式
Figure 0004129419
に従って時間フィルタG(t)を作用させ、所望の時間帯域における信号データg(t)を抽出する。尚、時間フィルタG(t)としては、各種関数を採用可能であり、矩形,ガウス,ハミング,ハニング関数等を採用可能である。 The processing by the phase detector 9 and the complex signal converter 31 is performed for each frequency of the signal oscillated by the oscillator 11, and the obtained complex signal data is stored in a memory (not shown). The Fourier inverse transform unit 32 uses the following formula for complex signal data:
Figure 0004129419
The module performs the inverse Fourier transform according to the above, and outputs the complex time signal data f (t) after the inverse Fourier transform. Here, t is time. The time filter unit 33 uses the following equation for this complex signal data f (t).
Figure 0004129419
The time filter G (t) is applied according to the above, and the signal data g (t) in the desired time band is extracted. Note that various functions can be employed as the time filter G (t), such as a rectangle, a Gaussian, a Hamming function, and a Hanning function.

そして、フーリエ変換部34は、当該抽出された信号データg(t)を以下の式

Figure 0004129419
に従ってフーリエ変換し、干渉が除去され、路面からの反射成分を抽出した複素周波数信号データF(ω)を取得する。送受波変化量算出部3では、当該干渉を除去した後の複素周波数信号データF(ω)から受信電波の強度を算出し、前記発振器11で出力した送信波の強度を用いて前記減衰量や、受信強度、透過・吸収量を取得する。この結果、干渉の影響を排除し、路面およびその上の水や氷による電波の変化を確実に取得することができ、高精度で水や氷の有無あるいは水の厚みを判別することが可能になる。 Then, the Fourier transform unit 34 converts the extracted signal data g (t) into the following formula:
Figure 0004129419
To obtain the complex frequency signal data F (ω) from which the interference is removed and the reflection component from the road surface is extracted. The transmission / reception wave variation calculation unit 3 calculates the intensity of the received radio wave from the complex frequency signal data F (ω) after removing the interference, and uses the intensity of the transmission wave output from the oscillator 11 to calculate the attenuation amount or , Receive strength, transmission / absorption amount. As a result, the influence of interference can be eliminated, and changes in radio waves due to the road surface and water or ice on it can be acquired reliably, and the presence or absence of water or ice or the thickness of water can be determined with high accuracy. Become.

図15〜図18は、このように干渉波を除去する処理の効果を説明する説明図である。これらの図は、送信アンテナおよび受信アンテナの下方中央に位置する路面上に水2mmを張った状態で前記周波数を1GHz〜5GHzまで変化させた場合について説明する説明図である。図15は、前記位相検出部9および複素信号変換部31〜フーリエ変換部34での処理を行わずに、受信波と送信波の電波の変化をdBで示している。   15 to 18 are explanatory diagrams for explaining the effect of the processing for removing the interference wave in this way. These drawings are explanatory diagrams for explaining a case where the frequency is changed from 1 GHz to 5 GHz in a state where 2 mm of water is stretched on the road surface located at the lower center of the transmitting antenna and the receiving antenna. FIG. 15 shows the change in the radio wave of the reception wave and the transmission wave in dB without performing the processing in the phase detection unit 9 and the complex signal conversion unit 31 to the Fourier transform unit 34.

同図に示すスペクトルでは、全周波数帯域に渡って小さなピークが連続しているが、これは各周波数において路面上で反射する電波以外の干渉を多く含むとともにその影響が周波数毎に異なることに起因している。図16は、この場合の受信波についてフーリエ逆変換を行った場合の絶対値を示しており、横軸は時間(秒)、縦軸は絶対値である。送信波が路面上の一点で反射し、その反射波のみを受信したのであれば、図16の横軸の一点で大きなピークとなるはずであるが、図16では2つの大きなピークが現れ、また、小さなノイズ成分が多数含まれている。   In the spectrum shown in the figure, small peaks are continuous over the entire frequency band, but this is due to the fact that each frequency contains a lot of interference other than radio waves that are reflected on the road surface, and that the effect differs from frequency to frequency. is doing. FIG. 16 shows the absolute value when the inverse Fourier transform is performed on the received wave in this case, the horizontal axis is time (seconds), and the vertical axis is the absolute value. If the transmitted wave is reflected at one point on the road surface and only the reflected wave is received, it should have a large peak at one point on the horizontal axis in FIG. 16, but two large peaks appear in FIG. It contains a lot of small noise components.

図16では、右側の最大ピークが路面からの反射波であり、左側のピークは送信アンテナから受信アンテナに直接入射する電波である。また、その他の小さなノイズは他の部分や乱反射成分あるいはノイズである。本発明においては、図16の最大ピークのみを参照して受信波に対する減衰量等を判断すべきであり、このために前記時間フィルタを作用させる。   In FIG. 16, the maximum peak on the right side is a reflected wave from the road surface, and the peak on the left side is a radio wave directly incident on the receiving antenna from the transmitting antenna. In addition, other small noises are other parts, irregular reflection components, or noise. In the present invention, the attenuation amount with respect to the received wave should be determined with reference to only the maximum peak of FIG. 16, and the time filter is used for this purpose.

図17は時間フィルタによって最大ピークのみを抽出した状態を示している。そして、図18はこの抽出した信号をフーリエ変換して受信波の信号とし、この受信波と送信波とで算出した減衰量を周波数に対して示した図である。同図に示すように減衰量は非常になめらかになっており、以上の処理によって前記図15で示した干渉の影響が排除されたことがわかる。すなわち、これにより、路面で反射して受信アンテナに受信された電波と送信波との変化を正確に比較することができ、正確に高精度で水や氷の有無あるいは水の厚みを判別することが可能になる。   FIG. 17 shows a state where only the maximum peak is extracted by the time filter. FIG. 18 is a diagram showing the amount of attenuation calculated by the received wave and the transmitted wave with respect to the frequency by Fourier-transforming the extracted signal into a received wave signal. As shown in the figure, the attenuation is very smooth, and it can be seen that the influence of the interference shown in FIG. 15 is eliminated by the above processing. In other words, it is possible to accurately compare the change between the radio wave reflected by the road surface and received by the receiving antenna and the transmitted wave, and accurately determine the presence or absence of water or ice or the thickness of water. Is possible.

また、上記の実施形態に示す構成においては、送信アンテナと受信アンテナとを個別に配置したが、例えば、図1に示す発信器11と検波器21の間に送信と受信の切り分けを行う方向性分波器を用い、その方向性分波器に送受信アンテナを接続することにより、一つのアンテナによって送受信を兼用させてもよい。この場合には、入射角0度、すなわち、路面に対して電波が垂直に照射される。なお、電波の入射角に対する減衰量の入射角依存性については、アスファルト上の水に対する電波の減衰量を異なる複数の入射角について示した図19のように、電波を路面に対して垂直に照射しても、60度までの入射角で斜めに照射してもその依存性は少なく、水と氷に対して同様な特性を得ることが可能である。
In the configuration shown in the above-described embodiment, the transmission antenna and the reception antenna are individually arranged. For example, the directionality for separating transmission and reception between the transmitter 11 and the detector 21 shown in FIG. By using a duplexer and connecting a transmission / reception antenna to the directional duplexer, a single antenna may be used for both transmission and reception. In this case, the incident angle is 0 degree, that is, the radio wave is irradiated perpendicularly to the road surface. As for the incident angle dependence of the attenuation with respect to the incident angle of the radio wave, as shown in FIG. 19 showing a plurality of different incident angles of the attenuation of the radio wave with respect to the water on the asphalt, the radio wave is irradiated perpendicularly to the road surface. Even if it irradiates diagonally with an incident angle of up to 60 degrees, the dependence is small, and it is possible to obtain similar characteristics for water and ice.

なお、上記実施形態では、電波を路面に対して垂直に照射(入射角0度)した場合の数式によって説明したが、特定の入射角θをもって照射する場合の受端側から見た上記(7)式に対応する電波伝搬の特性インピーダンスと伝送定数、およびアスファルトに関する電波伝搬の特性インピーダンス、並びに(8)式に対応する反射率Γは、それぞれ次の式によって計算される。図19は、この理論展開を用いて計算された結果である。

Figure 0004129419
ここで、εlは、アスファルト等の複素比誘電率であり、前記同様、代表的にはεl=6.0+0.4j程度となる。 In the above-described embodiment, the radio wave is irradiated perpendicularly to the road surface (incidence angle 0 degree). However, the above-described (7) viewed from the receiving end side when irradiating with a specific incident angle θ. The characteristic impedance and transmission constant of radio wave propagation corresponding to the equation () and the characteristic impedance of radio wave propagation relating to asphalt and the reflectance Γ corresponding to the equation (8) are calculated by the following equations, respectively. FIG. 19 shows the results calculated using this theoretical development.
Figure 0004129419
Here, ε l is a complex relative permittivity of asphalt or the like, and is typically about ε l = 6.0 + 0.4j as described above.

さらに、電波には偏波が存在するが、以下に説明する実験結果から明らかなように、電波の入射面(入射波と反射波とで構成される平面)に対して電界成分が垂直なTE波と入射面に対して磁界成分が垂直なTM波とについて同様な減衰量の特性が得られるため、上記の実施形態ではTM波による測定結果を提示している。図20は、2mmの水を張った路面に対してTM波とTE波とを45°の入射角で照射して実験した場合の減衰量を示している。同図に示すように、TE波,TM波のいずれであってもほぼ同様の結果である。つまり、TE波の反射率Γを求める場合、上記のTM波の場合の計算式に代えて以下の計算式を用いて上記の実施形態と同様の判別を行うことになる。

Figure 0004129419
Furthermore, although there is polarization in the radio wave, as is clear from the experimental results described below, the electric field component is perpendicular to the incident surface of the radio wave (a plane composed of the incident wave and the reflected wave). Since the same attenuation characteristic can be obtained for the wave and the TM wave whose magnetic field component is perpendicular to the incident surface, the measurement result using the TM wave is presented in the above embodiment. FIG. 20 shows the amount of attenuation when an experiment was performed by irradiating a road surface filled with 2 mm of water with a TM wave and a TE wave at an incident angle of 45 °. As shown in the figure, the result is almost the same for both the TE wave and the TM wave. That is, when obtaining the TE wave reflectance Γ, the same determination as in the above embodiment is performed using the following calculation formula instead of the calculation formula for the TM wave.
Figure 0004129419

本発明に係る路面状態判別装置の一例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows an example of the road surface state determination apparatus which concerns on this invention. 同上の回路ブロックの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a circuit block same as the above. 水と氷の複素比誘電率の特性図である。It is a characteristic figure of the complex dielectric constant of water and ice. アスファルトに対する水と氷の電波反射特性図である。It is a radio wave reflection characteristic figure of water and ice to asphalt. コンクリートに対する水と氷の電波反射特性図である。It is a radio wave reflection characteristic figure of water and ice to concrete. アクリルに対する水と氷の電波反射特性図である。It is a radio wave reflection characteristic figure of water and ice to acrylic. 塗料に対する水と氷の電波反射特性図である。It is a radio wave reflection characteristic figure of water and ice to paint. 計測の原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principle of measurement. 他の路面状態判別装置の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of another road surface state determination apparatus. 路面にレーザ光や自然光が当たった場合の反射率を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reflectance when a laser beam or natural light hits a road surface. 水の厚みの変化による電波反射特性図である。It is an electromagnetic wave reflection characteristic figure by the change of the thickness of water. 吸収体上の水、氷、乾燥の電波反射特性図である。It is a radio wave reflection characteristic figure of water, ice, and dryness on an absorber. 吸収体上の水、氷の電波反射特性図である。It is a radio wave reflection characteristic figure of water and ice on an absorber. 干渉波を除去する処理を説明する路面状態判別装置の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the road surface state determination apparatus explaining the process which removes an interference wave. 干渉波を除去する処理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process which removes an interference wave. 干渉波を除去する処理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process which removes an interference wave. 干渉波を除去する処理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process which removes an interference wave. 干渉波を除去する処理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the process which removes an interference wave. 電波の減衰率の入射角依存性を示す図である。It is a figure which shows the incident angle dependence of the attenuation factor of an electromagnetic wave. TE波およびTM波の減衰量に関する比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison regarding the attenuation amount of a TE wave and TM wave.

符号の説明Explanation of symbols

1 送信手段
11 発振器
12 送信アンテナ
2 受信手段
21 検波器
22 受信アンテナ
3 送受波変化量算出部
4 基準データ記憶部
5 路面状態判別部
6 出力部
7 制御プログラム記憶部
8 CPU
15 受信強度計測部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmitting means 11 Oscillator 12 Transmitting antenna 2 Receiving means 21 Detector 22 Receiving antenna 3 Transmitted / received wave change amount calculation unit 4 Reference data storage unit 5 Road surface state determination unit 6 Output unit 7 Control program storage unit 8 CPU
15 Received strength measurement unit

Claims (16)

路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射波を含む電波を受信してフーリエ逆変換し、逆変換後の時間空間で所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出し、抽出後の信号をフーリエ変換した信号にて前記路面に向けて照射した電波に対する受信した電波の変化を算出し、当該電波の変化を基に路面上における水または氷の有無を判別することを特徴とする路面状態判別方法。 By radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface, receiving radio waves including reflected waves, inverse Fourier transform, and multiplying the signal after Fourier inverse transform by a predetermined filter function in the time space after inverse transform After the radio wave reflected from the road surface is irradiated, the peak of the signal appearing in the time-space area corresponding to the time until reception is extracted, and the extracted signal is irradiated toward the road surface by the Fourier transform signal A road surface state determination method , comprising: calculating a change of a received radio wave with respect to a received radio wave and determining the presence or absence of water or ice on the road surface based on the change of the radio wave . 路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射波を含む電波を受信してフーリエ逆変換し、逆変換後の時間空間で所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出し、抽出後の信号をフーリエ変換した信号にて前記路面に向けて照射した電波に対する受信した電波の変化を算出し、当該電波の変化を基に路面上における水の厚みを判別することを特徴とする路面状態判別方法。 By radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface, receiving radio waves including reflected waves, inverse Fourier transform, and multiplying the signal after Fourier inverse transform by a predetermined filter function in the time space after inverse transform After the radio wave reflected from the road surface is irradiated, the peak of the signal appearing in the time-space area corresponding to the time until reception is extracted, and the extracted signal is irradiated toward the road surface by the Fourier transform signal A road surface state determination method , comprising: calculating a change of a received radio wave with respect to a received radio wave and determining a thickness of water on the road surface based on the change of the radio wave . 受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の比である電波の減衰量として求め、予め記憶した減衰量に対する基準値と比較することにより前記判別を行うことを特徴とする請求項1項または請求項2項の何れかに記載の路面状態判別方法。   A change in received radio waves is obtained as an attenuation amount of radio waves, which is a ratio of received radio waves to the intensity of irradiated radio waves, and the determination is performed by comparing with a reference value for attenuation stored in advance. The road surface state determination method according to any one of claims 1 and 2. 受信した電波の変化を、受信した電波の強度として求め、予め記憶した受信強度に対する基準値と比較することにより前記判別を行うことを特徴とする請求項1項または請求項2項の何れかに記載の路面状態判別方法。   3. The method according to claim 1, wherein a change in the received radio wave is obtained as an intensity of the received radio wave, and the determination is performed by comparing with a reference value for the received intensity stored in advance. The road surface state determination method described. 受信した電波の変化を、照射した電波の強度に対する受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量として求め、予め記憶した吸収・透過量に対する基準値と比較することにより前記判別を行うことを特徴とする請求項1項または請求項2項の何れかに記載の路面状態判別方法。   By determining the change in the received radio wave as the amount of radio wave absorption / transmission through the road surface, which is the difference between the intensity of the received radio wave and the intensity of the received radio wave, and comparing it with the pre-stored reference value for the absorption / transmission amount The road surface state determination method according to claim 1, wherein the determination is performed. 路面に向けて複数の周波数の電波を照射するとともに反射した電波を受信し、照射した複数の周波数の電波に対する受信した電波の変化を基に前記判別を行うことを特徴とする請求項1項乃至請求項5項の何れかに記載の路面状態判別方法。   The radio wave of a plurality of frequencies is irradiated toward a road surface, a reflected radio wave is received, and the determination is performed based on a change of the received radio wave with respect to the irradiated radio waves of a plurality of frequencies. The road surface state determination method according to claim 5. 電波を照射する路面に電波吸収体を埋設したことを特徴とする請求項1項乃至請求項6項の何れかに記載の路面状態判別方法。   The road surface state determination method according to any one of claims 1 to 6, wherein a radio wave absorber is embedded in a road surface irradiated with radio waves. 路面に電波吸収体を埋設し、水、氷および乾燥を判別することを特徴とする請求項1項乃至請求項7項の何れかに記載の路面状態判別方法。   The road surface state determination method according to claim 1, wherein a radio wave absorber is embedded in the road surface, and water, ice, and dryness are determined. 前記基準値は、路面上における水または氷あるいは路面上における水の複数の厚みについて予め測定された電波に対応した複数の値域として定義され、路面に照射した電波の変化がいずれの値域に相当するか判別して水または氷の有無あるいは水の厚みを計測することを特徴とする請求項3項乃至請求項8項の何れかに記載の路面状態判別方法。   The reference value is defined as a plurality of value ranges corresponding to radio waves measured in advance for a plurality of thicknesses of water or ice on the road surface or water on the road surface, and changes in the radio waves irradiated on the road surface correspond to any value range. The road surface state determination method according to any one of claims 3 to 8, wherein the presence or absence of water or ice or the thickness of water is measured. 前記路面に照射する電波の周波数域は水または氷の複素比誘電率が変化する周波数域であることを特徴とする請求項1項乃至請求項9項の何れかに記載の路面状態判別方法。   10. The road surface state determination method according to claim 1, wherein a frequency range of radio waves applied to the road surface is a frequency range in which a complex relative permittivity of water or ice changes. 路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の比であるところの電波の減衰量を算出する送受波変化量算出部と、
前記複数の周波数の電波のそれぞれの減衰量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、
送受波変化量算出部で算出した電波の減衰量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水または氷の有無を判別する路面状態判別部と、
を備えることを特徴とする路面状態判別装置。
Radio wave transmission means for radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface;
Receiving means for receiving radio waves including reflected waves reflected from the road surface;
A Fourier inverse transform unit that performs an inverse Fourier transform process on the radio wave received by the receiving means, and after the radio wave reflected from the road surface is irradiated by multiplying the signal after the Fourier inverse transform by a predetermined filter function, A time filter unit that extracts a peak of a signal that appears in a time-space region corresponding to a time until reception, and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the extracted signal from the signal after the Fourier transform from the transmission unit. A transmission / reception wave variation calculation unit for calculating the attenuation of the radio wave, which is the ratio of the intensity of the radio wave received by the receiving means to the intensity of the irradiated radio wave;
A reference data storage unit that stores in advance a reference value for each attenuation amount of radio waves of the plurality of frequencies ;
A road surface state determination unit that compares the attenuation amount of the radio wave calculated by the transmission / reception wave variation calculation unit and the reference value stored in the reference data storage unit to determine the presence or absence of water or ice on the road surface;
A road surface state determination device comprising:
路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記受信手段により受信した電波の強度を計測する受信強度計測部と、
前記複数の周波数の電波のそれぞれの受信強度に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、
受信強度計測部で計測した電波の強度と基準データ記憶部に記憶した基準値とを比較し路面上における水または氷の有無を判別する路面状態判別部と、
を備えることを特徴とする路面状態判別装置。
Radio wave transmission means for radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface;
Receiving means for receiving radio waves including reflected waves reflected from the road surface;
A Fourier inverse transform unit that performs an inverse Fourier transform process on the radio wave received by the receiving unit, and after the radio wave reflected from the road surface is irradiated by multiplying the signal after the Fourier inverse transform by a predetermined filter function, A time filter unit that extracts a peak of a signal appearing in a time-space region corresponding to a time until reception, and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the signal after extraction, the signal after the Fourier transform is performed by the receiving unit. A received intensity measuring unit that measures the intensity of the received radio wave;
A reference data storage unit that stores in advance a reference value for each reception intensity of radio waves of the plurality of frequencies ;
A road surface state determination unit that compares the intensity of the radio wave measured by the reception intensity measurement unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the presence or absence of water or ice on the road surface;
A road surface state determination device comprising:
路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量を算出する送受波変化量算出部と、
前記複数の周波数の電波のそれぞれの吸収・透過量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、
送受波変化量算出部で算出した電波の吸収・透過量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水または氷の有無を判別する路面状態判別部と、
を備えることを特徴とする路面状態判別装置。
Radio wave transmission means for radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface;
Receiving means for receiving radio waves including reflected waves reflected from the road surface;
A Fourier inverse transform unit that performs an inverse Fourier transform process on the radio wave received by the receiving means, and after the radio wave reflected from the road surface is irradiated by multiplying the signal after the Fourier inverse transform by a predetermined filter function, A time filter unit that extracts a peak of a signal that appears in a time-space region corresponding to a time until reception, and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the extracted signal from the signal after the Fourier transform from the transmission unit. A transmission / reception wave variation calculation unit for calculating the amount of radio wave absorption / transmission on the road surface, which is the difference in radio wave intensity received by the receiving means with respect to the intensity of the irradiated radio wave;
A reference data storage unit that stores in advance a reference value for the amount of absorption and transmission of radio waves of the plurality of frequencies ,
A road surface state determination unit that compares the amount of radio wave absorption / transmission calculated by the transmission / reception wave change amount calculation unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the presence or absence of water or ice on the road surface;
A road surface state determination device comprising:
路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の比であるところの電波の減衰量を算出する送受波変化量算出部と、
前記複数の周波数の電波のそれぞれの減衰量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、
送受波変化量算出部で算出した電波の減衰量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水の厚みを判別する路面状態判別部と、
を備えることを特徴とする路面状態判別装置。
Radio wave transmission means for radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface;
Receiving means for receiving radio waves including reflected waves reflected from the road surface;
A Fourier inverse transform unit that performs an inverse Fourier transform process on the radio wave received by the receiving unit, and after the radio wave reflected from the road surface is irradiated by multiplying the signal after the Fourier inverse transform by a predetermined filter function, A time filter unit that extracts a peak of a signal that appears in a time-space region corresponding to a time until reception, and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the extracted signal from the signal after the Fourier transform from the transmission unit. A transmission / reception wave change amount calculation unit for calculating the attenuation amount of the radio wave, which is the ratio of the intensity of the radio wave received by the receiving means to the intensity of the irradiated radio wave;
A reference data storage unit that stores in advance a reference value for each attenuation amount of radio waves of the plurality of frequencies ;
A road surface state determination unit that compares the attenuation amount of the radio wave calculated by the transmission / reception wave variation calculation unit and the reference value stored in the reference data storage unit to determine the thickness of water on the road surface;
A road surface state determination device comprising:
路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記受信手段により受信した電波の強度を計測する受信強度計測部と、
前記複数の周波数の電波のそれぞれの受信強度に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、
受信強度計測部で計測した電波の強度と基準データ記憶部に記憶した基準値とを比較し路面上における水の厚みを判別する路面状態判別部と、
を備えることを特徴とする路面状態判別装置。
Radio wave transmission means for radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface;
Receiving means for receiving radio waves including reflected waves reflected from the road surface;
A Fourier inverse transform unit that performs an inverse Fourier transform process on the radio wave received by the receiving unit, and after the radio wave reflected from the road surface is irradiated by multiplying the signal after the Fourier inverse transform by a predetermined filter function, A time filter unit that extracts a peak of a signal appearing in a time-space region corresponding to a time until reception, and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the signal after extraction, the signal after the Fourier transform is performed by the receiving unit. A received intensity measuring unit that measures the intensity of the received radio wave;
A reference data storage unit that stores in advance a reference value for each reception intensity of radio waves of the plurality of frequencies ;
A road surface state determination unit that compares the intensity of the radio wave measured by the reception intensity measurement unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the thickness of water on the road surface;
A road surface state determination device comprising:
路面に向けて複数の周波数の電波を照射する電波の送信手段と、
前記路面から反射した反射波を含む電波を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した電波に対してフーリエ逆変換処理を行うフーリエ逆変換部と、所定のフィルタ関数を前記フーリエ逆変換後の信号に乗じることにより、路面から反射した電波が照射された後、受信されるまでの時間に相当する時間空間域に現れる信号のピークを抽出する時間フィルタ部と、抽出後の信号をフーリエ変換するフーリエ変換部とによって、当該フーリエ変換後の信号から前記送信手段から照射した電波の強度に対する受信手段で受信した電波の強度の差であるところの路面による電波の吸収・透過量を算出する送受波変化量算出部と、
前記複数の周波数の電波のそれぞれの吸収・透過量に対する基準値を予め記憶した基準データ記憶部と、
送受波変化量算出部で算出した電波の吸収・透過量と基準データ記憶部で記憶した基準値とを比較し路面上における水の厚みを判別する路面状態判別部と、
を備えることを特徴とする路面状態判別装置。
Radio wave transmission means for radiating radio waves of multiple frequencies toward the road surface;
Receiving means for receiving radio waves including reflected waves reflected from the road surface;
A Fourier inverse transform unit that performs an inverse Fourier transform process on the radio wave received by the receiving unit, and after the radio wave reflected from the road surface is irradiated by multiplying the signal after the Fourier inverse transform by a predetermined filter function, A time filter unit that extracts a peak of a signal that appears in a time-space region corresponding to a time until reception, and a Fourier transform unit that Fourier-transforms the extracted signal from the signal after the Fourier transform from the transmission unit. A transmission / reception wave variation calculation unit for calculating the amount of radio wave absorption / transmission on the road surface, which is the difference in radio wave intensity received by the receiving means with respect to the intensity of the irradiated radio wave;
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A road surface state determination unit that compares the amount of radio wave absorption / transmission calculated by the transmission / reception wave variation calculation unit with the reference value stored in the reference data storage unit to determine the thickness of water on the road surface;
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