Highly Accurate Residual Snow Measurement and Control to Halve Resource Consumption in Snow-Melting Systems.

高精度残雪测量和控制可将融雪系统的资源消耗减半。

基本信息

批准号：
22K04363
负责人：
上村靖司
金额：
$ 1.33万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本プロジェクトは、日本の豪雪地帯に広く普及する消融雪システムの資源消費量（燃料，電気，地下水など）を半減させる高度制御技術の開発を目的とする。現在主流の「降雪検知制御」を「積雪検知制御」に替えることで運転時間が半分以下になることが既往研究で示唆されているため，10㎝以下の路面に残った雪（路面残雪と呼ぶ）の深さをレーザー距離計とLiDARにより精度よく計測して消融雪システムの運転制御に活かすものである。路面残雪は，新積雪，圧雪，みずべた雪，氷板など，光学特性も物理特性も多様であるため，初年度はレーザー光を照射した場合の基本特性の理解を中心に取り組んだ。まず高精度計測の障害となる積雪層の「表面下散乱」現象について，実験によって新雪、みずべた雪などの積雪特性ごとの違いを調べた。次に、モンテカルロ法によるシミュレーションプログラムを作成し、散乱係数，吸収係数，屈折率を水と氷の既知の物性値をおさえつつ，実験結果を再現できるように雪質に応じてた妥当なパラメータ値を同定した。結果として、表面下散乱現象の実験結果とシミュテーションによる計算結果が、よく一致した。「点」計測であるレーザー距離計による距離測定の知見を踏まえて、第2年度に向けて「線」計測できるLiDARユニットを導入し、冬期に予備的な実験を実施した。また、路面残雪深によって制御を行う場合の有効性を検証するため、降雪検知制御、残雪深制御、複合制御（降雪検知でOn、許容残雪深以下でOff）の3方式について、資源消費量、最大残雪深、サービスレベルの3つの指標に基づいて路面融雪シミュレーションを行った。新潟県十日町市という世界有数の豪雪地でのシミュレーションでは、制御方法の工夫によって最大残雪深、サービスレベルは著しく改善するものの、資源消費量は3割程度の削減に留まることを明らかにした。その成果は3件の学会発表として公表した。

该项目旨在开发先进的控制技术，将日本大雪地区广泛使用的融雪系统的资源消耗（燃料、电力、地下水等）减半。现有研究表明，用“降雪检测控制”替代目前主流的“降雪检测控制”可以减少一半以上的行驶时间），使用激光测距仪和激光雷达来精确测量融雪深度。道路上的残雪具有多种光学和物理特性，包括新雪、压实雪、湿雪和冰盖，因此第一年的工作重点是了解激光照射时的基本特征。首先，针对雪层中的“次表面散射”现象，该现象阻碍了高精度测量，我们进行了实验来研究积雪特征（例如新雪和湿雪）之间的差异。接下来，我们利用蒙特卡罗方法创建了一个模拟程序，并根据雪质设置合理的散射系数、吸收系数和折射率参数值，以便能够在抑制已知雪量的同时重现实验结果。确定了水和冰的物理性质值。结果表明，次表面散射现象的实验结果与模拟结果吻合良好。基于使用测量“点”的激光测距仪进行测距的知识，第二年推出了可测量“线”的激光雷达装置，并在冬季进行了初步实验。此外，为了验证路面残雪深度控制的有效性，我们调查了资源消耗情况，基于最大残雪深度和服务水平三个指标进行了道路融雪模拟。在全球降雪量最大的地区之一新泻县十日町市进行的模拟显示，虽然改进的控制方法可以显着提高最大雪深和服务水平，但资源消耗只能减少约30%。结果发表在三份会议报告中。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

融雪シミュレーションによる散水融雪装置の最適制御方法の検討

基于融雪模拟的喷水融雪设备优化控制方法研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
伊田幸太郎;高部祐剛;内田莉香;米田有沙;BATBAYAR LKHAGVACHULUUN，田中日菜，BAASANDORJ MUNGUNTUUL，杉原幸信，上村靖司
通讯作者：
BATBAYAR LKHAGVACHULUUN，田中日菜，BAASANDORJ MUNGUNTUUL，杉原幸信，上村靖司