JPH11194089A - 車道表面の状態を求める方法 - Google Patents

車道表面の状態を求める方法

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JPH11194089A
JPH11194089A JP10268869A JP26886998A JPH11194089A JP H11194089 A JPH11194089 A JP H11194089A JP 10268869 A JP10268869 A JP 10268869A JP 26886998 A JP26886998 A JP 26886998A JP H11194089 A JPH11194089 A JP H11194089A
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ice
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JP10268869A
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Manfred Dr Griesinger
マンフレート・グリージンゲル
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Daimler Benz AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 車道表面の状態を特に水、氷及び／又は雪の
存在に関して比較的僅かな費用で確実かつ精確にしかも
車道被覆に関係なく求めることができる方法を提供す
る。 【構成】 車道表面の状態を求める方法では、水−氷に
よる著しい吸収なし又は著しい吸収を持つ波長範囲の２
つの光成分を含む光が、車道表面へ照射され、後方散乱
される光が検出され、かつスペクトル的に評価される。
本発明によれば、第１の光成分が複数の異なる波長の光
を含んでいる。スペクトル評価のために、著しい吸収な
しの波長範囲にある後方散乱光成分のスペクトルデータ
に基いて、乾いた車道において後方散乱される光のスペ
クトル推移についての近似基準曲線が求められ、異なる
波長範囲にある後方散乱光成分のスペクトルデータと少
なくとも１つの波長についての近似基準曲線の対応する
データとの間の差が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は請求項１の上位概念
に記載の車道表面の状態を求める方法に関する。この方
法は、特に車道表面上における水又は氷の存在を定性的
にかつなるべく定量的に検出するのに用いられ、車両に
取付けられている装置により実施することができる。そ
のためこのような方法では、一般に著しい吸収のない少
なくとも１つの光波長と、水又は氷又は雪による著しい
吸収を持つ光波長が、その後方散乱特性を比較される。
ここで表示″著しい吸収のない″は、場合によつてはあ
る程度の僅かな吸収はあつてもよいが、いずれにせよ著
しい吸収を持つ波長範囲におけるより著しく少ないこと
を意味する。
【０００２】
【従来の技術】大体においてこのような方法はドイツ連
邦共和国特許出願公開第４１３３３５９号明細書に記載
されている。この方法により、車道上の水層の厚さを無
接触で検出できるようにする。そのため車道表面へ照射
される光は、異なる強さの水吸収を受ける近赤外線範囲
からの少なくとも２つの波長を含んでいる。例えば敏感
な測定範囲に対しては、１４５０ｎｍの測定波長とそれ
より弱い吸収を持つ１１９０ｎｍの比較波長が選ばれ、
敏感でない測定範囲に対しては、１１９０ｎｍの測定波
長と１０８０ｎｍのもつと弱い吸収の比較波長が選ばれ
る。指数関数的吸収法則と灰色の車道表面即ちすべての
波長割合で吸収するような車道表面とを仮定して、車道
表面にある水層の厚さが求められる。
【０００３】車道表面のための灰色照射器を仮定するこ
とは危険である。なぜならば、種々の車道被覆の測定か
ら、測定が限られた範囲でのみ有効であり、例えば多く
の車道被覆は波長の増大と共にスペクトル反射能力を著
しく増大させることがわかつたからである。それぞれの
車道表面のスペクトル後方散乱能力を考慮する方法は、
国際出願公開第Ｗ０９６／２６４３０号明細書から公知
である。直線的に接近する近似では、水−氷による著し
い吸収を持つ測定範囲より下の波長及び上の波長で基準
測定を行うことによつて、基礎又は背景の影響が求めら
れる。これら両方の基準点により、補間される背景度
（基準近似曲線）が置かれる。更に水−氷情報を持つ異
なる波長の基準の間で、間隔をおいて２つの後方散乱測
定が行われる。背景度による差形成によつて、２つの適
当な背景処理された測定値が誘導され、これらの測定値
の和、差及び商から、全体として存在する水分量、既に
凍結した材料の割合、及び水層又は氷層の厚さが推論さ
れる。
【０００４】上述した方法では、出願人の側から、全部
で４つのみの拠点のため、高い精度が得られないこと
が、欠点とみなされる。一方では、背景を直線的近似の
みにおけるより精確に検出が可能であることが望まし
い。他方では、前述した方法は、多数の測定値を適当に
評価できるように、評価点を検出させない。
【０００５】別の従来技術としてドイツ連邦共和国特許
第４１４１４４６号明細書から、車道表面表面上の水、
雪又は氷から成る層を測定する方法が公知である。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０２３
４４４号明細書に開示されている街路状態を求める装置
は、雪の反射能力が乾いた車道表面の反射能力より小さ
いような波長の赤外線が車道表面へ照射され、後方散乱
される光が特定のやり方で前もつて分類された車道表面
の状態に相当する基準信号レベルと比較されるように、
動作する。
【０００７】ドイツ連邦共和国特許第３８４１３３３号
明細書に記載されている方法では、車道の状態を監視す
るため、車道上を走行する車両の車輪の踏面へ電磁波が
照射され、この踏面から後方散乱される電磁波が分析さ
れる。
【０００８】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５４５
３６６号明細書には、例えば金属表面にある水膜の厚さ
を光学的に求める測定装置が開示されており、水膜によ
り吸収される波長を持つ測定光線と水膜による吸収を受
けない波長を持つ基準光線とを含む光が、水膜へ照射さ
れる。後方散乱される測定光線を表わす測定信号レベル
と後方散乱される基準光線を表わす基準信号レベルとの
比に温度補正係数を乗算したものから、水膜厚さが求め
られ、その際測定信号レベル及び基準信号レベルは、場
合によつては複数の測定過程を経て求められる。
【０００９】ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０４０
８４２号明細書には、車道状態を検出するため、特に車
道が乾いているか、湿つているか又は凍結しているかを
検出するための赤外マイクロ波センサ装置が開示されて
おり、このセンサ装置は、１つ又は複数の比較器、１つ
又は複数のゲート、及び赤外線又はマイクロ波受信機の
信号を処理するフリツプ・フロツプから成る回路網を含
んでいる。２つの異なる波長又は狭い波長帯について、
電磁波の後方散乱される強さが評価され、これら両方の
強さ又はそれから誘導される検出器信号電圧の商が形成
される。求められる商の値に応じて、乾いているか、湿
つているか又は凍結している車道が推論される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】車道表面の状態を特に
水、氷及び／又は雪の存在に関して比較的僅かな費用で
非常に確実かつ精確に車道被覆に関係なく求めることが
できる、最初にあげた種類の方法を提供することが、技
術的問題として本発明の基礎になつている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１の特
徴を持つ方法の提供によつて、この問題を解決する。こ
の方法では、水−氷による著しい吸収なしの第１の波長
範囲から成る第１の光成分と水−氷による著しい吸収を
持つ第２の波長範囲から成る第２の光成分とを含む光が
車道表面へ照射され、第１の光成分が複数の異なる波長
を含んでいる。車道表面から後方散乱される光が検出さ
れ、スペクトル的に評価される。そのため少なくとも第
１の光成分の複数の異なる波長に属する第１の後方散乱
光成分について生じるスペクトルデータに基いて、近似
基準曲線が求められる。これは、例えば普通の補償計算
により、これらのスペクトルデータの個々の測定点にわ
たつてパラメータ化される補償曲線として近似基準曲線
を求めることによつて、行うことができる。近似基準曲
線は、後方散乱される光の全スペクトル推移にわたつ
て、従つて水−氷による著しい吸収を持つ第２の光成分
の波長範囲にわたつても延び、その際この近似基準曲線
は、著しい水−氷吸収なしの第１の光成分の波長範囲に
ある測定点から始まつて、第２の光成分のこの波長範囲
へ内挿又は外挿されている。
【００１２】近似基準曲線は、こうして第２の光成分の
波長範囲に、乾いた車道表面においてこの波長範囲で後
方散乱される光のスペクトル推移を少なくとも近似的に
再現する基準曲線を形成する。従つて湿るか又は凍結し
ている車道では、第２の波長範囲にある後方散乱光のス
ペクトルデータは、水又は氷による第２の光成分の適当
な吸収のため、近似基準曲線とは著しく相違している。
国際出願公開第Ｗ０９６／２６４３０号明細書に開示さ
れている方法とは異なり、第２の光成分は複数の異なる
波長の光を含み、第２の光成分に由来する後方散乱光成
分のスペクトルデータと近似基準曲線の対応するデータ
との間の差は、１つの点又は２つの点のみならず、でき
るだけ多くの点で、差曲線として求められる。差曲線の
推移から、車道表面の状態が比較的精確に定性的及び定
量的に求められる。
【００１３】適用事例に応じて、近似基準曲線を求める
ため、水又は氷による著しい吸収なしの波長範囲に属す
る後方散乱光成分のみ、又は付加的に水−氷による著し
い吸収を持つ波長範囲に属する後方散乱光成分も利用す
ることができる。後者の場合、乾いた車道における曲線
推移及び後方散乱される光のスペクトル推移の吸収によ
る落ち込みについての情報が、混合されて受信機信号中
に存在し、適当な評価により互いに分離され、従つて近
似基準曲線及びこの近似基準曲線と現在走査される車道
状態に相当するスペクトル推移との間の差が求められ
る。本発明による方法は一般的な形で特徴づけられて、
異なる感度を持つ複数の検出器及び／又は異なるスペク
トル発光を持つ複数の光源が使用され、これらの光源が
それぞれ後方散乱光に対して固有に寄与し、この寄与が
それぞれの検出器のスペクトル感度とそれぞれのスペク
トル光強さとの積にわたる波長の積分として得られるよ
うにする。寄与が互いに無関係であるという正当な仮定
のもとで、各寄与は式システムの式を与え、求めるべき
パラメータとして、近似基準曲線のパラメータ化のパラ
メータ及び求められる差又は水層の厚さが、この式シス
テムへ入る。従つて近似基準曲線のパラメータの数ｎを
規定する際、式システムを一義的に解くことができるよ
うにするため、種々の検出器及び／又は光源の数ｎ＋１
が必要である。例えばスペクトル感度又はスペクトル光
強さのために６関数を使用すると、即ちスペクトル推移
を種々の離散的な波長において点状に評価すると、評価
が簡単になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】請求項２により展開される方法で
は、後方散乱される光の評価にとつて重要な第１及び第
２の光成分が、約８００ｎｍと約１１００ｎｍとの間に
ある。これは特に、安価なシリコン光受信機を後方散乱
検出器として使用でき、特別な赤外線検出器を必要とし
ない、という利点を持つている。別の利点として、選択
される波長範囲において、交通路上にある水層又は水層
を完全に透過できるようにするため、光の侵入深さが充
分大きい。更に別の利点として、著しい水−氷吸収なし
の波長範囲が、第２の波長範囲より下又は上の２つの部
分範囲から構成される。それにより第２の波長範囲の両
側に、乾いた車道において反射される光のスペクトル推
移についての近似基準曲線を求めるための測定点が存在
し、それにより著しい水−氷吸収を持つ波長範囲につい
てのこのスペクトル推移を、良好な精度で内挿すること
ができる。
【００１５】請求項３により展開される方法では、著し
い水−氷吸収なしの波長範囲は、第２の波長範囲より上
又は下にある２つの部分範囲から成る。これは既に上述
した利点を持つている。
【００１６】請求項４による差曲線の分析の第１の構成
では、差曲線の積分が第２の波長範囲にわたつて求めら
れる。その結果得られてなるべく標準化される積分は、
場合によつては車道表面上に形成される水膜の厚さの非
常に精確な程度を形成する。
【００１７】請求項５による別の構成では、差曲線の重
心が求められる。重心位置をこのように知ることによ
り、車道表面にある被覆が水層であるか又は氷−雪層で
あるかを決定できることがわかる。
【００１８】水層又は氷層の温度の低下と共に、差曲線
の重心位置が大きい波長の方へ移動するので、請求項６
の展開によれば、この移動から水層又は氷層の温度を推
論することができる。水層又は氷層の温度を知ると、層
厚を知ることのほかに、凍つた表面による危険を評価す
るための有効な示唆が得られる。
【００１９】評価方法の途中に水又は氷の温度を求める
可能性は、温度により将来の警告を誘導できるという利
点を与える。即ち車道に水が存在し、この温度が氷点に
近づくと、請求項７による展開において、氷に移行する
水分が考慮されることを、運転者に適時に警告すること
ができる。
【００２０】雪の場合差曲線は氷のように見えるが、も
つと小さい振幅を持つているので、請求項８による展開
では、氷と雪との付加的な区別が可能である。
【００２１】本発明の有利な実施例が図面に示されてお
り、以下に説明される。
【００２２】
【実施例】図１は本発明による方法を実施するのに適し
た装置を示す。この装置は、反射鏡２の焦点近くに設け
られる光源３を持つ光発生装置１を含み、光源３は例え
ば自動車の車載電源から１２Ｖの供給電圧を供給され、
特に約８００ｎｍと約１１５０ｎｍとの間の範囲を含む
波長範囲で光を広帯域に発する。発せられる光は、ほぼ
平行な光線の束４として反射鏡２を出て、図示しない車
道表面へ照射される。受信機５は、車道表面からこれへ
後方散乱される光６をレンズ及び／又は光用フアイバを
介して受光し、そこから光は受信機５の分散素子７へ入
射し、こうしてスペクトルに分解されてＣＣＤ列８の形
のシリコン光受信機へ反射される。分散素子７は、例え
ば回折格子、干渉フイルタ又はプリズムから形成するこ
とができる。ＣＣＤ列８の出力信号９は評価装置１０へ
供給される。この評価装置１０も同様に１２Ｖの供給電
圧から給電され、データバス１１例えばＣＡＮバスに接
続されている。
【００２３】評価装置１０は、本発明による方法に従つ
て、ＣＣＤ列８の出力信号９を適当に評価するように構
成されている。詳細には次の方法過程が生じる。各画素
即ちＣＣＤ列８の各走査単位セルは、分散素子７から、
それぞれ付属する波長又は付属する狭いスペクトル線の
後方散乱を受光する。従つて出力信号９に対するこのよ
うな各画素の寄与は、関係する波長における後方散乱光
の強さに対応する。こうして評価装置１０は、種々の測
定波長について、ＣＣＤ列８の画素の信号から、後方散
乱強さを求めることができる。図２には、引続く評価過
程が線図の形に理想化して示されている。
【００２４】図２からわかるように、評価装置１０は、
まず後方散乱される光のスペクトルデータを、相対スペ
クトル後方散乱光強さＳの測定値の形で、それぞれのＣ
ＣＤ列画素の出力信号寄与に従つて、ＣＣＤ列画素の数
に対応する多数の測定点についての波長λに応じて求め
る。このシステムは、それぞれ多数の測定点Ｍ１，Ｍ
２，Ｍ３が３つの順次に続く波長区間Ａ，Ｂ，Ｃ内にあ
るように、設計されている。その際所定の下の限界値λ
Ｇ１より下に第１の波長区間Ａが続き、この波長区間よ
り上に第２の波長区間Ｂが続いて、所定の上の限界値λ
Ｇ２まで及び、この限界値より上に第３の波長区間Ｃが
続いている。その際両方の限界値λＧ１，λＧ２により
囲まれる波長区間Ｂが水又は氷又は雪による著しい吸収
を持つ波長範囲を表わし、外側の両方の波長区間Ａ，Ｃ
が水又は氷又は雪による著しい吸収なしの波長範囲の部
分範囲を形成するように、両方の限界値λＧ１，λＧ２
が選ばれている。このような事態は、例えば下の限界値
λＧ１を約９００ｎｍの所に選び、上の限界値λＧ２を
約１０５０ｎｍの所に選ぶことによつて得られる。なぜ
ならば、その間に周知のように水−氷の吸収線があり、
この下の限界値λＧ１に下方へ続く範囲及びこの上の限
界値λＧ２に上方へ続く範囲では、水−氷による著しい
吸収が起こらないからである。
【００２５】さて評価装置１０は、第１の波長範囲即ち
水−氷による著しい吸収のない波長範囲の両方の部分範
囲にある測定点Ｍ１及びＭ３を、普通の近似法による近
似曲線の形で、乾いた車道における後方散乱光のスペク
トル推移の近似基準曲線Ｒを求めるのに利用する。その
ため規定可能な数の自由パラメータを持つ数学的関数例
えば多項式が規定され、近似法によりパラメータが定め
られる。関数がｎ個のパラメータを含み、水面の高さが
未知の求めるべき別の量として規定されると、このため
にｎ＋１個の測定チヤネル即ち第１の波長範囲にある測
定点Ｍ１，Ｍ３が必要である。従つて近似基準曲線とし
て直線を使用する最も簡単な場合、少なくとも２つの測
定点Ｍ１，Ｍ３が必要である。全体として著しく多い測
定点が使用され、例えば２０ないし３０の測定点Ｍ１，
Ｍ２，Ｍ３が観察される全波長範囲即ち３つの波長区間
Ａ，Ｂ，Ｃにわたつて均一に分布されるのがよい。所定
の関数の自由パラメータより多い測定点Ｍ１，Ｍ３が第
１の波長範囲の両方の部分範囲Ａ，Ｃに存在すると、パ
ラメータを求める式システムが冗長になるので、この場
合補償計算により、例えば最小自乗誤差に関して測定点
Ｍ１，Ｍ３に最も良く合う解を見出すことができる。こ
うして近似基準曲線を補償曲線として求めると、信号雑
音の影響が少なくなり、精度が高まる。
【００２６】第１の波長範囲の両方の部分範囲Ａ，Ｃに
ある測定点Ｍ１，Ｍ３による近似基準曲線Ｒの規定から
始まつて、この近似基準曲線Ｒは中間にある第２の波長
範囲Ｂにも延び、従つてこの第２の波長範囲において近
似基準曲線は内挿曲線である。近似基準曲線Ｒは、著し
い水−氷吸収なしの波長範囲の測定点Ｍ１，Ｍ３に基い
て求められたので、著しい水−氷吸収を持つ波長範囲Ｂ
における近似基準曲線は、乾いた車道の場合における近
似曲線であり、従つてこの波長範囲Ｂで測定されるスペ
クトルデータの場合によつては存在する偏差の規定用基
準として適している。図２には、湿つた車道の事例が示
され、この湿つた車道について、第２の波長範囲Ｂにお
けるスペクトル後方散乱強さ即ちそこの測定点Ｍ２の測
定値は、車道表面の水によるこの波長範囲の光の部分的
な吸収のため、近似基準曲線Ｒより著しく下にある。第
２の波長範囲Ｂの測定点Ｍ２に属する測定値と近似基準
曲線Ｒとの間隔は、従つて照射される車道表面上の水の
存在に対する一義的な定性的及び定量的な程度である。
その際このようにして得られる近似基準曲線と測定され
るスペクトル後方散乱強さとの間の差が、著しい水−氷
吸収を持つ波長範囲で、そのつど存在する車道とは無関
係であり、即ちすべての波長に対して場合によつては一
定でない車道のスペクトル反射能力により影響を受けな
い状態に留まることは、極めて重要である。それにより
この方法は、比較的少ない費用で、車道被覆が灰色放射
体として作用するという仮定に基く方法より著しく良い
結果を与える。更に本発明による方法の利点として、実
際の吸収性能が精確かつ簡単な指数法則とは相違してい
る場合にも、なお適用可能である。
【００２７】第２の波長範囲Ｂにおいて測定されるスペ
クトルデータと近似基準曲線Ｒのデータとの間のこの差
を点でのみ評価する代わりに、評価装置１０による連続
的な形でのもつと精確な評価が行われるのがよく、これ
が図３に関連して説明される。その際評価装置１０は次
のように動作する。即ち評価装置１０が、すべての観察
される波長区間Ａ，Ｂ，Ｃの個々の測定点Ｍ１，Ｍ２，
Ｍ３における測定値を、連続的な測定曲線Ｍの裏付け点
として互いに結び、近似基準曲線Ｒと測定曲線Ｍとの間
の差曲線を計算する。一方では図３に、こうして計算さ
れる差曲線Ｄ１が示され、この差曲線は湿つた車道表面
の場合について得られたものである。他方では図３に、
凍結した車道表面の場合について得られた別の差曲線Ｄ
２が示されている。さて評価装置１０はそれぞれ得られ
た差曲線Ｄ１，Ｄ２を更に評価して、それぞれの差曲線
Ｄ１，Ｄ２の下の面積Ｆ１，Ｆ２、即ち範囲λにわたる
差曲線の積分を、著しい水−氷吸収を持つ波長範囲にお
いて、即ち選ばれた両方の限界値λＧ１，λＧ２の間で
求め、また差曲線Ｄ１，Ｄ２の重心Ｌ１，Ｌ２の位置も
求めるようにしている。
【００２８】さて氷又は雪が存在すると、得られる差曲
線の重心位置が車道表面上における水の存在に比べて移
動していることがわかる。従つて図３の例では、氷被覆
に帰せられる差曲線Ｄ２の重心Ｌ２は、水被覆に帰せら
れる差曲線Ｄ１の重心Ｌ１より大きい波長の所にある。
特に研究の結果わかつたように、水による吸収に帰せら
れる差曲線の重心位置は、水温度の低下と共に小さい波
長から大きい波長の方へ移動するが、０℃の氷被覆に帰
せられる差曲線の重心位置は、０℃の水に帰せられる差
曲線の重心位置に対して、大きい波長の方へ著しく移動
している。更に研究からわかつたように、車道表面上に
雪被覆が存在すると、その時生じる差曲線は、その位置
において水被覆についての差曲線即ちＤ２に類似してい
るが、それより小さい振幅値を持つている。こうして本
発明による方法は、更に車道表面の雪被覆の検出を可能
にし、その際特に水被覆又は氷被覆の区別を可能にす
る。
【００２９】従つてこの方法によれば、０℃にあるこれ
ら両方の差曲線の重心位置のほぼ中間に波長閾値を固定
し、評価装置１０により車道表面の状態を求める測定過
程中差曲線を計算した後、まずこの差曲線が著しい水−
氷吸収を持つ波長範囲に著しい振幅を持つているか否か
を確認することが行われる。そうでない場合、車道表面
の乾いた状態が正しく推論される。例えば図３の曲線Ｄ
１及びＤ２のように、著しい振幅を持つ差曲線が存在す
ると、その重心位置が求められ、この重心位置が所定の
波長閾値より下にあるか又は上にあるかが確認される。
前者の場合車道表面における水被覆の存在が推論され、
後者の場合車道表面の凍結又は雪被覆による吸収が生じ
ている。更に水被覆又は氷被覆の場合差曲線の重心の精
確な位置から、水又は氷の温度を推論することができ
る。なぜならば、水層又は氷層の温度の低下と共に、差
曲線の重心位置が大きい波長の方へ移動するからであ
る。水層又は氷層の温度を知ると、層厚を知るほかに、
凍結による危険を評価するための貴重な示唆が与えられ
る。車道上に水が存在し、水の温度が氷点に近づくと、
音又は光の警報信号により、運転者は水に移行する水分
が考慮されることを警告されることができる。
【００３０】重心位置が氷−雪被覆を示すと、差曲線振
幅の分析により、氷被覆であるか又は雪被覆であるかが
決定される。即ち雪の場合、差曲線は氷と同じように見
えるが、小さい振幅を持つている。
【００３１】求められる差曲線から、更に水層厚さにつ
いての定量的情報も得られる。なぜならば、特に車道表
面の水層の場合、図３の曲線Ｄ１のような差曲線により
囲まれる面積Ｆ１がこの水層の厚さの一義的な程度であ
ることが、わかるからである。従つて水による著しい吸
収を持つ波長範囲にある差曲線Ｄ１の積分を計算するこ
とにより、即ち図３の面積Ｆ１を求めることにより、車
道表面の検出される水層の厚さを比較的精確に求めるこ
とができる。
【００３２】必要な場合方法を有利に発展させて、周囲
光により起こり得る外乱の影響を相殺することができ
る。その際周囲光とセンサ光との分離は、スペクトルの
区別特徴により純計算的なやり方で行われる。図４に
は、周囲光ＵＬ及び光発生装置の光ＳＬの赤外範囲にお
ける典型的なスペクトル推移が示されている。測定から
わかるように、周囲光スペクトルは１日中に僅かしか変
化しない。両方のスペクトルＵＬ，ＳＬの顕著な相違
は、以下に説明する方法の確実な適用を可能にする。
【００３３】そのために２つの基準スペクトルが採用さ
れ、しかも日光用の一方の基準スペクトルＳ１（λ）
は、光発生装置が停止されている場合即ちセンサ光なし
の場合、他方の基準スペクトルＳ０（λ）は、周囲光が
なく光発生装置が動作せしめられている場合、それぞれ
特定の基準車道被覆について採用される。
【００３４】測定からわかるように、種々の車道被覆に
対するスペクトル反射能力の推移は、連続的に推移する
単調な曲線により、非常に良好な近似で記述され、これ
らの曲線は、特定のパラメータＡ，Ｂ・・・を持つ適当
な関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ・・・）との乗算により互いに変
えられることができる。この仮定のもとに、任意の車道
被覆において測定される後方散乱光スペクトルが、パラ
メータに関係する関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ・・・）と第１の
基準スペクトルＳ０（λ）の一部分及び第２の基準スペ
クトルＳ１（λ）の一部分から成る和との積から得られ
る。
【００３５】乾いた任意の車道の後方散乱光スペクトル
のためにこうして得られる関数は、特定の厚さｄの光透
過を記述する指数関数吸収項Ｔ（λ，ｄ）＝ｅｘｐ（−
α（λ）ｄ）に乗算され、ここでα（λ）は水又は氷の
波長に関係する吸収係数である。吸収係数α（λ）は、
メモリに記憶されるか又はガウス曲線又はローレンツ曲
線のような解析関数により近似されることができる公知
の推移を持つている。吸収スペクトルは公知のように氷
点へ近づく温度と共に大きい波長の方へ移動するので、
α（λ）のための近似曲線へ別の適応すべきパラメータ
として温度ｔを導入するか、又はα（λ）のための曲線
を温度へパラメータ化して記憶するのが有利である。
【００３６】氷又は氷と水との混合物上の水層の場合も
検出できるようにするため、どんな程度で水又は水の吸
収曲線が吸収項Ｔ（λ）の数学モデルへ入つているかを
決定する水割合用の別のパラメータを導入することもで
きるだろう。
【００３７】全体として次式の後方散乱強さの波長に関
係する推移についての数学関数が得られる。 Ｓ（λ）＝（ａＳ０（λ）＋ｂＳ１（λ））Ｐ（λ，
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）Ｔ（λ，ｄ，ｔ） ここでａ及びｂはセンサ光又は周囲光の割合で、ａ＋ｂ
＝１が成立する。氷割合のパラメータは、簡単にするた
めここでは省かれる。
【００３８】一部分係数ａ／ｂ及びパラメータに関係す
る関数Ｐが著しい水−氷吸収なしの波長範囲で求められ
と、簡単化した評価が行われる。著しい水吸収なしの波
長範囲では、透過率Ｔ（λ，ｄ）＝１であり、後方散乱
強さの上述した式は次のように簡単化される。 Ｓ（λ）＝（ａＳ０（λ）＋ｂＳ１（λ））Ｐ（λ，
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）
【００３９】この式は水吸収なしの範囲のすべての波長
について成立せねばならない。著しい水−氷吸収なしの
波長範囲にある充分多くの測定点により、測定されるス
ペクトル曲線Ｓ（λ）に対する偏差の自乗和がすべての
波長にわたつて最小であるように、パラメータａ，ｂ，
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・が定められる。この補償計算により、
最もよく近似しかつパラメータに関係する関数Ｐ、及び
両方の基準を前記の和に寄与させる一部分係数ａ／ｂが
計算される。
【００４０】さてすべてのパラメータがわかつたので、
吸収の行われる範囲へ関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）
が内挿される。測定系のこの補正により、乾いた車道表
面状態で著しい水−氷吸収を持つ波長範囲にある測定点
の後方散乱強さを、内挿点又は外挿点とみなすことがで
きる。この内挿曲線は、乾いた車道の測定曲線に相当
し、従つて既に導入されている近似基準曲線に相当す
る。
【００４１】本発明による評価方法の適用において、水
−氷による吸収を持つ範囲にある測定値により差曲線が
形成される。差曲線面積の大きさ及び重心の位置から、
既に述べたように、水面の高さ、水温度及び水の存在を
求めることができる。
【００４２】周囲光とセンサ光とを分離する方法を援助
するため、車両に既に使用されているような周囲光セン
サの信号、又は国際出願第Ｗ０９７／２７０７７号明細
書から公知のような周囲光の色温度を求めるセンサの信
号も、使用することができる。このようなセンサは、暗
やみ及び悪天候の場合自動的な照明関始のため車両に使
用されている。周囲光センサにより、一部分係数ａ／ｂ
を連続的に求めて、上述した評価装置へ供給することが
できる。
【００４３】上述した方法例及びこの方法を実施する装
置のほかに、多数の別の本発明による実施形態も実現可
能である。例えば上述したドイツ連邦共和国特許出願公
開第４１３３３５９号明細書に記載されているような形
式のシステムを使用できるが、その際少なくとも３つの
スペクトルチヤネルを準備する。その場合個々の波長
は、光受信機の前にある干渉フイルタにより選択され
る。車道表面の波長に関係する散乱係数は、自由パラメ
ータを持つ数学関数により評価され、この関数が、特定
の厚さの水層の光透過を記述する指数吸収項に乗算され
て、後方散乱強さの波長に関係する推移の関数を得る。
それから実際の測定値に基いて、再び最も良い近似を得
るために、関数の自由パラメータを計算することがで
き、それから更に水層の厚さが得られる。
【００４４】上述したシステムの変形例では、干渉フイ
ルタの代わりに、例えばＳｉ，Ｇｅ又はＩｎ，Ｇａ，Ａ
ｓから成りかつ異なるスペクトル感度を持つか又は広帯
域フイルタによりスペクトル感度を変化されるフオトダ
イオードが使用される。このような検出器により全体と
して変換される光強さは、波長にわたる積関数の積分と
して得られ、その際積関数は、光検出器のスペクトル感
度、指数関数吸収項、及び自由パラメータを持ちかつ車
道表面の波長に関係する散乱係数を記述する上述した関
数の積として得られる。直線的に互いに無関係なスペク
トル感度を持つ複数の検出器を波長に応じて使用するこ
とにより、自由パラメータ及び水層厚さを求めることが
できる式システムが得られる。この場合も測定点の数が
なるべく検出器の数より大きいので、式システムが冗長
になり、補償計算により信号雑音の影響を少なくし、精
度を高めることができる。
【００４５】干渉フイルタを持つ上述したシステムの別
の変形例では、光発生装置のために狭帯域光源例えばレ
ーザダイオードが種々の波長で使用され、時分割多重方
式で駆動される。受信機として広帯域フオトダイオード
が使用され、干渉フイルタを持つシステムについて上述
したように信号評価が行われる。
【００４６】別の変形例は、フオトダイオードを使用す
る上述したシステムに従つて動作するが、光発生装置と
して異なるスペクトル分布を持つ広帯域光源例えば発光
ダイオードが使用され、時分割多重方式で駆動される。
受信機として広帯域フオトダイオードが使用され、種々
のフオトダイオードを持つシステムについて上述したよ
うに評価が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車道表面の状態を求めるための本発明による方
法を実施する装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置により得られる後方散乱光スペクト
ルの理想化された図である。
【図３】図１の装置により得られるスペクトルデータの
２つの差曲線を示す図である。
【図４】周囲光ＵＬ及び光発生装置の光ＳＬの赤外範囲
におけるスペクトル強さの典型的な推移を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 光発生装置 ３ 光源 ５ 受信機 ８ ＣＣＤセンサ列 １０ 評価装置

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水−氷による著しい吸収なしの第１の波
    長範囲（Ａ，Ｃ）から成る第１の光成分と水−氷による
    著しい吸収を持つ第２の波長範囲（Ｂ）から成る第２の
    光成分とを含む光が車道表面へ照射され、 第１の光成分が複数の異なる波長を含み、車道表面から
    後方散乱される光が検出され、乾いた車道において後方
    散乱される光のスペクトル推移の近似基準曲線（Ｒ）を
    検出される後方散乱光のスペクトルデータに基いて求
    め、第２の光成分から得られる第２の後方散乱光成分と
    第２の波長範囲（Ｂ）の少なくとも１つの波長の近似基
    準曲線の対応するデータとの間の求められる差から車道
    表面の状態を推論することによつて、後方散乱される光
    がスペクトル的に評価される、車道表面の状態を求める
    方法において、 第２の光成分が、複数の異なる波長の光を含み、第２の
    後方散乱光成分のスペクトルデータと対応する近似基準
    曲線との差が、後方散乱される光の測定されるスペクト
    ル曲線（Ｍ）と第２の波長範囲（Ｂ）にある近似基準曲
    線（Ｒ）との間の差曲線（Ｄ１，Ｄ２）として求めら
    れ、この差曲線の推移から車道表面の状態が推論される
    ことを特徴とする、車道表面の状態を求める方法。
  2. 【請求項２】 車道へ照射される光の第１及び第２の光
    成分が、約８００ｎｍと約１１５０ｎｍの間の波長範囲
    にあることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 第１の波長範囲が２つの部分範囲（Ａ，
    Ｃ）から成り、これらの部分範囲のうち第１の部分範囲
    が第２の波長範囲（Ｂ）より下にあり、第２の部分範囲
    が第２の波長範囲（Ｂ）より上にあることを特徴とす
    る、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 差曲線（Ｄ１）の積分が第２の波長範囲
    （Ｂ）にわたつて求められ、車道表面に形成される水膜
    の厚さの程度として利用されることを特徴とする、請求
    項１ないし３の１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 差曲線（Ｃ１，Ｄ２）の重心（Ｌ１，Ｌ
    ２）が第２の波長範囲（Ｂ）にわたつて求められ、この
    重心の位置から車道表面上の水又は氷−雪が区別される
    ことを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 重心の位置から車道表面上の水又は氷−
    雪の被覆の温度が推論されることを特徴とする、請求項
    ５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 車道上の水が検出され、氷点近くにある
    水の温度が推論されると、氷に移行する水分が考慮され
    るという警報が運転者へ与えられることを特徴とする、
    請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 車道表面上の氷−雪が検出されると、差
    曲線の振幅の評価により氷と雪とが区別されることを特
    徴とする、請求項５に記載の方法。
  9. 【請求項９】 近似基準曲線（Ｒ）を求めるため、 乾いた車道の後方散乱光スペクトルが、第１の基準スペ
    クトルＳ０（λ）の一部分と第２の基準スペクトルＳ１
    （λ）の一部分との和にパラメータ及び波長に関係する
    関数Ｐ（λ，Ａ，Ｂ・・・）を乗算したものとして評価
    され、その際周囲光がなく光発生装置が動作せしめられ
    る場合第１の基準スペクトルＳ０（λ）が記録され、そ
    れぞれ特定の基準車道被覆のために光発生装置が停止せ
    しめられる場合日光のために第２の基準スペクトルＳ１
    （λ）が記録され、 第１の波長範囲（Ａ，Ｃ）において後方散乱される光の
    測定されるスペクトル曲線（Ｍ）から、関数Ｐの自由パ
    ラメータ及び両方の基準スペクトルが寄与する一部分係
    数が、できるだけ良い近似のために計算されることを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 一部分係数が少なくとも一時的に周囲
    センサにより連続的に求められ、評価装置へ供給される
    ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
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