特許第5837293号(P5837293)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許5837293踏切障害物検知装置、及び障害物検知方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5837293
(24)【登録日】2015年11月13日
(45)【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】踏切障害物検知装置、及び障害物検知方法
(51)【国際特許分類】
   B61L 29/00 20060101AFI20151203BHJP
【FI】
   B61L29/00 A
【請求項の数】4
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2010-250467(P2010-250467)
(22)【出願日】2010年11月9日
(65)【公開番号】特開2012-101621(P2012-101621A)
(43)【公開日】2012年5月31日
【審査請求日】2013年11月11日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004651
【氏名又は名称】日本信号株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100130476
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 昭穂
(74)【代理人】
【識別番号】100170678
【弁理士】
【氏名又は名称】江頭 達哉
(72)【発明者】
【氏名】須永 雅之
(72)【発明者】
【氏名】笠井 貴之
【審査官】 岩田 玲彦
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−254509(JP,A)
【文献】 特開2001−141804(JP,A)
【文献】 特開2005−297636(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B61L 29/00−99/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検知領域に電波を送信してその反射波を受信する送受信部と、
前記反射波のレベルに関して天候条件に基づいて規定された基準パタンを記憶する記憶部と、
前記反射波のレベルを前記基準パタンと照合し一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知する信号処理部と
を含み、
前記基準パタンは、前記送受信部からの距離に対する前記検知領域内における前記天候条件による乱反射の反射波レベルとして規定される、
踏切障害物検知装置。
【請求項2】
請求項1に記載された踏切障害物検知装置であって、
前記信号処理部は、前記反射波のレベルと前記1以上の基準パタンの一致の程度を示すマッチング度数を算出し、このマッチング度数を所定値と比較することによって、前記反射波のレベルが前記基準パタンに一致するか否かを判定する、
踏切障害物検知装置。
【請求項3】
送受信部により、検知領域に電波を送信し、その反射波を受信することにより踏切内の障害物を検知する障害物検知方法であって、
記憶部により、前記反射波のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された1以上の基準パタンを記憶しておき、
信号処理部により、前記反射波のレベルを前記1以上の基準パタンと照合し、一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知し、
前記基準パタンは、前記送受信部からの距離に対する前記検知領域内における雨、雪、霧の場合の前記天候条件による乱反射の反射波レベルとして規定される、
障害物検知方法。
【請求項4】
請求項3に記載された障害物検知方法であって、
前記信号処理部により、前記反射波のレベルと前記1以上の基準パタンの一致の程度を示すマッチング度数を算出し、このマッチング度数を所定値と比較することによって、前記反射波のレベルが前記基準パタンに一致するか否かを判定する、
障害物検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、踏切内に取り残された障害物をミリ波などの電波により検知する踏切障害物検知装置、及び障害物検知方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光式踏切障害物検知装置は、障害物がセンサ装置の光を遮断することにより障害物を検知するから、光軸同士の間隔に入り込める人間や車椅子などの小さい物体を検知しにくいという問題があった。これに対して、例えば特許文献1に開示されているように、ミリ波によって踏切内に取り残された障害物を検知する踏切障害物検知装置が開発されている。
【0003】
ミリ波式踏切障害物検知装置は、ミリ波を検知領域に放出し、障害物からの反射波により検知を行うから、小さい物体でも確実に検知することができるし、自動車のような大きな物体も、同様に検知することができる。
【0004】
しかしながら、ミリ波式踏切障害物検知装置は、反射波に基づいて障害物を検知するために、雨などの天候の影響を受けやすく、乱反射による誤検出を招くおそれがある。この問題は、ミリ波による検出方式に限って存在するわけではなく、他の波長帯域の電波を使用する場合も存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−174677号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の課題は、雨などの天候の影響による障害物の誤検知を防止し得る踏切障害物検知装置、及び障害物検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決するため、本発明に係る踏切障害物検知装置は、送受信部と、信号処理部と、記憶部とを含む。前記送受信部は、検知領域に電波を送信して、その反射波を受信する。
【0008】
本発明に係る踏切障害物検知装置の特徴として、前記記憶部は、前記反射波のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された1以上の基準パタンを記憶しており、前記信号処理部は、前記反射波のレベルを前記1以上の基準パタンと照合して、一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知する。
【0009】
本発明に係る踏切障害物検知装置によれば、検知領域に電波を送信して得られた反射波のレベルを、小雨や大雨などの天候条件に基づいて規定された1以上の基準パタンと照合するから、実際の天候条件に適合した基準パタンを選択判断することができる。そして、本発明に係る踏切障害物検知装置は、該比較の結果、一致する基準パタンに基づいて障害物を検知するので、雨などの天候に起因する電波の乱反射による障害物の誤検知を防止することができる。
【0010】
また、本発明に係る障害物検知方法は、検知領域に電波を送信し、その反射波を受信することにより踏切内の障害物を検知するものである。そして、この検知方法の特徴は、前記反射波のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された1以上の基準パタンを記憶しておき、前記反射波のレベルを前記1以上の基準パタンと比較し、一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知する点にある。
【0011】
本発明に係る障害物検知方法は、上述した踏切障害物検知装置と同様の構成を備えるため、同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【0012】
以上述べたように、本発明によれば、雨などの天候の影響による障害物の誤検知を防止し得る踏切障害物検知装置、及び障害物検知方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明に係る踏切障害物検知装置を適用した踏切の構成を示す。
図2】踏切障害物検知装置の構成を示す。
図3】閾値が選択される場合のセンサ装置からの距離に対する反射波のレベル変化を示す。
図4】第1基準パタンが選択される場合のセンサ装置からの距離に対する反射波のレベル変化を示す。
図5】第2基準パタンが選択される場合のセンサ装置からの距離に対する反射波のレベル変化を示す。
図6】第3基準パタンが選択される場合のセンサ装置からの距離に対する反射波のレベル変化を示す。
図7】信号処理部の動作フローを示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図1は、本発明に係る踏切障害物検知装置を適用した踏切の構成を示す。この踏切は、線路6と踏切道4が垂直に交差したものであり、遮断機31a,31b及び遮断棹32a,32bが設置され、踏切道4のうち遮断棹32a,32bで挟まれた略長方形の領域を、検知領域Sとする。本発明に係る踏切障害物検知装置は、列車接近時に検知領域Sに取り残された自動車や人間などの障害物51を検知するものであって、センサ装置1a,1bと、複数の反射板2とを含む。
【0015】
センサ装置1aは、検知領域Sの一角付近に設置され、センサ装置1bは、センサ装置1aの設置位置に対して検知領域Sの対角の位置に設置されている。また、各反射板2は、検知領域Sを挟んで、センサ装置1a,1bと対向するように設置されている。センサ装置1a,1bと反射板2は、線路6の建築限界線の基準に従って配置されている。
【0016】
センサ装置1aは、扇形の領域Sd〜Sf(図1の点線で囲まれた領域を参照)のそれぞれに電波を送信して障害物51の検知を行い、センサ装置1bは、扇形の領域Sa〜Scのそれぞれに電波を送信して検知を行う。このように、検知領域Sは、領域Sa〜Sfによってカバーされている。
【0017】
また、反射板2は、これらの領域Sa〜Sfの各々に配置され、センサ装置1a,1bが送信した電波を反射し、センサ装置1a,1bの自己診断に利用される。もっとも、反射板2は、障害物として誤検出されないように検知領域Sの外に配置されている。
【0018】
図2は、踏切障害物検知装置の構成を示す。ここでは、代表としてセンサ装置1aの領域Sd〜Sfの1つに対応する構成のみを示しているが、他の領域Sd〜Sfに関しても同様であるとともに、並びに他方のセンサ装置1bにも同様の構成が備えられている。
【0019】
センサ装置1aは、アンテナ部10と、送受信部を構成する送信部12及び受信部13と、信号処理部11と、記憶部14とを含む。
【0020】
信号処理部11は、CPUなどを含む演算処理回路であって、障害物検知動作の全体を制御する。信号処理部11は、線路6に沿って設置された器具箱から、列車の接近を通知する接近通知信号ACTを受信し、これを契機に送信部12に送信指示信号Tを出力する。
【0021】
送信部12は、アナログ信号の生成回路であって、送信指示信号Tに従って、アンテナ部10を介し、検知領域Sに電波W1を送信する。アンテナ部10は、複数のアンテナ101を含むアンテナアレイを備えている。
【0022】
アンテナ部10は、送信部12からの制御に従って、各アンテナ101から順次に、領域Sd〜Sfに向けて電波W1を送信する。電波W1は、領域Sd〜Sfを単位距離ごとに分割した場合の各距離に対応した複数の周波数をスイープさせたものである。該単位距離は、設計に応じて決定されるべきもので、ここでは、例えば0.5(m)とする。なお、電波W1としては、上述したようなミリ波を採用すると好ましい。
【0023】
電波W1は、検出対象たる障害物51により反射され、反射波W2を生ずるだけでなく、上述したように、雨、雪、霧など(符号52参照)の天候条件による乱反射に起因した反射波W3も生ずる。なお、反射波には、反射板2からのものも存在するが、便宜上、図示していない。
【0024】
受信部13は、アンテナ部10から、この電波W1に対する反射波W2,W3を受信し、これと送信部12の電波W1との差分をとったビート信号Rに変換して信号処理部11に出力する。
【0025】
信号処理部11は、ビート信号Rをフーリエ変換して、周波数ごとの信号レベル(mV)を算出し、これに基づき障害物51を検出する。検出にあたって、信号処理部11は、所定の閾値、あるいは記憶部14に記憶された1以上の基準パタンを選択して参照する。
【0026】
記憶部14は、メモリ、ハードディスクなどのデジタルデータを記憶する装置であり、発光素子と受光素子とを含む通信インターフェースなどを介し、外部から基準パタンの読み込み、及び書き込みができるように構成されている。
【0027】
障害物51を検出すると、信号処理部11は、検出信号ALMを器具箱へ出力する。これにより、当該踏切に接近中の列車に対して停止指示を与え、事故を未然に防止することができる。
【0028】
図3には、信号処理部11における解析処理により得られた、センサ装置1a,1bからの距離に対する反射波のレベル変化の例が示されている。横軸に示される符号x(i=1,2,・・・,n)は、上述した複数の周波数に対応する個々の単位距離ΔLにおける反射波W2,W3のレベルを表している。
【0029】
また、曲線P1,P2,P3は、それぞれ、乱反射に起因した反射波W3のレベルに関し、天候条件に基づいて規定された基準パタンである。基準パタンP1,P2,P3は、実測データなどに基づいて単位距離ΔLごとに定義された指標値y(i=1,2,・・・,n)の集合であり、上述したように記憶部14に保持されている。
【0030】
例えば雨を例に挙げると、第1基準パタンP1は小雨の場合、第2基準パタンP2は大雨の場合、第3基準パタンP3は豪雨の場合の各反射レベルのパタンを示しており、この順に反射レベルが大きくなっている。もっとも、雪や霧などの他の天候条件についても、例えば小雪、大雪、濃霧など、それぞれの程度に対応する基準パタンを定義することができる。
【0031】
図3は、雨、雪、霧などが存在しない良好な天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたって極めて低く、基準パタンP1,P2,P3のうちの何れにも一致しない。
【0032】
この場合、信号処理部11は、所定の閾値THに基づいて障害物51を検知する。具体的には、信号処理部11は、検知領域Sと重なる領域Sd〜Sf内の距離範囲L(図1参照)において、閾値THより大きい反射波W2のレベル61が存在すると、障害物51を検出する。ここで、閾値THは、設計に応じて適宜に設定されている。なお、反射板2からの反射波のレベルは、便宜上、図示されていないが、距離範囲L外に存在するため、これによって障害物51が誤検知されることはない。
【0033】
次に、図4は、例えば小雨、小雪、薄霧などの天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたって増加し、第1基準パタンP1に一致する。このときの反射レベルは閾値THを上回っているため、上述したように、障害物51の誤検知を生ずる問題があった。
【0034】
そこで、信号処理部11は、閾値THに代えて、第1基準パタンP1に基づいて障害物51を検知する。具体的には、信号処理部11は、距離範囲Lにおいて、第1基準パタンP1の指標値y(mV)にマージン値ΔV(mV)を加えたレベルより大きい反射波W2のレベル61が存在すると、障害物51を検出する。
【0035】
ここで、マージン値ΔV(mV)は、基準パタンP1に基づいて適宜に決定されるべき値である。もっとも、障害物検知の手法は、このようなマージン値ΔVを用いたものに限定されるものではなく、反射レベルx(i=1,2,・・・,n)の分布の解析を用いてよい。
【0036】
次に、図5は、例えば大雨、大雪、濃霧などの天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたってさらに増加し、第2基準パタンP2に一致する。この場合の障害物検知は、第2基準パタンP2に基づいて、図4の場合と同様に行われる。
【0037】
次に、図6は、例えば豪雨、豪雪、氷霧などの天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたってさらに増加し、第3基準パタンP3に一致する。この場合の障害物検知は、第3基準パタンP3に基づいて、図3の場合と同様に行われる。
【0038】
ただし、この場合、図示されるように、乱反射に起因する反射レベルが障害物51の反射波レベルを上回って、実質的には障害物検知が不可能となることも考えられる。しかし、このような場合、列車の運行自体が中止になると考えられ、また、少なくとも誤検知は防止されるから、問題はない。
【0039】
このように、本発明に係る踏切障害物検知装置の特徴は、反射波W2,W3のレベルを1以上の基準パタンP1,P2,P3と照合して、一致する基準パタンP1,P2,P3に基づいて障害物51を検知する点にある。これに関し、図7には、信号処理部11における、反射波W2,W3のレベルx(i=1,2,・・・,n)と基準パタンP1,P2,P3の照合処理が示されている。
【0040】
天候状態の変化に追従するため、信号処理部11は、検出した反射波W2,W3のレベルx(i=1,2,・・・,n)と1以上の基準パタンP1,P2,P3の一致の程度を示すマッチング度数Qを算出し(符号St10,St20、St30)、このマッチング度数Qを所定値Rと比較することによって(符号St11,St21、St31)、反射波W2,W3のレベルx(i=1,2,・・・,n)が第1〜第3基準パタンP1,P2,P3の何れに一致するか否かを判定する。具体的には、信号処理部11は、マッチング度数Q≦Rであれば、反射レベルx(i=1,2,・・・,n)が第1〜第3基準パタンP1,P2,P3に一致するものと判定される。ここで、所定値Rは、様々な天候条件下でのマッチング度数Qの実測結果を基準として、適宜に決定されるべきものである。
【0041】
そして、信号処理部11は、一致する基準パタンP1,P2,P3が存在する場合、その基準パタンP1,P2,P3を障害物検知に用いるように設定し(符号St12,St22、St33)、一方、一致する基準パタンP1,P2,P3が存在しない場合、閾値THを障害物検知に用いるように設定する(符号St4)。
【0042】
この処理において、マッチング度数Qは以下の式1により算出される。
【0043】
式1
【0044】
ここで、パラメータnは、図3〜6を参照して理解されるように、検知領域Sの距離全体の分割数、すなわち単位距離ΔLの個数であり、また、xとyについては、既に述べたとおりである。
【0045】
この式1によれば、標本分散の算出手法に従って、正確なマッチング度数Qを好適に得ることができる。マッチング度数Qを用いた照合処理は、列車の接近が通知された後で実行されてもよいが、装置動作のタイミングに余裕をもたせるために、常時、周期的に実行されると望ましい。
【0046】
本実施形態では、照合処理は、個別の信号処理部11により各領域Sa〜Sfごと実行されるようにしたが、領域Sa〜Sfの全体で実行されるようにしてもよい。すなわち、単一の処理部が、領域Sa〜Sfにおける総合的なマッチング度数Qを算出することによって、個別の領域Sa〜Sfごとの1次元的な判断ではなく、検知領域S全体としての2次元的な判断を可能とし、より高度な照合処理を実現するのである。
【0047】
さらに、本実施形態では、3段階の基準パタンP1,P2,P3を設けた例を挙げたが、これに限定されることはなく、4段階以上ぼ基準パタンを設定してもよい。
【0048】
これまで述べたように、本発明に係る踏切障害物検知装置によれば、検知領域Sに電波W1を送信して得られた反射波W2,W3のレベルを、小雨や大雨などの天候条件に基づいて規定された1以上の基準パタンP1,P2,P3と照合するから、実際の天候条件に適合した基準パタンP1,P2,P3を選択判断することができる。そして、本発明に係る踏切障害物検知装置は、該比較の結果、一致する基準パタンP1,P2,P3に基づいて障害物51を検知するので、雨などの天候に起因する電波の乱反射による障害物の誤検知を防止することができる。
【0049】
また、本発明に係る障害物検知方法は、上述した踏切障害物検知装置と同様に、検知領域Sに電波W1を送信し、その反射波W2,W3を受信することにより踏切内の障害物51を検知するものである。そして、この検知方法の特徴は、反射波W3のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された1以上の基準パタンP1,P2,P3を記憶しておき、反射波W2,W3のレベルを1以上の基準パタンP1,P2,P3と比較し、一致する基準パタンP1,P2,P3に基づいて障害物を検知する点にある。
【0050】
好ましくは、この検知方法において、反射波W2,W3のレベルと1以上の基準パタンP1,P2,P3の一致の程度を示すマッチング度数Qを算出し、このマッチング度数Qを所定値Rと比較することによって、反射波W2,W3のレベルが基準パタンP1,P2,P3に一致するか否かを判定するとよい。
【0051】
本発明に係る障害物検知方法は、先に述べた踏切障害物検知装置と同様の構成を備えるため、同様の作用効果を奏する。
【0052】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【0053】
11 信号処理部
12,13 送受信部
14 記憶部
51 障害物
W1 電波
W2,W3 反射波
S 検知領域
Q マッチング度数
R 所定値
TH 閾値
P1,P2,P3 基準パタン
ΔL 単位距離
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7