特開 2023-139654 通過検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023139654

(43)【公開日】2023-10-04

(54)【発明の名称】通過検出装置

(51)【国際特許分類】

   G08G 1/017 20060101AFI20230927BHJP

   G01S 7/41 20060101ALI20230927BHJP

   G01S 13/91 20060101ALI20230927BHJP

   G01P 3/68 20060101ALI20230927BHJP

【ＦＩ】

G08G1/017

G01S7/41

G01S13/91

G01P3/68 A

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022045288

(22)【出願日】2022-03-22

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-09-19

(71)【出願人】

【識別番号】000213286

【氏名又は名称】シーキューブ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107700

【弁理士】

【氏名又は名称】守田 賢一

(72)【発明者】

【氏名】神谷 幸宏

【テーマコード（参考）】

5H181

5J070

【Ｆターム（参考）】

5H181AA01

5H181AA03

5H181AA07

5H181AA21

5H181CC12

5H181CC15

5H181EE07

5J070AC06

5J070AC20

5J070AE01

5J070AE09

5J070AF01

5J070AH19

5J070AH40

5J070AK14

5J070BA01

(57)【要約】

【課題】環境条件の影響を受けることが少なく、簡単な演算で、通過する対象物を確実に検出することができる通過検出装置を提供する。
【解決手段】横切るように通過する対象物に対してその側方から送信波を照射し、対象物で反射された反射波を受信してドップラー周波数に比例した検出信号１ａを得るドップラーセンサ１と、検出信号１ａを移動平均フィルタ処理して当該移動平均フィルタ処理後の検出信号１ａが所定の大きさ以上の時に対象物が通過したことを検出するマイクロコンピュータ２とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

横切るように通過する対象物に対してその側方から送信波を照射し、前記対象物で反射された反射波を受信してドップラー周波数に比例した検出信号を得るドップラーセンサと、前記検出信号を移動平均フィルタ処理して当該移動平均フィルタ処理後の前記検出信号が所定の大きさ以上の時に前記対象物が通過したことを検出する検出手段とを備える通過検出装置。

【請求項2】

前記検出手段は、移動平均フィルタ処理後の前記検出信号に対してさらに所定のテンプレートによるテンプレートマッチング処理を行い、当該テンプレートマッチング処理後の前記検出信号が所定の大きさ以上の時に前記対象物の識別とその通過を検出する請求項１に記載の通過検出装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の前記通過検出装置を前記対象物の通行路に沿って所定距離離して一対設け、前記各通過検出装置における前記対象物の通過検出の時間差と前記所定距離より、前記対象物の速度を検出する速度検出手段を設けた速度検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載の前記速度検出装置によって検出された速度に応じて前記テンプレートの時間軸を補正する補正手段をさらに設けた請求項２に記載の通過検出装置。

【請求項5】

同一の前記対象物の速度に応じて補正した前記テンプレートを複数用意して前記テンプレートマッチング処理を行う請求項２に記載の通過検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は通過検出装置に関し、特に通過する車両や人等の対象物を検出する通過検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には車両の走行方向へ所定間隔を隔てて一対の光電スイッチを配置し、車両通過時に上記一対の光電スイッチを遮る時間を測定して走行車両の車速と車長を判定し、これに基づいて車種を判定する走行車両検知装置が示されている。

【0003】

また特許文献２には、車両の走行路近傍にマイクロホンを設けて、走行音を周波数分析することによって車種等を判定する交通情報測定装置が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５－２８０９３４

【特許文献2】特開平７－１８２５９４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記従来の装置では、光電スイッチの場合は一対設けることが必須である上に煙や雨等の影響を受けやすく、マイクロホンによる場合も背景ノイズの影響を受けやすい等、環境条件によって判定精度が大きく左右されるという問題があった。

【0006】

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、環境条件の影響を受けることが少なく、簡単な演算で、通過する対象物を確実に検出することができる通過検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本第１発明の通過検出装置（Ｄ）は、横切るように通過する対象物に対してその側方から送信波を照射し、前記対象物で反射された反射波を受信してドップラー周波数に比例した検出信号（１ａ）を得るドップラーセンサ（１）と、前記検出信号（１ａ）を移動平均フィルタ処理して当該移動平均フィルタ処理後の前記検出信号（１ａ）が所定の大きさ以上の時に前記対象物が通過したことを検出する検出手段（２）とを備える。

【0008】

本第１発明においては、通常は対象物に正対させてその移動速度を測定するドップラーセンサを、通過する対象物に対してその側方から送信波を照射してドップラー周波数に比例した検出信号を得、この検出信号を移動平均フィルタ処理することで、煙や雨、背景ノイズ等の影響を受けることが少なく、簡単な演算で、かつ１台の通過検出装置によって、通過する対象物を確実に検出することができる。

【0009】

本第２発明の通過検出装置では、前記検出手段（２）は、移動平均フィルタ処理後の前記検出信号（１ａ）に対してさらに所定のテンプレートによるテンプレートマッチング処理を行い、当該テンプレートマッチング処理後の前記検出信号(１ａ)が所定の大きさ以上の時に前記対象物の識別とその通過を検出する。

【0010】

本第２発明においては、検出信号に対してテンプレートマッチング処理を行うことによって対象物の通過に加えて対象物がトラック、自動車、人等のいずれかであるかの識別も可能である。

【0011】

本第３発明の速度検出装置では、前記通過検出装置（Ｄ）を前記対象物の通行路に沿って所定距離離して一対設け、前記各通過検出装置（Ｄ）における前記対象物の通過検出の時間差と前記所定距離より、前記対象物の速度を検出する速度検出手段を設ける。

【0012】

本第３発明においては、通過する対象物の速度を検出することが可能となる。

【0013】

本第４発明の通過検出装置では、前記速度検出装置によって検出された速度に応じて前記テンプレートの時間軸を補正する補正手段（２）をさらに設ける。

【0014】

本第４発明においては、通過する対象物の速度が変化してもその通過の検出と識別をより確実に行うことができる。

【0015】

本第５発明の通過検出装置では、同一の前記対象物の速度に応じて補正した前記テンプレートを複数用意して前記テンプレートマッチング処理を行う。

【0016】

本第５発明においては、速度検出装置を使用することなく、ドップラーセンサの検出信号を複数の各テンプレートでテンプレートマッチング処理することで対象物の通過速度を推定することが可能である。

【0017】

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明の通過検出装置によれば、環境条件の影響を受けることが少なく、簡単な演算で、通過する対象物を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態における、通過検出装置の構成を示す斜視図である。

【図2】マイクロコンピュータの構成を示す図である。

【図3】検出信号の波形図である。

【図4】移動平均フィルタ処理を概念的に示す図である。

【図5】移動平均フィルタ処理されたトラック、乗用車通過時の検出信号の波形図である。

【図6】移動平均フィルタ処理された人通過時の検出信号の波形図である。

【図7】本発明の第２実施形態における、トラック、乗用車通過時の検出信号の波形図である。

【図8】人、トラック、乗用車通過時の正規化された検出信号の波形図である。

【図9】人のテンプレートを使用した際の、人通過時のテンプレートマッチング出力の波形図である。

【図10】人のテンプレートを使用した際の、トラック、乗用車通過時のテンプレートマッチング出力の波形図である。

【図11】本発明の第３実施形態における、速度測定のための通過検出装置の配置と検出信号の波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

【0021】

（第１実施形態）
通過検出装置の構成を図１に示す。本実施形態においては、通過検出装置Ｄは路上等に置かれる、拡径した基部Ｂ１を有する柱状の、移送可能なボラードＢ内に収容されている。ボラードＢ内の最上位置には市販のドップラーセンサ１が設けられて、その送受信部１１が、ボラードＢの外周に帯状に形成された電波透過可能な窓部Ｂ２に位置している。

【0022】

ドップラーセンサ１はボラードＢ内でその下方に設けられた、検出手段を構成するマイクロコンピュータ（マイコン）２に接続されており、マイコン２には下方に設けられたバッテリー等の電源３から給電されている。ドップラーセンサ１にはマイコン２を介して給電されている。図２に示すように、マイコン２は増幅回路２１、Ａ/Ｄ変換回路２２、プロセッサ２３、メモリ２４、通信モジュール２５を備えており、プロセッサ２３はメモリ２４を利用して後述する処理を行うとともに、処理結果を適宜、通信モジュール２５を介して中央処理装置等へ発信する。

【0023】

ドップラーセンサ１に内蔵される送信アンテナから出力されたマイクロ波の送信波は、対象物たる人や車両が通過する路面に略平行に、側方から対象物に入射し、対象物からの反射波はドップラーセンサ１内の受信アンテナで受信される。そして公知のヘテロダイン回路で検波されて、対象物の移動速度に応じた周波数（ドップラー周波数）に比例した検出信号１ａ（図２）が得られる。検出信号１ａはマイコン２の増幅回路２１で増幅され、Ａ/Ｄ変換回路２２でデジタル信号に変換されてプロセッサ２３に入力し、プロセッサ２３によって以下に説明する処理が行われる。

【0024】

図３には、ドップラーセンサ１の前方を、対象物としてのトラックと続いて乗用車が横切るように通過した場合に得られた検出信号１ａの一例を示す。図中１ａ1がトラック通過時、１ａ2 が乗用車通過時のものである。このような検出信号１ａに対してプロセッサ２３で移動平均フィルタ処理がなされる。

【0025】

図４は移動平均フィルタ処理を概念的に示すもので、図中の黒丸はサンプルされた検出信号１ａのデジタル信号列を示す。デジタル信号列は図４の（１）～（４）で示すように、本実施形態では５つのレジスタ２３１に順次送られて、前後５つのデジタル信号が加算器２３２で加算され平均化されて出力される。移動平均フィルタ処理された上記検出信号１ａを図５に示す。そこで、図５に示すように適当な閾値Ｔｈ1を設定すれば、検出信号１ａが閾値Ｔｈ1を越えた時に車両の通過を検出することができる。

【0026】

なお、車両の通過に限られず、ドップラーセンサ１の前を、間隔をおいて対象物としての人が横切った場合にも図６に示すような移動平均フィルタ処理後の検出信号１ａ3が得られるから、これに対して適当な閾値Ｔｈ2を設定すれば、車両に加えて人の通過を検出することも可能である。

【0027】

以上のように、本実施形態の通過検出装置は、ボラードＢ内に設けられて路上等に簡易に設置され、対象物の通過を、環境条件の影響を受けることなく、簡単な演算で、確実に検出して、交通状況を手軽に測定することができる。

【0028】

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で説明した通過検出装置Ｄに、通過する対象物や人を識別する機能を付与した構成について説明する。

【0029】

図６は既に説明したように、人が間隔をおいてドップラーセンサ１の前方を横切った場合のその検出信号１ａ3の一例を示すものであり、さらに図７にはトラックや乗用車が間隔をおいてドップラーセンサ１の前方を横切った場合のドップラーセンサ１の検出信号１ａ1,１ａ2の一例を示す。人の場合は検出信号１ａ3が相対的に長時間現れるのに対してトラック等の場合は検出信号１ａ1,１ａ2は極めて短時間であり、また、人では反射波が弱いので検出信号１ａ3の強度が低く、一方、トラック等は金属部で送信波が良好に反射されるために検出信号１ａ1,１ａ2の強度は大きい。

【0030】

そこで、図８に示すように、上記検出信号１ａ1,１ａ2, １ａ3の時間軸を合わせ、信号強度を正規化する。正規化された、人、トラック、乗用車に対するドップラーセンサ１の検出信号１ａ1,１ａ2, １ａ3は形状が相違しているから、次にテンプレートマッチングによって、検出信号１ａが歩行者、トラック、乗用車のいずれのものかを識別する。

【0031】

テンプレートマッチングは以下のように行う。例えば図８に示す人の検出信号１ａ3の信号波形は900個のサンプル信号値で構成されている。そこで、テンプレートｕを、下式（１）で示すような900個のサンプル信号値ｕ1～ｕ900を要素とするベクトルで表現する。なおテンプレートｕは一個の信号波形から作成しても良いし、複数個の信号波形の平均から作成しても良い。

【0032】

【数1】

【0033】

このようなテンプレートｕを使用すると、 ｎ番目のマッチング出力Ｑ[ｎ]は下式（２）で示すベクトルの内積で得られる。式中のｓ[ｎ]は検出信号１ａの、ｎ番目から（ｎ＋899）番目までの信号列を要素とするベクトルである。そして、このようなマッチング出力Ｑ[ｎ]は、テンプレートｕの信号列に最も近い信号列が検出信号１ａに現れると最大になる。

【0034】

【数2】

【0035】

人のテンプレートを使用してテンプレートマッチングを行った場合の、人通過時の検出信号１ａ3に対するマッチング出力Ｑ[ｎ]を図９に示し、トラック・乗用車通過時の検出信号１ａ1,１ａ2に対するマッチング出力Ｑ[ｎ]を図１０に示す。図９、図１０から明らかなように、人が通過する毎に検出信号１ａ3に対するマッチング出力Ｑ[ｎ]は大きくなるが、トラック・乗用車が通過しても検出信号１ａ1,１ａ2に対するマッチング出力Ｑ[ｎ]は小さいままである。そこで、図９、図１０に示すようにマッチング出力Ｑ[ｎ]に対して適当な閾値Ｔｈ3を設定し、これを超えた場合に人が通過したものと識別する。トラックや乗用車のテンプレートについても以上説明したのと同様に行う。

【0036】

このように本実施形態の通過検出装置Ｄによれば、ボラードＢ内に設けられて路上等に簡易に設置され、環境条件の影響を受けることなく、簡単な演算で、対象物の通過を確実に検出するとともに併せてその識別を行い、交通状況を手軽かつさらに詳細に測定することができる。

【0037】

（第３実施形態）
第１実施形態で示した通過検出装置Ｄを図１１（１）に示すように、通行路に沿って距離ｄ離れて一対設置すれば、各通過検出装置Ｄで得られる検出信号１ａの時間差Δｔ（図１１（２））より、ｖ＝ｄ/Δｔの演算で、通過する対象物の速度を検出することができる。このような速度検出装置は、各通過検出装置?の通信モジュール２５を介して接続される中央処理装置内に、あるいはいずれか一方の通過検出装置?のマイコン２内に構成することができる。この場合、第２実施形態で示した通過検出装置Ｄを通行路に沿って一対設置すれば、識別された対象物毎にその速度を検出することが可能である。

【0038】

（第４実施形態）
第３実施形態におけるテンプレートの波形（サンプル信号値）は車両や人の速度に応じて時間軸がある程度変化する。そこで、これを補正してさらに正確な識別を行う場合には、第３実施形態で説明したように通過検出装置Ｄを一対設けて車両や人の通過速度を検出し、これに基づいてテンプレートの時間軸を補正すると良い。

【0039】

（第５実施形態）
第３実施形態で説明したように、テンプレートの波形（サンプル信号値）は車両や人の速度に応じて時間軸が変化するが、各速度に応じた車両や人のテンプレートを予め用意しておいてテンプレートマッチングを行えば、通過検出装置Ｄを一台設けるだけで、車両や人の識別に加えてその速度を推定することが可能である。

【0040】

（その他の実施形態）
第１実施形態では通過検出装置をボラードに収容するようにしたが、コーン等に収容しても良く、収容形態は特に限定されない。ボラードやコーン等の移送設置可能なものに収容すれば任意の路面上等に設置することができる。

【符号の説明】

【0041】

１…ドップラーセンサ、２…マイクロコンピュータ（検出手段、補正手段）、１ａ…検出信号、Ｂ…ボラード、Ｄ…通過検出装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2023-04-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

横切るように通過する対象物に対してその側方から送信波を照射し、前記対象物で反射された反射波を受信してドップラー周波数に比例した検出信号を得るドップラーセンサと、前記検出信号を移動平均フィルタ処理して当該移動平均フィルタ処理後の前記検出信号に対して複数個のサンプル信号列で構成されたテンプレートによるテンプレートマッチング処理を行う検出手段を備え、前記テンプレートマッチング処理は、ベクトル表現された前記サンプル信号列と、これと同数のベクトル表現された前記検出信号の信号列の内積をマッチング出力として、当該マッチング出力が所定の大きさ以上の時に前記対象物が通過したことを検出するものである通過検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の前記通過検出装置を前記対象物の通行路に沿って所定距離離して一対設け、前記各通過検出装置における前記対象物の通過検出の時間差と前記所定距離より、前記対象物の速度を検出する速度検出手段を設けた速度検出装置。

【請求項3】

請求項２に記載の前記速度検出装置によって検出された速度に応じて前記テンプレートの時間軸を補正する補正手段をさらに設けた請求項１に記載の通過検出装置。

【請求項4】

同一の前記対象物の速度に応じて補正した前記テンプレートを複数用意して前記テンプレートマッチング処理を行う請求項１に記載の通過検出装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

上記目的を達成するために、本第１発明の通過検出装置（Ｄ）では、横切るように通過する対象物に対してその側方から送信波を照射し、前記対象物で反射された反射波を受信してドップラー周波数に比例した検出信号（１ａ）を得るドップラーセンサ（１）と、前記検出信号（１ａ）を移動平均フィルタ処理して当該移動平均フィルタ処理後の前記検出信号（１ａ）に対して複数個のサンプル信号列で構成されたテンプレート（ｕ）によるテンプレートマッチング処理を行う検出手段（２）を備え、前記テンプレートマッチング処理は、ベクトル表現された前記サンプル信号列と、これと同数のベクトル表現された前記検出信号の信号列の内積をマッチング出力（Ｑ［ｎ］）として、当該マッチング出力（Ｑ［ｎ］）が所定の大きさ以上の時に前記対象物が通過したことを検出するものである。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

本第１発明においては、通常は対象物に正対させてその移動速度を測定するドップラーセンサを、通過する対象物に対してその側方から送信波を照射してドップラー周波数に比例した検出信号を得、この検出信号を移動平均フィルタ処理することで、煙や雨、背景ノイズ等の影響を受けることが少なく、簡単な演算で、かつ１台の通過検出装置によって、通過する対象物を確実に検出することができる。そして、検出信号に対してテンプレートマッチング処理を行うことによって対象物の通過に加えて対象物がトラック、自動車、人等のいずれかであるかの識別も可能である。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】削除

【補正の内容】

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

本第２発明の速度検出装置では、前記通過検出装置（Ｄ）を前記対象物の通行路に沿って所定距離離して一対設け、前記各通過検出装置（Ｄ）における前記対象物の通過検出の時間差と前記所定距離より、前記対象物の速度を検出する速度検出手段を設ける。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0012】

本第２発明においては、通過する対象物の速度を検出することが可能となる。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

本第３発明の通過検出装置では、前記速度検出装置によって検出された速度に応じて前記テンプレート（ｕ）の時間軸を補正する補正手段（２）をさらに設ける。

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0014】

本第３発明においては、通過する対象物の速度が変化してもその通過の検出と識別をより確実に行うことができる。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0015】

本第４発明の通過検出装置では、同一の前記対象物の速度に応じて補正した前記テンプレート（ｕ）を複数用意して前記テンプレートマッチング処理を行う。

【手続補正11】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0016】

本第４発明においては、速度検出装置を使用することなく、ドップラーセンサの検出信号を複数の各テンプレートでテンプレートマッチング処理することで対象物の通過速度を推定することが可能である。

【手続補正書】

【提出日】2023-08-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

横切るように通過する対象物に対してその側方から送信波を照射し、前記対象物で反射された反射波を受信してドップラー周波数に比例した検出信号を得るドップラーセンサと、前記検出信号を移動平均フィルタ処理して当該移動平均フィルタ処理後の前記検出信号に対し、複数個のサンプル信号値を要素とするベクトルで表現されたテンプレートによるテンプレートマッチング処理を行う検出手段を備え、前記テンプレートマッチング処理は、前記テンプレートの信号列と、当該信号列と同数の前記検出信号の信号列を要素とするベクトルとの内積をマッチング出力として、当該マッチング出力が所定の大きさ以上の時に前記対象物が通過したことを検出するものである通過検出装置。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

上記目的を達成するために、本第１発明の通過検出装置（Ｄ）では、横切るように通過する対象物に対してその側方から送信波を照射し、前記対象物で反射された反射波を受信してドップラー周波数に比例した検出信号（１ａ）を得るドップラーセンサ（１）と、前記検出信号（１ａ）を移動平均フィルタ処理して当該移動平均フィルタ処理後の前記検出信号（１ａ）に対し、複数個のサンプル信号値を要素とするベクトルで表現されたテンプレート（ｕ）によるテンプレートマッチング処理を行う検出手段（２）を備え、前記テンプレートマッチング処理は、前記テンプレート（ｕ）の信号列と、当該信号列と同数の前記検出信号（１ａ）の信号列を要素とするベクトルとの内積をマッチング出力（Ｑ［ｎ］）として、当該マッチング出力（Ｑ［ｎ］）が所定の大きさ以上の時に前記対象物が通過したことを検出するものである。