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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】
(24)【登録日】2023-07-19
(45)【発行日】2023-07-27
(54)【発明の名称】監視装置
(51)【国際特許分類】
B61L 23/00 20060101AFI20230720BHJP
G01S 17/42 20060101ALI20230720BHJP
G01S 17/87 20200101ALI20230720BHJP
G01S 17/89 20200101ALI20230720BHJP
G06T 7/00 20170101ALI20230720BHJP
【ＦＩ】
B61L23/00 A
G01S17/42
G01S17/87
G01S17/89
G06T7/00 650B
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019113334
(22)【出願日】2019-06-19
(65)【公開番号】P2020203634
(43)【公開日】2020-12-24
【審査請求日】2022-04-04
(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】100109221
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 充広
(74)【代理人】
【識別番号】100181146
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 啓
(72)【発明者】
【氏名】木村 章紘
【審査官】岩田 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－１２２６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５０２５３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１９７４４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０９１５０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８１９９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０８７６０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６１Ｌ ２３／００
Ｇ０１Ｓ １７／４２
Ｇ０１Ｓ １７／８７
Ｇ０１Ｓ １７／８９
Ｇ０６Ｔ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
進路前方にレーザを照射して反射光を計測する光計測部と、前記光計測部の計測結果に基づいて進路前方の障害物の有無を判定する処理部とを備え、
前記処理部は、車両の移動速度と進路形状とに応じて、前記光計測部の走査範囲及び走査配置を設定し、
前記処理部は、進路に沿って設定した判定枠であって移動速度から算出される停止距離に所定の係数を掛けた距離に対応する前記判定枠をカバーするように、前記光計測部の前記走査範囲及び前記走査配置を設定する、監視装置。
【請求項2】
前記処理部は、車両の移動速度が所定以上となった場合に前記光計測部の前記走査範囲を狭める、請求項１に記載の監視装置。
【請求項3】
前記処理部は、移動速度の増加に応じて前記光計測部の前記走査範囲を段階的に狭める、請求項２に記載の監視装置。
【請求項4】
前記光計測部は、電子スキャン型のＬＩＤＡＲ装置である、請求項１～３のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項5】
前記車両は、前記進路である軌道上を移動する列車である、請求項１～４のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項6】
前記判定枠は、予め軌道に沿って設定され選択された第１判定枠であり、
前記処理部は、前記第１判定枠内で障害物となる物体を検出するとともに、軌道像を抽出することによって得た第２判定枠内で障害物となる物体を検出する、請求項１に記載の監視装置。
【請求項7】
前記光計測部は、前記第１判定枠が決定される対象である検出領域で計測を行い、前記処理部は、抽出された前記軌道像に基づいて前記検出領域内で前記走査範囲及び前記走査配置を設定する、請求項６に記載の監視装置。
【請求項8】
前記処理部は、前記第１判定枠に関して、前記軌道像の消失点を含むように前記走査範囲及び前記走査配置を設定する、請求項７に記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道その他の交通設備において前方に存在する障害物を監視する監視装置に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道の障害物用の監視装置として、観測画像データと背景画像データとの差分を算出し、両者の画素値の相違度が大きい前景領域を検出するとともに、前景領域が検出された観測画像データに対して軌道検出処理を施して軌道軸に対する前景領域内の点の位置又は軌跡を求めることにより、前景領域内の点が建築限界内に存在するか否かを判定するものが存在する（特許文献１参照）。
【0003】
自動車用の障害物検出装置として、赤外線による撮像結果に基づいて前方の障害物を検出する装置であって、自車が低速走行か高速走行かに応じて赤外線検出素子の検出領域又は走査範囲を変更するものがある（特許文献２参照）。車載用レーダ装置として、電波ビームを用いて前方の障害物を検出する装置であって、自車の速度や障害物までの距離に応じて電波ビームの走査範囲を変更するものもある（特許文献３参照）。
【0004】
しかしながら、特許文献１の監視装置の場合、画像処理が前提であり、差分を得るための背景画像について膨大なデータを蓄積する必要がある。また、特許文献２，３の装置では、走査範囲を狭める割合をある程度大きくしないと、計測頻度を走行速度に応じて高めることができなくなる。一方で、上記のような装置において走査範囲を狭め過ぎると、監視範囲を過度に狭めて検出性能が低下する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１６－５２８４９号公報
【文献】特開平８－１６４８０８号公報
【文献】特開平９－２９２４６１号公報
【発明の概要】
【0006】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、沿線に沿った背景画像のような膨大な画像データを前提とせず、最低限の計測頻度を確保しつつ必要な監視範囲を確保することができ、監視精度を高めることができる監視装置を提供することを目的とする。
【0007】
上記目的を達成するための監視装置は、進路前方にレーザを照射して反射光を計測する光計測部と、光計測部の計測結果に基づいて進路前方の障害物の有無を判定する処理部とを備え、処理部は、車両の移動速度と進路形状とに応じて、光計測部の走査範囲及び走査配置を設定する。
【0008】
上記監視装置では、処理部が車両の移動速度と進路形状とに応じて光計測部の走査範囲及び走査配置を設定するので、光計測部は移動速度等の状況に応じて必要な対象又は領域に絞って走査及び計測を行うことになり、光計測部による最低限の計測頻度を確保しつつ必要な監視範囲を確保することができ、監視精度を高めることができる。上記のようなレーザを照射して反射光を計測するタイプの光計測部を用いることにより、精細な情報が得られ、走査範囲及び走査位置も明確に設定することができる。
【0009】
本発明の具体的な側面では、処理部は、車両の移動速度が所定以上となった場合に光計測部の走査範囲を狭める。この場合、移動速度が許容限度となるまでは元の広域の走査範囲内で判定が可能になる。
【0010】
本発明の別の側面では、処理部は、移動速度の増加に応じて光計測部の走査範囲を段階的に狭める。この場合、走査範囲を段階的に狭めることにより、車両の様々な移動速度に対する適合度を高めることができる。
【0011】
本発明の別の側面では、光計測部は、電子スキャン型のＬＩＤＡＲ装置である。このようなＬＩＤＡＲ装置は、走査範囲の変更に高速で対応することができる。
【0012】
本発明のさらに別の側面では、処理部は、進路に沿って設定した所定距離に対応する判定枠をカバーするように、光計測部の走査範囲及び走査配置を設定する。この場合、進路と対象距離とを加味した判定枠を確保することができ、判定範囲の適正化を図ることができる。
【0013】
本発明のさらに別の側面では、処理部は、移動速度から算出される停止距離に所定の係数を掛けた距離に対応する判定枠をカバーするように、光計測部の走査範囲及び走査配置を設定する。この場合、車両の移動速度を加味して判定範囲の適正化を図ることができる。
【0014】
本発明のさらに別の側面では、車両は、進路である軌道上を移動する列車である。この場合、監視装置を搭載する車両は軌道を走る列車である。
【0015】
本発明のさらに別の側面では、処理部は、予め軌道に沿って設置された複数の判定枠から選択された第１判定枠内で障害物となる物体を検出するとともに、軌道像を抽出することによって得た第２判定枠内で障害物となる物体を検出する。第１判定枠を用いる場合、対象となる判定枠を予め準備した候補から選択するだけで判定枠を設定することになり、結果的に、判定枠内に障害物が存在するか否かの判定を迅速化することができる。また、第２判定枠を用いる場合、リアルタイムで判定枠を設定することになり、予め軌道に沿って複数の判定枠を設定したデータベースを準備する必要がなく、軌道及びその周辺の状況に対する即応性を高めることができる。
【0016】
本発明のさらに別の側面では、光計測部は、第１判定枠を設定する検出領域で計測を行い、処理部は、抽出された軌道像に基づいて第１判定枠の検出領域内で走査範囲及び走査配置を設定する。この場合、処理部は、第２判定枠の設定対象である検出領域で得た軌道像等に基づいて、第１判定枠の設定対象である検出領域内で走査範囲及び走査配置を設定することになる。。
【0017】
本発明のさらに別の側面では、処理部は、第１判定枠に関して、軌道像の消失点を含むように走査範囲及び走査配置を設定する。この場合、軌道が曲がっている場合を含めて走査範囲及び走査配置を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】列車に搭載された第１実施形態の監視装置を説明する概念的なブロック図である。
【図2】監視装置の本体を説明する概念的なブロック図である。
【図3】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１判定部及び第２判定部による判定範囲に相当する第１及び第２判定枠を説明する概念的な側面図及び正面図である。
【図4】（Ａ）は、第１判定部を構成する第１計測部の構造を例示する概念図であり、（Ｂ）は、第１計測部の最大計測領域を示す概念図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、走査範囲及び走査配置を変更した状態を説明する概念図である。
【図5】第１判定枠の変形例を説明する図である。
【図6】（Ａ）及び（Ｂ）は、低速時における第１判定枠及び走査領域の具体的な設定方法を説明する概念図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、中速時における第１判定枠及び走査領域の具体的な設定方法を説明する概念図であり、（Ｅ）及び（Ｆ）は、高速時における第１判定枠及び走査領域の具体的な設定方法を説明する概念図である。
【図7】（Ａ）及び（Ｂ）は、直線的な線路での消失点の具体的な検出方法を説明する図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、湾曲した線路での消失点の具体的な検出方法を説明する図であり、（Ｅ）及び（Ｆ）は、第２判定枠の具体的な設定方法を説明する図である。
【図8】（Ａ）は、線路を遮る遮蔽体のうち障害物とならないものを含む２次元画像図であり、（Ｂ）は、線路を遮る遮蔽体のうち障害物となるものを含む２次元画像図であり、（Ｃ）は、線路を遮るものではないが遮蔽体に準じた障害物として扱うべきものを説明する図である。
【図9】監視装置による監視動作を説明するフローチャートである。
【図10】走査領域の設定を説明するフローチャートである。
【図11】第２実施形態の監視装置を説明する概念的なブロック図である。
【図12】第１光計測部について走査領域の設定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
〔第１実施形態〕
図１に示すように、本発明の第１実施形態としての監視装置１００は、列車ＴＲに組み込まれた車上装置２００の一部である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態としての監視装置１００は、列車ＴＲに組み込まれた車上装置２００の一部である。
【0020】
監視装置１００は、各部の動作を統括に制御する車両制御装置３１と、列車ＴＲの現在速度を検出する車速検出部３４と、線路ＲＬ側に設けた地上子との間で通信を行って線路ＲＬ上の列車ＴＲの位置を検出する車上子３５と、不図示の列車運行管理システム又は指令所との間で通信を可能にする通信部３７と、列車ＴＲの前方の物体を検出する計測を行う第１光計測部４１と、列車ＴＲの前方及びその周辺の物体を検出する計測を行う比較的広域用の第２光計測部４２とを備える。車上装置２００は、監視装置１００を構成する上記要素３１，３４，３５，３７，４１，４２のほかに、列車ＴＲを加速するためのモーター等からなる駆動装置３２と、列車ＴＲを減速するためのブレーキ装置３３と、乗客等に向けて各種情報を伝達するための報知手段であるスピーカーや表示部といった車内出力部３６とを備える。
【0021】
車両制御装置３１は、運転手等の指示に基づいて列車ＴＲの各部を動作させ、列車ＴＲの適切な速度での走行や適切なタイミングでの停止を可能にするとともに、緊急時の自動列車停止機能を有する。車両制御装置３１は、車速検出部３４を利用した積算距離と車上子３５を利用した較正とによって、列車ＴＲの現在の走行位置及び走行速度を把握している。
【0022】
列車ＴＲの現在の走行位置については、上記のように車速検出部３４を利用するものに限らず、レーダその他の測距装置を用いた計測に際してドップラー効果を監視することによる速度値、ＧＰＳ信号のドップラー効果を利用した速度値等に基づくものとしてもよい。その他、ＲＦＩＤを利用した位置検出、みちびきその他の衛星測位による位置検出も可能である。また、車速検出部３４は、タコジェネレータのように車軸等に付随するものに限らず、上記ＧＰＳ信号のドップラー効果を利用した計測、みちびきその他の衛星測位による位置検出による速度計測等、様々な動作原理の各種速度センサーを用いて構成することができる。
【0023】
車両制御装置３１は、第１光計測部４１と連携して動作し第１判定部（存在判定部）を構成する。つまり、車両制御装置３１は、第１光計測部４１を利用して、進路である軌道又は線路ＲＬに沿った走行位置及び走行速度に応じて随時設定する所定の第１判定枠内に存在する物体を検出する。さらに、車両制御装置３１は、第２光計測部４２と連携して動作し第２判定部（配置判定部）を構成する。つまり、車両制御装置３１は、第２光計測部４２を利用して、進路である線路ＲＬ及びその周辺についての２次元又は３次元形状の測定結果から軌道像及びその消失点を抽出し、軌道像及び走行速度に応じて随時設定する所定の第２判定枠内に軌道像の遮蔽体が存在するか否かを判断する。
【0024】
図２に示すように、車両制御装置３１は、演算処理部１０１と、記憶部１０２と、入出力部１０３と、インターフェース部１０４とを備える。車両制御装置３１は、具体的には、走行制御用のプログラムを搭載したコンピューターを含み、走行制御用のプログラムには、一般的制御プログラムのほかに障害物等監視用のプログラムが付加されている。車両制御装置３１は、列車ＴＲの走行状態の制御を基本的な役割又は動作とするものであるが、以下では、車両制御装置３１を、主に障害物等の監視機能の側面から説明する。
【0025】
演算処理部１０１は、記憶部１０２に保管されたプログラムやデータに基づいて動作し、入出力部１０３やインターフェース部１０４から得た情報に基づいて処理を行い、処理の経過や結果を記憶部１０２に保管するとともに入出力部１０３に提示する。また、演算処理部１０１は、第１判定部として、プログラム等に基づいてインターフェース部１０４を介して図１の第１光計測部４１等を動作させ、図３（Ａ）に示すように線路ＲＬに沿って延び前方で車両限界に対応するサイズを有する第１判定枠ＡＲ１内に存在する進路前方の障害物を監視する。また、図２に示す演算処理部１０１は、第２判定部として、プログラム等に基づいてインターフェース部１０４を介して図１の第２光計測部４２等を動作させ、図３（Ａ）に示すように線路ＲＬに沿って第１判定枠ＡＲ１よりも遠く広い範囲をカバーする第２判定枠ＡＲ２内に存在する線路ＲＬの遮蔽体その他である進路前方の障害物を監視する。
【0026】
判定枠ＡＲ１，ＡＲ２を用いた監視の対象となる障害物は、列車ＴＲの進行又は走行を妨げるおそれがある物体であり、線路ＲＬに沿った車両限界内に存在するものには限られない。障害物としては、典型的には、人、車、落石、動物等を挙げることができ、ある程度以上の大きさを有する物体が対象となる。演算処理部１０１は、第１光計測部４１により取得した計測データに基づく第１判定枠ＡＲ１内における物体の有無の検知結果や、第２光計測部４２により取得した計測データに基づく第２判定枠ＡＲ２内における遮蔽体その他の障害物の検知結果から、列車ＴＲの進行方向前方に障害物があると判断すると、図１に示すブレーキ装置３３を動作させて車両を減速させたり停止させたりするとともに、車内出力部３６により、乗客に対して急ブレーキによる停止を行う旨の報知等を行う。つまり、演算処理部１０１を第１及び第２判定部として並列的に動作させることで、相互に補間しつつ判定の信頼性を高めることができる。
【0027】
図１を参照して、第１光計測部４１は、進路前方にレーザを照射して反射光を計測する装置であり、電子スキャン型のＬＩＤＡＲ(Light Detection and Ranging)装置を備える。具体的には、第１光計測部４１は、赤外又は可視域の光線を離散的に任意の方向に向ける走査系と、走査方向からの反射光を検出するセンサーとを備え、前景について距離画像を計測する。第１光計測部４１による計測結果は、走査の分解能によって画像というには若干粗いものとなる場合もあるが、このような分解能の低いもの（画素が少ないもの）も本願明細書において距離画像と呼ぶ。
【0028】
図４（Ａ）は、図１に示す第１光計測部４１に組み込まれる３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａの具体例を示す。３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａは、前景に対してレーザの光線を照射しつつ走査する照明装置１４４と、前景からの戻り光を検出する光検出装置１４７とを備える。照明装置１４４の光源装置１４４ａから射出されレンズ１４５及び走査デバイス１４４ｂを経た照明光ＢＰが走査光として前景の対象物に入射し、対象物からの反射光ＢＲがハーフミラー４９で折り曲げられて光検出装置１４７に届くまでの光の飛行時間（時間差）を走査方向ごとに検出することで、前景の各対象物までの距離を測定することができる。ここで、走査デバイス１４４ｂは、例えば液晶偏光回折素子である。液晶偏光回折素子は、２つの屈折率を持つフィルムと光の偏光状態を変える液晶素子とを多層積層したものであり、これを通過する光線の方向を離散的に任意の方向に変化させることができる。走査デバイス１４４ｂは、液晶偏光回折素子に代えてオプティカルフェーズドアレイ（OPA： Optical Phased Array）を用いたものであってもよい。オプティカルフェーズドアレイは、分岐によって複数のチャンネルを通過する光の位相をそれぞれ制御することにより、出力光ビームの方向を任意の方向に変化させることができる。
【0029】
図４（Ａ）に示す３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａは、図４（Ｂ）に示すような矩形の検出領域ＤＡ１内で検出又は計測を行うことができ、この検出領域ＤＡ１内で、２次元配列された多数の計測点（画素）ＰＸに関して対象までの距離を決定することができる。ここで、図４（Ｂ）に示す検出領域ＤＡ１は、図３（Ａ）に示す第１光計測部４１の画角ＦＡ１に相当するものである。第１光計測部４１の画角ＦＡ１は、第２光計測部４２の画角ＦＡ２の範囲内に収まるように設定されている。
【0030】
図４（Ａ）に示す走査デバイス１４４ｂは、図１に示す車両制御装置３１からの指令に基づいて動作し、走査範囲及び走査配置を画素単位で変更することができる。具体的には、図４（Ｃ）や４（Ｄ）に示すように、検出領域ＤＡ１内で任意の配置及びサイズの計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２を設定することができ、その外側ＯＡで検出動作を休止させることができる。検出動作が行われる計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２について、走査範囲ＳＲ１，ＳＲ２とは、計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２の面積や形状を意味し、計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２について、走査配置ＣＴ１，ＣＴ２とは、計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２の中心又は重心を意味する。図４（Ｂ）に示す検出領域ＤＡ１は、図４（Ａ）に示す走査デバイス１４４ｂによる基本走査領域又は最大計測領域ＳＡ１に相当するものとなっている。図４（Ｃ）及び４（Ｄ）に示すように、検出領域ＤＡ１について、本来の最大計測領域ＳＡ１を局所的な計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２に狭めることで、図４（Ａ）に示す走査デバイス１４４ｂ又は３次元計測装置４１ａによる信号処理速度又は計測速度を速めて距離画像の撮像時間を短縮し、距離画像の撮影頻度を高めることができる。
【0031】
図３（Ａ）に戻って、第１光計測部４１は、列車ＴＲの走行に伴って高速で距離画像の計測を行うので、列車ＴＲの前方の変化する前景について略リアルタイムで距離画像を出力することができる。第１光計測部４１による物体検出に際して列車ＴＲの前方進路に第１判定枠ＡＲ１を設定すれば、この第１判定枠ＡＲ１内に存在する物体又は障害物を抽出することができる。
【0032】
図１を参照して、第２光計測部４２は、画角内の対象表面までの距離を計測する装置であり、例えば視差を利用して距離情報を得るステレオカメラである。図２に示す演算処理部１０１は、図１に示す第２計測部４２によって得た２次元画像に基づいて所定サイズ以上のエッジ又はオブジェクトを抽出することができる。さらに、演算処理部１０１は、第２計測部４２によって得た一対の２次元画像の視差情報から、上記のように予め抽出したエッジ又はオブジェクトまでの距離を算出することができる。なお、第２計測部４２によって取得される２次元画像は、例えばグレースケールの輝度画像である。第２計測部４２は、列車ＴＲの走行に伴って高速で撮影及び視差計算を行うので、列車ＴＲの前方の変化する前景についてリアルタイムで２次元画像及び距離情報を計測することができる。第２光計測部４２による物体検出に際して列車ＴＲの前方進路に第２判定枠ＡＲ２を設定すれば、この第２判定枠ＡＲ２内に存在する遮蔽体その他の障害物を抽出することができる。
【0033】
図３（Ａ）及び３（Ｂ）を参照して、第１光計測部４１に関する第１判定枠ＡＲ１と、第２光計測部４２に関する第２判定枠ＡＲ２とについて説明する。
【0034】
第１光計測部４１を用いた監視における個々の第１判定枠ＡＲ１は、予め軌道に沿って設定され、軌道としての線路ＲＬ又は軌道中心ＲＣに沿って延びる四角錐状の領域である。第１判定枠ＡＲ１は、車両限界程度の範囲に設定されて、列車ＴＲの横幅程度の既定幅を有するとともに、列車ＴＲの高さ程度の既定高さを有する。第１判定枠ＡＲ１の奥行き距離Ｄ１は、移動速度又は制動距離との関係で設定されるが、例えば３０ｍ以上に設定することができる。第１判定枠ＡＲ１による判定は、中距離又は遠距離寄り中距離を対象とするものである。なお、第１判定枠ＡＲ１は、列車ＴＲの移動に伴って移動し、列車ＴＲの移動に伴う一連の第１判定枠ＡＲ１の集合である全体の第１判定枠群ＴＡ１は、四角柱状の領域となる。
【0035】
一方、第２光計測部４２を用いた監視における第２判定枠ＡＲ２は、進路に沿って設定され、３次元的に捉えた場合、軌道としての線路ＲＬ又は軌道中心ＲＣに沿って延びる四角柱状の領域であり、建築限界以上の範囲に設定されて、第１判定枠ＡＲ１を含んで広い範囲をカバーするものとなっている。つまり、第２判定枠ＡＲ２は、第１判定枠ＡＲ１やこれに連なる第１判定枠群ＴＡ１を含んで方位的により広い領域に設定され、かつ、第１判定枠ＡＲ１を含んでより遠い領域に設定されている。第２判定枠ＡＲ２の横幅は、線路ＲＬの横に数ｍ程度から数１０ｍ以上に広がったものとすることができ、第２判定枠ＡＲ２の奥行き距離Ｄ２は、移動速度又は制動距離との関係で設定されるが、例えば１００ｍ以上に設定することができる。第２判定枠ＡＲ２による識別は、近距離～長距離の広範囲を対象とするものである。
【0036】
第１判定枠ＡＲ１は、その前方端ＦＥ１が軌道としての線路ＲＬ上方をカバーするように軌道中心ＲＣを基準として設定されるものであり、列車ＴＲが線路ＲＬ上のどの地点に存在するかによって時々刻々と変化する。第１判定枠ＡＲ１は、線路ＲＬ上の走行位置の関数として与えられ、列車ＴＲ又は計測車を事前に走行させることで具体的に決定され、距離又は走行位置毎の第１判定枠データベースとして、図２に示す記憶部１０２等に保管される。実際の計測において、演算処理部１０１は、列車ＴＲの線路ＲＬ上の走行位置及び速度に基づいて記憶部１０２に保管された第１判定枠データベースから対応する第１判定枠ＡＲ１を読み出すことにより、走行位置等に対応する第１判定枠ＡＲ１を設定し、第１判定枠ＡＲ１をカバーするように第１光計測部４１を利用して計測を行い、第１判定枠ＡＲ１内に障害物その他の所定サイズ以上の物体が存在するか否かを判断する。
【0037】
第１判定枠ＡＲ１の範囲又は位置は、線路ＲＬの軌道中心ＲＣ上の適所を基準として、例えば１ｍといった線路ＲＬに沿った間隔又は刻みで設定することができる。線路ＲＬがカーブで曲がっている場合、曲がった線路ＲＬに沿って第１判定枠ＡＲ１が設定され、全体として弧を描くような第１判定枠群ＴＡ１となる。なお、列車ＴＲが大きく曲がる曲線区間では、本来第１判定枠ＡＲ１とすべき箇所が物陰に隠れる可能性があり、この場合、第１判定枠ＡＲ１の設定を行わず第１光計測部４１を用いた監視も一時的に中断させることができる。第１判定枠ＡＲ１が部分的に物陰に隠れる場合、第１判定枠ＡＲ１を部分的に有効にすることもできる。
【0038】
図５に示すように、第１判定枠ＡＲ１については、補助的な第１判定枠ＡＲ１１，ＡＲ１２を追加することもできる。補助的な第１判定枠ＡＲ１１，ＡＲ１２は、基本的な第１判定枠ＡＲ１に対して奥行き距離Ｄ１（図３（Ａ）参照）が異なるように設定されている。このように、距離が異なる複数の第１判定枠ＡＲ１，ＡＲ１１，ＡＲ１２を用いることで、各位置での障害物の有無の判定が可能になり、衝突危険性判断の確度を高めることができる。補助的な第１判定枠ＡＲ１１，ＡＲ１２の追加数については、図示のように２つに限らず、３つ以上とすることができる。補助的な第１判定枠を増やすことにより、検出範囲を広げることができるだけでなく、線路ＲＬがカーブで曲がっている場合に対処しやすくなる。
【0039】
図３（Ｂ）に戻って、第２判定枠ＡＲ２は、軌道としての線路ＲＬ及びその周辺をカバーするように軌道中心ＲＣを基準として設定されるものであり、列車ＴＲが線路ＲＬ上のどの地点に存在するかによって時々刻々と変化する。第２判定枠ＡＲ２は、列車ＴＲの走行に伴って、図２に示す演算処理部１０１によってリアルタイムで設定される。つまり、演算処理部１０１は、第２光計測部４２を利用して計測を行うことで前景画像及び距離情報を取得し、前景画像等から第２判定枠ＡＲ２を選択し、この第２判定枠ＡＲ２内において、線路ＲＬの消失点ＶＰを監視するとともに、線路ＲＬを遮る遮蔽体のような障害物であって、所定サイズ以上の物体が出現したか否かを判断する。第２判定枠ＡＲ２の範囲及び位置は、線路ＲＬの軌道中心ＲＣやその位置での軌道間隔に相当する画素幅等を基準として設定され、前方の線路ＲＬがカーブで曲がっている場合、曲がった状態に合わせて前方の線路ＲＬ全体を可能な限り包含するように設定される。第２判定枠ＡＲ２は、原則として線路ＲＬ及びその周囲を含むものとなっており、近距離領域、中距離領域、及び遠距離領域において、建築限界の外側に適宜のマージンを確保して広がったものとなっている。
【0040】
第２判定枠ＡＲ２は、２次元画像の処理において利用される場合、線路ＲＬの各点に対して規定される建築限界又はその周囲に適宜広がる領域である個々の近傍外縁要素を包括した２次元的な外縁に相当するものとなる。例えば前方の線路ＲＬが直線的に延びる場合、最も手前に存在する近傍外縁要素又は検出範囲に対応する最前領域ＦＦが２次元画像の処理における第２判定枠ＡＲ２となる。図示を省略するが、前方の線路ＲＬが右又は左に大きく曲がっている場合、２次元画像の処理における第２判定枠ＡＲ２は、最も手前に存在する近傍外縁要素又は検出範囲に対応する最前領域ＦＦから曲がった先の線路ＲＬを包含するようにはみ出した領域を有するものとなる場合もある。
【0041】
第２判定枠ＡＲ２の設定方法について説明する。図２に示す演算処理部１０１が、図１の第２光計測部４２により取得した計測データである２次元画像を用い、例えば所定サイズ以上のエッジを２次元画像から抽出するとともに、マッチング等の技術を利用して線路ＲＬを構成するレールＲＬａ，ＲＬｂの画像を抽出する。レールＲＬａ，ＲＬｂの画像を抽出できた場合、線路ＲＬの消失点ＶＰの位置を決定することができる。ここで、線路ＲＬの消失点ＶＰとは、原則として、レールＲＬａ，ＲＬｂの間隔（軌道間隔）が２次元画像の上側で所定画素以下となる点を意味し、線路ＲＬが水平方向に直線的に延びる場合、レールＲＬａ，ＲＬｂが収束する無限遠点に相当し、線路ＲＬが特定方向に大きく曲がって延びる場合、２次元画像の画面外となるか、線路ＲＬが前景物体に遮られた点となる。
【0042】
消失点ＶＰが２次元画像の上側で軌道間隔が所定画素以下となる場合、消失点ＶＰは、所定以上遠方にあるものとなる。消失点ＶＰが所定以上遠方にない場合、レールＲＬａ，ＲＬｂが近い場所で現実に又は画像上で途切れていることになり、線路ＲＬが終端していたり線路ＲＬの計測に異常が発生したりしている可能性がある。
【0043】
２次元画像から消失点ＶＰを得た場合、第２判定枠ＡＲ２の奥行き距離Ｄ１の設定が例えば無限大であるとき、図２に示す演算処理部１０１は、２次元画像において、線路ＲＬに沿って最も近接した位置から消失点ＶＰにかけて、レールＲＬａ，ＲＬｂに沿って車両限界等に準じた枠領域である近傍外縁要素を適宜の距離間隔又は画素間隔で順次設定し、上記近傍外縁要素を連ねた全体として枠内を第２判定枠ＡＲ２とする。
【0044】
図６（Ａ）～６（Ｆ）は、第１判定枠ＡＲ１及び検出領域ＤＡ１の具体例を説明する概念図である。第１判定枠ＡＲ１は、線路ＲＬの位置その他の情報の関数として与えられるものであり、具体的には、図２に示す記憶部１０２に保管された第１判定枠データベースから、列車ＴＲの先頭に関する現在の走行位置及び走行速度に対応する１つ以上の第１判定枠ＡＲ１を読み出すことで、第１光計測部４１又は３次元計測装置４１ａの画角ＦＡ１を基準とする座標として、前景ＦＳ上に設定される。第１判定枠ＡＲ１の範囲及び位置は、車両である列車ＴＲの走行速度（移動速度）と線路形状（進路形状）とを反映したものとなっている。前景ＦＳは、第２光計測部４２を利用して得た前景画像に相当するものであり、第２光計測部４２の画角ＦＡ２内で取得された画像に対応する。第１光計測部４１を利用して得た距離画像と、第２光計測部４２を利用して得た前景画像とは、同一物体に対する方位が一致するように予め関連づけられており、相互に座標変換可能になっている。
【0045】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す例では、列車ＴＲの走行速度が比較的小さく、第１判定枠ＡＲ１として、前景ＦＳに対して比較的大きなものが設定されている。これに対応して、図４（Ａ）に示す３次元計測装置４１ａによる検出領域ＤＡ１は、全体が第１走査領域として活用され、最大計測領域ＳＡ１で距離画像の計測が行われ、第１判定枠ＡＲ１も設定されている。
【0046】
図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示す例では、列車ＴＲの走行速度が中程度に大きく、第１判定枠ＡＲ１として、前景ＦＳ又は画角に対して制限された比較的小さなものが設定されている。第１判定枠ＡＲ１は、列車ＴＲの現在の走行速度や走行位置に応じて決定されている。これに対応して、図４（Ａ）等に示す３次元計測装置４１ａによる検出領域ＤＡ１において、一部に制限された局所的な計測領域ＳＡ１３，ＳＡ１４が第１走査領域として計測に活用され、この計測領域ＳＡ１３，ＳＡ１４で距離画像の計測が行われ、第１判定枠ＡＲ１も設定されている。この計測領域ＳＡ１３，ＳＡ１４は、車両である列車ＴＲの走行速度（移動速度）と線路形状（進路形状）とを反映したものとなっている。列車ＴＲの先頭から第１判定枠ＡＲ１の想定位置までの距離は、制動距離と空走距離との和である停止距離に対して所定の係数α（例えばα＝０．５）を掛けたものとなっている。３次元計測装置４１ａに設定する計測領域（例えば計測領域ＳＡ１３）は、第１判定枠ＡＲ１をカバーするような走査範囲及び走査配置に設定される。この際、３次元計測装置４１ａに設定する計測領域が第１判定枠ＡＲ１よりも過度に大きくならないようにすることで、計測時間のうち走査に要する時間要素を効率的に短縮でき、第１判定枠ＡＲ１内に存在する障害物の有無判定について更新時間を短くでき、障害物の監視に関する応答性を高めることができる。具体的な手法としては、第１判定枠ＡＲ１よりも広くなる第２判定枠ＡＲ２を利用して、第２判定枠ＡＲ２をカバーするような走査範囲及び走査配置を設定する。ここで、第１判定枠ＡＲ１及び第２判定枠ＡＲ２が消失点ＶＰを含む場合（図６（Ｃ）参照）、計測領域ＳＡ１３は、第１判定枠ＡＲ１を所定のマージンを確保しつつ囲むようなものとされる。第１判定枠ＡＲ１の外側又は第２判定枠ＡＲ２の外側に消失点ＶＰがある場合（図６（Ｄ）参照）、計測領域ＳＡ１４は、判定枠ＡＲ１，ＡＲ２と消失点ＶＰとを所定のマージンを確保しつつ囲むようなものとされる。
【0047】
図６（Ｅ）及び６（Ｆ）に示す例では、列車ＴＲの走行速度がさらに大きく、第１判定枠ＡＲ１として、最も小さなものが設定されている。このため、一部に制限された局所的な計測領域ＳＡ１５，ＳＡ１６が第１走査領域として計測に活用され、この計測領域ＳＡ１５，ＳＡ１６で距離画像の計測が行われている。ここで、第１判定枠ＡＲ１は、列車ＴＲの現在の走行速度や走行位置に応じて決定されている。第１判定枠ＡＲ１をカバーする計測領域ＳＡ１５，ＳＡ１６は、第１判定枠ＡＲ１と同様に、車両である列車ＴＲの走行速度と線路形状とを反映したものとなっている。第１判定枠ＡＲ１及び第２判定枠ＡＲ２が消失点ＶＰを含む場合（図６（Ｅ）参照）、計測領域ＳＡ１５は、第１判定枠ＡＲ１を所定のマージンを確保しつつ囲むようなものとされる。第１判定枠ＡＲ１の外側又は第２判定枠ＡＲ２の外側に消失点ＶＰがある場合（図６（Ｆ）参照）、計測領域ＳＡ１６は、判定枠ＡＲ１，ＡＲ２と消失点ＶＰとを所定のマージンを確保しつつ囲むようなものとされる。
【0048】
第１判定枠ＡＲ１は、列車ＴＲの移動に伴って時々刻々と変化する。つまり、図４（Ａ）等に示す３次元計測装置４１ａの検出領域ＤＡ１における計測領域も、列車ＴＲの走行速度（移動速度）と線路形状（進路形状）とを反映して変化する。３次元計測装置４１ａに設定する計測領域は、列車ＴＲの走行速度が下限の閾値以下の場合は、検出領域ＤＡ１の最大計測領域ＳＡ１とすることができ、列車ＴＲの走行速度が下限の閾値を超えた場合に、列車ＴＲの走行速度に応じて走査範囲が減少するようなものとする。つまり、列車ＴＲの移動速度が所定以上となった場合に第１光計測部４１の走査範囲が狭まり、かつ、列車ＴＲの走行速度の増加に伴って、例えば後述する第２判定枠ＡＲ２のサイズに比例するように計測領域ＳＡ１３の面積（走査範囲）が段階的に減少し、第２判定枠ＡＲ２の位置に合わせて計測領域ＳＡ１３の位置が移動する（具材的には、図６（Ｃ）～６（Ｆ）に示す計測領域ＳＡ１３～ＳＡ１６）。結果的に、図３（Ａ）に示す第１光計測部４１の走査範囲及び走査配置は、列車（車両）ＴＲの移動速度と進路形状とに応じて設定される。計測領域ＳＡ１３～ＳＡ１６のうち第１判定枠ＡＲ１よりも外側のマージンは、計測精度等を考慮して一定以上確保する必要があるが、これが狭くなるほど計測領域ＳＡ１３～ＳＡ１６の面積を減らすことになり、第１判定枠ＡＲ１内に存在する障害物の有無判定についての計測時間を短くすることができる。計測領域ＳＡ１３の外形は、正確な矩形に限らず、第２判定枠ＡＲ２の輪郭に合わせたようなものとすることができる。
【0049】
図７（Ａ）及び７（Ｂ）は、第２判定枠ＡＲ２等の設定に際して行われる線路ＲＬの消失点の具体的な検出方法を説明する概念図である。図７（Ａ）では、直線的に延びる線路ＲＬを構成する一対の直線状のレールＲＬａ，ＲＬｂが軌道像として示されている。図７（Ｂ）では、一対のレール（軌道像）ＲＬａ，ＲＬｂの映像が抽出されて点線で示す一対の近似線ＡＬのフィッティングが行われ、一対の近似線ＡＬの先端に消失点ＶＰが決定されている。図７（Ｃ）及び７（Ｄ）は、カーブに差し掛かった場合の消失点の検出方法を説明する概念図である。図７（Ｃ）では、直線的に延びる線路ＲＬを構成する一対のレールＲＬａ，ＲＬｂが軌道像として示されており、図７（Ｄ）では、一対の曲線状のレールＲＬａ，ＲＬｂの映像が抽出されて一対の近似線（点線）ＡＬのフィッティングが行われ、一対の近似線ＡＬの先端に消失点ＶＰが決定されている。なお、近似線ＡＬを延長することによって映像上一旦途切れたレールＲＬａ，ＲＬｂを連続的なものとして処理することもできる。
【0050】
実際の鉄道での第２判定枠ＡＲ２の設定に際しては、図３（Ａ）に示す第２光計測部４２によって得た２次元画像内に複数の線路が写り込んでいる場合がある。このような場合であっても自己の列車ＴＲが走行する線路ＲＬのレールＲＬａ，ＲＬｂを適切に絞り込んで抽出できるように、図２に示す演算処理部１０１は、近距離側に線路判定枠ＡＲ３を設けて線路判定枠ＡＲ３から始まる一対のレールＲＬａ，ＲＬｂのみを選択する。これにより、自己の列車ＴＲが走行する線路ＲＬに対応する適正な１つの消失点ＶＰを決定することができ、障害物の有無に関する判定精度を高めることができる。なお、複数の線路が写り込んでいる結果として複数の消失点が検出されても、制動関連情報が増えるだけであり、運転上の支障が生じないような運用が可能である。
【0051】
図７（Ｅ）及び７（Ｆ）は、第２判定枠ＡＲ２の設定方法を説明する概念図である。図７（Ｅ）に示す直進の場合と、図７（Ｆ）に示すカーブの場合とにおいて、２次元画像から抽出された軌道像に基づいて線路ＲＬに沿って設定される多数の近傍外縁要素ＣＥを示している。近傍外縁要素ＣＥの集合の外縁の範囲内が第２判定枠ＡＲ２となる。図示を省略するが、第２判定枠ＡＲ２は、列車ＴＲの走行速度が比較的小さい場合、前景ＦＳに対して比較的大きなものとして設定され、列車ＴＲの走行速度が比較的小さい場合、前景ＦＳに対して比較的小さなものとして設定される。列車ＴＲから第２判定枠ＡＲ２までの距離は、制動距離と空走距離との和である停止距離に対して所定範囲の係数βを掛けたものとすることができる。例えばβ＝０．４～∞とした場合、第２判定枠ＡＲ２を構成する最前領域ＦＦまでの距離は、停止距離×０．４となり、第２判定枠ＡＲ２を構成する最後矩形領域までの距離は、無限大となる。
【0052】
図８（Ａ）及び８（Ｂ）を参照して、線路ＲＬを遮る遮蔽体について説明する。図８（Ａ）に示す例では、線路ＲＬの消失点ＶＰよりも手前に電柱状の遮蔽体ＣＯ１が存在する。なお、図示を省略しているが、前景ＦＳについては、２次元的な第２判定枠ＡＲ２が設定されている。図３（Ａ）に示す第２光計測部４２から遮蔽体ＣＯ１の線路ＲＬを横切る部分ＣＯ１ａ迄の距離Ｌ１１と、第２光計測部４２から部分ＣＯ１ａによって途切れた線路ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ１迄の距離Ｌ１２とは、図３（Ａ）に示す第２光計測部４２によって得た２次元画像の視差から判定することができる。図２に示す演算処理部１０１は、第２判定部として、部分ＣＯ１ａ迄の距離Ｌ１１と部分ＣＯ１ａが遮っている軌道位置ＣＰ１迄の距離Ｌ１２との差である距離差Δが所定の上限値（例えば列車ＴＲの横幅）を超えて大きくなっているときは、遮蔽体ＣＯ１が前景の物体であり３次元的な第２判定枠ＡＲ２の外側にある見かけ上のものと判断し、線路ＲＬ上を進行する列車ＴＲにとっての障害物ではないと判断する。
【0053】
図８（Ｂ）に示す例では、線路ＲＬの消失点ＶＰよりも手前に別の遮蔽体ＣＯ２が存在する。図３（Ａ）に示す第２光計測部４２から遮蔽体ＣＯ２迄の距離Ｌ２１と、第２光計測部４２から遮蔽体ＣＯ２によって途切れた線路ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ２迄の距離Ｌ２２とは、第２光計測部４２によって得た２次元画像の視差から判定することができる。図２に示す演算処理部１０１は、第２判定部として、遮蔽体ＣＯ２迄の距離Ｌ２１と遮蔽体ＣＯ２が遮っている軌道位置ＣＰ２迄の距離Ｌ２２との差である距離差Δが所定の上限値以下であるときは、遮蔽体ＣＯ２が線路ＲＬ上に横たわり或いは線路ＲＬを覆っていると判断し、線路ＲＬ上を進行する列車ＴＲにとっての障害物であると判断する。この場合、遮蔽体ＣＯ２と線路ＲＬとの距離が近い場合に限って障害物と判断することになり、障害物判定精度を高めることができる。
【0054】
以上の処理において、第２判定部である図２に示す演算処理部１０１は、図７（Ｅ）及び７（Ｆ）に示すような第２判定枠ＡＲ２内に遮蔽体ＣＯ２が存在する場合に、遮蔽体ＣＯ２を障害物であると判断するので、第２判定枠ＡＲ２によって列車ＴＲが通過する領域に検出範囲を絞ることができ、障害物の有無に関する判定範囲が過度に広がることを防止できる。なお、前景とされる遮蔽体ＣＯ１や障害物の候補とされる遮蔽体ＣＯ２は、線路ＲＬのレール（軌道像）ＲＬａ，ＲＬｂの双方を遮蔽するものに限らず片方を遮蔽するようなものであってもよい。演算処理部１０１による判定処理の対象となる遮蔽体ＣＯ１，ＣＯ２は、レールＲＬａ，ＲＬｂのサイズを基準として所定以上のサイズを有するものであれば、障害物となる可能性があるとして候補に加えられる。
【0055】
図８（Ｃ）は、線路ＲＬを遮るものではないが遮蔽体に準じた障害物として扱うべきものを説明する図である。この場合、図３（Ａ）に示す第２光計測部４２によって得た２次元画像において、線路ＲＬの消失点ＶＰよりも手前であって線路ＲＬに隣接した箇所に所定以上に大きな周辺物体ＣＯ３が存在する。図２に示す演算処理部１０１は、２次元画像中からこの種の周辺物体ＣＯ３を抽出し、第２光計測部４２から周辺物体ＣＯ３迄の距離Ｌ３１に対して線路ＲＬ上の点を決定し、この距離Ｌ３１に対応する単一の又は隣接する複数の近傍外縁要素ＣＥ又は第２判定枠ＡＲ２を特定し、かかる近傍外縁要素ＣＥの範囲内又は第２判定枠ＡＲ２内に周辺物体ＣＯ３の画像が存在するか否かを判断する。演算処理部１０１は、上記のように特定された近傍外縁要素ＣＥ等の範囲内に周辺物体ＣＯ３の画像が存在すると判断した場合、この周辺物体ＣＯ３を、線路ＲＬ上を進行する列車ＴＲにとっての障害物又はそれに準じた物であると判断する。この場合も、第２判定部である演算処理部１０１は、近傍外縁要素ＣＥ又は第２判定枠ＡＲ２内に周辺物体ＣＯ３が存在する場合に、周辺物体ＣＯ３を障害物又はそれに準じた物であると判断するので、近傍外縁要素ＣＥ又は第２判定枠ＡＲ２によって列車ＴＲが通過する領域又はその近隣に検出範囲を絞ることができる。
【0056】
図９を参照して、走行時における障害物検出又は障害物判定の動作について説明する。図２に示す演算処理部１０１は、図１に示す車速検出部３４等を利用して列車ＴＲの走行位置と走行速度とを取得する（ステップＳ２１）。次に、演算処理部１０１は、第１光計測部４１について、ステップＳ２１で得た走行位置及び走行速度に基づいて走査領域を設定する（ステップＳ２２）。次に、演算処理部１０１は、第１光計測部４１を利用して走査領域内で距離画像を計測する（ステップＳ２３）。列車ＴＲの前方に物体が存在する場合、その物体の方位（角度）や距離が得られる。その後、演算処理部１０１は、ステップＳ２１で得た走行位置及び走行速度に対応する第１判定枠ＡＲ１を距離画像に対して設定するとともに、ステップＳ２３で得た物体の方位及び距離が設定した第１判定枠ＡＲ１内であるか否かを判断する（ステップＳ２４）。ここで、第１判定枠ＡＲ１は、記憶部１０２に保管した第１判定枠データベースを利用して設定され、第１判定枠データベースは、例えば事前走行によって走行位置ごとに第１判定枠ＡＲ１の方位等を紐付けて記録したものとなっている。
【0057】
演算処理部１０１は、第１判定枠ＡＲ１内に物体が存在すると判断した場合（ステップＳ２４でＹｅｓ）、入出力部１０３を介して運転手に線路上に障害物が存在することを警報出力する（ステップＳ２５）。この際、演算処理部１０１は、ブレーキ装置３３を適宜動作させて列車ＴＲに緊急停止を行わせることができる。
【0058】
演算処理部１０１は、第１判定枠ＡＲ１内に物体が存在しないと判断した場合（ステップＳ２４でＮｏ）、ステップＳ２１に戻って列車ＴＲの走行位置及び走行速度を取得する処理を再開する。以上の処理は、列車ＴＲの運用走行が完了するまで繰り返される（ステップＳ２８でＮｏ）。
【0059】
距離画像の取得や第１判定枠ＡＲ１内における物体の有無判定（ステップＳ２２～Ｓ２４）と並行して、演算処理部１０１は、第２光計測部４２を利用して走査領域内で２次元画像や視差を計測する（ステップＳ２６）。演算処理部１０１は、得られた２次元画像等に基づいて、第２判定枠ＡＲ２を設定するとともに、第２判定部として、２次元画像から消失点ＶＰを検出し、第２判定枠ＡＲ２内に列車ＴＲにとっての障害物があるか否かを判断する（ステップＳ２７）。つまり、消失点ＶＰの手前に遮蔽体（例えば遮蔽体ＣＯ２）が存在し、かつ、遮蔽体迄の距離Ｌ２１と遮蔽体ＣＯ２によって途切れた線路ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ２迄の距離Ｌ２２との距離差Δが、所定の上限値以下であるか否かを判断する。
【0060】
演算処理部１０１は、第２判定枠ＡＲ２内に障害物があると判断した場合（ステップＳ２７でＹｅｓ）、入出力部１０３を介して運転手に線路ＲＬ上に障害物が存在することを警報出力する（ステップＳ２５）。障害物が存在しないと判断された場合（ステップＳ２７でＮｏ）、ステップＳ２１に戻る。
【0061】
図１０を参照して、図１０のステップＳ２２における走査領域の設定について詳細に説明する。演算処理部１０１は、記憶部１０２に保管された第２光計測部４２からの１フレーム前の２次元画像及び線路形状を読み出す（ステップＳ４１）。演算処理部１０１は、列車ＴＲの走行速度から前方走査距離を算出する（ステップＳ４２）。この前方走査距離は、制動距離と空走距離との和である停止距離に対して係数βの最小値（例えばβ＝０．４）を掛けたものとなっている。演算処理部１０１は、前フレームについて暫定的な第２判定枠ＡＲ２を計算し、又はステップＳ２７で設定済みの第２判定枠ＡＲ２を読み出す（ステップＳ４３）。演算処理部１０１は、暫定的な第２判定枠ＡＲ２を計算した１フレーム前の線路形状から消失点を決定し、又はステップＳ２７で検出済みの消失点を読み出し、消失点がステップＳ４３で得た暫定的な第２判定枠ＡＲ２外にあるか否かを判断する（ステップＳ４４）。消失点がステップＳ４３で得た暫定的な第２判定枠ＡＲ２内にある場合（ステップＳ４４でＮｏ）、暫定的な第２判定枠ＡＲ２をカバーするような走査範囲及び走査配置を確保するものとして走査領域を設定する（ステップＳ４５）。ステップＳ４５で設定する走査領域は、例えば図６（Ｃ）及び６（Ｅ）に示す計測領域ＳＡ１３，ＳＡ１５のようなものとなる。一方、消失点がステップＳ４３で得た暫定的な第２判定枠ＡＲ２外にある場合（ステップＳ４４でＹｅｓ）、暫定的な第２判定枠ＡＲ２と消失点とをカバーするような走査範囲及び走査配置を確保するものとして走査領域を設定する（ステップＳ４６）。ステップＳ４６で設定する走査領域は、例えば図６（Ｄ）及び６（Ｆ）に示す計測領域ＳＡ１４，ＳＡ１６のようなものとなる。以上において、走査領域を設定するための暫定的な第２判定枠ＡＲ２と、障害物があるか否かを判断するための実測の第２判定枠ＡＲ２（図１１のステップＳ２８参照）とは、近似するが原則として異なるものとなる。つまり、演算処理部１０１は、以前の測定結果から軌道像を抽出して上記暫定的な第２判定枠ＡＲ２を設定し、第１光計測部４１の走査範囲及び走査配置を設定するとともに、第１判定枠ＡＲ１内で障害物となる物体を検出する。
【0062】
以上で説明した第１実施形態の監視装置１００では、演算処理部１０１が列車（車両）ＴＲの移動速度と進路形状とに応じて第１光計測部４１の走査範囲及び走査配置を設定するので、第１光計測部４１は移動速度等の状況に応じて必要な対象又は領域に絞って走査及び計測を行うことになり、第１光計測部４１による最低限の計測頻度を確保しつつ必要な監視範囲又は第１判定枠ＡＲ１を確保することができ、監視精度を高めることができる。なお、レーザを照射して反射光を計測するタイプの第１光計測部４１部を用いることにより、精細な情報が得られ、走査範囲及び走査位置も明確に設定することができる。
【0063】
第１実施形態では、第１光計測部４１による計測で用いられる第１判定枠ＡＲ１ついて、予め軌道に沿って設定されデータベースから随時読み出されるとしたが、第２光計測部４２によって得た２次元画像から第１判定枠ＡＲ１を決定することができる。
【0064】
〔第２実施形態〕
以下、図１１を参照して、第１実施形態を変形した第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る監視装置１００は、図１に示すような第２光計測部４２を省略し、単独の第１光計測部４１によって前方の対象領域全体をカバーする点で、第１実施形態の装置と異なる。第２実施形態の装置において、第１実施形態の装置と共通する点については、詳細な説明を省略する。
以下、図１１を参照して、第１実施形態を変形した第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る監視装置１００は、図１に示すような第２光計測部４２を省略し、単独の第１光計測部４１によって前方の対象領域全体をカバーする点で、第１実施形態の装置と異なる。第２実施形態の装置において、第１実施形態の装置と共通する点については、詳細な説明を省略する。
【0065】
この場合、図１２に示すように、次に設定すべき第１判定枠ＡＲ１ｎに関する情報を利用して、この第１判定枠ＡＲ１ｎをカバーし、かつ、その外側に所定のマージンＭＡを確保した領域として、第１光計測部４１の検出領域ＤＡ１内において計測領域ＳＡ１ｎつまり走査範囲及び走査配置を設定する。この場合、計測領域ＳＡ１ｎは、必ずしも消失点を含むようなものとならないが、例えば第１判定枠ＡＲ１ｎの奥行きを遠方まで伸ばすことで、実質的には消失点を含むように第１光計測部４１の走査範囲及び走査配置を設定することができる。
【0066】
この発明は、上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
【0067】
車上装置２００は、不図示の列車運行管理システムの制御下で、列車ＴＲの自動運転を可能としており、自動運転については、運転士を乗せた状態で行う場合のほか、運転士がいない完全無人の自動運転も含み得るものとしている。自動運転については、運行区間の全体を運転士がいない完全無人の自動運転とする場合のほか、運行区間の一部を、運転士を乗せた状態で自動運転とする場合や、運行区間の一部については、自動運転とせず、運転士による通常運転とすることも考えられる。
【0068】
監視装置１００は、車上装置２００に組み込まずに、遠隔の列車運行管理システム側に部分的に組み込むこともできる。
【0069】
監視装置１００による監視対象は、鉄道の線路ＲＬに限らず、路面電車用の軌道であってもよい。
【0070】
上記実施形態の監視装置１００は、列車ＴＲの進路を監視するものとしたが、本発明の監視装置は、列車に限らず、自動車その他の車両の進路を監視するものとして用いることができる。この際、線路に代えて車線等を利用して判定枠を決定することができる。
【0071】
第１及び第２光計測部４１，４２を用いる障害物の有無の判定は、第１及び第２判定枠ＡＲ１，ＡＲ２を前提としないようなものであってもよい。この場合、第１光計測部４１による計測領域ＳＡ１３～ＳＡ１６や、第２光計測部４２による計測領域の全体において、障害物の有無の判定が行われることになる。
【0072】
第１光計測部４１による計測領域ＳＡ１３～ＳＡ１６の輪郭は、上記のような矩形に限らず、目的や用途に応じて適宜の形状とすることができる。
【0073】
第１光計測部４１による計測領域ＳＡ１３～ＳＡ１６の範囲や配置は、段階的に変化させるものに限らず、連続的に変化させることができ、計測領域ＳＡ１３～ＳＡ１６の範囲変化も相似的に変化するものに限らず、状況に応じて必要な監視領域を確保できるようなものとすることができる。
【0074】
第１光計測部４１は、オプティカルフェーズドアレイや液晶偏光回折素子に限らず光線制御が可能なデバイスを備えて構成されるものであってもよい。また、第２光計測部４２は、ＴＯＦカメラで構成されるものであってもよい。
【0075】
以上では、消失点ＶＰの手前に遮蔽体ＣＯ２が存在する場合に、障害物となる可能性があるとしたが、遮蔽体ＣＯ２が消失点を兼ねている場合も、遮蔽体ＣＯ２が障害物となる可能性があると判断してもよい。この場合も、遮蔽体ＣＯ２迄の距離Ｌ２１と、遮蔽体ＣＯ２によって途切れた線路ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ２迄の距離Ｌ２２との距離差Δが所定の上限値以下であることが障害物であると判断する前提条件となる。
【0076】
進路前方の障害物の判定は、線路ＲＬ近辺にあるものに限らず、線路ＲＬから離れた物体が線路ＲＬに近接しつつある状態を監視するようなものであってもよい。この場合、線路ＲＬに進入する物体を移動軌跡によって追跡するようなものとなる。
【符号の説明】
【0077】
３１…車両制御装置、 ３４…車速検出部、 ３７…通信部、 ４１…第１光計測部、 ４１ａ…３次元計測装置、 ４２…第２光計測部、 ４２ａ…３次元ＬＩＤＡＲ装置、 １００…監視装置、 １０１…演算処理部、 １０２…記憶部、 １０３…入出力部、 １０４…インターフェース部、 ２００…車上装置、 ＡＲ１…第１判定枠、 ＡＲ２…第２判定枠、 ＣＥ…近傍外縁要素、 ＣＯ１，ＣＯ２…遮蔽体、 ＣＯ３…周辺物体、 ＣＴ１，ＣＴ２…走査配置、 ＤＡ１…検出領域、 ＦＡ１，ＦＡ２…画角、 ＦＦ…最前領域、 ＦＳ…前景、 ＯＡ…外側、 ＰＸ…画素、 ＲＣ…軌道中心、 ＲＬ…線路、 ＲＬａ，ＲＬｂ…レール、 ＳＡ１…最大計測領域、 ＳＡ１１，ＳＡ１２…計測領域、 ＳＡ１３～ＳＡ１６…計測領域、 ＳＲ１，ＳＲ２…走査範囲、 ＴＡ１…判定枠群、 ＴＲ…列車、 ＶＰ…消失点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】