【発明の詳細な説明】
磁力計車両検出器
発明の背景
本発明は、道路車両検出器、特に道路上の車両を検出する磁力計検出器に関す
る。
本発明の交通車両検出器は、乗用車、トラック、バスなど、車両の有無を検出
する発振回路内で、コンデンサとともに電気誘導子の働きをするワイヤ・ループ
で構成されている。このような検出システムでは、舗装面に設けた通常８つの切
り込み部にワイヤ・ループを挿入して、舗装面下にワイヤ・ループを設置する必
要がある。小型車両を検出できるだけの感度を得るには、１辺の長さが約４フィ
ートの矩形ループが必要である。
ワイヤ・ループ自体には、故障率が高いという問題がある。故障の原因は、舗
装の隆起および舗装材料とワイヤとの膨張率の差である。温度が極端に上昇した
り、低下したりすると、ワイヤは断線する。ワイヤ・ループの障害が発生した場
合には、故障した第１のループから外れた位置に交換用ループを設置する必要が
ある。所定位置にあるループを交換するのは非常に困難であるため、前述のよう
な外れた位置に交換用ループを配置する。ところが、交換用ループを外れた位置
に設けると、最適な配置ではなくなり、その結果、車両検出の精度および確度が
低下する。
ワイヤ・ループを利用して情報収集を行う交通技術者は、車両の有無について
の情報だけでなく、車両の台数、速度、車間距離または進行方向、占有度、車両
の種別などの情報も必要としている。車両台数はワイヤ・ループで知ることがで
きるが、速度は車両が２点間を通過するに必要な時間によって決まるため、単一
のループで車両の速度を知ることは不可能である。ループ２つでも、通過車両の
正確な速度を知る上で十分な時間的分解能を得ることはできない。車間距離は、
同一車線内にある車両間の距離であり、現在のワイヤ・ループには、車間距離、
特に相互に接近した車両間の距離を正確に測定する間隔分解能が不足している。
占有度は、走行中または停止中の車両が車線内にあるかないかを示す尺度である
。現在のワイヤ・ループ検出器は、一定速度以下の車両を正確に検出する能力に
乏しく、したがって、停止している車両を必ずしも検出できるとは限らない。ま
た、ワイヤ・ループでは、ループ上を通過する車両の車種に関する情報を得るこ
とができない。これは、特に検出信号のＳＮ比が相対的に低い場合、測定コイル
では車両の特徴を明らかにすることができないためである。
発明の概要
本発明においては、道路や高速道路の各車線に１つまたは複数の磁力計、特に
磁気抵抗検出器を配置する必要がある。この検出器は、高速道路内の標準的な切
り込み溝に配置する場合と、舗装下の路床を横切って設置した管内に挿入する場
合とがある。そのほかの磁力計と比較すると、磁気抵抗トランスデューサが有利
である。磁気抵抗センサは小型のパーマロイ磁力計であって、標準幅の舗装切り
込み部に収まるように作製することができる。複数のパーマロイ磁力計を１本の
ケーブルで接続し、所定の間隔で配置して、車両の特定のパラメータを測定する
ことができる。パーマロイ磁気抵抗センサはソリッド・ステート・センサであり
、低コストで製作することができる。従来技術によるフラックス・ゲート磁力計
とは異なり、現在の磁気抵抗センサのトラスデューサ・サポート用電子装置は、
磁力計ユニット内に収められている。設備内の同一ケーブルに複数のループを追
加するにしたがって、ワイヤ・ループの感度が減少する。
ワイヤ・ループと比較して、磁力計には数々の有利点および特徴がある。鋼材
を含むブリッジ・デッキやデッキ舗装にループ用の切れ込み部を設けられないブ
リッジ・デッキでは、磁力計が有効である。もろい舗装では、通常のワイヤに比
べて磁力計の寿命が長い。磁力計では、道路に設置するのに、舗装に切れ込みを
入れる必要がほとんどないうえ、切り込み部の直線長さが非常に短くてすむ。磁
力計はワイヤ・ループ・センサに比べて感度が高い（すなわち、磁力計では、自
転車を検出することもできる）。このように感度が高いと、ＳＮ比が高くなり、
したがってより正確なデータを収集することが可能となる。磁力計によれば、わ
ずかに１フィート離れた２台の車両をそれぞれ別々に検出できる。また、磁力計
は走行していない車両でも正確に感知可能である。磁力計を浅く埋設すると、車
両が磁力計上を通過するときの信号の主な構成要素として現われる様々な磁気磁
力計パターンから車種別、モデル別に車両を識別することができる。
図面の簡単な説明
第１図は、従来技術のワイヤ・ループ検出器を道路に設置した通常の状態を示
す図である。
第２図は、本発明の道路設備を示す図である。
第３図は、磁気抵抗センサを道路に設置した状態を示す図である。
第４ａ図ないし第４ｃ図は、道路で使用する磁気抵抗センサをパッケージに入
れた状態を示す図である。
第５図は、道路に磁気抵抗センサを配置するのに使用する管の埋設状況を示す
図である。
第６図は、複数の磁気抵抗センサの配置状態を示す図である。
第７図は、車両がセンサ上を通過することにより、３軸磁力計から発生する信
号である。
第８図は、一直線上に配置した単軸磁気抵抗センサから生成する車両の磁力計
パターン（signature）の例である。
第９ａ図ないし第９ｅ図は、トラックの代表的な磁力計パターンである。
第１０ａ図ないし第１０１図は、各種車両の代表的な磁力計パターンである。
第１１図は、磁力計センサ制御装置のブロック線図である。
第１２図は、制御装置のマイクロコンピュータの信号処理ブロック線図である
。
第１３図は、閉ループ磁気抵抗センサの回路図である。
第１４図は、開ループ磁気抵抗センサの回路図である。
好ましい実施形態の説明
第１図は、ループ検出器１４を道路１２に設置した代表例を示す図である。セ
ンサ１４のワイヤ・コイルを埋設するには、ループ１４に、少なくとも長さ４フ
ィートの舗装切り込み部４箇所と、長さ約１フィートのコーナ舗装切り込み部が
４箇所必要である。また、道路１２の縁部からループ１４に至る長い舗装切り込
み部１６が必要である。車線間グループでは、舗装切り込み部が道路１２の他の
１つまたは複数の車線を横切ることがある。
第２図は、本発明１０の１つの構成を道路12に設置した状態を示している。車
線ごとに、磁気抵抗（ＭＲ）センサ１０が設置されている。各車線２１、２２、
および２３ごとに、ＭＲセンサ１０が、ハンドホール１８に達する接続ワイヤが
付いた切り込みスロット１６を介して道路の縁部に接続されている。センサから
出た配線はハンドホール１８から例えば制御装置／エミュレータ標準モデル１７
０、すなわち'３８６Ｄｅｌｌ コンピュータ補足システムである制御装置２０ま
で延びている。配線はシステム２０から交通管制センターまで延びている。
第３図は、道路１２に埋め込んだＭＲセンサ１０の拡大図である。道路１２に
設けた標準的な菱形切り込みスロット１６は、深さが約３／４〜１インチ、幅が
３／８インチある。これは、幅が約１／４インチ、深さが５／１６インチ、長さ
が２インチのＭＲ検出器１０を挿入するのに十分な寸法である。検出器１０およ
びこれに対応する接続リード線２４をスロット１６に挿入した後、スロット１６
にエポキシ樹脂充填剤またはその他の適当な材料を充填する。特に第１４図の開
ループ磁力計８０を使用した場合、センサ１０は物理的にきわめて小さくなる。
単軸センサ１０を地球の磁場の最大要素を遮断するように垂直方向に配置すると
、良好な車両信号が得られる。ケーブル２４の長さは重要ではない。センサ１０
は、極端な温度、水、様々な化学物質などのほか、どんな気象条件にも耐えるこ
とができる。
第４ａ図ないし第４ｃ図は、パッケージ・タイプのＭＲセンサ１０を示す図で
ある。センサ１０のパッケージは、センサが垂直位置にのみ収まり、最も感度の
高い軸が、センサ１０を埋め込む道路１６の標準切り込み部１６内で検出対象車
両の方向に配置されるように設計してある。第４ａ図は、インライン型ＭＲセン
サ１０を示し、第４ｂ図はエンドユニット型ＭＲセンサ１０を示す。第４ｃ図は
、ＭＲセンサ１０の内容物の構成を示す図である。第４ｃ図のセンサ１０の内部
には、パーマロイ磁気センサ２６および集積回路２８が示してある。
第４ｃ図には、パーマロイ・トランスデューサ２６が1つだけ示されており、
幅
の狭い小さなプリント配線基板２９に信号調整およびデータ通信用電子機器２６
が搭載されている。基板２９は、ケーブル２４に接続され、エポキシ樹脂、ネオ
プレン、ポリウレタン、またはその他の適切な充填剤で封止してある。複数のワ
イヤから成るケーブル２４は、センサ１０の電力路および信号路になっている。
前記ケーブルに取り付けたセンサ１０は、第５図に示すように、幅３／８インチ
の標準スロットに収まる大きさになっている。各車線２１、２２、および２３そ
れぞれについて、センサ１０のうち3つが同一のケーブル２４にそって配列され
、共通の電力線を共有している。センサ１０は相互に数フィートの間隔をおいて
配置され、車両の長さと速度を測定するのに必要な時間遅延信号を生成するよう
になっている。
第５図に示す別の設備では、標準スケジュール４０または特注押し出しポリ塩
化ビニル管３０を道路１２を横切るように設置して利用している。検出器のボー
ト３１、３２、および３３を道路１２の水平面に対して水平に支え、保持するた
めに、管３０の内部には直径を挟んで対向するガイドスロット３６が設けてある
。押し出しポリ塩化ビニル（プラスチック）管３０を、高速道路の舗装時にあら
かじめ設置し、センサ１０を後で取り付ける場合もある。既存の道路１２では、
広幅のスロットを切り込み、管またはチューブをスロット１６に落としてエポキ
シ樹脂、コンクリート、またはその他の充填剤で覆うこともある。この種の設備
の利点は、ＭＲセンサ１０を道路１２の縁部で管３０から取り出し、メインテナ
ンスを行ったり、ＭＲセンサ１０をさらに追加したりできる点である。センサ１
０は車線ボート３１、３２、および３３上に搭載し、この車線ボートをそれぞれ
車線２１、２２、および２３の下に配置する。車線ボートを１／１６インチのス
テンレス製ケーブルで接続して検出器１０のボート３１、３２、および３３を管
３０に出し入れする。ボート３１、３２、および３３はガイドスロット３６にそ
って管３０の中に滑り込む。各センサ１０には、信号および電力伝送用の検出器
リード線２４が接続されている。道路１２のコンクリート製路床に管３０を敷設
するとき、これをナイロン製タイ３８で強化バー４０に緊縛し、道路１２にコン
クリートまたはその他の材料を充填する際に管３０が浮き上がらないようにする
こともある。
第６図は、道路１２の各車線２１、２２、および2,3ごとにセンサ１０が複数
個ある、道路１２用のセンサ配置を示す図である。各車線には、多くて２つのス
ロット１６および４２が必要になる。スロット１６は、ハンドホール１８からス
トット４２に至るセンサリード線２４の経路となる。スロット４２は、各車線２
１、２２、および２３と平行に一直線になった３つのセンサ１０を収容している
。どの車線にも、それぞれセンサが３つ設けられている。ところで、各車線ごと
の複数のセンサ１０が代わりにＭＲセンサ１０を２つまたは４つまたは複数個内
蔵している場合もある。各車線の複数のセンサは、車両の長さ、速度、および車
間距離など、様々な交通情報を提供することができる。センサ１０の感知軸は鉛
直方向または道路１２の表面に対して直角方向に向けられている。スロット４２
内にあるセンサは、相互に特定距離（例えば１〜５ヤード）だけ間隔を置いて配
置し、車両の長さおよび速度を測定するのに十分な時間遅延信号を生成できるよ
うにしてある。車両が各ＭＲセンサ上を通過するのとほぼ同時に、前記センサは
信号の「シャドウ」を生成する。スロット１６にそったセンサリード線２４およ
びデータ・ステーション２０に接続されたハンドホール１８を介して、車線２１
、２２、および２３のいずれかのスロット４２にあるセンサ１０がすべてデータ
・ステーション２０に接続された状態で、信号プロセッサは、しきい値レベルを
利用して、モニタ対象であるセンサ１０の車線内にある車両とその他の車線内に
ある車両とを区別するとともに、「誤警報」が発令される可能性を極力抑えてい
る。
第７図は、道路１２から５０フィート以上離れたところから３軸磁力計１０を
通過するトラックの3つの磁力構成要素Ｂｘ、Ｂｙ、およびＢｚを示す図であり
、各要素にはそれぞれ番号８６、８７、および８８を付してある。磁力計パター
ン８６、８７、および８８は形状が類似しているが、磁力計を路床１２内に置い
た場合、振幅がさらに大きくなる。センサ１０の大きさとコストの優先度が高い
このような用途では、ｚ軸信号８８（Ｂｚ）だけを使用すると、車両台数、速度
、車間距離、占有度、および車種を明らかにする完全な情報が得られる。
第８図は、ある車線のスロット４２内にある、直線状に配列した単軸ＭＲセン
サから得られる車両磁力計パターンの例を示す図である。センサ１０の相互間隔
がわかっているため、時間Ｔ1を利用して、センサ１０を通過する車両の速度を
知ることができる。「シャドウ」４６と４８との間の時間Ｔ4の測定を繰り返し
て、車両速度を確認し、精度を高める。シャドウ４６と４８との間の時間差は、
シャドウ４４および４６との間の時間差とほぼ同じである。
第８図の時間Ｔ2を利用して、車間距離を決定する。複数の信号があるので、
車間距離が確認できる。車両台数および車両の道路占有度の時間に対する変化が
、第１１図のシステム制御装置２０内のリアルタイム・クロック９１を利用して
グラフ化される。コンピュータ２０は一定時間データを蓄積し、データは「人口
統計」データの形式で図表化され、コンピュータのオペレータの都合のよいとき
に、電話／モデム接続を経由して遠隔ステーション９２に転送される。
各信号のシャドウ４４、４６、４８、５４、５６、および５８の幅は、それぞ
れ車両の大きさすなわち長さと直接的な相関関係がある。シャドウ４４、４６、
および４８が示す車両の大きさすなわち長さは、シャドウ５４、５６、および５
８が示す車両の大きさすなわち長さより短いことは明らかである。通過車両のエ
ンジン、変速装置、車軸など、主要構成要素は、感度、車両内にある鉄金属の量
、およびセンサ１０の近接度に従って特徴的な磁力計パターンを発生するため、
シャドウそれ自体は車両の違いを示す。例えば、シャドウ５４、５６、および５
８には、各センサ１０の上を通過する大型車両の２本の車軸間の距離を示す凹み
部分５２がある。ある種の磁力計を使用すれば、様々な種類のトラックやそのほ
かの車両を区別することが可能である。Ｔ3は車両の長さを表わす信号時間であ
る。さらに詳しい情報を収集するために、ＭＲセンサ１０には、センサ１０上の
局所領域における磁場特性に基づいて信号を生成するという「点」センサとして
の機能がある。
マイクロコンピュータ９０のアルゴリズムを適用して、検出器位置の違いや設
備の種類の違いによる検出磁力計パターンの変動を考慮することができる。例え
ば、南北に移動する車両の磁力計パターンは、東西に移動する車両の磁力計パタ
ーンとは異なる。ソフトウェアは、この違いを計算に入れるので、各センサ１０
ごとにシステムを再構成する必要はない。通常、車両の信号は、センサの電気的
ノイズよりもはるかに高いレベルにある。第９ａ図ないし第９ｅ図および第１０
ａ図ないし第１０１図に示すように、車両の磁力計パターンの次の車線センサに
対するカップリングは非常に小さく、したがって、車線間の相互カップリングは
問題にならない。
時速３０マイルで移動する５トン積みトラックがセンサ１０上を通過するか、
またはセンサ１０に接近したときにセンサ１０から発生する信号を第９ａ図ない
し第９ｅ図に示す。向かって左側がトラック前部、右側がトラック後部に当たる
。第９ａ図の曲線９３はセンサ１０上を通過するトラックの中央部を示す。曲線
９３は、前部車軸、エンジン、およびこれに続く下部構造支持部の明瞭な磁力計
パターンである。第９ｂ図の曲線９４は、トラックの中央部とタイヤ軌道の間に
あるセンサ１０と関連している。トラックの前後で、曲線９４上に信号は現われ
ない。第９ｃ図の曲線９５は、トラックのタイヤがセンサ１０上を通過する際の
信号である。曲線９５は、順に前部車軸、エンジン、およびタンデム車軸の明瞭
な磁力計パターンを表わしている。第９ｄ図の曲線９６は、センサ１０から１．
５フィート離れたところを通過するトラックのタイヤ軌道に関するものである。
曲線９６は、車線内におけるトラックのおよその横方向位置を示す。第９ｅ図の
曲線９７は、外側のタイヤ軌道がセンサ１０から３フィート離れた状態でセンサ
１０を通過するトラックを表わしている。曲線９７は、トラックの走行車線の隣
の車線内ではほぼまったく信号が検出されないことを示している。
第１０ａ図ないし第１０１図は、時速３０マイルで走行する各種車両の代表的
な磁力計パターンを示している。向かって左側が各車両の前部、右側が車両の後
部に当たる。各磁力計パターンについて、縦軸の１目盛を１０−５ガウスに等し
い１ガンマとして示してある。第１０ａ図の曲線９８は、センサ１０の直上を通
過する、後部エンジン搭載のフォルクスワーゲンの磁力計パターンを示すもので
ある。第１０ｂ図の曲線９９は、前記フォールクスワーゲンの走行車線に隣接し
た車線内のセンサ１０から発生する磁力計パターンである。第１０ｃ図の曲線１
００は、センサ１０の直上を通過する、前部エンジン搭載のベガステーションワ
ゴンの磁力計パターンを示すものである。第１０ｄ図の曲線１０１は、前記ベガ
の走行車線に隣接した車線内のセンサ１０から発生する磁力計パターンである。
第１０ｅ図の曲線１０２は、センサ１０の直上を通過するフォードアのフォード
セダンの磁力計パターンである。曲線１０２は、下部構造物が後続する前部エン
ジンである。第１０ｆ図は、前記フォードの走行車線に隣接する車線内のセンサ
１０から発生する磁力計パターン１０３を示す。第１０ｇ図の磁力計パターン１
０４は、オートバイのものである。第１０ｈ図は、前記オートバイの走行車線に
隣接した車線内のセンサ１０から発生する磁力計パターン１０５を示す。第１０
ｉ図は、１８輪セミトラックの磁力計パターン１０６を示すものである。磁力計
パターンは、トレイラーの主軸アセンブリ２つが後続する前部エンジンを示す。
第１０ｊ図の磁力計パターン１０７は、前記セミトラックの走行車線に隣接する
車線内のセンサ１０から発生する磁力計パターンである。第１０ｋ図の磁力計パ
ターン１０８は、後部エンジンおよび車軸２本を備えた路線バスのものである。
第１０１図は、前記バスの走行車線に隣接した車線内のセンサから発生する磁力
計パターン１０９である。
車種が決まると、車線にそって配置したセンサ１０から発生する磁力計パター
ンのマッチングを行うことによって、速度、車間距離、さらには加速特性までが
明らかとなる。加速特性と地形（すなわち登坂、降坂など）とを総合すると、検
出対象車両にかかる負荷が分かる。磁力計パターンの検出および解析により、検
出対象車両に関する様々な情報が得られる。
第１１図は、制御装置２０および遠隔制御／データ・ステーション９２のブロ
ック線図である。センサ１０から制御装置２０のマルチプレクサ１１０へ入力が
行われる。時間タグを付けて処理を行う対象である、マイクロコンピュータ９０
への入力信号をデジタル化するために、センサの信号は、１本の信号線を通して
多重化され、アナログ／デジタル変換器１１１に送られる。リアルタイム・クロ
ック９１は、コンピュータ９０の時間計測基準となる。コンピュータ９０からの
処理済出力には、車両台数１１２、車種１１３、速度分布１１４、および車間距
離１１５などがある。また、その他のパラメータの測定値も処理される。コンピ
ュータ９０の出力は、パラレルまたはシリアル・フォーマットでモデム１１６を
通過し、遠隔制御／データ・ステーション９２に転送される。電源１１７は、セ
ンサの電力バスに電圧を供給する。
第１２図は、センサ１０の信号に対してマイクロコンピュータ９０が行う操作
を示す図である。供給される信号１１８には、デジタル化が施され、時間タグが
付けられる。信号１１８は、処理ブロック１１９に進み、このブロックが第８図
に示すように信号のピーク４４と４６との間の時間（Ｔ1）を決定する。ブロッ
ク１２０は、多数のセンサ１０について、時間Ｔ1の平均をとる。次に、比、セ
ンサの間隔／Ｔ1にしたがって、ブロック１２１が車両の速度を決定し、続いて
処理ブロック１２２が速度の平均をとる。供給信号１１８もブロック１２３によ
り処理される。このブロックは、第８図に示すように、信号４４、４６、および
４８の組と信号５４、５６、および５８の組との間の時間（Ｔ2）を測定する。
ブロック１２４は、ブロック１２１から出力される車両速度または比、センサの
間隔／Ｔ1に、ブロック１２３から出力されるＴ2を乗じて車間距離を決定する。
ブロック１２５は、ブロック１２４から出力される車間距離の平均をとる。ブロ
ック１２６は、所定の信号しきい値を供給する。ブロック１２７は、ブロック１
１８から供給される信号と前記のしきい値を比較して、第８図に示すようにＴ3
の値を決定する。ブロック１２８は、Ｔ3の値の平均値を求める。Ｔ3の平均値は
、車種の分類および各車種ごとの台数を決定する処理ブロック１２９に転送され
る。ブロック１３０は、必要な情報の種類に従って、様々な形で車種の分類を行
う。例えば、Ｔ3の分類は、Ｔ3が短い場合がオートバイ、Ｔ3が中間的な長さの
場合が自動車、Ｔ3が長い場合がトラックのようになっている。ブロック１２２
から出力される平均車両速度のデジタル情報、ブロック１２５から出力される平
均車間距離のデジタル情報、ブロック１３０から出力される車両分類のデジタル
情報は、ブロック１３１によりパラレルまたはシリアル・フォーマットで処理さ
れ、制御センタまたは制御／データ・ステーション９２に転送するためにモデム
１１６に送られる。
第１３図は磁気抵抗センサ１０の例の略図である。パーマロイ磁気抵抗感知ブ
リッジ５０が、センサ５０近傍の車両の磁気信号の変動または磁場の変動を検出
する。リセット界磁コイル６０は、必ずしも必要ではないが感知コイル５０の磁
化を容易軸方向にリセットする。感知ブリッジ５０の磁化の方向は、容易軸方向
に対して０〜１８０°の範囲で変化し、その結果、センサ５０の出力は、磁場が
広い場合ブリッジ５０の熱ドリフトおよびオフセットに対して無反応となる。車
両の磁気信号６２の働きによりブリッジ５０から出る出力信号は、増幅器６４に
より増幅される。増幅器６４からの信号は積分器６６により積分される。センサ
１０は、開ループ・システムであるが、積分器６６の出力は、フィードバック・
コイル６８および積分コンデンサ７０を介して電子積分器６６の入力端子にフィ
ードバックされる。フィードバック・コイルからの磁気フィードバックは、ブリ
ッジ５０にフィードバックされる。この磁気フィードバックにより、閉ループ方
式による感知ブリッジ５０からの信号出力が可能となる。閉ループ構成により、
磁気信号６２に対する感知ブリッジ５０の出力の軸交差感度および非線形性が減
少する。抵抗７２は、積分器６６の出力に負荷をかけ、また、コイルの電流／電
圧変換において尺度を決める要因となる。積分器６６のアナログ出力はアナログ
／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７４に進む。変換器７４のデジタル信号出力は、デ
ータ発信器７６に伝達される。この発信器は、システム２０のデジタル・データ
・バスに転送されるデジタル・データを管理する。センサ１０の回路すべてにつ
いて、電力および時間計測回路７８は、システム・バスから供給される信号を調
整し、リセット信号をコイル６０に、また時間計測信号を積分器６６、アナログ
／デジタル変換器７４、およびデータ発信器７６に供給する。
第１４図は、磁気抵抗ブリッジ５０および差動増幅器８４を備えた基本磁気抵
抗センサ８０を示す図である。センサ５０はパーマロイ・ブリッジであり、外部
磁気バイアスが不必要になるように「バーバー・ポール（床屋の看板柱）」バイ
アスをかけてある。電力調整器８２は、センサ８０に必要な直流電圧を道路脇の
ステーションにつながる交流電力バスから供給する。第１３図のセンサ１０に比
べ、センサ８０は、精度が低いが、より経済的である。開ループ操作用フィード
バック・コイル６８またはリセット・コイルあるいはその両方がない場合は、簡
略化したセンサ１０を使用してもよい。Detailed Description of the Invention
Magnetometer vehicle detector
Background of the Invention
The present invention relates to a road vehicle detector, and more particularly to a magnetometer detector for detecting vehicles on the road.
You.
The traffic vehicle detector of the present invention detects the presence or absence of vehicles such as passenger cars, trucks and buses.
Wire loop that acts as an electric inductor with the capacitor in the oscillator circuit
It is composed of. In such a detection system, there are usually eight cuts on the pavement.
It is necessary to insert the wire loop in the recess and install the wire loop under the pavement.
It is necessary. To obtain sensitivity enough to detect small vehicles, the length of one side is about 4
You need a rectangular loop of
The wire loop itself suffers from a high failure rate. The cause of the failure is
It is the difference in the coefficient of expansion of the pavement and the expansion rate between the pavement material and the wire. The temperature has risen extremely
The wire breaks. In the event of a wire loop failure
If this is the case, it is necessary to install the replacement loop at a position off the failed first loop.
is there. It is very difficult to replace the loop in place, so
Place the replacement loop in a loose position. However, the position outside the replacement loop
Installed on the sub-board will not be optimally placed, resulting in less accurate and accurate vehicle detection.
descend.
A traffic technician who uses wire loops to collect information about
Information about the number of vehicles, speed, headway distance or direction, occupancy, vehicles
Information such as the type of is also required. You can know the number of vehicles by wire loop
However, the speed is determined by the time required for the vehicle to pass between two points,
It is impossible to know the speed of the vehicle in the loop. Even with two loops,
It is not possible to obtain sufficient temporal resolution to know the exact velocity. The distance between cars is
The distance between vehicles in the same lane.
In particular, the space resolution for accurately measuring the distance between vehicles approaching each other is insufficient.
Occupancy is a measure of whether a vehicle is running or stopped in the lane.
. Current wire loop detectors have the ability to accurately detect vehicles below a certain speed.
It is scarce and therefore not always able to detect a stopped vehicle. Ma
Also, wire loops provide information about the type of vehicle that is passing over the loop.
I can't. This is especially true when the SN ratio of the detected signal is relatively low.
This is because the characteristics of the vehicle cannot be revealed.
Summary of the invention
In the present invention, there is one or more magnetometers for each lane of a road or highway, especially
A magnetoresistive detector needs to be placed. This detector is a standard switch in highways.
When placing in a ditch, or when inserting into a pipe installed across a subgrade under the pavement.
There is a match. Magnetoresistive transducers have advantages over other magnetometers
It is. The magnetoresistive sensor is a small permalloy magnetometer that can
It can be manufactured so as to fit in the recess. One permalloy magnetometer
Connect with cables and place at predetermined intervals to measure certain parameters of the vehicle
be able to. Permalloy magnetoresistive sensor is a solid state sensor
Can be manufactured at low cost. Flux-gate magnetometer according to conventional technology
Unlike the current magnetoresistive sensor trussducer support electronics,
It is housed in the magnetometer unit. Add multiple loops to the same cable in your facility.
With the addition, the sensitivity of the wire loop decreases.
Compared to wire loops, magnetometers have a number of advantages and features. Steel
Bridge decks and deck pavements that include
Magnetometers are useful on the ridge deck. For brittle pavements,
All magnetometers have a long life. With magnetometers, even when installed on the road, cut the pavement
There is almost no need to insert it, and the straight length of the notch is very short. Porcelain
Force meters are more sensitive than wire loop sensors (that is, magnetometers
It can also detect a rolling car). With such high sensitivity, the SN ratio increases,
Therefore, it becomes possible to collect more accurate data. According to the magnetometer
It can detect two vehicles that are quietly 1 foot apart. Also a magnetometer
Can be accurately detected even in a vehicle that is not running. When the magnetometer is buried shallowly, the car
Various magnetic magnets appear as the main components of the signal when both pass through the magnetometer
Vehicles can be identified by vehicle type and model from the dynamometer pattern.
Brief description of the drawings
FIG. 1 shows the normal state of a prior art wire loop detector installed on a road.
FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the road equipment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a state in which a magnetoresistive sensor is installed on a road.
Figures 4a to 4c show a magnetoresistive sensor used on the road in a package.
It is a figure which shows the opened state.
FIG. 5 shows the burial condition of the pipe used to place the magnetoresistive sensor on the road.
FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an arrangement state of a plurality of magnetoresistive sensors.
Fig. 7 shows the signal generated from the 3-axis magnetometer when the vehicle passes over the sensor.
No.
FIG. 8 is a vehicle magnetometer generated from a single-axis magnetoresistive sensor arranged in a straight line.
It is an example of a pattern (signature).
Figures 9a to 9e are typical magnetometer patterns for trucks.
10a to 101 are typical magnetometer patterns of various vehicles.
FIG. 11 is a block diagram of the magnetometer sensor control device.
FIG. 12 is a signal processing block diagram of the microcomputer of the control device.
.
FIG. 13 is a circuit diagram of a closed loop magnetoresistive sensor.
FIG. 14 is a circuit diagram of an open loop magnetoresistive sensor.
Description of the preferred embodiment
FIG. 1 is a diagram showing a typical example in which the loop detector 14 is installed on the road 12. C
To embed the wire coil of the sensor 14, loop 14 must be at least 4 strands long.
There are four pave cuts on the seat and a corner pave cut about 1 foot long.
Four places are required. Also, a long pavement cut from the edge of the road 12 to the loop 14
Only the portion 16 is required. In the inter-lane group, the pavement cuts are
It may cross one or more lanes.
FIG. 2 shows a state in which one structure of the present invention 10 is installed on the road 12. car
A magnetoresistive (MR) sensor 10 is installed for each line. Each lane 21, 22,
And 23, the MR sensor 10 has a connecting wire reaching the handhole 18.
It is connected to the edge of the road via a notched slot 16 attached. From the sensor
The wiring that came out is from the handhole 18 such as a controller / emulator standard model 17
0, that is, the controller 20 which is a '386 Dell computer supplement system.
Is extended by. The wiring extends from the system 20 to the traffic control center.
FIG. 3 is an enlarged view of the MR sensor 10 embedded in the road 12. On road 12
The standard diamond cut slot 16 provided is approximately 3/4 to 1 inch deep and wide.
There is 3/8 inch. It is about 1/4 inch wide, 5/16 inch deep and long
Is large enough to accommodate a 2 inch MR detector 10. Detector 10 and
And the corresponding connecting lead wire 24 is inserted into the slot 16 and then the slot 16
Fill with epoxy resin filler or other suitable material. In particular, the opening of FIG.
When using the loop magnetometer 80, the sensor 10 is physically very small.
If the single-axis sensor 10 is arranged vertically so as to block the maximum element of the earth's magnetic field,
, A good vehicle signal is obtained. The length of the cable 24 is not important. Sensor 10
Is able to withstand extreme temperatures, water, various chemicals, and any weather conditions.
Can be.
FIGS. 4a to 4c are views showing a package type MR sensor 10.
is there. The sensor 10 package is the most sensitive because the sensor only fits in the vertical position.
The high axis indicates the vehicle to be detected in the standard cut portion 16 of the road 16 in which the sensor 10 is embedded.
It is designed to be placed in both directions. FIG. 4a shows an in-line type MR sensor.
FIG. 4b shows an end unit type MR sensor 10. Figure 4c
3 is a diagram showing a configuration of contents of the MR sensor 10. FIG. Inside the sensor 10 of FIG. 4c
Shown is a permalloy magnetic sensor 26 and an integrated circuit 28.
Only one permalloy transducer 26 is shown in FIG. 4c,
width
Electronic equipment 26 for signal conditioning and data communication on a small printed wiring board 29 with a narrow space
Is installed. The substrate 29 is connected to the cable 24 and is made of epoxy resin or neo.
Sealed with plane, polyurethane, or other suitable filler. Multiple Wa
The cable 24 including an ear serves as a power line and a signal line of the sensor 10.
The sensor 10 attached to the cable has a width of 3/8 inch as shown in FIG.
It is sized to fit in a standard slot. Each lane 21, 22 and 23
For each, three of the sensors 10 are arranged along the same cable 24.
, Share a common power line. Sensors 10 are several feet apart from each other
Placed to generate the time-delayed signals needed to measure the length and speed of the vehicle
It has become.
In another facility shown in FIG. 5, standard schedule 40 or custom extruded polysalt
A vinyl chloride pipe 30 is installed and used so as to cross the road 12. Detector baud
Support and hold the girders 31, 32, and 33 horizontally with respect to the horizontal plane of the road 12.
For this purpose, inside the tube 30, there are provided guide slots 36 that are opposed to each other with a diameter therebetween.
. Extruded polyvinyl chloride (plastic) pipe 30 is used for paving highways.
There is also a case where the sensor 10 is installed by caulking and the sensor 10 is attached later. On existing road 12,
Cut a wide slot and drop a tube or tube into slot 16
It may be covered with resin, concrete, or other filler. This kind of equipment
The advantage is that the MR sensor 10 is taken out of the pipe 30 at the edge of the road 12 and the
This is the point that the MR sensor 10 can be added and the MR sensor 10 can be further added. Sensor 1
0 is mounted on lane boats 31, 32, and 33, and each of these lane boats is
Place below lanes 21, 22, and 23. Lane boat 1/16 inch
Connect the boats 31, 32, and 33 of the detector 10 by connecting them with a cable made by Tenres.
Put in and take out 30. Boats 31, 32, and 33 are mounted in guide slots 36.
I slip into the tube 30. Each sensor 10 has a detector for signal and power transmission.
The lead wire 24 is connected. Laying pipes 30 on the concrete roadbed of road 12
When tightening it, tie it to the reinforcement bar 40 with nylon ties 38 and connect it to the road 12.
Prevent tube 30 from rising when filling cleats or other materials
Sometimes.
FIG. 6 shows that a plurality of sensors 10 are provided for each lane 21, 22 and 2, 3 of the road 12.
It is a figure which shows the sensor arrangement for the road 12 which exists individually. Each lane has at most two spaces
Lots 16 and 42 are required. The slot 16 is accessible from the handhole 18
It serves as a path for the sensor lead wire 24 to reach the tot 42. Slot 42 is in each lane 2
Contains three sensors 10 aligned in parallel with 1, 22, and 23
. Each lane has three sensors. By the way, for each lane
Of sensors 10 instead of 2 or 4 or more MR sensors 10
It may also be stored. Multiple sensors in each lane determine vehicle length, speed, and vehicle
Various traffic information such as distance can be provided. The sensing axis of the sensor 10 is lead
It is oriented straight or at a right angle to the surface of the road 12. Slot 42
The sensors inside are spaced a certain distance from each other (for example, 1 to 5 yards).
Position and generate a time-delayed signal sufficient to measure vehicle length and speed.
I have it. At about the same time the vehicle passes over each MR sensor, the sensors
Create a "shadow" of the signal. Sensor leads 24 along the slots 16 and
And a lane 21 via a handhole 18 connected to a data station 20
Sensor 10 in slot 42 of any of
• When connected to station 20, the signal processor
By using it, the vehicle in the lane of the sensor 10 to be monitored and the other lane
It distinguishes it from a certain vehicle and minimizes the possibility of issuing a "false alarm".
You.
FIG. 7 shows the 3-axis magnetometer 10 from a distance of 50 feet or more from the road 12.
FIG. 3 shows three magnetic force components Bx, By and Bz of a passing track.
, Each element is numbered 86, 87, and 88, respectively. Magnetometer putter
86, 87, and 88 are similar in shape, but place the magnetometer in the subgrade 12.
The amplitude becomes even larger. The size and cost of the sensor 10 are high in priority
In such an application, if only the z-axis signal 88 (Bz) is used, the number of vehicles and the speed are reduced.
, Complete information reveals vehicle distance, occupancy, and vehicle type.
FIG. 8 shows a linear uniaxial MR sensor in a slot 42 of a lane.
It is a figure which shows the example of the vehicle magnetometer pattern obtained from S. Mutual distance between the sensors 10
Is known, time T1Is used to determine the speed of the vehicle passing through the sensor 10.
I can know. The time T between the "shadows" 46 and 48FourRepeat the measurement of
Check vehicle speed to improve accuracy. The time difference between shadows 46 and 48 is
This is about the same as the time difference between shadows 44 and 46.
Time T in FIG.2Use to determine the inter-vehicle distance. Since there are multiple signals,
You can check the distance between cars. Changes in the number of vehicles and the road occupancy of vehicles over time
, Using the real time clock 91 in the system controller 20 of FIG.
It will be graphed. The computer 20 accumulates data for a certain period of time, and the data is "population.
Tabulated in the form of "statistics" data, at the convenience of the computer operator
To a remote station 92 via a telephone / modem connection.
The width of each signal shadow 44, 46, 48, 54, 56, and 58 is respectively
There is a direct correlation with the size or length of the vehicle. Shadows 44, 46,
The size or length of the vehicle indicated by and 48 is shadows 54, 56, and 5
It is clear that it is shorter than the size or length of the vehicle indicated by 8. The passing vehicle
The main components such as the engine, transmission and axles are the sensitivity and the amount of ferrous metal in the vehicle.
, And to generate a characteristic magnetometer pattern according to the proximity of the sensor 10,
The shadow itself shows the difference between vehicles. For example, shadows 54, 56, and 5
Denoted at 8 is a dent indicating the distance between the two axles of a large vehicle passing over each sensor 10.
There is a portion 52. With some types of magnetometers, you can
It is possible to distinguish between the vehicles. TThreeIs the signal time that represents the length of the vehicle
You. In order to collect more detailed information, the MR sensor 10 has
As a "point" sensor that generates signals based on the magnetic field characteristics in the local region
There is a function of.
The algorithm of the microcomputer 90 is applied to detect differences in detector positions and settings.
Variations in the detected magnetometer pattern due to different types of equipment can be considered. example
For example, the magnetometer pattern of a vehicle traveling north-south is a magnetometer pattern of a vehicle traveling east-west.
It is different from the one. The software takes this difference into account so that each sensor 10
There is no need to reconfigure the system every time. Usually the vehicle signal is the electrical signal of the sensor.
At a much higher level than the noise. Figures 9a to 9e and 10
As shown in Figures a through 101, the lane sensor next to the magnetometer pattern of the vehicle
The coupling to the lane is very small, so the mutual coupling between lanes is
It doesn't matter.
Whether a 5 ton truck moving at 30 mph passes over sensor 10,
Alternatively, the signal generated from the sensor 10 when approaching the sensor 10 is not shown in FIG. 9a.
It is shown in Fig. 9e. The left side is the front of the truck and the right side is the rear of the truck
. The curve 93 in FIG. 9a shows the center of the track passing over the sensor 10. curve
93 is a clear magnetometer for the front axle, engine and subsequent undercarriage support
It is a pattern. The curve 94 in Figure 9b is between the center of the truck and the tire track.
It is associated with a sensor 10. Signals appear on curve 94 before and after the track
Absent. The curve 95 in FIG. 9c is the curve as the truck tire passes over the sensor 10.
It is a signal. Curve 95 is, in order, the front axle, engine, and tandem axle
Represents a simple magnetometer pattern. The curve 96 in FIG.
It concerns the tire tracks of a truck passing 5 feet away.
Curve 96 shows the approximate lateral position of the truck within the lane. Of FIG. 9e
Curve 97 shows the sensor with the outer tire track 3 feet from sensor 10.
It represents a truck passing through 10. Curve 97 is next to the lane of the truck
It shows that almost no signal is detected in the lane.
Figures 10a to 101 are representative of various vehicles traveling at 30 mph.
Shows a simple magnetometer pattern. The left side is the front of each vehicle, the right side is the rear of the vehicle
Hit a section. For each magnetometer pattern, scale the vertical scale to 10-5 gauss
It is shown as 1 gamma. The curve 98 in FIG. 10a passes directly above the sensor 10.
It shows the Volkswagen magnetometer pattern with the rear engine over
is there. The curve 99 in FIG. 10b is adjacent to the traffic lane of the Volkswagen.
It is a magnetometer pattern generated from the sensor 10 in the lane. Curve 1 in Figure 10c
00 is a Vega station station equipped with a front engine that passes directly above the sensor 10.
It shows a Gong magnetometer pattern. The curve 101 in FIG. 10d is the vega
3 is a magnetometer pattern generated from the sensor 10 in the lane adjacent to the traveling lane.
The curve 102 in FIG. 10e is the Ford of Fordor passing just above the sensor 10.
It is a sedan magnetometer pattern. Curve 102 is a front end followed by an undercarriage.
Jin. FIG. 10f shows a sensor in a lane adjacent to the Ford lane.
10 shows a magnetometer pattern 103 generated from 10. Magnetometer pattern 1 in Fig. 10g
04 is a motorcycle. Fig. 10h shows the driving lane of the motorcycle.
A magnetometer pattern 105 generated from sensors 10 in adjacent lanes is shown. Tenth
Figure i shows the magnetometer pattern 106 for an 18-wheel semi-track. Magnetometer
The pattern shows a front engine followed by two trailer spindle assemblies.
The magnetometer pattern 107 of FIG. 10j is adjacent to the driving lane of the semi-truck.
It is a magnetometer pattern generated from the sensor 10 in the lane. Fig. 10k Magnetometer power
Turn 108 is for a route bus with a rear engine and two axles.
FIG. 101 shows the magnetic force generated from the sensor in the lane adjacent to the driving lane of the bus.
The total pattern 109.
When the vehicle type is determined, the magnetometer pattern generated from the sensor 10 arranged along the lane
Speed matching, distance between vehicles, and even acceleration characteristics by matching
Will be clear. When the acceleration characteristics and the terrain (that is, climbing, descending, etc.) are combined,
You can see the load on the target vehicle. Detection and analysis of the magnetometer pattern
Various information about the target vehicle can be obtained.
FIG. 11 is a block diagram of controller 20 and remote control / data station 92.
FIG. Input from the sensor 10 to the multiplexer 110 of the controller 20
Done. A microcomputer 90, which is a target to be processed with a time tag
In order to digitize the input signal to the sensor, the signal of the sensor is sent through one signal line.
It is multiplexed and sent to the analog / digital converter 111. Real time black
The clock 91 serves as a time measurement reference for the computer 90. From computer 90
The processed output includes the number of vehicles 112, vehicle type 113, speed distribution 114, and inter-vehicle distance.
There is a separation 115 and the like. Also, measured values of other parameters are processed. Compilation
The output of the computer 90 is in parallel or serial format to the modem 116.
Passed and transferred to the remote control / data station 92. The power supply 117 is
Supply voltage to the sensor power bus.
FIG. 12 shows the operation performed by the microcomputer 90 in response to the signal from the sensor 10.
FIG. The signal 118 provided is digitized and has a time tag.
Attached. Signal 118 proceeds to processing block 119, which is shown in FIG.
, The time between the signal peaks 44 and 46 (T1). Block
For a number of sensors 10, the clock 1201Take the average of. Next, the ratio,
Sensor interval / T1Block 121 determines the vehicle speed according to
Processing block 122 averages the speeds. Supply signal 118 is also provided by block 123.
Processed. This block, as shown in FIG.
The time between the set of 48 and the set of signals 54, 56, and 58 (T2) Is measured.
Block 124 represents the vehicle speed or ratio output from block 121, the sensor
Interval / T1Then, the T output from the block 1232Multiply by to determine the inter-vehicle distance.
The block 125 averages the inter-vehicle distances output from the block 124. Bro
The clock 126 provides a predetermined signal threshold. Block 127 is block 1
The signal supplied from 18 and the above threshold value are compared, and as shown in FIG.Three
Determine the value of. Block 128 is TThreeCalculate the average value of. TThreeThe average value of
, Is transferred to a processing block 129 for determining the classification of vehicle types and the number of vehicles for each vehicle type.
You. The block 130 performs various types of vehicle classification according to the type of information required.
U. For example, TThreeIs classified as TThreeIf T is short, motorcycle, TThreeHas an intermediate length
The case is a car, TThreeIs long like a truck. Block 122
The average vehicle speed digital information output from the
Digital information of vehicle distance, vehicle classification digital output from block 130
The information is processed in parallel or serial format by block 131.
Modem for transfer to a control center or control / data station 92
Sent to 116.
FIG. 13 is a schematic diagram of an example of the magnetoresistive sensor 10. Permalloy magnetoresistive sensor
Ridge 50 detects fluctuations in the magnetic signal or magnetic field of the vehicle in the vicinity of sensor 50
I do. The reset field coil 60 is not necessarily required, but the magnetic field of the sensing coil 50 is not necessary.
Easy to reset in the axial direction. The direction of magnetization of the sensing bridge 50 is the easy axis direction.
To 0 ° to 180 ° with the result that the output of the sensor 50 is
If wide, it becomes insensitive to thermal drift and offset of the bridge 50. car
The output signal from the bridge 50 due to the action of both magnetic signals 62 is sent to the amplifier 64.
More amplified. The signal from the amplifier 64 is integrated by the integrator 66. Sensor
Although 10 is an open loop system, the output of integrator 66 is
It is connected to the input terminal of the electronic integrator 66 via the coil 68 and the integrating capacitor 70.
Be brought back. The magnetic feedback from the feedback coil is
It is fed back to Judge 50. By this magnetic feedback, the closed loop method
Signals can be output from the sensing bridge 50 according to the formula. Due to the closed loop configuration,
Reduced cross-axis sensitivity and non-linearity of the output of the sensing bridge 50 to the magnetic signal 62
Less. The resistor 72 loads the output of the integrator 66 and also the current / voltage of the coil.
It is a factor that determines the scale in pressure conversion. The analog output of the integrator 66 is analog
/ Go to the digital (A / D) converter 74. The digital signal output of the converter 74 is
Data is transmitted to the data transmitter 76. This transmitter is the digital data of the system 20.
• Manage the digital data transferred on the bus. For all circuits of sensor 10
The power and time measurement circuit 78 adjusts the signal supplied from the system bus.
The reset signal to the coil 60, and the time measurement signal to the integrator 66 and analog.
To the digital / digital converter 74 and the data transmitter 76.
FIG. 14 shows the basic magnetic resistance including the magnetoresistive bridge 50 and the differential amplifier 84.
It is a figure which shows the anti-sensor 80. The sensor 50 is a permalloy bridge and is external
By "barber pole (barber signpost)" so that magnetic bias is unnecessary
I'm wearing ass. The power regulator 82 supplies the DC voltage required for the sensor 80 to the side of the road.
Supplied from an AC power bus that connects to the station. Compared to the sensor 10 in FIG.
In fact, the sensor 80 is less accurate but more economical. Feed for open loop operation
If you do not have the back coil 68 and / or the reset coil,
An abbreviated sensor 10 may be used.