JP2005157900A - 車両検知装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡素な構成で車線の判定が確実にできる車両検知装置を提供する。
【解決手段】 複数車線21a,21bを有する道路22の所望車線21a内に該車線横断方向に間隔を隔て感度軸の方向を平行に揃えて配置された複数の磁気センサ1a,1bと、これら磁気センサ1a,1bの出力同士を比較する比較部と、この比較結果により車両が通過した車線を演算する演算部とを備えたものである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、道路を走行する車両を検知して交通流量の測定に利用される車両検知装置に係り、特に車両による磁場の変化から車両の通過を判定する磁場感応型の車両検知装置に関する。
道路近傍のある地点で磁場を検出すると、時間的に一定なある値が得られる。これは地磁気によるものである。道路上を磁性体の塊である車両が通過すると、磁性体に磁束が集中するため、上記地点での磁場が時間的に変化する。車両が磁化している場合、その磁化の方向と地磁気の方向とが同じであれば磁場が強まり、磁化の方向と地磁気の方向とが逆であれば磁場が弱まるので、検出される磁場はより大きく変化する。このような磁場感応型の車両検知装置が特許文献1〜4に記載されている。
特許文献1、2では、道路脇の長手方向に間隔を隔てて2つの磁気センサを設置し、1台の車両の通過による磁気センサ出力の極大値と極小値のペアを検出して車両の通過を検出すると共に、2つの磁気センサ出力の位相差から車両の移動方向と速度を検出している。
特許文献3では、道路長手方向に間隔を隔てて2つの磁気センサを埋設し、磁気センサ出力を二値化するタイミングを工夫することにより、連続して来る2台の車両の通過を識別している。
特許文献4では、隣接する2車線がある道路の片側車線の幅方向中央から車線境界線までの間と反対側車線の幅方向中央から車線境界線までの間の上空にそれぞれ磁気センサを設置し、各磁気センサの感度軸を互いに対向させるか斜め下に向けさせ、2つの磁気センサは一方が片側車線のみ他方が反対側車線のみの車両による磁場の変化に感応することで車線を判別している。
特開平6−325288号公報 特許第2729977号公報 特開2001−076119号公報 実用新案登録第2524593号公報
特許文献1〜3において、複数車線を有する道路のうちの所望車線を通過する車両だけを検知しようとしても、車両が強く磁化している場合とそうでない場合とで磁気センサの出力の大きさが異なるため、磁気センサから車両までの距離の違いを磁気センサの出力の大きさで判別することはできず、他の車線を通過する車両までも当該車線を通過したと誤検知してしまう。つまり車両を検知する精度が低い。このため、通行量を実際の通行量よりも多くカウントしてしまうという問題がある。
特許文献4では、車線の判別が可能であるが、磁気センサの感度軸の向きだけで隣車線の車両による磁場変化を遮断しなければならないので、互いの磁気センサの場所や姿勢を厳密に設定する必要がある。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な構成で車線の判定が確実にできる車両検知装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、複数車線を有する道路の所望車線内に該車線横断方向に間隔を隔て感度軸の方向を平行に揃えて配置された複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力同士を比較する比較部と、この比較結果により車両が通過した車線を演算する演算部とを備えたものである。
前記磁気センサの個数は2であり、前記比較部はこれら2つの磁気センサの出力の絶対値の差分を算出し、前記演算部はその差分値が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算してもよい。
前記磁気センサの個数は3であり、前記比較部はこれら3つの磁気センサの出力による磁気強度分布波形の傾斜を算出し、前記演算部はその傾斜が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算してもよい。
また、本発明は、複数車線を有する道路の所望車線内に該車線横断方向に間隔を隔て感度軸の方向を平行に揃えて配置された複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換器の出力を演算して車両の有無に対応させたパルス信号を発生するマイクロコンピュータとから構成されたものである。
前記磁気センサの個数は2であり、前記マイクロコンピュータはこれら2つの磁気センサの出力の絶対値の差分を算出し、その差分値が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算してもよい。
前記磁気センサの個数は3であり、前記マイクロコンピュータはこれら3つの磁気センサの出力による磁気強度分布波形の傾斜を算出し、その傾斜が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算してもよい。
前記感度軸の方向は道路面に垂直であってもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)簡素な構成で車線の判定が確実にできる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1に示されるように、本発明に係る車両検知装置は、車線21a,21bを有する道路22の例えば、車線21a内に車線横断方向(z軸方向)に間隔を隔て感度軸の方向を平行に揃えて配置された2つの磁気センサ1a,1bを備える。これら磁気センサ1a,1bは、道路面の下に埋設したり、道路を跨ぐガントリに取り付けたり、高架橋の裏面に取り付けたり、シールドトンネルの床板裏面に取り付けたりすることができる。
ここでは、図2に示されるように、磁気センサ1a,1bは、道路面23の下に埋設してある。それぞれの磁気センサ1a,1bは、感度軸の方向(矢印で示す)を道路面23に垂直(y軸方向)にしてある。感度軸(検知軸ともいう)とは磁場を最も強く感じる方向のことであり、感度軸を道路面23に垂直にしておくことにより、磁気センサ1a,1bは真上を通過する車両による磁場を最も強く検出し、斜め上を通過する車両による磁場はその上向きベクトル成分のみ検出することができる。図示例では、磁気センサ1a,1bが車両4の向かって左サイドと右サイドに位置しているが、配置はこれに限定されず、後述する出力の差分が顕著に取り出せるよう車線横断方向の間隔が離してあればよい。
図3に示されるように、本発明に係る車両検知装置は、既に述べた2つの磁気センサ1a,1bに加え、これら磁気センサ1a,1bの出力同士の比較として出力の絶対値の差分を算出する比較部と、この比較結果により車両が通過した車線を演算する演算部とを含む比較・演算部3を備え、さらに磁気センサ1a,1bの出力波形から車両が通過したことを判定して車両検知信号を出力する判定部2を備える。判定部2には、磁気センサ1a,1bの出力Ia,Ib及び比較・演算部3の出力である真偽(T/F)信号が入力される。
まず、図4〜図6を用いて磁気センサ1の近傍を車両4が通過したことによる磁気センサ1の出力の変化について説明する。図4(a)、図4(b)に示されるように、磁性体の塊である車両4は、その構造の特徴から前後方向(道路を基準にすればx軸方向)に磁化している場合が多い。また、車両4が磁化していなくとも磁性体に磁気が集中することから、磁化しているのと同等(等価)の影響を周囲の磁場に与える。なお、車両4の磁化の強さは、車両4の磁性体含有量や磁化の履歴により、車両4の寸法や車種によらない。
ここで、車両4を仮想磁石7と仮定すると、この仮想磁石7は両極を端部に有しx軸に平行な棒磁石であり、磁気センサ1からの距離はz軸方向にt、y軸方向にhである。この図4から車両4及び道路面23を取り去り、仮想磁石7が磁気センサ1にもたらす磁場を示したのが図5である。
図5(a)に示されるように、仮想磁石7が磁気センサ1の真上にあったとした場合(破線丸)に生じる磁場をHとすると、仮想磁石7から見下ろす角度θにある磁気センサ1内の点Pには磁場rが生じる。図5(b)に示されるように、磁気センサ1内の点Pに生じる磁場Hは、仮想磁石7のS極による磁場HsとN極による磁場Hnを合成したものである。これらの関係は次式で与えられる。
Figure 2005157900
車両4が前に移動することにより仮想磁石7の前後方向中点と磁気センサ1との距離dが連続的に変化する。磁場Hsと磁場Hnは強度が距離dの関数になっているから距離dの変化に伴い強度変化する。この強度変化は経過時間に対する強度の変化波形として描ける。図6に、車両4の速度が一定とした場合のy軸方向の磁場Hの強度の変化波形を示す。横軸は経過時間、縦軸は車両が無いときの磁場強度(地磁気による)を0とした磁場強度である。
以上、図4〜図6は従来より知られているとおりである。図6の時間波形から車両の通過を検出する方法については従来公知なので、ここでは説明を省略する。
なお、本発明では、磁気センサ1a,1bの感度軸をいずれも道路面23に垂直にしてあるので、y軸方向の磁場Hを最も感度よく検出することができる。
次に、ある時点において道路面垂直方向の磁場が車線横断方向に分布する様子について説明する。図7(a)は図1において車線21aを車両4aが通過する場合の配置を示し、図7(b)は図1において車線21bを車両4bが通過する場合の配置を示す。図7(c)は、それぞれの場合の磁場強度分布を示す。図7(c)の横軸は対象としている車線の横断方向中央を0とし、その横断方向中央からの横断方向の距離を表すものであり、縦軸は車両により生じた磁場の磁場強度を表すものであり、車両が無いときの磁場強度を0とする。
図7(c)の分布71aに示されるように、車両がセンサ設置車線上を走行するとき、即ち、車線21aを車両4aが通過するとき、横断方向中央が最も磁場が強く、横断方向中央の両側では横断方向中央からの距離に応じて磁場が曲線的に弱くなっている。また、分布71bに示されるように、車両がセンサ設置車線の隣車線上を走行するとき、即ち、車線21bを車両4bが通過するとき、横断方向中央から約3mの地点(車線21bの横断方向中央)が最も磁場が強く、その地点の両側ではその地点からの距離に応じて磁場が曲線的に弱くなっている。つまり、仮に道路横断方向に微小間隔で多数の磁気センサが感度軸を揃えて配置されていると、車両が通過する車線によって分布71a又は分布71bの分布が観測できる。
なお、図7(c)は時間軸で見ると図6で磁場強度が最大値となる時点について示したものであるが、図6のどの時点においても磁場強度の空間的最大値を1としたときの分布のプロファイルは同じである。
さて、本発明にあっては、2つの磁気センサ1a,1bが車線21a内に車線横断方向に間隔を隔て感度軸の方向を道路面23と垂直に揃えて配置されている。磁気センサ1a,1bの配置を具体的に車線21aの横断方向中央から±1mとすると、磁気センサ1a,1bは図7(c)の磁場分布の横軸±1mの点を計測していることになる。
車線21aを車両4aが通過するとき、分布71aの横軸±1mの点を見れば分かるように磁気センサ1a,1bの出力Ia,Ibには差があまりない。従って、比較・演算部3内の比較部が算出する差分値は比較的小さい。比較・演算部3内の演算部は、差分値が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算し、真(T)信号を出力する。判定部2では、磁気センサ1a,1bの出力波形から車両が通過したことを判定しており、真信号が入力されるので、車両検知信号を出力する。
車線21bを車両4bが通過するとき、分布71bの横軸±1mの点を見れば分かるように磁気センサ1a,1bの出力Ia,Ibには差が顕著である。従って、比較・演算部3内の比較部が算出する差分値は比較的大きい。比較・演算部3内の演算部は、差分値が予め定めた閾値より大きいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線でないと演算し、偽(F)信号を出力する。判定部2では、磁気センサ1a,1bの出力波形から車両が通過したことを判定しているが、偽信号が入力されるので、車両検知信号は出力しない。
このようにして、比較・演算部3が通過車線を演算するので、当該磁気センサを設置した車線21aを車両4aが通過したときのみ、車両検知信号が出力されることになる。車線21bを車両4bが通過するときには車両検知信号が出力されないので、誤検知なく高精度に車両を検知することができる。
次に、本発明の他の実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図8に示されるように、本発明に係る車両検知装置は、車線21a,21bを有する道路22の例えば、車線21a内に車線横断方向(z軸方向)に間隔を隔て感度軸の方向を平行に揃えて配置された3つの磁気センサ1d,1e,1fを備える。
図9に示されるように、磁気センサ1d,1e,1fは、道路面23の下に埋設してある。それぞれの磁気センサ1d,1e,1fは、感度軸の方向(矢印で示す)を道路面23に垂直(y軸方向)にしてある。図示例では、磁気センサ1d,1e,1fが車両4の向かって左サイドと中央と右サイドに位置しているが、配置はこれに限定されず、後述する磁気強度分布波形が顕著に取り出せるよう車線横断方向の間隔が離してあればよい。
図10に示されるように、本発明に係る車両検知装置は、既に述べた3つの磁気センサ1d,1e,1fに加え、これら磁気センサ1d,1e,1fの出力同士の比較として磁気強度分布波形の波形的特徴や傾斜を微分により算出する比較部と、この比較結果により車両が通過した車線を演算する演算部とを含む比較・演算部13を備え、さらに磁気センサ1d,1e,1fの出力波形から車両が通過したことを判定して車両検知信号を出力する判定部12を備える。判定部12には、磁気センサ1d,1e,1fの出力Id,Ie,If及び比較・演算部13の出力である真偽(T/F)信号が入力される。
さて、本発明にあっては、3つの磁気センサ1d,1e,1fが車線21a内に車線横断方向に間隔を隔て感度軸の方向を道路面23と垂直に揃えて配置されている。磁気センサ1d,1e,1fの配置を具体的に車線21aの横断方向中央から−2m,0m,+2mとすると、磁気センサ1d,1e,1fは図7(c)の磁場分布の横軸−2m,0m,+2mの点を計測していることになる。
車線21aを車両4aが通過するとき、分布71aから分かるように磁気センサ1d,1e,1fの出力Id,Ie,IfはIeを極大値とし変化が緩やかである。従って、比較・演算部13内の比較部が算出する磁気強度分布波形の傾斜は比較的小さい。比較・演算部13内の演算部は、傾斜が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算し、真(T)信号を出力する。判定部12では、磁気センサ1d,1e,1fの出力波形から車両が通過したことを判定しており、真信号が入力されるので、車両検知信号を出力する。
車線21bを車両4bが通過するとき、分布71bから分かるように磁気センサ1d,1e,1fの出力Id,Ie,Ifは極大値がなく変化が急である。従って、比較・演算部13内の比較部が算出する磁気強度分布波形の傾斜は比較的大きい。比較・演算部13内の演算部は、傾斜が予め定めた閾値より大きいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線でないと演算し、偽(F)信号を出力する。判定部12では、磁気センサ1d,1e,1fの出力波形から車両が通過したことを判定しているが、偽信号が入力されるので、車両検知信号は出力しない。
このようにして、比較・演算部13が通過車線を演算するので、当該磁気センサを設置した車線21aを車両4aが通過したときのみ、車両検知信号が出力されることになる。車線21bを車両4bが通過するときには車両検知信号が出力されないので、誤検知なく高精度に車両を検知することができる。なお、演算部は、傾斜の大小ではなく極大値の有無(傾斜の正負変化)から通過車線を演算してもよい。
図1、図8の形態では、磁気センサ1d,1e,1fのz軸方向位置を±1m、或いは0及び±2mとしたが、配置はこれに限定されない。また、これらの形態では、道路22が片側通行2車線としたが、両側通行2車線の道路にも本発明は適用できる。また、2車線以上の多車線の道路にも本発明は適用でき、当該磁気センサを設置した車線の両隣のいずれの車線の車両によるセンサ出力波形からも偽信号を取り出すことができる。
次に、マイクロコンピュータを用いた本発明の車両検知装置について説明する。
図11に示されるように、この車両検知装置では、既に述べた2つの磁気センサ1a,1bに、これら磁気センサ1a,1bのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器5a,5bが接続され、さらに、これらA/D変換器5a,5bに、磁気センサ1a,1bの出力波形(デジタル)から車両が通過したことを判定して車両検知信号を出力するマイクロコンピュータ6aが接続されている。
マイクロコンピュータ6aによる演算方法を図12を用いて説明する。なお、演算の根拠は既に述べたとおりである。
磁気センサ1a,1bの出力は、あるサンプリング間隔でA/D変換器5a,5bを介してマイクロコンピュータ6aに入力され、これらの値はA/D変換値の保存用メモリV1−in,V2−inに格納される。マイクロコンピュータ6aは、これら保存用メモリV1−in,V2−inから読み取った信号(変数)V1,V2を計算用メモリ又はレジスタに入力する。次に、マイクロコンピュータ6aは、これらの信号V1,V2が予め定められた閾値Vth1,Vth2より大きいと判断した場合には、車両が通過した可能性があるため、差分判定処理に移行する。信号V1,V2のいずれかが閾値Vth1,Vth2より小さい場合には、出力Voutに0を入力し、開始に戻って次回の処理に移る。
差分判定処理においては、それぞれの磁気センサ1a,1bの出力である信号V1,V2の差分の絶対値をとり、この値が別途定められた値ΔVaに比べて小さい場合には、出力(変数)Voutに1を入力し、開始に戻って次回の処理に移る。また、信号V1,V2の差分の絶対値が値ΔVaに比べて小さくない場合には、出力Voutに0を入力し、開始に戻って次回の処理に移る。
マイクロコンピュータ6aは、出力Voutの値を外部に出力する。
このようにして、車両が通過したことが判定され、車両検知信号が出力される。
次に、3つの磁気センサとマイクロコンピュータを用いた本発明の車両検知装置について説明する。
図13に示されるように、この車両検知装置では、既に述べた3つの磁気センサ1d,1e,1fに、これら磁気センサ1d,1e,1fのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器5d,5e,5fが接続され、さらに、これらA/D変換器5d,5e,5fに、磁気センサ1d,1e,1fの出力波形(デジタル)から車両が通過したことを判定して車両検知信号を出力するマイクロコンピュータ6bが接続されている。
マイクロコンピュータ6bによる演算方法を図14を用いて説明する。なお、演算の根拠は既に述べたとおりである。
磁気センサ1d,1e,1fの出力は、あるサンプリング間隔でA/D変換器5d,5e,5fを介してマイクロコンピュータ6bに入力され、これらの値はA/D変換値の保存用メモリV1−in,V2−in,V3−inに格納される。マイクロコンピュータ6bは、これら保存用メモリV1−in,V2−in,V3−inから読み取った信号(変数)V1,V2,V3を計算用メモリ又はレジスタに入力する。次に、マイクロコンピュータ6bは、信号V2が予め定められた閾値Vth3より大きいと判断した場合には、車両が通過した可能性があるため、微分判定処理に移行する。信号V2が閾値Vth3より小さい場合には、出力Voutに0を入力し、開始に戻って次回の処理に移る。
微分判定処理においては、それぞれの磁気センサ1d,1e,1fの出力である信号V1,V2,V3から微分計算を行い、その結果を微分値V4に代入する。この微分計算では、例えば、2V2−V1−V3という演算式を用いてもよい。微分値V4が別途定められた値ΔVbに比べて大きい場合には、出力(変数)Voutに1を入力し、開始に戻って次回の処理に移る。また、微分値V4が値ΔVbに比べて大きくない場合には、出力Voutに0を入力し、開始に戻って次回の処理に移る。
マイクロコンピュータ6bは、出力Voutの値を外部に出力する。
このようにして、車両が通過したことが判定され、車両検知信号が出力される。
本発明の一実施形態を示す磁気センサを配置した道路の平面図である。 図1のA−A´線における道路の断面図である。 本発明の一実施形態を示す車両検知装置のブロック構成図である。 車両の磁化を表したもので、(a)は正面図、(b)は側面図である。 磁場のベクトルを表したもので、(a)は正面図、(b)は側面図である。 車両通過時における磁場の強度の時間的変化を示す波形図である。 (a)、(b)はそれぞれ測定条件を示す道路の断面図、(c)は道路面垂直方向の磁場が車線横断方向に分布する磁場強度分布を示す波形図である。 本発明の一実施形態を示す磁気センサを配置した道路の平面図である。 図8のA−A´線における道路の断面図である。 本発明の一実施形態を示す車両検知装置のブロック構成図である。 本発明の一実施形態を示す車両検知装置のブロック構成図である。 本発明の一実施形態を示す車両検知装置のフローチャートである。 本発明の一実施形態を示す車両検知装置のブロック構成図である。 本発明の一実施形態を示す車両検知装置のフローチャートである。
符号の説明
1a,1b,1c,1d,1e,1f 磁気センサ
2,12 比較・演算部
3,13 判定部
4,4a,4b 車両
21a,21b 車線

Claims (7)

  1. 複数車線を有する道路の所望車線内に該車線横断方向に間隔を隔て感度軸の方向を平行に揃えて配置された複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力同士を比較する比較部と、この比較結果により車両が通過した車線を演算する演算部とを備えたことを特徴とする車両検知装置。
  2. 前記磁気センサの個数は2であり、前記比較部はこれら2つの磁気センサの出力の絶対値の差分を算出し、前記演算部はその差分値が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算することを特徴とする請求項1記載の車両検知装置。
  3. 前記磁気センサの個数は3であり、前記比較部はこれら3つの磁気センサの出力による磁気強度分布波形の傾斜を算出し、前記演算部はその傾斜が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算することを特徴とする請求項1記載の車両検知装置。
  4. 複数車線を有する道路の所望車線内に該車線横断方向に間隔を隔て感度軸の方向を平行に揃えて配置された複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換器の出力を演算して車両の有無に対応させたパルス信号を発生するマイクロコンピュータとから構成されたことを特徴とする車両検知装置。
  5. 前記磁気センサの個数は2であり、前記マイクロコンピュータはこれら2つの磁気センサの出力の絶対値の差分を算出し、その差分値が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算することを特徴とする請求項4記載の車両検知装置。
  6. 前記磁気センサの個数は3であり、前記マイクロコンピュータはこれら3つの磁気センサの出力による磁気強度分布波形の傾斜を算出し、その傾斜が予め定めた閾値より小さいとき、車両が通過した車線は当該磁気センサを設置した車線であると演算することを特徴とする請求項4記載の車両検知装置。
  7. 前記感度軸の方向は道路面に垂直であることを特徴とする請求項1〜6いずれか記載の車両検知装置。
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CN117116060A (zh) * 2023-10-24 2023-11-24 四川九通智路科技有限公司 一种用于多车道行驶车辆检测的感应系统及感应检测方法

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