JP2005310079A - 交通信号システム - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力自体の削減に加えて商用電力使用量の削減を図る。また、災害等の非常時にも独立電源により運転が停止しないシステムを提供する。更には、灯器の状態等を常時遠隔で監視可能とし保守コストも削減する。
【解決手段】 太陽電池パネル若しくは風力発電機の単体又は太陽電池パネル及び風力発電機の複合体とバッテリーとからなる独立電源、及び前記独立電源と商用電源との切り替えを制御するための制御装置を有する交通信号機に対し、該交通信号機を遠隔監視及び遠隔制御するための管理装置を遠方に設置すると共に、前記交通信号機と前記管理装置とを電気通信回線を介して接続した交通信号システムとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に道路の交差点や横断歩道等に設置される交通信号システムに関するものである。

従来、道路の交差点や横断歩道には、交通を整理するために交通信号機が設置されている。交通信号機は、大きく分けると車両用信号機と歩行者用信号機とに大別される。周知の通り、車両用信号機は、自動車等の車両に進行・注意・停止を促すため、青色、黄色、赤色の表示を出力する灯器部を有しており、該灯器部が支柱から延設された腕金等により上空に支持されている。一方、歩行者用信号機も車両用信号機と同様に青色、赤色の表示を出力する灯器部を有しており、該灯器部が支柱の上部に取着されているものである。

また、通常、交通信号機は、各交差点や横断歩道毎に複数設置されるものであるが、これら複数の交通信号機の灯器を点灯・点滅等総合的にコントロールする必要があるため、灯器制御装置も設置されている。

交通信号機を駆動させるための電源については、通常、商用電源が採用されている。電源線が交通信号機の受電端子まで布設されており、該商用電源によって灯器や灯器制御装置を駆動するものである。前述の灯器制御装置や受電端子は筐体に収容されており、該筐体は灯器部を配設する支柱の側部に取付バンド等を用いて添着されている。

なお、近年は、視認性向上や省エネルギー化を図ることを目的として、交通信号機の灯器には従来の電球式に代えてＬＥＤ（発光ダイオード）が適用され、徐々に普及し始めている。灯器を電球式からＬＥＤ式に変更することにより、太陽光の反射等を抑えることが可能となり灯器の表示が鮮明に確認可能となることに加え、例えば車両用信号機の灯器に関しては１灯当たり６割程度の電力削減を図ることができ、これにより省エネルギー化が達成されるものである。具体的に消費電力は、例えば、電球式が約４５Ｗで有るのに対して、ＬＥＤ式であると約１５Ｗとなる。

上述のような交通信号機は、例えば以下の特許文献に記載されている。
特開平０７−２９６２９４号公報

上述のような交通信号機では以下のような問題があった。

灯器を電球式からＬＥＤ式に変更することで消費電力自体の削減は可能となる一方、ＬＥＤ式は電球式に比べて部材コストが高いため、単に、新規にＬＥＤ式の灯器部を採用したり、既設の電球式の灯器部をＬＥＤ式の灯器部に交換することでは総合的なコストダウンの効果は小さかった。換言すると、ＬＥＤ式は、部材が高価であり初期導入コストが嵩むため即効的なコストダウンは無く、数年の使用によって総合的にコストダウンが図れるものであった。

また、昼夜を問わず商用電源による電力を使用することに変わりはない。特に近年、社会的に電力平準化の要請が強まる中、商用電力使用量の削減に格段に寄与するように負荷を構成することも重要な課題となっている。

更には、交通信号機に商用電源を適用している場合には、地震等の天災地変による災害時や、台風・落雷等を原因として生じる電力供給設備の支障時に著しい障害が発生するという問題もあった。すなわち、前述のような災害時には、交通信号機への電力供給が停止する可能性があり、このため交通信号機の運転がストップし、ひいては交通渋滞を招いたり、場合によっては大きな交通事故を誘発するという問題があった。

この問題を解決するため、交通量が極めて多い幹線同士が交差する交差点等、特に重要な交差点には非常用の電源として発電器を設けて対処している箇所も存在する。しかしながら、全ての箇所に設置するには莫大なコストがかかること、また、発電器はディーゼル式の比較的大型な装置となること等から、非常用の発電器を備えた交通信号機は極めて希であった。

更にまた、灯器がいわゆる球切れの状態を起こした場合には、上述のように交通に大きな混乱を招くと共に重大な事故を併発してしまう可能性が有るため、球切れを起こさないよう、事前に１年毎に定期的に灯器を交換するメンテナンス作業が必要であった。特に、電球式の灯器は、１灯あたり１個の電球にて構成されているため、１個の球切れが１灯の不良に繋がることとなり、このため灯器交換メンテナンスの重要性が高かった。従って、その重要性に鑑みメンテナンスは必要不可欠である。

しかしながら、灯器の劣化具合を個別的確に把握することは困難であることを理由に、全ての灯器がメンテナンスの対象となっており、実質的に継続使用可能な灯器であったとしても交換メンテナンスを行う場合もあった。そのため、交換メンテナンスが非効率的で作業量が極めて大きくなる問題や、なかには不要な交換メンテナンスも存在することとなり、実質的な無駄が生じている点は否めなかった。

なお更に、灯器が劣化・不良・雷害等により短時間で故障する場合も考えられるが、このようなケースは、当然のことながら定期メンテナンスで補うことができない。従って、このような場合に備えて灯器の状態を常時把握しておくことが好ましいのであるが、現在の交通信号機ではこのような機能は備えていなかった。例えば、遠隔監視が可能である一層安全な交通信号機が望まれていた。

本発明の目的は、上述した従来の交通信号機が有する課題を解決することにある。

すなわち、消費電力自体の削減に加えて商用電力使用量の削減を図ることにより、部材コストを補填しつつ総合的に運用コストの削減を可能とする交通信号システムを提供すること。また、災害等の非常時にも独立電源により運転が停止しない交通信号システムを提供すること。更には、灯器の状態等を常時遠隔で監視可能とし、灯器の適切な交換時期等を把握し保守コストも削減可能とする交通信号システムを提供することにある。

上述の課題を解決するために、
第１には、太陽光パネル若しくは風力発電機の単体又は太陽光パネル及び風力発電機の複合体とバッテリーとからなる独立電源、及び前記独立電源と商用電源との切り替えを制御するための制御装置を有する交通信号機に対し、該交通信号機を遠隔監視及び遠隔制御するための管理装置を遠方に設置すると共に、前記交通信号機と前記管理装置とを電気通信回線を介して接続したことを特徴とする交通信号システムとしたものであり、
第２には、灯器の負荷電圧や負荷電流を測定するための灯器状態測定部を交通信号機に配設し、該測定値を管理装置に配信することを特徴とする請求項１に記載の交通信号システムとしたものであり、
第３には、独立電源の電圧、電流、内部抵抗、比重等を測定するための独立電源状態測定部を交通信号機に配設し、該測定値を管理装置に配信することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の交通信号システムとしたものであり、
第４には、前記管理装置に電気通信回線を介して接続し、該管理装置の有するデータにアクセスできるようユーザー局を構築したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の交通信号システムとしたものである。

本発明は、交通信号システムに関し、上述した構成を有するため、以下に記載の効果を奏することができる。

装置の消費電力自体の削減に加えて商用電力使用量の削減を図ることが可能となる。従って、部材の初期導入コストを補填しつつ総合的に運用コストの削減を図ることができる。

また、災害等の非常時にも独立電源により運転が停止せず、安全な交通信号システムとすることができる。

更には、灯器の状態等が常時遠隔で監視可能となる。従って、灯器の適切な交換時期等が把握できることから、的確なメンテナンスを講じることができ、保守コストも削減することが可能となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明の趣旨を越えない限り何ら下記形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の交通信号システムを設置した子局Ｘ１（横断歩道又は交差点等）の様子を表す概略図である。１は、車両用信号機の灯器部を表している。１ｄは、青色灯器１ａ、黄色灯器１ｂ、赤色灯器１ｃが収容される箱体であって、３箇所に穿設された透孔から各灯器の表示レンズが露呈されている。なお、図示しないが、灯器の発する照射光の視認性向上を目的に、各灯器の上部には箱体１ｄからフードカバーが延設される。この灯器部１は、大地８に立設された支柱２の上部に設置されるものである。

４は、灯器部１を制御するための電気機器や通信機器を収容した制御装置であり、支柱２の下部に添設されている。この制御装置４には、商用電源６、並びに、公衆電話回線又は公衆インターネット網等の電気通信回線に接続するための通信線７が布設されているが、詳細については後述することとする。

３は、灯器部１や制御装置４を駆動するための独立電源である。独立電源３は、風力発電機３ａと太陽電池パネル３ｂとにより構成されており、風力発電機３ａは支柱２の最上部に、また、太陽電池パネル３ｂは灯器部１ｄの天部にそれぞれ設置されている。そして、風力発電機３ａ及び太陽電池パネル３ｂからは、制御装置４へ向かってそれぞれ独立電源線が布設されるものである。なお、本図の実施形態では、風力発電機３ａ及び太陽電池パネル３ｂの併用にて独立電源３を構成しているが、風力発電機３ａのみ又は太陽電池パネル３ｂのみによって独立電源３を構成しても良く適宜変更可能である。

５は、無線機であって、灯器部１の下部に取着されている。また、この無線機５と制御装置４との間には、制御装置４が無線機５を制御するための通信線５ａが布設されている。無線機５は、例えば横断歩道に設けられた一組の車両用信号機及び歩行者用信号機のそれぞれに配設されるものであり、各信号機同士間の通信を無線にて行うためのものである。この無線機５の動作等についても後に詳述することとする。

図２は、本発明の交通信号システムの全体図である。Ｘ１からＸ３はそれぞれ横断歩道又は交差点等の子局であり、Ｙはそれぞれの子局の状態を管理制御する親局である。また、Ｚ１からＺ３は親局Ｙにアクセス可能なユーザー局である。そして、子局Ｘ、親局Ｙ及びユーザー局Ｚは、電気通信回線網Ｉによって接続され通信可能となっている。電気通信回線網Ｉは、公衆インターネット網を適用するのが好ましいが公衆電話回線でも良く、場合によっては専用線を構築して適用しても良い。なお、親局Ｙには管理ＰＣが用意されると共に、ユーザー局ＺにもそれぞれユーザーＰＣが用意されるものである。

図３及び図４は、子局Ｘに配設される各装置の結線等を示す構成図である。図３に示す制御装置４Ａは、ＡＣ／ＤＣコンバータ４ａ、系統切替器４ｃ、充放電器４ｄ、バッテリー４ｅ、ＤＣ／ＤＣコントローラ４ｆ、制御部４ｇ、データロガ４ｈ、通信装置４ｉが内蔵されている。一方、図４に示す制御装置４ＢにもＡＣ／ＤＣコンバータ４ａ、系統切替器４ｃ、充放電器４ｄ、バッテリー４ｅ、ＤＣ／ＤＣコントローラ４ｆ、制御部４ｇ、データロガ４ｈが内蔵されているが、通信機器４ｉは内蔵されていない。つまり、制御装置４Ａと制御装置４Ｂとの相違は、通信装置４ｉが装備されるか否かである。これは、制御装置４Ａが親局Ｙとの通信を行うよう構成されているためである。

６は、商用電源であって、ＡＣ／ＤＣコンバータ４ａに入力されており、交流電源から直流電源へ変換されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ４ａから出力された直流電源は、系統切替器４ｃに入力される。また、系統切替器４ｃには、独立電源３である太陽光パネル３ｂの出力も入力されている。そして、系統切替器４ｃからは、商用電源６又は太陽光パネル３ｂからの電源の一方が選択されて出力され、充放電器４ｄに入力されるものである。なお、この選択は、後述の制御部４ｇによって制御される。また、もうひとつの独立電源３である風力発電機３ａの出力が、充放電器４ｄに入力されている。

充放電器４ｄの出力はバッテリー４ｅに入力されていると共に、ＤＣ／ＤＣコントローラ４ｆに入力され、信号灯器部１や無線機４等の各負荷への供給電源は、最終的にＤＣ／ＤＣコントローラ４ｆの出力が使用されるようになっている。なお、ＤＣ／ＤＣコントローラ４ｆは、各負荷への電源を安定化させるための装置である。

４ｈは、データロガであって、種々のデータを入力し記録保存する機能を有するものである。このデータロガ４ｈに記録されるデータとしては、灯器部１に装着された各灯器１ａから１ｃの各電圧値や電流値、充放電器４ｄの電圧値や電流値、並びにバッテリー４ｅの抵抗値や比重値である。なお、これらの値は、図示しないが灯器部１や充放電器４ｄに取り付けられた各測定器にて計測されるものであり、これらの各測定器からの出力をデータロガ４ｈの各入力ポートに入力するよう構成したものである。データロガ４ｈには例えば１時間に１回程度の割合で各測定値を入力し記録するようにしている。

４ｇは制御部であって、子局を総合的に制御するための心臓部であり、例えばマイクロコンピュータ等が用いられる。制御部４ｇの役割は、大きく５つに分けられる。第１には灯器部１の制御、すなわち灯器１ａから灯器１ｃの点灯消灯制御であり、第２には電源系統の制御、すなわち商用電源６と独立電源３の切替制御であり、第３には各測定値の読取作業、すなわちデータロガ４ｈに記録される各測定値を読み取る作業であり、第４には同一子局Ｘ（例えばＸ１）内に配設された他の制御装置４Ｂとの通信作業、すなわち各制御装置４Ｂに記録される各種データを収集する作業であり、第５には親局Ｙへのデータ配信作業、すなわち自己の制御装置４Ａに蓄積される各種データや他の制御装置４Ｂから収集した各種データを親局Ｙへ向けて通信装置４ｉと電気通信回線網Ｉを介して配信する作業である。

次ぎに、本発明の交通信号システムの動作について説明する。先ず始めに子局Ｘの動作についてであるが、子局Ｘはいくつかのモードを有している。具体的には、充分日射のある昼間に設定されるモードや、日射が充分にない昼間や夜間に設定されるモード等である。

例えば、充分日射のある昼間は、制御部４ｇによって系統切替器４ｃが太陽光パネル３ｂ側にセットされる。これにより、灯器部１等の負荷の電源は、太陽光パネル３ｂ及び風力発電機３ｃにてまかなわれることとなり、商用電源６は使用されない状態となる。なお、このモード時は、独立電源３から得られる電力が充分に大きいため、充放電器４ｄから各負荷に対して電源供給されるとともに、バッテリー４ｅには電力が蓄積されるよう動作するものである。

前述したように、データロガ４ｈには灯器部１の各灯器１ａ〜１ｃの電圧値等、並びに充放電器４ｄの電圧値等が毎時入力されており、これらの値を制御部４ｇが読み取り、負荷への電源が充分に満足される状態であるか否かをチェックしている。この制御装置４Ａの制御部４ｇは、無線機５を介して他の制御装置４Ｂの制御部４ｇと通信も行っており、他の制御装置４Ｂに蓄積される各種のデータを吸い上げている。そして、これらのデータは、通信装置４ｉ及び電気通信回線網Ｉを介して親局Ｙの管理ＰＣに配信されるものである。なお、制御装置４Ａ及び制御装置４Ｂは、当然のことながら、各信号灯器部１の制御を行っていることは言うまでもない。

また、夕方には太陽からの日射量が小さくなるため、太陽光パネル３ｂから得られる電力は小さくなる。この場合には、充放電器４ｄによって自動的にバッテリー４ｅが電力を供給するよう動作する。昼間に充電した電力を放出するものである。

更に、夜間になった場合には、太陽光パネル３ｂからは電力が得られなくなるとともに、やがてバッテリー４ｅのみで電力をまかなうこともできなくなる。このような状態は、データロガ４ｈに記録される各種のデータを制御部４ｇが随時確認しているため把握できるものであり、この場合には、制御部４ｇによって系統切替器４ｃが商用電源６側にセットされる。これにより、灯器部１等の負荷をまかなう電源は、商用電源６及び風力発電機３ｃが適用されることとなり、太陽光パネル３ｂは使用されない状態となる。なお、このモード時は、商用電源６から得られる電力が充分に大きいため、充放電器４ｄから各負荷に対して電源供給されるとともに、バッテリー４ｅには電力が蓄積されるよう動作するものである。

更にまた、明け方となった場合には、バッテリー４ｅには充分電力が蓄積されていることとなる。この場合には、充放電器４ｄによって自動的にバッテリー４ｅが電力を供給するよう動作する。夜間に充電した電力を放出するものである。

そして、昼間になった場合には、制御部４ｇによって系統切替器４ｃが太陽光パネル３ｂ側にセットされる。これにより、信号灯器部１等の負荷の電源は、太陽光パネル３ｂ及び風力発電機３ｃにてまかなわれることとなり、商用電源６は使用されない状態となる。

なお、上述の動作は一例でありこれに限定されず、各種の測定データを元に、極力独立電源３にて負荷をまかなうよう制御部４ｇの制御等により適宜最適に自動運転されるものである。例えば、バッテリー４ｅの容量が大きければ、夜間も商用電源を使用せずバッテリー４ｅのみで負荷への電源供給をまかなうこともできる。他方、夜間且つ非常時においては太陽光パネル３ｂによる電源が使用できないばかりか商用電源６も使用できないこととなり、バッテリー４ｅに頼らざるを得ないこととなるが、これに対処できるよう、常にバッテリー４ｅの電力に余力を持たせるようにすることもできる。

次ぎに、灯器の劣化・不良検出について説明する。前述したように、各灯器の電圧値や電流値はデータロガ４ｈに記録されており、これらのデータを制御部４ｇが定期的に読み取るとともに親局Ｙに配信している。親局Ｙではこれらのデータをリアルタイムに表示したり、視覚的・聴覚的に分かりやすいよう警報表示や警報ブザーを動作させる。このようにして、遠方の各子局の状態を把握することができるため、必要なときに必要な箇所の的確なメンテナンスを行うことが可能となる。

また、Ｚは、メンテナンス業者等のユーザー局である。ユーザーは、親局Ｙに集約される各交通信号機の情報を閲覧することができるよう構成したものである。仮に、メンテナンス業者がメンテナンス管理を行っている場合には、このような構成を採ることにより、メンテナンス業者による迅速な対応が可能となるものである。

以上のように、本発明によれば、装置の消費電力自体の削減に加えて商用電力使用量の削減を図ることが可能となるため、部材の初期導入コストを補填しつつ総合的に運用コストの削減を図ることができる。また、災害等の非常時にも独立電源により運転が停止せず、安全な交通信号システムとすることができる。更には、灯器の状態等が常時遠隔で監視可能となるため、灯器の適切な交換時期等が把握できることから、的確なメンテナンスを講じることができ、保守コストも削減することが可能となるものである。

図１は、本発明の交通信号システムを設置した子局Ｘ１（横断歩道又は交差点等）の様子を表す概略図である。 図２は、本発明の交通信号システムの全体図である。 図３は、子局Ｘに配設される各装置の結線等を示す構成図である。 図４は、子局Ｘに配設される各装置の結線等を示す構成図である。

符号の説明

Ｉ ……電気通信回線網
Ｘ ……子局
Ｙ ……親局
Ｚ ……ユーザー局
１ ……信号灯器部
１ａ〜１ｃ ……灯器
２ ……支柱
３ ……独立電源
３ａ ……風力発電機
３ｂ ……太陽光パネル
４ ……制御装置
４ａ ……ＡＣ／ＤＣコンバータ
４ｃ ……系統切替器
４ｄ ……充放電器
４ｅ ……バッテリー
４ｆ ……ＤＣ／ＤＣコントローラ
４ｇ ……制御部
４ｈ ……データロガ
４ｉ ……通信装置
５ ……無線機
６ ……商用電源
７ ……通信線
８ ……大地

Claims (4)

1. 太陽光パネル若しくは風力発電機の単体又は太陽光パネル及び風力発電機の複合体とバッテリーとからなる独立電源、及び前記独立電源と商用電源との切り替えを制御するための制御装置を有する交通信号機に対し、該交通信号機を遠隔監視及び遠隔制御するための管理装置を遠方に設置すると共に、前記交通信号機と前記管理装置とを電気通信回線を介して接続したことを特徴とする交通信号システム。
2. 灯器の負荷電圧や負荷電流を測定するための灯器状態測定部を交通信号機に配設し、該測定値を管理装置に配信するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の交通信号システム。
3. 独立電源の電圧、電流、内部抵抗、比重等を測定するための独立電源状態測定部を交通信号機に配設し、該測定値を管理装置に配信するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の交通信号システム。
4. 前記管理装置に電気通信回線を介して接続し、該管理装置の有するデータにアクセスできるようユーザー局を構築したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の交通信号システム。

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