JP2013029375A - 障害物検出方法及び障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の照射効率を向上させるとともに、垂直方向の分解能を向上させることができる障害物検出方法及び障害物検出装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を投受光するレーザレーダ１を設置する設置工程（ＳＰ１０１）と、監視範囲Ａに向かってレーザ光を照射して監視範囲Ａの位置を特定する監視範囲位置特定工程（ＳＰ１０２）と、レーザレーダ１の俯角φ0を調整する俯角調整工程（ＳＰ１０３）と、監視範囲Ａにおける垂直走査角度の最小値φminを算出する最小値算出工程（ＳＰ１０４）と、監視範囲Ａにおける垂直走査角度の最大値φmaxを算出する最大値算出工程（ＳＰ１０５）と、垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxに基づいてレーザレーダ１の垂直画角Δφを設定する垂直画角設定工程（ＳＰ１０６）と、を有し、垂直画角Δφの範囲内でレーザ光を垂直方向に走査させて障害物Ｔを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、障害物検出方法及び障害物検出装置に関し、特に、レーザレーダの計測可能範囲内に踏切等の特定の監視範囲を有し、該監視範囲内の障害物の検出に適した障害物検出方法及び障害物検出装置に関する。

レーザレーダを使用した障害物検出装置は、監視範囲に照射されたレーザ光の反射光を受光することによって物体を検知し、監視範囲内で一定時間滞留した物体を障害物として検出している。かかるレーザレーダは、一般に、監視範囲を俯瞰できる高さに配置され、レーザレーダの計測可能範囲内に監視範囲が含まれるように設置され、極座標系の三次元データを取得している。したがって、検出した障害物の位置を特定するためには、レーザレーダの極座標系の三次元データを監視範囲の地上座標系に変換する必要がある。かかる座標変換処理に要するレーザレーダの設定作業等を容易に行う手法として、例えば、特許文献１に記載されたものが既に提案されている。

特許文献１に記載された発明は、監視範囲の頂点に反射体を設定した後、レーザレーダからレーザ光を投光させつつ走査させて、前記反射体で反射したレーザ光に基づいて、レーザレーダの極座標系により反射体の各位置を測定し、続いて、反射体の各極座標系位置データをレーザレーダの直交座標系に座標変換するとともに、反射体の各直交座標系位置データに基づいて、最小二乗法により反射体を含む平面の平面データを算出し、次いで、この平面データから原点位置を地上座標系により定義して、この原点位置に対するレーザレーダの距離測定原点位置を求めるとともに、互いに直交する三軸に対する回転角を設置姿勢として求めるようにしている。

特開２０１０−４４０５０号公報

特許文献１に記載された発明では、レーザレーダの計測可能範囲内において監視範囲を自動で設定することができ、施工時間の大幅な短縮を実現できるとともに、施工作業員の熟練度の多寡にかかわらず高い精度で監視範囲を設定することができる。しかしながら、レーザレーダの姿勢が多少ずれていたとしても監視範囲を自動で設定することができるように、レーザレーダの計測可能範囲内に監視範囲が含まれるようにする必要があり、かつ、レーザレーダの計測可能範囲内の全領域においてレーザ光を照射する必要があった。

例えば、レーザレーダの計測可能範囲が、水平画角約６０度、垂直画角約３０度に設定されており、監視範囲の計測に必要な水平画角は約２０度、垂直画角は約１０度である場合には、レーザ光を照射している範囲に対して計測に必要な範囲は約１／９の面積しかなく、残りの部分のレーザ光の照射は無駄になっていた。

また、垂直画角は、障害物の垂直方向の分解能にも影響するものであり、レーザレーダの計測可能範囲を基準にレーザ光を走査している場合には、垂直方向の分解能の性能向上に限界があった。

本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、レーザ光の照射効率を向上させるとともに、垂直方向の分解能を向上させることができる障害物検出方法及び障害物検出装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、監視範囲の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査しながら照射し、前記レーザ光の反射光を受光して前記監視範囲内の障害物を検出する障害物検出方法であって、前記レーザ光を投受光するレーザレーダを設置する設置工程と、前記監視範囲に向かって前記レーザ光を照射して前記監視範囲の位置を特定する監視範囲位置特定工程と、前記レーザレーダの俯角を調整する俯角調整工程と、前記監視範囲における垂直走査角度の最小値を算出する最小値算出工程と、前記監視範囲における垂直走査角度の最大値を算出する最大値算出工程と、前記垂直走査角度の最小値及び最大値に基づいて前記レーザレーダの垂直画角を設定する垂直画角設定工程と、を有し、前記垂直画角の範囲内で前記レーザ光を前記垂直方向に走査させて前記障害物を検出するようにした、ことを特徴とする障害物検出方法が提供される。

前記最大値算出工程は、監視対象物の高さを考慮して前記垂直走査角度の最大値を算出するようにしてもよい。

前記レーザレーダの水平走査角度を監視し、該水平走査角度から算出される水平走査位置が前記監視範囲内である場合に前記レーザ光を投光し、前記水平走査位置が前記監視範囲外である場合に前記レーザ光を投光しないようにしてもよい。

前記監視範囲を含む前記水平走査角度の最小値及び最大値によって設定される照射範囲を設定し、前記水平走査位置が前記照射範囲内である場合に前記レーザ光を投光するようにしてもよい。また、前記監視範囲の前記水平方向の上流側に判定領域を設定し、前記水平走査位置が前記判定領域内である場合に前記レーザ光を投光するようにしてもよい。

前記監視範囲は、例えば、踏切を含む範囲、遮断桿を含む範囲又は踏切及び遮断桿を含む範囲のいずれかに設定される。

また、本発明によれば、監視範囲の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査しながら照射し、前記レーザ光の反射光を受光して前記監視範囲内の障害物を検出する障害物検出装置であって、前記レーザ光を投光する投光部と、前記レーザ光を前記水平方向に走査させる水平走査手段と、前記レーザ光を前記垂直方向に走査させる垂直走査手段と、前記レーザ光の反射光を受光して受光情報を発信する受光部と、前記受光情報から前記障害物の距離を算出する距離演算部と、前記投光部、前記水平走査手段及び前記垂直走査手段の制御を行う制御部と、を有するレーザレーダを備え、前記制御部は、前記監視範囲における垂直走査角度の最小値及び最大値の範囲内で前記レーザ光を前記垂直方向に走査させるように前記垂直走査手段を制御する、ことを特徴とする障害物検出装置が提供される。

前記制御部は、監視対象物の高さを考慮して前記垂直走査角度の最大値を算出するようにしてもよい。

前記制御部は、前記水平走査手段の水平走査角度を監視し、該水平走査角度から算出される水平走査位置が前記監視範囲内である場合に前記レーザ光を投光し、前記水平走査位置が前記監視範囲外である場合に前記レーザ光を投光しないように前記投光部を制御するようにしてもよい。

前記制御部は、前記監視範囲を含む前記水平走査角度の最小値及び最大値によって設定される照射範囲を設定し、前記水平走査位置が前記照射範囲内である場合に前記レーザ光を投光するように前記投光部を制御するようにしてもよい。また、前記制御部は、前記監視範囲の前記水平方向の上流側に判定領域を設定し、前記水平走査位置が前記判定領域内である場合に前記レーザ光を投光するように前記投光部を制御するようにしてもよい。

前記制御部は、前記監視範囲を、踏切を含む範囲、遮断桿を含む範囲又は踏切及び遮断桿を含む範囲のいずれかに設定するようにしてもよい。

上述した本発明の障害物検出方法及び障害物検出装置によれば、監視範囲における垂直走査角度の最小値及び最大値を算出して垂直画角を設定し、かかる垂直画角の範囲でレーザ光を照射して走査させるようにしたことから、レーザレーダの計測可能範囲における監視範囲以外の垂直方向の部分にレーザ光を走査させる必要がなく、レーザ光の照射効率を向上させることができる。また、垂直方向走査範囲を監視範囲の領域に限定したことにより、垂直方向の走査密度を密にすることができ、垂直方向の分解能を向上させることができる。

また、レーザレーダの水平走査角度を監視して、監視範囲内にのみレーザ光を投光させるようにしたことにより、レーザレーダの計測可能範囲における監視範囲以外の水平方向の部分にレーザ光を照射させる必要がなく、レーザ光の照射効率をさらに向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係る障害物検出方法を示すフロー図である。 図１に示した障害物検出方法を実行するレーザレーダの構成図であり、（ａ）は第一実施形態、（ｂ）は変形例、を示している。 図１に示した障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は俯角調整工程、（ｂ）は垂直分解能の算出方法、を示している。 図１に示した障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は本実施形態における垂直画角設定方法、（ｂ）は従来技術における垂直画角設定方法、を示している。 垂直分解能を示す図であり、（ａ）は本実施形態の場合、（ｂ）は従来技術の場合、を示している。 本発明の他の実施形態に係る障害物検出方法を示すフロー図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、を示している。 図６に示した障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）第二実施形態の変形例、（ｃ）は第三実施形態、を示している。 監視範囲に遮断桿を含む場合における障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図８を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る障害物検出方法を示すフロー図である。図２は、図１に示した障害物検出方法を実行するレーザレーダの構成図であり、（ａ）は第一実施形態、（ｂ）は変形例、を示している。図３は、図１に示した障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は俯角調整工程、（ｂ）は垂直分解能の算出方法、を示している。図４は、図１に示した障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は本実施形態における垂直画角設定方法、（ｂ）は従来技術における垂直画角設定方法、を示している。

本発明の第一実施形態に係る障害物検出方法は、図１に示したように、監視範囲Ａの水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査しながら照射し、レーザ光の反射光を受光して監視範囲Ａ内の障害物Ｔを検出する障害物検出方法であって、レーザ光を投受光するレーザレーダ１を設置する設置工程（ＳＰ１０１）と、監視範囲Ａに向かってレーザ光を照射して監視範囲Ａの位置を特定する監視範囲位置特定工程（ＳＰ１０２）と、レーザレーダ１の俯角φ0を調整する俯角調整工程（ＳＰ１０３）と、監視範囲Ａにおける垂直走査角度の最小値φminを算出する最小値算出工程（ＳＰ１０４）と、監視範囲Ａにおける垂直走査角度の最大値φmaxを算出する最大値算出工程（ＳＰ１０５）と、垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxに基づいてレーザレーダ１の垂直画角Δφを設定する垂直画角設定工程（ＳＰ１０６）と、を有し、垂直画角設定工程（ＳＰ１０６）により求められた垂直画角Δφの範囲内でレーザ光を垂直方向に走査させて障害物Ｔを検出するようにしている。

前記レーザレーダ１は、監視範囲Ａの水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査しながら照射し、レーザ光の反射光を受光して監視範囲Ａ内の障害物Ｔを検出する障害物検出装置の主要構成部品である。具体的には、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、本実施形態における障害物検出装置は、レーザ光を投光する投光部１１と、レーザ光を水平方向に走査させる水平走査手段１２と、レーザ光を垂直方向に走査させる垂直走査手段１３と、レーザ光の反射光を受光して受光情報ｄ４を発信する受光部１４と、受光情報ｄ４から障害物Ｔの距離を算出する距離演算部１５と、投光部１１、水平走査手段１２及び垂直走査手段１３の制御を行う制御部１６と、を有するレーザレーダ１を備え、制御部１６は、監視範囲Ａにおける垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxの範囲内（すなわち、垂直画角Δφの範囲内）でレーザ光を垂直方向に走査させるように垂直走査手段１３を制御している。

前記投光部１１は、レーザ光を発光して照射する部品である。かかる投光部１１は、例えば、光源となるレーザダイオードと、レーザ光をコリメートする投光レンズと、レーザダイオードを操作するＬＤドライバと、から構成される。ＬＤドライバは、制御部１６からの投光指令ｓ１に基づいてレーザ光を発光するようにレーザダイオードを操作する。なお、ＬＤドライバは、レーザ光の発光と同時にパルス状の発光同期信号を距離演算部１５に発信するようにしてもよい。

前記水平走査手段１２は、例えば、ポリゴンスキャナであり、六面体の四側面が鏡面化されたポリゴンミラー１２ａと、鏡面化された四側面を所定の方向に回転させる駆動モータ１２ｂと、ポリゴンミラー１２ａ及び駆動モータ１２ｂを支持する筐体１２ｃと、を有する。鏡面化された四側面を回転させることにより、投光部１１からパルス状に投光されたレーザ光は、水平方向の角度が変更され、監視範囲Ａの水平方向に高速に走査される。

ポリゴンミラー１２ａは、鏡面化されていない一対の二面の中心を回転軸として駆動モータ１２ｂにより高速回転される。駆動モータ１２ｂは、モータドライバ（図示せず）により操作される。モータドライバは、制御部１６から送信される速度指令ｓ２に基づいて、駆動モータ１２ｂの回転速度を制御する。また、モータドライバは、ポリゴンミラー１２ａの角度情報ｄ２を制御部１６に発信する。なお、かかる水平走査手段１２の構成は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。

垂直走査手段１３は、図２（ａ）に示したように、例えば、平面鏡を構成するミラー１３ａと、ミラー１３ａの鏡面を揺動させる駆動モータ１３ｂと、を有する。駆動モータ１３ｂにより、ミラー１３ａを揺動させることにより、ポリゴンミラー１２ａを反射したレーザ光の水平方向の角度が変更され、監視範囲Ａの垂直方向に走査される。このとき、レーザ光は正弦波動作をするように垂直方向に走査される。駆動モータ１３ｂは、モータドライバ（図示せず）により操作される。モータドライバは、制御部１６から送信される速度指令ｓ３に基づいて、駆動モータ１３ｂの揺動方向及び揺動速度を制御する。また、モータドライバは、ミラー１３ａの角度情報ｄ３を制御部１６に発信する。なお、かかる垂直走査手段１３の構成は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではなく、例えば、ガルバノミラーを有するガルバノスキャナにより構成するようにしてもよい。

垂直走査手段１３は、図２（ｂ）に示した変形例のように、水平走査手段１２を上下に揺動させる駆動モータにより構成してもよい。具体的には、垂直走査手段１３を構成する駆動モータは、水平走査手段１２を構成するポリゴンスキャナの筐体１２ｃに接続される。かかる駆動モータの回転方向を正転及び反転させることにより、ポリゴンミラー１２ａを反射したレーザ光の垂直方向の角度が変更され、監視範囲Ａの垂直方向に走査される。駆動モータは、モータドライバ（図示せず）により操作される。モータドライバは、制御部１６から送信される速度指令ｓ３に基づいて、駆動モータの揺動方向及び揺動速度を制御する。また、モータドライバは、ポリゴンミラー１２ａの角度情報ｄ３を制御部１６に発信する。なお、垂直走査手段１３を構成する駆動モータは、ポリゴンスキャナではなく、レーザレーダ１の全体を揺動させるようにしてもよい。

前記受光部１４は、監視範囲Ａに照射されたレーザ光の反射光を受光する部品である。ここでは、投光部１１と受光部１４とを個別に設けて投光軸と受光軸とがずれるように構成しているが、投光軸と受光軸とが一致するように投光部１１と受光部１４が一体に形成されていてもよい。かかる受光部１４は、例えば、反射光を集光する受光レンズと、集光された反射光を受光して電圧に変換する光電変換素子や増幅・圧縮・デコード等の処理を施す機器等を有する受光部本体と、から構成される。

照射窓１７を透過した反射光は、投光されるレーザ光と同様に、ポリゴンミラー１２ａを介して受光レンズに導かれる。そして、反射光を受光した受光部本体は、電圧値に変換された受光情報ｄ４を距離演算部１５に発信する。受光情報ｄ４には、受光強度や受光時間が含まれている。なお、光電変換素子は、受光素子とも呼ばれる部品であり、例えば、フォトダイオードが使用される。

前記距離演算部１５は、計測点の距離情報ｄ５を算出する部品である。距離演算部１５は、制御部１６から発信された投光指令ｓ１と受光部１４から発信された受光情報ｄ４とを受信し、レーザ光が監視範囲Ａ内の物体（障害物Ｔ）に照射されて反射した計測点の距離を算出し、距離情報ｄ５を制御部１６に発信する。また、距離情報ｄ５とともに、受光情報ｄ４に含まれる受光強度を距離情報ｄ５と関連付けて制御部１６に発信するようにしてもよい。

距離演算部１５は、投光指令ｓ１が発信された時間と反射光を受光した時間とからレーザ光の飛行した時間を算出し、レーザ光の速度からレーザ光の飛行距離を算出する。この飛行距離はレーザ光の往復距離であるため、具体的には飛行距離の半分の値が、障害物Ｔの距離情報ｄ５として算出される。このとき、レーザレーダ１内の飛行距離（投光部１１から照射窓１７までのレーザ光の飛行距離）を幾何学的に算出し、その分を差し引くことにより、距離情報ｄ５の精度を向上させるようにしてもよい。

また、距離演算部１５は、受光時間が著しく短い受光情報ｄ４については距離情報ｄ５を算出しないようにするゲート機能を有していてもよい。かかるゲート機能により、レーザレーダ１の内部等に反射した散乱光を除外することができる。

前記制御部１６は、投光部１１に投光指令ｓ１を発信し、水平走査手段１２，垂直走査手段１３に各速度指令ｓ２，ｓ３を発信することにより、投光部１１、水平走査手段１２及び垂直走査手段１３の制御を行う。また、制御部１６は、水平走査手段１２及び垂直走査手段１３の各角度情報ｄ２，ｄ３を受信し、距離演算部１５の距離情報ｄ５を受信し、レーザ光を反射した障害物Ｔの位置情報ｄ６を出力する。かかる位置情報ｄ６の出力は、離れた建物内に配置されたモニタ等に表示される。

ここで、距離演算部１５は、受光距離が著しく短い距離情報ｄ５については位置情報ｄ６を算出しないようにするゲート機能を有していてもよい。かかるゲート機能により、レーザレーダ１の内部等に反射した散乱光を除外することができる。

また、制御部１６は、位置情報ｄ６に基づいてモニタ等の出力機器に表示する画像を生成する画像処理機能を有していてもよい。かかる画像処理機能は、モニタ等に接続されたコンピュータに配置されていてもよい。モニタは、出力機器の一例であり、プリンタや警報機等の出力機器であってもよい。さらに、位置情報ｄ６や位置情報ｄ６に基づいて生成された画像等の出力データは、記憶装置に保存するようにしてもよい。かかる出力データを保存することにより、過去の監視データを事後的にチェックしたり、分析したりすることができる。

かかるレーザレーダ１を備えた障害物検出装置を用いて、上述した第一実施形態に係る障害物検出方法を実施する場合について、図３及び図４を参照しつつ説明する。

前記設置工程（ＳＰ１０１）は、図３（ａ）に示したように、レーザレーダ１を所定の据付高さＨｓの位置に設置する工程である。レーザレーダ１の据付高さＨｓは、障害物検出装置を配置する場所の環境によって変化するものである。かかる据付高さＨｓは、踏切等の監視範囲Ａを俯瞰できる高さ、例えば、３〜１０ｍ程度、好ましくは５ｍ前後に設定される。このとき、レーザレーダ１の俯角φ0は、監視範囲Ａを含み得る仮の俯角に設定される。この仮の俯角は、レーザレーダ１の設計条件、監視範囲Ａの広さ、レーザレーダ１の据付位置及び据付高さ等の条件から算出される。

前記監視範囲位置特定工程（ＳＰ１０２）は、レーザレーダ１の照射可能範囲から監視範囲Ａを特定する工程である。具体的には、監視範囲Ａの頂点（角部）に反射体を配置し、レーザレーダ１によりレーザ光を、例えば、水平走査角度６０度、垂直走査角度３０度の範囲で走査し、反射体の位置を特定することによって、監視範囲Ａの位置を特定する。

前記俯角調整工程（ＳＰ１０３）は、レーザレーダ１の俯角φ0を本決めする工程である。具体的には、図３（ａ）に示したように、監視範囲Ａの近端Ｐ１及び遠端Ｐ２を算出し、近端Ｐ１及び遠端Ｐ２の垂直走査角度から垂直画角Δφpを求め、垂直画角Δφpの中心線を構成する垂直走査角度を俯角φ0として設定する。ここで、近端Ｐ１の水平距離をＬ１、遠端Ｐ２の水平距離をＬ２とすれば、俯角φ0は、幾何学的な計算により、φ0＝｛arctan(L1/Hs)+arctan(L2/Hs)｝/2と求めることができる。

前記最小値算出工程（ＳＰ１０４）は、監視範囲Ａにおける垂直走査角度の最小値φminを算出する工程である。具体的には、図４（ａ）に示したように、監視範囲Ａの近端Ｐ１の垂直走査角度を最小値φminとして設定する。この垂直走査角度の最小値φminは、俯角調整工程（ＳＰ１０３）で既に算出されている場合には、その数値をそのまま流用することができる。近端Ｐ１に障害物Ｔが存在している場合であっても、近端Ｐ１においては、遠端Ｐ２までの走査により必ず障害物Ｔを検出することができるため、障害物Ｔの高さを考慮する必要はない。

前記最大値算出工程（ＳＰ１０５）は、監視範囲Ａにおける垂直走査角度の最大値φmaxを算出する工程である。具体的には、図４（ａ）に示したように、監視範囲Ａの遠端Ｐ２における障害物Ｔを検出できる垂直走査角度が最大値φmaxとして設定される。すなわち、最大値算出工程（ＳＰ１０５）は、監視対象物（障害物Ｔ）の高さＨｔを考慮して垂直走査角度の最大値φmaxを算出するように構成されている。障害物Ｔの高さＨｔは、監視場所や監視目的等の条件によって任意に変更されるものである。

前記垂直画角設定工程（ＳＰ１０６）は、垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxに基づいてレーザレーダ１の垂直画角Δφを設定する工程である。具体的には、図４（ａ）に示したように、垂直画角Δφは、垂直走査角度の最大値φmaxと最小値φminの差分をとることによって設定される。例えば、レーザレーダ１の据付高さＨｓを５ｍ、監視範囲Ａの近端Ｐ１の水平距離Ｌ１を１０ｍ、監視範囲Ａの遠端Ｐ２の水平距離Ｌ２を２０ｍ、障害物Ｔの高さＨｔを２ｍ、と設定すれば、幾何学的な計算により、Δφ＝arctan(L2/(Hs-Ht)-arctan(L1/Hs)と求めることができ、垂直画角Δφは約１８度に設定される。

ここで、図４（ｂ）は、従来技術における垂直画角の設定方法を示している。図４（ｂ）に示した従来技術では、俯角φ0が算出された後、レーザレーダ１の垂直画角は、レーザレーダ１の照射可能範囲である垂直画角（３０度）と同じ数値に設定されていた。したがって、図の斜線を引いた部分のレーザ光は無駄な照射となっていた。一方、図４（ａ）に示した本実施形態では、新たに設定された垂直画角Δφの範囲内でレーザ光を垂直方向に走査させて障害物Ｔを検出するようにしたことから、無駄なレーザ光の照射を低減することができ、レーザ光の照射効率を向上させることができる。

ところで、垂直方向の分解能Ｈｎは、図３（ｂ）に示した計算式により算出することができる。いま、監視範囲Ａ内の計測点Ｐnについて考える。計測点Ｐnにおける水平距離をＬｎ、垂直走査角度をφnとする。また、水平距離Ｌｎにおける垂直分解能は、次の走査線のレーザ光（垂直走査角度φn+1）が水平距離Ｌｎで通過する高さＨｎにより定義されるものとする。とすれば、Ｌｎ＝Ｈｓ・tan(φn)、Ｈｎ＝Ｈｓ−Ｌｎ/tan(φn+1)、と求めることができる。

ここで、図５は、垂直分解能を示す図であり、（ａ）は本実施形態の場合、（ｂ）は従来技術の場合、を示している。各図において、横軸は水平距離Ｌｎ（ｍ）、縦軸は垂直分解能Ｈｎ（ｍ）を表示している。いま、監視範囲Ａは水平距離Ｌｎが１０〜２０ｍの範囲であるとする。図５（ａ）に示したように、監視範囲Ａ内における垂直分解能Ｈｎの最大値は０．１９ｍである。すなわち、本実施形態に係る障害物検出装置及び方法によれば、１９ｃｍまでの高さＨｔを有する障害物Ｔであれば検出することができる。

一方、図５（ｂ）に示したように、従来技術における垂直分解能Ｈｎの最大値は０．３１ｍである。すなわち、従来技術における障害物検出装置及び方法によれば、３１ｃｍまでの高さＨｔを有する障害物Ｔであれば検出することができる。このように、本実施形態によれば、障害物Ｔとして認識し得る垂直分解能Ｈｎを０．３１ｍから０．１９ｍまで小さくすることができ、垂直方向走査範囲を監視範囲Ａの領域に限定したことにより、垂直方向の走査密度を密にすることができ、垂直分解能Ｈｎを向上させることができる。

なお、図２に示したレーザレーダ１において、上述した工程のうち、監視範囲位置特定工程（ＳＰ１０２）〜垂直画角設定工程（ＳＰ１０６）の工程は、レーザレーダ１の制御部１６が処理を行う。また、制御部１６にコンピュータを接続して、遠隔操作により制御部１６を操作して監視範囲位置特定工程（ＳＰ１０２）〜垂直画角設定工程（ＳＰ１０６）の工程を処理するようにしてもよい。

次に、本発明の他の実施形態に係る障害物検出方法について説明する。ここで、図６は、本発明の他の実施形態に係る障害物検出方法を示すフロー図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、を示している。図７は、図６に示した障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）第二実施形態の変形例、（ｃ）は第三実施形態、を示している。図８は、監視範囲に遮断桿を含む場合における障害物検出方法の説明図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、を示している。なお、上述した第一実施形態と同じ構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図６（ａ）に示した第二実施形態に係る障害物検出方法は、レーザレーダ１の水平走査角度θを監視し、水平走査角度θから算出される水平走査位置が監視範囲Ａ内である場合にレーザ光を投光し、水平走査位置が監視範囲Ａ外である場合にレーザ光を投光しないようにしたものである。

具体的には、ポリゴンミラー１２ａの角度情報ｄ２に基づいて水平走査角度θを監視する監視工程（ＳＰ２０１）と、水平走査角度θから算出される水平走査位置が監視範囲Ａ内であるか否かを判断する投光開始判断工程（ＳＰ２０２）と、水平走査位置が監視範囲Ａ内である場合（Yes）にレーザ光の投光を開始する投光開始工程（ＳＰ２０３）と、水平走査角度θから算出される水平走査位置が監視範囲Ａ内であるか否かを判断する投光終了判断工程（ＳＰ２０４）と、水平走査位置が監視範囲Ａ外である場合（No）にレーザ光の投光を終了する投光終了工程（ＳＰ２０５）と、を有する。かかる処理は、レーザレーダ１の制御部１６が行う。

なお、投光開始判断工程（ＳＰ２０２）において、水平走査位置が監視範囲Ａ外である場合（No）にはレーザ光の投光を開始しないようにし、投光終了判断工程（ＳＰ２０４）において、水平走査位置が監視範囲Ａ内である場合（Yes）にレーザ光の投光を終了しないようにする。

例えば、図７（ａ）に示した模式図は、レーザレーダ１の照射可能範囲（垂直画角３０度、水平画角６０度の範囲）において、道路７１と線路７２との交差点である踏切７３を監視範囲Ａとするものである。監視範囲Ａの頂点に配置された菱形は監視範囲位置特定工程（ＳＰ１０２）等で使用する反射体７４を示している。反射体７４は、初期設定時にのみ使用し、実際に障害物検出を実施する場合には除去するようにしてもよい。

図７（ａ）において、白丸（○）はレーザ光を投光していない箇所（レーザ光を投光したとすれば照射されるであろう仮想的な計測点）、黒丸（●）はレーザ光を投光した箇所（レーザ光が照射された計測点）を意味している。また、走査線については、監視範囲Ａの近端、遠端、中央部の三本のみを代表線として図示しているが、実際には、監視範囲Ａには数十本の走査線が存在し得る。なお、走査線の本数は、障害物Ｔの大きさ、監視時間、監視間隔等の条件によって適宜変更されるものである。

図７（ａ）に示したように、ポリゴンミラー１２ａの水平走査角度θを監視することによって、監視範囲Ａに照射されないレーザ光の投光を抑制することができ、レーザ光の照射効率をさらに向上させることができ、投光部１１の部品の寿命を延ばすこともできる。また、無駄な処理をする必要がなく、電力消費量の削減や処理の高速化を図ることも可能である。

図７（ｂ）に示した第二実施形態の変形例は、監視範囲Ａを含む水平走査角度の最小値θmin及び最大値θmaxによって設定される照射範囲Ｓを設定し、水平走査位置が照射範囲Ｓ内である場合にレーザ光を投光するようにしたものである。換言すれば、監視範囲Ａを照射範囲Ｓの拡張したものである。また、本実施形態では、垂直走査角度は最小値φmin及び最大値φmaxにより規制されていることから、照射範囲Ｓは、水平走査角度の最小値θmin及び最大値θmaxと垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxにより囲まれる領域に設定される。このように照射範囲Ｓを設定した場合であっても、従来の照射可能範囲に比較すれば格段にレーザ光の照射範囲を縮小することができ、実質的に第二実施形態と同様の効果を奏する。

図６（ｂ）に示した第三実施形態に係る障害物検出方法は、監視範囲Ａの水平方向の上流側に判定領域Ｊを設定し、水平走査位置が判定領域Ｊ内である場合にレーザ光を投光するようにしたものである。

具体的には、ポリゴンミラー１２ａの角度情報ｄ２に基づいて水平走査角度θを監視する監視工程（ＳＰ３０１）と、水平走査角度θから算出される水平走査位置が判定領域Ｊ内であるか否かを判断する投光開始判断工程（ＳＰ３０２）と、水平走査位置が判定領域Ｊ内である場合にレーザ光の投光を開始する投光開始工程（ＳＰ３０３）と、水平走査角度θから算出される水平走査位置が監視範囲Ａ内であるか否かを判断する投光終了判断工程（ＳＰ３０４）と、水平走査位置が監視範囲Ａ外である場合にレーザ光の投光を終了する投光終了工程（ＳＰ３０５）と、を有する。かかる処理は、レーザレーダ１の制御部１６が行う。

なお、投光開始判断工程（ＳＰ３０２）において、水平走査位置が判定領域Ｊ外である場合（No）にはレーザ光の投光を開始しないようにし、投光終了判断工程（ＳＰ３０４）において、水平走査位置が監視範囲Ａ内である場合（Yes）にレーザ光の投光を終了しないようにする。

図７（ｃ）に示したように、第三実施形態では、監視範囲Ａの水平方向の上流側（ここでは、図の左側）に判定領域Ｊが隣接するように設定される。判定領域Ｊの幅は、少なくとも一つの仮想的な計測点を含むように設定される。例えば、判定領域Ｊの幅は、水平方向の走査速度（deg/s）×レーザ光の投光間隔（s）によって設定することができる。このように判定領域Ｊを設定することにより、判定領域Ｊに含まれる仮想的な計測点の次の計測点からレーザ光が投光されるため、監視範囲Ａにおけるレーザ光の照射漏れを効果的に抑制することができる。この判定領域Ｊは、図７（ｂ）に示した第二実施形態の変形例のように、監視範囲Ａを照射範囲Ｓに拡張した場合であっても、同様に設定することができる。

ところで、監視範囲Ａが踏切７３の場合には、監視範囲Ａの近傍に遮断桿７５が存在している。この遮断桿７５が所定の位置にあるか否かを検出することによって、障害物検出装置を作動させる、計測データを取得する又は障害物検知を行うタイミングを把握することができる。なお、レーザレーダ１は、遮断桿７５を下ろす信号を受信して同様のタイミングを把握するようにしてもよい。

そこで、図８（ａ）に示した第一実施形態における第一変形例では、監視範囲Ａの他に、遮断桿７５用の監視範囲Ｇ，Ｇを設定している。このように、レーザレーダ１の照射可能範囲（垂直画角３０度、水平画角６０度の範囲）内に複数の監視範囲Ａ，Ｇ，Ｇが設定された場合であっても、第一実施形態の場合と同様にして、垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxを算出して、最適な垂直画角Δφを設定することができる。また、かかる第一変形例には、図６及び図７に示した第二実施形態及び第三実施形態を適用することもできる。

また、遮断桿７５は、車両との衝突によって破損することも少なくない。図８（ａ）に示したように、遮断桿７５の全長を監視する監視範囲Ｇを設定した場合には、遮断桿７５の長さが足りない場合に誤検出又は誤信号を発信してしまうおそれがある。そこで、図８（ｂ）に示した第一実施形態における第二変形例では、遮断桿７５の一部（例えば、全長の１／２〜１／３の長さの根元部分）を監視する監視範囲Ｇ，Ｇを設定することにより、誤検出や誤信号の発生を抑制し、監視結果の信頼性を向上させることができる。この第二変形例においても、第一実施形態の場合と同様にして、垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxを算出して、最適な垂直画角Δφを設定することができる。また、かかる第二変形例には、図６及び図７に示した第二実施形態及び第三実施形態を適用することもできる。

第一変形例及び第二変形例では、監視範囲Ａの近傍に遮断桿７５が存在する場合に、個別に監視範囲Ｇを設定していたが、図８（ｃ）に示したように、踏切７３及び遮断桿７５の全体を含む範囲を監視範囲Ｗに設定するようにしてもよい。この第三変形例においても、第一実施形態の場合と同様にして、垂直走査角度の最小値φmin及び最大値φmaxを算出して、最適な垂直画角Δφを設定することができる。また、かかる第二変形例には、図６及び図７に示した第二実施形態及び第三実施形態を適用することもできる。

上述した第一実施形態、第一変形例〜第三変形例によれば、監視範囲は、踏切７３を含む範囲（監視範囲Ａ）、遮断桿７５を含む範囲（監視範囲Ｇ）又は踏切７３及び遮断桿７５を含む範囲（監視範囲Ｗ）のいずれかに設定される。この監視範囲の設定は、反射体７４を計測したい箇所を配置して、監視範囲位置特定工程（ＳＰ１０２）により制御部１６の処理によって自動的に設定できるようにしてもよいし、制御部１６に接続されたコンピュータによって設定するようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ レーザレーダ
１１ 投光部
１２ 水平走査手段
１３ 垂直走査手段
１４ 受光部
１５ 距離演算部
１６ 制御部
７３ 踏切
７５ 遮断桿

Claims (12)

1. 監視範囲の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査しながら照射し、前記レーザ光の反射光を受光して前記監視範囲内の障害物を検出する障害物検出方法であって、
   前記レーザ光を投受光するレーザレーダを設置する設置工程と、
   前記監視範囲に向かって前記レーザ光を照射して前記監視範囲の位置を特定する監視範囲位置特定工程と、
   前記レーザレーダの俯角を調整する俯角調整工程と、
   前記監視範囲における垂直走査角度の最小値を算出する最小値算出工程と、
   前記監視範囲における垂直走査角度の最大値を算出する最大値算出工程と、
   前記垂直走査角度の最小値及び最大値に基づいて前記レーザレーダの垂直画角を設定する垂直画角設定工程と、を有し、
   前記垂直画角の範囲内で前記レーザ光を前記垂直方向に走査させて前記障害物を検出するようにした、ことを特徴とする障害物検出方法。
2. 前記最大値算出工程は、監視対象物の高さを考慮して前記垂直走査角度の最大値を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出方法。
3. 前記レーザレーダの水平走査角度を監視し、該水平走査角度から算出される水平走査位置が前記監視範囲内である場合に前記レーザ光を投光し、前記水平走査位置が前記監視範囲外である場合に前記レーザ光を投光しないようにした、ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出方法。
4. 前記監視範囲を含む前記水平走査角度の最小値及び最大値によって設定される照射範囲を設定し、前記水平走査位置が前記照射範囲内である場合に前記レーザ光を投光するようにした、ことを特徴とする請求項３に記載の障害物検出方法。
5. 前記監視範囲の前記水平方向の上流側に判定領域を設定し、前記水平走査位置が前記判定領域内である場合に前記レーザ光を投光するようにした、ことを特徴とする請求項３に記載の障害物検出方法。
6. 前記監視範囲は、踏切を含む範囲、遮断桿を含む範囲又は踏切及び遮断桿を含む範囲のいずれかに設定される、ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出方法。
7. 監視範囲の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査しながら照射し、前記レーザ光の反射光を受光して前記監視範囲内の障害物を検出する障害物検出装置であって、
   前記レーザ光を投光する投光部と、前記レーザ光を前記水平方向に走査させる水平走査手段と、前記レーザ光を前記垂直方向に走査させる垂直走査手段と、前記レーザ光の反射光を受光して受光情報を発信する受光部と、前記受光情報から前記障害物の距離を算出する距離演算部と、前記投光部、前記水平走査手段及び前記垂直走査手段の制御を行う制御部と、を有するレーザレーダを備え、
   前記制御部は、前記監視範囲における垂直走査角度の最小値及び最大値の範囲内で前記レーザ光を前記垂直方向に走査させるように前記垂直走査手段を制御する、ことを特徴とする障害物検出装置。
8. 前記制御部は、監視対象物の高さを考慮して前記垂直走査角度の最大値を算出する、ことを特徴とする請求項７に記載の障害物検出装置。
9. 前記制御部は、前記水平走査手段の水平走査角度を監視し、該水平走査角度から算出される水平走査位置が前記監視範囲内である場合に前記レーザ光を投光し、前記水平走査位置が前記監視範囲外である場合に前記レーザ光を投光しないように前記投光部を制御する、ことを特徴とする請求項７に記載の障害物検出装置。
10. 前記制御部は、前記監視範囲を含む前記水平走査角度の最小値及び最大値によって設定される照射範囲を設定し、前記水平走査位置が前記照射範囲内である場合に前記レーザ光を投光するように前記投光部を制御する、ことを特徴とする請求項９に記載の障害物検出装置。
11. 前記制御部は、前記監視範囲の前記水平方向の上流側に判定領域を設定し、前記水平走査位置が前記判定領域内である場合に前記レーザ光を投光するように前記投光部を制御する、ことを特徴とする請求項９に記載の障害物検出装置。
12. 前記制御部は、前記監視範囲を、踏切を含む範囲、遮断桿を含む範囲又は踏切及び遮断桿を含む範囲のいずれかに設定する、ことを特徴とする請求項７に記載の障害物検出装置。