JP2016224885A - 光波を用いた逆走車両検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】１つのセンサ単独で以て車両の進行方向を判定することができ、雨や風等の外乱要因に強く、その影響を受けて誤検知するおそれがなく、逆走車両を高精度で検知することができる逆走車両検知システムを提供することを課題とする。
【解決手段】
検知対象路面に対してレーザ光である光波を車両の走行方向に２つにエリア分けして二次元的に所定角度投光してスキャンし、その２つのエリアを通過する車両からの反射光の順番及び／又は状況から、通過車両の順走・逆走を判断して外部報知する逆走車両検知システムであって、該システムは、測域センサ１と、測域センサ１からの制御出力を受けて２つのエリアＡ、Ｂの検知順を判断し、また、順走・逆走の判断をするコントローラ部２と、コントローラ部２から逆走出力を受けた場合に逆走信号を外部に送出する送信機３と、送信機３からの逆走信号を受信し、表示機５に危険情報を報知させる受信機４とで構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は光波を用いた逆走車両検知システムに関するものであり、より詳細には、高速道路の連絡施設や休憩施設のランプ部など、一方通行区間で発生する可能性のある誤進入（逆走）車両を検知して車両通行の安全を確保するための、光波を用いた逆走車両検知システムに関するものである。

高齢化社会の到来に伴い、最近、高齢者の運転する車両が一方通行区間等において誤進入して逆走する事例が頻発しているため、それを防止するための施策が求められている。従来提案されている対策としては、複数のセンサで超音波等の反射波を検出することで走行車両の異常な動きを検出することにより、あるいは、画像解析手段を用いることで逆走を検出し、当該逆走車両の運転者に、逆走していることを警告音を発して報知するというものが多い（例えば、特許第５４７３５５２号公報、特許第４９３２８７２号公報、特開２００７−１４０７５７号公報、特開２０１４−２２９２８６号公報等）。

上記従来の逆走対策のうち、超音波センサを用いるものの場合は、先ず、超音波センサを２個ペアにして使用しないと車両の進行方向が分からず、また、その２つのセンサが同時にオンとなった場合にも方向が分からなくなる可能性がある。更に、超音波の場合は、雨や風等の外乱要因に弱く、その影響を受けて誤検知するおそれがあり、また、長距離（例えば、車で３０ｍ程度）での検知が難しいという問題がある。

一方、画像解析を利用する方法の場合は、現場に合わせたチューニングが必要であって、そのために多くの時間がかかるだけでなく、処理を必要とするデータ量が多いためにソフト開発費用も高価になるので、全ての現場に配備するという訳にはいかない。また、画像解析の場合は周囲照度に影響されやすく、昼夜でのチューニングが困難な場合があるだけでなく、画像解析は色や明暗の比較で検出するため、背景と同じ色の物体の検知は困難という問題がある。更に、画像解析の場合は、画角により検知範囲を設定するため、遠く離れた場所でも画角内であれば検知してしまう可能性がある。

特許第５４７３５５２号公報 特許第４９３２８７２号公報 特開２００７−１４０７５７号公報 特開２０１４−２２９２８６号公報

上述したように、逆走車両検知システムとしては従来、超音波センサを用いて逆走車両を検知する方法と画像解析による方法とが提案されているが、それぞれ上記のような多種多様の問題を抱えているため、そのような問題のない、代替方法の提案が要望されていた。

本発明は、上記要望に応えるためになされたものであり、１つのセンサ単独で以て車両の進行方向を判定することができ、雨や風等の外乱要因に強く、その影響を受けて誤検知するおそれがなく、また、長距離（例えば、車で３０ｍ程度）での検知が可能であり、更に、画像解析を利用する方法の場合のような手間とコストがかからず、周囲照度の影響が少なくて背景と同じ色の物体の検知も可能で色による誤差が少なく、逆走車両を高精度で検知することができる、光波を用いた逆走車両検知システムを提供することを課題とする。

本発明者らは上記課題を解決するために種々研究開発を進め、先ず、雨や風等の外乱要因に強く、長距離（車で３０ｍ程度）まで検知可能にするために、媒体として光波（レーザ光）を使用することが好ましく、また、センサとしては、周囲照度の影響を受けにくい自発光のものを用いることが好ましいとの知見を得、更に、色による誤差が少ない距離計測によることが好ましいとの知見を得た。

また、光波を用いる場合、従来の超音波を用いる方法や、画像解析を用いる方法におけるような問題を解決することができる一方において、種々の理由で誤検知が生ずることが判明した。即ち、雨水・水溜りの跳ね上げによる誤検知、外部からの電気的ノイズによる誤検知、光波（光）を吸収する黒い車両による誤検知、目標物が小さい（バイク等）場合における誤検知である。本発明者らは、これらの誤検知の問題を併せ解決しつつ、本発明を完成させるに至った。

即ち、上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、検知対象路面に対してレーザ光である光波を車両の走行方向に２つにエリア分けして二次元的に所定角度投光してスキャンし、その２つのエリアを通過する車両からの反射光の順番及び／又は状況から、通過車両の順走・逆走を判断して外部報知する逆走車両検知システムであって、
該システムは、光波を発するレーザ素子、光波を二次元的に投光するための回転ミラー、及び、反射光を受光して前記２つのエリア内における検知対象物の有無及び大きさを判断して制御出力を送出する制御回路を備えた測域センサと、
前記測域センサから前記制御出力を受けて、前記２つのエリアの検知順を判断すると共に順走・逆走の判断をするコントローラ部と、
前記コントローラ部から逆走出力を受けた場合に逆走信号を送出する送信機と、
前記送信機からの逆走信号を受信し、運転者から視認可能となるように設置される表示機に逆走情報を報知させる受信機とから成ることを特徴とする光波を用いた逆走車両検知システムである。

一実施形態においては、前記光波の２つのエリア分けは、前記測域センサからの投光角度の角度分けにより行われる。また、前記２つのエリアに対する投光の間、所定角度ごとに投光、受光、反射物までの距離測定の各ステップが実行される。

一実施形態においては、前記２つのエリアのうち順走の場合に先に通過するエリアをエリアＡとし、その後通過するエリアをエリアＢとした場合において、先行車両がエリアＢを通過した後数秒間、後続車両に対する検知動作が停止される。

一実施形態においては、前記コントローラ部からの逆走出力は、電気信号の強さが所定値以上の場合にのみ送出される。また、前記エリアＡを形成する投光角度が前記エリアＢを形成する投光角度よりも広く設定されることもある。

一実施形態においては、前記投光、受光、反射物までの距離測定のステップは、前記２つのエリアを越えてその前後においても行われる。

一実施形態においては、前記測域センサは、単一方向の光波に対して複数回の反射光の測定が可能なものとされる。また、前記測域センサは複数配設され、それぞれ別の検知域に対して動作するようにされることもある。

本発明は上述したとおりであって、本システムにおいては、媒体として雨や風等の外乱要因に強い光波が用いられるため、雨や風等の影響を受けて誤検知するおそれがなく、また、長距離（例えば、車で３０ｍ程度）での検知が可能であり、１つのセンサ単独で以て車両の進行方向を判定することができるという効果がある。

また、本システムは全体的に簡易な構成であって、画像解析を利用する方法の場合のような手間とコストがかからず、周囲照度の影響が少なくて背景と同じ色の物体の検知も可能で色による誤差が少なく、逆走車両を高精度で検知することができるという効果がある。

本発明に係る光波を用いた逆走車両検知システムの使用状態を示す斜視図である。 本発明に係る光波を用いた逆走車両検知システムの構成を示す概略ブロック図である。 本発明に係る光波を用いた逆走車両検知システムにおける測域センサの内部構成を示す図である。 本発明に係る光波を用いた逆走車両検知システムにおける測域センサの制御部の構成を示すブロック図である。 本発明に係る光波を用いた逆走車両検知システムにおける作用（逆走判断方法）を説明するための図である。 本発明に係る光波を用いた逆走車両検知システムにおける別の作用（マルチエコー）を説明するための図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつより詳細に説明する。本発明に係る光波を用いた逆走車両検知システムは、検知対象路面に対して光波を車両の走行方向に２つにエリア分けして二次元的に所定角度投光してスキャンし（順走時に先に通過するエリアがエリアＡで、後に通過するエリアがエリアＢ）、その２つのエリアＡ、Ｂを通過する車両からの反射波の順番及び／又は状況から、通過車両の順走・逆走を判断するシステムである。光波の２つのエリア分けは、光波を発する測域センサ１からの総投光角度の角度分けにより行われる。

本発明に係るシステムにおいては光波が用いられるが、ここにいう光波は、例えば、９０５ｎｍの波長の近赤外光であり、例えば、道路わきに立設されるポール６の上端部に設置される測域センサ１から、検知対象路面に向けて、所定角度二次元的に投光される（図１参照）。

本発明に係るシステムは、上記測域センサ１と、測域センサ１からの制御出力を受けてエリアＡ、Ｂの検知順を判断し、また、順走・逆走の判断をするコントローラ部２と、コントローラ部２から逆走出力を受けた場合に逆走信号を外部に送出する送信機３と、送信機３からの逆走信号を受信し、運転者の目に付きやすい態様にて路端に設置される表示機５に危険情報を報知させる受信機４とで構成される（図２参照）。コントローラ部２と送信機３は、測域センサ１が設置されるポール６に取り付けられるボックス７内に収納される（図１参照）。

測域センサ１は、光波を出力する半導体レーザ素子１１と、レーザ素子１１から発射される光波を正面側に９０度変向するプリズム等の回転ミラー１２と、検知対象面から反射される反射光を集光する受光レンズ１３と、回転ミラー１２によって下方に変向される反射光を処理するための、光学バンドパスフィルター、受光レンズ、ＡＰＤ（増幅率の高い受光素子）及び受光回路等を含む光学処理部１４、並びに、回転ミラー１２を水平方向に所定角度回転させるモータ１５とを備えて構成される（図３、４参照）。

レーザ素子１１から出力される光波は、回転ミラー１２がモータ１５によって水平方向に所定角度回転させられることにより、検知対象路面に対して二次元的に投光されてスキャンされる。モータ１５の回転軸には、放射状にスリットを設けたスリット板１７が設置され、そのスリットを透過型のフォトインタラプタ１８で検出することにより、回転ミラー１２の水平方向回転角度が検出され、例えば、０．２５度回転するごとに、投光、受光及び距離計測の各ステップを実行させるための信号が、測域センサ１内に組み込まれる制御部２０から送出される。

上述したように投光は、検知対象路面に向けて、例えば、回転ミラー１２が０．２５度回転するごとに行われるが、反射物までの距離は、投光された光波が反射物に当たって反射して戻ってくるまでの時間差から求めることができる（ＴＯＦ方式：距離Ｌ＝１／２×時間差Ｔｄ×光速ｃ）。このような投光、受光、距離計測から成るステップが、回転ミラー１２がモータ１５によって０．２５度回転駆動されるごとに実施される。例えば、回転ミラー１２の回転角度（スキャン角度）を１９０度に設定し、上記投光、受光、距離計測のステップの実施角度間隔を０．２５度に設定した場合、総ステップ数は７６０ということになる。

レーザ素子１１から発射され、回転ミラー１２を介して検知対象路面に向けて二次元的に投光されてスキャンされる光波は、走行する車両等の反射物に当たって反射されるが、その反射光は受光レンズ１３で集光され、回転ミラー１２によって９０度下方に変向されて光学処理部１４に送られ、そこから制御部２０へと送られる。

制御部２０は、レーザー素子１１の投光を制御する投光制御部２１と、光学処理部１４から送られてくる光学データを基に、反射物までの距離を測定する演算部２２と、演算部２２において演算された計測値と、予め記憶部２４に記憶されているレベル値とを比較して、検知対象となる反射物の有無及び大きさを判定する反射物判定部２３と、反射物判定部２３において反射物が検知対象である反射物であると判定された場合に、コントローラ部２に制御出力を送出する制御出力部２５と、モータ１５の回転を制御するモータ制御部２６を含んで構成される（図４参照）。

制御部２０においては、エリアＡ、Ｂ、Ｃ（エリアＣは、エリアＡとエリアＢを含み、更に、エリアＡとエリアＢを少し越えた範囲）のそれぞれについて光学処理部１４から送られてくる計測距離のデータを監視し且つ分析して、エリアＡ、Ｂ、Ｃごとに反射物の有無及び大きさの判断をし、その判断結果に基づいて、制御出力部２５からコントローラ部２に制御出力を送出する。

記憶部２４に記憶させておくレベル値は、予め各エリアＡ、Ｂ、Ｃごとに、反射物なしの状態で投光範囲内の各角度ごとに設定される。そして、このレベル値が反射物判定部２３により呼び出され、演算部２２から送られてくる計測距離（計測値）とが比較されて、レベル値＞計測値となった場合に反射物が存在すると判断される。

また、反射物の大きさの判断、即ち、反射物が走行車両であるか否かの判断は、計測値と角度を用いる三角測量の原理に基づいて演算することにより行われる。即ち、反射物の大きさを求める場合、例えば、２０ステップ分、計測値が１０ｍ程度であるとすると、ｔａｎ（０．２５度×２０ステップ）×１００００ｍｍ＝８７４ｍｍの計算式から、反射物は、約８７４ｍｍの大きさのもの、即ち、車両であると判断することができる。車両であるとの判断がなされた場合は、制御出力部２５からコントローラ部２に、エリアごとの制御出力が出力される。

コントローラ部２においては、制御出力部２５からの制御出力を受けて、エリアＡについての出力とエリアＢについての出力のいずれが先行したかの判断がなされ、また、順走・逆走の判断がなされ、逆走との判断がなされたときに、送信機３に逆走出力が出力される。図５は、コントローラ部２における逆走判断方法を示すものであり、そこにおいては、左から右が順走方向である。好ましい実施形態においては、光波によるスキャンは、エリアＡとエリアＢを含み、更にエリアＡとエリアＢを少し越えた範囲において行われる。

図５における左側部分においては、エリアＣがＯＮ状態の間に、エリアＡ、エリアＢの順にＯＮとなっているので順走と判断され、中央部分においては、エリアＣがＯＮ状態の間に、エリアＢ、エリアＡの順にＯＮとなっているので逆走と判断される。また、右側部分においては、エリアＣがＯＮ状態の間に、エリアＢしかＯＮとなっていないので無視される。この右側部分における現象は、例えば、光波が落葉やごみに当たって反射されたような場合に起こり得る。

上述したように、本発明を完成する過程において、雨水・水溜りの跳ね上げによる誤検知、外部からの電気的ノイズによる誤検知、光波（光）を吸収する黒い車両による誤検知、及び、目標物が小さい（バイク等）場合における誤検知の問題が生ずることが判明した。

このうち雨水・水溜りの跳ね上げによる誤検知は、先行車が溜まった雨水を跳ね上げ、エリアＡからエリアＢを含むエリアＣが閉じた後、つまり先行車がエリアＡ、Ｂを通行し終わったとセンサが判断した後、跳ね上げた雨がカーテン状になってエリアＢに戻ってきた場合に、これがエリアＢに存在する物と検知されてしまうことに起因するものである。このように、先行車が跳ね上げた雨がカーテン状になってエリアＢに戻ってきた直後に後続車がエリアＡで検知されると、エリアＢ⇒エリアＡの順番で検知されることになるため、逆走と判定されてしまうのである。

この雨水・水溜りの跳ね上げによる誤検知に対応するため、本発明においては、エリアＣが閉じた後、数秒間（Ｔ＝５秒前後）は車両を検知しない、即ち、この間は反射光の入力を受け付けないこととし、跳ね上げられた雨水が落ち切った後にリセットして検知を再開する設定とする（図５参照）。これにより、雨水・水溜りの跳ね上げによる誤検知の問題は解消された。

また、空港やポンプ施設が稼働すると、微細なノイズが発生して精密機器に影響を及ぼすことがあるが、本システムにおいても、このような外部からの電気的ノイズに起因して誤検知が起こる可能性がある。この外部からの電気的ノイズによる誤検知に対応するため、本発明においては、測域センサ１において、一定の強さ以上の電気信号のみ検知することとし、微細なノイズ（小さな波）は検知しない設定とする（図５のエリアＣ入力参照）。かくして、外部ノイズの影響を回避することが可能となる。

更に、黒色は光を吸収するが、本システムにおいて使用する光波も黒色に一部吸収されてしまうため、黒い車両が通過すると光波の反射量が少なくなり、エリアＡで検知されることなくエリアＢのみで検知される場合がある。この場合、その直後に後続車がエリアＡで検知されると、エリアＢ⇒エリアＡの順番で検知されて逆走と判定されてしまうのである。バイクのように対象物が小さくて反射量が少ない場合にも、同様の誤検知が発生するおそれがある。

この光波（光）を吸収する黒い車両による誤検知、並びに、目標物が小さい（バイク等）場合における誤検知に対応するため、本発明においては、エリアＡの検知幅を広げることで、光波の反射波を検知しやすくなるようにする。エリアＡとエリアＢのエリア分けは、センサの精度（距離±５０ｍｍ、および０．２５度の角度）内で可能であり、エリアＡの検知幅の拡大は、測域センサ１の検知可能な距離及び投光角度を広げることによって行うことができる。その設定は、パソコンを測域センサ１に接続し、ＵＳＢのデータ通信を用いて行うことができる。このように、エリアＡの検知幅を広げることで、減少した反射波を検知することが可能となり、反射量が少ない場合に起こり得る誤検知の問題を解消することが可能となる。

好ましい実施形態においては、測域センサ１は、単一方向の光波に対して複数（例えば３回）の反射光の測定が可能なものとされる（マルチエコー）。これは、主に雨や雪による誤検知対策となり得るものである。即ち、光波は、雨等の半透明なものに対して反射するが、同時に透過もする。そのため、同じスキャン角度位置において複数の反射光が返ってくることがある。通常は、最初の反射光について距離測定が行われるが、本発明においては、雨や雪の影響を回避するために、最後の反射光が検知対象である反射物からのものとし、それについての計測値を採用することとする（図６参照）。

また、測域センサ１を複数横並び又は縦並びに配設し、それぞれ別の検知域（一部重複する場合もある）に対して動作するようにすることもできる。

この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施形態について説明してきたが、この発明の精神と範囲に反することなしに広範に異なる実施形態を構成することができることは言うまでもない。従って、この発明は、添付請求の範囲において限定した以外は、その特定の実施形態に制約されるものではない。

１ 測域センサ
２ コントローラ部
３ 送信機
４ 受信機
５ 表示機
６ ポール
７ ボックス
１１ レーザ素子
１２ 回転ミラー
１３ 受光レンズ
１４ 光学処理部
１５ モータ
１７ スリット板
１８ フォトインタラプタ
２０ 制御部
２１ 投光制御部
２２ 演算部
２３ 反射物判定部
２４ 記憶部
２５ 制御出力部
２６ モータ制御部

Claims (9)

1. 検知対象路面に対してレーザ光である光波を車両の走行方向に２つにエリア分けして二次元的に所定角度投光してスキャンし、その２つのエリアを通過する車両からの反射光の順番及び／又は状況から、通過車両の順走・逆走を判断して外部報知する逆走車両検知システムであって、
   該システムは、光波を発するレーザ素子、光波を二次元的に投光するための回転ミラー、及び、反射光を受光して前記２つのエリア内における検知対象物の有無及び大きさを判断して制御出力を送出する制御回路を備えた測域センサと、
   前記測域センサから前記制御出力を受けて、前記２つのエリアの検知順を判断すると共に順走・逆走の判断をするコントローラ部と、
   前記コントローラ部から逆走出力を受けた場合に逆走信号を送出する送信機と、
   前記送信機からの逆走信号を受信し、運転者から視認可能となるように設置される表示機に逆走情報を報知させる受信機とから成ることを特徴とする光波を用いた逆走車両検知システム。
2. 前記光波の２つのエリア分けは、前記測域センサからの投光角度の角度分けにより行われる、請求項１に記載の逆走車両検知システム。
3. 前記２つのエリアに対する投光の間、所定角度ごとに投光、受光、反射物までの距離測定の各ステップが実行される、請求項１又は２に記載の逆走車両検知システム。
4. 前記２つのエリアのうち順走の場合に先に通過するエリアをエリアＡとし、その後通過するエリアをエリアＢとした場合において、先行車両がエリアＢを通過した後数秒間、後続車両に対する検知動作が停止される、請求項１乃至３のいずれかに記載の逆走車両検知システム。
5. 前記コントローラ部からの逆走出力は、電気信号の強さが所定値以上の場合にのみ送出される、請求項１乃至４のいずれかに記載の逆走車両検知システム。
6. 前記エリアＡを形成する投光角度が前記エリアＢを形成する投光角度よりも広く設定される、請求項２乃至５のいずれかに記載の光波を用いた逆走車両検知システム。
7. 前記投光、受光、反射物までの距離測定のステップは、前記２つのエリアを越えてその前後においても行われる、請求項３乃至６のいずれかに記載の逆走車両検知システム。
8. 前記測域センサは、単一方向の光波に対して複数回反射光の測定が可能なものである、請求項１乃至７のいずれかに記載の逆走車両検知システム。
9. 前記測域センサは複数配設され、それぞれ別の検知域に対して動作する、請求項１乃至８のいずれかに記載の逆走車両検知システム。