JP2017214022A - 踏切障害物の検知装置及び同装置を用いた列車安全運行システム - Google Patents

Abstract

【課題】障害物の表面形状や反射率に拘らず、確実に障害物を把握でき、しかも、動作状態を自己診断できる検知装置を提供する。【解決手段】基準ポールＰａｉの位置で所定ビームサイズとなるレーザ光を平面放射するレーザセンサＬＺを内蔵し、レーザ光の反射点が、所定の監視エリアＡＲに含まれるか否か示す第１信号Ｄｔｉと、基準ポールＰａｉであるか否かを示す第２信号Ｎｏｎと、自己診断結果を示す第３信号ＥＲを出力するセンサ回路ＳＮａと、第１信号、第２信号、及び第３信号を判定して、必要な対応動作を採る踏切道制御部と、を有して構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、列車の踏切道に立ち往生した障害物を検知して、列車運行の安全を確保する踏切障害物の検知装置に関する。

踏切道内に取り残された自動車程度の大きさの物体を検知するために、光電式の検知装置が知られている。同装置は、踏切を挟んで送光器と受光器をペアで配置し、物体がその間を遮光すると、障害物として検知するものである。

しかし、踏切道では、検知装置を設置できる場所に制約があるので、自動車より小さい物体まで検知するべく、踏切道全体に光軸を張り巡らせることは困難であり、また多数ペアを設置することは経済的にみても合理的ではない。

そこで、自動車より小さい車椅子程度の大きさの物体まで検知するべく、監視電波を踏切道に放射し、障害物からの反射波を解析する構成も知られている。この種の装置では、監視電波としてマイクロ波を利用すると、激しい雨や雪の影響を受けるので、一般には、ミリ波が使用されている（特許文献１〜特許文献１０）。

特開２０００−１８０５３５号公報 特開２０００−３２６８５０号公報 特開２００３−０１１８２４号公報 特開２００４−０６７０３５号公報 特開２００５−２３３６１５号公報 特開２００５−２５４８６９号公報 特開２００８−２５４５０９号公報 特開２００８−２６５６０３号公報 特開２０１２−１０１６４４号公報 特開２０１４−２０１０９１号公報

しかし、監視電波を使用する限り、例え、ミリ波をマイクロ波に変えても、ビーム状の電波を放射することはできず、例えば、検知装置の取付姿勢や動作内容を自動診断するために、所定の目標物だけを特異的に検知するようなことはできない。また、激しい降雨時や降雪時には、そもそも、踏切道において列車を徐行運転させるのであるから、稀にしか発生しない事態を重視する余り、既存の安全運行システムを大幅に変更するのでは必ずしも合理的な対策とは言えない。

そこで、レーザ光を使用することが考えられるが、単なるレーザレーダでは、反射率の小さい黒塗り自動車などの黒色物体については、反射波が減衰されてしまい、障害物を正常に認識できないことがある。また、物体表面で放射光が散乱するなど、放射光が正反射しない場合も障害物を正常に認識できない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、物体表面の形状や反射率に拘らず、確実に障害物を把握でき、しかも、動作状態を自己診断できる検知装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る踏切障害物の検知装置は、反射基準点で所定ビームサイズとなるレーザ光を放射可能で、且つ、放射したレーザ光の反射光を受信可能なレーザセンサ、レーザセンサを同一平面上で連続的に回転させると共に、所定タイミング毎に、レーザ光を間欠的に放射させる駆動部、レーザセンサからの出力に基づいてレーザ光の反射点を特定し、特定された反射点が、所定の監視エリアに含まれるか否か示す第１信号と、前記反射基準点であるか否かを示す第２信号を出力する目標監視部、及び、レーザセンサが正常動作しているか否かを示す第３信号を出力する異常判定部、を有して踏切道に近接して配置されるセンサ回路と、前記センサ回路が出力する第１信号、第２信号、及び第３信号を判定して、必要時には、踏切道に障害物が存在することを列車に通報すると共に、センサ回路の異常を外部に通知する踏切道制御部と、を有して構成されている。

本発明では、第１信号に加えて第２信号を判定するので、その光軸上に物体が存在すれば、その大きさや表面形状に拘らず、障害物として把握することができる。なお、物体表面で、仮にレーザ光が正反射されても、その正反射点が、反射基準点より近いことから障害物であると認識することができる。

また、第２信号が継続的に検出されない場合には、レーザセンサの設置位置や、反射基準点に、ずれが生じている可能性を認識することができる。反射基準点は、自動車程度の大きさの物体を漏れなく検知できる間隔で設けるのが好ましく、この場合には、第２信号だけで自動車やそれ以上の障害物を把握することができる。

なお、気象条件などに基づくレーザ光の減衰量の変動を考慮すると、反射基準点を、レーザ光の放射点から３０ｍ以内の地点に設定するのが好適である。また、所定ビームサイズとしては、センサの設置位置ずれ等を確実に把握できるよう、放射点から３０ｍの地点先で評価して５０×５０ｃｍ以下のビームサイズとなるのが好ましい。

ところで、第１信号の信号レベルは、第２信号の信号レベルより低い場合も多い。但し、ある程度の拡がりを持ってレーザ光を放射させると共に、間欠的なレーザ放射における回転方向の単位角度を狭く設定することで、車椅子やその他の障害物の適所からの反射光を受信することができる。

特に限定されないが、レーザ光の拡がり角Φは、極端に広がらないよう、ＴＡＮ^−１（１／３００）〜ＴＡＮ^−１（３／３００）であるのが好ましく、また、間欠的なレーザ放射における回転方向の単位角度は、０．１°〜０．５°であるのが好ましい。ちなみに、実施例では、１ｃｍ×１ｃｍ程度のビームサイズが、３０ｍ先では３０ｃｍ×３０ｃｍ程度に拡がるので、ＴＡＮ（Φ）＝１４．５／３０００の関係から、拡がり角Φは、Φ＝ＴＡＮ^−１（１４．５／３０００）となる。また、間欠的なレーザ放射における回転方向の単位角度は、０．２５°程度である。

また、本発明に係る列車安全運行システムは、上記の踏切道制御部が設けられていると共に、踏切道に列車が近づいていること検出して踏切道制御部に通知する列車検知部と、踏切道制御部の出力に基づいて踏切を遮断すると共に警報を発報する遮断機構と、踏切道制御部の出力に基づいて必要な情報を列車に無線発信する無線制御部と、が前記踏切道制御部に対応して設けられている。

上記した本発明によれば、物体表面の形状や反射率に拘らず、確実に障害物を把握できるだけでなく、検知装置の動作状態を自己診断することもできる。

複線の踏切道に配置された障害物検知装置について、関連する装置を含めて記載した図面である。 レーザセンサ回路の内部構成を示す図面である。 レーザセンサ回路ＳＮａに関し、レーザセンサと基準ポールとの位置関係、及び、測距演算の基準位置を説明する図面である。 レーザセンサ回路ＳＮｂに関し、レーザセンサと基準ポールとの位置関係、及び、測距演算の基準位置を説明する図面である。 レーザセンサ回路の内部動作を説明するフローチャートである。 踏切道制御部の動作を説明する図面である。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、列車軌道の上り線と下り線が並走する複線の踏切道ＣＲＯＳに配置された障害物検知装置ＤＥＴを説明する図面である。なお、障害物検知装置ＤＥＴは、単線の踏切道ＣＲＯＳや、三線以上を跨ぐ踏切道ＣＲＯＳにも配置可能であり、何れの構成でも、列車通過時に、以下に説明する危険回避動作を実行することで、列車安全運行システムの一翼を担っている。

このような機能を発揮する障害物検知装置ＤＥＴの機器構成を説明すると、実施例の障害物検知装置ＤＥＴは、踏切道ＣＲＯＳに列車が接近したことを検知する列車検知部１２，１３と、踏切道ＣＲＯＳの対向位置に配置されてレーザ光を連続的に放射する一対のレーザセンサ回路ＳＮａ，ＳＮｂと、レーザセンサ回路ＳＮａからの放射光の反射基準点を構成する基準ポールＰａｉ（＝Ｐａ１〜Ｐａ３）と、レーザセンサ回路ＳＮｂからの放射光の反射基準点を構成する基準ポールＰｂｉ（＝Ｐｂ１〜Ｐｂ３）と、列車検知部１２，１３の列車検知信号ＴＲを受けて踏切道ＣＲＯＳを遮断制御すると共に、レーザセンサＳＮａ，ＳＮｂの検出信号を受けて、必要時には危険回避動作を実行する踏切道制御部１１と、を中心に構成されている。

ここで、踏切道制御部１１は、リレーロジック回路で構成されており、列車近接時には、踏切警報機１４と踏切遮断機１５を制御して踏切道ＣＲＯＳを遮断し、その後、踏切道ＣＲＯＳに取り残された障害物が検出された場合には、防護無線監視制御部１８を制御して、所定の通報動作による危険回避動作をしている。

具体的に説明を補足すると、踏切道制御部１１は、列車検知部１２，１３の列車検知信号ＴＲ１，ＴＲ２に基づいて、踏切道ＣＲＯＳに列車が接近していることを検知すると、踏切警報機１４の鳴動を開始させる。そして、鳴動開始から数秒〜１０秒後には、踏切遮断機１５の閉鎖動作を開始させて、遮断桿を降下させる。

このようにして、踏切道ＣＲＯＳが道路から遮断された後は、踏切道ＣＲＯＳに取り残された障害物の有無を監視して、例えば、４秒以上継続して障害物を発見すると、その旨を、防護無線監視制御部１８を経由して、駅や列車の係員に無線通報している。なお、通報までに所定の待機時間（例えば連続４秒）を設けるのは、障害物自らによる危険回避動作が期待できるので、無闇に列車を緊急停車させないためである。

また、踏切道に障害物を発見した異常を報知するため、踏切動作反応灯１６を赤色に点灯させ、且つ、発信表示灯１７を白色に点滅させることで、無線通報動作の完了を報知する。

続いて、踏切道制御部１１に列車の接近を通知する列車検知部１２，１３の構成について説明する。実施例の列車安全運行システムでは、列車軌道の下り線に対応して、３カ所に信号機１〜信号機３を配置すると共に、信号機１と信号機２の間に列車検知部１２を配置し、信号機２と信号機３の間に、列車検知部１３を配置している。なお、上り線にも、下り線と同様の機器が配置されており、以下の説明は、上り線にもそのまま妥当する。

列車検知部１２，１３は、いわゆる軌道回路で構成されており、図１（ｂ）に示す通り、検査信号を発生する送信器ＴＲと、リレーコイルを配置した受信器ＲＶと、送信器ＴＲと受信器ＲＶを列車軌道に接続する配線と、を有して構成されている。そして、列車の非通過時には、送信器ＴＲと、列車軌道と、受信器ＲＶとで形成される電流ループ回路を経由して、受信器ＲＶのリレーコイルにリレー駆動電流Ｉを流している。なお、列車検知部１２は、例えば、線路方向５００〜６００ｍの距離で形成される。

ところが、列車検知部１２，１３の位置に、下り列車が進入すると、列車の車輪によって電流ループ回路が短絡される結果、受信器ＲＶの電流Ｉが途絶えることになる。そこで、本実施例では、受信器ＲＶのリレー駆動電流が途絶えてリレーが開放することで、踏切道制御部１１に列車進入を通知している。

なお、鉄道レールと鉄道レールの継ぎ目の適所には、絶縁継目が配置されているので、列車検知部１２，１３は、互いに絶縁状態となっている。

また、送信器ＴＲと受信器ＲＶとの間には、一編成の列車しか存在しないよう、離間距離が適宜に設定されており、下り列車は、先ず列車検知部１２で検知され、次に、列車検知部１３で検知される。そして、下り列車が検知部１２の範囲を抜け、非検知状態になると、次列車の列車検知部１２への進入が許可される。

そして、下り列車が、踏切道ＣＲＯＳを通過した後も、これに後続する下り列車が列車検知部１２で検知される場合も含め、列車検知部１２，１３の何れか一方が列車を検知している限り、踏切道ＣＲＯＳの遮断状態が継続されるよう構成されている。したがって、列車運行ダイヤや、列車検知部１２と列車検知部１３の離間距離や、列車検知部１２と踏切道ＣＲＯＳの離間距離は、踏切道ＣＲＯＳを継続して遮断しても弊害が生じない程度の合理的な設定となっている。

続いて、図２に基づいて、レーザセンサ回路ＳＮａの内部構成について説明する。図示の通り、実施例のレーザセンサ回路ＳＮａは、間欠的に動作して、例えば、波長９０５ｎｍ程度のレーザ光を送受信可能なレーザセンサＬＺと、レーザセンサＬＺを、６ｒｐｓ（rotations per second）程度で高速回転させる回転モータＭＯと、回転モータＭＯの回転駆動信号やレーザセンサＬＺを間欠動作させる放射駆動信号を出力する信号出力部２ａと、レーザ反射光を受けたレーザセンサＬＺから出力される反射信号を受ける信号入力部３ａと、信号出力部２ａに駆動制御信号を出力すると共に、信号入力部３ａから反射信号を受けて、必要な測距演算を実行する監視制御部１ａと、監視制御部１ａの内部動作を規定する動作パラメータを記憶する情報設定部４ａと、測距演算の演算結果を監視制御部１ａから受けて接点信号として出力する接点信号出力部５ａとを有して構成されている。

なお、図２には、もっぱら、レーザセンサ回路ＳＮａの内部構成が記載されているが、レーザセンサ回路ＳＮｂは、レーザセンサ回路ＳＮａと同一構成であり、レーザセンサ回路ＳＮｂも、レーザセンサＬＺ、回転モータＭＯ、信号出力部２ｂ、信号入力部３ｂ、監視制御部１ｂ、情報設定部４ｂ、及び、接点信号出力部５ｂを有して構成されている。

レーザセンサＬＺは、同一水平面を走査するいわゆる平面式レーザセンサであって、略半円柱状の保持体ＢＤＹに収容されて、回転モータＭＯによって定常的に３６０°回転している。保持体ＨＤは、１９０°程度の円弧状の透光前面ＣＶと、平板状の遮光背面ＨＤとで構成されており、遮光背面ＨＤを保持ポールなどに固定して配置されている。

先に説明した通り、レーザセンサＬＺから放射されるレーザ光の波長は、９０５ｎｍ程度であるが、１ｃｍ×１ｃｍ程度のビームサイズで、透光面ＣＶを透過して踏切道ＣＲＯＳに向けて略水平方向に放射される。レーザ光のビームサイズは、３０ｍ先で評価した場合に３０ｃｍ×３０ｃｍ程度であり、基準ポールＰａｉ（＝Ｐａ１〜Ｐａ３）や基準ポールＰｂｉ（＝Ｐｂ１〜Ｐｂ３）に設けられた反射面（反射基準点）に確実に投射させるようになっている。

なお、レーザセンサ回路ＳＮａと、レーザセンサ回路ＳＮｂに内蔵されたレーザセンサＬＺの放射光の波長は同一であるが、互いに干渉しないよう２つのレーザセンサ回路ＳＮａ、ＳＮｂの取付高さを相違させている。また、この高低差に対応して、基準ポールＰａｉと、Ｐｂｉの反射面の高さも相違させている。先に説明した通り、レーザ放射光は、３０ｍ先でも３０ｃｍ×３０ｃｍ程度のビームサイズであるので、２つのレーザセンサＬＺ，ＬＺの取付高さを、例えば５０ｃｍ以上相違させるだけで、相互干渉を確実に防止することができる。

レーザセンサＬＺは、故障などのトラブルが無い限り、３６５日２４時間、定常的に３６０°回転して、レーザ光を間欠的に放射している。動作間隔は、特に限定されないが、本実施例では、回転角度に換算して、０．２５°毎にレーザ光を放射している。但し、レーザセンサＬＺは、透光前面ＣＶと、遮光背面ＨＤとで覆われているので、外部に向けてレーザ光を放射する放射範囲は、透光前面ＣＶに対応して１９０°程度であり、残りのタイミングでは、レーザセンサＬＺの発光異常や、回転異常などの自己診断の動作を実行している。この自己診断の動作は、レーザセンサＬＺの回転に対応して、３６５日２４時間、１／６秒毎に繰り返されるので、本実施例では、セーザーセンサＬＺの異常が即座に検出される。

監視制御部１ａ，１ｂは、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成されており、監視制御部１ａ，１ｂの内部動作（測距演算）を規定する動作パラメータは、パソコンＰＣから、予め、情報設定部４に設定されるようになっている。なお、情報設定部４に記憶される動作パラメータには、踏切道内の監視エリアＡＲを特定する位置情報と、各々３本で合計６本の基準ポールＰａｉ，Ｐｂｉを特定する位置情報とが含まれている。

監視制御部１ａ，１ｂは、レーザ光の送信タイミングと、レーザ反射光の受信タイミングとの時間差に基づいて、反射点の距離を算出する（測距演算）。また、監視制御部１ａ，１ｂは、この測距演算の後、その時のレーザ放射方向に基づいて、踏切道ＣＲＯＳに障害物が存在するか否かを判定して、所定の検出信号Ｄｔ１，Ｄｔ２を出力する。

本実施例では、複線の踏切道ＣＲＯＳにおける障害物の監視エリアＡＲは、情報設定部４の動作パラメータに基づき、列車軌道に対応して二分されており（ＡＲ＝ＡＲ１＋ＡＲ２）、これに対応して、図１に示す構成では、２種類の検出信号Ｄｔ１，Ｄｔ２が出力される。

また、レーザセンサＬＺが、基準ポールＰａｉ，Ｐｂｉに向けてレーザ光を放射したタイミングでは、監視制御部１ａ，１ｂは、基準ポールＰａｉ，Ｐｂｉの反射面からレーザ反射光を受けなかったことを示す不確認信号Ｎｏｎ１〜Ｎｏｎ３を出力している。更に、監視制御部１ａ，１ｂは、自己診断機能に基づいて、レーザセンサＬＺの発光異常や回転異常などを判定し、異常検出時には異常信号ＥＲを出力するよう構成されている。

図３（ａ）は、レーザセンサ回路ＳＮａのレーザセンサＬＺと、基準ポールＰａ１〜Ｐａ３との位置関係、及び、監視制御部１ａの測距演算における基準位置を説明する図面である。また、図３（ｂ）は、レーザセンサ回路ＳＮａが監視する監視エリアＡＲであって、上り列車に対する監視エリアＡＲ１と、下り列車に対する監視エリアＡＲ２の設定例を例示する図面である。

監視エリアＡＲの設定は適宜であるが、図示例では、手前側の遮断機ＣＲａ，ＣＲａと、奥側の遮断機ＣＲｂ，ＣＲｂと、レーザセンサ回路ＳＮａとで確定される内側空間を、レーザセンサ回路ＳＮａの監視エリアＡＲとしている。そして、監視エリアＡＲの外側であって、列車軌道に略平行して、６本の基準ポールＰａ１〜Ｐａ３，Ｐｂ１〜Ｐｂ３を立設させている。

特に限定されるものではないが、ここでは、列車軌道に略平行する直線上に、基準ポールＰａ１と基準ポールＰｂ３を設け、基準ポールＰｂ３と遮断機ＣＲａの間に、レーザセンサ回路ＳＮａ（レーザセンサＬＺ）を配置している。また、列車軌道に略平行する直線上に、基準ポールＰｂ１と基準ポールＰａ３を設け、基準ポールＰａ３と遮断機ＣＲｂの間に、レーザセンサ回路ＳＮｂ（レーザセンサＬＺ）を配置している。

そして、上り線と下り線の境界位置には、列車軌道に略平行して２本の基準ポールＰａ２，Ｐｂ２を設け、２本の基準ポールＰａ２，Ｐｂ２の接続ラインを境界線として、図示上側（下り線）を監視エリアＡＲ１とし、図示下側（上り線）を監視エリアＡＲ２としている。このように監視エリアＡＲを二分するので、何れかの監視エリアＡＲ１，ＡＲ２に列車が進入するタイミングは、他方の監視エリアＡＲ２，ＡＲ１だけを監視することで、踏切道ＣＲＯＳに取り残された障害物を確実に検出することができる。

なお、本実施例では、レーザセンサ回路ＳＮａから３０ｍ以内の地点に、基準ポールＰａ１〜Ｐａ３を設置する共に、レーザセンサ回路ＳＮｂから３０ｍ以内の地点に、基準ポールＰｂ１〜Ｐｂ３を設置しており、基準ポールＰａｉ，Ｐｂｉの反射面が受けるビームサイズは、全て３０×３０ｃｍ以下である。

レーザセンサ回路ＳＮａ，ＳＮｂのレーザセンサＬＺは、３６０°全方向にレーザ光を放射するが、便宜上、以下の説明では、レーザセンサ回路ＳＮａから基準ポールＰａ１に向う方向を放射角θ＝０に規定し、その後、時計方向に放射角θが変化することにする（図３参照）。同様に、レーザセンサ回路ＳＮｂについては、レーザセンサ回路ＳＮｂから、基準ポールＰｂ１に向う方向を放射角θ＝０に規定し、その後、時計方向に放射角θが変化することにする（図４参照）。

図３に示す通り、放射角θ１＝０のタイミングで、レーザセンサ回路ＳＮａが放射するレーザ光は、基準ポールＰａ１に向い、その後、放射角θ２とθ３のタイミングで、基準ポールＰａ２と基準ポールＰａ３に向う。なお、各基準ポールＰａ１，Ｐａ２，Ｐａ３には、放射角θ１，θ２，θ３に正対する姿勢で反射面が設けられている。

また、レーザセンサ回路ＳＮａが放射するレーザ光は、放射角θａのタイミングで、二分された監視エリアＡＲの境界線の左端部に向い、放射角θｂのタイミングで、監視エリアＡＲ１の上端部を特定する遮断機ＣＲｂに向うことになる。

図３（ｂ）に示す通り、本実施例において、レーザセンサ回路ＳＮａ（レーザセンサＬＺ）と、監視エリアＡＲ２の左端部までの離間距離はＸとなっている。また、特に限定されないが、本実施例では、鉄道軌道の直角方向（図示上下方向）において、監視エリアＡＲ１と監視エリアＡＲ２のエリア幅は各々で同一値Ｙとなっている。

以上説明した離間距離Ｘ及びエリア幅Ｙと、５つの放射角θ１，θ２，θ３，θａ，θｂは、基準ポールＰａ１〜Ｐａ３とレーザセンサ回路ＳＮａとの離間距離Ｒ１〜Ｒ３と共に、監視制御部１ａの測距演算を規定する動作パラメータとして、障害物検知装置ＤＥＴの起動前に、予め監視制御部１ａの動作設定部４ａに設定されている。

したがって、放射角θが０≦θ≦θｂのタイミングにおいて、監視制御部１ａの測距演算で算出される障害物（反射点）までの離間距離Ｒ２が、０＜Ｒ２＊ＣＯＳ（θ）≦Ｘであって、且つ、０＜Ｒ２＊ＳＩＮ（θ）≦Ｙであれば、監視制御部１ａは、その障害物が、監視エリアＡＲ２に位置すると判定できることになる（図３（ａ）のＲ２参照）。

また、放射角θがθａ＜θ≦θｂのタイミングにおいて、監視制御部１ａの測距演算で算出される障害物（反射点）までの離間距離Ｒ１が、０＜Ｒ１＊ＣＯＳ（θ）≦Ｘであって、且つ、Ｙ＜Ｒ１＊ＳＩＮ（θ）≦２＊Ｙであれば、監視制御部１ａは、その障害物が、監視エリアＡＲ１に位置すると判定することができる（図３（ａ）のＲ１参照）。

以上説明したレーザセンサ回路ＳＮａが監視する監視エリアＡＲ１，ＡＲ２や、３本の基準ポールＰａ１〜Ｐａ３とレーザセンサ回路ＳＮａの位置関係は、レーザセンサ回路ＳＮｂについても基本的に同じである。

すなわち、図４（ａ）には、レーザセンサ回路ＳＮｂと、３本の基準ポールＰｂ１〜Ｐｂ３との位置関係が示されている。また、放射角θ１＝０のタイミングで、レーザセンサ回路ＳＮｂが放射するレーザ光は、基準ポールＰｂ１に向い、その後、放射角θ２とθ３のタイミングで、基準ポールＰｂ２と基準ポールＰｂ３に向うこと、及び、放射角θａのタイミングで、監視エリアＡＲを二分する境界線の右端部に向い、放射角θｂのタイミングで、監視エリアＡＲ２の下端部を特定する遮断機ＣＲａに向うことも示されている。

なお、図４（ｂ）に示す通り、この実施例では、レーザセンサ回路ＳＮｂと、監視エリアＡＲ１の右端部までの離間距離がＸであり、監視エリアＡＲ１と監視エリアＡＲ２のエリア幅は各々Ｙである。そして、これら離間距離Ｘ及びエリア幅Ｙや、５つの放射角θ１，θ２，θ３，θａ，θｂは、基準ポールＰｂ１〜Ｐｂ３とレーザセンサ回路ＳＮｂとの離間距離Ｒ１’〜Ｒ３’と共に、動作パラメータとして、障害物検知装置ＤＥＴの起動前に、予め監視制御部１ｂの動作設定部４ｂ（不図示）に設定されている。

以上説明した通り、レーザセンサ回路ＳＮａと、レーザセンサ回路ＳＮｂにとって、監視エリアＡＲ１，ＡＲ２は、実質的に共通しており、本実施例では、同じ監視エリアＡＲを二重に監視していることになる。そのため、何れか一方のレーザセンサ回路ＳＮａ，ＳＮｂに異常が生じた場合でも、残りのレーザセンサ回路ＳＮｂ，ＳＮａによって監視活動を続けることができる。

続いて、図５を参照しつつ、レーザセンサ回路ＳＮａの監視制御部１ａの動作周期τについて説明する。先に説明した通り、この実施例では、レーザセンサＬＺの回転数を６ｒｐｓとしている。また、レーザセンサＬＺの回転動作の単位角度は０．２５°であり、レーザセンサＬＺが０．２５°回転する毎にレーザ光を放射させる設計としている。

すなわち、レーザセンサＬＺの一回転における放射回数は、１４４０回（＝３６０／０．２５）であり、１秒間の回転数は６回である。そして、このような動作を実現するには、レーザセンサＬＺは、１秒間に１４４０＊６回、レーザ光を間欠的に放射する必要があり、放射動作の動作周期τは、１１５．７μＳ（＝１／１４４０／６秒）である必要がある。

以上を踏まえて図５のフローチャートを説明すると、監視制御部１ａは、所定の動作周期τ（≒１１５．７μＳ）毎に動作を開始するため、最初に、動作周期τに達したか否かを判定する（ＳＴ１）。動作周期τに達したか否かは、適宜なタイマ処理で判定されるが、特にこの構成に限定されず、例えば、図５（ａ）の処理を、動作周期τ毎に起動されるタイマ割込み処理として実行しても良く、その場合にはステップＳＴ１の処理が不要となる。

何れにしても、動作周期τに達した場合には、監視制御部１ａは、先ず、制御信号出力部２ａを通して、レーザセンサＬＺを単位角だけ回転させると共に、レーザセンサＬＺからレーザ光を間欠的に放射させる（ＳＴ２）。この駆動制御処理によって、レーザセンサＬＺは０．２５°回転すると共に、動作周期τ毎の放射動作を実行することになる。

次に、監視制御部１ａは、図３（ａ）に示す基準方向θ１を基準角（θ＝０）として、放射角θを求め、その時の放射方向θが、レーザセンサ回路ＳＮａの透光前面ＣＶを通過する前面方向か、それとも、遮光背面ＨＤに向う背面方向かを判定する（ＳＴ３）。そして、背面方向への放射時であれば、レーザセンサの異常判定を実行する（ＳＴ４）。判定内容は適宜であるが、本実施例では、回転周期である１／６秒毎に、遮光背面から所定レベルの反射波が得られるか否かを判定している（図５（ｂ）のＳＴ４０）。

そして、１／６秒毎に所定レベルの反射波が得られているとは判定できない場合は、レーザセンサＬＺの発光異常や、回転モータＭＯの回転異常が疑われるので、その旨を示すセンサ異常信号ＥＲを出力する（ＳＴ４１）。図２に示す通り、センサ異常信号ＥＲは、接点信号出力部５ａを経由して、リレー接点を駆動可能な接点信号として踏切道制御部１１に伝送される。

次に、図５（ａ）のステップＳＴ３に戻って説明を続けると、レーザセンサ回路ＳＮａから放射されるレーザ光の放射角θが、透光前面ＣＶを通過する前面方向である場合には、測距演算を実行して、算出される反射点までの距離Ｒを、放射角θと共に一時保存する（ＳＴ５）。

そして、その時の放射角θが、基準ポールＰａｉ（＝Ｐａ１〜Ｐａ３）に向う角度θ１〜θ３か否かを判定し（ＳＴ６）、基準ポールＰａｉへの放射タイミングであれば、基準ポールＰａｉが正しく検出できるか否かを判定する（ＳＴ７）。より具体的には、図５（ｃ）に示す通りであり、測距演算を実行して算出される反射点までの距離Ｒが、放射角θ１／θ２／θ３に対応して、基準ポールＰａｉまでの距離Ｒ１／Ｒ２／Ｒ３に一致するか否かを判定する（ＳＴ７０）。

ここで、放射角θ１／θ２／θ３に対応する所定レベルの演算結果Ｒ１／Ｒ２／Ｒ３が得られない場合は、その理由として、（１）レーザセンサ回路ＳＮａが故障していることの他、（２）放射角θ１／θ２／θ３の方向に障害物が存在すること、（３）障害物は存在しないが、レーザセンサ回路ＳＮａ（レーザセンサＬＺ）の取付姿勢がずれていること、（４）障害物は存在しないが、基準ポールＰａ１〜Ｐａ３の反射面がずれていること、（５）障害物は存在しないが、基準ポールＰａ１〜Ｐａ３が傾いていることなどが考えられる。

ここで、（２）放射角θ１／θ２／θ３の方向に障害物が認められる場合は、その障害物が、監視エリア１に位置するか、監視エリア２に位置するか、それ以外に位置するかに分かれる。

そこで、放射角θ１／θ２／θ３に対応する所定レベルの演算結果Ｒ１／Ｒ２／Ｒ３が得られない場合には、次に、測距演算の演算結果Ｒを判定して、監視エリア１からの反射波か、それとも、監視エリア２からの反射波かを判定する（ＳＴ７１）。

そして、測距演算の演算結果Ｒが算出されない場合も含め、監視エリア１や監視エリア２からの反射波ではないと判定される場合には、異常が認められた基準ポールＰａｉ（＝Ｐａ１〜Ｐａ３）を特定して、不確認信号Ｎｏｎ１〜Ｎｏｎ３の何れかを出力する（ＳＴ７２）。この不確認信号Ｎｏｎ１〜Ｎｏｎ３も、接点信号出力部５ａを経由して、リレー接点を駆動可能な接点信号として踏切道制御部１１に伝送される。

一方、ステップＳＴ７１の処理で、監視エリア１からの反射波か、監視エリア２からの反射波であると判定される場合には、判定結果に対応して、検出信号Ｄｔ１か、検出信号Ｄｔ２を出力して処理を終える（ＳＴ７３）。

次に、ステップＳＴ６の判定に戻って説明を続けると、ステップＳＴ６の判定がＮｏであれば、次に、その時の放射角θが、θａ＜θ≦θｂの範囲か否かを判定する（ＳＴ８）。図３に関して説明した通り、放射角θが、θａ＜θ≦θｂの範囲であれば、監視エリアＡＲ１と監視エリアＡＲ２の何れかから反射波を受ける可能性がある。

そこで、この場合には先ず、監視エリアＡＲ１についての障害物判定を実行する（ＳＴ９）。より具体的には、図５（ｄ）のステップＳＴ９０の処理が実行され、監視制御部１ａの測距演算で算出される障害物までの離間距離Ｒが、０＜Ｒ＊ＣＯＳ（θ）≦Ｘであって、且つ、Ｙ＜Ｒ＊ＳＩＮ（θ）≦２＊Ｙであれば、その障害物が、監視エリアＡＲ１に位置すると判定される（図３（ａ）のＲ１参照）。そして、障害物が検出された場合には、監視エリアＡＲ１に対応して検出信号Ｄｔ１を出力する（ＳＴ９１）。この検出信号Ｄｔ１も、接点信号出力部５ａを経由して、リレー接点を駆動可能な接点信号として踏切道制御部１１に伝送される。

このようにして、ステップＳＴ９の処理が終われば、続いて、監視エリアＡＲ２についての障害物判定を実行する（ＳＴ１０）。より具体的には、図５（ｅ）のステップＳＴ１００の処理が実行され、監視制御部１ａの測距演算で算出される障害物までの離間距離Ｒが、０＜Ｒ＊ＣＯＳ（θ）≦Ｘであって、且つ、０＜Ｒ＊ＳＩＮ（θ）≦Ｙであれば、その障害物が、監視エリアＡＲ２に位置すると判定される（図３（ａ）のＲ２参照）。

そして、障害物が検出された場合には、障害物が検出された監視エリアＡＲ２に対応して検出信号Ｄｔ２を出力する（ＳＴ１０１）。この検出信号Ｄｔ２も、接点信号出力部５ａを経由して、リレー接点を駆動可能な接点信号として踏切道制御部１１に伝送される。

ところで、ステップＳＴ８の判定がＮｏであれば、その時の放射角θが、０＜θ≦θａの範囲か否かを判定する（ＳＴ１１）。図３（ｂ）に示す通り、０＜θ≦θａの範囲は、監視エリアＡＲ２であると確定されるので、図５（ｅ）の処理が実行される。実行内容は、上記した通りであり、監視制御部１ａの測距演算で算出される障害物までの離間距離Ｒが、０＜Ｒ＊ＣＯＳ（θ）≦Ｘであって、且つ、０＜Ｒ＊ＳＩＮ（θ）≦Ｙであれば、その障害物が、監視エリアＡＲ２に位置すると判定される。

そして、障害物が検出された場合には、障害物が検出された監視エリアＡＲ２に対応して検出信号Ｄｔ２が出力され（ＳＴ１０１）、この検出信号Ｄｔ２が、接点信号出力部５ａを経由して、リレー接点を駆動可能な接点信号として踏切道制御部１１に伝送される。

以上の処理が終われば、ステップＳＴ１の判定処理を繰り返して、次の実行タイミングに達するのを待つ。以上の通り、本実施例では、実行周期τ毎に、ステップＳＴ１〜ＳＴ１１の処理を繰り返すので、レーザセンサＬＺの０．２５°毎のステップ回転と、ステップ回転ごとの放射動作が実現される。

続いて、異常信号ＥＲ、不確認信号Ｎｏｎ１〜Ｎｏｎ３、及び、検出信号Ｄｔ１〜Ｄｔ２を受ける踏切道制御部１１の動作を説明する。図２に示す通り、踏切道制御部１１は、レーザセンサ回路ＳＮａとレーザセンサ回路ＳＮｂから信号を受けるので、結局、２種類の異常信号ＥＲと、６種類の不確認信号Ｎｏｎ１〜Ｎｏｎ３と、４種類の検出信号Ｄｔ１〜Ｄｔ２を受けることになる。そこで、以下の説明では、各信号に、添字ａ又は添字ｂを付すことで、レーザセンサ回路ＳＮａから受ける信号か、レーザセンサ回路ＳＮｂから受けた信号かを区別することにする。

先に説明した通り、レーザセンサ回路ＳＮａ，ＳＮｂから受ける検出信号Ｄｔ１ａ，Ｄｔ１ｂ、及び、監視エリアＡＲ１における障害物検出信号であり、また、レーザセンサ回路ＳＮａ，ＳＮｂから受ける検出信号Ｄｔ２ａ，Ｄｔ２ｂは、監視エリアＡＲ２における障害物検出信号である。そこで、踏切道制御部１１は、図６に示すリレーロジックによって無線通報動作を開始している。

図示の通り、検出信号Ｄｔ１ａ，Ｄｔ１ｂと、検出信号Ｄｔ２ａ，Ｄｔ２ｂは、列車検知部１２，１３から列車検知信号ＴＲ１，ＴＲ２を受けている場合に限り、各々、時素リレーＴＭ１，ＴＭ２に供給されるよう構成されている。ここで、時素リレーＴＭ１，ＴＭ２は、セット時間が例えば４秒のオンディレイタイマと同様に動作する回路であり、有意レベルの検出信号Ｄｔ１，Ｄｔ２を受けてからセット時間だけ遅れて、接点がＯＮ動作するが、有意レベルの検出信号Ｄｔ１，Ｄｔ２がなくなると瞬時に復帰動作が実行される。

そのため、各検出信号Ｄｔ１ａ，Ｄｔ１ｂ，Ｄｔ２ａ，Ｄｔ２ｂの有意レベルが４秒継続した場合に限り、時素リレーＴＭ１，ＴＭ２から、有意レベルの検出信号Ｄｔ１ａ，Ｄｔ１ｂ，Ｄｔ２ａ，Ｄｔ２ｂが出力されることになる。

時素リレーＴＭ１，ＴＭ２の出力は、各々、第１段目のＯＲ回路に供給され、上り線や下り線の列車検知信号ＴＲに基づいて生成される禁止信号ＩＮＨ１，ＩＮＨ２が供給されていない限り、禁止回路を経て、最終段のＯＲ回路に供給される。ここで、禁止信号ＩＮＨ１は、監視エリアＡＲ１に下り列車が進入したことを示し、禁止信号ＩＮＨ２は、監視エリアＡＲ２に上り列車が進入したことを示している。また、禁止回路は、入力信号を出力するか否かを規制するリレー接点などで構成されている。

そのため、禁止信号ＩＮＨ１，ＩＮＨ２が供給されていないタイミングにおいて、最終段のＯＲ回路の出力は、監視エリアＡＲ１か監視エリアＡＲ２の何れかに一以上の障害物が４秒以上継続して検出されたことを意味することになる。そこで、本実施例では、最終段のＯＲ回路の出力に基づいて、障害物を検出した旨の無線通報動作を開始している。

一方、禁止信号ＩＮＨ１，ＩＮＨ２が供給されているタイミングであって、監視エリアＡＲ１に下り列車が進入した場合は、監視エリアＡＲ１に関する検出信号Ｄｔ１ａ，Ｄｔ１ｂが無視され、監視エリアＡＲ２から得られた検出信号Ｄｔ２ａ，Ｄｔ２ｂによって上記の無線通報動作を開始される。同様に、監視エリアＡＲ２に上り列車が進入した場合は、監視エリアＡＲ２に関する検出信号Ｄｔ２ａ，Ｄｔ１ｂが無視され、監視エリアＡＲ１から得られた検出信号Ｄｔ１ａ，Ｄｔ１ｂによって上記の無線通報動作を開始される。

ところで、レーザセンサ回路ＳＮａからの不確認信号Ｎｏｎ１ａ〜Ｎｏｎ３ａや、レーザセンサ回路ＳＮｂからの不確認信号Ｎｏｎ１ｂ〜Ｎｏｎ３ｂについては、例えば、２０回連続して検出されると、駅の係員に対して異常報知動作を開始するよう構成されている。

また、異常信号ＥＲａ，ＥＲｂについては、例えば、３回連続して検出されると、駅の係員に対して異常報知動作を開始するよう構成されている。

以上の通り、本実施例では、既存の安全運行システムを大幅に変更することなく、比較的簡易で合理的な手法で、踏切道のトラブルを解消している。しかも、機器のトラブルを自己診断して、異常報知するようになっており、機器障害を迅速に復旧させることができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、具体的な記載内容は、何ら本発明を限定する趣旨ではなく、適宜に変更可能である。特に、無線通報動作を開始する開始条件や、基準ポールＰａｉ，Ｐｂｉの本数や配置位置や、監視エリアＡＲの設定条件は、各々、理解の容易化のため、その一例を具体的に例示したに過ぎず適宜に変更されるのは勿論である。

Ｐａｉ 反射基準点
ＬＺ レーザセンサ
ＡＲ１，ＡＲ２ 監視エリア
Ｄｔ１，Ｄｔ２ 第１信号
Ｎｏｎ 第２信号
ＥＲ 第３信号
１１ 踏切道制御部

上記の目的を達成するため、本発明に係る踏切障害物の検知装置は、反射基準点で所定ビームサイズとなるレーザ光を放射可能で、且つ、放射したレーザ光の反射光を受信可能なレーザセンサ、レーザセンサを回転させると共に、所定タイミング毎に、レーザ光を間欠的に放射させる駆動部、レーザセンサの出力に基づいて特定されるレーザ光の反射点が、所定の監視エリアに位置することを示す第１信号（Ｄｔ１／Ｄｔ２）と、レーザセンサの出力の判定結果として、前記反射基準点が検出されないことを示す第２信号（Ｎｏｎ１／Ｎｏｎ２／Ｎｏｎ３）と、を出力する目標監視部、及び、レーザセンサが正常動作していないことを示す第３信号（ＥＲ）を出力する異常判定部、を有して踏切道に近接して配置されるセンサ回路と、前記センサ回路が出力する第１信号、第２信号、及び第３信号を判定して、必要時には、踏切道に障害物が存在することを列車に通報すると共に、前記センサ回路や前記反射基準点の異常を外部に通知する踏切道制御部と、を有して構成され、レーザセンサの放射角には、放射レーザ光が監視エリアに向かって放射される角度範囲であって、前記目標監視部が機能する監視エリア角と、放射レーザ光が監視エリア以外に向かって放射される角度範囲であって、前記異常判定部が機能する異常判定角と、が含まれており、前記目標監視部は、レーザ光の間欠的な放射動作に対応して機能する第１手段と第２手段とを有して構成され、第１手段は、レーザセンサの放射角が、前記監視エリア角の範囲に含まれる所定の目標判定角である場合に、レーザ光の反射点が前記反射基準点に位置すると特定されると、第１信号も第２信号も出力することなく処理を終える一方、レーザセンサの放射角が目標判定角である場合に、レーザ光の反射点が監視エリアに位置すると特定されると、第１信号を出力し、そうでない場合には第２信号を出力し、第２手段は、レーザセンサの放射角が、前記監視エリア角の範囲に含まれるが、目標判定角ではない場合に、監視エリアにレーザ光の反射点が位置すると特定されると第１信号を出力するよう構成されている。

また、第２信号が継続的に出力される場合には、レーザセンサの設置位置や、反射基準点に、ずれが生じている可能性を認識することができる。反射基準点は、自動車程度の大きさの物体を漏れなく検知できる間隔で設けるのが好ましく、この場合には、第２信号だけで自動車やそれ以上の障害物を把握することができる。

ところで、目標判定角でないときのレーザ反射光の信号レベルは、目標判定角であるときのレーザ反射光の信号レベルより低い場合も多い。但し、ある程度の拡がりを持ってレーザ光を放射させると共に、間欠的なレーザ放射における回転方向の単位角度を狭く設定することで、車椅子やその他の障害物の適所からの反射光を受信することができる。

レーザセンサＬＺは、同一水平面を走査するいわゆる平面式レーザセンサであって、略半円柱状の保持体ＢＤＹに収容されて、回転モータＭＯによって定常的に３６０°回転している。保持体ＢＤＹは、１９０°程度の円弧状の透光前面ＣＶと、平板状の遮光背面ＨＤとで構成されており、遮光背面ＨＤを保持ポールなどに固定して配置されている。

Claims (9)

1. 反射基準点で所定ビームサイズとなるレーザ光を放射可能で、且つ、放射したレーザ光の反射光を受信可能なレーザセンサ、
   レーザセンサを同一平面上で連続的に回転させると共に、所定タイミング毎に、レーザ光を間欠的に放射させる駆動部、
   レーザセンサからの出力に基づいてレーザ光の反射点を特定し、特定された反射点が、所定の監視エリアに含まれるか否か示す第１信号と、前記反射基準点であるか否かを示す第２信号を出力する目標監視部、及び、レーザセンサが正常動作しているか否かを示す第３信号を出力する異常判定部、
   を有して踏切道に近接して配置されるセンサ回路と、
   前記センサ回路が出力する第１信号、第２信号、及び第３信号を判定して、必要時には、踏切道に障害物が存在することを列車に通報すると共に、センサ回路の異常を外部に通知する踏切道制御部と、
   を有して構成されていることを特徴とする踏切障害物の検知装置。
2. 前記監視エリアは、列車軌道の上り線と下り線とを区別して設定され、
   複線の踏切道に配置されたセンサ回路は、上り線の監視エリアについての第１信号と、下り線の監視エリアについての第１信号とを別々に出力している請求項１に記載の踏切障害物の検知装置。
3. 前記監視エリアに列車が進入してくるタイミングでは、踏切道制御部は、その監視エリアについての第１信号を無視するよう構成されている請求項１又は２に記載の踏切障害物の検知装置。
4. 前記監視エリアは、列車軌道の上り線と下り線とを区別して設定され、
   複線の踏切道には、上り線の監視エリアの外側と、下り線の監視エリアの外側に、各々、第１センサ回路と第２センサ回路とが配置されている請求項１〜３の何れか記載の踏切障害物の検知装置。
5. 複線の踏切道に配置される踏切道制御部には、第１センサ回路と第２センサ回路から、各々、第１信号、第２信号、及び第３信号が供給される請求項４に記載の踏切障害物の検知装置。
6. 前記目標反射点となる目標物が、監視エリアの外側に配置されて、レーザセンサの回転角度で特定されるよう構成され、
   前記目標物に対応する回転角度であって、且つ、前記目標物の内側の監視エリアに障害物が検出されないにも拘わらず、所定レベルの第２信号が得られない場合には、踏切道制御部は、レーザセンサか目標物に異常があると判定する請求項１〜５の何れか記載の踏切障害物の検知装置。
7. 前記駆動部は、レーザセンサを３６０°回転させつつ、所定時間毎にレーザ光を放射させており、放射光が踏切道に向わない背面放射時のレーザセンサの出力に基づいて、発光異常を検出するようになっている請求項１〜６の何れか記載の踏切障害物の検知装置。
8. 第１信号、第２信号、及び第３信号は接点信号であり、これらを受ける踏切道制御部は、リレーロジックで機能している請求項１〜７の何れかに記載の踏切障害物の検知装置。
9. 請求項１〜請求項８の何れかに記載の踏切道制御部を有すると共に、
   踏切道に列車が近づいていること検出して踏切道制御部に通知する列車検知部と、
   踏切道制御部の出力に基づいて踏切を遮断すると共に警報を発報する遮断機構と、
   踏切道制御部の出力に基づいて必要な情報を列車に無線発信する無線制御部と、
   が前記踏切道制御部に対応して設けられている列車安全運行システム。