JP2019144852A - 光ビーコン - Google Patents

Abstract

【課題】光ビーコンにおいて、車両検出に用いる感知光のダウンリンク光への干渉を低減する。【解決手段】通信光を用いた車載装置との通信と感知光を用いた走行車両の検出とを行なう光ビーコンであって、通信光の発光を行なう通信用発光部と、感知光の発光を行なう感知用第１発光部および感知用第１発光部の照射領域よりも、通信用発光部の照射領域から離れた照射領域の感知用第２発光部と、通信対象の車載装置が容量を拡大した通信に対応した高度化車載装置の場合に、感知用第１発光部の発光を停止する感知制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車載装置との双方向通信機能と車両感知機能とを併せ持つ光ビーコンに関する。

道路を走行する車両にとって、渋滞や交通規制などの情報は非常に重要である。そこで、ＶＩＣＳ（登録商標）センターで編集、処理された渋滞や交通規制などの道路交通情報を車両に送信し、車載機において文字・図形で表示する情報通信システムが実用化されている。この道路交通情報を車両に送信する手段の一つとして、光ビーコンが用いられている。

光ビーコンは、新交通管理システム（ＵＴＭＳ）を実現するための主要機材で、狭い道路に最適な路車間システムの構築が可能、小型で設置や取扱いが容易、電波法上の免許が不要、設置費用が安価等の特徴を有する。

光ビーコンは、高所から道路に向けて指向性が非常に高い近赤外線を発光する。また車両からの反射光を受光することで走行車両を検出する車両感知機能および走行車両の車載装置との双方向通信機能を併せ持つ装置である。

双方向通信において、光ビーコンから車載装置に情報伝送する光をダウンリンク光と称し、車載装置から光ビーコンに情報伝送する光をアップリンク光と称する。光ビーコンが走行車両検出に用いる光を感知光と称する。また、車載装置がダウンリンク光を受光可能な領域をダウンリンク領域と称し、光ビーコンがアップリンク光を受光可能な領域をアップリンク領域と称する。

近年では、通信容量を拡大し、アップリンク光による車両から収集する情報を増やすとともに、アップリンク領域およびダウンリンク領域を拡大した高度化光ビーコンが実用化され、高度化車載装置を搭載した車両に対して新たなサービスを提供している。

一方で、高度化光ビーコンは、従来の車載装置に対する互換性を確保するために、従来の通信速度のアップリンク光による通信と従来のダウンリンク領域でのダウンリンク情報伝送とを行なえるようになっている。

特開平１０−２１３６６２号公報

図８（ａ）に示すように、光ビーコンの投受光器５００からダウンリンク光５０１と感知光５０２が道路に向けて照射され、ダウンリンク光５０１を受光可能なダウンリンク領域ＤＡ１と、車両検出可能な感知領域ＳＡとが規約に従って設けられる。

従来の光ビーコンではダウンリンク領域ＤＡ１と感知領域ＳＡとは領域が分けられていたが、高度化光ビーコンの投受光器５１０では、ダウンリンク領域ＤＡ２が拡大されているため、図８（ｂ）に示すように、ダウンリンク領域ＤＡ２と感知領域ＳＡとが重なる領域ＩＡが生じている。

ダウンリンク光５０１と感知光５０２とはいずれも近赤外線を用いているため、領域ＩＡにおいて、感知光５０２がダウンリンク光５０１に干渉し、ダウンリンク通信品質の低下を招くことが問題となっている。

そこで、本発明は、光ビーコンにおいて、車両検出に用いる感知光のダウンリンク光への干渉を低減することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様である光ビーコンは、通信光を用いた車載装置との通信と感知光を用いた走行車両の検出とを行なう光ビーコンであって、前記通信光の発光を行なう通信用発光部と、前記感知光の発光を行なう感知用第１発光部、および前記感知用第１発光部の照射領域よりも、前記通信用発光部の照射領域から離れた照射領域の感知用第２発光部と、通信対象の車載装置が容量を拡大した通信に対応した高度化車載装置の場合に、前記感知用第１発光部の発光を停止する感知制御部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記感知制御部は、前記感知用第１発光部の発光を停止後、所定時間経過後に、前記感知用第１発光部を発光させることができる。
また、前記感知制御部は、前記感知用第１発光部が発光しているときの前記感知用第２発光部の光量よりも、前記感知用第１発光部の発光を停止しているときの前記感知用第２発光部の光量を大きくすることができる。
また、前記感知光の反射光に基づいて走行車両の感知光領域占有時間を計測する感知処理部をさらに備え、前記感知処理部は、前記感知用第１発光部の発光を停止しているときに計測された感知光領域占有時間を補正することができる。
このとき、前記感知処理部は、あらかじめ設定された走行車両の平均車長の見積り値を用いて前記補正を行なうことができる。
また、車載装置から受信した通信光に基づいて、通信対象の車載装置が前記高度化車載装置か否かを判定する通信制御部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、光ビーコンにおいて、車両検出に用いる感知光のダウンリンク光への干渉を低減することができる。

本実施形態の光ビーコンの構成を示すブロック図である。 第１感知光の照射領域と第２感知光の照射領域とを示す図である。 感知用第１発光部と感知用第２発光部を駆動する感知用発光ドライバ部の構成を示すブロック図である。 光ビーコンの感知光発光制御について説明するフローチャートである。 通信対象が従来の車載装置の場合の感知光領域と、通信対象が高度化車載装置の場合の感知光領域とを説明する図である。 占有時間の補正処理の手順を説明するフローチャートである。 占有時間の補正処理を模式的に説明する図である。 従来のダウンリンク領域と感知領域との関係を説明する図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光ビーコン１０の構成を示すブロック図である。光ビーコン１０は、通信容量を拡大した高度化光ビーコンであり、近赤外線を通信媒体とした光通信によって車両に搭載された高度化車載装置および従来の車載装置と双方向無線通信を行なうことができる。また、感知光を出射し、車両からの反射光を受光することで走行車両を検出する車両感知機能を有している。

本図に示すように、光ビーコン１０は、複数個の投受光器１００（１００ａ、１００ｂ…１００ｎ）と、制御機２００とを備えている。制御機２００は、投受光器インタフェース部２１０と感知・通信処理部２２０を備えている。感知・通信処理部２２０は、投受光器１００から出力するダウンリンク信号の生成、投受光器１００が受信したアップリンク信号および感知光の反射信号に対する信号処理等を行なうとともに、図示しない上位装置と通信を行なう。

投受光器１００は、通信用のブロックと感知用のブロックを含んでいる。通信用のブロックは、通信用発光部１０１、通信用発光ドライバ部１０２、通信用受光部１０３、アンプ１０４、フィルタ１０５、通信制御部１０６を備えている。

通信制御部１０６は、感知・通信処理部２２０が生成したダウンリンク信号の符号化や、通信用受光部１０３が受光したアップリンク光からアップリング信号の再生等を行なう。この際に、アップリンク信号の伝送速度等に基づいて、アップリンク信号が従来の車載装置によるものか高度化車載装置によるものかを判別することができる。

通信用発光部１０１は、通信制御部１０６の制御に基づいた通信用発光ドライバ部１０２の駆動によりダウンリンク光を出力する。通信用受光部１０３は、アップリンク光を受光する。受光信号は、アンプ１０４、フィルタ１０５を介して通信制御部１０６に入力される。通信制御部１０６は、アップリンク光から再生したアップリンク信号を制御機２００に出力する。

感知用のブロックは、感知用第１発光部１１１、感知用第２発光部１１２、感知用受光部１１３、アンプ１１４、フィルタ１１５、感知制御部１１６、ピークホールド部１１７、感知用発光ドライバ部１２０を備えている。感知制御部１１６は、所定周期のパルス信号である感知信号を生成する。

感知用第１発光部１１１、感知用第２発光部１１２は、感知制御部１１６の制御に基づいた感知用発光ドライバ部１２０の駆動により感知光を出力する。すなわち、本実施形態では、感知光を複数の発光部から出力可能となっている。

感知用第１発光部１１１は、独立して発光、非発光を切り換えることができる。感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とを同時に発光させている状態を第１感知光発光状態と称し、感知用第１発光部１１１を消灯し、感知用第２発光部１１２のみを発光させている状態を第２感知光発光状態と称する。

感知用受光部１１３は、感知光の反射光を受光する。受光信号は、アンプ１１４、フィルタ１１５を介してピークホールド部１１７に入力される。ピークホールド部１１７は、ホールドしたピーク値を感知光の反射信号として制御機２００に出力する。

本実施形態において、第１感知光発光状態と第２感知光発光状態とでは、照射領域が異なっている。具体的には、図２に示すように、感知用第２発光部１１２のみが発光している第２感知光発光状態の照射領域３０２（点線）は、感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とが同時に発光している第１感知光発光状態の照射領域３０１（実線）よりも、ダウンリンク領域（ＤＡ１、ＤＡ２）から離れた照射領域となっている。これは、感知用第１発光部１１１の照射領域が感知用第２発光部１１２の照射領域よりも、上流側（ダウンリンク領域側）に伸びているためである。

また、第１感知光発光状態の照射領域３０１が従来の感知領域ＳＡと同じになるように設定されている。そして、第１感知光発光状態の照射領域３０１は、高度化車載装置と通信を行なう際のダウンリンク領域ＤＡ２と重なった部分を有しているが、第２感知光発光状態の照射領域３０２は、ダウンリンク領域ＤＡ２と重ならないようになっている。なお、第１感知光発光状態の照射領域３０１の下流端と第２感知光発光状態の照射領域３０２の下流端とが一致していない理由については後述する。

感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とは、例えば、アレイ状に並べた複数個のＬＥＤのそれぞれに、角度調整されたプリズムやレンズ等の光学素子を配置することでそれぞれの照射領域を設定することができる。

図３は、感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２をと駆動する感知用発光ドライバ部１２０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、感知用発光ドライバ部１２０は、感知用第１発光部１１１を電流Ｉａで駆動し、感知用第２発光部１１２を電流Ｉｂあるいは電流Ｉｃで駆動する。

電流Ｉａは、抵抗Ａ１２１ａとスイッチＡ１２２ａ（Ａ経路）で制御され、電流Ｉｂは、抵抗Ｂ１２１ｂとスイッチＢ１２２ｂ（Ｂ経路）で制御され、電流Ｉｃは、抵抗Ｃ１２１ｃとスイッチＣ１２２ｃ（Ｃ経路）で制御される。また、スイッチＡ１２２ａ、スイッチＢ１２２ｂ、スイッチＣ１２２ｃのオンオフは感知制御部１１６により制御される。

ここで、抵抗Ｂ１２１ｂと抵抗Ｃ１２１ｃとは異なる抵抗値であり、感知用第２発光部１１２は、スイッチＢ１２２ｂをオンにしたときと、スイッチＣ１２２ｃをオンにしたときで光量が異なるようになっている。詳細については後述する。なお、感知用第２発光部１１２の光量を２通りに制御することができれば足り、感知用第２発光部１１２の制御経路は本図の例に限られない。

次に、上記構成の光ビーコン１０の感知光発光制御について図４のフローチャートを参照して説明する。

通常時において、感知制御部１１６は、感知光として感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とを同時に発光する（Ｓ１０１）。すなわち、図２に示した第１感知光発光状態の照射領域３０１が感知光領域となる。これは、従来の感知光領域ＳＡと同じ領域である。

通信用受光部１０３がアップリンク光を受信すると（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、通信制御部１０６は、受信信号の伝送速度等に基づいて、通信対象が高度化車載装置であるか、従来の車載装置であるかを判定する。

その結果、通信対象が従来の車載装置であれば（Ｓ１０３：Ｎｏ）、感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とを同時発光を継続する（Ｓ１０１）。これは、図５（ａ）に示すように、第１感知光発光状態の照射領域３０１が、従来の車載装置に対するダウンリンク領域ＤＡ１と重ならないため、感知光のダウンリンク光への干渉が生じないためである。

一方、通信対象が高度化車載装置であれば（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、感知制御部１１６は、スイッチＡ１２２ａをオフにして感知用第１発光部１１１の発光を停止し、感知用第２発光部１１２のみ発光させて、第２感知光発光状態とする。図５（ｂ）に示すように、第２感知光発光状態の照射領域３０２は、高度化車載装置に対するダウンリンク領域ＤＡ２と重ならないため、感知光のダウンリンク光への干渉は生じない。

感知用第２発光部１１２のみの発光は所定時間継続し（Ｓ１０５）、その後は、感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２との同時発光を再開する（Ｓ１０１）。

このように、本実施形態の光ビーコン１０では、通常は、感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とを同時発光し、高度化車載装置との通信時に感知用第１発光部１１１の発光を停止し、感知用第２発光部１１２のみを発光するが、感知用第２発光部１１２のみの発光に切り換えた場合に、受光する反射光の強度が低下することは好ましくない。

このため、光ビーコン１０では、上述のように、スイッチＢ１２２ｂをオンにしたときと、スイッチＣ１２２ｃをオンにしたときとで感知用第２発光部１１２の光量が異なるようにしている。

そして、処理（Ｓ１０１）において、感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とを同時に発光するときは、図３に示したスイッチＡ１２２ａ（経路Ａ）とスイッチＢ１２２ｂ（経路Ｂ）とをオンにして、スイッチＣ１２２ｃ（経路Ｃ）をオフにする。このときに得られる路面等からの反射光量をＰ１とする。

また、処理（Ｓ１０４）において、感知用第２発光部１１２を単独で発光するときは、図３に示したスイッチＡ１２２ａ（経路Ａ）とスイッチＢ１２２ｂ（経路Ｂ）とをオフにして、スイッチＣ１２２ｃ（経路Ｃ）をオンにする。このときに得られる路面等からの反射光量をＰ２とする。

ここで、反射光量Ｐ１と反射光量Ｐ２とがほぼ同じになるように抵抗Ａ１２１ａ、抵抗Ｂ１２１ｂ、抵抗Ｃ１２１ｃの値を定めるものとする。少なくとも、抵抗Ｂ１２１ｂと抵抗Ｃ１２１ｃとの関係においては、抵抗Ｂ１１２１ｂよりも抵抗Ｃ１２１ｃを小さくして、電流Ｉｂよりも電流Ｉｃの方が大きくなるようにする。これにより、感知用第１発光部１１１と同時に発光するときよりも単独で発光するときの感知用第２発光部１１２の光量を大きくすることができる。この結果、第１感知光発光状態の照射領域３０１の下流端よりも第２感知光発光状態の照射領域３０２の下流端が下流側に伸びることになる。

ところで、制御機２００の感知・通信処理部２２０では、一般に、感知光の反射光に基づく走行車両の検出の際に、検出対象車両の感知光領域の占有時間も計測している。本実施形態の光ビーコン１０では、高度化車載装置を搭載した車両に対しては感知用第１発光部１１１の発光を停止し、感知用第２発光部１１２のみの発光とすることで感知光領域の走行方向の幅が短くなっている。このため、計測された占有時間をそのまま用いると、従来の感知光領域で計測した占有時間よりも短い値となってしまう。

そこで、例えば、図６にフローチャートを示すような占有時間の補正処理を行なうことが望ましい。すなわち、感知・通信処理部２２０は、感知光の反射光により走行車両を検出すると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、その車両による感知光領域の占有時間を計測する（Ｓ２０２）。ここで、占有時間は、例えば、反射光の受光強度が所定の基準値を上回ってから下回るまでの時間とすることができる。

その車両が高度化車載装置を搭載していなければ（Ｓ２０３：Ｎｏ）、占有時間の補正は不要であるため、次の走行車両検出を待つ（Ｓ２０１）。高度化車載装置の搭載の有無は、処理（Ｓ１０２）と同様に、アップリンク通信速度等に基づいて判断することができる。

一方、その車両が高度化車載装置を搭載していれば（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、占有時間の補正を行なう（Ｓ２０４）。占有時間の補正は、例えば、以下のように行なうことができる。ここで、図７に示すように、感知用第１発光部１１１と感知用第２発光部１１２とが発光している第１感知光発光状態の感知光領域をＳＡ１とし、感知用第２発光部１１２のみが発光している第２感知光発光状態の感知光領域をＳＡ２とする。感知光領域ＳＡ１は、従来の感知光領域ＳＡと同じである。

車長Ｌの車両が速度Ｖで通過した場合に、感知光領域ＳＡ１で計測される占有時間を時間Ｔ１とし、感知光領域ＳＡ２で計測される占有時間を時間Ｔ２とすると、時間Ｔ１、時間Ｔ２はそれぞれ、
時間Ｔ１＝（ＳＡ１＋Ｌ）／Ｖ
時間Ｔ２＝（ＳＡ２＋Ｌ）／Ｖ
であり、
時間Ｔ１／時間Ｔ２＝（ＳＡ１＋Ｌ）／（ＳＡ２＋Ｌ）
であるから、高度化車載装置を搭載した車両については、
補正後占有時間＝（ＳＡ１＋Ｌ）／（ＳＡ２＋Ｌ）×時間Ｔ２
とすることができる。

ＳＡ１、ＳＡ２の長さは既知であるが、Ｌは車両毎に異なることになる。走行車両ごとのＬをリアルタイムで取得することは困難であるため、ここでは、その道路を走行する車両における車長Ｌの平均値を見積もることで時間Ｔ２から補正後占有時間を算出するようにする。

例えば、車長Ｌを、３．５ｍ、４ｍ、４．５ｍ、５ｍ、９ｍ、１０ｍ、１１ｍに区分し、それぞれの車長Ｌ毎の実際の混入率を観測して、車長Ｌの加重平均を算出することでその道路におけるＬの平均値を得ることができる。

例えば、その道路において、３．５ｍ、４ｍ、４．５ｍ、５ｍ、９ｍ、１０ｍ、１１ｍの混入率を観測したところ、それぞれ、１５％、２０％、２０％、１５％、１０％、１０％、１０％であれば、車長Ｌの平均値Ｌａｖは、
Ｌａｖ＝３．５ｍ×１５％＋４ｍ×２０％＋４．５ｍ×２０％＋５ｍ×１５％＋９ｍ×１０％＋１０ｍ×１０％＋１１ｍ×１０％＝５．１２ｍ
となる。この場合、車長Ｌを５．１２ｍと見積もって、あらかじめ感知・通信処理部２２０に設定しておくことで、計測された時間Ｔ２から補正後占有時間を算出することができる。

なお、感知用第１発光部１１１、感知用第２発光部１１２から感知光を出力する例を説明したが、感知光は、さらに多くの感知用発光部から出力するようにしてもよい。この場合も、高度化車載装置と通信する際に、ダウンリンク領域ＤＡ２と重なる照射領域の感知用発光部からの発光を停止すればよい。

１０ 光ビーコン
１００ 投受光器
１０１ 通信用発光部
１０２ 通信用発光ドライバ部
１０３ 通信用受光部
１０４ アンプ
１０５ フィルタ
１０６ 通信制御部
１１１ 感知用第１発光部
１１２ 感知用第２発光部
１１３ 感知用受光部
１１４ アンプ
１１５ フィルタ
１１６ 感知制御部
１１７ ピークホールド部
１２０ 感知用発光ドライバ部
２００ 制御機
２１０ 投受光器インタフェース部
２２０ 感知・通信処理部

Claims (6)

1. 通信光を用いた車載装置との通信と感知光を用いた走行車両の検出とを行なう光ビーコンであって、
   前記通信光の発光を行なう通信用発光部と、
   前記感知光の発光を行なう感知用第１発光部、および前記感知用第１発光部の照射領域よりも、前記通信用発光部の照射領域から離れた照射領域の感知用第２発光部と、
   通信対象の車載装置が容量を拡大した通信に対応した高度化車載装置の場合に、前記感知用第１発光部の発光を停止する感知制御部と、
   を備えたことを特徴とする光ビーコン。
2. 前記感知制御部は、前記感知用第１発光部の発光を停止後、所定時間経過後に、前記感知用第１発光部を発光させることを特徴とする請求項１に記載の光ビーコン。
3. 前記感知制御部は、前記感知用第１発光部が発光しているときの前記感知用第２発光部の光量よりも、前記感知用第１発光部の発光を停止しているときの前記感知用第２発光部の光量を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の光ビーコン。
4. 前記感知光の反射光に基づいて走行車両の感知光領域占有時間を計測する感知処理部をさらに備え、
   前記感知処理部は、前記感知用第１発光部の発光を停止しているときに計測された感知光領域占有時間を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ビーコン。
5. 前記感知処理部は、あらかじめ設定された走行車両の平均車長の見積り値を用いて前記補正を行なうことを特徴とする請求項４に記載の光ビーコン。
6. 車載装置から受信した通信光に基づいて、通信対象の車載装置が前記高度化車載装置か否かを判定する通信制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ビーコン。

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