JP2019204188A - 金属物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を利用した金属物体検出装置、特には車両センサーにおいて、天候等の環境変化やＧＰＳ衛星の移動による誤検出を防止する。【解決手段】ＧＰＳ衛星ＳからのＧＰＳ信号を受信する受信機１０と、受信機１０より出力される受信強度信号に基づいてＧＰＳ衛星Ｓと受信機１０との間に被検出体である金属物体が存在しているかどうかを判定する制御部２０とを備えている金属物体検出装置において、上記受信機１０を主受信機として、主受信機１０とは別に補正用の副受信機１１を有し、副受信機１１は、金属物体が存在しない位置でＧＰＳ信号を受信してその受信強度信号を制御部２０に送信し、制御部２０は、主受信機１０からの主受信強度信号を副受信機１１からの副受信強度信号により補正して、主受信機の設置箇所に金属物体が存在しているかどうかを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から送信されるＧＰＳ信号を利用して金属物体（特には自動車等の車両）を検出する金属物体検出装置に関し、さらに詳しく言えば、天候等の環境変化やＧＰＳ衛星の移動による誤検出を防止する技術に関するものである。

自動車等の車両を検出する車両センサーには、大きく分けて、磁気を利用した車両センサー、超音波を利用した車両センサー、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を利用した車両センサー等があり、駐車施設の在車検出や道路管制等に用いられている。

このうち、磁気を利用した車両センサーは、路面等に埋設したループコイルの磁気変動により車両の有無を検出するセンサーで、人や動物を検出しない、環境変化に強い等の利点があるが、ループコイルを埋設するために、大掛かりな設置工事が必要でありコストがかかる、という欠点がある。

超音波を利用した車両センサーは、センサヘッドから超音波を発信し、対象物である車両からの反射波を再度センサヘッドで受信して車両を検出する方式であるが、センサー表面の汚れ等の外乱に弱い、という欠点がある。

ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を利用した車両センサー（以下、略して「ＧＰＳ車両センサー」と言うことがある。）では、図７に示すように、例えば屋外駐車施設の駐車区画の路面にＧＰＳ衛星Ｓから送信されるＧＰＳ信号を受信する受信機１０を設置し、受信機１０より受信したＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍを示す信号（受信強度信号）を図示しない制御部に無線もしくは有線で送信させる。

ＧＰＳ信号の受信強度ＲｉｍはＣ／Ｎ比（搬送波対雑音比）で表され、制御部にはＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍに対して在車・空車判定用の閾値Ｔｈが予め設定されている。

在車時、受信機１０は駐車車両によって遮蔽されるため、ＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍは遮蔽物のない空車時の受信強度よりも減衰（低下）する。したがって、在車・空車判定用の閾値Ｔｈは、空車時の受信強度と在車時の受信強度の間の値に設定される。

これにより、制御部は、受信機１０より送信されるＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍが閾値Ｔｈを越えている場合には「空車」と判定する。これに対して、在車ＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍが閾値Ｔｈ以下もしくは未満であれば「在車」と判定する。

このように、ＧＰＳ車両センサーは、磁気や超音波を利用した車両センサーに比べて設置が容易であり、また、汚れ等の外乱の影響を受けにくい、という特徴がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１８８９９０号公報

しかしながら、ＧＰＳ車両センサーの場合、天候等（雨や雪等）によりＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍが変化する。一例として、図８（ａ）に示すように、例えば晴天から曇天になるとＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍが弱くなり閾値Ｔｈを下回ることがある。そうすると、制御部は実際には「空車」であるにも関わらず「在車（駐車）」と判定してしまう。

このことは、図９（ａ）に示すように、在車中に例えば晴天から曇天にとなりＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍが弱くなり閾値Ｔｈを下回った場合、車両が出庫して空車になったとしても車両非検出の状態に復帰することができないことを意味する。

また、ＧＰＳ衛星Ｓは静止衛星ではなく常に移動しているため、ＧＰＳ信号の受信強度ＲｉｍはＧＰＳ衛星Ｓの位置によっても変化する。図８（ｂ）に示すように、ＧＰＳ衛星Ｓが受信機１０から遠ざかる方向に移動して、ＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍが弱くなり閾値Ｔｈを下回ると、この場合にも、制御部は実際には「空車」であるにも関わらず「在車（駐車）」と判定してしまう。

このことは、図９（ｂ）に示すように、在車中にＧＰＳ衛星Ｓが遠ざかる方向に移動し、ＧＰＳ信号の受信強度Ｒｉｍが弱くなり閾値Ｔｈを下回った場合、車両が出庫して空車になったとしても車両非検出の状態に復帰することができないことを意味する。

したがって、本発明の課題は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を利用した金属物体検出装置、特には車両センサーにおいて、天候等の環境変化やＧＰＳ衛星の移動による誤検出を防止することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信機と、上記受信機より出力される受信強度信号に基づいて上記ＧＰＳ衛星と上記受信機との間に被検出体である金属物体が存在しているかどうかを判定する制御部とを備えている金属物体検出装置において、
上記受信機を主受信機として、上記主受信機とは別に補正用の副受信機を有し、上記副受信機は、上記金属物体が存在しない位置で上記ＧＰＳ信号を受信してその受信強度信号を上記制御部に送信し、
上記制御部は、上記主受信機からの主受信強度信号を上記副受信機からの副受信強度信号により補正して、上記主受信機の設置箇所に上記金属物体が存在しているかどうかを判定することを特徴としている。

好ましくは、上記制御部は、上記主受信強度信号から上記副受信強度信号を減算して上記主受信強度信号を補正する。

また、上記副受信機は、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を同時に受信するとともに、それらＧＰＳ信号の各受信強度信号を上記制御部に送信し、上記制御部は、そのうちの受信強度が良好なＧＰＳ信号を選択して上記判定を行うことも本発明の特徴の一つである。

上記主受信機は複数箇所に設置され、上記制御部は、上記金属物体が存在しない箇所の上記主受信機を上記補正用の副受信機として採用する態様も本発明に含まれる。

具体的には、上記被検出体である金属物体が自動車等の車両であり、上記主受信機は屋外駐車施設における各駐車区画ごとに設置され、上記制御部は、上記駐車区画のうちの空車となっている駐車区画の上記主受信機を上記補正用の副受信機として採用する。

本発明によれば、受信機として、金属物体検出用の主受信機とは別に、金属物体が存在しない位置でＧＰＳ信号を受信する補正用の副受信機を有し、主受信機からの主受信強度信号を副受信機からの副受信強度信号により補正するようにしたことにより、天候等の環境変化による誤検出を防止することができる。

また、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を同時に受信し、そのうちの受信強度が良好なＧＰＳ信号を選択するようにしたことにより、ＧＰＳ衛星の移動による誤検出を防止することができる。

本発明による金属物体検出装置の一実施形態の構成を示す模式図。 上記金属物体検出装置を車両センサーとして駐車区画に適用した例を模式的に示す斜視図。 上記車両センサーにおいて、副受信機を用いて天候等の環境変化の影響を排除する補正方法を説明する模式図。 上記車両センサーにおいて、副受信機を用いてＧＰＳ衛星の移動による影響を排除する補正方法を説明する模式図。 図３の補正方法による作用・効果を説明する模式図。 図４の補正方法による作用・効果を説明する模式図。 従来の一般的なＧＰＳ車両センサーを示す模式図。 図７の従来の一般的なＧＰＳ車両センサーにおいて、（ａ）天候変化により生ずる誤検出を説明する模式図、（ｂ）ＧＰＳ衛星の移動により生ずる誤検出を説明する模式図。 （ａ）図８（ａ）の誤検出による具体的な問題点を説明する模式図、（ｂ）図８（ｂ）の誤検出による具体的な問題点を説明する模式図。

次に、図１ないし図６を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

この実施形態では、金属物体検出装置を自動車等の車両を検出する車両センサーとして説明する。この実施形態に係る車両センサーは、先に説明した従来例における受信機１０を主受信機１０として、図１に示すように、主受信機１０のほかに副受信機１１を備えている。

主受信機１０と副受信機１１は、ともにＧＰＳ衛星Ｓから送信されるＧＰＳ信号を受信する受信機であり、単に「主」と「副」の名称が異なるだけで、性能（機能）は実質的に同一である。

この実施形態において、主受信機１０には複数台の主受信機１０−１，１０−２，１０−３，…１０−ｎが含まれ、これに対して、副受信機１１は１台でよい。主受信機１０−１，１０−２，１０−３，…１０−ｎを区別する必要がない場合には、総称として主受信機１０と言う。

図２に示すように、主受信機１０−１，１０−２，１０−３…１０−ｎの各々は、屋外駐車施設の各駐車区画ＰＳ（ＰＳ−１，ＰＳ−２，ＰＳ−３，…ＰＳ−ｎ）の駐車車両Ｖ（図５，図６参照）によって覆われる路面上に設置される。

これに対して、副受信機１１は、駐車車両Ｖやその他の遮蔽物がない位置、この実施形態では、駐車施設の駐車の妨げにならない位置に立設されているポール１２の上に配置される。

各主受信機１０は、受信したＧＰＳ信号の受信強度（Ｃ／Ｎ比）を示す受信強度信号（主受信強度信号）を受信強度のレベルに関わらず制御部２０に送信する。同様に、副受信機１１も、受信したＧＰＳ信号の受信強度（Ｃ／Ｎ比）を示す受信強度信号（副受信強度信号）を受信強度のレベルに関わらず制御部２０に送信する。その送信手段は無線、有線のいずれであってもよい。

制御部２０には、演算および判定機能等を有するＣＰＵ（中央演算処理ユニット）やマイクロコンピュータが好ましく採用される。制御部２０には表示部２１が接続される。表示部２１は例えば駐車施設の管理室に設置され、各駐車区画ＰＳの利用状況（在車、空車の別等）を表示する。

図３を併せて参照して、主受信機１０から送信されるＧＰＳ信号の受信強度をＲｉｍ、副受信機１１から送信されるＧＰＳ信号の受信強度をＲｉｓとして、制御部２０は、天候等の環境変化による影響を排除するための補正として、主受信機１０の受信強度Ｒｉｍから副受信機１１の受信強度をＲｉｓを減算（Ｒｉｍ−Ｒｉｓ）して、この減算値を補正値Ｒｉａとする。

駐車区画ＰＳのうち、空車となっている駐車区画ＰＳに設置されている主受信機１０からの受信強度Ｒｉｍと、副受信機１１からの受信強度Ｒｉｓは、天候等の環境に関わらずほぼ同一であるため、補正値Ｒｉａ（＝Ｒｉｍ−Ｒｉｓ）は実質的に「０」で一定である。

また、図４を参照して、ＧＰＳ衛星Ｓの移動により受信強度が変化するが、受信しているＧＰＳ衛星Ｓが同じであるとして、その変化量は主受信機１０からの受信強度Ｒｉｍ、副受信機１１からの受信強度Ｒｉｓともに同じである。

図４の例では、ＧＰＳ衛星Ｓが遠ざかる方向に移動する際の受信強度Ｒｉｍ，Ｒｉｓが示されている。この場合においても、補正値Ｒｉａ（＝Ｒｉｍ−Ｒｉｓ）は実質的に「０」で一定である。

制御部２０には、このときの実質的に「０」である補正値Ｒｉａよりも低い値が在車・空車判定用の閾値Ｔｈとして設定される。

このように、本発明によれば、空車の駐車区画ＰＳにおいて、天候等の環境が変化しても、また、ＧＰＳ衛星Ｓが移動しても、補正値Ｒｉａ（＝Ｒｉｍ−Ｒｉｓ）はぼ一定で、閾値Ｔｈを下回ることがないため誤検出することがない。すなわち、天候等の環境変化により、空車であるにも関わらず在車と誤検出されることがない。

次に、図５により、駐車後に天候が悪くなった場合の車両検出例について説明する。まず、車両Ｖが駐車する前は、主受信機１０、副受信機１１から送信されるＧＰＳ信号の受信強度は同じレベルであるから、補正値Ｒｉａは実質的に「０」である。

車両Ｖが駐車すると、主受信機１０が車両Ｖにより覆われＧＰＳ信号が遮られることから、主受信機１０の受信強度Ｒｉｍは低下する。これに対して、副受信機１１は車両Ｖの影響を受けず、その受信強度Ｒｉｓは当初の高レベルを維持する。これにより、補正値Ｒｉａ（＝Ｒｉｍ−Ｒｉｓ）はマイナスの値となり閾値Ｔｈを下回るため、制御部２０は在車と判定する。

駐車後に天候が悪くなる（例えば雨雲になる）と、それに応じて副受信機１１の受信強度Ｒｉｓも低下するが、主受信機１０の受信強度Ｒｉｍよりも低くなることはない。したがって、補正値Ｒｉａは依然としてマイナスの値となり閾値Ｔｈを下回るため、在車検出状態が維持される。

車両Ｖが出庫すると、主受信機１０の受信強度Ｒｉｍは、副受信機１１の受信強度Ｒｉｓと同レベルにまで復帰するため、補正値Ｒｉａは「０」となり閾値Ｔｈを越える。これにより、制御部２０は車両Ｖが出庫したとして、当該駐車区画ＰＳを空車と判定する。

次に、図６により、駐車後に通信状態が良好なＧＰＳ衛星を選択する場合について説明する。この例では、ＧＰＳ衛星ＳＡが遠ざかる一方で、別のＧＰＳ衛星ＳＢが近づいてくることを想定している。すなわち、ＧＰＳ信号の受信強度は、ＧＰＳ衛星ＳＡ側が漸次小さく（低く）なるのに対して、ＧＰＳ衛星ＳＢ側は漸次大きく（高く）なる。

副受信機１１は、ＧＰＳ衛星ＳＡからのＧＰＳ信号ＡとＧＰＳ衛星ＳＢからのＧＰＳ信号Ｂを時々刻々と受信し、ＧＰＳ衛星ＳＡからのＧＰＳ信号Ａの受信強度をＲｉｓ（Ａ）、ＧＰＳ衛星ＳＢからのＧＰＳ信号Ｂの受信強度をＲｉｓ（Ｂ）として、これら受信強度Ｒｉｓ（Ａ），Ｒｉｓ（Ｂ）の受信強度信号を制御部２０に送信する。

主受信機１０も同様に、ＧＰＳ衛星ＳＡからのＧＰＳ信号ＡとＧＰＳ衛星ＳＢからのＧＰＳ信号Ｂを時々刻々と受信し、ＧＰＳ衛星ＳＡからのＧＰＳ信号Ａの受信強度をＲｉｍ（Ａ）、ＧＰＳ衛星ＳＢからのＧＰＳ信号Ｂの受信強度をＲｉｍ（Ｂ）として、これら受信強度Ｒｉｍ（Ａ），Ｒｉｍ（Ｂ）の受信強度信号を制御部２０に送信する。

図６において、一方のＧＰＳ衛星ＳＡからのＧＰＳ信号Ａの受信強度Ｒｉｓ（Ａ）は実線で示され、他方のＧＰＳ衛星ＳＢからのＧＰＳ信号Ｂの受信強度Ｒｉｓ（Ｂ）は点線で示されている。制御部２０は、副受信機１１より送信される受信強度Ｒｉｓ（Ａ）と受信強度Ｒｉｓ（Ｂ）とを対比してレベルが高い（大きい）方のＧＰＳ衛星を選択する。

すなわち、Ｒｉｓ（Ａ）＞Ｒｉｓ（Ｂ）の場合には、受信対象のＧＰＳ衛星をＧＰＳ衛星ＳＡとして、主受信機１０から送信される受信強度信号の中からＧＰＳ衛星ＳＡの受信強度Ｒｉｍ（Ａ）を選択するとともに、副受信機１１から送信される受信強度信号の中から補正用としてＧＰＳ衛星ＳＡの受信強度Ｒｉｓ（Ａ）を選択し、補正値ＲｉａをＲｉｍ（Ａ）−Ｒｉｓ（Ａ）より求める。

車両Ｖが駐車していない空車時、Ｒｉｍ（Ａ）＝Ｒｉｓ（Ａ）で補正値Ｒｉａは「０」で閾値Ｔｈを超えるが、車両Ｖの駐車時には、Ｒｉｍ（Ａ）＜Ｒｉｓ（Ａ）となることから、補正値Ｒｉａはマイナスの値となり閾値Ｔｈを下回るため、制御部２０は在車と判定する。

車両Ｖの駐車中において、ＧＰＳ衛星ＳＡが遠ざかり、そのＧＰＳ信号Ａの受信強度Ｒｉｓ（Ａ）が低下し、Ｒｉｓ（Ａ）≒Ｒｉｍ（Ａ）になった場合、補正値Ｒｉａは、ほぼ「０」で閾値Ｔｈを超えて空車検出と判定されるおそれがある。

そこで、制御部２０は、Ｒｉｓ（Ａ）＜（もしくは≦）Ｒｉｓ（Ｂ）になった時点で、ＧＰＳ衛星ＳＢを選択する。すなわち、主受信機１０から送信される受信強度信号の中からＧＰＳ衛星ＳＢの受信強度Ｒｉｍ（Ｂ）を選択するとともに、副受信機１１から送信される受信強度信号の中から補正用として受信強度Ｒｉｓ（Ｂ）を選択し、今度は補正値ＲｉａをＲｉｍ（Ｂ）−Ｒｉｓ（Ｂ）より求める。

車両Ｖの駐車時において、Ｒｉｍ（Ｂ）＜Ｒｉｓ（Ｂ）であるから、補正値Ｒｉａは依然としてマイナスの値となり閾値Ｔｈを下回るため、在車検出状態が維持される。

車両Ｖが出庫すると、主受信機１０の受信強度Ｒｉｍ（Ｂ）は、副受信機１１の受信強度Ｒｉｓ（Ｂ）と同レベルにまで復帰するため、補正値Ｒｉａは「０」となり閾値Ｔｈを越える。これにより、制御部２０は車両Ｖが出庫したとして、当該駐車区画ＰＳを空車と判定する。

なお、上記実施形態では、主受信機１０とは別に副受信機１１を設けているが、副受信機１１は、車両Ｖが存在しない位置でＧＰＳ信号を受信できればよいことから、空車となっている駐車区画ＰＳにある主受信機１０を副受信機１１として用いることもできる。

また、本発明は車両センサーのみでなく、例えばコンテナヤードのコンテナ貨物（金属物体）の検出装置としても適用することができる。この場合には、コンテナヤードの各貨物堆積区画ごとに主受信機を設置するとともに、コンテナ貨物等により影響を受けることなくＧＰＳ信号を受信し得る位置に副受信機を配置すればよい。

１０（１０−１，１０−２，…１０−ｎ） 主受信機
１１ 副受信機
１２ポール
２０ 制御部
２１ 表示部
Ｓ（ＳＡ，ＳＢ，…） ＧＰＳ衛星
ＰＳ 駐車区画
Ｖ 検出車両
Ｒｉｍ，Ｒｉｍ（Ａ），Ｒｉｍ（Ｂ） 主受信機の受信強度
Ｒｉｓ，Ｒｉｓ（Ａ），Ｒｉｓ（Ｂ） 副受信機の受信強度

Claims (5)

1. ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信機と、上記受信機より出力される受信強度信号に基づいて上記ＧＰＳ衛星と上記受信機との間に被検出体である金属物体が存在しているかどうかを判定する制御部とを備えている金属物体検出装置において、
   上記受信機を主受信機として、上記主受信機とは別に補正用の副受信機を有し、上記副受信機は、上記金属物体が存在しない位置で上記ＧＰＳ信号を受信してその受信強度信号を上記制御部に送信し、
   上記制御部は、上記主受信機からの主受信強度信号を上記副受信機からの副受信強度信号により補正して、上記主受信機の設置箇所に上記金属物体が存在しているかどうかを判定することを特徴とする金属物体検出装置。
2. 上記制御部は、上記主受信強度信号から上記副受信強度信号を減算して上記主受信強度信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の金属物体検出装置。
3. 上記副受信機は、複数の上記ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を同時に受信するとともに、それらＧＰＳ信号の各受信強度信号を上記制御部に送信し、上記制御部は、そのうちの受信強度が良好なＧＰＳ信号を選択して上記判定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の金属物体検出装置。
4. 上記主受信機は複数箇所に設置され、上記制御部は、上記金属物体が存在しない箇所の上記主受信機を上記補正用の副受信機として採用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属物体検出装置。
5. 上記被検出体である金属物体が自動車等の車両であり、上記主受信機は屋外駐車施設における各駐車区画ごとに設置され、上記制御部は、上記駐車区画のうちの空車となっている駐車区画の上記主受信機を上記補正用の副受信機として採用することを特徴とする請求項４に記載の金属物体検出装置。

Images