JP2023101046A - 鉄道用障害物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地上マーカー付近に電波や光を反射しやすい物体が存在しても、正しい内外判定枠を定義できる鉄道用障害物検知装置を提供する。【解決手段】鉄道用障害物検知装置は、鉄道軌道の両側に地上マーカーを設置し、当該地上マーカーを内外判定枠とすることで、カメラとセンサで内外判定枠内の支障の有無を判定する。そして、地上マーカー６は、電磁波の反射（反射板６１）と吸収（切替板６２）又は透過とを組み合わせた認識面６２ａを有することを特徴とする。この地上マーカーを鉄道軌道の両側に設置することで、地上マーカー付近に存在する電波や光を反射しやすい物体と地上マーカーとの識別が容易になり、正しい内外判定枠を定義できる。【選択図】図３

Description

本発明は、鉄道軌道の両側に地上マーカーを設置して内外判定枠を設定し、カメラとセンサで内外判定枠内の支障の有無を判定する鉄道用障害物検知装置に関する。

特許文献１には、鉄道車両等の専用路を走行する車両の運転を自動化するために、車両に配置されたセンサによって物体及び基準物を検知し、基準物の位置に基づき車両の通過領域を示す枠を設定し、物体の位置がこの枠内であるか否かを判定する物体検知システムが記載されている。

特開２０１９－１８８９６８号公報

上記特許文献１の技術では、鉄道車両の通過領域の左端及び右端の位置に配置されたセンサにより、検知され易い基準物である地上マーカーの検知結果に基づき、通過領域の特定が高い精度で行われる。また、異なる方式の複数のセンサにより物体の検知が行われるため、環境条件が変化しても高い精度で障害物の検知が行われる。

しかしながら、車両の通過領域を示す地上マーカー付近に、踏切などの電波や光を反射しやすい物体が存在する場合、カメラの影像を確認しなければ、地上マーカーを誤検知して誤った内外判定枠（建築限界）を定義してしまう可能性がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地上マーカー付近に電波や光を反射しやすい物体が存在しても、正しい内外判定枠を定義できる鉄道用障害物検知装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る鉄道用障害物検知装置は、鉄道軌道の両側に地上マーカーを設置し、当該地上マーカーを内外判定枠とすることで、カメラとセンサで前記内外判定枠内の支障の有無を判定する鉄道用障害物検知装置であって、前記地上マーカーは、電磁波の反射と吸収又は透過とを組み合わせた認識面を有する、ことを特徴とする。

本発明の鉄道用障害物検知装置によれば、電磁波の反射と吸収、又は電磁波の反射と透過とを組み合わせた認識面を有する地上マーカーを鉄道軌道の両側に設置するので、地上マーカー付近に存在する電波や光を反射しやすい物体と地上マーカーとの識別が容易になる。これによって、地上マーカーの誤検知を抑制でき、正しい内外判定枠を定義できる。

本発明の実施形態に係る鉄道用障害物検知装置の構成例を示しており、地上マーカーの読み取り部を抽出したブロック図である。 図１に示した鉄道用障害物検知装置におけるデータ処理装置の機能構成を示すブロック図である。 図１に示した鉄道用障害物検知装置における地上マーカーの第１の構成例について説明するための図である。 図３に示した地上マーカーの機能構成を示すブロック図である。 図３に示した地上マーカーの設置例を示す図である。 図３に示した地上マーカーを用いた場合のレーダの受信電力と内外判定枠の関係を、従来と対比して示す図である。 図１に示した鉄道用障害物検知装置における地上マーカーの第２の構成例について説明するための図である。 図１に示した鉄道用障害物検知装置における地上マーカーの第３の構成例について説明するための図である。 図８に示した地上マーカーを用いた場合のレーダの受信電力と内外判定枠の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る鉄道用障害物検知装置における地上マーカーの読み取り部を抽出して示している。この装置は、データ処理装置１、各種のセンサ２、リーダ３及びタコジェネレータ４などを備えており、鉄道車両のブレーキ制御装置５でブレーキを制御するように構成されている。そして、鉄道軌道の両側に設置した地上マーカー６，６，…を内外判定枠として用い、センサ２で内外判定枠内の支障の有無を判定し、障害物を検知したときにブレーキ制御装置５で鉄道車両を減速または停止させる。

データ処理装置１はコンピュータであり、プロセッサ１１、メモリ１２及びインタフェース１３などがバス１４を介して共通接続されている。

プロセッサ１１は、メモリ１２に記憶されているプログラムに従った処理を実行することによって、データ処理装置１の各部の動作を制御するものである。メモリ１２は、各種データを記憶するもので、通過領域枠データベース（ＤＢ）１２ａを有している。このデータベース１２ａには、鉄道車両の異なる走行位置の各々における通過領域（内外判定枠）の範囲を示す通過領域枠の情報が格納されている。インタフェース１３は、センサ２、リーダ３、タコジェネレータ４及びブレーキ制御装置５と、プロセッサ１１との間で実行されるデータの授受の仲介を行う。

センサ２は、レーダ２１、レーザ２２及びカメラ２３を備えている。これらの各々が地上マーカー６を検知可能であり、かつ鉄道車両の前方にある物体（障害物）を検知可能になっている。レーダ２１は、前方に電波を発射し反射波を受信することにより、前方にある地上マーカー６及び物体を検知する。また、レーザ２２は、前方にレーザ光を照射してその反射光を受光することにより、前方にある地上マーカー６及び物体を検知する。更に、カメラ２３は、画像認識機能を備えるステレオカメラであり、前方を撮影した画像から地上マーカー６及び物体を検知する。このように、異なる方式の複数のセンサにより地上マーカー６と障害物を検知することにより、環境条件が変化しても高い精度で障害物を検知できるようにしている。

リーダ３（レシーバの一例）は、電波により地上マーカー６が有するＩＣタグに対し送信要求を送信し、送信要求に応答してＩＣタグが近距離無線により送信する走行位置ＩＤを受信するものである。走行位置ＩＤは、地上マーカー６の設置されている位置（走行位置）を識別する識別情報であり、地上マーカー６を識別する役割も果たす。リーダ３は鉄道車両が地上マーカー６の近傍を通過するときに、その地上マーカー６が有するＩＣタグから送信された走行位置ＩＤを受信する。また、地上マーカー６は、リーダ３から送信要求を受信したときに、電波の反射と透過の切替を実行するように構成されている。

タコジェネレータ４は、鉄道車両の走行に伴い車軸の回転により発電される電気の電圧が示す走行速度に時間を乗じた値を積算することにより、基準位置から走行距離を特定し、特定した走行距離を示すデータを出力する。データ処理装置１は、タコジェネレータ４からのデータに基づき、鉄道車両の現在の走行位置を特定する。

ブレーキ制御装置５は、走行中の鉄道車両のブレーキを制御することにより、鉄道車両を減速、停止させるものである。

図２は、上述した鉄道用障害物検知装置におけるデータ処理装置１の機能構成を示している。データ処理装置１のハードウェアであるコンピュータのプロセッサ１１が本実施形態に係るプログラムに従うデータ処理を行うことによって、図２に示す構成を備える装置が実現される。

走行位置取得部３１は、リーダ３がＩＣタグから受信した走行位置ＩＤをリーダ３から取得する。

検知結果取得部３２は、センサ２（レーダ２１、レーザ２２、カメラ２３）から、物体の検知結果を示すデータを取得するものである。この検知結果取得部３２が取得するデータは、鉄道車両から検知された物体までの距離と、鉄道車両の正面方向を基準とする鉄道車両から当該物体に向かう方向の角度と、当該物体の形状を示す。

通過領域枠ＤＢ生成部３３は、検知結果取得部３２により取得されたデータを用いて通過領域枠ＤＢ１２ａを生成するものである。この通過領域枠ＤＢ生成部３３は、通過領域枠ＤＢ１２ａの生成において、センサ２が検知した物体の各々が地上マーカー６であるか否かの判別を行う。センサ２が検知した物体が地上マーカー６であるか否かの判別は、例えば、物体の形状、前回の地上マーカー６の検知結果から推定される現在の地上マーカー６の位置と新たに検知された物体の位置との一致度等に基づき行われる。

積算距離取得部３４は、タコジェネレータ４から鉄道車両の走行における基準位置からの積算距離を示すデータを取得する。記憶部３５は、通過領域枠ＤＢ１２ａのデータを記憶する。

判定部３６は、検知結果取得部３２により取得される物体の検知結果と、通過領域枠ＤＢに格納されている情報に基づき、センサ２により検知された物体が障害物であるか否か（支障の有無）を判定する。判定部３６は、画像認識機能を備えており、この機能によりパターンを見分けるようになっている。そして、センサ２により検知された物体が障害物であると判定した場合に、ブレーキ制御装置５に対し、鉄道車両を停車させる指示を行う。

次に、データ処理装置１が行う処理について説明する。データ処理装置１は、鉄道車両に事前走行を行わせ、その際にセンサ２が検知する物体の情報を用いて通過領域枠ＤＢのデータを生成する処理（通過領域枠ＤＢ生成処理）と、鉄道車両の通常走行時に、センサ２が検知する物体の情報と通過領域枠ＤＢに格納されている情報に基づき、センサ２が検知する物体が障害物であるか否かを判定する処理（障害物検知処理）を実行する。

通過領域枠ＤＢ生成処理は、鉄道車両の通常走行より前に行われる事前走行において、センサ２が動作し、データ処理装置１がセンサ２からのデータの取得を待機している状態で実行される。
通過領域枠ＤＢ生成部３３は、積算距離取得部３４が取得する積算距離に基づき、鉄道車両が新たに所定距離（例えば１ｍ）を走行したか否かを判定する。鉄道車両が新たに所定距離を走行したことを検知すると、通過領域枠ＤＢ生成部３３は走行位置取得部３１がリーダ３から走行位置ＩＤを取得したか否かを判定する。

このタイミングで鉄道車両が地上マーカー６の近傍にいれば、走行位置取得部３１がリーダ３から走行位置ＩＤを取得する。この場合、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、走行位置取得部３１が取得した走行位置ＩＤに応じた新たなデータテーブルを通過領域枠ＤＢに追加する。続いて、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、最後に走行位置取得部３１が取得した走行位置ＩＤにより識別される地上マーカー６の位置を基準とする積算距離を示すカウンタを「０」にリセットする。

このタイミングで、鉄道車両が地上マーカー６の近傍にいなければ、走行位置取得部３１はリーダ３から走行位置ＩＤを取得しない。この場合、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、積算距離カウンタに「１」を加算する。

次に、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、通過領域枠ＤＢのデータテーブルに新たなデータレコードを追加し、「積算距離」にカウンタの値を格納する。また、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、検知結果取得部３２がレーダ２１、レーザ２２及びカメラ２３の各々から取得した検知結果を示すデータを記憶部３５の「物体検知結果（レーダ）」、「物体検知結果（レーザ）」、「物体検知結果（カメラ）」の各記憶領域に格納する。

その後、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、検知結果取得部３２がレーダ２１、レーザ２２及びカメラ２３の各々から取得した検知結果を示すデータに基づき、それらのセンサが検知した物体から、前方マーカー距離の各々に応じた地上マーカー６を判別する。

続いて、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、レーダ２１、レーザ２２及びカメラ２３の各々に関し、前方マーカー距離の各々に応じて判別した地上マーカー６の位置に基づき通過領域枠の範囲を示す角度を特定し、特定した角度を示すデータを記憶部３５の「通過領域枠（レーダ）」、「通過領域枠（レーザ）」、「通過領域枠（カメラ）」の各記憶領域に格納する。

そして、通過領域枠ＤＢ生成部３３は、ユーザによりデータ処理装置１に対し処理終了の操作が行われたか否かを判定する。ユーザにより処理終了の操作が行われていない場合、データ処理装置１は処理を繰り返す。一方、ユーザにより処理終了の操作が行われた場合、データ処理装置１は通過領域枠ＤＢ生成処理を終了する。

図３は、図１に示した鉄道用障害物検知装置における地上マーカーの第１の構成例について説明するためのもので、図３（ａ）は地上マーカーの斜視図、図３（ｂ）は電波の吸収動作、図３（ｃ）は電波の反射動作を示している。地上マーカー６は、リーダ３により検知され、検知情報がインタフェース１３とバス１４を介してプロセッサ１１に入力される。この地上マーカー６は、データ処理装置１が通過領域枠を設定する際に位置の基準として用いられる。

本実施形態に係る地上マーカー６は、円筒状の支柱６ａと、この支柱６ａの上部に取り付けられた認識部６ｂとで構成される。支柱６ａには鉄道車両の接近を検知するセンサ４１と、このセンサ４１の出力に基づいて切替板６２のインピーダンスを変化させ、認識部６ｂの電波の反射と吸収を切り替える切替装置（図示せず）が内蔵されている。

認識部６ｂは、四角形の反射板（金属板）６１と、この反射板６１と同一形状で同一サイズの切替板（インピーダンスＺの素子）６２が、誘電体からなる固定具６３によって１／４λ（λはレーダ２１の波長）の間隔で配置された構成になっている。そして、認識部６ｂの切替板６２側が電波の反射と吸収を行う認識面６２ａとなっている。この切替板６２は、電圧の印加により「Ｚ＝１２０π」と「Ｚ＞＞１２０π」を切り替え可能な素子である。

そして、切替板６２へ電圧が印加されないときには、切替板６２のインピーダンスＺが１２０πに設定され、図３（ｂ）に示すように、切替板６２を透過した電波と、透過した後、反射板６１で反射した電波が打ち消しあって吸収される。
一方、切替板６２への電圧の印加によって、切替板６２のインピーダンスＺが１２０πより十分大きく設定されたときには、図３（ｃ）に示すように、反射板６１で反射された電波が切替板６２を透過して電波の入射方向に戻る。

このように、切替板６２は、電圧を印加するか否かに応じてインピーダンスＺが変化し、電波の吸収と透過を行う。従って、認識部６ｂは、電波の反射と吸収を組み合わせた認識面６２ａを有することになる。

なお、図３（ａ）に示した地上マーカー６の反射板６１に代えて、電圧の印加に応じて電波の反射と透過を切り替え可能な第２の切替板を設け、第１の切替板６２を誘電体からなる固定具６３によって１／４λの間隔で配置しても良い。このような構成であっても、上述した実施形態と実質的に同様な作用効果が得られる。

図４は、図３に示した地上マーカー６のような切替板６２への電圧印加機能を実現する切替装置４２の構成例を示すブロック図である。上述したように、地上マーカー６は、鉄道車両の接近を検知するセンサ４１を備えており、このセンサ４１の検知出力が切替装置４２に入力される。切替装置４２は、データ処理装置４３と電圧制御装置４４を備えている。データ処理装置４３には、センサ４１で検知した検知結果を取得する検知結果取得部４５と、この検知結果取得部４５で取得した検知結果を判定する判定部４６とが設けられている。このデータ処理装置４３の出力が電圧制御装置４４に入力され、鉄道車両の接近を検知したときに切替板６２の印加電圧が制御される。

そして、鉄道車両の接近を検知したときに、切替板６２に所定の時間間隔で電圧を印加することで、インピーダンスＺを「Ｚ＝１２０π」と「Ｚ＞＞１２０π」に交互に変化させるようになっている。
切替板６２のインピーダンスＺが「Ｚ＝１２０π」のときには、図３（ｂ）に示したように反射板６１で反射した電波が切替板６２によって吸収され、「Ｚ＞＞１２０π」のときには、図３（ｃ）に示したように反射板６１で反射した電波が切替板６２を介して入射方向（鉄道車両の方向）に戻る。このような電波の吸収と反射が所定の時間間隔で繰り返される（点滅する）ことになるので、センサ２が有するレーダ２１で検知され易くなる。

図５は、図３に示した地上マーカー６の設置例を示している。地上マーカー６，６，…は、鉄道軌道１００の両側に所定の間隔で設置される。図５では、地上マーカー６，６，…付近に踏切の遮断機（反射物）１１０がある場合を示している。また、図６は、図３に示した地上マーカー６を用いた場合のレーダの受信電力と内外判定枠の関係を示しており、図６（ａ）は従来の受信電力と内外判定枠の関係、図６（ｂ）は本発明の受信電力と内外判定枠の関係である。

従来は、図６（ａ）に示すように、遮断機１１０などの電波や光が反射しやすい物体の影響を受けて、内外判定枠１２０の一部が遮断機１１０側に広がり、地上マーカー６，６，…で設定される内外判定枠とは異なってしまう可能性があった。
これに対し、本発明では、地上マーカー６，６，…の認識面６２ａが、電波の吸収と反射が所定の時間間隔で繰り返す、換言すれば点滅するので、図６（ｂ）に示すように遮断機１１０などとの識別が容易になる。また、この時の受信電力分布上の反射電力の点滅を認識することで、カメラの影像の確認をしなくても、マーカー及びその他の光や電波を反射しやすい物体からの反射波を識別できる。よって、地上マーカー６，６，…で設定される遮断機１１０などの反射物の影響を受けない内外判定枠１３０，１３０を設定できる。従って、地上マーカーの誤検知を抑制し、正しい内外判定枠を定義して線路内の高い安全性を確保できる。

図７は、図１に示した鉄道用障害物検知装置における地上マーカーの第２の構成例について説明するための図である。図７（ａ）は電波の吸収動作、図７（ｂ）は電波の反射動作を示している。この地上マーカー６は、円筒状の支柱６ａと、この支柱６ａの上部に取り付けられた認識部６ｂ’とで構成される。支柱６ａには鉄道車両の接近を検知するセンサ４１と、このセンサ４１の出力に基づいて、電波吸収体からなる扉を開閉して認識部６ｂ’の電波の反射と吸収を切り替える切替装置（図示せず）が内蔵されている。

認識部６ｂ’は、反射板（金属板）６１と、この反射板６１の表面を覆う開閉自在の扉体６４，６５で構成されている。扉体６４，６５は、切替装置の出力で開閉可能に構成されている。扉体６４，６５は電波を吸収する素材で形成、または電波を吸収する表面処理が施され、扉体６４，６５が閉じた状態では電波を吸収し、扉体６４，６５が開いた状態では反射板６１で電波を反射するようになっている。これによって、認識部６ｂ’は、電波の反射と吸収を組み合わせた認識面を有することになる。

従って、このような構成の地上マーカー６であっても、踏切の遮断機１１０などの反射物との識別が容易になり、カメラの影像を確認することなく、反射物の影響を受けない内外判定枠を設定できる。従って、地上マーカーの誤検知を抑制し、正しい内外判定枠を定義して線路内の高い安全性を確保できる。

図８は、図１に示した鉄道用障害物検知装置における地上マーカーの第３の構成例について説明するためのもので、図８（ａ）は地上マーカーの認識部６ｂの構成を示し、図８（ｂ）は地上マーカーの設置例を示している。地上マーカーの認識部６ｂには、反射板６６，６８，７０と電波吸収体６７，６９を交互に縦縞模様に配置した認識面が形成されている。

上記構成の地上マーカー６，６，…を、図８（ｂ）に示すように鉄道軌道１００の両側に所定の間隔で設置する。図８（ｂ）では、地上マーカー６，６，…付近に踏切の遮断機（反射物）１１０がある場合を示している。

図９は、図８に示した地上マーカー６，６，…を用いた場合のレーダの受信電力と内外判定枠の関係を示している。レーダの受信電力は、認識面が反射板と電波吸収体を交互に配置した縦縞模様であることから、３個の楕円が横に並んだ独特なパターンとなる。

従って、受信電力分布上で、特殊な縞模様を認識することで、マーカーとその他の光や電波を反射しやすい物体を識別できる。
従って、このような構成の地上マーカー６であっても、踏切の遮断機１１０などの反射物との識別が容易になり、カメラの影像を確認することなく、反射物の影響を受けない内外判定枠を設定できる。従って、地上マーカーの誤検知を抑制し、正しい内外判定枠を定義して線路内の高い安全性を確保できる。

上述した鉄道用障害物検知装置によれば、鉄道車両の通過領域の左端及び右端の位置に配置された、センサにより検知され易い基準物である地上マーカーの検知結果に基づき、通過領域の特定を高い精度で行うことができる。また、異なる方式の複数のセンサにより物体の検知が行われるため、環境条件が変化しても高い精度で障害物の検知が行われる。更に、電波の吸収／透過を切り替えできる素子や電波吸収体と、反射板とを組み合わせた認識部を地上マーカーの認識面とする、あるいは反射波に任意のパターンを持たせた認識面とすることで、地上マーカー付近に存在する反射物と地上マーカーとの識別が容易になるので、地上マーカーの誤検知を抑制でき、正しい内外判定枠を定義できる。

以上の実施形態で説明された構成や制御手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

例えば、地上マーカーに設けたセンサで鉄道車両を検出したときに、電波の反射と吸収、又は電波の反射と透過を切り替えるようにしたが、リーダ３から地上マーカー６が有するＩＣタグに対して送信要求が送信されたときに、電波の反射と吸収、又は電波の反射と透過を切り替えるようにしても良い。

また、その反射板の表面に電波吸収体を縦縞模様に設けたが、反射物との識別が容易になれば任意のパターンで良いのは勿論である。更に、地上マーカー毎に反射電力のパターンを割り当てることでそれらの識別も可能である。加えて、地上マーカーの色をカメラで認識することで認識精度を上げることができる。

１…データ処理装置、２…センサ、３…リーダ、４…タコジェネレータ、５…ブレーキ制御装置、６…地上マーカー、６ａ…支柱、６ｂ…認識部、１１…プロセッサ、１２…メモリ、１２ａ…通過領域枠データベース、１３…インタフェース、２１…レーダ、２２…レーザ、２３…カメラ、３１…走行位置取得部、３２…検知結果取得部、３３…通過領域枠ＤＢ生成部、３４…積算距離取得部、３５…記憶部、３６…判定部、６１…反射板、６２…切替板、６２ａ…認識面、６３…固定具、６４，６５…扉体、１００…鉄道軌道、１１０…踏切の遮断機（反射物）、１２０，１３０，１４０…内外判定枠

Claims (5)

1. 鉄道軌道の両側に地上マーカーを設置し、当該地上マーカーを内外判定枠とすることで、カメラとセンサで前記内外判定枠内の支障の有無を判定する鉄道用障害物検知装置であって、
   前記地上マーカーは、電磁波の反射と吸収又は透過とを組み合わせた認識面を有する、ことを特徴とする鉄道用障害物検知装置。
2. 前記カメラは、前記地上マーカーにおける前記認識面の抽出、及び障害物抽出のための画像処理を行い、前記内外判定枠内の支障の有無を判定する、請求項１に記載の鉄道用障害物検知装置。
3. 前記センサは、レーダセンサ又はレーザセンサであり、前記地上マーカーと障害物の距離及び角度を計測し、前記内外判定枠内の支障の有無を判定する、請求項１に記載の鉄道用障害物検知装置。
4. 前記地上マーカーは、前記認識面に電磁波の反射板と吸収体とが交互に並べて配置されたものである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道用障害物検知装置。
5. 前記地上マーカーは、鉄道車両を検知したときに、前記認識面の電波又はレーザ光の反射機能と吸収機能が交互に切り替わる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道用障害物検知装置。