JP3342017B2 - 障害検知システム - Google Patents

障害検知システム

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JP3342017B2
JP3342017B2 JP53076797A JP53076797A JP3342017B2 JP 3342017 B2 JP3342017 B2 JP 3342017B2 JP 53076797 A JP53076797 A JP 53076797A JP 53076797 A JP53076797 A JP 53076797A JP 3342017 B2 JP3342017 B2 JP 3342017B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、一般に障害検知システムに関し、特に鉄道
の衝突防止システムに関する。本発明、並びに特許請求
項の文中において、用語「障害」は、別の列車、又はも
し補正されなければ損傷を生じて列車の進行を妨げるで
あろう軌道レールの一方又は双方の破断を含む軌道上の
いかなる障害物も包含することを意図する。
発明の背景 鉄道のインフラストラクチュアは、車両及び軌道の両
者とも高価である。最も安全な輸送形態の一つとして一
般に思われているが、鉄道事故は一般的でありかつしば
しば致命的である。かかる事故で最も危険なものは列車
同士、又は到来する列車の経路の軌道を横断している自
動車と列車との間の衝突、及び意図的又は偶然に線路上
に置かれた異物との衝突である。かかる物体は、特に夜
間は、これと衝突するより前には運転手により発見され
るかもしれないし、発見されないかもしれない。このよ
うな状況下で、通常、なし得る最善の方策は衝突速度を
低下させることである。鉄道事故の統計は、列車が完全
に停止できないにしても、衝突速度の僅かの低下が損害
を大きく減らしたかもしれないことを遺憾ながらよく示
す。車両速度の上昇は停止距離の延伸を伴うことを考え
ると、問題に対する現在の取り組み方の欠点及び保険請
求金と保険掛金の費用の増加は、いずれもより厳しくな
る。
先行技術は、走行車両間の衝突の可能性を回避し又は
信号するための種々の方法を明らかにする。例えば、米
国特許3365572号（シュトラウス）においては、２組の
接近中の列車から発信される対応レーザービームを他方
の列車により検出し対策を取り得るように車両の両端か
ら変調レーザービームが向けられる。同様に、米国特許
5487116号（ナカノ他）におけるように車両認識のため
のもの、及び米国特許5301115号（ノウス）におけるよ
うに車両の移動する車両経路を検出するためのものの両
者の画像処理技術が知られる。更に、２台の機関車間の
衝突回避を改良するために、軌道上の包括的位置決めシ
ステム（GPS）の使用が米国特許5574469（シュー）に提
案されている。
軌道上に導電性物体を置きこれによりレールを短絡さ
せこの物体を検出するために、一方のレールを通る電流
と他方のレールを通るその戻りとを使った現存のシステ
ムが知られている。しかし、かかるシステムは電流の活
経路と戻り経路とを提供する２本の軌条を有する電気鉄
道システムについてのみ実際的である。特に、頭上式の
電力線を使っている鉄道システムには不適であり、また
通常のレール間の中央又は一方のレールの横側の第３軌
条を使用するシステムにも不適である。更に、これは、
軌道上に非導電性障害物の検出には不適である。かかる
公知のシステムの更なる欠点は、これらが静的であるこ
とである。
静止し又は動いている障害物のための警告をするよう
に、列車の前方の軌道を監視する障害検出システムも知
られる。このシステムは、列車に取り付けられたトラン
シーバー及び軌道に沿って配置された多数のリレーを備
える。動いている列車がレーザービームを発射し、これ
が軌道に沿ったリレーの一つにより取り上げられ、光フ
ァイバーケーブル内に結合され、これが列車の前方で長
距離にわたりレーザー信号を中継する。光ファイバーケ
ーブルは、動いている列車の前方の軌道上に置かれた障
害物がレーザービームを遮断するように軌道を斜めの横
切って配置された再帰反射器にレーザービームを指向さ
せるように出口ポートに結合される。再帰反射されたレ
ーザービームは、列車に戻る光ファイバーケーブルに沿
ったその経路に戻され、車上のプロセッサーは修正作用
を行うに十分な時間で障害物の存在を判定できる。かか
るシステムは、列車の前方にありかつ直接は見えない障
害物の検出ができる。しかし、高価な装置類と維持費と
が必要である。
軌道の全長を表すデータが記憶されるデータベースを
有するシステムが知られる。運転中、軌道の画像がデー
タベースと対応しているか否かを推定するために画像化
された各部分がデータベースの軌道の対応部分と比較さ
れる。何らかの不適合は、軌道の画像化された部分にお
ける障害のためであると推定される。
恐らく何100キロメートル（さもなければそれ以上）
の軌道に基づく大量輸送システムについては、かかる方
法はあまり実用的でない。何100キロメートルもの経路
にわたって敷設された軌道の全画像のデータベースの記
憶には、かかる方法を実行困難とさせるような記憶容量
が必要であることが明らかである。そこで、かかる方法
は、過去において、例えば工場、造船所及び同等な場所
で見いだせるような比較的短距離の軌道に限られてい
る。
かかる方法はJP 59 156089号に明らかにされ、これ
は、車両が移動する路線の写真画像を記憶する大容量メ
モリを必要とする。ビデオ比較器が、何らかの不適合を
軌道における障害として解釈するように軌道の各瞬間の
画像と記憶装置内の対応画像とを比較する。かかる方法
は特に上述された種々の欠点を有し、更に軌道の各画像
化部分の実際位置を知ることが必要である。さもなけれ
ば、データベースの画像と車両の運転中に得られた軌道
部分の瞬間的画像との比較は不可能である。また、これ
は、車両の運転中における軌道の「走行」画像とデータ
ベースに記憶された軌道画像との同期を必要とする。
かかる同期は、車両速度と経過時間の知識から行われ
ることが普通である。経過時間は移動距離に換算でき、
従って出発点（時間＝０）からの車両の実際移動距離を
決定できる。これにより、障害検出の目的の瞬間的画像
とデータベースに記憶された軌道部分とを比較しなけれ
ばならない判定が可能となる。
JP 05 116626号は、走行車両に使用する障害検出シ
ステムを明らかにし、これにおいては、レール上に障害
物があるかどうかを決定するために、画像処理手段に関
連して赤外線カメラが機関車に取り付けられる。しか
し、これにおいても、アリゴリズムは、全軌道のプレス
トアされたデータベースの使用に基づき、画像化された
各フレームがプレストアされたデータベースと比較さ
れ、何らかの不一致を障害として解釈する。
JP 59 156089号の参照し上述されたように、これは
極めて大容量のメモリを必要とし、これが、長距離にわ
たる大量輸送に対してシステムを非現実的なものとさ
せ、更に同期も必要である。
軌道誘導車両のための障害検出システムと組み合わせ
られた問題の一つは、車両を完全停止させるように制動
するに十分な時間で、障害の先行警告を提供することが
明らかに必要なことである。そうでなければ、車両は、
恐らく減速された速度ではあるが障害物と衝突するであ
ろう。この問題への一つの対策が米国特許5429329号及
びFR2586391号に示唆され、これら両者は、軌道の部分
を画像化するために列車の前方を走行しかつ機関車の前
方の軌道上の障害の先行警告を提供するように機関車運
転手に情報を中継するロボット車両の使用を教示する。
機関車の前方を進む補助車両の使用は、機関車に戻る情
報の中継のような別の技術的問題を伴うが、例えば、機
関車の前方における軌道部分の局所的な画像化を許す。
別の非常に変わった方法は機関車自体に画像化用のカ
メラを取り付けることであるが、この方法には、高速走
行時の機関車の停止距離を見越して数キロメートル前方
の軌道部分を遠隔的に画像化する問題がある。この２種
の方法、即ち、（ａ）機関車からは遠いが補助車両の直
前の軌道部分の局所的な画像化を行うロボット制御の補
助車両の使用、及び（ｂ）機関車から数キロメートルと
なり得る軌道部分の遠隔画像化の両者は、同じ問題につ
いての基本的に異なった解答を与えることに注意すべき
である。ロボット制御の補助車両が使われるときは、そ
の品質は天候などの周囲条件による悪影響を受けないの
で比較的素朴な画像化システムを使用できることが明ら
かである。これに反して、軌道誘導式の車両自体に画像
化システムを取り付けて機関車から数キロメートルの遠
い軌道部分を画像化したいときは、雲、霧その他のよう
な周囲条件が画像化システムを使用できなくすることが
有り得る。
先行技術を完全に説明するため、軌道部分（例えば踏
切）の写真縮小画像の機関車運転手への中断に関するJP
04 266567号を参照する。圧縮されたデータは原画像
を再生産するために拡大され、次いでこれが、運転手の
観察できるように機関車内にモニターに表示される。軌
道上の障害の有無を判定するためのデータの自動処理は
ない。所要の識別は運転手により手動で行われる。
可動でかつ鉄道軌道上のいかなる種類の障害も検出す
る検出システムを使うことが好ましいことは明らかであ
る。
発明の概要 レール軌道上の障害物又は他の列車、あるいはレール
の部分的な欠損の存在を先行して警告し、機関車と障害
物との衝突を避けるために取るべき適切な回避作動を許
すためのシステムを提供することが本発明の特別な目的
である。
本発明の広い態様により、軌道誘導車両のコントロー
ラに、前記車両の軌道内の障害の存在を警告するシステ
ムであって、 車両前方の軌道部分を表す少なくも１個のセンサー信
号を作るために車両の前方の軌道の予定の視野を感知す
るために車両に取り付けられたセンサー手段、 軌道の不連続を検出し更にこれに続いて障害検出信号
を作るためにセンサー手段に組み合わせられこれにより
作られた少なくも１個のセンサー信号を処理する障害検
出装置、及び 障害回避信号を作るために車両に取り付けられかつ障
害検出装置と組み合わせられそして障害検出信号に応答
する障害回避手段 を備えたシステムが提供される。
センサーは、鉄道軌道のある部分上の障害物を検出す
るために使用されるときは、機関車に取り付けられ、そ
して軌道が列車の経路を定める。レール上に置かれた障
害物を検出するために第２段階が開始されるときのレー
ルの位置を検出するように第１段階が機関車の前方の軌
道の部分の解析を許す障害検出アルゴリズムが使用され
る。
このアルゴリズムの第１段階は、可視（又はその他の
検知可能な）線により定められる経路に沿って車両を自
動案内するために、第２段階とは無関係に使用すること
もできる。
コントローラが車両の運転手である非自動列車の場合
は、軌道は機関車に取り付けられたビデオカメラにより
画像化され、得られた画像はレール上の障害物又は欠損
レールを検出するように処理されることが好ましい。画
像は適切なビデオモニター上で軌道を拡大して見る運転
手に中継される。障害回避手段は、運転手は切迫した衝
突を警告する警報装置である。軌道上の物体が真の危険
であるか否かの最終的な決定は運転手にあり、運転手は
自由に回避作用を取り、或いは運転手がよいと考えたと
きは警告を無視することができる。運転手のいない自動
列車においては、回避作用を行うか否かの最終決定は予
め決められた基準に従ってシステムによりなされ、障害
回避手段が自動的に制動をかける。このため、関連のデ
ータは、制動をかけるか否かを決定するために、リアル
タイムで監視及び管理センターに送信され処理され、こ
の場合、適切な制動制御信号が列車に中継される。
かかるシステムにより、機関車の運転手は、走行車両
の衝突を避け及び／又は脱線の可能性を避け、或いは衝
突又は脱線以前に少なくも列車速度を十分に下げるため
に、回避作用を完了させるに十分な時間で、夜も昼も、
軌道上の潜在的な障害物を明らかに認めることができ
る。夜間、障害物も見分けるために、赤外線前方観察
（FLIR）カメラ又はICCDビデオカメラを使用することが
できる。或いは、活性照明（activeillumination）と組
み合わせて通常のビデオカメラを使うことができる。劣
悪な天候条件の際に生じ得る貧弱な可視性の問題を克服
するために、進歩した熱画像化技術を使うことができ
る。同様に、悪天候条件における障害物の検出を改善す
るために、電気光学式画像化システムに加えて例えばフ
ェースアレイレーダー（Phase Array Radar）のような
レーダーを使うことができる。この場合、レーダーの比
較的小さい解像度のため、レールの間又はレールに沿っ
て反射器が置かれ、これにより、レール上に障害物のな
い場合は、レーダーは反射器を検出するであろう。一
方、障害物はレーダーから反射器を隠しその検出をさせ
ないと考えられる。典型的に、反射器は、逆Ｌ字形のコ
ーナーキューブレフレクターであり、これは、レーダー
が軌道を検知できるようにレールを妨げることなくレー
ルの横に配備される。レーダービームは、より短い距離
を監視することもできるが、典型的には１キロメーター
の距離でレールに向かって、置かれる。隣接反射器間の
距離は軌道の特性に従って調整される。そこで、全体的
に平坦な地域では、隣接反射器間の数100メートルの間
隔が十分であるが、この間隔はあまり理想的でない条件
では減らさねばならない。
図面の簡単な説明 本発明を理解するため及びこれをいかに実行できるか
を知るために軌道上の障害を運転手に警告する好ましい
実施例が、非限定的な例示として、付属図面を参照し説
明されるであろう。
図1aは本発明によるシステムの基本的構成要素を機能
的に示しているブロック図であり、 図1bは本発明により強化されたシステムの補助構成要
素が取り付られた外部ポストを機能的に示しているブロ
ック図であり、 図２は図１の障害検出手段に使用される軌条の不連続
を判定するための方法の基本的な諸段階を示す流れ図で
あり、 図３は各センサー画像においてレールを確認するため
の基準画像ライブラリーに基づく障害検出アルゴリズム
の第１段階の詳細の図式的表現であり、そして 図４はレール上の障害を検出するためにニューラルネ
ットワーク（neural network）を使用する障害検出アル
ゴリズムの第２段階の詳細の図式的表現である。
好ましい実施例の詳細な説明 図1aは、（センサー手段を構成する）ビデオカメラ12
を備え機関車11上に取り付けるシステム10を機能的に示
す。このビデオカメラは、鉄道の軌条（図示せず）に自
動的に指向されるようにジンバル上に取り付けられて、
その視野内の軌道の部分のビデオ画像を作る。得られた
ビデオ画像は、ビデオインターフェース13を介して（障
害検出手段を構成する）コンピューター14に送られ、こ
のコンピューターはビデオデータの連続フレームを処理
し、レール上に置かれた障害物或いは軌道の破損を示す
一方又は双方のレールの不連続を判定し対応した障害検
出信号を作るようにプログラムされる。ビデオインター
フェース13に組み合わせられた表示モニター15により、
運転手は、ビデオカメラ12により画像化された軌道を見
ることができ、一方、ビデオインターフェース13は、ビ
デオカメラ12をレールの連続に自動的に向け、選択され
た特徴、並びにコントラストの変更及びそれのその他の
特徴の拡大瞬間画像を運転手に提供する。音響又は視覚
的な警報装置16がコンピューター14と組み合わせられ、
これにより作られた障害検出信号に応答し、運転手に軌
道上の障害物又は軌条の破損の存在の疑いを直ちに警告
する。
ビデオカメラ12により画像化された軌道の永久記録を
提供するようにテープにビデオ画像を記録させるため
に、ビデオレコーダー17が表示装置15の出力と組み合わ
せられる。これは、衝突又は脱線の場合の解析及び事後
検証に有用である。
ビデオカメラ12が軌道に確実に正確に追従するため
に、軌道の見掛けの動きを判定し次いでこれをビデオカ
メラ12の方向の自動調整により補償するようにビデオ画
像が処理される。ビデオカメラ12の各フレームは先行フ
レームと大きい領域を共有する。両フレームに共通の領
域を決定するために両フレームが比較される。これか
ら、先行フレームにより表された状況からレールの連続
に対応する後続フレームの部分を誘導することができ
る。これは、例えばレールの図のライブラリーを使いこ
れのどれかをフレーム内の２本の平行線と適合させるこ
とによるパターン認識アルゴリズムを使って行われる。
かかるアルゴリズムは十分にしっかりしたものであり、
偽の警報を発生することなしに続くフレーム間の僅かな
撹乱を許す。この解析の結果、続行フレームが始まる先
行フレーム内の点を確定することができる。一方では、
これは、続行フレームの始点に関するこれの遠い終わり
の方向の算出を許し、誘導される続行フレームの継続を
許す。サイクルの始点においては、ビデオカメラ12は、
先行フレームの終わりに相当する続行フレームの始点に
向けられる。このとき、これは、続行サイクルの終わり
に向けることができ、そして全サイクルが繰り返され
る。
例えば障害物がビデオカメラ12の視野内にあるとき、
軌道上の障害物が軌道の鋭いカーブのためビデオカメラ
から隠された場合は、回避処置をするには既に遅すぎる
場合が有り得る。これを避けるために、システム10内
に、外部から送信されたビデオ画像をアンテナ19を介し
て受け取る受信機18を設けることもできる。
図1bは軌道の鋭いカーブの付近、或いはその他の理由
で可視性が妨害される軌道部分の付近に取り付けられ、
そして補助ビデオ画像を作る補助ビデオカメラ21が取り
付けられたポスト又は塔20を示す。送信機22が補助ビデ
オカメラ21と組み合わせられ、アンテナ23を経てシステ
ム10内の受信機18に補助ビデオ画像を送信する。次い
で、ビデオカメラ12により作られる画像に関して上述さ
れた方法と類似の方法で、システム10により補助ビデオ
画像が処理される。運転手がカーブを見渡せるように、
更に、列車が補助カメラにより画像化された場所に到達
するより前に、軌道のカーブの前方のかなりの距離を見
ることができるように、補助ビデオカメラ21が運転手の
制御下で操作できることが好ましい。或いは、機関車か
ら送信されたレーザービームを、移動中の列車の前方の
軌道上に置かれた障害物がレーザービームを遮るように
軌道を斜めに横切って配置された再帰反射器に向かって
指向させる公知の方法で、光ファイバーケーブルを軌道
と並べて設置することができる。再帰反射されたレーザ
ービームは、列車に戻る光ファイバーケーブルに沿った
その経路を戻り、車上のプロセッサーは、修正作用を行
うに十分な時間で障害物の存在を判定できる。
図２は、軌道上の見掛けの障害物又は軌道の破損を検
出するように軌道の不連続を検出するために、コンピュ
ーター14により使用される方法の基本的諸段階を示す流
れ図である。上述のように、本発明の目的に対しては、
軌道の破損は、軌道上に置かれた障害物と同様に列車の
安全通過への大きな障害である。そこで、画像データの
フレームが、通常の時間間隔でビデオカメラ12の視野に
対応して採取され、コンピューター14のメモリー（図示
せず）内に記憶される。軌道の関係の状態に対応する画
像データの各フレームは、軌道上の障害物又は破損軌道
のいずれかを示す軌道の不連続を検出するために、自動
検出アルゴリズムにより解析される。かかる不連続が検
出されると、コンピューター14は、運転手に障害の検出
を警告する障害検出信号を作る。
かかるシステムにおいては、運転手は、軌道の表示画
像に対するその理解に応じて列車を停止させるか否かの
イニシアティブを待つ。
図３は、各センサー画像におけるレール確認中の本発
明による自動検出アルゴリズムの第１段階を示す。図４
に示された次の段階においては、軌道上の障害物の検出
のために、レールのまわりの区域が画像処理される。典
型的な観察距離１キロメートル及び典型的な照明及び背
景の条件における異なったレール形状を表している僅か
３個の画像25、26及び27でオフラインのプレストア画像
のライブラリーが作られる。これら画像から幾つかのフ
ィルター28が計算され、その各は幾つかの典型的なライ
ブラリー画像からの平均像である。フィルター28は、各
が所要の基本的特徴を有する１個又は複数個の特徴を包
含している数個の個別基準画像を統合することにより作
られる基準の像を構成する。かかるフィルターは軌道に
関する特徴的な特性を集中し、背景の特徴的な特性の間
で容易に区別し得るため、かかるフィルターの使用は簡
単である。
相関像31を作るように各ビデオフレーム30とフィルタ
ー画像28との間の正規化された相関付けが行われる。像
のレールの位置は、相関値が最大である点であるとして
決定される。画像30におけるレールの位置を決定する
と、レール位置のまわりに小さい窓32がマークされる。
窓32の中心は、１キロメートルの距離から見たときのレ
ールのセグメントを含む。窓32は、レールの各側から約
４メートルの範囲内の区域も含む。
図４に示されるように、窓32の中の像はニューラルネ
ットワーク35を通過し、このネットワークは、距離１キ
ロメートルから及び種々の角度から画像化された潜在的
障害物を含んだ像の予め作られた組から障害物をオフラ
インで確認するようにされる。これにより、データベー
スは、潜在的障害物を動的に構成でき、システムの有り
得る要求の変化又はその異なった応用に従って、要求さ
れるようにこれをデータベースに追加しデータベースか
ら削除するために記録することができる。
センサーにより作られかつ窓32の中に含まれる各画像
は、以下のように潜在的な障害物の存在のためにリアル
タイムで解析される。窓32内の像はニューラルネットワ
ーク35を通過して、窓32内のレールに障害物が検出され
たか否かの決定をその出力に提供する。
本発明は、その精神から離れることなく変更し得るこ
とが明らかである。例えば、本発明は特に軌道の画像を
作成するためのビデオカメラの使用に関して説明された
が、ビデオカメラに代わり、又はこれに追加してその他
のセンサーを使用できることが明らかである。そこで、
特にシステムの可視性を延ばすために上述のように、IC
CD、FLIR、熱画像化又はフェースアレイレーダーの技術
を使用することもできる。
また、運転手の手で機関の制動をかけるかどうかを決
定することが好ましいと考えるが、障害検出信号に応じ
て自動的に機関車の制動をかけるように、機関車の制動
装置をコンピューター14に直結してはいけない技術的な
理由はない。かかるアプローチは、車内に運転手のいな
い自動列車において特別な応用を見いだす。この場合、
障害回避手段は障害検出信号に応じて自動的に制動をか
ける。
その他の自動式検知アルゴリズムも使用し得ることに
更に注意すべきである。同様に、希望するならば、機関
車の運転手の制御下でカメラ12を手動で軌道の次の連鎖
に向けることができる。
列車の運動とはかかわりなく、安定した画像を作るた
めに、ビデオカメラ12は、そのいかなる固有振動を最小
にするように減衰されることが好ましい。
各がその視野内の範囲の軌道のそれぞれの補助画像を
機関車又は静止の管理センターに送信するためのそれぞ
れの補助ビデオカメラを有する適宜の数のポスト又は塔
を設けれ得ることも認められるであろう。
本発明は、軌道上の人間の検出にも等しく適用でき
る。例えば、人間は、障害検出システムにより送信され
る警告信号を受信するための受信機／警報機を持つこと
ができる。かかる警告信号を受信したときは、人間は、
（特に列車がカーブの後方から人に接近する場合）その
視線に入る前であっても列車接近の可能性を知る。
同じ考え方で、経験から列車事故の発生の公算が大き
いことが分かっている勾配（又は水平）の踏切の上の人
間を検出し、接近中の列車の前方で人間に警告すること
ができる。勾配の踏切の全天候検出のために、ビデオカ
メラ12に関連して小さいレーダーが取り付けられる。機
関車内で、データーベースは、各勾配踏切の位置を維持
し、レーダーが到来する列車の接近経路内の各勾配踏切
に向けられることを許す。
各勾配踏切の両側において、連接した枕木のあるもの
は、レーダーにより容易に確認される特徴を持ったエコ
ーを反射するように変更された枕木と置き換えられる。
そこで、レーダーは、勾配踏切に向けられたとき、勾配
踏切上に障害物又は人間のない限り、勾配踏切の前後の
変更された枕木を自動的に検出する。この場合、特有の
エコー信号の一方はレーダーにより受信されず、勾配踏
切上の障害物の存在は推定されないであろう。
包括的位置決めシステム（GPS）を機関車に取り付
け、そしてビデオカメラ12又はその他のセンサーを勾配
踏切の側から側に自動的に位置決めできるように、軌道
に沿って勾配踏切の座標のデーターベースと結合させる
ことができる。同様に、データーベースは軌道に沿った
建築物又は同等物件の座標を記憶し、かかる建築物を障
害物として誤って解釈しないようにし、これにより偽の
警告の発生を減らすであろう。
本発明は、可視（又はその他の検知可能な）線により
定められた経路に沿って、市街電車のような自由走行車
両を自動案内するためのシステムにも予期される。例え
ば、造船所において、可視線は、可視線の検出ができる
ように車両の運動が許される場所にペンキ塗装すること
ができこれによりこの線に沿って車両の自動案内ができ
る。このアプローチは、現在行われているようなレール
の設置を避け、これにより施設費及び維持費を節約でき
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スベルドロブ， エレツ イスラエル・46412ヘルツリヤ・ヤイル スターンストリート11 (72)発明者 アウアーバシユ， ヤコブ イスラエル・55900ギバトサビオン・ガ リルストリート91 (72)発明者 バウム， アブラハム イスラエル・53332ギバタイム・ハメリ ーストリート15 (56)参考文献 特開 平５−116626（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−10003（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−175300（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−45264（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−156089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−47663（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−22464（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5623244（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B61L 23/00

Claims (36)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】軌道誘導車両のコントローラに、前記車両
    の軌道内の障害物の存在を警告するシステム（10）であ
    って、 車両前方の軌道のそれぞれの続いた部分を表す継続的セ
    ンサー信号を作るため車両に取り付けられ車両前方の軌
    道の視野を感知する少なくとも１個のセンサー手段（1
    2）、 前記継続的センサー信号を処理しこれに続いて障害物検
    出信号を作るためにセンサー手段と組み合わせられた障
    害物検出手段（14）、及び 障害物回避信号を作るために車両に取り付けられかつ障
    害物検出装置と組み合わせられそして障害物検出信号に
    応答する障害物回避手段（16） を備えたシステムであって、 認識可能な障害物の特徴を表す予め蓄積された障害物デ
    ータを有するメモリーを備え、そして 障害物検出手段は、軌道における不連続性を検出し、適
    合した障害物検出信号を作るために少なくとも１個のセ
    ンサー信号と予め蓄積された障害物データとを比較する
    ためにメモリーに組み合わされている ことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】少なくとも１個のセンサー手段は、ビデオ
    カメラであって、そのビデオ画像を作るためにビデオカ
    メラを自動的に軌道に向ける手段を有する前記ビデオカ
    メラを備え、そして 障害物検出手段は、軌道の障害を表す軌道のビデオ画像
    の前記不連続性を検出するために、ビデオカメラと組み
    合わせられこれにより作られたビデオ画像を処理し、 更に前記ビデオ画像を表示するためにビデオカメラと組
    み合わせられたビデオモニター（15）が備えられる 請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】ビデオカメラがジンバル上に取り付けられ
    た請求項２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】ビデオカメラが昼／夜用ビデオカメラであ
    る請求項２又は３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】表示されたビデオ画像の少なくとも１個の
    特徴を管理するために制御手段（13）がビデオモニター
    に組み合わせられる請求項２ないし４のいずれか１つに
    記載のシステム。
  6. 【請求項６】ビデオ画像を記録するためにビデオモニタ
    ーに組み合わせられたビデオ記録手段（17）を更に備え
    る請求項２ないし５のいずれか１つに記載のシステム。
  7. 【請求項７】前記ビデオカメラの視野外の車両軌道の部
    分の少なくも１個の補助ビデオ画像を受信するために障
    害物検出手段と組み合わせられた受信機（18）、及び それぞれの補助ビデオカメラ（21）の視野内の前記軌道
    の部分を画像化しかつ対応する補助ビデオ画像を作るた
    めにそれぞれの補助ビデオカメラが取り付けられた少な
    くも１個のポスト（20）又は塔、及び 補助ビデオ画像を受信機に送信するために補助ビデオカ
    メラに組み合わせられた送信機（22） を更に備えた請求項２ないし６のいずれか１つに記載の
    システム。
  8. 【請求項８】補助ビデオカメラが昼／夜用ビデオカメラ
    である請求項７に記載のシステム。
  9. 【請求項９】軌道誘導車両のコントローラに、前記車両
    の軌道内の障害物の存在を警告するシステム（10）であ
    って、 車両前方の軌道のそれぞれの続いた部分を表すそれらの
    続いたビデオ画像を作るために車両に取り付けられ車両
    前方の軌道の視野を感知するビデオカメラを備える少な
    くとも１個のセンサー手段（12）、 それによって作られた続いたビデオ画像を処理しこれに
    続いて障害物検出信号を作るためにビデオカメラと組み
    合わせられた障害物検出手段（14）、 障害物回避信号を作るために車両に取り付けられかつ障
    害物検出手段と組み合わせられそして障害物検出信号に
    応答する障害物回避手段（16）、及び 前記ビデオ画像を表示するためにビデオカメラと組み合
    わせられたビデオモニター（15）が備えられるシステム
    であって、 障害物検出手段は、軌道上の障害物を表す軌道のビデオ
    画像の不連続性を検出するために、前記続いたビデオ画
    像に応答し、 ビデオカメラを自動的に軌道に向けるためにビデオカメ
    ラに組み合わされた指向手段を備え、前記指向手段は 軌道のそれぞれの部分に対応するビデオ画像データの続
    いたフレーム間の軌道の見掛けの動きを判定するための
    見掛け運動手段、及び 前記見掛けの動きを補償するために、ビデオカメラの方
    向を自動調整するための見掛けの運動手段及びビデオカ
    メラに組み合わせられた調節手段を備える ことを特徴とするシステム。
  10. 【請求項１０】見掛けの運動手段が 先行及び後続のフレームに共通な領域を決定するために
    ビデオデータの前記続いたフレームを比較するための比
    較器、 先行フレーム内の後続フレームの開始点を確認するため
    に先行フレームからの軌道の連続性に対応する後続フレ
    ームの部分を誘導するために比較器と組み合わせられた
    誘導手段、及び 後続フレーム内の軌道の遠い終点のその始点に関する方
    向を計算しこれにより後続フレームの連続を誘導するた
    めに誘導手段と組み合わせられた計算機 を備え、 調整手段は先行フレームの終点に対応する後続フレーム
    の始点にビデオカメラを周期的に向けるために計算機に
    応答する 請求項９に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】前記ビデオカメラの視野外の車両軌道の
    部分の少なくとも１個の補助ビデオ画像を受信するため
    に障害物検出手段と組み合わせられた受信機（18）、及
    び それぞれの補助ビデオカメラ（21）の視野内の前記軌道
    の部分を画像化しかつ対応する補助ビデオ画像を作るた
    めに補助ビデオカメラが取り付けられた少なくも１個の
    ポスト（20）又は塔、及び 補助ビデオ画像を受信機に送信するために補助ビデオカ
    メラに組み合わせられた送信機（22） を更に備えた請求項９又は10に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】補助ビデオカメラの視野を変更するよう
    にコントローラの管理下で作動させるために補助ビデオ
    カメラに組み合わせられた操縦装置を更に備える請求項
    11に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】ビデオカメラが昼／夜用ビデオカメラで
    ある請求項９に記載のシステム。
  14. 【請求項１４】補助ビデオカメラが昼／夜用ビデオカメ
    ラである請求項11に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】軌道誘導車両のコントローラに、前記車
    両の軌道内の障害物の存在を警告するシステム（10）で
    あって、 車両前方の軌道のそれぞれの続いた部分を表すそれらの
    続いたビデオ画像を作るために車両に取り付けられ車両
    前方の軌道の視野を感知する昼／夜用ビデオカメラを備
    える少なくとも１個のセンサー（12）、 それによって作られた続いたビデオ画像を処理しそれか
    ら軌道の障害物を表す軌道のビデオ画像の不連続性を検
    出しこれに続いて障害物検出信号を作るために昼／夜用
    ビデオカメラと組み合わせられた障害物検出手段（1
    4）、 障害物回避信号を作るために車両に取り付けられかつ障
    害物検出手段と組み合わせられそして障害物検出信号に
    応答する障害物回避手段（16）、 前記ビデオ画像を表示するために昼／夜用ビデオカメラ
    と組み合わせられたビデオモニター（15）、及び 昼／夜用ビデオカメラを自動的に軌道に向けるために昼
    ／夜用ビデオカメラに組み合わされた指向手段 が備えられるシステム。
  16. 【請求項１６】軌道誘導車両のコントローラに、前記車
    両の軌道内の障害物の存在を警告するシステム（10）で
    あって、 車両前方の軌道のそれぞれの続いた部分を表すそれらの
    続いたビデオ画像を作るために車両に取り付けられ車両
    前方の軌道の視野を感知するビデオカメラを備える少な
    くとも１個のセンサー（12）、 それによって作られた続いたビデオ画像を処理しそれか
    ら軌道上の障害物を表す軌道のビデオ画像の不連続性を
    検出しこれに続いて障害物検出信号を作るためにビデオ
    カメラと組み合わせられた障害物検出手段（14）、 障害物回避信号を作るために車両に取り付けられかつ障
    害物検出手段と組み合わせられそして障害物検出信号に
    応答する障害物回避手段（16）、 前記ビデオ画像を表示するためにビデオカメラと組み合
    わせられたビデオモニター（15）、 ビデオカメラの自動的に軌道に向けるためにビデオカメ
    ラに組み合わされた指向手段、 前記ビデオカメラの視野外の車両軌道の部分の少なくも
    １個の補助ビデオ画像を受信するために障害物検出手段
    と組み合わせられた受信機（18）、 それぞれの補助ビデオカメラ（21）の視野内の前記軌道
    の部分を画像化しかつ対応する補助ビデオ画像を作るた
    めに補助ビデオカメラが取り付けられた少なくも１個の
    ポスト（20）又は塔、及び 補助ビデオ画像を受信機に送信するために補助ビデオカ
    メラに組み合わせられた送信機（22） が備えられるシステム。
  17. 【請求項１７】補助ビデオカメラの視野を変更するよう
    にコントローラの管理下で作動させるために補助ビデオ
    カメラに組み合わせられた操縦手段を更に備える請求項
    16に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】補助ビデオカメラが昼／夜用ビデオカメ
    ラである請求項17に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】コントローラが車両の運転手であり、そ
    して 障害物回避手段が切迫した衝突の可能性を運転手に警告
    するための警報装置（16）を備える 請求項１又は９に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】コントローラが車両の運転手であり、そ
    して 障害物回避手段が車両の制動装置を自動的に作動させる
    ための自動制動装置を備える 請求項１又は９に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】車両は前記コントローラにより自動的に
    制御され、そして 障害物回避手段が車両の制動装置を自動的に作動させる
    ための自動制動装置を備える 請求項１又は９に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】少なくも１個のセンサー信号が監視及び
    管理センターに送信され、ここで、制動をかけるか否か
    を決定するためにリアルタイムで処理され、そして 監視及び管理センターは前記制動装置を自動的に作動さ
    せるために車両に制動装置管理信号を中継するための手
    段を備える 請求項20又は21に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】少なくも１個のセンサーが、悪天候条件
    における障害物の検出を改善するために電気光学式画像
    化システムに加えてレーダーを備える請求項１又は９に
    記載のシステム。
  24. 【請求項２４】障害物がレーダーからの反射を隠してこ
    れの検出を妨げるように、レーダーによる検出のために
    レールの間又はレールと並べて置かれた反射器を更に有
    する請求項23に記載のシステム。
  25. 【請求項２５】車両が機関車であり、軌道がレール軌道
    である請求項１又は９に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】路面上の可視又はその他の検知可能な線
    により定められた軌道に沿って車両を自動的に案内する
    ための請求項１又は９に記載のシステム。
  27. 【請求項２７】機関車のコントローラに、それらのレー
    ル軌道上の障害物の存在を警告するシステム（10）であ
    って、 機関車前方のレール軌道のそれぞれの続いた部分を表す
    それらの続いたビデオ画像を作るために機関車に取り付
    けられ機関車前方のレール軌道の視野を感知するビデオ
    カメラを備える少なくとも１個のセンサー（12）、 それによって作られた続いたビデオ画像を処理しそれか
    らレール軌道の障害物を表すレール軌道のビデオ画像の
    不連続性を検出しこれに続いて障害物検出信号を作るた
    めにビデオカメラと組み合わせられた障害物検出手段
    （14）、 障害物回避信号を作るために機関車に取り付けられかつ
    障害物検出手段と組み合わせられそして障害物検出信号
    に応答する障害物回避手段（16）、 前記ビデオ画像を表示するためにビデオカメラと組み合
    わせられたビデオモニター（15）、及び ビデオカメラを自動的にレール軌道に向けるためにビデ
    オカメラに組み合わされた指向手段 が備えられるシステム。
  28. 【請求項２８】少なくも１個のセンサーが、機関車に取
    り付けられかつ軌道の画像を作るために自動的に軌道に
    向けられる画像化手段を備え、 障害物検出手段は、軌道の画像における不連続性を検出
    しこれに次いで障害物検出信号を作るために、画像化手
    段と組み合わせられこれにより作られた画像を処理し、 更に前記ビデオ画像を表示するために画像化手段と組み
    合わせられた表示モニターを備える 請求項25又は27に記載のシステム。
  29. 【請求項２９】ある範囲の軌道における背景対象体の座
    標を内部に記憶するデータベース、 ３次元空間内の位置を決定するために機関車に取り付け
    られた包括的位置決めシステム（GPS）、 ３次元空間内の既知の位置を有するその区域を画像化す
    るように画像化手段を軌道に向けるために画像化手段及
    び包括的位置決めシステムに組み合わせられた指向手
    段、 潜在的障害物のような背景の対象物を除去しこれにより
    間違った警告を減らすために、画像化区域のある領域に
    おける背景対象物の座標をデータベースから引き出すよ
    うにデータベースに応答的に組み合わせられている障害
    物検出手段 を更に備える請求項28に記載のシステム。
  30. 【請求項３０】障害物検出手段が、 潜在的障害物のデータベースを動的に構成するために特
    定された距離から及び種々の角度から画像化された潜在
    的障害物を含んだ像のセットを作るためのデータベース
    手段、 前記画像におけるレールを位置決めするための位置決め
    手段（25、26、27、28）、及び 画像のレール領域がレール上の障害物に相応するか否か
    を決定するために、前記レール領域内の前記画像のセグ
    メントと前記データベース内の像の少なくもあるものと
    を比較するための比較手段 を備える請求項28に記載のシステム。
  31. 【請求項３１】比較手段は、障害物が前記領域内のレー
    ル上で検出されたか否かの決定をその出力に提供するた
    めのニューラルネットワーク（35）である請求項30に記
    載のシステム。
  32. 【請求項３２】障害物検出手段が障害物検出信号を作る
    ための軌道上の人間を識別するようにされ、更に 人間に接近中の列車を警告するように人間により持ち運
    ばれる受信／警報装置に警告信号を送信するために障害
    物検出手段に組み合わせられかつ障害物検出信号に応答
    する送信機 を備えた請求項28に記載のシステム。
  33. 【請求項３３】少なくも１個のレールを備えた軌道誘導
    式車両の軌道における障害物の存在を前記車両のコント
    ローラに警告する方法であって、 （ａ） ｉ）軌道のそれぞれの部分に対応するビデオ画像データ
    の続いたフレーム間における軌道の少なくも１個のレー
    ルの見掛けの動きを決定し、更に ii）前記見掛けの動きを補償するためにビデオカメラの
    方向を自動的に調整する ことにより 車両前方の続いた軌道部分を表すビデオ画像データの続
    いたフレームを作るためにビデオカメラを自動的に軌道
    に向け、 （ｂ） 前記続いたビデオ画像から前記軌道の少なくも
    １個のレールにおける不連続性を検出するように前記画
    像を処理し、更に （ｃ） これによって障害物検出信号を作る 諸段階を包含した方法。
  34. 【請求項３４】軌道の見掛けの動きを決定する段階が、 （１） 先行フレームと後続フレームとに共通な領域を
    決定するためにビデオデータの前記続いたフレームを比
    較し、 （２） 先行フレーム内の後続フレームの開始点を識別
    するために先行フレームからの軌道の連続に対応する後
    続フレームの部分を誘導し、 更に （３） 後続フレーム内の軌道の遠い終点のその始点に
    関する方向を計算しこれにより後続フレームの連続性を
    誘導する ことを含んだ請求項33に記載の方法。
  35. 【請求項３５】（ｄ） 軌道部分の各レールの位置を決
    定し、 （ｅ） 予定の距離から見た軌道部分の各レールのセグ
    メントを含んだ窓を軌道の位置のまわりに定め、更に （ｆ） 窓内の軌道部分に障害物が検出されたか否かの
    決定を出力に提供するために、センサーにより作られか
    つ窓内に含まれる各画像を、ニューラルネットワークを
    通過させる 諸段階を更に含む請求項33に記載の方法。
  36. 【請求項３６】軌道部分の各レールの位置を決定する段
    階が ｉ） 時間的に継続した瞬間における軌道のそれぞれの
    セグメントを含んでいる続いたフレームを獲得し、更に ii） 各フレームと次のフレームとに共通な領域を決定
    しこれにより先行フレームからのレールの連続性に対応
    する後続フレームの部分を誘導するために各フレームと
    次のフレームとを比較する ことを含む請求項35に記載の方法。
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