JP3769250B2

JP3769250B2 - Vehicle detection device

Info

Publication number: JP3769250B2
Application number: JP2002201243A
Authority: JP
Inventors: 幸雄池田; 秀一砂原
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004046417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気により道路を通行する車両を検知する車両検知装置に係り、特に、車線の判定が正確にできる車両検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路上のある地点で所定の感度軸において地磁気を計測した場合、車両が通行しなければ、時間的に安定なある値が得られる。その道路上を磁性体の塊である車両が通行する場合には、磁性体に磁気が集中するため、車両の通行に伴い磁気の強度が時間的に変化する。また、車両が磁化している場合には、その磁化の方向と地磁気の方向とが等しければ磁気を強め合い、互いの方向が反対であれば磁気を弱め合うため、計測される磁気はより大きく変化する。このような現象を応用した磁界反応型の車両検知装置として、例えば、特開平６−３２５２８８号公報に記載された発明がある。
【０００３】
この発明では、車両が磁気センサの設置点を通過していくと、磁気センサの出力が変化する。このときの磁気センサの出力波形を捉えて車両が通過したことを検出する。２つの磁気センサが道路わきに所定間隔をおいて配置されているので、１台の車両の通過に対して２つの磁気センサから時間差のある車両検知出力が得られる。このようにして、道路上を通行する車両の台数と速度とを得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術には、次のような問題点がある。
【０００５】
特定の車線（以下、自車線）を通行する車両を検知したい場合に、大きく磁化された車両や鋼材を搭載した車両が隣接車線を通行すると、その車両が引き起こす磁気変化が大きいために、磁気センサの出力の大きさのみから車両が通行した車線を判定すると、自車線であると誤判定してしまう。このため、自車線の通行台数を実際より多く計数してしまう。
【０００６】
車線が輻輳した場合（異なる道路が近くに並んでいる、或いは立体的に重なっている場合）も同様に、別の車線を通行する車両による磁気センサの出力を自車線の車両によるものであると誤判定してしまう。
【０００７】
なお、上記公報の発明では、２つの磁気センサ出力の位相差から車線を判定しているので、対向車線が隣接している場合には有効であるが、並行車線が隣接或いは輻輳している場合には、車線を判定することができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、車線の判定が正確にできる車両検知装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる方向に感度軸を向けた複数の磁気センサと、これら磁気センサが検出する車両通行による磁気変化の総量をそれぞれ演算する演算部と、これら磁気変化総量の相関関係に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたものである。
【００１０】
また、本発明は、道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる方向に感度軸を向けた複数の磁気センサと、それぞれの磁気センサの出力最大値同士の比を演算する演算部と、その比に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたものである。
【００１１】
また、本発明は、道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる複数の方向に感度軸を持つ磁気センサと、各感度軸で検出される車両通行による磁気変化の総量をそれぞれ演算する演算部と、これら磁気変化総量の相関関係に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたものである。
【００１２】
上記複数の感度軸の方向を互いに直交させてもよい。
【００１３】
上記磁気センサを道路長手方向の異なる複数箇所に配置し、これら磁気センサが検出する車両通行による磁気変化の時間差を演算する時間差演算部を設けてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、本発明に係る車両検知装置は、互いに異なる方向に感度軸を向け道路長手方向の異なる箇所に配置された２つの磁気センサ１ａ，１ｂと、これら磁気センサ１ａ，１ｂが検出する車両４ａ，４ｂの通行による磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ の総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ をそれぞれ演算する演算部２と、これら磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ の相関関係に基づいて車両４ａ，４ｂが通行した車線Ｒ，Ｌを判定する判定部３とからなる。
【００１６】
図１（ａ）に示されるように、ここでは道路は並行２車線とし、右側車線Ｒを自車線、左側車線Ｌを隣接車線とする。勿論、車線本数はいくらでもかまわないし、隣接車線が対抗車線であってもよい。磁気センサ１ａ，１ｂは、自車線Ｒの横幅中央に設置されている。ただし、横幅方向の位置は自車線中央に限定されず、道路のどこに設置してもよい。好適な設置場所は、道路下の地中、橋梁の道路部裏面、或いは道路の上空（ガントリなどに取り付ける）である。なお、以下の全ての図において、道路長手方向（車両前後方向）をｘ軸、道路横幅方向をｙ軸、路面直交方向（上下方向）をｚ軸とする。
【００１７】
図１（ｂ）に示されるように、ｘ軸後方から見て磁気センサ１ａの感度軸Ｄ１ａは、ｙ軸とｚ軸とが作る面内でｙ軸に対して右回りほぼ４５°に向けられ、磁気センサ１ｂの感度軸Ｄ１ｂは、ｙ軸に対して右回りほぼ１３５°に向けられている。感度軸の角度の適切な組み合わせは、後に述べる。なお、磁気センサの個数は、ここでは２個としたが、３個以上あっても本発明は成立する。
【００１８】
図２に示されるように、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ は、その設置場所における磁気変化に比例しているので、磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ と呼ぶ。磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ は、道路を車両が通行したとき得られる磁気の大きさから道路に車両がないとき得られる磁気（地磁気等の静的なもの）の大きさを引いた差である。
【００１９】
演算部２は、磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ の絶対値を時間積分して磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ を演算し、磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ 及び磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ を出力するものである。
【００２０】
判定部３は、演算部２からの信号に基づいて車線を判定し、自車線の判定があったときのみ、車両検知信号を図示しない交通量測定装置に送信するものである。車線判定の方法は、後に詳しく述べる。
【００２１】
本発明の原理を以下、説明する。
【００２２】
車両は、磁性体の塊であり、その構造上、前後方向に磁化している場合が多い。また、磁化していない場合であっても、磁性体に地磁気が集中するので、磁化している場合と同等の影響を周囲磁気分布に与える。磁化の強さは、車両の磁性体含有量や磁化の履歴により、車両の寸法や車種によらない。
【００２３】
車両が前後方向に磁化している場合の磁気分布の一例を図３に示す。図３（ａ）に示されるように、車両８の車体の中心から放射状に磁力線１０を描くことができる。また、図３（ｂ）に示されるように、車体の中心軸の上側では上空を通り、車体の中心軸の下側では路面下を通る磁力線１０を描くことができる。ここでは、磁気センサは、車両８の進行方向右側方かつ前方に位置しているものとする。
【００２４】
この磁気分布によって磁気センサが受ける磁気の強さは、以下で与えられる。図４に示されるように、車両８を棒状の磁石１１（ここでは前方がＳ極、後方がＮ極とする）とみなし、その磁石１１の磁化の強さをｍとすると、磁気センサ１の置かれている点Ｐにおける磁気の強さは、式（１）で表される。
【００２５】
【数１】

【００２６】
ここで、
【００２７】
【数２】

【００２８】
である。
【００２９】
これにより、点Ｐにおけるｚ軸の磁気の強さＨｚは、式（３）で表される。
【００３０】
【数３】

【００３１】
上記のように磁化している車両８がｘ軸方向に通過した場合のセンサ出力の時間波形を図５に示す。ただし、磁気センサ１の感度軸はｚ軸に平行とし、センサ出力はその最大値で規格化してある。図示のように、時間の経過に伴い、センサ出力はゼロの状態から−（マイナス）方向に漸増し、その後、＋方向に転向して＋領域に入り、その後、漸減してゼロに戻る。
【００３２】
次に、図６に示されるように、磁気センサ１の感度軸６１をｚ軸から−ｙ軸側に傾斜させる。感度軸６１のｘ軸回りの回転角（以下、センサ設置角と呼ぶ）をθ₀ とする（ｚ軸を基準とし、ｘ軸前方から見て左回り）。ただし、図では、センサ設置角θ₀ は、ｙ軸に対する磁気センサ１の底面の傾斜角として示した。これは感度軸６１が磁気センサ１の底面に対して直角だからである。よって、磁気センサ１の底面がｙ軸に接しているときセンサ設置角θ₀ ＝０°である。なお、後の記述では、ｙ軸を基準とする感度軸６１のｘ軸回りの回転角をセンサ設置角θ₀ とする場合がある。この場合、磁気センサ１の底面がｙ軸に接しているときセンサ設置角θ₀ ＝９０°である。
【００３３】
図６に示されるように、車両通行による磁気変化の振幅をＨ₀ とし、磁気センサ１の設置点から車両８を見込む角度（以下、車両信号角と呼ぶ）をφとする（ｙ軸を基準とし、ｘ軸前方から見て左回り）。なお、図４では、車両信号角φは、道路横幅方向ｙ軸上における磁気センサ１と車両８との距離Δｙによって生じる磁界Ｈｒの−ｙ軸に対する傾斜角として示されている。
【００３４】
このとき、車両８が磁気センサ１を含む区間を通過する経過時間内での磁気センサ１の出力の最大値Ｉ₀ は、式（４）で表される。
【００３５】
【数４】

【００３６】
次に、図１のように磁気センサ１ａ，１ｂが設置されている自車線Ｒ及びその隣接車線Ｌを車両４ａ，４ｂが通行した場合の車両信号角φをそれぞれ９０°、２３°とする。このような車両信号角φを形成する車両４ａ，４ｂがｘ軸方向に走行して磁気センサ１ａ，１ｂを通過したときに磁気センサ１ａ，１ｂが出力する磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ の最大値Ｉ₀ とセンサ設置角θ₀ との関係を図７に示す。ここで縦軸Ｉ₀ はその最大値で規格化してある。図示のように、車両信号角φが９０°のとき（実線のグラフ参照）の磁気変化Ｉ₁ の最大値Ｉ₀ は、センサ設置角θ₀ （ｙ軸基準感度軸角度）が０°の場合は０、センサ設置角θ₀ が６０°の場合は０．８７、センサ設置角θ₀ が９０°の場合は１、センサ設置角θ₀ が１２０°の場合は０．８７である。一方、車両信号角φが２３°のとき（破線のグラフ参照）の磁気変化Ｉ₂ の最大値Ｉ₀ は、センサ設置角θ₀ が０°の場合は０．９、センサ設置角θ₀ が２３°の場合は１、センサ設置角θ₀ が６０°の場合は０．８、センサ設置角θ₀ が１２０°の場合は−０．１２である。
【００３７】
次に、磁気センサ１ａ，１ｂのセンサ設置角θ₀ を６０°、１２０°とする。自車線Ｒを車両４ａが通行すると、車両信号角φは９０°であるから、磁気センサ１ａ，１ｂの磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ の最大値Ｉ₀ は、どちらも０．８７である。しかし、隣接車線Ｌを車両４ｂが通行すると、車両信号角φは２３°であるから、磁気センサ１ａの磁気変化Ｉ₁ の最大値Ｉ₀ は、０．８、磁気センサ１ｂの磁気変化Ｉ₂ の最大値Ｉ₀ は、−０．１２である。つまり、磁気センサ１ｂは、自車線Ｒを走行する車両４ａによる影響は大きいが、隣接車線Ｌを走行する車両４ｂによる影響は小さい。
【００３８】
このことから、磁気センサ１ａ，１ｂが出力する磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ の車両４ａ，４ｂが通過する時間内での最大値Ｉ₀ を互いに比較すると、車両４ａ，４ｂが通行した車線Ｒ，Ｌを判定することができる。つまり、磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ の最大値Ｉ₀ がどちらも同じで、比が１：１であれば、自車線Ｒを車両４ａが通行したと判定でき、比が１：１から大きく異なるようであれば、隣接車線Ｌを車両４ｂが通行したと判定できる。
【００３９】
前述のように、磁気センサの出力最大値同士の比較で車線を判定すると、磁気センサ１ａ，１ｂの出力にインパルス的にノイズが重畳した場合に、車線判定を誤るおそれがある。そこで、最大値Ｉ₀ ではなく磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ を判定材料にする。磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ は、図５に示したように、車両８が通行した場合のセンサ出力の波形と車両８が存在しない場合のセンサ出力の波形とで囲まれる領域（斜線部）の面積である。車両８が存在しない場合のセンサ出力は０（一定）とする。この面積は、磁気センサ１ａ，１ｂの出力である磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ を時間積分すれば求まる。
【００４０】
上述したように、磁気センサ１ｂは隣接車線Ｌを走行する車両４ｂによる影響が小さくなる方向にセンサ設置角θ₀ が設定されている。一方、磁気センサ１ａは、双方の車両４ａ，４ｂによる影響が共に大きい方向にセンサ設置角θ₀ が設定されている。このとき、磁気センサ１ａが検出する磁気変化総量Ｓ₁ と磁気センサ１ｂが検出する磁気変化総量Ｓ₂ との比Ｓ₁ ／Ｓ₂ を求めると、その比Ｓ₁ ／Ｓ₂ は、自車線Ｒの車両４ａに対しては１に近い値になるが、隣接車線Ｌの車両４ｂに対しては１より十分に大きい値になる。なお、反対側の隣接車線（図示しないが自車線Ｒの右隣の車線）を車両が通行したときには、磁気センサ１ａの出力が小さく磁気センサ１ｂの出力が大きいので、磁気変化総量の比は１より十分に小さい値になる。
【００４１】
また、磁気センサ１ｂが検出する磁気変化総量Ｓ₂ は、隣接車線Ｌを車両４ｂが通行する場合、かなり小さい値となる。
【００４２】
そこで、これら２つの事象を組み合わせて判定を行うために、図８に示されるように、横軸に比Ｓ₁ ／Ｓ₂ をとり、縦軸に磁気変化総量Ｓ₂ をとったグラフを想定する。このグラフ上に、車線Ｒ，Ｌを車両４ａ，４ｂに通行させた沢山のケースから得られた比Ｓ₁ ／Ｓ₂ 、磁気変化総量Ｓ₂ の点をプロットしていくと、自車線Ｒ（○印）については左辺寄りの空間（この例では比Ｓ₁ ／Ｓ₂ が約２以下）に集まり、隣接車線Ｌ（×印）については下辺寄りの空間（この例では磁気変化総量Ｓ₂ が約２以下）に集まり、両方とも約２以下となる左下隅の空間では、○印が左上に、×印が右下に集まっている。全体として、図示した右上がり直線の左側と下側とにわかれて分布する。従って、この経験的に得られた右上がり直線を閾値として設定しておけば、比Ｓ₁ ／Ｓ₂ 、磁気変化総量Ｓ₂ をそれぞれ閾値と比較することにより、容易に車線を判定することができる。
【００４３】
以上の原理に基づき、演算部２では磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ から磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ を求め、判定部３では、磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ の最大値Ｉ₀ 同士の比が１に近いかどうかを調べるか、又は比Ｓ₁ ／Ｓ₂ 及び磁気変化総量Ｓ₂ を閾値と大小比較することにより、磁気センサ１ａ，１ｂで検出した磁気変化Ｉ₁ ，Ｉ₂ が車線Ｒ，Ｌの車両４ａ，４ｂのいずれによるものか判定する。これにより、特定の車線を通行する車両のみを検知した車両検知信号を交通量測定装置に送信することができる。
【００４４】
未知車両２台が時間間隔をおいて通過したときの磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号波形と、判定部３の出力信号波形とを図９に示す。横軸は同じ時間スケールとなっている。ただし、ここでは磁気センサ１ａ，１ｂの道路長手方向の設置間隔をほとんどゼロとしているため、同一車両に対する両センサ出力信号波形に時間差はない。図９において、最初（図の左部分）に磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号が共に大きく振れている。このため、自車線Ｒと判定がなされ、車両検知信号９１が出力される。その後（図の右部分）に磁気センサ１ａの出力信号は大きく振れているが、磁気センサ１ｂの出力信号はほとんど振れていない。このため、隣接車線Ｌと判定がなされ、車両検知信号は出力されない。
【００４５】
判定部３では、磁気センサ１ａ，１ｂが道路長手方向の異なる位置に配置されている場合、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号を両方とも得なければ判定を実行できないので、早くとも、両磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号が変化を終えて０に戻った後に車両検知信号９１を出力することになる。
【００４６】
図２に示したように、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号の時間的ずれ（ピーク或いは立上がりの時間差）を演算する時間差演算部を設けてもよい。この時間的ずれと磁気センサ１ａ，１ｂの道路長手方向の設置間隔とから、車両の速度を演算することができる。
【００４７】
次に、１つの磁気センサに２つの感度軸が有る磁気センサを使う実施形態を説明する。例えば、図１０に示した磁気センサ１は、ｙ軸とｚ軸とに感度軸を有する。ｙ軸上の感度軸は、センサ設置角θ₀ （ｙ軸基準感度軸角度）＝０°、ｚ軸上の感度軸は、センサ設置角θ₀ ＝９０°である。この磁気センサ１を道路に１個設置したとする。車両信号角φの磁場変化Ｈ₀ があったとき、各感度軸の出力は、
【００４８】
【数５】

【００４９】
で与えられる。この演算は、図１０から明らかなように、ｙ軸に対して車両信号角φだけ傾いた磁場変化Ｈ₀ を、それぞれｙ軸、ｚ軸に投影した写像を求めることにほかならない。
【００５０】
上式（５）は車両信号角φの関数であり、Ｉ_Y0，Ｉ_Z0の大きさは車両信号角φが９０°に近ければＩ_Z0が大きく、車両信号角φが２３°に近ければＩ_Y0が大きくなる。従って、各感度軸の出力を積分して磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ を求めれば、磁気変化総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ を比較することにより、車両が通行した車線を判定することができる。
【００５１】
また、このような２感度軸の磁気センサ１を道路長手方向に２箇所配置すれば、各感度軸の出力の時間差演算により、車両の速度を演算することができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明は、感度軸の向きが異なる複数の磁気センサ１ａ，１ｂを用いて車両通行による磁気変化を検出するようにしたものであり、車線Ｒ，Ｌにより車両信号角φが異なり、車両信号角φによりセンサ設置角θ₀ に対するセンサ出力の特性が異なるので、それぞれの磁気センサの出力最大値或いは総量Ｓ₁ ，Ｓ₂ から車線Ｒ，Ｌが判定できる。
【００５３】
また、本発明では、磁気センサを公知技術のように道路側縁ではなく、道路下・道路上空に配置するので、車線Ｒ，Ｌによる車両信号角φの違いを顕著にさせることができる。
【００５４】
また、本発明では、車両信号角φの違いが車線判定を可能にしているので、隣接車線が対向車線であっても並行車線であっても車線が判定できる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００５６】
（１）感度軸の向きの違いにより、異なる車線の車両から受ける磁気の変化の差が顕著に異なるので、車両が通行した車線を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す道路への磁気センサ設置図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡＡ´における断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の構成図である。
【図３】車両の磁気分布を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】磁気センサが車両（等価的磁石）から受ける磁気ベクトルを示す図であり、（ａ）は図３の正面図に対応する二次元の図、（ｂ）は図３の側面図に対応する二次元の図である。
【図５】車両の通過によって起きる磁気変化を示す図である。
【図６】本発明における磁気センサ設置角と車両信号角とを示す図である。
【図７】本発明における磁気センサ設置角に対するセンサ出力最大値の特性を車両信号角別に示した特性図である。
【図８】本発明における２つの磁気変化総量の相関関係を示した総量対総量比特性図である。
【図９】本発明の車両検知装置の各部の時間波形図であり、（ａ）は磁気センサ１ａの出力信号波形、（ｂ）は磁気センサ１ｂの出力信号波形、（ｃ）は判定部３の出力信号波形である。
【図１０】本発明の一実施形態を示す磁気センサの図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ磁気センサ
２演算部
３判定部
４ａ，４ｂ車両
Ｒ自車線
Ｌ隣接車線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle detection device that detects a vehicle traveling on a road by magnetism, and more particularly to a vehicle detection device that can accurately determine a lane.
[0002]
[Prior art]
When the geomagnetism is measured at a certain point on the road along a predetermined sensitivity axis, a certain time-stable value is obtained if the vehicle does not pass. When a vehicle that is a lump of magnetic material passes on the road, magnetism concentrates on the magnetic material, so that the strength of magnetism changes with time as the vehicle passes. If the vehicle is magnetized, the magnetism will be strengthened if the direction of magnetization is the same as the direction of geomagnetism, and if the direction is opposite, the magnetism will be weakened. Change. As a magnetic field reaction type vehicle detection device to which such a phenomenon is applied, for example, there is an invention described in JP-A-6-325288.
[0003]
In this invention, when the vehicle passes through the installation point of the magnetic sensor, the output of the magnetic sensor changes. The output waveform of the magnetic sensor at this time is captured to detect that the vehicle has passed. Since the two magnetic sensors are arranged along the road at a predetermined interval, a vehicle detection output having a time difference can be obtained from the two magnetic sensors with respect to the passage of one vehicle. In this way, the number and speed of vehicles traveling on the road can be obtained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The prior art has the following problems.
[0005]
When it is desired to detect a vehicle passing through a specific lane (hereinafter referred to as the own lane), a magnetic sensor caused by a large magnetized vehicle or a steel-equipped vehicle passing through an adjacent lane causes a large magnetic change. If the lane in which the vehicle has passed is determined based only on the output size of the vehicle, it is erroneously determined as the own lane. For this reason, the number of traffic on the own lane is counted more than the actual number.
[0006]
Similarly, when the lane is congested (when different roads are lined up close to each other or overlap three-dimensionally), the output of the magnetic sensor by the vehicle traveling in another lane is due to the vehicle in the own lane. Misjudgment.
[0007]
In the invention of the above publication, since the lane is determined from the phase difference between the two magnetic sensor outputs, it is effective when the opposite lane is adjacent, but the parallel lane is adjacent or congested. The lane cannot be determined.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a vehicle detection device that solves the above-described problems and can accurately determine the lane.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a vehicle detection device that detects a vehicle from a change in magnetism caused by a vehicle traveling on a road, a plurality of magnetic sensors having sensitivity axes directed in mutually different directions, and these magnetic sensors detect A calculation unit that calculates the total amount of magnetic change due to vehicle traffic, and a determination unit that determines a lane in which the vehicle has passed based on the correlation of the total amount of magnetic change.
[0010]
Further, the present invention provides a vehicle detection device that detects a vehicle from a change in magnetism caused by a vehicle traveling on a road, and includes a plurality of magnetic sensors having sensitivity axes directed in different directions and a maximum output value of each magnetic sensor. A calculation unit that calculates a ratio and a determination unit that determines a lane in which the vehicle passes based on the ratio are provided.
[0011]
The present invention also relates to a magnetic sensor having a sensitivity axis in a plurality of different directions and a magnetism by vehicle traffic detected by each sensitivity axis in a vehicle detection device that detects a vehicle from a change in magnetism caused by a vehicle traveling on a road. A calculation unit that calculates the total amount of change, and a determination unit that determines a lane in which the vehicle has traveled based on the correlation of the total amount of magnetic change are provided.
[0012]
The directions of the plurality of sensitivity axes may be orthogonal to each other.
[0013]
The magnetic sensor may be disposed at a plurality of locations in the road longitudinal direction, and a time difference calculation unit that calculates a time difference of a magnetic change due to vehicle traffic detected by the magnetic sensor may be provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
As shown in FIGS. 1 and 2, the vehicle detection apparatus according to the present invention includes two magnetic sensors 1a and 1b arranged at different locations in the longitudinal direction of the road with sensitivity axes in different directions. Based on the correlation between the magnetic change total amounts S ₁ and S ₂ and the calculation unit 2 for calculating the total amounts S ₁ and S ₂ of the magnetic changes I ₁ and I ₂ due to the passage of the vehicles 4a and 4b detected by 1a and 1b. The determination unit 3 determines the lanes R and L through which the vehicles 4a and 4b pass.
[0016]
As shown in FIG. 1A, here, the road has two parallel lanes, the right lane R is the own lane, and the left lane L is the adjacent lane. Of course, any number of lanes may be used, and the adjacent lanes may be opposing lanes. The magnetic sensors 1a and 1b are installed in the center of the lateral width of the own lane R. However, the position in the width direction is not limited to the center of the own lane, and may be installed anywhere on the road. The preferred installation location is the underground under the road, the back of the road part of the bridge, or the sky (attached to the gantry or the like) of the road. In all the drawings below, the road longitudinal direction (vehicle longitudinal direction) is the x axis, the road lateral direction is the y axis, and the road surface orthogonal direction (vertical direction) is the z axis.
[0017]
As shown in FIG. 1B, the sensitivity axis D1a of the magnetic sensor 1a when viewed from the rear of the x-axis is oriented approximately 45 ° clockwise relative to the y-axis in the plane formed by the y-axis and the z-axis. The sensitivity axis D1b of the magnetic sensor 1b is oriented approximately 135 ° clockwise relative to the y-axis. An appropriate combination of the angles of the sensitivity axis will be described later. Although the number of magnetic sensors is two here, the present invention can be realized even if there are three or more magnetic sensors.
[0018]
As shown in FIG. 2, since the output signals I ₁ and I ₂ of the magnetic sensors 1a and 1b are proportional to the magnetic change at the installation location, they are called magnetic changes I ₁ and I ₂ . The magnetic changes I ₁ and I ₂ are differences obtained by subtracting the magnitude of magnetism (static things such as geomagnetism) obtained when there is no vehicle on the road from the magnitude of magnetism obtained when the vehicle passes through the road. .
[0019]
Calculation unit 2 calculates the magnetic change amount S _1, S ₂ by integrating the absolute value of the magnetic variation I _1, I ₂ time, magnetic change I _1, I ₂ and the magnetic change amount S _1, S ₂ output To do.
[0020]
The determination unit 3 determines a lane based on a signal from the calculation unit 2 and transmits a vehicle detection signal to a traffic measurement device (not shown) only when the lane is determined. The method for determining the lane will be described in detail later.
[0021]
The principle of the present invention will be described below.
[0022]
A vehicle is a lump of magnetic material and is often magnetized in the front-rear direction due to its structure. Further, even when the magnetism is not magnetized, the geomagnetism is concentrated on the magnetic material, so that the same influence as that when magnetized is given to the surrounding magnetic distribution. The strength of magnetization does not depend on the size or type of vehicle due to the magnetic substance content of the vehicle or the history of magnetization.
[0023]
An example of the magnetic distribution when the vehicle is magnetized in the front-rear direction is shown in FIG. As shown in FIG. 3A, the magnetic lines of force 10 can be drawn radially from the center of the vehicle body of the vehicle 8. Further, as shown in FIG. 3B, a magnetic force line 10 can be drawn that passes above the center axis of the vehicle body and passes below the road surface below the center axis of the vehicle body. Here, it is assumed that the magnetic sensor is located on the right side in the traveling direction of the vehicle 8 and ahead.
[0024]
The strength of the magnetism received by the magnetic sensor by this magnetic distribution is given below. As shown in FIG. 4, assuming that the vehicle 8 is a rod-shaped magnet 11 (here, the front is an S pole and the rear is an N pole), and the magnetization intensity of the magnet 11 is m, the magnetic sensor 1 The magnetic strength at the placed point P is expressed by equation (1).
[0025]
[Expression 1]

[0026]
here,
[0027]
[Expression 2]

[0028]
It is.
[0029]
As a result, the z-axis magnetic strength Hz at the point P is expressed by Expression (3).
[0030]
[Equation 3]

[0031]
FIG. 5 shows a time waveform of the sensor output when the vehicle 8 magnetized as described above passes in the x-axis direction. However, the sensitivity axis of the magnetic sensor 1 is parallel to the z-axis, and the sensor output is normalized by the maximum value. As shown in the figure, the sensor output gradually increases in the − (minus) direction from the zero state as time passes, then turns in the + direction to enter the + region, and then gradually decreases and returns to zero.
[0032]
Next, as shown in FIG. 6, the sensitivity axis 61 of the magnetic sensor 1 is inclined from the z axis to the −y axis side. The rotation angle of the sensitivity axis 61 around the x axis (hereinafter referred to as the sensor installation angle) is θ ₀ (counterclockwise when viewed from the front of the x axis with respect to the z axis). However, in the drawing, the sensor installation angle θ ₀ is shown as an inclination angle of the bottom surface of the magnetic sensor 1 with respect to the y-axis. This is because the sensitivity axis 61 is perpendicular to the bottom surface of the magnetic sensor 1. Therefore, when the bottom surface of the magnetic sensor 1 is in contact with the y-axis, the sensor installation angle θ ₀ = 0 °. In the following description, the rotation angle around the x axis of the sensitivity axis 61 with respect to the y axis may be referred to as the sensor installation angle θ ₀ . In this case, the sensor installation angle θ ₀ = 90 ° when the bottom surface of the magnetic sensor 1 is in contact with the y-axis.
[0033]
As shown in FIG. 6, the amplitude of the magnetic change due to vehicle traffic is H _0, and the angle at which the vehicle 8 is viewed from the installation point of the magnetic sensor 1 (hereinafter referred to as a vehicle signal angle) is φ (reference to the y-axis). And counterclockwise when viewed from the front of the x-axis). In FIG. 4, the vehicle signal angle φ is shown as an inclination angle with respect to the −y axis of the magnetic field Hr generated by the distance Δy between the magnetic sensor 1 and the vehicle 8 on the road lateral width direction y axis.
[0034]
At this time, the maximum value I ₀ of the output of the magnetic sensor 1 within the elapsed time during which the vehicle 8 passes through the section including the magnetic sensor 1 is expressed by Expression (4).
[0035]
[Expression 4]

[0036]
Next, as shown in FIG. 1, when the vehicles 4a and 4b pass through the own lane R where the magnetic sensors 1a and 1b are installed and the adjacent lane L, the vehicle signal angle φ is set to 90 ° and 23 °, respectively. Maximum values of magnetic changes I ₁ and I ₂ output by the magnetic sensors 1a and 1b when the vehicles 4a and 4b forming such a vehicle signal angle φ travel in the x-axis direction and pass through the magnetic sensors 1a and 1b. FIG. 7 shows the relationship between I ₀ and sensor installation angle θ ₀ . Here, the vertical axis I ₀ is normalized by the maximum value. As shown in the figure, when the vehicle signal angle φ is 90 ° (see the solid line graph), the maximum value I ₀ of the magnetic change I ₁ is when the sensor installation angle θ ₀ (y-axis reference sensitivity axis angle) is 0 °. Is 0 when the sensor installation angle θ ₀ is 60 °, 1 when the sensor installation angle θ ₀ is 90 °, and 0.87 when the sensor installation angle θ ₀ is 120 °. On the other hand, the maximum value I ₀ of the magnetic change I ₂ when the vehicle signal angle φ is 23 ° (see the broken line graph) is 0.9 when the sensor installation angle θ ₀ is 0 °, and the sensor installation angle θ ₀ is 1 when the angle is 23 °, 0.8 when the sensor installation angle θ ₀ is 60 °, and −0.12 when the sensor installation angle θ ₀ is 120 °.
[0037]
Next, the sensor installation angle θ ₀ of the magnetic sensors 1a and 1b is set to 60 ° and 120 °. When the vehicle 4a passes through the own lane R, the vehicle signal angle φ is 90 °. Therefore, the maximum values I ₀ of the magnetic changes I ₁ and I ₂ of the magnetic sensors 1a and 1b are both 0.87. However, when the vehicle 4b passes through the adjacent lane L, the vehicle signal angle φ is 23 °. Therefore, the maximum value I ₀ of the magnetic change I ₁ of the magnetic sensor 1a is 0.8, and the magnetic change I _{2 of the} magnetic sensor 1b. The maximum value I ₀ is −0.12. That is, the magnetic sensor 1b is greatly influenced by the vehicle 4a traveling in the own lane R, but is not significantly influenced by the vehicle 4b traveling in the adjacent lane L.
[0038]
Therefore, when the maximum values I ₀ of the magnetic changes I ₁ and I ₂ output by the magnetic sensors 1a and 1b within the time that the vehicles 4a and 4b pass are compared with each other, the lane R and the vehicle 4a and 4b traveled through L can be determined. That is, if the maximum values I _{0 of} the magnetic changes I ₁ and I ₂ are the same and the ratio is 1: 1, it can be determined that the vehicle 4a has passed the own lane R, and the ratio is greatly different from 1: 1. If so, it can be determined that the vehicle 4b has passed through the adjacent lane L.
[0039]
As described above, when the lane is determined by comparing the maximum output values of the magnetic sensors, the lane determination may be erroneous when noise is superimposed on the output of the magnetic sensors 1a and 1b in an impulse manner. Therefore, not the maximum value I ₀ but the total amount of magnetic change S ₁ and S ₂ are used as judgment materials. As shown in FIG. 5, the total magnetic change amounts S ₁ and S ₂ are regions (shaded portions) surrounded by the sensor output waveform when the vehicle 8 passes and the sensor output waveform when the vehicle 8 does not exist. Area. The sensor output when there is no vehicle 8 is 0 (constant). This area can be obtained by time integration of the magnetic changes I ₁ and I ₂ that are the outputs of the magnetic sensors 1a and 1b.
[0040]
As described above, in the magnetic sensor 1b, the sensor installation angle θ ₀ is set in a direction in which the influence of the vehicle 4b traveling in the adjacent lane L is reduced. On the other hand, in the magnetic sensor 1a, the sensor installation angle θ ₀ is set in the direction in which the influences of both the vehicles 4a and 4b are large. At this time, when the ratio S ₁ / S ₂ between the total amount of magnetic change S ₁ detected by the magnetic sensor 1a and the total amount of magnetic change S ₂ detected by the magnetic sensor 1b is obtained, the ratio S ₁ / S ₂ is calculated as follows: However, the value is sufficiently larger than 1 for the vehicle 4b in the adjacent lane L. When the vehicle passes through the adjacent lane on the opposite side (the lane on the right side of the own lane R (not shown)), since the output of the magnetic sensor 1a is small and the output of the magnetic sensor 1b is large, the ratio of the total amount of magnetic change is 1. It becomes a sufficiently smaller value.
[0041]
The magnetic change amount S ₂ of the magnetic sensor 1b is detected, if the adjacent lane L vehicle 4b is passing, a considerably small value.
[0042]
Therefore, in order to make a determination by combining these two events, as shown in FIG. 8, a graph is assumed in which the horizontal axis represents the ratio S ₁ / S ₂ and the vertical axis represents the total magnetic change S _2. . On this graph, lane R, L vehicles 4a, the ratio S ₁ / S ₂ obtained from many cases obtained by passing the 4b, As you plot points of the magnetic variation amount S _2, the own lane R ( (Circle mark) gathers in the space near the left side (in this example, the ratio S ₁ / S ₂ is about 2 or less), and the adjacent lane L (× mark) is near the bottom side (in this example, the total amount of magnetic change S ₂ is In the space in the lower left corner where both are less than or equal to about 2) and both are less than or equal to about 2, the circles are gathered in the upper left and the crosses in the lower right. As a whole, the distribution is divided into the left side and the lower side of the straight line shown on the right. Therefore, if this empirically obtained straight line to the right is set as the threshold value, the lane can be easily determined by comparing the ratio S ₁ / S ₂ and the total amount of magnetic change S ₂ with the threshold value. it can.
[0043]
Based on the above principle, the computation unit 2, magnetic change I _1, magnetic change from I ₂ total S _1, S ₂ determined, the determination unit 3, the maximum value I ₀ between the ratio of the magnetic change I _1, I ₂ The magnetic changes I ₁ and I ₂ detected by the magnetic sensors 1a and 1b are compared to the lane R, by checking whether the ratio S ₁ / S ₂ and the total amount of magnetic change S ₂ are large or small. It is determined which of the L vehicles 4a and 4b is used. Thereby, the vehicle detection signal which detected only the vehicle which passes a specific lane can be transmitted to a traffic measuring device.
[0044]
FIG. 9 shows the output signal waveforms of the magnetic sensors 1a and 1b and the output signal waveform of the determination unit 3 when two unknown vehicles pass with a time interval. The horizontal axis is the same time scale. However, since the installation interval of the magnetic sensors 1a and 1b in the longitudinal direction of the road is almost zero here, there is no time difference between both sensor output signal waveforms for the same vehicle. In FIG. 9, the output signals of the magnetic sensors 1a and 1b are greatly shaken at the beginning (left part of the figure). For this reason, it determines with the own lane R and the vehicle detection signal 91 is output. After that (right part of the figure), the output signal of the magnetic sensor 1a greatly fluctuates, but the output signal of the magnetic sensor 1b hardly fluctuates. For this reason, it determines with the adjacent lane L, and a vehicle detection signal is not output.
[0045]
In the determination unit 3, when the magnetic sensors 1a and 1b are arranged at different positions in the road longitudinal direction, the determination cannot be performed unless both the output signals of the magnetic sensors 1a and 1b are obtained. The vehicle detection signal 91 is output after the output signals 1a and 1b finish changing and return to 0.
[0046]
As shown in FIG. 2, a time difference calculation unit for calculating a time lag (peak or rise time difference) between the output signals of the magnetic sensors 1 a and 1 b may be provided. The speed of the vehicle can be calculated from the time lag and the installation interval of the magnetic sensors 1a and 1b in the road longitudinal direction.
[0047]
Next, an embodiment using a magnetic sensor having two sensitivity axes in one magnetic sensor will be described. For example, the magnetic sensor 1 shown in FIG. 10 has sensitivity axes on the y axis and the z axis. The sensitivity axis on the y-axis is the sensor installation angle θ ₀ (y-axis reference sensitivity axis angle) = 0 °, and the sensitivity axis on the z-axis is the sensor installation angle θ ₀ = 90 °. It is assumed that one magnetic sensor 1 is installed on the road. When there is a magnetic field change H ₀ of the vehicle signal angle φ, the output of each sensitivity axis is
[0048]
[Equation 5]

[0049]
Given in. As is apparent from FIG. 10, this calculation is nothing but to obtain a mapping obtained by projecting the magnetic field change H ₀ tilted by the vehicle signal angle φ with respect to the y axis onto the y axis and the z axis, respectively.
[0050]
The above equation (5) is a function of the vehicle signal angle φ, I _Y0, the size of the I _Z0 vehicle signal angle phi is larger I _Z0 the closer to 90 °, I the closer to the vehicle signal angle phi is 23 ° _Y0 becomes larger. Therefore, if the total magnetic change amounts S ₁ and S ₂ are obtained by integrating the outputs of the respective sensitivity axes, the lane in which the vehicle has passed can be determined by comparing the total magnetic change amounts S ₁ and S ₂ .
[0051]
Further, if two magnetic sensors 1 having two sensitivity axes are arranged in the longitudinal direction of the road, the speed of the vehicle can be calculated by calculating the time difference between the outputs of the respective sensitivity axes.
[0052]
As described above, in the present invention, a magnetic change due to vehicle traffic is detected using a plurality of magnetic sensors 1a and 1b having different directions of sensitivity axes, and a vehicle signal angle φ is detected by lanes R and L. Since the sensor output characteristics with respect to the sensor installation angle θ ₀ differ depending on the vehicle signal angle φ, the lanes R and L can be determined from the maximum output values or the total amounts S ₁ and S _{2 of} the respective magnetic sensors.
[0053]
Further, in the present invention, since the magnetic sensor is arranged not on the side edge of the road but on the road or above the road as in the known art, the difference in the vehicle signal angle φ between the lanes R and L can be made remarkable.
[0054]
In the present invention, since the difference in the vehicle signal angle φ enables the lane determination, the lane can be determined regardless of whether the adjacent lane is an oncoming lane or a parallel lane.
[0055]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following excellent effects.
[0056]
(1) Since the difference in magnetic change received from vehicles in different lanes differs significantly depending on the direction of the sensitivity axis, it is possible to accurately determine the lane in which the vehicle has passed.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are magnetic sensor installation diagrams on a road showing an embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view along AA ′;
FIG. 2 is a configuration diagram of a vehicle detection device showing an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams showing a magnetic distribution of a vehicle, in which FIG. 3A is a front view, and FIG. 3B is a side view.
4A and 4B are diagrams showing magnetic vectors received by a magnetic sensor from a vehicle (equivalent magnet), where FIG. 4A is a two-dimensional view corresponding to the front view of FIG. 3, and FIG. 4B is a side view of FIG. It is a corresponding two-dimensional figure.
FIG. 5 is a diagram showing a magnetic change caused by the passage of a vehicle.
FIG. 6 is a diagram showing a magnetic sensor installation angle and a vehicle signal angle in the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the characteristic of the sensor output maximum value with respect to the magnetic sensor installation angle according to the present invention for each vehicle signal angle.
FIG. 8 is a characteristic diagram of the total amount to total amount ratio showing the correlation between two magnetic change total amounts in the present invention.
FIG. 9 is a time waveform diagram of each part of the vehicle detection device of the present invention, where (a) is an output signal waveform of the magnetic sensor 1a, (b) is an output signal waveform of the magnetic sensor 1b, and (c) is a determination unit 3; Is an output signal waveform.
FIG. 10 is a diagram of a magnetic sensor showing an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b Magnetic sensor 2 Calculation unit 3 Determination units 4a, 4b Vehicle R Own lane L Adjacent lane

Claims

In a vehicle detection device that detects a vehicle from a change in magnetism caused by a vehicle traveling on a road, a plurality of magnetic sensors with sensitivity axes directed in different directions and the total amount of magnetic change due to vehicle traffic detected by these magnetic sensors are calculated. And a determination unit that determines a lane in which the vehicle has traveled based on a correlation between the total amount of magnetic changes.

In a vehicle detection device that detects a vehicle from a magnetic change caused by a vehicle traveling on a road, a calculation unit that calculates a ratio between a plurality of magnetic sensors having sensitivity axes directed in mutually different directions and the output maximum values of the respective magnetic sensors And a determination unit that determines a lane in which the vehicle passes based on the ratio.

In a vehicle detection device that detects a vehicle from a change in magnetism caused by a vehicle traveling on a road, a magnetic sensor having sensitivity axes in a plurality of different directions and a total amount of magnetic change due to vehicle traffic detected by each sensitivity axis are calculated. And a determination unit that determines a lane in which the vehicle has traveled based on a correlation between the total amount of magnetic changes.

4. The vehicle detection device according to claim 1, wherein directions of the plurality of sensitivity axes are orthogonal to each other.

5. The time difference calculation unit for calculating the time difference of the magnetic change due to vehicle traffic detected by the magnetic sensor is provided at a plurality of locations different in the longitudinal direction of the road. 5. Vehicle detection device.