JP3820133B2 - 車両検知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサを用いた車両検知装置に係り、特に、検知対象外の車両が及ぼす磁場の変化を除外できる車両検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路を通行する車両を検知して交通流量を測定するための車両検知装置として、車両によって引き起こされる磁場（磁界、磁気、磁束ともいう）の変化を磁気センサで捉える磁界感応型の車両検知装置がある。その原理は、道路内のある地点で地磁場を計測した場合、時間的に一定なある値が得られるが、道路上を磁性体の塊である車両が移動する場合には、その磁性体に磁気が集中するので、計測される磁場の強度が時間的に変化するというものである。車両が磁化している場合には、その磁化の方向と地磁場の方向とが等しければ磁場が強められ、磁化の方向と地磁場の方向とが反対であれば磁場が弱められるので、計測される磁場の強度はより大きく変化する。尚、この計測によって得られる磁場変動を表す信号を以下、車両信号と呼び、この車両信号を得ることによって車両を検知する装置を磁界感応型の車両検知装置と呼ぶ。
【０００３】
この種の磁界感応型の車両検知装置は、例えば、特開平６−３２５２８８号公報に記載されている。以下、この公報に記載の技術を従来技術とする。
【０００４】
従来技術では、車両が磁気センサの設置点を通過すると、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知する。そして、２つの磁気センサが道路に沿って間隔をおいて設置されているので、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信号を得ることができる。その時間差と設置間隔とから通過した車両の速度を求めることができる。
【０００５】
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により、交通流量を測定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の問題点は以下の通りである。
【０００７】
ある車線に磁気センサを設置し、その車線を通行する車両を検知しようとしたときに、例えば、大きく磁化された車両や鋼材を積載した車両が隣接車線を通過したとする。これらの車両は大きな磁場変化を引き起こすので、隣接車線を通過しているにもかかわらず、磁気センサの出力が自車線を車両が通行するときと同様に変化してしまい、自車線を車両が通行したという誤検知が発生する。このような誤検知により、実際の通行量よりも多くカウントがなされると、交通流量の測定が不正確になる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、検知対象外の車両が及ぼす磁場の変化を除外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が及ぼす地磁場の変化を磁気センサにより磁場の強さの変化として検知する車両検知装置において、検知対象外車両に起因する磁場の方向を前記磁気センサの感度軸に対し直交する方向に矯正するように磁性体を前記磁気センサの周囲の所定の位置に設けたものである。
【００１０】
前記磁気センサから道路長手方向に距離を隔てて別の磁気センサを設けてもよい。
【００１１】
検知対象外車両に起因する磁場の方向を前記別の磁気センサの感度軸に直交する方向に矯正するように別の磁性体を前記別の磁気センサの周囲の所定の位置に設けてもよい。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１に示されるように、本発明に係る車両検知装置では、検知対象の車線の略中央に磁気センサ１を設置する。この実施形態では、片道２車線道路の右側車線を検知対象としているので、磁気センサ１を右側車線に設置している。隣接車線は、検知対象車線の左に位置していることになる。４ａは検知対象車線を走行する車両、即ち、検知対象の車両であり、４ｂは隣接車線を走行する車両、即ち、検知対象外の車両である。
【００１４】
磁気センサ１は、図示のように地表或いは地中に形成された道路であれば、路面下の地中に埋設するが、高架橋などの橋梁であれば、橋梁の裏面に取付けてもよい。また、トンネルや道路をまたぐガントリがある場合、磁気センサ１を道路上空に設置することもできる。
【００１５】
使用する磁気センサ１は、１軸の感度軸を有するものでよい。この感度軸を道路長手方向（図中ｘ軸）に対して垂直かつ道路幅方向（ｙ軸）に対して垂直にして磁気センサ１を設置する。即ち、磁気センサ１の感度軸は、路面に対して垂直なｚ軸に合わせる。これにより、磁気センサ１は、磁場のｚ軸方向の強度を電気信号にして出力することになる。即ち、車両信号は、車両が及ぼす磁場のｚ軸成分を表すことになる。
【００１６】
磁気センサ１の周囲の所定の位置には磁性体２を設置する。磁性体２から見ると、磁性体２の下、下の側方、上、又は上の側方などに磁気センサ１が位置するように磁性体２を設置する。この実施形態では、磁気センサ１に対して走行方向の右側で、かつ磁気センサ１より路面に近い位置に磁性体２を埋設している（図３参照）。
【００１７】
磁性体２の形状は、後述する検知原理に適うものであれば任意形状でよいが、この実施形態では、板状としている。この磁性体板（鉄板）２を板面が路面と平行、即ち、略水平となる姿勢で埋設している。この埋設姿勢も検知原理に適う任意の姿勢とすればよい。
【００１８】
図２に示されるように、磁気センサ１の出力（車両信号）は、当該検知対象車線を車両が走行したかどうかを判定する判定回路３に入力される。この実施形態では、判定装置３は、磁気センサ１からの車両信号に予め定められた変化値以上の変化が認められた場合に１、変化が認められない場合に０となる二値の有意車両信号を出力する。尚、この有意車両信号には、電圧の有無による信号、電流の有無による信号、或いは接点信号などを使用することができる。また、磁気センサ１の出力である車両信号には、電圧によるアナログ信号、電流によるアナログ信号、或いはデジタルサンプリング信号などを使用することができる。
【００１９】
図３により車両前面から見た位置関係を説明する。右側車線を走行する検知対象車両４ａは車両前面から見て道路の左側に位置し、対象外車両４ｂは右側に位置している。従って、道路長手方向において磁気センサ１の埋設点を車両が通過する際には、検知対象車両４ａは磁気センサ１の真上を通過し、対象外車両４ｂは右斜め上を通過することになる。また、磁性体板２は、磁気センサ１の左斜め上に位置している。
【００２０】
磁気センサ１の埋設点を検知対象車両４ａが通過する際には、車両の含有する磁性体が車両の略中央に集中しているため、略鉛直方向である図中Ａ−Ａ´方向において磁場の強度が変化する。また、磁気センサ１の埋設点を対象外車両４ｂが通過する際には、磁気センサ１と対象外車両４ｂとを結ぶ傾斜した方向である図中Ｂ−Ｂ´方向において磁場の強度が変化する。
【００２１】
ところが、磁性体板２の周辺部を詳細に見た場合、磁場の強度が変化する方向は図３に示したＢ−Ｂ´方向とは若干異なる。その詳細を以下に説明する。
【００２２】
一般に、磁性体は透磁率μが大きいため、磁性体中に磁力線が集中し磁束密度が大きくなる。磁力線が透磁率μの大きいところに集中する傾向は、磁性体の形状や姿勢に依存する。磁場に垂直に十分広い磁性体板が置かれている場合には、磁束密度は磁性体板の端の部分で微小に変化するにすぎず、磁性体板の他の部分では磁束密度は一様である。しかし、磁場に平行に磁性体板が置かれている場合には、磁性体板の近くにおいて磁性体板中に磁力線が集中し、その結果として磁性体板周辺の磁束密度が減少する。
【００２３】
このため、図４に示されるように、仮想的に水平磁場、或いは垂直磁場中に磁性体板２を置くと、磁性体板２の端部近傍で磁力線の集中により磁場方向が局地的に変形する。図中には縦横の磁力線によるメッシュが示されているが、メッシュが歪んでいる部分が磁場方向の変形部分である。
【００２４】
ここで、図４に、検知対象車両４ａが磁気センサ１の直上を通過した場合の磁場方向と、対象外車両４ｂが隣接車線を通過した場合の磁場方向とを描いてみる。図３に対応させて、検知対象車両４ａによる磁力線をＡ−Ａ´、対象外車両４ｂによる磁力線をＢ−Ｂ´とする。磁性体板２に垂直で磁性体板２の端部近傍を通る磁力線Ａ−Ａ´は、磁性体板２の端部近傍で若干歪むものの、磁性体板２が無い場合とほとんど同じ形状である。一方、磁力線Ｂ−Ｂ´は、磁性体板２の端部近傍のやや下方で大きく変形し、図中に丸印で囲んだ部分では略水平になっている。このことは、対象外車両４ｂが隣接車線を通過すると、磁性体板２の端部近傍のやや下方では、略水平方向に磁場の方向が変わることを示している。つまり、対象外車両４ｂに起因する磁場の方向が磁性体板２によって矯正されることになる。
【００２５】
そこで、丸印で囲んだ部分に、路面に対して垂直なｚ軸方向の磁場の大きさを検出するよう磁気センサ１を設置すると、検知対象車両４ａによる磁場の大きさは検出できるが、対象外車両４ｂによる磁場の大きさは、ｙ軸にしか現れないため、磁気センサ１には検出されない。このような原理により、隣接車線を走行する対象外車両４ｂは検知せず、検知対象車線を走行する検知対象車両４ａのみを検知することが可能になる。
【００２６】
磁気センサ１の出力である車両信号は、車両が通過した車線によって大きさが顕著に異なることになる。判定装置３では、所定値以上の車両信号が得られた場合に検知対象の車両が通過したものと判定し、有意車両信号＝１を出力する。所定値以上の車両信号が得られない場合は、検知対象の車両は通過していないと判定し、有意車両信号＝０を出力する。
【００２７】
尚、これまでの実施形態では、１車線のみに磁気センサ１及び磁性体板２を設置するものとしたが、各車線に磁気センサ１及び磁性体板２をそれぞれ設置してもよいことは勿論である。
【００２８】
次に、他の実施形態を説明する。
【００２９】
図５に示した車両検知装置では、１車線当たりに２つの磁気センサ１と１つの磁性体板２とを設置する。右側車線における一方の磁気センサ１ｂは、図１と同様に磁性体板２ａと共に地中に埋設する。他方の磁気センサ１ａは、単独で埋設する。２つの磁気センサ１ａ，１ｂは道路長手方向に所定の距離を隔てて配置する。この実施形態では、単独の磁気センサ１ａを磁性体板２ａと組ませた磁気センサ１ｂよりも進行方向下流に配置しているが、この順序は逆でもかまわない。同様に、左側車線にも磁気センサ１ｃ、磁性体板２ｂ、及び磁気センサ１ｄを設置するが、磁気センサ１ｄに対する磁性体板２ｂの位置関係は、右側車線と左右対称とする。即ち、磁気センサ１ｄに対して走行方向の左側で、かつ磁気センサ１ｄより路面に近い位置に磁性体２ｂを埋設している。
【００３０】
右側車線を走行する車両４ａは、右側車線に設置したセンサ群にとって検知対象の車両であり、左側車線に設置したセンサ群にとって検知対象外の車両である。同様に、左側車線を走行する車両４ｂは、右側車線に設置したセンサ群にとって検知対象外の車両であり、左側車線に設置したセンサ群にとって検知対象の車両である。
【００３１】
この実施形態における回路構成を右側車線分についてのみ示すと、図６に示されるように、磁気センサ１ａの出力と磁気センサ１ｂの出力とが波形比較装置６に入力される。図示は省略したが、磁気センサ１ｃ，１ｄの出力も同様に波形比較装置６に入力される。波形比較装置６は、２つの出力端＃１，＃２を備えており、それぞれの出力端＃１，＃２より有意車両信号＝１または０を出力する。
【００３２】
波形比較装置６による車両検知の方法を以下に説明する。
【００３３】
今、磁気センサ１ａの埋設点を車両４ａが通過し、続いて車両４ｂが通過したとき、磁気センサ１ａは図７（ａ）に示されるように、車両４ａによる磁場強度の変化波形７１を出力し、続いて車両４ｂによる磁場強度の変化波形７２を出力する。車両４ｂは、磁気センサ１ａの感度軸に対し斜めに磁場を変化させるが、磁性体の量が多い、或いは磁化しているなどの理由で、磁気センサ１ａから大きな変化波形７２が出力される。
【００３４】
一方、磁気センサ１ｂの埋設点を車両４ａが通過し、続いて車両４ｂが通過したとき、磁気センサ１ｂは図７（ｂ）に示されるように、車両４ａによる磁場強度の変化波形７３を出力し、続いて車両４ｂによる磁場強度の変化波形７４を出力する。磁気センサ１ｂの埋設点における磁場は、既に説明したように磁性体板２ａにより、斜めに傾いた磁場が略水平方向に矯正されるため、磁気センサ１ｂの感度軸に対し直交してしまい、変化波形７４は小さくなる。
【００３５】
従って、車両４ａに注目すると、磁気センサ１ｂ，１ａの埋設点を順に通過した場合、図７（ｂ）の変化波形７３と図７（ａ）の変化波形７１とが時間差を隔てて得られる。変化波形７３と変化波形７１とは略同等の波形である。これに対し、車両４ｂに注目すると、磁気センサ１ｂ，１ａの埋設点を順に通過した場合、図７（ｂ）の変化波形７４と図７（ａ）の変化波形７２とが時間差を隔てて得られるが、変化波形７４は他の変化波形に比べて顕著に小さい。波高値に対して適宜なしきい値を定めておけば、その波形をもたらしたものが検知対象車両４ａか対象外車両４ｂかを判別することができる。
【００３６】
このようにして、磁気センサ１ａ，１ｂの波形を比較することにより、車両４ａ，４ｂを区別することができる。変化波形の大きさが磁気センサ１ａと１ｂとで差がない場合、検知対象の車線である右側車線を車両４ａが通過したと判定し、変化波形の大きさが磁気センサ１ａと１ｂとで異なる場合、検知対象外の車線である左側車線を車両４ｂが通過したと判定することができる。
【００３７】
このようなアルゴリズムで判定を下した波形比較装置６は、論理＝１または０に相当する電圧信号、デジタル信号、又は接点信号を出力する。即ち、検知対象車線を車両４ａが通過したと判定した場合、出力端＃１からは図７（ｃ）に示した論理＝１の有意車両信号７５を、出力端＃２からは図７（ｄ）に示した論理＝１の有意車両信号７６をそれぞれ出力する。
【００３８】
これらの出力から検知対象車線を車両４ａが通過した時間差Δｔが分かるので、波形比較装置６より後段の図示しない速度計算器では、道路長手方向の配置間隔に基づいて車両速度を計算することができる。
【００３９】
対象外車両４ｂが通過したと判定した場合、波形比較装置６は、出力端＃１，＃２のいずれからも論理＝０の信号を出力する。
【００４０】
ここまで右側車線に設置したセンサ群についての検知方法を述べたが、左側車線に設置したセンサ群についての検知方法は同じなので説明を省略する。
【００４１】
ところで、図５の磁気センサ１ｂと磁性体板２ａとの位置関係及び磁気センサ１ｄと磁性体２ｂとの位置関係を見るとわかるように、磁気センサ１と磁性体板２との位置関係を変えると、検知対象から除外する車線の位置が変わる。そこで、次の実施形態では、磁気センサ１と磁性体板２との位置関係を変えることで左右両側の隣接車線を除外する構成を説明する。
【００４２】
図８に示されるように、３車線以上の道路（対向車線を含んでもよい）において、２つの車線に挟まれた検知対象車線に、２つの磁気センサ１と２つの磁性体板２とを設置する。２つの磁気センサ１ａ，１ｂは道路長手方向に所定の距離を隔てて配置する。それぞれの磁気センサ１ａ，１ｂに磁性体板２ａ，２ｂを組ませるが、磁気センサ１ａに対する磁性体板２ａの位置関係と磁気センサ１ｂに対する磁性体板２ｂの位置関係とは左右対称である。
【００４３】
磁気センサ１ａでは、右側の隣接車線を走行する車両４ｂによる磁場の強度変化を低減させる。一方、磁気センサ１ｂでは左側の隣接車線を走行する車両（図示せず）による磁場の強度変化を低減させる。検知対象車線を走行する車両４ａによる磁場の強度変化は磁気センサ１ａ，１ｂのいずれでも大きく得られる。具体的な波形は図７に準じる。従って、波形比較装置６において、磁気センサ１ａ，１ｂの出力に大きな差がない変化波形を選択し、検知対象車両４ａによる有意車両信号を取り出すことができる。
【００４４】
このように、磁気センサ１及び磁性体板２の組を道路長手方向に距離を隔てて設置し、両組における磁気センサ１と磁性体板２との位置関係を異ならせることで、左右両側に隣接車線がある場合にも本発明を有効に実施することができる。尚、磁性体２の形状を板状としたが、棒状、角柱状であっても同様の効果を得ることができる。また、磁性体２の断面形状は、道路長手方向に平行な断面においても、或いは道路長手方向に垂直な断面においても円、楕円、長円とすることができる。
【００４５】
また、磁気センサ１を磁性体２の下側方に配置したが、磁性体２の下方、上方、上側方など、磁性体２の周囲の任意位置を選択してよく、磁場の方向を矯正するように配置すれば上述の実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４７】
（１）車両が磁気センサに及ぼす磁場の方向を磁性体が矯正するので、車両の通過位置によって磁気センサが出力する磁場の強さの変化が異なる。これにより、検知対象外の車両が及ぼす磁場の変化を除外し、検知対象車両のみを特定することができる。即ち、検知精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両検知装置を適用した道路の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の回路ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す車両検知装置を適用した道路の幅方向断面図である。
【図４】本発明の原理を説明するための磁力線分布図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す車両検知装置を適用した道路の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の回路ブロック図である。
【図７】本発明の判定アルゴリズムを説明するための信号波形図である。
【図８】本発明の一実施形態を示す車両検知装置を適用した道路の平面図である。
【符号の説明】
１，１ａ〜１ｄ 磁気センサ
２，２ａ，２ｂ 磁性体（磁性体板）
３ 判定装置
４ａ，４ｂ 車両
６ 波形比較装置

Claims (3)

1. 道路を通行する車両が及ぼす地磁場の変化を磁気センサにより磁場の強さの変化として検知する車両検知装置において、検知対象外車両に起因する磁場の方向を前記磁気センサの感度軸に対し直交する方向に矯正するように磁性体を前記磁気センサの周囲の所定の位置に設けたことを特徴とする車両検知装置。
2. 前記磁気センサから道路長手方向に距離を隔てて別の磁気センサを設けたことを特徴とする請求項１記載の車両検知装置。
3. 検知対象外車両に起因する磁場の方向を前記別の磁気センサの感度軸に直交する方向に矯正するように別の磁性体を前記別の磁気センサの周囲の所定の位置に設けたことを特徴とする請求項２記載の車両検知装置。

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