JP3872686B2

JP3872686B2 - 車両検知装置

Info

Publication number: JP3872686B2
Application number: JP2001389946A
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: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP2003187381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路を走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に係り、特に、センサ近傍を走行する車両によって引き起こされる磁気の変化を捉える磁界感応型の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地磁気を計測した場合、時間的にある一定の値が得られる。道路上を磁性体の塊である車両が移動する場合には、車両に磁気が集中するため、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が等しい場合には強め合い、反対の場合には弱め合うため、より大きく変化する。このような磁界感応型の従来の車両検知装置が、例えば、特開平６−３２５２８８号公報に開示されている。
【０００３】
この従来の車両検知装置では、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検知信号が生じる。この時間差のある車両検知信号により、道路上を走行する車両の台数と速度を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両検知装置では、検知したい車両が走行する車線（自車線）地中または橋梁部裏側に磁気センサを設置し、その直上を走行する車両を検知しようとしたときに、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した場合、これらの車両が引き起こす磁気変化が大きいため、隣接車線であっても、磁気センサで検知する磁気が自車線と同様に変化してしまい、車両が自車線を走行したと誤検知するという問題がある。
【０００５】
したがって、実際の車両の通行量よりも多くカウントしてしまい、車両を検知する精度が低くなってしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、検知したい車両が走行する車線を決定でき、その車線を走行する車両のみを検知できる車両検知装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、道路地中または橋梁裏側、もしくはガントリー上に設置され、走行する車両による磁気の変化を計測すると共に、隣接する車線の影響を除去して予め決められた車線を走行する車両を検知する車両検知装置において、検知したい車線の道路地中または橋梁裏側、もしくはガントリー上に設置された磁気センサと、磁気センサの出力を微分し整流する演算装置と、その演算装置の演算出力が、検知したい車線を車両が通過したときの出力より小さく隣接車線を車両が通過したときの出力より大きい値に予め設定した閾値以上のときパルスを出力する判定装置とを備えた車両検知装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、少なくとも磁気センサを、車線の走行方向に一定間隔をおいてそれぞれ設け、判定装置が出力するパルスの時間差を演算して速度を求める速度演算装置を備えた請求項１記載の車両検知装置である。
【０００９】
請求項３の発明は、判定装置が出力するパルスの時間差を演算して速度を求めると共に、求めた速度を判定装置にフィードバックする速度演算装置を備え、フィードバックされた速度に対応させて閾値を変化させる請求項２記載の車両検知装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１１】
まず、本発明に係る車両検知装置に備えられる磁気センサの設置の一例を図２で説明する。
【００１２】
図２に示すように、道路２０は、片側が２車線２０ａ，２０ｂからなっている。各車線２０ａ，２０ｂの幅はｗである。幅ｗは、通常の道路の場合、約３．５ｍである。一方の車線２０ａ上を車両（乗用車）２１が走行しており、他方の車線２０ｂ上を車両（大型車）２２が走行している。
【００１３】
本発明に係る車両検知装置の磁気センサ２は、一方の車線２０ａを走行する車両２１を検知したい場合、通常の道路であれば、例えば、一方の車線２０ａ中央の地中に、センサの検知軸が道路２０表面に対して鉛直上向きとなるようにして設置される。磁気センサ２としては、例えば、ホール素子を用いることができる。
【００１４】
図２では、道路２０の走行方向をｘ軸にとり、道路２０の幅方向をｙ軸にとり、磁気センサ２の検知軸（感度軸）をｚ軸にとっている。以下の説明では、検知したい車両２１が走行する一方の車線２０ａを自車線とし、他方の車線２０ｂを隣接車線とする。
【００１５】
磁気センサ２を図２のように設置した場合において、磁気センサ２の近傍を車両が走行する際の磁気変化を図３および図４で説明する。
【００１６】
車両は磁性体の塊であり、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ため、等価的に磁化している場合と同等の影響を周囲磁気に与える。なお、磁界の強さは、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。
【００１７】
車両が磁化した場合の一例を、図３（ａ）、（ｂ）で説明する。図３（ａ）は、車両２１による磁気分布を示す正面側の説明図である。図３（ｂ）は、車両２１による磁気分布を示す側面側の説明図である。
【００１８】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、前後に磁化していることは、前後に長い磁石３１と同等であると見なすことができる。このような磁石３１である車両２１が磁気センサ２近傍を走行した場合の車両２１による磁気変化は、以下のようにして得ることができる。図３（ａ）、（ｂ）では、磁気センサ２の中心点（設置点）Ｐから磁石３０の中心位置までの高さをｈとしている。図中の点線は、磁束線を示している。
【００１９】
図４（ａ）は、隣接車線を走行する車両の仮想磁石３２による磁気強度を示す正面側の説明図である。図４（ｂ）は、自車線を走行する車両の仮想磁石３１による磁気強度を示す側面側の説明図である。図４（ａ）、（ｂ）では、磁石３１，３２の前方側をＳ極とし、後方側をＮ極としている。点Ｐと磁石３１のＮ極とを結ぶ直線が、磁石３１の長手方向とつくる角度をθ１とし、点Ｐにおける磁石３１のＮ極に対する磁化の強さをＨＮとする。また、点Ｐと磁石３１のＳ極とを結ぶ直線が、磁石３１の長手方向とつくる角度をθ２とし、点Ｐにおける磁石３１のＳ極に対する磁化の強さをＨＳとする。
【００２０】
図４（ｂ）に示すように、磁石３１の磁化の強さをｍとすると、磁気センサ２の点Ｐにおける磁化の強さＨＮ，ＨＳは、数１で与えられる。
【００２１】
【数１】

【００２２】
ここで、ｒ１とｒ２は数２で示される。
【００２３】
【数２】

【００２４】
これにより、点Ｐのｚ方向の磁界Ｈｚは鉛直下向きであり、数３により求めることができる。
【００２５】
【数３】

【００２６】
また、図４（ａ）に示すように、隣接車線に車両がある場合には、図２の車両２２が磁石３２と見なせるので、数２のｒ１，ｒ２の代わりに数４のｒ１，ｒ２を用いる。図４（ａ）では、点Ｐと磁石３２とを結ぶ直線が、磁石３１と磁石３２間距離（車線幅ｗ）である直線とつくる角度をφとし、点Ｐにおける磁石３２に対する磁化の強さをＨｒとする。
【００２７】
【数４】

【００２８】
この数４を用いて数５により、隣接車線に車両がある場合の点Ｐにおけるｚ方向の磁界Ｈｚｎを求めることができる。この磁界Ｈｚｎも鉛直下向きである。
【００２９】
【数５】

【００３０】
したがって、数３のＨｚと数５のＨｚｎから点Ｐにおける磁気変化を求めることができる。数３と数５から明らかなように、車両が前後方向に磁化されている場合には、自車線車両による磁気信号と隣接車線による磁気信号との差異は、磁気センサ２が検知する軸への投影する角度と、距離による減衰量だけである。
【００３１】
さて、図１は、本発明の好適実施の形態である車両検知装置のブロック図を示したものである。
【００３２】
図１に示すように、本発明に係る車両検知装置１は、主として道路を走行する車両を検知して交通流量を測定するためのものであり、磁気センサ２と、磁気センサ２の出力を微分し整流する演算装置３と、その演算装置３の演算出力が予め設定した閾値以上のときパルスを出力する判定装置４とを備えている。
【００３３】
磁気センサ２は、走行する車両による磁気の変化（上述した磁界Ｈｚ，Ｈｚｎ）を、センサ出力信号ａとして演算装置３に出力する。磁気センサ２として、例えば、ホール素子を用いた場合、センサ出力信号ａは、走行する車両による磁気の変化に比例した電圧となる。
【００３４】
演算装置３は、センサ出力信号ａを微分し、微分出力信号ｂを出力する微分回路５と、微分出力信号ｂを整流し、演算出力信号ｃを出力する整流回路６とからなっている。後述するように、センサ出力信号ａを微分すると、センサ出力信号波形は、より曲線の特徴が明確となった微分出力信号波形となる。
【００３５】
判定装置４には、予め設定された閾値が記憶されており、演算出力信号ｃが設定された閾値を越えると、車両検知信号であるパルス信号ｄを出力する。判定装置４から出力されたパルス信号ｄを、例えば、カウンタを備えた表示手段に入力すれば、走行車両の台数などを表示手段で表示することができる。
【００３６】
本実施の形態の作用を説明する。
【００３７】
図２〜図４で説明したように、前後に磁化された車両２１が、一定速度で自車線２０ａを走行し、同様に、前後に磁化された車両２２が、車両２１と並んで一定速度で隣接車線２０ｂを走行している。車両２１は、磁気センサ２の遠方から近づき、センサ２上を通過し、センサ２から遠ざかる。一方、車両２２は、センサ２の遠方から近づき、センサ２の近傍を通過し、センサ２から遠ざかる。ただし、車両２２は大型車であるので、乗用車である車両２１の４０倍に磁化されているものとする。
【００３８】
このときのセンサ出力信号波形、微分出力信号波形、演算出力信号波形を、それぞれ図５〜図７に示す。図５〜図７では、両車両による各信号波形を、時間変化の中心位置に合わせて、一つの図に示している。横軸は車両位置（ｍ）にとり、縦軸は各出力（ＡＵ）にとっている。各波形図は、自車線を走行する車両によるものを実線で、隣接車線を走行する車両によるものを点線でそれぞれ示している。
【００３９】
図５に示すように、磁気センサ２の設置してある点Ｐにおける磁気変化は、自車線によるものがセンサ出力信号波形５１、隣接車線によるものがセンサ出力信号波形５２となる。これは、両車両がセンサの遠方から近づくとき、図３および図４で説明したように、磁界Ｈｚ，Ｈｚｎが鉛直下向きとなり、逆に、両車両がセンサの遠ざかるとき、磁界Ｈｚ，Ｈｚｎが鉛直上向きとなるので、左側が下に凸の波形、右側が上に凸の波形となる。また、自車線を走行する車両からの磁気変化の方が隣接車線を走行する車両からの磁気変化よりも大きいので、波形５１の方が波形５２よりも変化が大きい。
【００４０】
ここで、本発明に係る車両検知装置１との比較のために、微分回路がなく、整流回路のみからなる演算装置を備えた車両検知装置を考える。その他の構成は、車両検知装置１と同じとする。
【００４１】
比較例の車両検知装置では、演算装置が磁気センサの出力を整流したものを演算出力として出力するので、図８に示すように、負の出力が正に反転され、自車線によるものが演算出力信号波形８１、隣接車線によるものが演算出力信号波形８２となる。比較例では、それぞれの信号波形の大きさの差異が少ないため、閾値Ｔ８による判別が困難となり、判定装置が出力するパルスには、隣接車線によるものも含まれることになる。
【００４２】
そこで、本発明に係る車両検知装置１では、センサ出力信号を演算装置に入力し、演算装置内でセンサ出力信号を微分し、整流したものを演算出力信号とする。
【００４３】
センサ出力信号を演算装置の微分回路で微分すると、図６に示すように、図５の波形５１は微分出力信号波形６１となり、図５の波形５２は微分出力信号波形６２となる。センサ出力信号を微分することにより、センサ出力信号波形は、より曲線の特徴が明確となった微分出力信号波形となる。
【００４４】
さらに、微分出力信号を演算装置の整流回路で整流すると、図７に示すように、負の出力が正に反転されるので、図６の波形６１は演算出力信号波形７１となり、図６の波形６２は演算出力信号波形７２となる。図７からわかるように、波形７１と波形７２の両者に明らかな差が現れるため、予め設定された閾値をＴとすれば、閾値Ｔによる判別が容易となる。判定装置は、波形７１，７２が閾値Ｔを越えたときにパルス信号を出力するので、判定装置が出力するパルスには、隣接車線によるものは含まれない。
【００４５】
また、図８で説明した比較例では、信号波形の大きさの差異が少なくなるので、閾値Ｔ８の設定できる範囲が非常に狭いが、本発明に係る車両検知装置１では、信号波形の大きさの差異が大きくなるので、閾値Ｔの設定できる範囲が非常に大きい。
【００４６】
すなわち、車両検知装置１は、閾値を適切に設定することにより、自車線と隣接車線を走行する車両による信号を判定装置で容易に判別でき、自車線車両による磁気変化のみを、判定装置がパルス信号として出力することができる。このパルスをカウンタを備えた表示手段に入力すれば、自車線を走行する車両の台数などを表示手段で表示することができる。
【００４７】
したがって、車両検知装置１は、磁気センサの出力を演算装置で微分して整流し、その演算装置の演算出力が予め設定された閾値以上のとき、判定装置がパルスを出力するので、検知したい車両が走行する車線を特定でき、しかも、磁気変化から車両の通過を判断する場合に、磁気センサを設置した車線を走行する車両でなく、隣接車線などを通行した車両により変化した磁気変化を誤検出する頻度が低減し、高精度の車両検知が可能となる。
【００４８】
このように、本発明によれば、磁気センサの検知軸を少なくとも道路垂直成分を検知できるように設置し、磁気変化の微分値を演算すると共に、通過した車両群の微分値を最大値で規格化する演算装置に、磁気センサの出力が接続され、判定装置に、演算装置の出力が接続され、判定装置にて予め決められた閾値との比較により走行車線を判断し、判定装置が予め決められた車線を走行する車両に対応した車両信号のみを出力するようにしたため、走行する車両の車線を判断でき、磁気センサ上を走行した車両のみを検知でき、車両検知精度を大幅に向上することができる。
【００４９】
次に、第２の実施の形態を説明する。
【００５０】
図９に示すように、第２の実施の形態では、磁気センサ２ａ，２ｂは、一方の車線２０ａを走行する車両２１を検知したい場合、通常の道路であれば、例えば、一方の車線２０ａ中央の地中に、センサの検知軸が道路２０表面に対して鉛直上向きとなるように、車線２０ａの走行方向に一定間隔をおいてそれぞれ設置される。
【００５１】
図１０に示すように、第２の実施の形態である車両検知装置１００は、磁気センサ２ａ，２ｂと、磁気センサ２ａ，２ｂのセンサ出力信号ａ１，ａ２をそれぞれ微分し整流する演算装置３ａ，３ｂと、演算装置３ａ，３ｂの各演算出力ｃ１，ｃ２が予め設定された閾値以上のときパルス信号ｄ１，ｄ２をそれぞれ出力する判定装置４ａ，４ｂと、判定装置４ａ，４ｂが出力するパルス信号ｄ１，ｄ２の時間差を演算して速度を求める速度演算装置１０１とを備えたものである。
【００５２】
速度演算装置１０１は、自車線を走行する車両の台数および速度の情報を有する速度演算出力信号ｅを出力する。速度演算装置１０１から出力された速度演算出力信号を、例えば、カウンタを備えた表示手段に入力すれば、走行車両の台数や速度を表示手段で表示することができる。演算装置３ａ，３ｂ、判定装置４ａ，４ｂの構成は、図１で説明した車両検知装置１と同じである。
【００５３】
車両検知装置１００では、隣接車線の影響を除去して自車線を走行する車両の台数を検知できるだけでなく、自車線を走行する車両の速度をも検知できる。その他の作用効果は、図１で説明した車両検知装置１とほぼ同じである。
【００５４】
図１０では、２つの磁気センサ２ａ，２ｂの出力を、２つの演算装置３ａ，３ｂと２つの判定装置４ａ，４ｂでそれぞれ処理する例で説明したが、磁気センサ２ａ，２ｂの出力を、１つの演算装置と判定装置で処理するようにしてもよい。
次に、第３の実施の形態を説明する。
【００５５】
一般の高速道路のように、走行する車両の速度がほぼ一定である場合には、判定装置の閾値は一定であってもよい。ところが、一般道路や都市高速道路などでは、車両の速度が不定であるため、閾値を速度に応じて可変にする必要がある。このような道路状況に対応した構成を図１１に示す。
【００５６】
図１１に示すように、第３の実施の形態である車両検知装置１１０は、判定装置４ａ，４ｂが出力するパルス信号ｄ１，ｄ２の時間差を演算して速度を求めると共に、求めた速度を判定装置４ａ，４ｂにそれぞれフィードバックする速度演算装置１１１を備えたものである。
【００５７】
速度演算装置１１１は、自車線を走行する車両の台数および速度の情報を有する速度演算出力信号ｅを出力すると共に、判定装置４ａ，４ｂに速度信号ｆ１，ｆ２を出力する。判定装置４ａ，４ｂは、フィードバックされた速度信号ｆ１，ｆ２に対応させて閾値を変化させ、新たに設定した閾値に基づいて新たなパルス信号ｄ１，ｄ２を出力する。その他の構成は、図１０で説明した車両検知装置１００と同じである。
【００５８】
この車両検知装置１１０は、図１０で説明した車両検知装置１００に比べれば、閾値が一定でなく、閾値を速度に対応させて変化させているので、より精度良く、自車線を走行する車両の台数および速度を検知できるという利点がある。その他の作用効果は、図１で説明した車両検知装置１とほぼ同じである。
【００５９】
上記実施の形態では、磁気センサを道路地中に設置した例で説明したが、磁気センサを設置する場所は道路地中に限らず、例えば、高架橋・橋梁部であればその裏側に、また、ガントリー上であれば、車両の上方となるガントリーの渡し部に設置してもよい。また、本発明が適用される道路として、片側２車線の例で説明したが、本発明は、いかなる車線を有する道路にも適用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のごとき優れた効果を発揮する。
【００６１】
（１）隣接する車線の影響を除去して検知したい車両が走行する車線を確実に決定でき、その車線のみを走行する車両を検知できる。
【００６２】
（２）車両検知精度が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すブロック図である。
【図２】磁気センサの設置の一例を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）は、車両による磁気分布を示す正面側の説明図である。図３（ｂ）は、車両による磁気分布を示す側面側の説明図である。
【図４】図４（ａ）は、車両の仮想磁石による磁気強度を示す正面側の説明図である。図４（ｂ）は、車両の仮想磁石による磁気強度を示す側面側の説明図である。
【図５】センサ出力信号の波形図である。
【図６】本発明に係る演算装置の微分出力信号の波形図である。
【図７】本発明に係る演算装置の演算出力信号の波形図である。
【図８】比較例における演算装置の演算出力信号の波形図である。
【図９】磁気センサの設置の一例を示す平面図である。
【図１０】第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１車両検知装置
２磁気センサ
３演算装置
４判定装置
５微分回路
６整流回路

Claims

道路地中または橋梁裏側、もしくはガントリー上に設置され、走行する車両による磁気の変化を計測すると共に、隣接する車線の影響を除去して予め決められた車線を走行する車両を検知する車両検知装置において、
検知したい車線の道路地中または橋梁裏側、もしくはガントリー上に設置された磁気センサと、
磁気センサの出力を微分し整流する演算装置と、
その演算装置の演算出力が、検知したい車線を車両が通過したときの出力より小さく隣接車線を車両が通過したときの出力より大きい値に予め設定した閾値以上のときパルスを出力する判定装置とを備えたことを特徴とする車両検知装置。
少なくとも磁気センサを、車線の走行方向に一定間隔をおいてそれぞれ設け、判定装置が出力するパルスの時間差を演算して速度を求める速度演算装置を備えた請求項１記載の車両検知装置。
判定装置が出力するパルスの時間差を演算して速度を求めると共に、求めた速度を判定装置にフィードバックする速度演算装置を備え、フィードバックされた速度に対応させて閾値を変化させる請求項２記載の車両検知装置。