JP3875871B2

JP3875871B2 - 車両検知装置

Info

Publication number: JP3875871B2
Application number: JP2001329723A
Authority: JP
Inventors: 幸雄池田; 淳平宮崎; 秀一砂原
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003132487A

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、車両が通過した車線が判別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。このような磁界感応型の車両検知装置が、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。
【０００３】
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磁場変化検出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。
【０００４】
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。
【０００５】
【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。
【０００６】
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。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、車両が通過した車線が判別できる車両検知装置を提供することにある。
【０００８】
【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を磁気センサにより検知する車両検知装置において、路面に対し道路長手方向に対して垂直な平面に沿って角度をなした一方向に感度軸を有する第１の磁気センサと、路面に対し道路長手方向に対して垂直な平面に沿って角度をなした一方向に感度軸を有し前記第１の磁気センサと異なる方向に感度軸を向けた第２の磁気センサと、前記第１の磁気センサの信号および前記第２の磁気センサの信号を振幅閾値と比較し、前記第１の磁気センサの信号と前記第２の磁気センサの信号との比を比率閾値と比較し、その比較結果から車両が通過した車線を判定し、その判定結果を信号として出力する演算装置と、からなるものである。
【０００９】
前記第１、第２の磁気センサを道路長手方向に距離を隔てて配置してもよい。
【００１０】
【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。
【００１１】
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２つの磁気センサ１ａ，１ｂ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１ａ，１ｂ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。
【００１２】
磁気センサ１ａ，１ｂ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１ａ，１ｂを道路上空に設置することもできる。
【００１３】
各磁気センサ１ａ，１ｂは、一方向に感度軸を有するものである。各磁気センサ１ａ，１ｂの感度軸が互いに異なる方向に向くようそれぞれの磁気センサ１ａ，１ｂを設置する。例えば、磁気センサ１ａの感度軸を路面に対して角度φａとし、磁気センサ１ｂの感度軸を路面に対して角度φｂとする。この実施形態では、道路長手方向をｘ軸、道路幅方向をｙ軸、路面に対して垂直な方向をｚ軸としたとき、各磁気センサ１ａ，１ｂの感度軸がｙ軸とｚ軸とで作る平面（ｘ軸に対して垂直な平面）に沿うものとする。この場合、各磁気センサ１ａ，１ｂの感度軸はｙ軸に対して角度φａ，φｂをなすことになる。これにより、各磁気センサ１ａ，１ｂは、車両がもたらした磁場の角度φａ，φｂにおける振幅を電気信号にして出力することになる。この信号を車両信号と呼ぶ。
【００１４】
図２に示されるように、各磁気センサ１ａ，１ｂから出力された車両信号Ｉ１，Ｉ２は、演算装置２に入力される。演算装置２は、これらの車両信号Ｉ１，Ｉ２を用いて、
【００１５】
【数１】

【００１６】
を演算し、その結果である信号Ｒを演算装置３に出力する。演算装置３には、各磁気センサ１ａ，１ｂからの車両信号Ｉ１，Ｉ２も入力される。演算装置３は、これら振幅を表す車両信号Ｉ１，Ｉ２及び比率を表す信号Ｒに対して予め定められた振幅閾値及び比率閾値を適用し、その比較結果に基づいて磁気センサ１ａ，１ｂで捉えた磁場変化が特定車線を走行する車両によるものかどうかを判定し、その判定結果を特定車両信号としてアナログ電圧信号、デジタル信号、又は接点信号の形態で出力する。
【００１７】
このような車両検知装置を設置した道路を車両が通行する場合の動作及びその原理を以下に説明する。
【００１８】
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ため等価的に磁化している場合と同等の影響を周囲磁場に与える。車両が磁化した場合の磁気分布の一例を図３に示す。図示のように、車両４を正面から見ると、磁力線５は車両４の上下左右の略中心位置にある磁気中心から放射状に外側へ延びている。車両４を横から見ると、車両４の上半分では前部から出た磁力線５が車両４上の空間を通り後部に戻っており、車両４の下半分では前部から出た磁力線５が車両下の地中を通り後部に戻っている。尚、磁化の強さは、車両４の磁性体含有量や磁化の履歴により、車両４の寸法や車種によらない。
【００１９】
図３のように磁化された車両４による周囲の磁場変化の角度は、この車両４の周囲に他の磁性体がなければ、幾何的に与えられる。車両４の磁気中心から路面下に埋設された磁気センサ１までの高さをＨｍ、横方向の距離をＤｍとすると、磁気センサ１の位置での磁場変化の角度θ（以下、車両信号角と呼ぶ）は、
【００２０】
【数２】

【００２１】
となる。
【００２２】
高さＨｍを１．５ｍとしたときの横方向距離Ｄｍと車両信号角θとの関係を図４に示す。図示のように、車両の磁気中心が磁気センサ１の直上にあるとき、車両信号角θは９０°（ここではｙ軸を０°とする）である。これは図１で考えると検知対象車線の車両４ａが磁気センサ１ａ，１ｂの埋設点を通過するときの場合に相当する。隣接車線の車両４ｂが磁気センサ１ａ，１ｂの埋設点を通過するときの場合は、図４で横方向距離Ｄｍを３．５ｍとすると車両信号角θが２３°であることが分かる。
【００２３】
このように、高さＨｍを一定とすれば、磁気センサ１に対する車両４の道路幅方向（図１のｙ軸）の距離により車両信号角θが決まる。
【００２４】
次に、磁気センサ１ａ，１ｂの感度軸の角度φａ，φｂが異なるときの、車両信号角θの違いによる磁気センサ１ａ，１ｂの出力の違いについて説明する。
【００２５】
車両４による磁気変化（磁場強度変化）の振幅をＩ₀ 、車両信号角をθとし、磁気センサ１の感度軸がｘ軸回りになしている角度（以下、設置角と呼ぶ）をφとすると、磁気センサ１の出力である車両信号Ｉは、
【００２６】
【数３】

【００２７】
となる。
【００２８】
車両信号角θを９０°及び２３°とした場合について、設置角φを変化させたときの、式（３）で導出される車両信号Ｉを図５に示す。図示のように、車両信号角θが異なると、設置角φ対車両信号Ｉの特性は異なるカーブを描く。
【００２９】
例えば、一方の磁気センサ１ａの設置角φａを１００°（ここではｙ軸を０°とする）とし、他方の磁気センサ１ｂの設置角φｂを８０°としたとする。このとき、車両信号角θが９０°の場合は、設置角φａが１００°の磁気センサ１ａが出力する車両信号Ｉ１は０．９８であり、設置角φｂが８０°の磁気センサ１ｂが出力する車両信号Ｉ２は０．９８である。即ち、検知対象車線の車両４ａが磁気センサ１ａ，１ｂの埋設点を通過するとき、２つの車両信号Ｉ１，Ｉ２はともに０．９８となる。
【００３０】
一方、車両信号角θが２３°の場合は、設置角φａが１００°の磁気センサ１ａが出力する車両信号Ｉ１は０．２２であり、設置角φｂが８０°の磁気センサ１ｂが出力する車両信号Ｉ２は０．５６である。即ち、隣接車線の車両４ｂが磁気センサ１ａ，１ｂの埋設点を通過するとき、車両信号Ｉ１は０．２２、車両信号Ｉ２は０．５６となる。
【００３１】
それぞれの車両４ａ，４ｂの場合について式（１）により信号Ｒを計算すると、車両４ａによる信号Ｒは約１．０となり、車両４ｂによる信号Ｒは２．５４となる。
【００３２】
このような原理で、車両信号Ｉ１，Ｉ２の比率を表す信号Ｒは、車両が走行する車線によって大きく異なるので、信号Ｒを予め定めた比率閾値と比較することによって、車両が通過した車線を判別することが可能になる。
【００３３】
さて、図１の車両検知装置において、車両が磁気センサ１ａ，１ｂの埋設点を通過するときの磁気の変化（磁場の変化）について説明する。各磁気センサ１ａ，１ｂは、感度軸の方向を異ならせて設置されている。磁気センサ埋設位置における車両による磁場の変化は走行車線によって異なると共に、同じ埋設位置に同じ磁場の変化が生じても磁気センサ設置角によって出力される車両信号の大きさが異なる。前述の原理により、車両信号の大きさの比を求めることによって、車両が走行する車線を判定することができる。そこで、例えば、信号Ｒについて比率閾値Ｒ₀ を定め、比率閾値Ｒ₀ よりも小さい信号Ｒが得られた車両信号は検知対象車線の車両４ａによるもの、比率閾値Ｒ₀ よりも大きい信号Ｒが得られた車両信号は隣接車線の対象外車両４ｂによるものと区別する。また、各車両信号Ｉ１，Ｉ２に対して振幅閾値も磁気センサ１ａ，１ｂのＳ／Ｎ比を考慮して十分な大きさに設定するとよい。例えば、車両信号Ｉ１，Ｉ２が振幅閾値を超えない場合は車線判定を採用しないといった処理があってもよい。
【００３４】
次に、車両通過時の各信号の波形を図６に示す。ここには、初めに検知対象車線を車両４ａが通過し、次に隣接車線を対象外車両４ｂが通過したときの波形が示されている。図６（ａ）に示されるように、磁気センサ１ａの埋設点を車両４ａ，４ｂが順に通過すると、車両信号Ｉ１は車両４ａのときには大きく変化し、車両４ｂのときには少ししか変化しない。また、図６（ｂ）に示されるように、磁気センサ１ｂの埋設点を車両４ａ，４ｂが順に通過すると、車両信号Ｉ２は車両４ａのときには大きく変化し、車両４ｂのときには少ししか変化しないが車両信号Ｉ１よりはやや大きい。従って、図６（ｃ）に示されるように、車両信号Ｉ１，Ｉ２の比率である信号Ｒは、車両４ａのときに比率閾値Ｒ₀ より値が小さく、車両４ｂのときに比率閾値Ｒ₀ より値が大きい。この結果、図６（ｄ）に示されるように、特定車両信号は信号Ｒが比率閾値Ｒ₀ より小さい車両４ａのときのみＯＮとなる。
【００３５】
このように本発明では、演算装置２にて各磁気センサ１ａ，１ｂから出力された車両信号Ｉ１，Ｉ２から各感度軸における磁場の強さの変化の比率である信号Ｒを求め、演算装置３にて信号Ｒと比率閾値Ｒ₀ との大小関係を求めることにより、磁場の変化が検知対象車線を走行する車両４ａによるものか、隣接車線を走行する車両４ｂによるものか判定する。このようにして、特定車線を走行する車両がもたらす磁気情報を特定車両信号に変換できる。
【００３６】
尚、図２に示した２つの磁気センサ１ａ，１ｂと演算装置２と演算装置３とを道路長手方向に所定の距離を隔ててそれぞれ設置し、各演算装置３の出力間の時間差と距離とから特定車線を走行する車両の速度を得ることができる。
【００３７】
また、図２に示した２つの磁気センサ１ａ，１ｂを道路長手方向に所定の距離を隔てて設置し、図示しない別の演算装置で車両信号Ｉ１，Ｉ２間の時間差と距離とから特定車線を走行する車両の速度を得ることができる。
【００３８】
本実施形態では、片道２車線道路の右側車線を検知対象としたが、片道・対向を問わず３車線以上の道路にも本発明は適用できることは勿論であると共に、どの車線でも検知対象とすることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４０】
（１）車線によって磁気センサと車両との位置関係に基づく車両信号角θが異なることを利用し、２つの磁気センサの感度軸の方向を異ならせ、車両信号角θによって車両信号Ｉ１，Ｉ２の比が変わるようにしたので、特定の車線を走行する車両を精度よく検知することができる。
【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】本発明の磁気センサ位置と磁力線分布とを示した車両正面及び横面の図である。
【図４】図３の配置における横方向距離Ｄｍと車両信号角θとの関係図である。
【図５】本発明における設置角φに対する車両信号Ｉの特性図である。
【図６】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。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ磁気センサ
２，３演算装置
４，４ａ，４ｂ車両

Claims

道路を通行する車両による磁気の変化を磁気センサにより検知する車両検知装置において、
路面に対し道路長手方向に対して垂直な平面に沿って角度をなした一方向に感度軸を有する第１の磁気センサと、
路面に対し道路長手方向に対して垂直な平面に沿って角度をなした一方向に感度軸を有し前記第１の磁気センサと異なる方向に感度軸を向けた第２の磁気センサと、
前記第１の磁気センサの信号および前記第２の磁気センサの信号をそれぞれ振幅閾値と比較し、前記第１の磁気センサの信号と前記第２の磁気センサの信号との比を比率閾値と比較し、その比較結果から車両が通過した車線を判定し、その判定結果を信号として出力する演算装置と、
からなることを特徴とする車両検知装置。
前記第１、第２の磁気センサを道路長手方向に距離を隔てて配置したことを特徴とする請求項１記載の車両検知装置。