JP3890405B2

JP3890405B2 - ミリ波センサを用いた車種判別方法及び装置

Info

Publication number: JP3890405B2
Application number: JP2002049145A
Authority: JP
Inventors: 全寿東野; 聡石井
Original assignee: National Institute for Land and Infrastructure Management
Current assignee: National Institute for Land and Infrastructure Management
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP2003248893A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミリ波センサを用いた車種判別方法及び装置、詳しくは道路上に設置し、道路の状況を観測するミリ波センサの信号処理により車種が大型・小型であるか否かの判別が可能な方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＦＭＣＷ（frequency-modulated continuous wave）方式を用いたミリ波センサによる信号処理は、▲１▼三角波変調を施した送信信号を用い、その受信信号からビート信号の生成、▲２▼送信信号の上昇区間と下降区間それぞれにフーリエ変換で周波数領域に変換、▲３▼上昇区間と下降区間の受信電力ピークのペアリングにより行われる。そして受信電力のピークを用い、それを用いて対象物（車両など）までの距離と速度を求めていたが、車両などの車長は計測できず、そのため車種判別もできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明は、前記のような従来の問題点を解決し、車両の車長を計測し、車種判別を行うことができるミリ波センサを用いた車種判別方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載のミリ波センサを用いた車種判別方法の発明は、道路に設置されたミリ波センサを用いる車種判別方法であって、三角波変調を施した送信信号を用い、その受信信号からビート信号の生成、送信信号の上昇区間と下降区間それぞれにフーリエ変換で電力・周波数座標に変換、上昇区間と下降区間の受信電力のピークのペアリングを行うとともに、その結果から求められる距離と速度から１台の車両と認識した同一グループ内にあるラベルが単数か複数かを判断し、ラベルが単数の場合にはそのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、これらの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において前記最大ピークの周波数値の直前および直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、ラベルが複数の場合にはそのグループ内の最小と最大距離のラベルを抽出し、該最小距離ラベル・最大距離ラベルのそれぞれのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該２つのラベルの最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて前記２つのラベルの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において最小距離ラベルのピークの周波数値の直前および最大距離ラベルのピークの直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、前記ラベルが単数又は複数のいずれの場合でも、求めた周波数差を式１により車長に変換して車種判別を行うことを特徴とする。請求項２に記載のミリ波センサを用いた車種判別方法の発明は、請求項１において、ミリ波センサの走査毎に車両を追跡し、その走査毎に求めた車長を時系列に蓄積し、この時系列に蓄積した車長から平均車長を求め、小型・大型の判別する車長でスライスし判別するか、もしくは走査毎のデータを小型・大型で判別し、小型・大型のヒストグラムを取り、最頻値をその車種として判別する。
【０００５】
請求項３に記載のミリ波センサを用いた車種判別装置の発明は、道路に設置されたミリ波センサを用いる車種判別装置であって、センサ部及びスキャン部と、このセンサ部及びスキャン部を用いて、三角波変調を施した送信信号を用い、その受信信号からビート信号の生成、送信信号の上昇区間と下降区間それぞれにフーリエ変換で電力・周波数座標に変換、上昇区間と下降区間の受信電力のピークのペアリングを行うとともに、その結果から求められる距離と速度から１台の車両と認識した同一グループ内にあるラベルが単数か複数かを判断し、ラベルが単数の場合にはそのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、これらの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において前記最大ピークの周波数値の直前および直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、ラベルが複数の場合にはそのグループ内の最小と最大距離のラベルを抽出し、該最小距離ラベル・最大距離ラベルのそれぞれのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該２つのラベルの最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて前記２つのラベルの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において最小距離ラベルのピークの周波数値の直前および最大距離ラベルのピークの直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、前記ラベルが単数又は複数のいずれの場合でも、求めた周波数差を式１により車長に変換して車種判別を行う制御・信号処理・検出処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図１はミリ波センサを用いた車種判別装置の構成例を示すブロック図であり、車種判別装置１はセンサ部２、スキャン（走査）部３、制御・信号処理・検出処理部４からなっている。センサ部２でミリ波信号を用いることにより上昇・下降区間のフーリエ変換（電力）結果（中間データ）および車両検出結果（距離・速度データ、ラベルデータ、車長データを含む。）を得る。図２車種判別装置１の設置例と、計測シーン及び得られるＦＭＣＷレーダのビート信号のフーリエ変換結果を示す。該図に示すようにセンサ部２及びスキャン部３は支柱５などに取り付けて設置され、道路を走行する車両などを計測する。
【０００７】
図３に基本の処理フローを示す。制御・信号処理・検出処理部４において、まず１台の車両と認識したグループのデータに距離データのラベルが単数か複数かを判断する（１−１）。大型の車両（トラック・バスなど）の車両検出結果のデータには距離・速度データのラベルが複数あることがある。そして、ラベルが単数の場合には最大電力ピーク位置を求める（１−２）。次に最大電力ピーク位置から受信電力の最大電力ピーク値とそのときの周波数を抽出する（１−３）。次に最大電力ピーク値から新たなスライスを生成する（１−４）。次にスライスと交差する周波数をピークが存在する周波数値の前後で求める（１−５）。次にその前後の周波数差を求める（１−６）。
【０００８】
一方、ラベルが複数の場合には最小と最大距離のラベルを抽出する（１−７）。次に最小距離ラベル・最大距離ラベルのそれぞれの最大電力ピーク位置を求める（１−８）。次にそれぞれの最大電力位置から受信電力の最大電力ピーク値とそのときの周波数を抽出する（１−９）。次に最大電力ピーク値から新たなスライスをそれぞれ生成する（１−１０）。次にスライスと交差する周波数を最小距離ラベルの最大電力ピークが存在する周波数値より小さい周波数領域で求め、また最大距離ラベルの最大電力ピークが存在する周波数値の大きい周波数領域で求める（１−１１）。次にその最小距離ラベルで求めた交差周波数と最大距離ラベルで求めた交差周波数の周波数差を求める（１−１２）。
【０００９】
次に前記１−６または１−１２で求めた周波数差を車長に変換する（１−１３）。次に走査毎に追跡し、その走査毎に求めた車長を時系列に蓄積する（１−１４）。次に時系列に蓄積した車長で車種判別を行う（１−１５）。
【００１０】
次に、制御・信号処理・検出処理部４において、車種判別を行う際の信号処理について説明する。この信号処理は大きく分けて１５の処理からなる。
（１−１）グループの距離ラベル数確認
入力データとしては上昇・下降区間のフーリエ変換（電力）結果（図１、図４）・車両検出結果（距離・速度データ、ラベルデータを含む。）（図５）である。まず図５に示すように車両検出結果のラベルデータが複数か単数かを調べる。なお、図５は図２の計測シーンでの大型車両と小型車両の車両検出結果を模式的に表した図であり、縦は距離ｄを表し、横は走査角度θを表す。また、図５は極座標で表しているが、直交座標でもかまわない。そして、ラベルデータが単数の場合は（１−２）へ（図３の１−２に対応。以下全て同様の対応）、複数の場合は（１−７）へ進む。
【００１１】
（１−２）グループの最大ピーク位置抽出
グループ内の距離・速度ラベルは１つであり、このなかの最大受信電力を示す計測点を抽出する。小型車両の例は図５のグループ１であり、同一ラベルの計測点から最大受信電力ＷＭ２を示す点Ｐ９の位置を抽出する。なお、距離・方向の次元での計測点の電力は上昇区間・下降区間でのペアになったピーク電力の平均、または上昇区間・下降区間の大きいほうのピーク電力値である。
【００１２】
（１−３）受信電力最大ピーク値抽出
１−２で求めた最大受信電力の計測点から、それに対応する受信電力最大ピーク値ＷＵ２，ＷＤ２を上昇・下降区間のフーリエ変換（電力）結果（図４）のＵ９，Ｄ９の位置から抽出する。
【００１３】
（１−４）スライス値作成
図６に概要を示す。サンプルする受信電力は対応する位置Ｕ９，Ｄ９の同一方向（θ）を使用する。図６に示すように１−３で得られたＷＵ２，ＷＤ２よりある関数ＴｈＵ２＝ｆ（ＷＵ２），ＴｈＤ２＝ｆ（ＷＤ２）で可変スライス値を生成する。関数は例えば、
Ｔｈ＝０．７×Ｗ
である。
【００１４】
（１−５）スライスと受信電力の交差周波数抽出
図６に示すようにスライス値を交差する受信電力の周波数値を前後で求める。なお、周波数値の精度を高めるため、離散している電力値の間を補間曲線で補完し、図８に示すように交差周波数を求める。
（１−６）交差周波数差抽出
１−５で求めた交差周波数の差ｆｄＵｐ１，ｆｄＤｏｗｎ１を図６に示すように抽出する。
（１−７）最小・最大距離ラベル抽出
１−１で１車両と認識されたデータのグループに距離・速度ラベルが複数ある場合、まず図５のようにラベルの平均もしくは重心の距離が最大のラベルと、最小のラベルを抽出する。
【００１５】
（１−８）最小・最大距離ラベルの最大ピーク位置抽出
最小および最大距離のラベルそれぞれに対して１−２と同様な処理を行う。例えば、図５のグループ０のＷＭ０，ＷＭ１である。
（１−９）最小・最大距離ラベルの受信電力最大ピーク値抽出
１−８で求めた最小・最大距離ラベルの最大受信電力の計測点から、それに対応する受信電力最大ピーク値ＷＵＯ，ＷＤＯとＷＵ１，ＷＤ１を上昇・下降区間のフーリエ変換（電力）結果（図４）のＵ５，Ｄ５とＵ２，Ｄ２の位置から抽出する。
【００１６】
（１−１０）スライス値作成
図７に概要を示す。受信電力は、最小距離ラベルに対応する位置Ｕ２，Ｄ２の同一方向（θ）と最大距離ラベルに対応する位置Ｕ５，Ｄ５の方向のそれぞれである。ただし、図７は内容を平易にするため、最小・最大距離の方向を同じとした。図７に示すように１−９で得られた最小距離ラベルのＷＵＯ，ＷＤＯよりある関数ＴｈＵｐＯ＝ｆ（ＷＵＯ），ＴｈＤｏｗｎＯ＝ｆ（ＷＤＯ）で小さい周波数の可変スライス値を生成する。同様に最大距離ラベルのＷＵ１，ＷＤ１よりある関数ＴｈＵｐ１＝ｆ（ＷＵ１），ＴｈＤｏｗｎ１＝ｆ（ＷＤ１）で大きい周波数の可変スライス値を生成する。
【００１７】
（１−１１）スライスと受信電力の交差周波数抽出
図７に示すようにスライス値を交差する受信電力の周波数値を求める。なお、周波数値の精度を高めるため、離散している電力値の間を補間曲線で補完し、図８に示すように交差周波数を求める。
【００１８】
（１−１２）交差周波数差抽出
１−１１で求めた、交差周波数の差ｆｄＵｐＯ，ｆｄＤｏｗｎＯを図７に示すように抽出する。
【００１９】
（１−１３）車長変換処理
周波数差ｆｄＵｐ*,ｆｄＤｏｗｎ*（＊：０，１）を用いて以下の式で車長Ｌ*（＊：０，１）に変換する。
Ｌ＝Ｃ（ｆｄＵｐ*＋ｆｄＤｏｗｎ*）／（８Δｆ×ｆｍ）
Ｃ：光速
Δf:三角波の変調幅
ｆｍ:三角波変調周波数
【００２０】
（１−１４）時系列処理
センサ部２はスキャン部３によって走査を行っている。走査毎に得られたデータで車両追跡を行っている。追跡データとして、この車長データを走査毎に蓄積する。
【００２１】
（１−１５）車種判別
追跡データの走査毎の車長を使って車種判別を行う。判別方法は走査毎の平均車長を求め、小型・大型の判別する車長でスライスし判別する方法、走査毎のデータを小型・大型の判別し、小型・大型のヒストグラムを取り、最頻値をその車種として判別する方法である。
【００２２】
尚、実施の形態では追跡データとしての車長データを走査毎に蓄積し、この蓄積した走査毎の平均車長から車種を判別するようにしたが、これは高い確度で判別するためであり、交差周波数の差の抽出から車長変換処理を行い、車種判別が可能であれば、必ずしもこのような蓄積データで判別する必要はないことは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１，２の発明によれば、従来のＦＭＣＷ方式を用いたミリ波センサではできなかった車種判別ができ、しかもリアルタイムの処理が可能となる。また請求項２の発明によれば、さらに高い確度での判別ができる。請求項３の発明によれば、請求項１，２に記載の車種判別方法をミリ波センサ部とスキャン部、制御・信号処理・検出処理部により簡便に実現することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態を示す、車種判別装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】計測シーン及び得られるＦＭＣＷ方式を用いたミリ波センサのビート信号のフーリエ変換結果を示す図面である。
【図３】基本的な処理フローを示す図面である。
【図４】ピーク抽出結果を示す図面で、（Ａ）は上昇区間、（Ｂ）は下降区間を示す。
【図５】車両検出結果および距離・速度計測結果を示す図面である。
【図６】ラベルが単数の場合の処理概要を示す図面である。
【図７】ラベルが複数の場合の処理概要を示す図面である。
【図８】交差周波数の精緻化を示す図面である。
【符号の説明】
１車種判別装置
２センサ部
３スキャン部
４制御・信号処理・検出処理部

Claims

道路に設置されたミリ波センサを用いる車種判別方法であって、
三角波変調を施した送信信号を用い、その受信信号からビート信号の生成、送信信号の上昇区間と下降区間それぞれにフーリエ変換で電力・周波数座標に変換、上昇区間と下降区間の受信電力のピークのペアリングを行うとともに、その結果から求められる距離と速度から１台の車両と認識した同一グループ内にあるラベルが単数か複数かを判断し、
ラベルが単数の場合にはそのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、これらの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において前記最大ピークの周波数値の直前および直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、
ラベルが複数の場合にはそのグループ内の最小と最大距離のラベルを抽出し、該最小距離ラベル・最大距離ラベルのそれぞれのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該２つのラベルの最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて前記２つのラベルの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において最小距離ラベルのピークの周波数値の直前および最大距離ラベルのピークの直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、
前記ラベルが単数又は複数のいずれの場合でも、求めた周波数差を式１により車長に変換して車種判別を行うことを特徴とするミリ波センサを用いた車種判別方法。
Ｌ＝Ｃ（ｆｄＵｐ*＋ｆｄＤｏｗｎ*）／（８Δｆ×ｆｍ）…式１
尚、ｆｄＵｐはそのグループでの変調の上昇区間の周波数差、ｆｄＤｏｗｎはそのグループでの変調の下降区間での周波数差、＊はグループ番号、Ｃは光速、Δfは三角波の変調幅、ｆｍは三角波変調周波数を表す。
ミリ波センサの走査毎に車両を追跡し、その走査毎に求めた車長を時系列に蓄積し、この時系列に蓄積した車長から平均車長を求め、小型・大型の判別する車長でスライスし判別するか、もしくは走査毎のデータを小型・大型で判別し、小型・大型のヒストグラムを取り、最頻値をその車種として判別する請求項１記載のミリ波センサを用いた車種判別方法。
道路に設置されたミリ波センサを用いる車種判別装置であって、
センサ部及びスキャン部と、
このセンサ部及びスキャン部を用いて、三角波変調を施した送信信号を用い、その受信信号からビート信号の生成、送信信号の上昇区間と下降区間それぞれにフーリエ変換で電力・周波数座標に変換、上昇区間と下降区間の受信電力のピークのペアリングを行うとともに、その結果から求められる距離と速度から１台の車両と認識した同一グループ内にあるラベルが単数か複数かを判断し、
ラベルが単数の場合にはそのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、これらの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において前記最大ピークの周波数値の直前および直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、
ラベルが複数の場合にはそのグループ内の最小と最大距離のラベルを抽出し、該最小距離ラベル・最大距離ラベルのそれぞれのラベル内の最大電力を示す最大ピークの角度（方向θ）・距離座標上の位置を抽出し、当該２つのラベルの最大ピークの電力・周波数座標上の最大電力値とそのときの周波数値を上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて抽出し、上昇区間及び下降区間のそれぞれにおいて前記２つのラベルの最大電力値から所定の関数を用いて新たな可変スライス値を生成し、上昇区間及び下降区間の電力・周波数座標上において最小距離ラベルのピークの周波数値の直前および最大距離ラベルのピークの直後でこの可変スライスと交差する２つの周波数値を抽出し、次にこの２つの周波数値の差を求め、
前記ラベルが単数又は複数のいずれの場合でも、求めた周波数差を式１により車長に変換して車種判別を行う制御・信号処理・検出処理部とを備えたことを特徴とするミリ波センサを用いた車種判別装置。
Ｌ＝Ｃ（ｆｄＵｐ*＋ｆｄＤｏｗｎ*）／（８Δｆ×ｆｍ）…式１
尚、ｆｄＵｐはそのグループでの変調の上昇区間の周波数差、ｆｄＤｏｗｎはそのグループでの変調の下降区間での周波数差、＊はグループ番号、Ｃは光速、Δfは三角波の変調幅、ｆｍは三角波変調周波数を表す。