JP4615762B2

JP4615762B2 - 移動体検知システム

Info

Publication number: JP4615762B2
Application number: JP2001154342A
Authority: JP
Inventors: 宏明田中
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: JP2002350103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサによって移動体の接近距離を検知する移動体検知システムに関し、特に、危険区域や進入禁止区域を監視する場所などで使用され、車両などの移動体が特定の区域内に接近したり進入したりしたか否かを検知・監視する移動体検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、磁気に感応する金属部分を有したり磁束を発生する物体を敷設した車両などの移動体を検知する金属探知システム、つまり移動体検知システムが広く知られている。ここでは、移動体を車両として、車両の進入状態を検知する車両検知システムについて述べることにする。図５は、従来から用いられている車両検知システムの概略構成図である。この車両検知システムは、磁束を発生する車両２１があるエリア内に進入すると、車両２１からの磁気を検知装置２２の磁気センサ（図示せず）が検知し、その検知情報が有線によって管理所２３へ送信される。管理所２３においては、車両の検知情報が変換装置２４によってアナログ／デジタル変換された後、パソコン２５によって所定の演算処理が行われてパソコン２５上の画面に表示される。これにより、管理所２３において、車両２１が所定のエリアに侵入したか否かの侵入状況を確認することができる。
【０００３】
図６は、図５に示す検知装置の内部構成を示すブロック図である。この検知装置２２は、磁気センサ３２とアンプ３３からなるセンサブロック３１と、コンパレータ３５とＣＰＵ３６からなる信号処理ブロック３４と、送信ブロック３７を構成する増幅回路３８とによって構成されている。このような検知装置２２において、センサブロック３１の磁気センサ３２が車両からの磁気を検出すると、その検出値はアンプ３３によって増幅される。さらに、増幅された検出信号は、信号処理ブロック３４のコンパレータ３５によってあるレベル以上であるかどうかが比較されＣＰＵ３６によって演算処理される。ここで磁気の検出信号があるレベル以上であることは、車両が所定のエリア内にあることを意味する。そして、ＣＰＵ３６によって演算処理されたデータは送信ブロック３７の増幅回路３８によって増幅された後、有線によって管理所２３ヘ出力される。これによって、管理所２３では、どのエリアに車両等が進入したかをパソコンの画面などによって確認することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の車両検知システムでは、磁気センサが、１軸方向の磁束を検知するセンサ、つまり、所定の直線方向（例えば、車両の走行方向と平行な方向）における磁束を検知するセンサであるので、磁気を発生する車両が所定のエリア内に進入したか否かを検知することはできるが、車両がどのくらい近づいているのかなどの距離的な接近度合いを測ることはできない。すなわち、車両が危険区域や進入禁止区域に近付いてくるときに、事前に接近距離を観測することができないので、車両がこれらの区域内に入ることを未然に防止することはできない。つまり、車両の走行方向の１軸のみを検知する磁気センサでは、車両の接近距離を正確に測定することができない。
【０００５】
尚、特開平１１−２３２０９号公報などに、車両に水平磁気センサと垂直磁気センサとを備えていて、車両の走行方向と車両の垂直方向の２軸の磁束によって、地下に埋設されている磁性体の種別を弁別して検知する磁気センサが開示されている。この技術は、路面に対して垂直方向のみに磁束を出す磁気標識体と、あらゆる方向に磁束を出す継ぎ手鋼管などの磁性体構造物とが走行路に埋設されているとき、車両に搭載されている水平、垂直の２軸を検知する磁気センサによって磁気標識体と継ぎ手鋼管とを識別するセンサに関するものであり、車両が磁気標識体の真上を通過したとき垂直磁気センサはピーク値を示すが、水平磁気センサの値はゼロである。一方、車両が継ぎ手鋼管などの上を通過するときは、水平磁気センサ、垂直磁気センサ共に接近距離に応じた磁束の変化を示す。このような特性の相違を利用すれば、車両が磁気標識体の上を通過したのか、継ぎ手鋼管などの磁性体構造物の上を通過したかを識別することができる。しかし、この公報に開示された２軸検知の磁気センサ（つまり、水平磁気センサと垂直磁気センサ）の技術をもって車両の接近距離の測定に応用することはできない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の方向の磁束を検知する磁気センサを用いることによって、車両の接近距離を正確に検出できるようにし、車両が所定のエリアに近付いてきたことを監視できるような移動体検知システムを提供することにある。また、本発明の別な目的は、磁気センサの消費電力を低く抑えた移動体検知システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の移動体検知システムは、移動体を磁気センサによって検知する移動体検知システムであって、前記移動体の走行方向に平行な方向において前記移動体の接近を検知する第１の磁気センサと、前記移動体の走行方向に垂直な方向において前記移動体の接近を検知する第２の磁気センサと、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとの検出値に基づいて、前記移動体の接近距離を算出する算出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
なお、本発明の実施の形態においては、磁束を発生する移動体の接近距離を磁気センサによって検知し、検知された接近距離の情報を無線で受信して表示させる移動体検知システムであって、磁気センサは、移動体の走行方向に平行な磁束を検知する水平磁気センサと、移動体の走行方向に垂直な磁束を検知する垂直磁気センサとから成り、水平磁気センサが検知した磁束の値と垂直磁気センサが検知した磁束の値との絶対値ベクトル和に基づいて、移動体の接近距離を算出して表示させることを特徴とする移動体検知システムが開示されている。
【０００９】
本発明の移動体検知システムによれば、車両の走行方向と平行な方向の磁束を検知する第１の磁気センサ（水平磁気センサ）と、車両の走行方向と垂直な方向の磁束を検知する第２の磁気センサ（垂直磁気センサ）とを用いて、両者の磁束をベクトル演算することにより、車両の接近距離を正確に求めることができる。これによって、車両が特定区域へ進入する前に未然に侵入状況を監視することができる。また、車両の接近情報は無線によって管理者のパソコンなどの画面に表示されるので、無線の伝搬する場所ならどのような場所でも使用することができる。
【００１０】
尚、磁気センサによる磁束の検出を上記のようにＸ軸とＹ軸の二次元測定ではなく、磁気センサの検出軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸にすれば、車両や三次元空間を飛行する物体の接近距離をより正確に検出して、特定区域への侵入状況を判定することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記移動体が発する振動によって前記移動体の接近状態を検知する振動センサを備え、前記振動センサの検出値に基づいて、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとを作動させることを特徴とする。
【００１２】
実施の形態においては、移動体が発する振動によって移動体の接近状態を検知する振動センサを備え、この振動センサが所定レベル以上の振動値を検出したとき、水平磁気センサと垂直磁気センサとを作動させることを特徴とする移動体検知システムが開示されている。
【００１３】
本発明の移動体検知システムによれば、予め、消費電力の少ない振動センサのみに電力を供給して車両の接近状況を監視している。そして、振動センサが検出した振動値が所定のレベルより大きくなったとき、つまり車両が所定の距離より近付いてきたとき、始めて、二次電池から消費電力の大きい水平磁気センサと垂直磁気センサへ電力を供給してこれらの磁気センサを駆動させて、車両の接近距離を正確に測定している。これによって、二次電池の消費電力を低く抑えながら正確に車両の接近距離を検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明における移動体検知システムを車両検知システムに適用して、その実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明における車両検知システムの概略構成図である。この車両検知システムは、磁束を発生する車両１があるエリアに近付くと、車両１からの磁気を検知装置２の磁気センサ（図示せず）が検知し、その検知情報が無線によってアンテナ５へ送信され、管理所３にて受信される。このとき、検知装置２は、車両１の走行方向に平行な磁束を検知する水平磁気センサと、車両１の走行方向に垂直な磁束を検知する垂直磁気センサとを備えているので、両者の磁束の絶対値ベクトル和によって検知装置２から車両１までの距離を算出することができ、その距離情報を無線にて管理所３へ送信する。
【００１５】
すなわち、検知装置２から車両１までの距離情報は、検知装置２から無線によってアンテナ５に送信され、管理所３の無線装置４によって受信された後、パソコン６によって所定の演算処理が行われてパソコン６上の画面に表示される。これによって、車両１がエリアにどの程度の距離まで近付いたかを管理所３において確認することができる。
【００１６】
このとき、如何なる場所においても車両１の進入検知ができるようにするため、磁気センサの組み込まれている検知装置２は、管理所３へ無線電波を送信するためにの無線機能を備えると共に、外部電源のない場所でも動作するように二次電池を組み込んでいる。したがって、検知装置２は、管理所３へ無線が届く範囲内であればどこにでも設置することができる。
【００１７】
また、二次電池の消耗を少なくするために、検知装置２全体の消費電流を小さくする必要があるので、検知装置２は、磁気センサと振動センサ(つまり、加速度を検知するセンサ)とを併用した検知方式を採用している。すなわち、振動センサは、地表を伝搬する表面振動などを機械的に検知するセンサであり、電波を送受信するセンサのような電気信号の送受信機能は不要となる。したがって、振動センサは信号を送受信するための電力が要らなくなるので、磁気センサなどに比べて消費電力が小さくて済む。このように、磁気センサよりも消費電流の小さい振動センサを用いて車両の接近状況を常に監視し、振動センサが振動を検知した段階で（つまり、車両がある程度接近した段階で）磁気センサを作動させることにより、検知装置２を低消費電流化することができる。
【００１８】
尚、振動センサを用いて車両の接近状態を検知する技術は、例えば、特開平６−２８１４００号公報などに開示されている。この技術は、振動センサが、車両などから地表を伝搬する表面振動を検知して車両などが目標物に未来会合することを予測するものである。また、振動センサにより低消費電流化されることも報告されている。しかし、本発明のように、振動センサと磁気センサとを併用して低消費電流化しながら車両の接近距離を検知する技術に展開することはできない。
【００１９】
図２は、図１に示す検知装置の内部構成を示すブロック図である。この検知装置２は、車両の接近情報を検知するセンサブロック７と、センサブロック７からの接近情報を信号処理する信号処理ブロック１４と、信号処理ブロック１４から受信した接近情報を無線によって管理所３へ送信するための送信ブロック１７と、検知装置２の各部分に電力を供給する電源ブロック１９とによって構成されている。
【００２０】
センサブロック７は、車両の走行方向と平行な方向（以下、Ｘ軸とする）の磁束を検知する水平磁気センサ８及び水平磁気センサ８の信号を増幅するアンプ９と、車両の走行方向と垂直な方向（以下、Ｙ軸とする）の磁束を検知する垂直磁気センサ１０及び垂直磁気センサ１０の信号を増幅するアンプ１１と、車両から地表を伝搬してくる表面振動を検知する振動センサ１２及び振動センサ１２の信号を増幅するアンプ１３とによって構成されている。また、信号処理ブロック１４は、水平磁気センサ８や垂直磁気センサ１０や振動センサ１２からの信号をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄコンバータ１５と、Ａ／Ｄコンバータ１５からの信号を演算処理するＣＰＵ１６とによって構成されている、さらに、送信ブロック１７は、ＣＰＵ１６から受信した車両の距離情報を無線信号にしてアンテナ５を通して管理所３へ無線電波を送信するためのＴｘ回路１８を備えている。
【００２１】
さらに、本発明の検知装置２は、外部から電源を取り込むことのできない場所においても設置できるように、電源ブロック１９に二次電池２０を備えている。二次電池２０は、センサブロック７と信号処理ブロック１４と送信ブロック１７へ電力を供給しているが、センサブロック７内の各装置のうち、常に電力を供給しているのは、消費電力の少ない振動センサ１２とそのアンプ１３のみであり、水平磁気センサ８及びそのアンプ９と垂直磁気センサ１０及びそのアンプ１１へは、車両が所定の距離以内に接近してきたときにのみ、振動センサ１２の検出信号に基づいて、電力を供給することができるようになっている。したがって、二次電池２０の消費電力は低く押さえられるように構成されている。尚、特に図示していないが、二次電池２０は必要に応じて外部電源から適宜充電できるようになっている。
【００２２】
次に、図２に示すように構成された検知装置２の動作について説明する。検知装置２は、無線によって管理所３へ電波を送信できると共に二次電池２０を備えているので、管理所３に無線が届く所であれば何処でも設置することができる。そして、設置された検知装置２は、二次電池２０によって、振動センサ１２及びそのアンプ１３と信号処理ブロック１４とＴｘ回路１８とに電力が供給されている。今、車両が検知装置２に接近して振動センサ１２が地表の振動を検知すると、この振動信号はアンプ１３によって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１５によってアナログ信号からデジタル信号に変換されてＣＰＵ１６によって所定の演算処理が行われる。さらに、演算処理された信号はＣＰＵ１６からＴｘ回路１８に送信され、Ｔｘ回路１８が、アンテナ５を通して、車両の接近情報を無線によって管理所３へ送信する。
【００２３】
ここで、振動センサ１２の振動レベルが所定の値より大きいとき、つまり、車両の接近距離が所定の距離より近いときは、二次電池２０から水平磁気センサ８及びそのアンプ９と垂直磁気センサ１０及びそのアンプ１１へ電力が供給される。これによって、水平磁気センサ８と垂直磁気センサ１０が動作を開始し、車両からの水平方向の磁束（Ｘ軸磁束）及び垂直方向の磁束（Ｙ軸磁束）の検出が開始される。つまり、従来は、磁気センサは磁束の検出を1軸（Ｘ軸）のみで行なっており、車両が接近していることは検知できたが、車両がどのくらいの距離まで近づいているのかは分からなかつた。ところが、この実施の形態の検知装置２では、磁気センサの磁束検出をＸ軸、Ｙ軸の２軸で行っているので、車両の接近距離を測定することができる。
【００２４】
つまり、水平方向の磁束（Ｘ軸磁束）はアンプ９で増幅され、垂直方向の磁束（Ｙ軸磁束）はアンプ１１で増幅されて、それぞれ、Ａ／Ｄコンバータ１５に送信されてデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１６によってベクトル演算されて車両の接近距離が求められる。ここで、水平磁気センサ８の検出したＸ軸磁束の大きさをＢｘとし、垂直磁気センサ１０の検出したＹ軸磁束の大きさをＢｙとして、それぞれの磁束の値の絶対値ベクトル和をＢｚとすると、絶対値ベクトル和Ｂｚは次の式（１）のようになる。
【００２５】
Ｂｚ＝（Ｂｘ²＋Ｂｙ²）^1/2 （１）
【００２６】
ＣＰＵ１６が、式（１）で求められた磁束の絶対値ベクトル和により、車両と磁気センサ（つまり検知装置２）の間の距離を算出して、この距離情報を無線ブロック１７のＴｘ回路１８に送信すると、この距離情報は無線によって管理所３へ送信されるので、管理所３のパソコンなどのディスプレイでは車両の接近距離を数ｍ単位で表示することができる。
【００２７】
尚、初期設定として、本実施の形態では、予め車両の接近距離と、その車両が発する磁束によって磁気センサが検出する磁束検出値との相関関係を測定して、それそれの距離による磁束検出値をパラメータとして設定しておくようにしている。図３は、図２の検出装置が検出する磁束検出値と車両の接近距離との相関関係を示すグラフである。図３において、横軸は車両の接近距離（つまり、車両と検知装置との間の距離）をメートル単位で示し、縦軸は磁束検出値をマイクロテスラ（Ｗｂ/ｍ²）単位で示している。このグラフは、水平磁気センサ８の検出したＸ軸磁束の大きさＢｘと、垂直磁気センサ１０の検出したＹ軸磁束の大きさＢｙと、それぞれの磁束の値Ｂｘ、Ｂｙの絶対値ベクトル和の大きさＢｚとを示している。
【００２８】
図３のグラフから、例えば、水平磁気センサ８によって検出されたＸ軸磁束の大きさをＢｘと、垂直磁気センサ１０によって検出されたＹ軸磁束の大きさＢｙとから演算された絶対値ベクトル和Ｂｚが４テスラのときは車両の接近距離は約３．２５ｍであり、絶対値ベクトル和Ｂｚが８テスラのときは車両の接近距離は約２ｍ、絶対値ベクトル和Ｂｚが１０テスラであれば車両は約０．５ｍ以内に接近してきていると判定することができる。
【００２９】
図４は、図２に示す検知装置の検出動作の流れを示すフローチャートである。先ず、電源ブロック１９により二次電池２０の電源が投入されると（ステップＳ１）、この電源は振動センサ１２の検出系統にのみ供給されるので振動センサ１２の駆動が開始される（ステップＳ２）。そして、車両が接近してきて振動センサ１２が地表を伝搬する振動を検出すると（ステップＳ３）、その振動値は予め設定した設定レベル以上か否かが判定される（ステップＳ４）。ここで、振動値が設定レベル以下であれば（ステップＳ４，Ｎ）、未だ車両はそれ程接近していないので、振動値が設定レベルになるまで判定を継続する。
【００３０】
一方、振動値が設定レベル以上であれば（ステップＳ４，Ｙ）、このとき始めて、二次電池２０から水平磁気センサ８の系統及び垂直磁気センサ１０の系統へ電力が供給される。これによって、水平磁気センサ８及び垂直磁気センサ１０が駆動され（ステップＳ５）、車両から発する磁気によって水平磁束（Ｘ軸磁束）Ｂｘ及び垂直磁束（Ｙ軸磁束）Ｂｙが検出される（ステップＳ６）。そして、水平磁束（Ｘ軸磁束）Ｂｘと垂直磁束（Ｙ軸磁束）Ｂｙとによって磁束の絶対値ベクトル和Ｂｚが演算され、図３に示すような車両の距離と磁束検出値との特性テーブルによって、車両の接近距離（車両と検知装置との間の距離）が求められる。
【００３１】
そして、磁束検出値より求められた車両の接近距離が、予め定められた基準値以内か否かが判定される（ステップＳ７）。ここで、車両の接近距離が所定値以内であれば（ステップＳ７，Ｙ）、その車両は危険区域や進入禁止区域に近付いてきているので、車両の接近距離の情報が管理所へ無線によって送信される（ステップＳ８）。これによって、管理者は、管理所のパソコンなどに表示された距離情報によって、車両が危険区域や進入禁止区域に侵入する前にその動向を事前にキャッチして適切な処置を行うことができる。尚、ステップＳ７において、磁束検出値より求められた車両の接近距離が、予め定められた基準値以内でなければ、再度、振動センサ１２に振動があるか否かを判断し（ステップＳ９）、振動がなければ（ステップＳ９，Ｎ）、車両は未だ所定の距離まで近付いていないので振動の検知を継続する。一方、振動センサ１２で振動が検知されれば（ステップＳ９，Ｙ）、再び、ステップＳ７で車両の接近距離は基準値以内か否かの判定を行う。
【００３２】
このように、本発明の車両検知システムによれば、磁束を発生する車両などの接近を検知する検知装置は、車両の走行方向と平行な方向（Ｘ軸）の磁束を検知する水平磁気センサと、車両の走行方向と垂直な方向（Ｙ軸）の磁束を検知する垂直磁気センサとを備えている。そして、これらの磁気センサが検出したＸ軸とＹ軸の２軸の磁束検出値によって磁束の絶対値ベクトル和が演算される。さらに、磁束の絶対値ベクトル和から車両の接近距離が求められる。このようにして求められた車両の距離情報は無線信号によって管理所に送信され、パソコンなどの画面に表示される。これによって、管理者は車両の侵入状況を監視して特定区域への侵入を未然に防止することができる。
【００３３】
また、本発明の車両検知システムによれば、検知装置が消費電力の少ない振動センサを備えていて、予め、この振動センサのみに電力を供給して車両の接近状況を地上を伝搬する振動によって検出している。そして、振動センサの検出した振動値が所定の値より大きくなったとき、つまり車両が所定の距離より近付いてきたとき、始めて、二次電池から消費電力の大きい水平磁気センサと垂直磁気センサへ電力を供給してこれらの磁気センサを駆動させて、正確に車両の接近距離を測定している。これによって、二次電池の消費電力を低く抑えながら正確に車両の接近距離を検出することができる。また、振動センサや各磁気センサが検出した測定データは無線によって管理所へ送信され、送信されたデータによってパソコンが車両の接近距離情報を算出して表示するので、本発明の車両検知システムは、電波の送受信できる地域ならどのような場所でも使用することができる。
【００３４】
以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記の実施の形態のように磁気センサによってＸ軸とＹ軸の２軸によって磁束を検知するのではなく、さらに、磁気センサの検出軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸にすれば、車両や三次元空間を飛行する物体の接近距離をより正確に検出して、特定区域への侵入状況を判定することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両検知システムによれば、車両の走行方向と平行な方向の磁束を検知する水平磁気センサと、車両の走行方向と垂直な方向の磁束を検知する垂直磁気センサとを用いて、車両の接近距離を正確に求めることができる。これによって、車両が特定区域へ侵入する前に未然に侵入状況を監視することができる。また、車両の接近情報は無線によって管理者のパソコンなどの画面に表示されるので、無線の伝搬する場所ならどのような場所でも本発明の車両検知システムを適用することができる。
【００３６】
さらに、本発明の車両検知システムは、消費電量の少ない振動センサを備えて、予め、この振動センサのみの動作によって車両の接近状態を監視し、車両が接近してきたら消費電力の比較的大きい水平磁気センサと垂直磁気センサとを動作させて、正確に車両の接近距離を算出している。これによって、二次電池の消費電力を低く抑えることができるので、比較的長時間に亘って車両検知システムを連続使用することができる。例えば、本発明の車両検知システムを、立ち入り禁止区域の境界線に沿って一定間隔で配備すれば、国境付近や機密区域の不審車両の検出などに適用して不審車両の侵入を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における車両検知システムの概略構成図である。
【図２】図１に示す検知装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２の検出装置が検出する磁束検出値と車両の接近距離との相関関係を示すグラフである。
【図４】図２に示す検知装置の検出動作の流れを示すフローチャートである。
【図５】従来から用いられている車両検知システムの概略構成図である。
【図６】図５に示す検知装置の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２１車両、２、２２検知装置、３、２３管理所、４無線装置、５アンテナ、６、２５パソコン、７、３１センサブロック、８水平磁気センサ、９、１１、１３、３３アンプ、１０垂直磁気センサ、１２振動センサ、１４、３４信号処理ブロック、１５Ａ／Ｄコンバータ、１６、３６ＣＰＵ、１７、３７送信ブロック、１８Ｔｘ回路、１９電源ブロック、２０二次電池、２４変換装置、３２磁気センサ、３５コンパレータ、３８増幅回路。

Claims

移動体を磁気センサによって検知する移動体検知システムであって、
前記移動体の走行方向に平行な方向において前記移動体の接近を検知する第１の磁気センサと、
前記移動体の走行方向に垂直な方向において前記移動体の接近を検知する第２の磁気センサと、
前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとの検出値に基づいて、前記移動体の接近距離を算出する算出手段と、
前記移動体が発する振動によって前記移動体の接近状態を検知する振動センサを備え、
前記振動センサの検出値に基づいて、前記第１の磁気センサと前記第２の磁気センサとを作動させることを特徴とする移動体検知システム。