JP5192429B2 - 交通流計測装置および交通流計測方法 - Google Patents
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Description
なお、「交通流」とは、道路上を走行していく車両などのことであり、車両などによって発生する様々な現象を流れとしてとらえようとする際に、その対象を「交通流」と呼ぶ。
また、「交通流計測」とは、通常は、車両の通行台数、速度、車間距離、各種の占有率などを計測することである。
また、「時間占有率」とは、ある地点において、車両がどのくらいの時間割合で存在していたかを表したものであり、全く交通のないところでは時間占有率は0%、1分(60秒)のうち、6秒だけ車両が存在した場合は、時間占有率は10%となる。
また、「車両あり」と判断される時間がどれだけ継続するかを、何周期分(超音波方式の車両感知器が定期的に送信する超音波の周期のいくつか分)にわたって連続して検出されることで、車両が感知器の下を通過するのに要する時間を判断していた。
この方式では、車両の大小を車両の高低で見わけて簡単に通過する車両の車種を決定したり、通過する車両の台数を計測することはできるが、車両の速度を計測することができないという問題があった。
(A)車両検知領域が固定であるため、動画像の処理周期でしか車両の存在の有無を知りえず、超音波式車両感知器の周期的にしか車両を感知できないという問題を解決できていない。
(B)車両の台数を計測することはできるが、車高や車長を計測できるわけではない。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による交通流計測装置の構成を概念的に示す図であり、図1は、実施の形態1における交通流計測の処理手順も示している。
図1において、101は撮像手段(映像取得手段であるカメラを含む)、102は車両端認識手段(車両端認識部)、103は路面位置換算手段(路面位置換算部)、104は車両認識手段(車両認識部)、105は速度算出手段(速度算出部)、106は通過車両台数認識手段(通過車両台数認識部)である。
また、図2は、撮像手段101の主たる構成要素であるカメラ10の設置状態を示す図である。
図2に示すように、本実施の形態では、従来の超音波方式の車両感知器に相当するセンサとして撮像手段であるカメラ10を使用し、カメラ10を道路上の通過車両を見渡せる位置に設置する。
カメラ10は、路面をまたぐように設けられた門型の構造物の上で、車両の通行区分の直上に設置するのが望ましいが、路側に設けられた直柱上またはF型柱によって、路側から道路上へ乗り出した位置への設置でもかまわない。
この状態で、カメラ10が撮影できる範囲をカメラ10の至近の地点から少し遠方まで見渡せるように、カメラの角度を設定する。つまり、センサ(即ち、カメラ10)直下を走行する車両が数秒間程度以上撮像できるように、カメラ10を設置する。
なお、図2において、11はカメラ10が設置される門型の構造物、12はカメラ10が撮像する車両、太い実線部分は、カメラ10から車両12が存在しているように見えている路面部分である。
撮像手段101は、車両12がカメラ10の直下を通過して、カメラ10の画角内に進入してくると、カメラ10によって車両12の映像を取得する。
撮像手段101による車両映像の取得は、動画像として連続的に行われるが、以下では取得された映像(即ち、画像)1枚ずつに対して行われる処理について説明する。
撮像手段101のカメラ10で取得された映像(画像)は、車両端認識手段(車両端認識部)102によって、見かけの車両前端(図2のF′)と見かけの車両後端(図2のE)の検出処理を行う。
なお、車両の前端あるいは後端は、車両の最も前方あるいは後方の端の位置であるべきであるので、厳密にそうなっていない場所については、「見かけの」という言葉で表現している。
図2において、“E”は見かけの車両後端であり、かつ路面上の点であるが、“F′”は見かけの車両前端で、“F”はそれが路面上の位置であったときの点である。
見かけの車両前端は、運転席上部の屋根の位置(図2のF′、図3のF2′)になったり、ボンネットの先端上部の位置(図3のF1′)になったりする。
なお、図3は、車両の形状によって、走行中の車両の「見かけの車両前端位置」が変化することを説明するための図である。
例えば、図3に示したような形状の車両では、カメラ10に近い位置を車両12が走行中は、ボンネット先端上部を「見かけの車両前端」と認識し、車両12がカメラ10から遠ざかるにつれて、ある位置から運転席上部の屋根の位置を「見かけの車両前端」と認識するようになる。
「見かけの車両後端」は、車両後部バンパの下端になるが、通常は車両の下影(即ち、空が明るい場合に、車両の下にできる「車両とほぼ同じ大きさの影」の領域)が路面上にあって、比較的容易に識別可能である。
従って、この位置(図2のE)が見かけの車両後端となる。
なお、見かけの車両前端と車両後端は、画像における座標として認識される。見かけの車両前端が存在する座標を前端座標と呼び、車両後端が存在する座標を後端座標と呼ぶ。
路面位置換算手段(路面位置換算部)103では、前端座標と後端座標を、それぞれ同じ座標に存在する路面上の位置である前端路面位置と後端路面位置に換算する。
路面上の位置は、カメラ10の設置地点からの距離が予め分かっており、交通流計測装置はカメラ10の設置地点からの距離により路面位置を処理する。
前端路面位置の軌跡を前端の軌跡と呼び、後端路面位置の軌跡を後端の軌跡と呼ぶ。
速度算出手段(速度算出部)105は、前端の軌跡の傾きから車両前端の見かけの速度(車両前端速度)を求め、後端の軌跡のから車両後端の見かけの速度(車両後端速度)を求める。
なお、軌跡が曲線の場合は、その接線の傾きから速度を求める。車両を前から撮影する場合は、車両前端速度の方が小さくなるので、車両前端速度または車両後端速度のどちらか小さい方から車両の速度を求める。車両の速度や車高などを求めない場合は、車両速度検出手段(速度算出部)105は、無くてもよい。
なお、車両認識手段(車両認識部)104は、異なる時点での画像から認識され換算された前端路面位置および後端路面位置について、同一車両のものであるかどうかを判断すればよく、図4のような軌跡をプロットしなくてもよい。
同一車両と判断するのは、ある時点の画像から認識され換算された前端路面位置(後端路面位置)と、その直前または所定時間内の画像からの前端路面位置(後端路面位置)とが所定の範囲内にある場合を同一車両と判断する。
所定の範囲の幅は、路面位置に応じて可変にするなどしてもよく、想定される見かけの速度に対して適切に決める。
また、所定の範囲の幅は、画像上での座標の変化に対して決めてもよい。
その場合でも、前端路面位置(後端路面位置)が所定の範囲にある場合を、同一車両と認識することになる。
カメラ10の直下は、画角外で見えない一般的なカメラ配置を想定している。
そのため、カメラ10に映る位置は、カメラ10の撮像範囲内となる地点(位置31)から遠方となる。
図4に示した線32、線34は、「見かけの車両前端」である前端路面位置の時間経過による変化をプロットした前端の軌跡である。
線33、線35は、「見かけの車両後端」のプロット結果である後端の軌跡である。
速度算出手段(速度算出部)104で算出される「見かけの速度」は、この線32、線33、線34、線35の傾きに相当する。
車両認識手段(車両認識部)104は、傾きが大きい線32とその後側(カメラに近い側)で隣接する傾きが小さい線33とを同一車両と認識する。そして、その後の大きい線34と傾きの小さい線35を、後を走行している他の車両のものと認識する。
なお、車間距離が極度に近い場合などで、前端または後端のどちらかが認識できない場合は、前端または後端だけでも1台の車両と認識する。
また、片端(前端または後端)が一時的に認識できない場合は、この片端が認識出来るときに同一車両と認識できる他端(片端が前端の場合は後端、後端の場合は前端)が同一のものは、同一車両と認識する。
図4では、2台分の「傾きの大きい線と傾きの小さい線の対」が確認できるので、2台の通過車両があったと認識されることとなる。
車両端認識手段102で車両の前端および後端を抽出する際に、前端と後端の間の画像から抽出した前端と後端が同一車両のものであるかどうかを認識し、後の処理で利用できるようにデータとして出力するようにしてもよい。
車両認識手段(車両認識部)104での車両の認識では、車両の持つ物理的な制約を利用してもよい。
例えば、傾きが急すぎて車両の高さの制約を超える前端の軌跡を無視する。前端の軌跡と後端の軌跡の間の距離から計算される車両の長さが制約を越える場合は、2台の車両として認識する。
また、図4では、説明を簡単にするために直線で表現したもので、必ずしも一定速度で走行している車両だけを対象にしているわけではないことはいうまでもない。
また、特開2000−163691号公報(特許文献2)に示された交通流計測装置では、車両検知領域が固定であるため、以下の課題がある。
(A)車両検知領域が固定であるため、動画像の処理周期でしか車両の存在の有無を知りえず、超音波式車両感知器の周期的にしか車両を感知できないという問題を解決できていない。
(B)車両の台数を計測することはできるが、車高や車長を計測できるわけではない。
検知ライン間の距離が例えば50mとすると、時速60kmの車両は3秒で通過する。
毎秒30コマの通常TV方式で画像を撮像すると、複数の検知ライン間を走行するのに要するコマ数は90コマ程度になる。実際の通過時間が同じであっても、撮像する時刻との関係でコマ数は変動する。
2個の検知ラインで1コマづつ合計で2コマの誤差が発生しうる。距離が50mで時速60kmの場合には、90コマに対する2コマすなわち2%程度の誤差が存在する。時速が早くなり、距離が短くなれば、誤差の割合は増大する。
また、車両の速度を測定する場合も、画像の解像度の精度で車両の前端と後端の位置を把握するので、速度の測定精度も向上する。
図5は、実施の形態2による交通流計測装置の構成を概念的に示す図であり、実施の形態2における交通流計測の処理手順も示している。
本実施の形態による交通流計測装置は、実施の形態1による交通流計測装置において、更に、速度算出手段(速度算出部)105の出力を、車高算出手段(車高算出部)107に出力するように構成したことである。
もともと、車両前端も車両後端も同一の車両を見ているものであるので、本来の速度は同一である。
車両前端の速度が車両後端の速度よりも速い理由は、「見かけの車両前端」の本当の位置が、ボンネットの先端であったり運転席の屋根の先端であったりして、実際には路面からの高さがあるにもかかわらず、これを無視したことに原因がある。
tc=h(1−v/vc)
ここで、tcは見かけの車両前端の本来の高さ、hはカメラの設置高さ、vは見かけの車両後端速度、vcは見かけの車両前端速度である。
車両は、たいていの場合は箱形の形状をしているので、ある程度遠方にある車両の見かけの車両前端部の高さは、ほぼ車両の高さを表していると考えられる。
車高は車種により決まるので、算出した車高から車種を決定することもできる。
ここでは、車両を後から撮影する場合で説明したが、前から撮影する場合には、見かけの速度が速くなるのは車両後端の方になるので、車両前端と車両後端の速度を入れ替えて車高を算出する。
図6は、実施の形態3による交通流計測装置の構成を概念的に示す図であり、実施の形態3における交通流計測の処理手順も示している。
実施の形態2による交通流計測装置の構成を示した図5との違いは、速度算出手段(速度算出部)105の出力を、時間占有率算出手段(時間占有率算出部)108と車長算出手段(車長算出部)109にも出力するようにしたことである。
時間占有率算出手段(時間占有率算出部)108は、速度算出手段(速度算出部)105が認識する見かけの車両前端部と見かけの車両後端部の速度を元にして、カメラ直下の地点を当該車両が通過するのに要した時間(存在時間と呼ぶ)を算出する。
車長算出手段109は、時間占有率算出手段(時間占有率算出部)108が算出する存在時間に速度算出手段(速度算出部)105が算出する時速を掛けて車長を算出する。
カメラ直下の位置30は、カメラ10の画角外であり、実際に車両の監視はできないが、画角内に入ってからの様子から、カメラ直下の通過時刻を推定することが可能である。
具体的には、画角内のどこかの瞬間における前端または後端の位置と、算出された速度から、カメラ直下位置で前端または後端が通過する時刻を計算で求める。
同一車両と判断する前端と後端の通過時刻の差が、カメラ直下の位置での車両の存在時間である。
カメラ直下の場合に限り、車両のどの高さの位置を見込んでいるかということは関係なくなって、実際の通過時刻と一致する。
図7のカメラ直下の位置での時間軸に平行な直線上における範囲36や範囲37は、2台の車両がそれぞれカメラ直下を通過するのに要した時間を表現しており、これは即ちカメラ設置位置の地点における車両の存在時間割合を直ちに算出可能であることを示している。
本実施の形態においては、時間占有率と車長の両方を算出したが、どちらかだけを算出してもよい。
従って、本実施の形態によれば、正確な時間占有率を算出することが可能であり、道路の混雑具合などをより詳細に知ることができる。
図8は、実施の形態4による交通流計測装置の構成を概念的に示す図であり、実施の形態4における交通流計測の処理手順も示している。
前述した実施の形態3による交通流計測装置の構成を示した図6との違いは、車高算出手段(車高算出部)107が通過する車両の車高を算出したことの情報、時間占有率算出手段(時間占有率算出部)108が時間占有率を算出したことの情報、あるいは車長算出手段(車長算出部)109が通過する車両の車長を算出したことの情報を元にして、撮像手段101が撮像する車両10の画像(映像)を蓄積する映像蓄積手段(映像蓄積部)110を更に設けたことである。
なお、前記以外の時点での画像を保存するようにしたり、周期的に画像を保存したり、ユーザからの指示があった時点の画像を保存したりするようにしてもよい。
なお、映像蓄積手段(映像蓄積部)110に蓄積された画像(映像)は、蓄積された画像(映像)を再生することが可能である。
更に、より正確な交通流データの取得が必要な場合は、映像蓄積手段(映像蓄積部)110に蓄積された画像(映像)と照合することによって、計測した交通流データ(即ち、車両台数、車高、時間占有率)の信頼性を確認することができる。
また、画像蓄積手段110は、車高算出手段107が車両の車高を算出したとき、時間占有率算出手段108が時間占有率を算出したとき、あるいは車長算出手段(車長算出部)109が通過する車両の車長を算出したときに、撮像手段101が撮像する車両の画像が記録される。
従って、本実施の形態によれば、車高算出手段107が車両の車高を算出したときの車両の画像(映像)、時間占有率算出手段108が時間占有率を算出したときの車両の画像(映像)、あるいは車長算出手段(車長算出部)109が通過する車両の車長を算出したときの車両の画像(映像)を容易に確認することが可能である。
図9は、実施の形態5による交通流計測装置の構成を説明するための図である。
前述した実施の形態1〜実施の形態4では、撮像手段としてのカメラは、1台のカメラ10だけであり、カメラ10は一方向を監視しており、車両の後方からだけ交通流を計測することを考えていた。(車両の前方から計測する場合でも、遠去、近接の関係が逆転するだけであり、本質は変わらない)
しかし、通過車両台数、車高、時間占有率などの交通流を算出する地点がカメラの設置地点であることを考慮すると、その地点の両側(即ち、前方側および後方側)を監視対象範囲として処理を行い、それぞれの結果をつき合わせて(照合して)計測値を算出する方が、より算出値の正確性が高まる。
また、道路の方向によって、朝夕の太陽高度の低い時間帯で逆光の影響できれいに車両を撮影することができなくなるような状況でも、両方向からの映像を照合し、外乱(この場合は太陽光)の影響の少ない方のデータを採用するなどの使い方も考えられる。
このように、両方向で撮像した画像を処理して得られる結果を利用することにより、交通流計測の精度が向上できる。
例えば、車高を算出する場合、車両前端を使って車高を求める処理と車両後端(車両後端の上部)を使って車高を求める処理を2回行い、それぞれの処理で得られる結果を照合することにより、より正確な(高精度な)計測が可能となる。
また、20は、カメラ10と接近して柱11の頂上部に設置され、道路を走行する車両13を前方から撮像する第二の撮像手段である第二のカメラである。
また、前記第一のデータおよび第二のデータは、通過する車両の数、車両高さ、あるいは時間占有率である。
従って、本実施の形態によれば、第一の撮像手段から得られる画像に基づいて得られる第一の撮像手段から得られる画像に基づいて得られる第一のデータと第二の撮像手段から得られる画像に基づいて得られる第二のデータを照合してどちらか妥当と思われる方を採用することが可能であり、通過する車両の数、車両高さ、あるいは時間占有率などの交通流をより正確に計測することができる。
12 車両 13 車両
20 第二のカメラ 101 撮像手段
102 車両端認識段 103 路面位置換算手段
104 車両認識手段 105速度算出手段
106 通過車両台数認識手段 107 車高算出手段
108 時間占有率算出手段 109 車長算出手段
110 映像蓄積手段
Claims (5)
- 車両が通過する路面の上方に設置され、通過する車両を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像する画像における車両の前端および後端が存在する座標である前端座標および後端座標を認識する車両端認識手段と、
前記車両端認識手段が認識する車両の前記前端座標を同じ座標に存在する路面上での位置である前端路面位置に、前記後端座標を対応する同じ座標に存在する路面上での位置である後端路面位置に換算する路面位置換算手段と、
前の時点の画像から認識され換算された前記前端路面位置から所定の範囲にある前記前端路面位置を同一車両のものと認識し、前の時点の画像から認識され換算された前記後端路面位置から所定の範囲にある前記後端路面位置を同一車両のものと認識する車両認識手段と、
前記車両認識手段が認識する車両の数を計測して、前記撮像手段の設置地点を通過する車両の数として認識する通過車両台数認識手段と、
前記前端路面位置の時間の経過にともなう変化から求めた車両前端速度または前記後端路面位置の時間の経過にともなう変化から求めた車両後端速度のどちらか小さい方を車両の速度とする車両速度算出手段とを備えた交通流計測装置。 - 前記車両前端速度と、前記車両後端速度、前記撮像手段の設置高さとから、車両高さを算出する車高算出手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の交通流計測装置。
- 所定の時点での前記前端路面位置と前記車両前端速度とから前記撮像手段の下の位置での車両の前記前端の通過時刻を求め、所定の時点での前記後端路面位置と前記車両後端速度とから前記撮像手段の下の位置での車両の前記後端の通過時刻を求め、同一車両の前記前端の通過時刻から前記後端の通過時刻までの時間が、全経過時間に占める比率を時間占有率として算出する時間占有率算出手段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の交通流計測装置。
- 所定の時点での前記前端路面位置と前記車両前端速度とから前記撮像手段の下の位置での車両の前記前端の通過時刻を求め、所定の時点での前記後端路面位置と前記車両後端速度とから前記撮像手段の下の位置での車両の前記後端の通過時刻を求め、同一車両の前記前端の通過時刻から前記後端の通過時刻までの時間に車両の前記速度を掛けて車長を求める車長算出手段を備えたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の交通流計測装置。
- 車両が通過する路面の上方に設置された撮像手段によって通過する車両を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像される画像における車両の前端および後端が存在する座標である前端座標および後端座標を認識する車両端認識ステップと、
前記車両端認識ステップで認識される車両の前記前端座標を同じ座標に存在する路面上での位置である前端路面位置に、前記後端座標を対応する同じ座標に存在する路面上での位置である後端路面位置に換算する路面位置換算ステップと、
前の時点の画像から認識され換算された前記前端路面位置から所定の範囲にある前記前端路面位置を同一車両のものと認識し、前の時点の画像から認識され換算された前記後端路面位置から所定の範囲にある前記後端路面位置を同一車両のものと認識する車両認識ステップと、
前記車両認識ステップにより認識される車両の数を計測して、前記撮像手段が設置されている地点を通過する車両の数として認識する通過車両台数認識ステップと、
前記前端路面位置の時間の経過にともなう変化から求めた車両前端速度または前記後端路面位置の時間の経過にともなう変化から求めた車両後端速度のどちらか小さい方を車両の速度とする車両速度算出ステップとを有することを特徴とする交通流計測方法。
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