JP5278663B2 - レーザレーダの計測状況判定方法及びレーザレーダ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、踏切内や交差点内における人の存否を監視するレーザレーダの計測状況の変化を判定するのに用いられるレーザレーダの計測状況判定方法及びレーザレーダに関するものである。

従来、上記したレーザレーダとしては、例えば、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、計測対象で反射して戻ったレーザ光を受ける受光部と、投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に走査部による走査を制御する制御部を備えたものがあり、このレーザレーダでは、制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて計測対象の三次元データを取得するようになっている。

このようなレーザレーダにおいて、例えば、踏切に設置する場合には、踏切内に設定した監視エリアに反射手段を設けて、この反射手段からの反射信号と、この反射手段の位置及び距離に関する既知データとに基づいて、走査範囲や投受光性能をチェックすることで、走査部や投光部や受光部を含めた装置自身の異常を検出するようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。

このレーザレーダでは、装置自身に生じた異常を検出することはできるものの、取り付け姿勢のずれや天候によるレーザ光の空間伝播率の低下などの外的負荷に起因する計測状況の変化については、これを検出することができない。
そこで、レーザレーダの取り付け姿勢に関しては、傾斜計やジャイロセンサ等の計測器をレーザレーダに装備して姿勢の変化を検出する対応策が検討され、一方、レーザ光の空間伝播率に関しては、視程計等の計測器を監視エリア内に設置してその変化を検出する対応策が検討されている。
特開2003-11824号公報 特開2005-233615号公報

ところが、上記したように、傾斜計やジャイロセンサや視程計等の計測器類を用いて、レーザレーダの取り付け姿勢の変化やレーザ光の空間伝播率の変化を検出する場合には、レーザレーダの計測状況を検出するシステムが複雑になってしまい、その分だけコストの上昇を招くと共に、システム全体の故障率が増加する可能性があるという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、システムコストを上昇させずに、そして、システム全体の故障率を増加させることなく、レーザレーダの取り付け姿勢のずれや天候によるレーザ光の空間伝播率の低下などの外的負荷に起因する計測状況の変化を確実に判定することが可能であるレーザレーダの計測状況判定方法及びレーザレーダを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、投光したレーザ光を二次元的に走査し、このレーザ光の投光タイミング及び計測対象で反射して戻った反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダの計測状況を判定する方法であって、前記計測対象の三次元情報を取得可能な位置に三次元情報を取得可能な姿勢で設置した前記レーザレーダの計測可能領域における一箇所を判定用レーザ光反射体点として設定し、前記レーザレーダからレーザ光を投光させつつ走査させて、前記判定用レーザ光反射点で反射して戻った反射レーザ光に基づいて、該判定用レーザ光反射点の位置，計測点数及び反射強度を初期データとして登録し、前記レーザレーダの計測中に得られる前記判定用レーザ光反射点の位置における計測データから計測点数及び反射強度を抽出して、これらの計測点数及び反射強度と、前記判定用レーザ光反射点の初期データから求められる計測点数閾値及び反射強度閾値とをそれぞれ比較して、前記レーザレーダ自体における設置姿勢の変化の有無及びレーザ光の空間伝播状況を判定する構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの計測状況判定方法の構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係るレーザレーダの計測状況判定方法において、前記レーザレーダの計測可能領域における一箇所に配置したレーザ光反射体をレーザ光反射点とする構成としている。
一方、本発明の請求項３に係るレーザレーダは、レーザ光を発する投光部と、この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部と、前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する演算部と、計測可能領域における一箇所に設置した判定用レーザ光反射体を備えたレーザレーダであって、前記演算部では、初期設定時に取得する前記判定用レーザ光反射体の位置における初期データから求められる計測点数閾値及び反射強度閾値と、計測中に取得する前記判定用レーザ光反射体の位置における計測データ中の計測点数及び反射強度とをそれぞれ比較して、該レーザレーダ自体における設置姿勢の変化の有無及びレーザ光の空間伝播状況を判定する構成としたことを特徴としており、このレーザレーダの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

本発明のレーザレーダの計測状況判定方法及びレーザレーダにおいて、投光部及びレーザマーカから発するレーザ光としては、半導体レーザや固体レーザやガスレーザなどを用いることができ、信号波形がパルス状や位相変調した正弦波状を成すレーザ光が使用される。
本発明のレーザレーダの計測状況判定方法及びレーザレーダでは、所定の位置に所定の姿勢で設置したレーザレーダの計測可能領域における一箇所を判定用レーザ光反射点として定めて（一箇所に判定用レーザ光反射体を設置して）、レーザレーダからレーザ光を投光して判定用レーザ光反射点の位置の初期データを登録したうえで、このレーザレーダに計測を行わせると、これで取得した計測データに基づいて、レーザレーダの取り付け姿勢のずれや天候によるレーザ光の空間伝播率の低下などの外的負荷に起因する計測状況の変化を確実に判定し得ることとなり、この際、判定用レーザ光反射点を定める（判定用レーザ光反射体を設置する）だけで、傾斜計やジャイロセンサや視程計等の計測器類を用いる必要がないので、システムコストの抑制やシステム全体の故障率低減に寄与し得ることとなる。

本発明に係るレーザレーダの計測状況判定方法及びレーザレーダでは、上記した構成としたから、システムコストの上昇及びシステム全体の故障率の増加を抑えたうえで、レーザレーダの取り付け姿勢のずれや天候によるレーザ光の空間伝播率の低下などの外的負荷に起因する計測状況の変化を確実に判定することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明に係るレーザレーダの計測状況判定方法及びレーザレーダを図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明に係るレーザレーダの計測状況判定方法の一実施形態を示しており、この実施形態では、本発明に係るレーザレーダの計測状況判定方法を踏切に監視用として設置するレーザレーダに適用した場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、このレーザレーダ１は、パルス状のレーザ光ＬＴを発する投光部２と、この投光部２から発したレーザ光ＬＴを二次元的に走査する走査部３と、この走査部３による走査範囲内の計測対象Ｔで反射して戻った反射レーザ光ＬＲを走査部３を介して受ける受光部４と、投光部２から発するレーザ光ＬＴの強度及び投光タイミングを制御すると共に走査部３による走査を制御する制御部５と、この制御部５から与えられるレーザ光ＬＴの投光タイミング及び受光部４から与えられる反射レーザ光ＬＲの受光タイミングに基づいて計測対象Ｔの三次元情報を取得する演算部６と、計測可能領域である監視領域Ｅの一箇所に設置した判定用レーザ光反射体（判定用レーザ光反射点）７を備えている。

この際、判定用レーザ光反射体７の大きさや形状や材質はとくに限定されるものではなく、投光部２から発せられて走査されるレーザ光ＬＴを反射し得るものであればよい。また、監視領域Ｅとして設定するエリアに、既設物でレーザ光ＬＴを反射し得るものがあれば、それをレーザ光反射点として採用してもよい。
演算部６では、初期設定時に取得する判定用レーザ光反射体７の位置における初期データから求められる計測点数閾値及び反射強度閾値と、計測中に取得する判定用レーザ光反射体７の位置における計測データ中の計測点数及び反射強度とをそれぞれ比較して、設置状況及びレーザ光ＬＴ，ＬＲの空間伝播状況を判定するものとなっている。

この実施形態において、計測中に取得する判定用レーザ光反射体７の位置における計測点数の所定積算値が、判定用レーザ光反射体７の位置における初期データから求められる計測点数閾値に対して５０％以下となる状態が一定時間継続した場合を、演算部６の設置状況に係る判定基準としており、この判定基準を超えた段階で、固定具の緩みや支持柱の傾きによってレーザレーダ１の姿勢が変化していると判定する。

ここで、図２に示すように、判定用レーザ光反射体７は、レーザレーダ１からの距離Ｌによって見かけの角度範囲が変化する。例えば、判定用レーザ光反射体７の大きさが横０．２ｍ×縦０．３ｍで、設置する範囲を７〜２０ｍとする場合、レーザレーダ１からの距離Ｌが７ｍのときの水平方向角度θｈが１．６４°、垂直方向角度θｖが２．４５°、レーザレーダ１からの距離Ｌが２０ｍのときの水平方向角度θｈは０．５７°、垂直方向角度θｖは０．８６°となる。

一方、検知対象である踏切障害物（幅１ｍ，高さ１ｍ，奥行き１ｍ以上の物体）を確実に検知するうえで決定されるレーザレーダ１の角度変化許容値を水平方向１．９°、垂直方向１．３°とすると、水平方向又は垂直方向に許容値に相当する姿勢変化が生じた場合には、図３に示すように、レーザレーダ１からの距離Ｌが７ｍのときの垂直方向計測点数の所定積算値が、計測点数閾値に対して４７％となり、レーザレーダ１からの距離Ｌが７ｍのときの水平方向計測点数の所定積算値や、レーザレーダ１からの距離Ｌが２０ｍのときの水平方向計測点数の所定積算値や、垂直方向計測点数の所定積算値はいずれも計測点数閾値に対して０％となる。このことから、姿勢変化の判定基準を５０％とすることで、踏切障害物が検知できなくなる角度変化を判定することができる。

一方、踏切警報が作動している状態において、計測中に取得する判定用レーザ光反射体７の位置における計測データ中の反射強度平均値が、判定用レーザ光反射体７の位置における初期データから求められる反射強度閾値に対して４０％以下となる状態が一定時間継続した場合を、レーザ光ＬＴ，ＬＲの空間伝播状況に係る判定基準としており、この判定基準を超えた段階で、雨や雪や霧などによってレーザ光ＬＴ，ＬＲの空間伝播率が低下していると判定する。

ここで、レーザ光ＬＴ，ＬＲの空間伝播率変化の判定基準は、反射強度が強い雪や反射強度が弱い色の通行車両や判定用レーザ光反射体７の大きさなどを考慮して決定される。
そこで、このレーザレーダ１を踏切に設置した際の計測状況を判定する要領を説明する。
まず、所定の位置に所定の姿勢で設置したレーザレーダ１の監視可能領域Ｅにおける一箇所に判定用レーザ光反射体７を設置する。

続いて、投光部２からレーザ光ＬＴを投光させつつ走査部３により走査させて、一箇所のレーザ光反射体７で反射して戻った反射レーザ光ＬＲに基づいて、判定用レーザ光反射体７の位置，計測点数及び反射強度を初期データとして登録する。
そして、レーザレーダ１の運用を開始し、レーザレーダ１の投光部２からレーザ光ＬＴを投光させて行う計測中に得られる判定用レーザ光反射体７の位置における計測データから、計測点数及び反射強度を抽出する。

次に、演算部６において、これらの計測点数及び反射強度と、判定用レーザ光反射体７の初期データから求められる計測点数閾値及び反射強度閾値とをそれぞれ比較して、計測点数積算値が計測点数閾値よりも低い場合には、姿勢に変化有りと判定し、反射強度平均値が反射強度閾値よりも低い場合には、レーザ光ＬＴ，ＬＲの空間伝播率低下と判定する。

演算部６において、レーザレーダ１自体の取り付け姿勢に変化有りと判定した場合には、レーザレーダ１の固定具における緩みの有無や支持柱の傾きを調べて対応し、一方、レーザ光ＬＴ，ＬＲの空間伝播率が低下していると判定した場合には、天候が回復してレーザ光ＬＴ，ＬＲの空間伝播率が正常値に戻り次第、通常の計測状態に復帰する。
このように、上記した実施形態によるレーザレーダの計測状況判定方法では、所定の位置に所定の姿勢で設置したレーザレーダ１の監視可能領域Ｅにおける一箇所に判定用レーザ光反射体７を設置して、レーザレーダ１からレーザ光ＬＴを投光して判定用レーザ光反射体７の位置の初期データを登録したうえで、このレーザレーダ１に計測を行わせると、これで取得した計測データに基づいて、レーザレーダ１の取り付け姿勢のずれや天候によるレーザ光の空間伝播率の低下などの外的負荷に起因する計測状況の変化を確実に判定し得ることとなり、この際、判定用レーザ光反射体７を設置するだけで、傾斜計やジャイロセンサや視程計等の計測器類を用いる必要がないので、システムコストの抑制やシステム全体の故障率低減に寄与し得ることとなる。

なお、上記した実施形態では、本発明に係るレーザレーダの計測状況判定方法を踏切に監視用として設置するレーザレーダに適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、他の適用例として、例えば、交差点に監視用として設置するレーザレーダに適用してもよい。

本発明に係るレーザレーダの計測状況判定方法の一実施形態を示すブロック図である。 図１に示したレーザレーダにおける判定用レーザ光反射体の見かけの角度を説明する図である。 図２に示した判定用レーザ光反射体の見かけの角度に基づく演算部における姿勢変化の判定基準を説明する図である。

符号の説明

１ レーザレーダ
２ 投光部
３ 走査部
４ 受光部
５ 制御部
６ 演算部
７ 判定用レーザ光反射体（判定用レーザ光反射点）
Ｅ 監視領域（計測領域）
ＬＲ 反射レーザ光
ＬＴ 投光レーザ光

Claims (3)

1. 投光したレーザ光を二次元的に走査し、このレーザ光の投光タイミング及び計測対象で反射して戻った反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得するレーザレーダの計測状況を判定する方法であって、
   前記計測対象の三次元情報を取得可能な位置に三次元情報を取得可能な姿勢で設置した前記レーザレーダの計測可能領域における一箇所を判定用レーザ光反射点として設定し、
   前記レーザレーダからレーザ光を投光させつつ走査させて、前記判定用レーザ光反射点で反射して戻った反射レーザ光に基づいて、該判定用レーザ光反射点の位置，計測点数及び反射強度を初期データとして登録し、
   前記レーザレーダの計測中に得られる前記判定用レーザ光反射点の位置における計測データから計測点数及び反射強度を抽出して、
   これらの計測点数及び反射強度と、前記判定用レーザ光反射点の初期データから求められる計測点数閾値及び反射強度閾値とをそれぞれ比較して、前記レーザレーダ自体における設置姿勢の変化の有無及びレーザ光の空間伝播状況を判定する
   ことを特徴とするレーザレーダの計測状況判定方法。
2. 前記レーザレーダの計測可能領域における一箇所に配置したレーザ光反射体をレーザ光反射点とする請求項１に記載のレーザレーダの計測状況判定方法。
3. レーザ光を発する投光部と、
   この投光部から発したレーザ光を二次元的に走査する走査部と、
   計測対象で反射して戻った反射レーザ光を前記走査部を介して受ける受光部と、
   前記投光部にレーザ光の投光指令を発すると共に前記走査部による走査を制御する制御部と、
   この制御部から与えられるレーザ光の投光タイミング及び前記受光部から与えられる反射レーザ光の受光タイミングに基づいて前記計測対象の三次元情報を取得する演算部と、
   計測可能領域における一箇所に設置した判定用レーザ光反射体を備えたレーザレーダであって、
   前記演算部では、初期設定時に取得する前記判定用レーザ光反射体の位置における初期データから求められる計測点数閾値及び反射強度閾値と、計測中に取得する前記判定用レーザ光反射体の位置における計測データ中の計測点数及び反射強度とをそれぞれ比較して、該レーザレーダ自体における設置姿勢の変化の有無及びレーザ光の空間伝播状況を判定する
   ことを特徴とするレーザレーダ。

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