JP5827000B2

JP5827000B2 - 踏切障害物検知装置

Info

Publication number: JP5827000B2
Application number: JP2010250466A
Authority: JP
Inventors: 雅之須永; 貴之笠井
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: JP2012101620A

Description

本発明は、踏切内に取り残された障害物をミリ波などの電波により検知する踏切障害物検知装置に関する。

光式踏切障害物検知装置は、障害物がセンサ装置の光を遮断することにより障害物を検知するから、光軸同士の間隔に入り込める人間や車椅子などの小さい物体を検知しにくいという問題があった。これに対して、例えば特許文献１に開示されているように、ミリ波によって踏切内に取り残された障害物を検知する踏切障害物検知装置が開発されている。

ミリ波式踏切障害物検知装置は、ミリ波を検知領域に放出し、障害物からの反射波により検知を行うから、小さい物体でも確実に検知することができるし、自動車のような大きな物体も、同様に検知することができる。

しかしながら、ミリ波式踏切障害物検知装置は、反射波に基づいて障害物を検知するために、雨などの天候の影響を受けやすく、乱反射による誤検出を招くおそれがある。この問題は、ミリ波による検出方式に限って存在するわけではなく、他の波長帯域の電波を使用する場合も存在する。

特開２００６−１７４６７７号公報

本発明の課題は、雨などの天候の影響による障害物の誤検知を防止し得る踏切障害物検知装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る踏切障害物検知装置は、送受信部と、信号処理部とを含む。

前記送受信部は、検知領域に電波を送信して、その反射波を受信する。前記信号処理部は、前記反射波のレベルが閾値より大きいとき、障害物を検知する。

本発明に係る踏切障害物検知装置の特徴として、前記信号処理部は、前記検知領域のうち、前記反射波のレベルが所定値に達している領域の割合に応じて、前記閾値を変更する。

本発明に係る踏切障害物検知装置によれば、送受信部が電波を送信する検知領域のうち、反射波のレベルが所定値に達している領域の割合に応じて、障害物の検知に用いる閾値を変更するから、雨、霧、雪に起因する電波の乱反射が生じた場合、これを検出して、閾値を高い値に変更することができる。したがって、閾値の変化量を適宜に設定することによって、乱反射に対するノイズマージンを好適に増加させ、障害物の誤検知を防止することができる。

以上述べたように、本発明によれば、雨などの天候の影響による障害物の誤検知を防止し得る踏切障害物検知装置を提供することができる。

本発明に係る踏切障害物検知装置を適用した踏切の構成を示す。踏切障害物検知装置の構成を示す。閾値が第１基準値である場合のセンサ装置からの距離に対する反射波のレベル変化を示す。閾値が第２基準値である場合のセンサ装置からの距離に対する反射波のレベル変化を示す。信号処理部の動作フローを示す。

図１は、本発明に係る踏切障害物検知装置を適用した踏切の構成を示す。この踏切は、線路６と踏切道４が垂直に交差したものであり、遮断機３１ａ，３１ｂ及び遮断棹３２ａ，３２ｂが設置され、踏切道４のうち遮断棹３２ａ，３２ｂで挟まれた略長方形の領域を、検知領域Ｓとする。本発明に係る踏切障害物検知装置は、列車接近時に検知領域Ｓに取り残された自動車や人間などの障害物５１を検知するものであって、センサ装置１ａ，１ｂと、複数の反射板２とを含む。

センサ装置１ａは、検知領域Ｓの一角付近に設置され、センサ装置１ｂは、センサ装置１ａの設置位置に対して検知領域Ｓの対角の位置に設置されている。また、各反射板２は、検知領域Ｓを挟んで、センサ装置１ａ，１ｂと対向するように設置されている。センサ装置１ａ，１ｂと反射板２は、線路６の建築限界線の基準に従って配置されている。

センサ装置１ａは、扇形の領域Ｓｄ〜Ｓｆ（図１の点線で囲まれた領域を参照）のそれぞれに電波を送信して障害物５１の検知を行い、センサ装置１ｂは、扇形の領域Ｓａ〜Ｓｃのそれぞれに電波を送信して検知を行う。このように、検知領域Ｓは、領域Ｓａ〜Ｓｆによってカバーされている。

また、反射板２は、これらの領域Ｓａ〜Ｓｆの各々に配置され、センサ装置１ａ，１ｂが送信した電波を反射し、センサ装置１ａ，１ｂの自己診断に利用される。もっとも、反射板２は、誤検出されないように検知領域Ｓの外に配置されている。

図２は、踏切障害物検知装置の構成を示す。ここでは、代表としてセンサ装置１ａの領域Ｓｄ〜Ｓｆの１つに対応する構成のみを示しているが、他の領域Ｓｄ〜Ｓｆに関しても同様であるとともに、並びに他方のセンサ装置１ｂにも同様の構成が備えられている。

センサ装置１ａは、アンテナ部１０と、送受信部を構成する送信部１２及び受信部１３と、信号処理部１１とを含む。

信号処理部１１は、ＣＰＵなどを含む演算処理回路であって、障害物検知動作の全体を制御する。信号処理部１１は、線路６に沿って設置された器具箱から、列車の接近を通知する接近通知信号ＡＣＴを受信し、これを契機に送信部１２に送信指示信号Ｔを出力する。

送信部１２は、アナログ信号の生成回路であって、送信指示信号Ｔに従って、アンテナ部１０を介し、検知領域Ｓに電波Ｗ１を送信する。アンテナ部１０は、複数のアンテナ１０１を含むアンテナアレイを備えている。

アンテナ部１０は、送信部１２からの制御に従って、各アンテナ１０１から順次に、領域Ｓｄ〜Ｓｆに向けて電波Ｗ１を送信する。電波Ｗ１は、領域Ｓｄ〜Ｓｆを単位距離ごとに分割した場合の各距離に対応した複数の周波数をスイープさせたものである。該単位距離は、設計に応じて決定されるべきもので、ここでは、例えば０．５（ｍ）とする。なお、電波Ｗ１としては、上述したようなミリ波を採用すると好ましい。

電波Ｗ１は、検出対象たる障害物５１により反射され、反射波Ｗ２を生ずるだけでなく、上述したように、雨、雪、霧など（符号５２参照）の天候条件による乱反射に起因した反射波Ｗ３も生ずる。なお、反射波には、反射板２からのものも存在するが、便宜上、図示していない。

受信部１３は、アンテナ部１０から、この電波Ｗ１に対する反射波Ｗ２，Ｗ３を受信し、これと送信部１２の電波Ｗ１との差分をとったビート信号Ｒに変換して信号処理部１１に出力する。

信号処理部１１は、ビート信号Ｒをフーリエ変換して、周波数ごとの信号レベル（ｍＶ）を算出し、これに基づき障害物５１を検出する。障害物５１を検出すると、信号処理部１１は、検出信号ＡＬＭを器具箱へ出力する。これにより、当該踏切に接近中の列車に対して停止指示を与え、事故を未然に防止することができる。

図３には、信号処理部１１における解析処理により得られた、センサ装置１ａ，１ｂからの距離に対する反射波のレベル変化の例が示されている。このグラフは、雨、雪、霧などが存在しない良好な天候条件下の一例であり、また、横軸に示される個々の単位距離ΔＬが上述した複数の周波数に対応し、単位距離ΔＬごとに反射波のレベルを表している。

信号処理部１１は、検知領域Ｓと重なる領域Ｓｄ〜Ｓｆ内の距離範囲Ｌ（図１参照）において、閾値ＴＨ１より大きい反射波のレベルＰ１が存在すると、障害物５１を検出する。また、信号処理部１１は、距離全体にわたって反射ノイズを検出しているが、これは、極めて低レベルであるため、障害物５１の誤検知を招くことはない。ちなみに、反射板２からの反射波のレベルＰ０は、図１を参照して理解されるように、距離範囲Ｌ外に存在するため、これによっても障害物５１が誤検知されることはない。

一方、図４には、雨、雪、霧などの天候条件下の一例が示されている。この場合、図から理解されるように、乱反射のために距離範囲Ｌ全体にわたってノイズレベルが増加している。したがって、閾値ＴＨ１から見るとノイズマージンが極めて小さく、上述したように、障害物５１の誤検知を生ずるおそれがあった。

ここまで述べる技術は、従来の踏切障害物検知装置と同様であるが、本発明に係る踏切障害物検知装置の特徴は、図５に示される信号処理部１１の処理にある。すなわち、天候状態の変化に追従するため、信号処理部１１は、検知領域Ｓのうち、反射波のレベルが所定値Ｃに達している領域の割合に応じて、障害物検知の閾値を第１基準値ＴＨ１、または第２基準値ＴＨ２に変更するのである。ここで、図５に示されるように、所定値Ｃ＜第１基準値ＴＨ１＜第２基準値ＴＨ２の関係が成立している。

具体的に述べると、まず、信号処理部１１は、反射波のレベルが所定値Ｃに達している単位距離ΔＬの個数Ｎを計数する（符号Ｓｔ１）。そして、検知領域Ｓにわたる距離範囲Ｌ内の全単位距離ΔＬの個数Ｎｍａｘから、検知領域Ｓのうち、反射波のレベルが所定値Ｃに達している領域の割合Ｎ／Ｎｍａｘを算出し、所定の割合Ｋと比較する（符号Ｓｔ２）。

ここで、所定値Ｃは、雨、雪、霧などの様々な天候条件下での乱反射の実測結果を基準として、適宜に決定されるべきものである。

また、所定の割合Ｋは、雨、雪、霧などの天候状態を確実に判断できるように、踏切道４を往来する最大の交通量に従って決定されるべきものである。つまり、所定の割合Ｋは、踏切が遮断されていないとき、距離範囲Ｌ内で障害物５１が占める単位距離ΔＬの割合の最大値より大きな値に設定しておかなければ、検知装置が、障害物５１の反射波Ｗ２によって天候状態を誤認してしまうからである。例えば、往来する障害物５１により全距離の３割程度が占有されるとすると、これより若干大きな割合となるように、Ｋ＝０．４と設定すればよい。

図４の場合、所定値Ｃより小さいレベルのノイズしかないため、検知領域Ｓ内に最大の交通量が存在しても、割合Ｎ／Ｎｍａｘ＜Ｋが成立する。これにより、信号処理部１１は、障害物検知の閾値を、低いほうの第１基準値ＴＨ１に設定する（Ｓｔ３２）。

一方、図５の場合、交通量がゼロであるとしても、乱反射のため、所定値Ｃより大きい反射レベルの単位距離ΔＬの個数Ｎが１１となる（図中の斜線部参照）。そうすると、割合Ｎ／Ｎｍａｘ＝１１／２７、Ｋ＝０．４であるから、割合Ｎ／Ｎｍａｘ≧Ｋが成立する。これにより、信号処理部１１は、ノイズマージンを得るべく、障害物検知の閾値を、高いほうの第２基準値ＴＨ２に設定する（Ｓｔ３１）。

このように、天候状態に従って障害物検知の閾値を変更することによって、検出感度の若干の低下を代償とするだけで、ノイズマージンを増加させ、好適に障害物の誤検知を防止することができる。

この処理は、列車の接近が通知された後で実行されてもよいが、装置動作のタイミングに余裕をもたせるために、常時、周期的に実行されると望ましい。

また、本実施形態では、個別の信号処理部１１が、各領域Ｓａ〜Ｓｆにおける距離の割合Ｎ／Ｎｍａｘに基づき、天候に起因する乱反射を個々に判断するようにしたが、領域Ｓａ〜Ｓｆの全体で判断してもよい。すなわち、単一の処理部が、領域Ｓａ〜Ｓｆにおける総合的な割合Ｎ／Ｎｍａｘを算出することによって、個別の領域Ｓａ〜Ｓｆごとの１次元的な判断ではなく、検知領域Ｓ全体としての２次元的な判断を可能とし、より高度な閾値の追従動作を実現するのである。

さらに、本実施形態では、閾値が、第１基準値ＴＨ１と第２基準値ＴＨ２の２段階で変化する例を挙げたが、これに限定されることはなく、３段階以上に変化するようにしてもよい。すなわち、乱反射の程度を検出するために複数段階に分かれた所定値Ｃ１，Ｃ２，・・・を設定しておき、反射波レベルが到達した所定値Ｃ１，Ｃ２，・・・の段階に応じて、閾値が、第１基準値ＴＨ１，第２基準値ＴＨ２，第３基準値ＴＨ３，・・・と順次に変化するように構成するのである。これによると、閾値を、天候状態に追従してアナログ的に変化させることが可能となり、障害物検知にあたって、より適当なノイズマージンを制御することができる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１１信号処理部
１２，１３送受信部
５１障害物
Ｗ１電波
Ｗ２，Ｗ３反射波
Ｓ検知領域
ＴＨ１第１基準値
ＴＨ２第２基準値
ΔＬ単位距離

Claims

検知領域に電波を送信しその反射波を受信する送受信部と、
前記反射波のレベルが閾値より大きいとき、障害物を検知し、前記反射波のレベルが所定値に達している領域の割合に応じて、前記閾値を変更する信号処理部とを含む踏切障害物検知装置であって、
前記検知領域における雨、霧、雪に起因する前記電波の乱反射を検出して、前記閾値を変更する、
踏切障害物検知装置。
請求項１に記載された踏切障害物検知装置であって、前記信号処理部は、前記検知領域を単位距離ごとに分割して前記反射波のレベルを判断し、前記検知領域の全体にわたる距離のうち、前記反射波のレベルが所定値に達している距離の割合に応じて、前記閾値を変更する、踏切障害物検知装置。
請求項１または２に記載された踏切障害物検知装置であって、前記信号処理部は、前記割合が所定の割合より小さいとき、前記閾値を、前記所定値より大きい第１基準値に設定し、前記割合が所定の割合以上であるとき、前記閾値を、前記第１基準値より大きい第２基準値に設定する、踏切障害物検知装置。
請求項１に記載された踏切障害物検知装置であって、
前記反射波のレベルは、
前記電波に対する前記障害物により反射された反射波、及び、雨、雪、霧による乱反射に起因した反射波の差分をとったビート信号に変換し、前記ビート信号をフーリエ変換して算出される、
踏切障害物検知装置。