JP5837293B2

JP5837293B2 - 踏切障害物検知装置、及び障害物検知方法

Info

Publication number: JP5837293B2
Application number: JP2010250467A
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: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: JP2012101621A

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、及び障害物検知方法に関する。

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、及び障害物検知方法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、記憶部とを含む。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。

本発明に係る踏切障害物検知装置の特徴として、前記記憶部は、前記反射波のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された１以上の基準パタンを記憶しており、前記信号処理部は、前記反射波のレベルを前記１以上の基準パタンと照合して、一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知する。

本発明に係る踏切障害物検知装置によれば、検知領域に電波を送信して得られた反射波のレベルを、小雨や大雨などの天候条件に基づいて規定された１以上の基準パタンと照合するから、実際の天候条件に適合した基準パタンを選択判断することができる。そして、本発明に係る踏切障害物検知装置は、該比較の結果、一致する基準パタンに基づいて障害物を検知するので、雨などの天候に起因する電波の乱反射による障害物の誤検知を防止することができる。

また、本発明に係る障害物検知方法は、検知領域に電波を送信し、その反射波を受信することにより踏切内の障害物を検知するものである。そして、この検知方法の特徴は、前記反射波のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された１以上の基準パタンを記憶しておき、前記反射波のレベルを前記１以上の基準パタンと比較し、一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知する点にある。

本発明に係る障害物検知方法は、上述した踏切障害物検知装置と同様の構成を備えるため、同様の作用効果を奏する。

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、及び障害物検知方法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。閾値が選択され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。第１基準パタンが選択され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。第２基準パタンが選択され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。第３基準パタンが選択され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、障害物として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、記憶部１４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。検出にあたって、信号処理部１１は、所定の閾値、あるいは記憶部１４に記憶された１以上の基準パタンを選択して参照する。

記憶部１４は、メモリ、ハードディスクなどのデジタルデータを記憶する装置であり、発光素子と受光素子とを含む通信インターフェースなどを介し、外部から基準パタンの読み込み、及び書き込みができるように構成されている。

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。横軸に示される符号ｘ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）は、上述した複数の周波数に対応する個々の単位距離ΔＬにおける反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルを表している。

また、曲線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれ、乱反射に起因した反射波Ｗ３のレベルに関し、天候条件に基づいて規定された基準パタンである。基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、実測データなどに基づいて単位距離ΔＬごとに定義された指標値ｙ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）の集合であり、上述したように記憶部１４に保持されている。

例えば雨を例に挙げると、第１基準パタンＰ１は小雨の場合、第２基準パタンＰ２は大雨の場合、第３基準パタンＰ３は豪雨の場合の各反射レベルのパタンを示しており、この順に反射レベルが大きくなっている。もっとも、雪や霧などの他の天候条件についても、例えば小雪、大雪、濃霧など、それぞれの程度に対応する基準パタンを定義することができる。

図３は、雨、雪、霧などが存在しない良好な天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたって極めて低く、基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３のうちの何れにも一致しない。

この場合、信号処理部１１は、所定の閾値ＴＨに基づいて障害物５１を検知する。具体的には、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ＴＨより大きい反射波Ｗ２のレベル６１が存在すると、障害物５１を検出する。ここで、閾値ＴＨは、設計に応じて適宜に設定されている。なお、反射板２からの反射波のレベルは、便宜上、図示されていないが、距離範囲Ｌ外に存在するため、これによって障害物５１が誤検知されることはない。

次に、図４は、例えば小雨、小雪、薄霧などの天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたって増加し、第１基準パタンＰ１に一致する。このときの反射レベルは閾値ＴＨを上回っているため、上述したように、障害物５１の誤検知を生ずる問題があった。

そこで、信号処理部１１は、閾値ＴＨに代えて、第１基準パタンＰ１に基づいて障害物５１を検知する。具体的には、信号処理部１１は、距離範囲Ｌにおいて、第１基準パタンＰ１の指標値ｙ_ｉ（ｍＶ）にマージン値ΔＶ（ｍＶ）を加えたレベルより大きい反射波Ｗ２のレベル６１が存在すると、障害物５１を検出する。

ここで、マージン値ΔＶ（ｍＶ）は、基準パタンＰ１に基づいて適宜に決定されるべき値である。もっとも、障害物検知の手法は、このようなマージン値ΔＶを用いたものに限定されるものではなく、反射レベルｘ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）の分布の解析を用いてよい。

次に、図５は、例えば大雨、大雪、濃霧などの天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたってさらに増加し、第２基準パタンＰ２に一致する。この場合の障害物検知は、第２基準パタンＰ２に基づいて、図４の場合と同様に行われる。

次に、図６は、例えば豪雨、豪雪、氷霧などの天候条件下の一例を示している。このとき、乱反射によるノイズレベルは、距離全体にわたってさらに増加し、第３基準パタンＰ３に一致する。この場合の障害物検知は、第３基準パタンＰ３に基づいて、図３の場合と同様に行われる。

ただし、この場合、図示されるように、乱反射に起因する反射レベルが障害物５１の反射波レベルを上回って、実質的には障害物検知が不可能となることも考えられる。しかし、このような場合、列車の運行自体が中止になると考えられ、また、少なくとも誤検知は防止されるから、問題はない。

このように、本発明に係る踏切障害物検知装置の特徴は、反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルを１以上の基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３と照合して、一致する基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３に基づいて障害物５１を検知する点にある。これに関し、図７には、信号処理部１１における、反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルｘ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）と基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の照合処理が示されている。

天候状態の変化に追従するため、信号処理部１１は、検出した反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルｘ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）と１以上の基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の一致の程度を示すマッチング度数Ｑを算出し（符号Ｓｔ１０，Ｓｔ２０、Ｓｔ３０）、このマッチング度数Ｑを所定値Ｒと比較することによって（符号Ｓｔ１１，Ｓｔ２１、Ｓｔ３１）、反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルｘ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）が第１〜第３基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の何れに一致するか否かを判定する。具体的には、信号処理部１１は、マッチング度数Ｑ≦Ｒであれば、反射レベルｘ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）が第１〜第３基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３に一致するものと判定される。ここで、所定値Ｒは、様々な天候条件下でのマッチング度数Ｑ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。

そして、信号処理部１１は、一致する基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３が存在する場合、その基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を障害物検知に用いるように設定し（符号Ｓｔ１２，Ｓｔ２２、Ｓｔ３３）、一方、一致する基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３が存在しない場合、閾値ＴＨを障害物検知に用いるように設定する（符号Ｓｔ４）。

この処理において、マッチング度数Ｑは以下の式１により算出される。

式１

ここで、パラメータｎは、図３〜６を参照して理解されるように、検知領域Ｓの距離全体の分割数、すなわち単位距離ΔＬの個数であり、また、ｘ_ｉとｙ_ｉについては、既に述べたとおりである。

この式１によれば、標本分散の算出手法に従って、正確なマッチング度数Ｑを好適に得ることができる。マッチング度数Ｑを用いた照合処理は、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。

本実施形態では、照合処理は、個別の信号処理部１１により各領域Ｓａ〜Ｓｆごと実行されるようにしたが、領域Ｓａ〜Ｓｆの全体で実行されるようにしてもよい。すなわち、単一の処理部が、領域Ｓａ〜Ｓｆにおける総合的なマッチング度数Ｑ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、より高度な照合処理を実現するのである。

さらに、本実施形態では、３段階の基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を設けた例を挙げたが、これに限定されることはなく、４段階以上ぼ基準パタンを設定してもよい。

これまで述べたように、本発明に係る踏切障害物検知装置によれば、検知領域Ｓに電波Ｗ１を送信して得られた反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルを、小雨や大雨などの天候条件に基づいて規定された１以上の基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３と照合するから、実際の天候条件に適合した基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を選択判断することができる。そして、本発明に係る踏切障害物検知装置は、該比較の結果、一致する基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３に基づいて障害物５１を検知するので、雨などの天候に起因する電波の乱反射による障害物の誤検知を防止することができる。

また、本発明に係る障害物検知方法は、上述した踏切障害物検知装置と同様に、検知領域Ｓに電波Ｗ１を送信し、その反射波Ｗ２，Ｗ３を受信することにより踏切内の障害物５１を検知するものである。そして、この検知方法の特徴は、反射波Ｗ３のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された１以上の基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を記憶しておき、反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルを１以上の基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３と比較し、一致する基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３に基づいて障害物を検知する点にある。

好ましくは、この検知方法において、反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルと１以上の基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の一致の程度を示すマッチング度数Ｑを算出し、このマッチング度数Ｑを所定値Ｒと比較することによって、反射波Ｗ２，Ｗ３のレベルが基準パタンＰ１，Ｐ２，Ｐ３に一致するか否かを判定するとよい。

本発明に係る障害物検知方法は、先に述べた踏切障害物検知装置と同様の構成を備えるため、同様の作用効果を奏する。

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
１４記憶部
５１障害物
Ｗ１電波
Ｗ２，Ｗ３反射波
Ｓ検知領域
Ｑマッチング度数
Ｒ所定値
ＴＨ閾値
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３基準パタン
ΔＬ単位距離

Claims

検知領域に電波を送信してその反射波を受信する送受信部と、
前記反射波のレベルに関して天候条件に基づいて規定された基準パタンを記憶する記憶部と、
前記反射波のレベルを前記基準パタンと照合し一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知する信号処理部と
を含み、
前記基準パタンは、前記送受信部からの距離に対する前記検知領域内における前記天候条件による乱反射の反射波レベルとして規定される、
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、前記反射波のレベルと前記１以上の基準パタンの一致の程度を示すマッチング度数を算出し、このマッチング度数を所定値と比較することによって、前記反射波のレベルが前記基準パタンに一致するか否かを判定する、
踏切障害物検知装置。
送受信部により、検知領域に電波を送信し、その反射波を受信することにより踏切内の障害物を検知する障害物検知方法であって、
記憶部により、前記反射波のレベルに関して、天候条件に基づいて規定された１以上の基準パタンを記憶しておき、
信号処理部により、前記反射波のレベルを前記１以上の基準パタンと照合し、一致する前記基準パタンに基づいて障害物を検知し、
前記基準パタンは、前記送受信部からの距離に対する前記検知領域内における雨、雪、霧の場合の前記天候条件による乱反射の反射波レベルとして規定される、
障害物検知方法。
請求項３に記載された障害物検知方法であって、
前記信号処理部により、前記反射波のレベルと前記１以上の基準パタンの一致の程度を示すマッチング度数を算出し、このマッチング度数を所定値と比較することによって、前記反射波のレベルが前記基準パタンに一致するか否かを判定する、
障害物検知方法。