JP5968494B2 - 車両検出システムおよび車両検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両を検出する車両検出システムおよび車両検出方法に関するものである。

通行する車両を検出して車両の車種を判定する車両検出装置を有料道路の料金所に設置し、判定結果を用いて通行料を自動的に課金するシステムがある。

車両検出装置は、車長、車幅、車軸数、牽引の有無などを検出する必要があるため、多くのセンサを組み合わせて用いている。
例えば、レーザ光を放射（送出）して放射した方向に存在する物体に反射した光を受光することにより、反射物体までの距離を測定するセンサが用いられる。このようなセンサを用いてレーザ光の放射方向を変えることにより、反射物体の形状を測定することができる。

高速で走行する車両を瞬時に正確に検出するためにはレーザ光の放射方向を高速に変化させる必要があるため、レーザ光の走査は２次元的な走査ではなく１次元の走査が有効である。

また、レーザ光を放射する方式として連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）のレーザ光と放射する方式とパルス波のレーザ光を放射する方式とがあり、それぞれにメリットとデメリットが存在する。
以下、連続波（ＣＷ）のレーザ光を放射するセンサを「ＣＷレーザ」といい、パルス波のレーザ光を放射するセンサを「パルスレーザ」という。

ＣＷレーザやパルスレーザは、連続波またはパルス波のレーザ光を放射してから反射波を受光するまでの時間に基づいて物体との距離を検出する。

ＣＷレーザは繰り返しスキャン速度が速い。つまり、ＣＷレーザは、レーザ光の送出（放射）中に連続して受光を検知するため、高密度な検知が可能である。
しかし、連続波のレーザ光はパルス波のレーザ光に比べて平均電力が高く、安全規格やレーザダイオードの定格の都合により、ＣＷレーザはレーザ光を高い電力で送出することができない。このため、ＣＷレーザは、パルスレーザに比べて最大検知距離が短い。
また、低い電力でレーザ光を送出して検知距離を伸ばすためには、レンズの開口径を大きくして受光感度を良くする必要がある。しかし、レンズの開口径を大きくした場合、焦点距離との関係によって視野角が狭くなる。逆に、視野角を広くした場合、受光感度が悪化して検知性能が下がってしまう。

パルスレーザは、パルス波によってレーザ光の平均電力を抑えつつ、瞬間的に大きなパワーのレーザ光を送出することができる。このため、パルスレーザは長距離で物体の検知が可能である。
しかし、パルスレーザは、繰り返しスキャン速度が遅くてレーザ光の照射密度が粗いため、高速に移動する物体や小さな物体を検知することが困難である。

特開平１０−２６００２５号公報 特開２００１−１７５９８９号公報

特許文献１には、パルスレーザを用いて車両を検知する方式が開示されている。
この方式では、パルスレーザを用いるため、レーザ光の照射密度が荒く、牽引棒のような細い物体を検知することは技術的に困難である。また、レーザ光の照射密度を細かくした場合、道路の幅員方向を走査するために要する時間が長くなり、高速で走行する車両を検知することが困難になる。
さらに、パルスレーザではタイヤに照射されるレーザスポット数が少ないため、受光したレーザ光がタイヤに反射したレーザ光と、車両のタイヤ以外の部分に反射したレーザ光とのいずれであるかを判定することが困難である。このため、車軸数の検出精度は期待できない。

特許文献２には、多光軸透過型センサと接触型の車軸センサとを組み合わせて車両を検知する方式が開示されている。
この方式では、多光軸透過型センサを構成する装置として、光を送出するための装置以外に、レーザ光を受光するためのセンサを用意する必要がある。
また、この方式では接触型の車軸センサを車道上に埋め込む必要がある。さらに、接触型の車軸センサは消耗品であるため、交換費用がかかってしまう。

本発明は、例えば、多光軸透過型センサや接触型の車軸センサを用いずに、通行車両を正しく検知できるようにすることを目的とする。

本発明の車両検出システムは、
道路脇に設置され道路脇から路面に向けてレーザ光を放射し、道路を通行する通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光する第一の車両検知センサと、
前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置する地点に設置され路面に向けてレーザ光を放射し、前記通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光する第二の車両検知センサと、
前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置して前記第二の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の手前側に位置する地点に前記第一の車両検知センサより低い位置に設置され路面に向けてレーザ光を放射し、前記通行車両のタイヤに反射したレーザ光を車軸反射光として受光する車軸検知センサとを備える。

本発明によれば、例えば、多光軸透過型センサや接触型の車軸センサを用いずに、通行車両を正しく検知することができる。

実施の形態１における通行料金課金システム１００の外観図。 実施の形態１におけるレーザセンサの位置関係を示す平面図。 実施の形態１におけるレーザセンサの位置関係を示す正面図。 実施の形態１における検知エリア１０１の寸法の一例を示す図。 実施の形態１におけるレーザセンサの計測領域と牽引車１１１との関係図。 実施の形態１におけるレーザセンサの計測領域と牽引車１１１との関係図。 実施の形態１における車両検出装置２００の機能構成図。 実施の形態１における車両検知部２１０の車両検知処理を示すフローチャート。 実施の形態１における車軸検知部２２０の車軸検知処理を示すフローチャート。 実施の形態１における前後進判定部２３０の前後進判定処理の判定順序を示す表。 実施の形態１におけるレーザセンサの位置関係の別例を示す正面図。 実施の形態１における車両検出装置２００のハードウェア資源の一例を示す図。 実施の形態２における車両検出装置２００の機能構成図。

実施の形態１．
複数のレーザセンサを異なる高さに設置して通行車両を検知する形態について説明する。

図１は、実施の形態１における通行料金課金システム１００の外観図である。
実施の形態１における通行料金課金システム１００の概要（車両検出方法の一例）について、図１に基づいて説明する。

通行料金課金システム１００（車両検出システムの一例）は、道路を通行する通行車両１１０を検出し、検出した通行車両１１０の通行料金を課金するシステムである。

通行車両１１０は、小型車、大型車、二輪車、四輪車、六輪車、牽引車など、どのような種類の車両であっても構わない。
牽引車とは、車体に牽引棒を有し、牽引棒に接続された車両や台車を牽引する車両である。以下、牽引車によって牽引される車両や台車を「被牽引車」という。

通行料金課金システム１００は、道路を通行する通行車両１１０を検知するための４台のレーザセンサ（符号１２１−１２４）を備える。４台のレーザセンサは道路脇（路側）に設置される。
また、通行料金課金システム１００は、４台のレーザセンサの計測結果に基づいて通行車両１１０を検知する車両検出装置２００（図示省略）を備える。
さらに、通行料金課金システム１００は、通行車両１１０の車載器と無線で通信する路側無線装置１３０と、通行料金の課金を行う料金収受装置１４０とを備える（いずれも図示省略）。

例えば、路側無線装置１３０および料金収受装置１４０は、有料道路の料金所のＥＴＣシステム（ＥＴＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）を構成する。
この場合、４台のレーザセンサは料金所の手前に設置される。

レーザセンサは、レーザ光（放射光）を放射する角度を道路の幅員方向の手前側から奥側へ、また道路の幅員方向の奥側から手前側へ変えながら、レーザ光を路面に向けて繰り返し放射する。レーザ光が放射される計測領域を網掛けで図示する。
レーザセンサは、通行車両１１０が前方を通行している場合、通行車両１１０に反射したレーザ光を受光する。また、通行車両１１０が前方を通行していない場合、レーザセンサは、路面に反射したレーザ光（反射光）を受光する。
レーザセンサは、レーザ光を放射してからレーザ光を受光するまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて路面または通行車両１１０との距離を計測（検知）する。

以下、レーザ光を放射する角度を道路の幅員方向の手前側から奥側へ、また道路の幅員方向の奥側から手前側へ変えながら、レーザ光の放射と受光とを繰り返すことを「レーザ光の走査」という。
また、道路の幅員方向の手前側から奥側へ走査し、また道路の幅員方向の奥側から手前側へ走査する往復の走査を「１回の走査」とする。但し、道路の幅員方向の手前側から奥側への往路の走査、または道路の幅員方向の奥側から手前側へ走査する復路の走査（片道の走査）を「１回の走査」としてもよい。

次に、４台のレーザセンサ（符号１２１−１２４）の位置関係について説明する。

図２は、実施の形態１におけるレーザセンサの位置関係を示す平面図である。
通行車両１１０の進行方向に対する４台のレーザセンサ（符号１２１−１２４）の位置関係について、図２に基づいて説明する。

レーザ光が放射される計測領域（計測ライン）を網掛けで記す。

車両検知開始センサ１２１（第一の車両検知センサの一例）は、４台のレーザセンサのうち通行車両１１０の進行方向の最も手前側に設置するレーザセンサである。
車両検知終了センサ１２２（第二の車両検知センサの一例）は、４台のレーザセンサのうち通行車両１１０の進行方向の最も奥側に設置するレーザセンサである。
車軸検知センサ１２３（車軸検知センサの一例）および上部車両検知センサ１２４（第三の車両検知センサの一例）は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との間に設置するレーザセンサである。つまり、車軸検知センサ１２３および上部車両検知センサ１２４は、車両検知開始センサ１２１に対して通行車両１１０の進行方向の奥側に位置し、車両検知終了センサ１２２に対して通行車両１１０の進行方向の手前側に位置する地点に設置される。

車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との間隔は約８０センチメートル以上が好ましい。車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２が同一の通行人（または、その他の通行車両１１０以外のもの）を同時に検知しないようにするためである。
また、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との間隔は約１５０センチメートル以下が好ましい。通行車両１１０が車両検知開始センサ１２１の計測領域を通過する前に車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知できるようにするためである。

車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２とは、互いに道路を挟んだ反対側の道路脇（路側）に設置するとよい。つまり、車両検知終了センサ１２２は、車両検知開始センサ１２１を設置する道路脇に対して反対側の道路脇に設置するとよい。通行車両１１０をより広い領域で検知できるようにするためである。
また、車軸検知センサ１２３および上部車両検知センサ１２４は、車両検知開始センサ１２１を設置する側の道路脇と車両検知終了センサ１２２を設置する側の道路脇とのいずれの道路脇に設置してもよい。
但し、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２とを同じ側の道路脇に設置しても構わず、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２とのいずれも設置しない側の道路脇に車軸検知センサ１２３と上部車両検知センサ１２４とを設置しても構わない。

図３は、実施の形態１におけるレーザセンサの位置関係を示す正面図である。
レーザセンサ（符号１２１−１２４）が設置される高さについて、図３に基づいて説明する。

通行車両１１０を検知する対象領域として「検知エリア１０１」を示し、レーザ光が放射される計測領域の範囲を点線で示す。検知エリア１０１は少なくともいずれかのレーザセンサ（符号１２１−１２４）の計測領域に含まれる。
また、牽引車の車体の下部に設けられる「下部牽引棒１１２」と牽引車の車体の上部に設けられる「上部牽引棒１１３」とを検知エリア１０１内に示す。

車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２は、４台のレーザセンサのうち中程度の高さに設置する。
車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２を設置する高さは、通行車両１１０の車体（先端部と後端部とを含む）を検知し、また、牽引車の下部牽引棒１１２を検知することができる程度の高さである。

車軸検知センサ１２３は、４台のレーザセンサのうち最も低い位置に設置する。
車軸検知センサ１２３を設置する高さは、通行車両１１０のタイヤを検知することができる程度の高さである。

上部車両検知センサ１２４は、４台のレーザセンサのうち最も高い位置に設置する。
上部車両検知センサ１２４を設置する高さは、牽引車の上部牽引棒１１３を検知することができる程度の高さである。

図４は、実施の形態１における検知エリア１０１の寸法の一例を示す図である。
実施の形態１における検知エリア１０１の寸法について、図４に基づいて説明する。

図４に示す検知エリア１０１は、路面からの高さが２０００ミリメートルまでの領域であって、幅が３５００ミリメートルの領域である。

以下、路面からの高さが例えば５００ミリメートルまでの領域を「Ｆ１５検知エリア１０２」という。
また、路面からの高さが５００ミリメートルから１７５０ミリメートルまでの領域を「Ｆ５０検知エリア１０３」という。

Ｆ１５検知エリア１０２は、下部牽引棒１１２が取り付けられる範囲を示す領域、つまり、下部牽引棒１１２を検知する対象領域である。下部牽引棒１１２の直径は約１５ミリメートルであり、Ｆ１５検知エリア１０２では直径約１５ミリメートル以上の物体の検知を行う必要がある。
Ｆ５０検知エリア１０３は、上部牽引棒１１３が取り付けられる範囲を示す領域、つまり、上部牽引棒１１３を検知する対象領域である。上部牽引棒１１３の直径は約５０ミリメートルであり、Ｆ５０検知エリア１０３では直径約５０ミリメートル以上の物体の検知を行う必要がある。

また、検知エリア１０１の奥行きの範囲は、車両検知開始センサ１２１の計測領域から車両検知終了センサ１２２の計測領域までの範囲である。

車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２（図３参照）は、Ｆ１５検知エリア１０２を含んだ領域を計測領域として、計測領域にレーザ光を放射して計測領域内で反射したレーザ光を受光する高さに設置する。
例えば、Ｆ１５検知エリア１０２を車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２の対象領域とする。

上部車両検知センサ１２４（図３参照）は、Ｆ５０検知エリア１０３を含んだ領域を計測領域として、計測領域にレーザ光を放射して計測領域内で反射したレーザ光を受光する高さに設置する。
例えば、Ｆ５０検知エリア１０３を上部車両検知センサ１２４の対象領域とする。

図４に示す検知エリア１０１の寸法は実施の形態の一例であり、検知エリア１０１は図４に示す領域より大きくても小さくても構わない。
例えば、検知エリア１０１の横幅は道路の幅員と同じまたは同程度にする。つまり、道路の幅員が４０００ミリメートルである場合、検知エリア１０１の横幅を約４０００ミリメートルにする。

次に、４台のレーザセンサ（符号１２１−１２４）が放射するレーザ光の種類について説明する。
車両検知開始センサ１２１、車両検知終了センサ１２２および車軸検知センサ１２３は、連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）のレーザ光を放射する。検知精度を高めるためである。但し、パルス波のレーザ光を放射しても構わない。
上部車両検知センサ１２４は、パルス波または連続波のレーザ光を放射する。上部車両検知センサ１２４の主な目的は下部牽引棒１１２と比較してサイズの大きい上部牽引棒１１３の検出であるため、検知分解能が多少低くても構わないためである。

図５、図６は、実施の形態１におけるレーザセンサの計測領域と牽引車１１１との関係図である。
実施の形態１におけるレーザセンサの計測領域と牽引車１１１との関係について、図５および図６に基づいて説明する。

図５および図６に、被牽引車１１９を牽引棒（符号１１２、１１３）を用いて牽引する牽引車１１１を示す。
また、車両検知開始センサ１２１の「計測領域１２１ａ」と、車両検知終了センサ１２２の「計測領域１２２ａ」と、車軸検知センサ１２３の「計測領域１２３ａ」と、上部車両検知センサ１２４の「計測領域１２４ａ」とを示す。

図５に示すように、被牽引車１１９を下部牽引棒１１２を用いて牽引する牽引車１１１が通行した場合、車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２によって牽引車１１１の車体（先端部と後端部とを含む）を検知することができる。
さらに、車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２によって牽引車１１１に取り付けられた下部牽引棒１１２を検知することができる。
また、車軸検知センサ１２３によって牽引車１１１のタイヤを検知することができる。

図６に示すように、被牽引車１１９を上部牽引棒１１３を用いて牽引する牽引車１１１が通行した場合、車両検知開始センサ１２１よび車両検知終了センサ１２２によって牽引車１１１の車体（先端部と後端部とを含む）を検知することができる。
さらに、上部車両検知センサ１２４によって牽引車１１１に取り付けられた上部牽引棒１１３を検知することができる。
また、車軸検知センサ１２３によって牽引車１１１のタイヤを検知することができる。

図７は、実施の形態１における車両検出装置２００の機能構成図である。
実施の形態１における車両検出装置２００の機能構成について、図７に基づいて説明する。

車両検出装置２００（車両検出装置の一例）は、車両検知部２１０、車軸検知部２２０、前後進判定部２３０および検出装置記憶部２９０を備える。

検出装置記憶部２９０は、車両検出装置２００が使用するデータを記憶する。
走査データ２９１や車軸数２９２は、検出装置記憶部２９０に記憶されるデータの一例である。

車軸数２９２は、車軸検知部２２０によって算出される。

走査データ２９１は、レーザセンサ（符号１２１−１２４）によって１回の走査で得られる計測データである。１回の走査によって道路の幅員方向の往復分（または片道分）の計測データが得られる。
レーザセンサは、放射したレーザ光毎にレーザ光を反射した反射地点との距離を計測し、１回の走査毎に１回の走査で計測した複数の距離を含んだデータを「走査データ２９１」として出力する。
以下、レーザ光を反射した反射地点を「計測点」、計測した距離を「計測距離」、距離を計測した時刻（例えば、レーザ光を放射または受光した時刻）を「計測時刻」、レーザ光の放射角度を「計測角度」という。

例えば、走査データ２９１は、計測点毎に計測時刻と計測距離と計測角度とを対応付けて示す。

車両検知部２１０は、車両検知開始センサ１２１の走査データ２９１に基づいて、車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知しているか否かを判定する。
車両検知部２１０は、車両検知終了センサ１２２の走査データ２９１に基づいて、車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知しているか否かを判定する。

車軸検知部２２０は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との少なくともいずれかが通行車両１１０を検知している間、車軸検知センサ１２３の走査データ２９１に基づいて、車軸検知センサ１２３が通行車両１１０の車軸（タイヤ）を検知しているか否かを判定する。
車軸検知部２２０は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との少なくともいずれかが通行車両１１０を検知している間、車軸検知センサ１２３が通行車両１１０の車軸（タイヤ）を検知した回数を通行車両１１０の車軸数２９２として数える。

図８は、実施の形態１における車両検知部２１０の車両検知処理を示すフローチャートである。
実施の形態１における車両検知部２１０の車両検知処理について、図８に基づいて説明する。

Ｓ１１０において、車両検知部２１０は、車両検知開始センサ１２１から出力された走査データ２９１を入力し、入力した走査データ２９１に基づいて車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知しているか否かを判定する。

このとき、車両検知部２１０は、走査データ２９１に含まれる計測距離と所定の車両検知閾値とを比較する。例えば、計測角度毎に計測角度と車両検知閾値とを対応付けて検出装置記憶部２９０に予め記憶しておく。そして、車両検知部２１０は、計測角度毎に車両検知閾値と計測距離とを比較する。
車両検知部２１０は、車両検知閾値より短い距離を示す（所定数以上の）計測距離が走査データ２９１に含まれている場合に車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知していると判定する。

この車両検知閾値は、車両検知開始センサ１２１（または車両検知終了センサ１２２）と道路の路面との距離に相当する設計値である。
したがって、通行車両１１０が車両検知開始センサ１２１の前方を通過している場合、計測距離は車両検知閾値より短い距離を示す。
つまり、通行車両１１０の車体に反射したレーザ光を「車体反射光」とすると、車体反射光を受光したときの計測距離は車両検知閾値より短い距離である。車体反射光を受光することは通行車両１１０を検知することを意味する。

Ｓ１１０の後、Ｓ１１１に進む。

Ｓ１１１において、車両検知部２１０は、車両検知終了センサ１２２から出力された走査データ２９１を入力し、入力した走査データ２９１に基づいて車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知しているか否かを判定する（Ｓ１１０と同様）。
Ｓ１１１の後、Ｓ１１２に進む。

Ｓ１１２において、車両検知部２１０は、Ｓ１１０の判定結果とＳ１１１の判定結果とに基づいて、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との少なくともいずれかが通行車両１１０を検知しているか否かを判定する。
車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との少なくともいずれかが通行車両１１０を検知している場合（ＹＥＳ）、Ｓ１１３に進む。
車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２とのいずれも通行車両１１０を検知していない場合（ＮＯ）、Ｓ１１０に戻る。

Ｓ１１３において、車両検知部２１０は、通行車両１１０が検知エリア１０１を通行中であることを示す車両検知信号（またはデータ）を路側無線装置１３０に出力（送信）する。
Ｓ１１３の後、Ｓ１１０に戻る。

車両検知処理（Ｓ１１１−Ｓ１１３）は、繰り返し実行される。

車両検知処理（Ｓ１１１−Ｓ１１３）において、車両検知部２１０は、上部車両検知センサ１２４が通行車両１１０を検知しているか否かを判定してもよい。
この場合、車両検知部２１０は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２と上部車両検知センサ１２４との少なくともいずれかが通行車両１１０を検知している場合に車両検知信号を出力する。

車両検知部２１０から車両検知信号が出力された場合、路側無線装置１３０および料金収受装置１４０は、例えば、以下のような処理を行う。
路側無線装置１３０は、通信アンテナ１３１を介して通行車両１１０の車載器と通信を行い、車載器に装着されたＥＴＣのカード情報（課金先の情報）を受信する。
路側無線装置１３０は、受信したＥＴＣのカード情報を料金収受装置１４０に送信する。牽引棒検知信号が出力された場合、路側無線装置１３０は牽引車１１１であることを示す車種情報も料金収受装置１４０に送信する。
料金収受装置１４０は、ＥＴＣのカード情報を受信し、受信したＥＴＣのカード情報に基づいて課金処理を行うことにより通行料金を収受する。

図９は、実施の形態１における車軸検知部２２０の車軸検知処理を示すフローチャートである。
実施の形態１における車軸検知部２２０の車軸検知処理について、図９に基づいて説明する。

Ｓ１２０において、車軸検知部２２０は、車両検知部２１０の判定結果（図８のＳ１１０）に基づいて、車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し始めるまで待機する。
「検知し始める」とは、検知していない状態から検知した状態に移行することを意味する。
Ｓ１２０の後、Ｓ１２１に進む。

Ｓ１２１において、車軸検知部２２０は、車軸数２９２を初期化して車軸数２９２を「０」にする。
Ｓ１２１の後、Ｓ１２２に進む。

Ｓ１２２において、車軸検知部２２０は、車軸検知センサ１２３が通行車両１１０の車軸（タイヤ）を検知し始めるまで待機する。

車軸検知センサ１２３が通行車両１１０の車軸を検知しているか否かは、以下のように判定する。

車軸検知部２２０は、車軸検知センサ１２３から出力された走査データ２９１を入力する。
車軸検知部２２０は、入力した走査データ２９１に含まれる計測距離と所定の車軸検知閾値とを比較する。例えば、計測角度毎に計測角度と車軸検知閾値とを対応付けて検出装置記憶部２９０に予め記憶しておく。そして、車軸検知部２２０は、計測角度毎に車両検知閾値と計測距離とを比較する。
車軸検知部２２０は、車軸検知閾値より短い距離を示す（所定数以上の）計測距離が走査データ２９１に含まれている場合に車軸検知センサ１２３が通行車両１１０の車軸を検知していると判定する。但し、車軸検知部２２０は、車軸検知センサ１２３の高さと計測角度と計測距離とに基づいて計測点の高さを算出し、算出した計測点の高さが所定の車体高閾値より低いことを判定条件に加えてもよい。車体高閾値は、通行車両１１０の車体の最も低い部分の高さに相当する設計値である。車体高閾値は予め検出装置記憶部２９０に記憶しておく。

Ｓ１２２の後、Ｓ１２３に進む。

Ｓ１２３において、車軸検知部２２０は、車軸検知センサ１２３が通行車両１１０の車軸を検知し終わるまで軸検知信号（またはデータ）を路側無線装置１３０に出力する。
「検知し終わる」とは、検知し始めた後に検知していない状態に移行することを意味する。
軸検知信号は、車軸検知センサ１２３が通行車両１１０の車軸を検知していることを示す信号である。
Ｓ１２３の後、Ｓ１２４に進む。

Ｓ１２４において、車軸検知部２２０は、車軸数２９２に「１」を加算する。
Ｓ１２４の後、Ｓ１２５に進む。

Ｓ１２５において、車軸検知部２２０は、車両検知部２１０の判定結果（図８のＳ１１１）に基づいて、車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し終えたか否かを判定する。
車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し終えた場合（ＹＥＳ）、Ｓ１２６に進む。
車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し終えていない場合（ＮＯ）、Ｓ１２２に戻る。

Ｓ１２６において、車軸検知部２２０は、車軸数２９２を示す軸数検知信号（またはデータ）を路側無線装置１３０に出力する。
Ｓ１２６により、車軸検知処理は終了する。但し、車軸検知処理（Ｓ１２０−Ｓ１２６）は繰り返し実行される。

車軸検知部２２０が軸数検知信号を出力した場合、路側無線装置１３０は軸数検知信号を受信し、受信した軸数検知信号に基づいて車軸数２９２を料金収受装置１４０に出力する。
料金収受装置１４０は、受信したＥＴＣのカード情報と車軸数２９２とに基づいて車種を判定し、判定した車種に応じた通行料金を収受する。例えば、ＥＴＣのカード情報と車軸数と車種とを対応付けた車種データと、車種と通行料金とを対応付けた通行料金データとを料金収受装置１４０の収受装置記憶部に予め記憶しておく。料金収受装置１４０は、車種データに基づいて車軸数に対応する通行車両１１０の車種を判定し、判定した車種に対応する通行料金を通行料金データに基づいて判定する。

図１０は、実施の形態１における前後進判定部２３０の前後進判定処理の判定順序を示す表である。
実施の形態１における前後進判定部２３０の前後進判定処理について、図１０に基づいて説明する。

前後進判定部２３０は、車両検知部２１０の判定結果（図８のＳ１１０とＳ１１１）に基づいて、通行車両１１０が前進したか又は後進したかを判定する。

車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２とが図１０（Ａ）の順番通りに通行車両１１０を検知した場合、通行車両１１０は前進している。
この場合、前後進判定部２３０は、通行車両１１０が前進していることを示す前進検知信号（またはデータ）を路側無線装置１３０に出力する。

車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２とが図１０（Ａ）の順番通りに通行車両１１０を検知していない場合、通行車両１１０は後進している。
この場合、前後進判定部２３０は、通行車両１１０が後進していることを示す後進検知信号を路側無線装置１３０（またはデータ）に出力する。

例えば、（１）車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し始めた後、（２）車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し始めた場合、通行車両１１０は前進している。
また、（１）車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し始めた後、（２）車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し始める前に（３）車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し終えた場合、通行車両１１０は後進している。この後、通行車両１１０が前進して検知エリア１０１を通過した場合、通行車両１１０は（１）（２）（３）（４）の順番で検知される。

例えば、（２）車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し始めた後、（３）車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し終えた場合、通行車両１１０は前進している。
また、（２）車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し始めた後、（３）車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し終える前に（４）車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し終えた場合、通行車両１１０は後進している。この後、通行車両１１０が前進して検知エリア１０１を通過した場合、通行車両１１０は（２）（３）（４）の順番で検知される。

路側無線装置１３０は、前進検知信号と後進検知信号とに基づいて通行車両１１０が検知エリア１０１を通過したか否かを判定する。
路側無線装置１３０は、通行車両１１０が検知エリア１０１を通過するまでの間、１度だけ通行車両１１０からＥＴＣのカード情報を取得し、取得したカード情報を料金収受装置１４０に出力する。通行車両１１０に対して二重に通行料金を収受しないためである。

前後進判定部２３０は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２と上部車両検知センサ１２４とが図１０（Ｂ）の順番通りに通行車両１１０を検知した場合に通行車両１１０は前進していると判定してもよい。

図１１は、実施の形態１におけるレーザセンサの位置関係の別例を示す正面図である。
実施の形態１におけるレーザセンサの位置関係の別例について、図１１に基づいて説明する。

通行料金課金システム１００は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２と車軸検知センサ１２３との３つのレーザセンサを備えてもよい。
つまり、通行料金課金システム１００は、上部車両検知センサ１２４（図３参照）を備えなくてもよい。

この場合、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との少なくともいずれかは、下部牽引棒１１２と上部牽引棒１１３とを計測領域に含む位置に設置される。
但し、上部牽引棒１１３を検知する必要がない場合、車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２は下部牽引棒１１２を計測領域に含む位置に設置すればよい。

タイヤからのレーザ光の反射量はレーザ光の入射角に大きく依存し、レーザ光の入射角が垂直に近いほど反射量が大きく、入射角が傾くほど反射量が小さくなる。
実施の形態ではタイヤに対してレーザ光の入射角が垂直に近い位置に車軸検知センサ１２３を備えるため、降雨時であってもタイヤ（車軸）を正しく検知することができる。

対して車体からのレーザ光の反射率はレーザ光の入射角にあまり依存しない。
したがって、車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２は、車体に対して自由な角度でレーザ光を放射できればよい。

図１２は、実施の形態１における車両検出装置２００のハードウェア資源の一例を示す図である。
図１２において、車両検出装置２００は、ＣＰＵ９０１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ９０１は、バス９０２を介してＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０４、通信ボード９０５、ディスプレイ装置９１１、キーボード９１２、マウス９１３、ドライブ装置９１４、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ドライブ装置９１４は、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記憶媒体を読み書きする装置である。

通信ボード９０５は、有線または無線で、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、電話回線などの通信網に接続している。

磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２２、ファイル群９２３が記憶されている。

プログラム群９２２には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれる。プログラム（例えば、車両検出プログラム）は、ＣＰＵ９０１により読み出され実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものであり、また「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

ファイル群９２３には、実施の形態において説明する「〜部」で使用される各種データ（入力、出力、判定結果、計算結果、処理結果など）が含まれる。

実施の形態において構成図およびフローチャートに含まれている矢印は主としてデータや信号の入出力を示す。

実施の形態において「〜部」として説明するものは「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで実装されても構わない。

実施の形態１で説明した通行料金課金システム１００により、以下のような効果を奏することができる。
受光素子や受光光学系などの部品として特別な部品でなく安価な部品をレーザセンサに用いることができる。
車両検知開始センサ１２１の検知結果を元にして車軸検知センサ１２３で車軸を検知することにより、高速で走行する車両の車軸を正確に検知することができる。
車軸検知センサ１２３をタイヤに正対させて路面近くに設けることにより、車軸の検知精度が向上する。
上部車両検知センサ１２４によって直径５０ミリメートルの牽引棒（上部牽引棒１１３）を検知することができる。上部車両検知センサ１２４は高性能である必要はない。

車両検知開始センサ１２１および車両検知終了センサ１２２により、直径１５ミリメートルの牽引棒（下部牽引棒１１２）を有する牽引車１１１を検知することができる。つまり、車両検知開始センサ１２１の検知結果と車両検知終了センサ１２２の検知結果との論理和を取ることにより、牽引車１１１と下部牽引棒１１２と被牽引車１１９とを一体として検知することができる。
車両が車線の中央を走行せずに車線の左側または右側によって走行している場合であっても、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との少なくともいずれかによって車両を検知することができる。
車両検知開始センサ１２１の検知結果と車両検知終了センサ１２２の検知結果と車軸検知センサ１２３の検知結果との論理和を取ることにより、牽引車１１１と上部牽引棒１１３と被牽引車１１９とを一体として検知することができる。
車両検知開始センサ１２１の検知結果をトリガとして車軸検知センサ１２３が車軸の検知を開始することにより、高速で走行するショートノーズの車両の車軸を正しく検知することができる。

実施の形態２．
通行車両の車幅、車速および車長を検知する形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態１と同様である。

図１３は、実施の形態２における車両検出装置２００の機能構成図である。
実施の形態２における車両検出装置２００の機能構成について、図１３に基づいて説明する。

車両検出装置２００は、実施の形態１で説明した構成（図７参照）に加えて、車幅算出部２４０と車速算出部２５０と車長算出部２６０とを備える。

車幅算出部２４０は、車両検知開始センサ１２１の走査データ２９１（計測距離を含む）と車両検知終了センサ１２２の走査データ２９１（計測距離を含む）とに基づいて、通行車両１１０の車幅２９３を算出する。
車幅算出部２４０は、算出した車幅２９３を示す車幅検知信号を路側無線装置１３０に出力する。

例えば、車幅算出部２４０は、検出装置記憶部２９０からセンサ間幅員距離２９６を取得する。センサ間幅員距離２９６は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との距離であって道路の幅員方向の距離を示す。センサ間幅員距離２９６は、検出装置記憶部２９０に予め記憶しておく。
車幅算出部２４０は、車両検知開始センサ１２１の計測距離と車両検知終了センサ１２２の計測距離とをセンサ間幅員距離２９６から減算した値を通行車両１１０の車幅２９３として算出する。
車両検知開始センサ１２１の計測距離は、車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知しているとき（図８のＳ１１０参照）の計測距離である。車両検知終了センサ１２２の計測距離は、車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知しているとき（図８のＳ１１１参照）の計測距離である。

車速算出部２５０は、車両検知開始センサ１２１の走査データ２９１（計測時刻を含む）と車両検知終了センサ１２２の走査データ２９１（計測時刻を含む）とに基づいて、通行車両１１０の車速２９４を算出する。
車速算出部２５０は、算出した車速２９４を示す車速検知信号を路側無線装置１３０に出力する。

例えば、車速算出部２５０は、検出装置記憶部２９０からセンサ間通行距離２９７を取得する。センサ間通行距離２９７は、車両検知開始センサ１２１と車両検知終了センサ１２２との距離であって通行車両１１０の通行方向の距離を示す。センサ間通行距離２９７は、検出装置記憶部２９０に予め記憶しておく。
車速算出部２５０は、車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し始めた計測時刻と、車両検知終了センサ１２２が通行車両１１０を検知し始めた計測時刻との時刻差を通行時間として算出する。
車速算出部２５０は、センサ間通行距離２９７を通行時間で除算した値を通行車両１１０の車速２９４として算出する。

車長算出部２６０は、車速２９４と車両検知開始センサ１２１（または車両検知終了センサ１２２）の走査データ２９１（計測時刻を含む）とに基づいて、通行車両１１０の車長２９５を算出する。
車長算出部２６０は、算出した車長２９５を示す車長検知信号を路側無線装置１３０に出力する。

例えば、車長算出部２６０は、車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し始めた計測時刻と、車両検知開始センサ１２１が通行車両１１０を検知し終えた計測時刻との時刻差を通過時間として算出する。
車長算出部２６０は、車速２９４に通過時間を乗算した値を通行車両１１０の車長２９５として算出する。

料金収受装置１４０は、路側無線装置１３０を介して車幅２９３と車長２９５と車速２９４とを取得し、車幅２９３と車長２９５と車速２９４との少なくともいずれかに基づいて通行車両１１０の車種を判定し、判定した車種に応じた通行料金を収受する。

例えば、車幅の範囲と車長の範囲と車種とを対応付けた車種データと、車種と通行料金とを対応付けた通行料金データとを料金収受装置１４０の収受装置記憶部に予め記憶しておく。
料金収受装置１４０は、車種データに基づいて通行車両１１０の車幅２９３と車長２９５とに対応する車種を判定する。
料金収受装置１４０は、判定した車種に対応する通行料金を通行料金データに基づいて判定し、判定した通行料金を収受する。

但し、車幅２９３と車長２９５と車速２９４との少なくともいずれかに基づいて通行車両１１０の車種を判定する車種判定部を車両検出装置２００が備えても構わない。この場合、車種データは検出装置記憶部２９０に予め記憶しておく。

実施の形態において、以下のような車両検出システムについて説明した。
車両検出システムは、
道路脇の所定の高さに設置され道路脇から路面に向けてレーザ光を放射し、道路を通行する通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光する第一の車両検知センサと、
前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置する地点に設置され路面に向けてレーザ光を放射し、前記通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光する第二の車両検知センサと、
前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置して前記第二の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の手前側に位置する地点に前記第一の車両検知センサより低い位置に設置され路面に向けてレーザ光を放射し、前記通行車両のタイヤに反射したレーザ光を車軸反射光として受光する車軸検知センサと、
前記第一の車両検知センサが車体反射光を受光し始めてから前記第二の車両検知センサが車体反射光を受光しなくなるまでの間、前記車軸検知センサが車軸反射光を受光し始めて前記車軸検知センサが車軸反射光を受光しなくなる回数を前記通行車両の車軸数として数える車両検出装置とを備える。

前記車両検出装置は、前記第一の車両検知センサと前記第二の車両検知センサとの少なくともいずれかが車体反射光を受光している間、前記通行車両の車軸数を数える。

前記第二の車両検知センサは、前記第一の車両検知センサが設置される側の道路脇に対して反対側の道路脇に設置され、
前記車軸検知センサは、前記第一の車両検知センサが設置される側の道路脇と前記第二の車両検知センサが設置される側の道路脇とのいずれかに設置される。

前記第一の車両検知センサは、被牽引車を牽引する牽引棒を有する牽引車が通行している場合、牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光し、
前記車両検出装置は、前記第一の車両検知センサが牽引棒反射光を受光したか否かを判定し、判定結果に基づいて牽引車が通行しているか否かを判定する。

前記第一の車両検知センサは、牽引棒を車体の下部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光し、
前記車両検出システムは、さらに、
前記第一の車両検知センサより高い位置に設置され路面に向けてレーザ光を放射し、牽引棒を車体の上部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光する第三の車両検知センサを備え、
前記車両検出装置は、前記第一の車両検知センサと前記第三の車両検知センサとの少なくともいずれかが牽引棒反射光を受光した場合、牽引車が通行していると判定する。

１００ 通行料金課金システム、１０１ 検知エリア、１０２ Ｆ１５検知エリア、１０３ Ｆ５０検知エリア、１１０ 通行車両、１１１ 牽引車、１１２ 下部牽引棒、１１３ 上部牽引棒、１１９ 被牽引車、１２１ 車両検知開始センサ、１２１ａ 計測領域、１２２ 車両検知終了センサ、１２２ａ 計測領域、１２３ 車軸検知センサ、１２３ａ 計測領域、１２４ 上部車両検知センサ、１２４ａ 計測領域、１３０ 路側無線装置、１３１ 通信アンテナ、１４０ 料金収受装置、２００ 車両検出装置、２１０ 車両検知部、２２０ 車軸検知部、２３０ 前後進判定部、２４０ 車幅算出部、２５０ 車速算出部、２６０ 車長算出部、２９０ 検出装置記憶部、２９１ 走査データ、２９２ 車軸数、２９３ 車幅、２９４ 車速、２９５ 車長、２９６ センサ間幅員距離、２９７ センサ間通行距離、９０１ ＣＰＵ、９０２ バス、９０３ ＲＯＭ、９０４ ＲＡＭ、９０５ 通信ボード、９１１ ディスプレイ装置、９１２ キーボード、９１３ マウス、９１４ ドライブ装置、９２０ 磁気ディスク装置、９２１ ＯＳ、９２２ プログラム群、９２３ ファイル群。

Claims (4)

1. 道路脇に設置され道路脇から路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、道路を通行する通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光し、牽引棒を車体の下部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光する第一の車両検知センサと、
   前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置する地点に設置され路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、前記通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光する第二の車両検知センサと、
   前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置して前記第二の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の手前側に位置する地点に前記第一の車両検知センサより低い位置に設置され路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、前記通行車両のタイヤに反射したレーザ光を車軸反射光として受光する車軸検知センサと、
   前記第一の車両検知センサより高い位置に設置され路面に向けてパルス波のレーザ光を放射し、牽引棒を車体の上部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光する第三の車両検知センサと
   を備えることを特徴とする車両検出システム。
2. 前記第二の車両検知センサは、前記第一の車両検知センサが設置される側の道路脇に対して反対側の道路脇に設置され、
   前記車軸検知センサは、前記第一の車両検知センサが設置される側の道路脇と前記第二の車両検知センサが設置される側の道路脇とのいずれかに設置される
   ことを特徴とする請求項１記載の車両検出システム。
3. 道路脇に設置され道路脇から路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、道路を通行する通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光し、牽引棒を車体の下部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光する第一の車両検知センサと、
   前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置する地点に設置され路面に向けてパルス波のレーザ光を放射し、前記通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光し、牽引棒を車体の上部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光する第二の車両検知センサと、
   前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置して前記第二の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の手前側に位置する地点に前記第一の車両検知センサより低い位置に設置され路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、前記通行車両のタイヤに反射したレーザ光を車軸反射光として受光する車軸検知センサと
   を備えることを特徴とする車両検出システム。
4. 道路脇に設置した第一の車両検知センサが、道路脇から路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、道路を通行する通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光し、牽引棒を車体の下部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光し、
   第二の車両検知センサが、前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置する地点に設置され路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、前記通行車両に反射したレーザ光を車体反射光として受光し、
   車軸検知センサは前記第一の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の奥側に位置して前記第二の車両検知センサに対して前記通行車両の進行方向の手前側に位置する地点に前記第一の車両検知センサより低い位置に設置されたセンサであり、前記車軸検知センサが、路面に向けて連続波のレーザ光を放射し、前記通行車両のタイヤに反射したレーザ光を車軸反射光として受光し、
   第三の車両検知センサが、前記第一の車両検知センサより高い位置に設置され路面に向けてパルス波のレーザ光を放射し、牽引棒を車体の上部に有する牽引車の牽引棒に反射したレーザ光を牽引棒反射光として受光する
   ことを特徴とする車両検出方法。

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