JP6309328B2 - 車両の速度監視方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、速度閾値を超えた車両の撮影や渋滞時の交通量の計測などに使用される車両の速度監視装置に関する。

速度閾値を超えた速度で走行した車両を撮影して記録に残す装置が知られている。例えば特許文献１に開示された装置は、撮影装置を所定部位に設置し、車両が接近してくる状況でその車両の走行速度を計測し、速度閾値を超えている車両については、その正面の画像を撮影するとともに、その車両の後端のナンバープレートも撮影する。

また、車両の走行速度の計測にパルスレーダを使用する場合、パルス割れと車両分解能の問題が指摘されている。パルス割れとは、車両形状によっては反射波が十分に返ってこない、あるいは反射波の一部が欠ける現象である。車両分解能の問題とは、先行車両と後続車両との間隔が短いと、両車両をそれぞれ別の車両と識別できないという問題である。このような問題を解消するため、特許文献２に開示された装置では、車両の存在を感知中に時々刻々車両長を計測し、計測した車両長に応じて、反射波の保持時間の長さを変えることにより、パルス割れの防止と車両分解能の向上とを同時に達成している。

特開平４−１４９７００号公報 特開平３−２３１１８３号公報

特許文献１および特許文献２に開示された装置では、いずれも、レーダに近づいてくる車両の前方で車両の走行速度を計測する。そのため、特許文献１に開示された装置では、上述したパルス割れと車両分解能の問題が解消できない。また、車両の後端を撮影する場合、速度測定をした位置から撮影位置までに車両が走行する距離が長く、途中で走行速度が変化した場合に必ずしもその車両の後端を撮影できるとは限らないという問題もある。
特許文献２に開示された装置では、時々刻々車両長を計測して車両速度の計算の仕方を変える必要があるため、処理が複雑となり、しかも速度閾値を超える速度で走行する車両を正しく撮影するには、かなりの高速な処理が要求される。

本発明は、上記の問題点に鑑み、車両の形状および車両長に関わりなく１台の車両の目的部位を正しく撮影するタイミングを決定することができる速度監視のための技術を提供することを課題とする。

本発明は、車両の速度監視方法および速度監視装置を提供する。
本発明の速度監視方法は、レーダが、走行する車両の後方を俯瞰する部位から前記車両の後方に向けて電波を送信するとともにその反射波を受信することによりドップラー信号を生成し、前記レーダとつながる信号処理部が、前記ドップラー信号の信号強度が有意な値を超えたかどうかを判定し、有意な値を超えたときは当該時点から前記有意な値以下に変化するまでの間に、前記車両の走行速度を算出するとともに、算出した走行速度が予め定めた速度閾値を超えたかどうかを判定し、超えているときは、前記信号強度が前記有意な値以下となる状態が前記走行速度に応じて定まる基準期間継続した時点で前記車両を撮影可能な撮影装置に対してシャッタ信号を出力することを特徴とする方法である。

本発明の速度監視装置は、走行する車両の後方を俯瞰する部位に前記車両の後端を撮影可能な撮影装置と共に設置され、その設置部位から離れる方向に走行する車両の後方に向けて電波を送信するとともにその反射波を受信することによりドップラー信号を生成するレーダと、前記レーダから前記ドップラー信号を取得する信号取得手段と、取得したドップラー信号の信号強度が有意な値となったときに、該ドップラー信号が表す走行速度を算出するとともに、この走行速度が予め定めた速度閾値を超えているかどうかを判定し、超えているときは、前記信号強度が前記有意な値から当該値以下に変化したことを検出する検出手段と、変化後の信号強度が前記走行速度に応じて定まる基準期間継続された時点で前記撮影装置に対してシャッタ信号を出力する信号出力手段と、を有するものである。

上記の速度監視装置において、前記検出手段を、前記走行速度を算出した後、前記信号強度が前記有意な値から当該値以下に変化したことを検出するように構成し、前記信号出力手段を、前記車両を撮影可能な撮影装置に対してシャッタ信号を出力するように構成しても良い。あるいは、前記検出手段を、前記走行速度を算出した後、前記信号強度が前記有意な値から当該値以下に変化したことを検出するように構成し、前記信号出力手段を、変化後の信号強度が前記走行速度に応じて定まる基準期間継続された時点で、外部装置に対して前記走行速度および前記車両の識別を可能にする識別情報を出力するように構成しても良い。

本発明では、監視対象となる車両の後端に着目するので、車両の形状・サイズおよび車両長に関わらない速度監視が可能となる。また、ドップラー信号の信号強度が有意な値以下となった時点が車両の後端を表し、そこから基準時間継続した時点で後続車両が存在しないことが判明するので、１台の車両を特定してその車両の目的部位、例えば後端を正しく撮影するタイミングを決定することができる。

本実施形態の速度監視装置の使用場面例を示す説明図。 速度監視装置の構成図。 ドップラー信号の説明図。 信号処理部（制御部）における処理手順説明図。 後方監視の概念説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を説明する。
図１は、本実施形態の速度監視装置の使用場面例を示す説明図である。この速度監視装置１は、撮影装置３と共に、走行する車両７の後方を俯瞰する部位、例えば、道路上から５〜６［ｍ］の高さの支柱５などに設置され、その設置部位から離れる方向に走行する車両７の走行速度を、計測領域において監視する。計測領域は、速度監視装置１から斜め下方に送受信される電波の覆域でその大きさが決まる領域である。本実施形態では、水平方向で監視対象となる車両のほぼ１台の長さ分のサイズをもつ計測領域を道路上に形成する。撮影装置３は、計測領域よりも車両７が走行方向に少し進んだ領域で車両７の目的部位、例えば後端のナンバープレートの設置部位が撮影画面に入るように位置決めされている。

図２は、速度監視装置１の構成例を示す図である。速度監視装置１は、レーダ１０、ＡＤＣ（アナログ・ディジタル変換器）２０、信号処理部３０、および、撮影装置３とのインタフェース部４０を有する。インタフェース部４０は、コネクタ等の配線部品を含む。

レーダ１０は、アンテナ１１と、ドップラーモジュール１２とを有するドップラーレーダである。このレーダ１０は、道路上に上述したサイズの計測領域を形成し、かつ、想定車間距離の分解能を有する諸元となるように構成される。「想定車間距離」とは、速度閾値に基づいて想定される、走行中の先行車両と後続車両との距離、つまり、先行車両の後方のナンバープレートの設置部位が後続車両で隠れない距離である。先行車両が撮影を要するほどの速度で走行している場合に、後続車両がそれに接近している事態は考えにくいことから、本実施形態では想定車間距離を３「ｍ」とする。

上記の諸元を満足するため、本実施形態では、アンテナ１１は、水平方向の指向性が４．８度、垂直方向の指向性が９．６度のものを用いる。ドップラーモジュール１２は、周波数が２４．１２５［ＧＨｚ］（波長１２［ｍｍ］）のキャリアをパルス幅１５［ｎｓ］、パルス間隔４［μｓ］でパルス変調して送信波を生成し、これをアンテナ１１から送信するとともに、その反射波を受信して比較することで、ドップラー周波数帯域が８９５［Ｈｚ］〜１１．２８［ｋＨｚ］となるドップラー信号を生成できるように構成する。
このドップラー周波数帯域のもとでは、２０［ｋｍ／ｈ］〜２５０［ｋｍ／ｈ］の走行速度を計測することができる。

上記構成のレーダ１０を用いることにより、電波の覆域はビーム状となり、例えば、１５［ｍ］（送信波と反射波の往復で３０［ｍ］）先の道路上に、水平方向に２．５［ｍ］幅、垂直方向に５〜１０［ｍ］幅（路面を含む）の計測領域を形成し、かつ、３［ｍ］以下の分解能を実現することができる。

ドップラーモジュール１２で生成されるドップラー信号は、図３に示されるように、ドップラー効果による送信波と反射波との周波数差、すなわちドップラー周波数成分ｆ１および時系列に変化する反射波の信号強度である電圧成分ｅ１を含む。良く知られているように、ドップラー周波数成分ｆ１は、車両の走行速度を表しており、電圧成分ｅ１は、車両の形状・サイズ、走行位置などを表すものとなる。

ＡＤＣ２０は、レーダ１０のドップラーモジュール１２からドップラー信号を取得し、取得したドップラー信号を高速サンプリング（サンプル時間４４．８［ｍｓ］、サンプル数１０２４）して、これを信号処理部３０で処理できるディジタルデータに変換する。

信号処理部３０は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）やＤＳＰ（digital signal pocessor）などで構成される情報処理デバイスである。本実施形態では、ハードウエア要素で構成される解析部３１およびシャッタ信号生成部３２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、および、コンピュータプログラムなどのディジタルデータを含むファームウエア要素で構成される制御部３３とを備えて信号処理部３０を構成する。

なお、信号処理部３０には、入力端子ＩＮ、出力端子ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２が設けられている。入力端子ＩＮはＡＤＣ２０に接続され、出力端子ＯＵＴ−１，ＯＵＴ−２は、インタフェース部４０を介して撮影装置３に接続される。
制御部３３は、メモリに記録されたディジタルデータを読み込んで実行することにより、信号処理部３０の各部の動作を統括的に制御するものである。

解析部３１は、ＡＤＣ２０でサンプリングされ、入力端子ＩＮから入力されたドップラー信号を取得して、このドップラー信号の信号解析を行う。すなわち、ドップラー周波数成分の解析を０．５［ｋｍ／ｈ］ステップで行うＦＦＴ（Fast Fourier Transform）の機能と、ドップラー信号の電圧成分の強度解析を行う機能とを実行する。これらの解析の結果は、随時制御部３３に伝達される。
なお、ＡＤＣ２０は、信号処理部３０に含まれるように構成しても良い。

シャッタ信号生成部３２は、撮影装置３にシャッターを切らせるための制御信号（「シャッタ信号」）を生成し、このシャッタ信号を出力端子ＯＵＴ−１およびインタフェース４０を通じて撮影装置３へ出力する。後述するように、シャッタ信号には、計測時刻などの情報も付加される。シャッタ信号等の出力タイミングは、制御部３３により制御される。

制御部３３は、解析部３１と協働することにより「検出手段」として機能し、また、シャッタ信号生成部３２と協働することにより「信号出力手段」として機能する。この制御部３３において実行される処理の手順例を図４を参照して説明する。
制御部３３は、ドップラー信号が検出されるまで待機状態とされる（Ｓ１：Ｎｏ）。ここで「ドップラー信号が検出される」とは、レーダ１０でドップラー信号が生成され、このドップラー信号がＡＤＣ２０でサンプリングされた後、解析部３１に入力されたことが制御部３３に伝達されたことをいう。ドップラー信号が検出されると、（Ｓ１：Ｙｅｓ）、制御部３３は、ドップラー信号の電圧成分ｅ１が有意な値を超えたかどうかを判定する（Ｓ２）。「有意な値」とは、電圧成分ｅ１が雑音レベルではなく、信号として意味を持つに至る値をいう。具体的には、レーダ１０の計測領域に車両が進入し始めたことを表す値が「有意な値」となる。

電圧成分ｅ１が有意な値でない場合は、Ｓ１に戻る（Ｓ２：Ｎｏ）。有意な値を超えた場合は、ドップラー周波数成分、すなわち図３に示したドップラー周波数成分ｆ１の解析結果に基づき、走行速度を算出する（Ｓ２：Ｙｅｓ、Ｓ３）。
そして、算出した走行速度が、予めメモリに記録された「速度閾値」つまり撮影して記録しておく必要のある制限速度として設定された速度を超えているかどうかを判定する（Ｓ４）。超えていない場合は、その車両を撮影する必要がないので、直ちに処理を終える（Ｓ４：Ｎｏ）。一方、走行速度が速度閾値を超えている場合は、そのときの走行速度のデータと、上記のＣＰＵが保有するタイマ（図示省略）から取得した当該計測時刻のデータとをメモリに保持する（Ｓ５）。

制御部３３は、また、算出した走行速度をもとに、基準期間を動的に決定し、これをメモリに保持する（Ｓ６）。「動的に」とは固定期間でなく、随時変わることをいう。「基準期間」は、ドップラー信号の電圧成分ｅ１が有意な値以下となる状態が継続する期間であり、その終期が撮影装置３へのシャッタ信号の出力タイミングを定める時点となる。基準期間は、具体的には、上述した想定車間距離を走行速度で除算した値となる。つまり、走行速度が速いほど基準期間は短くなる。例えば、本実施形態では、想定車間距離を３［ｍ］としたので、速度閾値を超えた走行速度が１４０［ｋｍ／ｈ］（３８．９［ｍ／ｓ］）に設定されているとすると、基準期間は、７７．１［ｍｓ］となる。それ以上の走行速度であった場合、基準期間はさらに短くなる。
なお、想定車間距離は、予めメモリに設定されており、基準期間の算出時に、制御部３３に読み出される。

制御部３３は、ドップラー信号の電圧成分ｅ１が有意な値を維持している場合は待機し（Ｓ７：Ｎｏ）、有意な値でなくなった場合は、その時点からの時間の経過を監視する。そして基準期間が経過するまで待つ（Ｓ８：Ｎｏ）。基準期間が経過した場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）、制御部３３は、最適な撮影タイミングを検出したことを表す検出信号をシャッタ信号生成部３２に出力する。その後、メモリに保持されている当該車両用のデータ（走行速度、計測時刻、基準時間）を破棄して、処理を終える（Ｓ９）。シャッタ信号生成部３２は、この検出信号を受信した時点で、シャッタ信号をインタフェース部４０を介して撮影装置３へ出力する。なお、出力されるシャッタ信号には、当該車両を識別可能にするための識別情報として、先にメモリに保持した走行速度データおよび計測時刻データが付加される。

撮影装置３は、このシャッタ信号の受信タイミングでシャッターを切ることにより、車両の後端のナンバープレートをほぼ撮影画面の中心で撮影することができる。また、撮影装置３には、Ｓ９の処理でシャッタ信号に走行速度データおよび計測時刻データが付加されて出力されているので、撮影画像がどの車両のものかが識別できるうえ、撮影画像、計測時刻データ、および走行速度データを一つの電子ファイルに纏めて保存あるいは外部装置へ送信することもできる。

なお、基準期間が経過する前にドップラー信号の電圧成分ｅ１が有意な値に復帰した場合は、有意な値が連続している状態とみなし、検出信号の出力は行わない。これは、上述したとおり、速度閾値を超えるほどの走行速度、例えば１４０［ｋｍ］の場合に、後続車両との想定車間距離が３［ｍ］未満となることは現実的には考えにくく、上述したパルス抜けとみなすことができるためである。

図５は、本実施形態のように、速度監視装置１から離れる方向に走行する車両７の走行速度を監視（つまり、後方監視）するとともに、その車両７の後端を撮影装置３で撮影する状態を説明する図である。図５では、便宜上、ドップラー信号については、ＡＤＣ２０によるサンプリング、信号処理部３０による処理前の信号波形で示してある。

図５において、道路上の計測領域に車両７の前端が進入し始めると、ドップラー効果が現れ、ドップラー信号の電圧成分（図３における電圧成分ｅ１）が変化し始める。やがて、車両９の屋根の部分からの反射波によりその電圧成分がＡ点で有意な値になると、速度監視装置１は、ドップラー周波数成分（図３におけるドップラー周波数成分ｆ１）の解析結果から走行速度ｖを算出する。そして、算出した走行速度ｖが速度閾値を超えているときは、その走行速度ｖおよび計測時刻を撮影装置３へ出力するとともに、想定車間距離を走行速度ｖで除算して基準期間Δｔを算出し、メモリに保持しておく。

後方監視の場合、車両７の後端直前で反射波の強度が最大となり、その後、計測領域を通過したＢ点で電圧成分が急激に有意な値以下となる。そのため、速度監視装置１に向かってくる車両の走行速度の監視（つまり、前方監視）に比べて、Ｂ点を比較的精度良く検出することができる。ただし、Ｂ点では車両７の後端は認識できるが、後続車両が存在するかどうかまでは判明しない。そこで、速度監視装置１は、このＢ点から想定車間距離をベースに算出した基準期間Δｔが経過するまで待ち、経過したＣ点で、シャッタ信号を撮影装置３へ出力する。これにより、撮影装置３は、後続車両の存在によって隠れない車両７の後端を捉え、そのナンバープレートを確実に撮影することができる。

このような後方監視では、Ａを始期とし、Ｂ点を終期とする期間Ｔに、走行速度ｖを算出し、走行速度ｖが速度閾値を超えたときにその情報を撮影装置３に出力したり、基準期間Δｔの終期を算出して保持しておくことができる。そのため、前方監視の場合よりも時間的に余裕が生まれる。このことは、前方監視の場合よりも比較的軽い負荷で、撮影装置３へシャッタ信号や走行速度ｖ等の情報を出力することができること、すなわち信号処理部３０に高いスペックが要求されないことを意味する。
また、車両７の形状や車両長を時々刻々計測しつつその結果を反射波の補正に反映させる必要が無いので、ほぼ一律の信号処理を用いながらも、車両７の後端が後続車両によって隠れないタイミングで、シャッタ信号を撮影装置に出力することができる。しかも、基準期間Δｔを、算出した走行速度ｖに応じて、動的に決定することができるので、車両７の走行速度に関わらず、その車両７の後端のナンバープレートを確実に撮影することができる。

後方監視の利点には、上記のほかにも、速度監視装置１や撮影装置３が運転者からみえにくくなるため、これらの装置の存在を気づかれることがなくなるという点が挙げられる。そのため、実態に即した車両速度の監視や速度閾値を超えた車両の撮影が可能となる。この点は、撮影装置３等を認知した運転者が急ブレーキを踏んだり、走行コースを急に変えたりする事態を回避できることから、運転者自身の安全にも寄与するものとなる。

なお、本実施形態では、想定車間距離を３［ｍ］とし、この値を走行速度で除算することにより基準期間を算出する場合の例について説明したが、それ以下の距離であっても良い。また、走行速度とそれに対応する基準期間とを対応付けたテーブルを予め作成しておき、算出された走行速度に応じた基準期間をテーブルから読み出して使用するようにしても良い。

また、本実施形態では、速度監視装置１と撮影装置３とが共に同じ支柱５に設置されている場合の例について説明したが、撮影装置を速度監視装置とは別の部位に設置する実施の形態、あるいは、撮影装置３と他の部位に設置された他の撮影装置とを連動させて撮影する形態も可能である。
例えば、走行速度については速度監視装置により後方監視でそれを計測し、シャッタ信号については、基準期間が経過した時点で、その車両を撮影可能な速度監視装置とは別の部位に設置された撮影装置に出力するようにすることも可能である。

あるいは、走行速度と速度閾値との比較を行わず、また、シャッタ信号の出力を行わず、上記の電圧成分が有意な値以下になった状態が基準期間継続した時点で、記録装置ないし通信装置など外部装置に対して、走行速度および当該車両を識別可能にするための識別情報（計測時刻等）を出力するように構成しても良い。このような構成では、車両監視装置１の監視結果を渋滞時の交通流の監視などに効果的に利用することができる。

１・・・速度監視装置、３・・・撮影装置、５・・・支柱、７・・・車両、１０・・・レーダ、１１・・・アンテナ、１２・・・ドップラーモジュール、２０・・・ＡＤＣ、３０・・・信号処理部、３１・・・解析部、３２・・・シャッタ信号生成部、３３・・・制御部、４０・・・インタフェース部。

Claims (8)

1. レーダと前記レーダにつながる信号処理部とで行う方法であって、
   前記レーダが、走行する車両の後方を俯瞰する部位から前記車両の後方に向けて電波を送信するとともにその反射波を受信することによりドップラー信号を生成し、
   前記信号処理部が、前記ドップラー信号の信号強度が有意な値を超えたかどうかを判定し、有意な値を超えたときは当該時点から前記有意な値以下に変化するまでの間に、前記車両の走行速度を算出するとともに、算出した走行速度が予め定めた速度閾値を超えたかどうかを判定し、超えているときは、前記信号強度が前記有意な値以下となる状態が前記走行速度に応じて定まる基準期間継続した時点で、前記車両を撮影可能な撮影装置に対してシャッタ信号を出力することを特徴とする、
   車両の速度監視方法。
2. 走行する車両の後方を俯瞰する部位に前記車両の後方を撮影可能な撮影装置と共に設置され、その設置部位から離れる方向に走行する車両の後方に向けて電波を送信するとともにその反射波を受信することによりドップラー信号を生成するレーダと、
   前記レーダから前記ドップラー信号を取得する信号取得手段と、
   取得したドップラー信号の信号強度が有意な値となったときに、該ドップラー信号が表す走行速度を算出するとともに、この走行速度が予め定めた速度閾値を超えているかどうかを判定し、超えているときは、前記信号強度が前記有意な値から当該値以下に変化したことを検出する検出手段と、
   変化後の前記信号強度が前記走行速度に応じて定まる基準期間継続した時点で前記撮影装置に対してシャッタ信号を出力する信号出力手段と、
   を有することを特徴とする、車両の速度監視装置。
3. 前記レーダは、監視対象となる車両のほぼ１台分のサイズの計測領域を形成し、かつ、前記速度閾値に基づいて想定される先行車両と後続車両との距離である想定車間距離の分解能を有するドップラーレーダであることを特徴とする、
   請求項２記載の速度監視装置。
4. 前記検出手段は、前記計測領域において前記ドップラー信号の信号強度が有意な値を超えた時点を始期とし、前記有意な値以下となった時点を終期とする期間に前記走行速度を算出し、前記想定車間距離を前記算出した走行速度で除算した値から前記基準期間を動的に決定することを特徴とする、
   請求項３記載の速度監視装置。
5. 前記想定車間距離は、先行車両の後端のナンバープレートが後続車両で隠れない距離であることを特徴とする、
   請求項４記載の速度監視装置。
6. 前記信号出力手段は、前記シャッタ信号と共に、前記車両の識別を可能にする識別情報を前記撮影装置へ出力することを特徴とする、
   請求項２ないし５のいずれかの項記載の速度監視装置。
7. 走行する車両の後方を俯瞰する部位に設置され、その設置部位から離れる方向に走行する車両の後方に向けて電波を送信するとともにその反射波を受信することによりドップラー信号を生成するレーダと、
   前記レーダから前記ドップラー信号を取得する信号取得手段と、
   取得したドップラー信号の信号強度が有意な値となったときに、該ドップラー信号が表す走行速度を算出するとともに、この走行速度が予め定めた速度閾値を超えているかどうかを判定し、超えているときは、前記信号強度が前記有意な値から当該値以下に変化したことを検出する検出手段と、
   変化後の前記信号強度が前記走行速度に応じて定まる基準期間継続した時点で前記車両を撮影可能な撮影装置に対してシャッタ信号を出力する信号出力手段とを有することを特徴とする、
   車両の速度監視装置。
8. 走行する車両の後方を俯瞰する部位に設置され、その設置部位から離れる方向に走行する車両の後方に向けて電波を送信するとともにその反射波を受信することによりドップラー信号を生成するレーダと、
   前記レーダから前記ドップラー信号を取得する信号取得手段と、
   取得したドップラー信号の信号強度が有意な値となったときに、該ドップラー信号が表す走行速度を算出するとともに、前記信号強度が前記有意な値から当該値以下に変化したことを検出する検出手段と、
   変化後の前記信号強度が前記走行速度に応じて定まる基準期間継続した時点で、外部装置に対して前記走行速度および前記車両の識別を可能にする識別情報を出力することを特徴とする、
   車両の速度監視装置。

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