JP6325987B2 - 踏切障害物検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、踏切障害物検知装置に関する。

鉄道線路と道路が同一平面上で交差する踏切道に列車が接近する際は、その踏切道の両端に設置されている電気踏切しゃ断機が遮断かんを下して踏切道を閉鎖するが、閉鎖された踏切道内に自動車、人等の障害物が存在するときは、列車に対して警報と警報信号を発し、列車の信号機や地上の信号機を動作させて、列車を停止させる措置を執るために、踏切道内における障害物の有無を検知する踏切障害物検知装置が用いられている。

障害物を検知するために用いられる検知手段には、光センサ（たとえば、特許文献１参照）、超音波センサ（たとえば、特許文献２参照）、レーザレーダセンサ（たとえば、特許文献３参照）、ミリ波レーダセンサ（たとえば、特許文献４参照）、単眼カメラ（たとえば、特許文献５参照）、ステレオカメラ（たとえば、特許文献６参照）などの複数種類の検知手段がある。従来の一般的な踏切障害物検知装置は、上記いずれか1種類の検知手段を1個または複数個用いるものである。そして、光センサ等の検知手段を用いて、被検知物の大きさを問わずその被検知物を検知したとき出力する検知信号に基づいて障害物ありと判定する踏切障害物検知装置は、危険性の無い物や検知信号のノイズに対しても列車に対して警報と警報信号を発するなどの誤動作をして、列車運行に支障を与える可能性がある。そこで、より高度な踏切障害物検知装置では、真に危険性のある物を障害物として検知するため、検知手段が出力する検知信号のレベル（検知レベル）が所定の閾値以上である場合に障害物があると判定し、検知レベルがその閾値未満である場合はその検知信号をノイズとして排除し、障害物がないと判定している。

また、踏切障害物検知装置の精度向上のために、複数の種類のセンサを組み合わせる技術が提案されている。たとえば特許文献７では、レーダセンサと光センサを組み合わせることにより、遮断かん近傍の検知精度を高める技術が示されている。

特開平５−８７３１号公報 特開２０１４−１２４５７号公報 特開２０１０−４２７２４号公報 特開２００５−１２１４８８号公報 特開平５−５４２７６号公報 特開２００２−１４５０７２号公報 特開２００３−２１２１２２号公報

検知レベルに閾値を設定する場合、従来の踏切障害物検知装置では、主として自動車が列車に衝突することを防止する観点から障害物検知の閾値が設定されているが、閾値は障害物の状況の変化に関わらず一つのみ設定されている。ところで、本来、障害物として検知されるべき、すなわち列車が衝突することを防止すべき物としては、踏切道内で転倒した、または屈みこんだ泥酔者、病人等の人物が含まれる可能性がある。しかし、従来の踏切障害物検知装置では、このような人物は障害物として検知されない虞がある。一方、これを防止するために、閾値を低く設定すると、過剰に誤検知が生じる問題がある。

複数のセンサを組み合わせる場合、複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサが障害物を検知したときに、列車に対して警報と警報信号を発するものがフェイルセーフな構成である。しかし、この場合、個々のセンサを単独で用いる場合と比較して、誤検知が生じやすくなる問題がある。

また、特許文献２の技術では、超音波を例としたエネルギー波を用いたセンサとカメラを組み合わせているが、障害物の検出にはカメラは利用されていない。障害物がエネルギー波を用いたセンサでは検出できない場合またはエネルギー波を用いたセンサが誤動作した場合には、エネルギー波を用いたセンサとカメラの出力を組み合わせた合成画像を、人間が目視により確認し、衝突を防止する必要の有無の判断を行わなければならない。したがって、人間の負担の増加、およびヒューマンエラーや反応時間の遅れの発生等が問題となる。

本発明は，上記の点に鑑みなされたものであり、検知性能が向上された踏切障害物検知装置を提供することを目的とする。

本発明に係る踏切障害物検知装置は、上記目的を達成するため，第１検知手段および第２検知手段と演算処理装置とを有し、第１検知手段および第２検知手段は、障害物検知領域の障害物を互いに異なる検知方式もしくは異なる方向からのセンシングで検知するものであり、演算処理装置は、第１検知手段の障害物検知領域を所定の小区間に分割した場合の検知区間ごとの検知レベルに対して下側閾値と上側閾値とを用いて検知レベルを判定する第１判定部と、第２検知手段の検知区間ごとの検知レベルに対して下側閾値と上側閾値とを用いて検知レベルを判定する第２判定部と、第１判定部の検知区間ごとの判定結果および第２判定部の検知区間ごとの判定結果が、共に上側閾値以上のとき、上側閾値以上と下側閾値以上のとき、下側閾値以上と上側閾値以上のとき、または下側閾値以上と下側閾値以上のときは、障害物検知領域に検知物があると判定する最終判定部とを有することを特徴とする。

本発明に係る踏切障害物検知装置は、他の側面において、第１検知手段および第２検知手段は、踏切の電気踏切しゃ断機の遮断かんの上昇タイミングから列車が踏切に到来するまでの間の所定のタイミングに検知動作を開始し、一定の周期で検知動作を行い、一連の列車が踏切に到来した後に検知動作を停止するものであり、最終判定部は、検知動作の任意の周期における第１判定部の検知区間ごとの判定結果および第２判定部の検知区間ごとの判定結果が、共に上側閾値以上のとき、上側閾値以上と下側閾値以上のとき、下側閾値以上と上側閾値以上のとき、または下側閾値以上と下側閾値以上のときは、障害物検知領域に検知物があると判定するものである。

本発明の他の側面においては、第１検知手段は、一定の周期で送信波を障害物検知領域に出射し、障害物からの反射波を受信して障害物を検知するものであり、第２検知手段は、撮像装置により一定の周期で障害物検知領域を撮像した画像データを画像処理して障害物を検知するものである。

本発明のさらに他の側面においては、第１検知手段は、ミリ波レーダセンサ、３次元レーザレーダセンサ、マイクロ波レーダセンサ、超音波センサのいずれかであり、第２検知手段は単眼カメラ、ビデオカメラ、ステレオカメラのいずれかを用いる画像センサである。

本発明によれば、従来、誤動作を抑制するためノイズとして処理された障害物は、一定の判定条件を満たす場合は障害物として検知されるので、検知性能が向上された踏切障害物検知装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る踏切障害物検知装置の構成を示すブロック図。 本発明を踏切の障害物検知に適用した場合の検知手段の配置と障害物検知領域を例示する踏切の平面図。 図１の第１検知手段がミリ波レーザセンサである場合の具体的構成の一例を示す回路図。 図１の第２検知手段が画像センサである場合の構成を示すブロック図。 図１の第１検知手段がミリ波レーザセンサで、第２検知手段が画像センサである場合のそれぞれの検知結果と判定部による一次判定と最終判定部による判定結果の関係を示す図。 閾値判定テーブルの一例を示す図。 図６の閾値判定テーブルに多段階の重みづけをした場合のテーブルを示す図。 本発明の第１検知手段と第２検知手段のセンサ種類の組み合わせの適否を示す図。

次に、本発明を踏切の障害物検知に適用した実施の形態に係る踏切障害物検知装置について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、踏切障害物検知装置Ａは、第１検知手段１０と、第２検知手段２０と、これら二つの検知手段１０,２０に電気的に接続された演算処理装置３０とを有する。第１検知手段１０と第２検知手段２０は、互いに異なる検知方式もしくは異なる方向からのセンシングで障害物を検知するものである。たとえば、第１検知手段１０は、送信波を障害物検知領域に出射し、障害物からの反射波を受信して障害物を検知するものであり、第２検知手段２０は、撮像装置により撮影した画像を処理して障害物を検知する画像センサである。

第１検知手段１０には、ミリ波レーダセンサ、３次元レーザレーダセンサ、マイクロ波レーダセンサ、超音波センサのいずれも使用可能であるが、ミリ波レーダセンサは、雨や霧、雪などの天候の影響を受けにくいので、最も好ましい。以下には、第１検知手段１０がミリ波レーダセンサである場合について説明する。

ミリ波レーダセンサ（１０）は、図２に一例を示すように、鉄道線路１と道路２が同一平面上で交差する踏切道３の長手方向の一端部の側方に設置され、第２検知手段２０は、踏切道３の長手方向の他端部の第１検知手段１０と同じ側の側方に設置されている。なお、図２において、４は電気踏切しゃ断機、５は遮断かんである。

ミリ波レーダセンサ（１０）は、波長が１〜１０ｍｍ、周波数が３０〜３００ＧＨｚのミリ波を送信アンテナから踏切道３の障害物検知領域に出射し、障害物検知領域に存在する物体からの反射波を受信アンテナで受信する。ミリ波レーダセンサ（１０）が受信して出力する検知信号には、受信レベルと、出射時点と受信時点の差から、障害物検知領域内の物体までの距離情報と、物体のミリ波レーダに対する相対速度情報とが含まれている。

ミリ波レーダセンサ（１０）の障害物検知領域は、ミリ波の出射角と踏切道３の幅との関係で、図２にＡ１で示すように、ミリ波レーダセンサ（１０）のアンテナ部を中心とし、その中心から踏切道３の反対側の端部までを半径とする扇形となる。したがって、踏切道３の幅が狭い場合は、ミリ波レーダセンサ（１０）は１個で足りるが、踏切道３の幅が広い場合に踏切道３の全域を障害物検知領域とするためには、図２に示すように、踏切道３の対角線のミリ波レーダセンサ（１０）と反対側に、Ａ１’を障害物検知領域とするもう一つのミリ波レーダセンサ（１０’）を設ける必要がある。

ミリ波レーダセンサ（１０）では、図３に示す例においては、変調信号発生部１０１の周波数変調された出力がアンプ１０２により増幅された後、分配器１０３に入力され、その分配器１０３の出力の一部が逓倍器１０４に入力された後、パワーアンプ１０５により増幅されて送信アンテナ１０６から障害物検知領域Ａ１に出射される。障害物検知領域Ａ１に物体が存在する場合は、その物体から反射した反射波が受信アンテナ１０７で受信され、その受信信号はアンプ１０８で増幅された後、分配器１０３から分配された信号（ローカル信号）とともにミキサー１０９において重合されて低位の周波数に変換されたビート信号となる。ビート信号は低周波アンプ１１０で増幅され、処理部１１１に入力する。

このとき、受信波はミリ波レーダセンサ（１０）から対象物までの距離Ｌの往復分（２×L／光速）、送信波に対し時間遅れを持っており、その時間分、周波数が低い（または高い）ものになる。このため、ローカル信号で周波数変換された結果、対象物の距離に応じた周波数のビート信号が処理部１１１に入力され、処理部１１１でＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理して対象物までの距離と対象物の大きさ等に応じた反射強度が検出される。処理部１１１から出力される検出信号Ｓ１は、図１の演算処理装置３０の第１判定部３１に入力される。

第２検知手段２０は、画像センサであり、図４に示すように、撮像装置２１と画像処理装置２２とからなっている。画像センサ（２０）は、撮像装置２１により障害物検知領域を撮像した画像データを１フレームずつ画像処理装置２２により画像処理して物体を検出し、検出位置とともにその物体の大きさや面積等に応じた検出信号Ｓ２を出力するものである。撮像装置２１には、単眼カメラ、ビデオカメラまたはステレオカメラのいずれかを用いることができる。撮像装置２１の視野角は、踏切道３の全域が撮影対象となるように設定される。しかし、図２に例示するように、ミリ波レーダセンサが２個（１０）(１０’）設置される場合は、それぞれの障害物検知領域Ａ１，Ａ２が撮影対象となるように画像センサを２個（２０）(２０’）設置してもよい。画像処理装置２２が出力する検出信号Ｓ２は、図１の演算処理装置３０の第２判定部３２に入力される。

ミリ波レーダセンサ（１０）と画像センサ（２０）は、遮断かんの上昇タイミングから列車が踏切に到来するまでの間の所定のタイミングに検知動作を開始し、一定の周期で検知動作を行い、一連の列車が前記踏切に到来した後に前記検知動作を停止するように、後記制御部３５により制御される。

演算処理装置３０は、図１に示すように、上記第１判定部３１と、上記第２判定部３２のほか、各判定部の判定閾値を設定する判定閾値設定部３３と、最終判定部３４と、制御部３５とを有する。判定閾値設定部３３は図示されていない選択スイッチを介して、第１判定部３１と第２判定部３２に選択的に接続され、接続された状態で操作することにより、その接続された第１判定部３１または第２判定部３２に、それぞれ下側閾値と上側閾値（Ｌｔ１）（Ｈｔ１），（Ｌｔ２）（Ｈｔ２）を設定することができる。

そして、下側閾値と上側閾値（Ｌｔ１）（Ｈｔ１）が設定された第１判定部３１は、ミリ波レーダセンサ（１０）の処理部１１１から入力した検出信号Ｓ１が下側閾値（Ｌｔ１）以上で上側閾値（Ｈｔ１）未満のときは第１次判定結果として低レベル判定信号Ｌ１を、また、検出信号Ｓ１が上側閾値（Ｈｔ１）以上のときは第１次判定結果として高レベル判定信号Ｈ１を出力する。同様に、下側閾値と上側閾値（Ｌｔ２）（Ｈｔ２）が設定された第２判定部３２は、画像センサ（２０）の画像処理部２２から入力した検出信号Ｓ２が下側閾値（Ｌｔ２）以上で上側閾値（Ｈｔ２）未満のときは第１次判定結果として低レベル判定信号Ｌ２を、また、検出信号Ｓ２が上側閾値（Ｈｔ２）以上のときは第１次判定結果として高レベル判定信号Ｈ２を出力する。

図５（ａ）は、障害物検知領域Ａ１内に大きさの異なる５種類の物体が存在すると仮定した例を模式的に示す。中白丸はミリ波レーダセンサ（１０）にノイズと判断されるような小物体であり、黒丸は画像センサ（２０）にノイズと判断されるような小物体であり、黒星は障害物として検出対象とされるべき物体、たとえば、人等であり、白抜きの大星は当然に障害物として検出される物体、たとえば、自動車などである。

障害物検知領域Ａ１に図５（ａ）に示すような物体が存在する場合のミリ波レーダセンサ（１０）の検出信号Ｓ１は、図５（ｂ）に示すようなものとなる。この検出信号Ｓ１は、ミリ波レーダセンサ（１０）の1つの検知周期における検出信号である。同図において、ａ１，ａ２，ａ３，・・・ａ８は、障害物検知領域Ａ１の長手方向を等分割した場合の障害物検知区間（以下、単に検知区間という。）である。また、図５（ｂ）において、Ｌｔ１，Ｈｔ１は上記下側閾値と上側閾値である。したがって、第１判定部３１は、図５（ａ）の障害物検知領域Ａ１に存在する物体については、図５(ｄ)の上段に示すような第１次判定結果Ｓ３を最終判定部３４に出力する。

また、障害物検知領域Ａ１に図５（ａ）に示すような物体が存在する場合の画像センサ（２０）の検出信号Ｓ２は、図５（ｃ）に示すようなものとなる。この検出信号Ｓ２は、画像センサの１つの検知周期における検出信号である。同図においてＬｔ２，Ｈｔ２は画像センサ（２０）上記下側閾値と上側閾値である。したがって、第２判定部３２は、図５（ａ）の障害物検知領域Ａ１に存在する物体については、図５（ｄ）の下段に示すような第１次判定結果Ｓ４を最終判定部３４に出力する。

ミリ波レーダセンサ（１０）の検出信号Ｓ１と画像センサ（２０）の検出信号Ｓ２は、各検知周期ごとに第１判定部３１と第２判定部３２にそれぞれ入力される。図５の（ｂ）と（ｃ）は、同一検知周期における検出信号Ｓ１と検出信号Ｓ２を示している。

最終判定部３４は、１つの検知周期における第１判定部３１の第１検知手段の検知レベルの判定結果Ｓ３および第２判定部３２の第２検知手段の検知レベルの判定結果Ｓ４が、各検知区間について、共に上側閾値以上のとき（すなわち、Ｈ１とＨ２）、上側閾値以上と下側閾値以上（すなわち、Ｈ１とＬ２）のとき、下側閾値以上と上側閾値以上（すなわち、Ｌ１とＨ２）のとき、または下側閾値以上と下側閾値以上（すなわち、Ｌ１とＬ２）のときは、その１周期において当該検知区間に障害物があると判定する。図５の例の場合は、障害物検知領域Ａ１の左端から４番目と７番目の検知区間（ａ４，ａ７）に障害物が存在すると判定する。したがって、図５（ａ）の白抜き大星および黒星が障害物として検知される。そして、最終判定部３４は、検知区間のいずれかに障害物があると判定した場合に、障害物検知領域Ａ１に障害物があると最終的に判定する。

ミリ波レーダセンサ（１０）からの検出信号Ｓ１と画像センサ（２０）からの検出信号Ｓ２に対する、障害物検知領域Ａ１の各検知区間ａ１，ａ２，ａ３，・・・ａ８ごとの検知レベルの検出と判定とを同期化させるため、制御部３５は、ミリ波レーダセンサ（１０）と画像センサ（２０）に、ミリ波出射タイミングと撮影タイミングを同期化させる同期信号を与えている。

図６は、最終判定部３４が、第１判定部３１からの第１次判定結果Ｓ３と第２判定部３２からの第１次判定結果Ｓ４の組み合わせにより障害物の有無を最終的に判定するための判定テーブルを示す。その判定テーブルにおいて×は、ノイズ（障害物無し）の判定を示し、一重丸および二重丸は、障害物ありの判定を示す。従来の踏切障害物検知装置においては、１種類の閾値のみを用いているので、図６の判定テーブルのＨ１の縦列のみ、またはＨ２の横列のみのいずれか一方においてしか、障害物ありの判定をすることができない。従来の踏切障害物検知装置がミリ波レーダセンサと、画像センサの組み合わせを用いたとしても、図６の判定テーブルのＨ１の縦列とＨ２の横列において障害物ありの判定をすることはできても、図６の判定テーブルのＬ１とＬ２の条件を満たす障害物、たとえば、上述した転倒した人などを検知することはできない。しかし、本実施の形態においては、図６の判定テーブルのＬ１とＬ２の条件を満たす障害物を検知することも可能になる。

第１判定部３１および第２判定部３２の下側閾値と上側閾値（Ｌｔ１）（Ｈｔ１），（Ｌｔ２）（Ｈｔ２）は、検知レベルと障害物の大きさに相関がある前提の下、どの程度の大きさの物体を障害物として対処するかにより設定することができる。また、図６の判定テーブルにおいて、二重丸の障害物は一般的に一重丸の障害物よりも危険性がより高い。

したがって、最終判定部３４に最終判定結果が図６の判定テーブルの一重丸および二重丸のいずれに該当するかを表す注意喚起信号（たとえば、普通注意喚起信号と特別注意喚起信号）を出力する機能を付加するとよい。そして、その注意喚起信号を最終判定部３４から図示されていない地上制御装置に伝送する。これにより、地上制御装置は普通注意喚起信号を受信したときは、たとえば、特殊信号発光機を動作させる制御信号を出力し、また、特別注意喚起信号を受信したときは、これを当該踏切に向かって進行する列車に対して、緊急停止の情報をＡＴＣなどを通じて送信することができる。

障害物検知後の特殊信号発光機の発光や緊急停止情報の送信などの処理は、列車が踏切始動点を通過してから開始されるが、踏切始動点を通過してから実際に処理を開始するまでの猶予を持たせるかどうかは、鉄道事業者の判断で選択できるように構成することができる。

上には、各センサに対して、閾値を下側閾値と上側閾値の２段に設定した例を説明したが、閾値はたとえば図７に示すように、多段階に設定し、さらに、重みづけなどをすることにより、障害物の種類に応じたより精細な障害物検知と、列車に対するより適切な制御が可能になる。

各種の検知手段の組み合わせの適否を図８の組み合わせ表に示す。図８において、「ミリ波」はミリ波レーダセンサ、「３ＤＬＲ」は３次元レーザレーダセンサ、「光」は光センサ、「ループ」はループコイルセンサ、「ステレオ」はステレオカメラ、「カメラ」は単眼カメラ、「超音波」は超音波センサの略字である。また、同表の丸は組み合わせが適、三角は組み合わせがやや適、×は組み合わせが不適を意味する。

上記各種の検知手段の組み合わせ如何により、当該踏切の天候や環境条件に適合する検知能力を有する踏切障害物検知装置の提供が可能である。

第１検知手段１０からの検出信号Ｓ１と第１検知手段２０からの検出信号Ｓ２に対する、障害物検知領域Ａ１の各区間ａ１，ａ２，ａ３，・・・ａ８ごとの検知レベルの検出と判定とを同期化させる方法は、上記の例に限定されない。第１判定部３１と第２判定部３２の判定結果をデジタル値に変換して、それぞれの判定結果を一時記憶部に記憶し、各一時記憶部からの判定結果の読出しを各区間ａ１，ａ２，ａ３，・・・ａ８ごとに同期化させる方法も可能である。

Ａ 踏切障害物検知装置
Ａ１ 障害物検知領域
ａ１,ａ２,・・・ａ８ 障害物検知領域の検知区間
１０ 第１検知手段(ミリ波レーダセンサ)
Ｓ１ 第１検知手段の検出信号
２０ 第２検知手段(画像センサ)
Ｓ２ 第２検知手段の検出信号
３０ 演算処理装置
３１ 第１判定部
Ｓ３ 第１判定部の第１次判定結果
３２ 第２判定部
Ｓ４ 第２判定部の第１次判定結果
３４ 最終判定部
Ｓ５ 最終判定結果

Claims (4)

1. 第１検知手段および第２検知手段と演算処理装置とを有し、
   前記第１検知手段および前記第２検知手段は、障害物検知領域の障害物を互いに異なる検知方式もしくは異なる方向からのセンシングで検知するものであり、
   前記演算処理装置は、
   前記第１検知手段の前記障害物検知領域を所定の小区間に分割した場合の検知区間ごとの検知レベルに対して下側閾値と上側閾値とを用いて検知レベルを判定する第１判定部と、
   前記第２検知手段の前記検知区間ごとの検知レベルに対して下側閾値と上側閾値とを用いて検知レベルを判定する第２判定部と、
   前記第１判定部の前記検知区間ごとの判定結果および前記第２判定部の前記検知区間ごとの判定結果が、共に上側閾値以上のとき、上側閾値以上と下側閾値以上のとき、下側閾値以上と上側閾値以上のとき、または下側閾値以上と下側閾値以上のときは、前記障害物検知領域に検知物があると判定する最終判定部と、
   を有することを特徴とする踏切障害物検知装置。
2. 請求項１記載の踏切障害物検知装置において、
   前記第１検知手段および前記第２検知手段は、踏切の電気踏切しゃ断機の遮断かんの上昇タイミングから列車が踏切に到来するまでの間の所定のタイミングに検知動作を開始し、一定の周期で検知動作を行い、一連の列車が前記踏切に到来した後に前記検知動作を停止するものであり、
   前記最終判定部は、前記検知動作の任意の周期における前記第１判定部の前記検知区間ごとの判定結果および前記第２判定部の前記検知区間ごとの判定結果が、共に上側閾値以上のとき、上側閾値以上と下側閾値以上のとき、下側閾値以上と上側閾値以上のとき、または下側閾値以上と下側閾値以上のときは、前記障害物検知領域に検知物があると判定するものである、
   ことを特徴とする踏切障害物検知装置。
3. 請求項１または２記載の踏切障害物検知装置において、
   前記第１検知手段は，一定の周期で送信波を前記障害物検知領域に出射し、障害物からの反射波を受信して障害物を検知するものであり、
   前記第２検知手段は、撮像装置により一定の周期で前記障害物検知領域を撮像した画像データを画像処理して障害物を検知するものである、
   ことを特徴とする踏切障害物検知装置。
4. 請求項１、２または３記載の踏切障害物検知装置において、
   前記第１検知手段は、ミリ波レーダセンサ、３次元レーザレーダセンサ、マイクロ波レーダセンサ、超音波センサのいずれかであり、
   前記第２検知手段は単眼カメラ、ビデオカメラ、ステレオカメラのいずれかを用いる画像センサである、
   ことを特徴とする踏切障害物検知装置。

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