JP6396647B2 - Obstacle detection device and obstacle detection method - Google Patents

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Description

本発明は、列車の障害物を検知する、障害物検知装置及び障害物検知方法に関する。   The present invention relates to an obstacle detection device and an obstacle detection method for detecting an obstacle on a train.

列車の障害物を検知する技術として、特開2001−116840号公報(特許文献1)に記載された車両レーダーシステムが提案されている。車両レーダーシステムは、列車に搭載されたレーダーが電波を発射し、その反射波を測定することによって、軌道上及びその周囲に存在する障害物を検知する。   As a technique for detecting an obstacle in a train, a vehicle radar system described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-116840 (Patent Document 1) has been proposed. In the vehicle radar system, a radar mounted on a train emits radio waves and measures reflected waves to detect obstacles existing on and around the track.

特開2001−116840号公報JP 2001-116840 A

レーダーの検知対象物、例えば、軌道周囲の建築物などは常に同一であるとは限らず、建て替え,新築,移転などにより変わる可能性がある。このため、レーダーによって検知された対象物が、常設の建築物などであるか、軌道に侵入した車両などの障害物であるか、を区別することが困難であり、障害物の認識率が良好ではなかった。   Radar detection objects, such as buildings around the orbit, are not always the same, and may change due to rebuilding, new construction, relocation, and the like. For this reason, it is difficult to distinguish whether the object detected by the radar is a permanent building or an obstacle such as a vehicle that has entered the track, and the obstacle recognition rate is good. It wasn't.

そこで、本発明は、障害物の認識率を向上させた、障害物検知装置及び障害物検知方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an obstacle detection device and an obstacle detection method that improve the recognition rate of obstacles.

障害物検知装置は、列車に搭載され、探索範囲内の物体の大きさに比例するピーク信号を出力するレーダーと、列車の位置を検出する位置検出手段と、列車の走行中、レーダーから出力されたピーク信号と位置検出手段により検出された列車の位置における障害物が存在しないときの基準信号との差分に基づいて、レーダーの探索範囲に障害物が存在するか否かを判定する判定手段と、を有する。 The obstacle detection device is mounted on the train and outputs a peak signal proportional to the size of the object in the search range, position detection means for detecting the position of the train, and output from the radar while the train is running. Determining means for determining whether there is an obstacle in the radar search range based on a difference between the peak signal and the reference signal when there is no obstacle at the train position detected by the position detecting means; Have.

障害物検知方法では、制御装置が、列車の走行中、列車に搭載され、探索範囲内の物体の大きさに比例するピーク信号を出力するレーダーの出力信号を読み込み、レーダーから出力されたピーク信号と列車の位置において記憶手段に記憶された障害物が存在しないときの基準信号との差分に基づいて、レーダーの探索範囲に障害物が存在するか否かを判定する。 In the obstacle detection method, the control device is mounted on the train while the train is running, reads the radar output signal that outputs a peak signal proportional to the size of the object in the search range, and the peak signal output from the radar And whether or not there is an obstacle in the search range of the radar, based on the difference from the reference signal when there is no obstacle stored in the storage means at the train position.

本発明によれば、列車の障害物の認識率を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the recognition rate of the obstruction of a train can be improved.

障害物検知装置の一例を示し、(A)は列車を側方から見た構成図、(B)は列車を上方から見た構成図である。An example of an obstacle detection apparatus is shown, (A) is the block diagram which looked at the train from the side, (B) is the block diagram which looked at the train from upper direction. レーダーの出力特性の一例を示し、(A)はレーダーの探索範囲に存在する建物の説明図、(B)はレーダーの出力信号の説明図である。An example of the output characteristic of a radar is shown, (A) is an explanatory view of a building existing in the search range of the radar, and (B) is an explanatory view of an output signal of the radar. データベースに蓄積される基準信号の一例を示し、(A)は列車が所定地点にきたときの状況説明図、(B)は地点A〜Cにおける基準信号の説明図である。An example of the reference signal accumulated in the database is shown, (A) is an explanatory diagram of the situation when the train arrives at a predetermined point, and (B) is an explanatory diagram of the reference signal at points A to C. 障害物検知方法の一例を示し、(A)は列車が地点Bにきたときの状況説明図、(B)はレーダー出力信号、基準信号及びこれらの差分の説明図である。An example of an obstacle detection method is shown, (A) is an explanatory diagram of the situation when a train arrives at point B, and (B) is an explanatory diagram of a radar output signal, a reference signal, and their differences. 障害物検知処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of an obstacle detection process. レーダーによる障害物検知の問題を示し、(A)は列車と2つの障害物との位置関係の説明図、(B)はレーダーの出力信号の説明図である。The problem of the obstacle detection by a radar is shown, (A) is explanatory drawing of the positional relationship of a train and two obstacles, (B) is explanatory drawing of the output signal of a radar. レーダーによる障害物検知の問題を解決する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of solving the problem of the obstacle detection by a radar.

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図1は、障害物検知装置の一例を示す。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an example of an obstacle detection device.

列車100の前部には、前方に向けてミリ波などの電波を発射し、その反射波を測定することによって、軌道200上及びその周囲の探索範囲300に存在する障害物を検知するレーダー110が搭載されている。レーダー110の出力信号は、コンピュータを内蔵した制御装置120に入力される。また、制御装置120には、列車100の位置を検出する位置検出手段130の出力信号が入力される。位置検出手段130としては、例えば、タコジェネレータ、軌道200に沿って設置された地上子、GPS(Global Positioning System)などを使用することができる。なお、レーダー110が発射する電波は、ミリ波に限らず、他の波長を有する電波であってもよい。   A radar 110 that detects obstacles on the track 200 and in the search range 300 around it by emitting a radio wave such as a millimeter wave toward the front of the train 100 and measuring the reflected wave. Is installed. The output signal of the radar 110 is input to the control device 120 incorporating a computer. In addition, the control device 120 receives an output signal from the position detection unit 130 that detects the position of the train 100. As the position detection means 130, for example, an tacho generator, a ground element installed along the orbit 200, a GPS (Global Positioning System), or the like can be used. The radio waves emitted by the radar 110 are not limited to millimeter waves, and may be radio waves having other wavelengths.

レーダー110は、図2(A)に示すように、列車100の前方の探索範囲300に建物400などが存在する場合、図2(B)に示すように、レーダー110からの距離及び建物400の大きさに応じた出力信号を出力する。具体的には、レーダー110は、その探索範囲に4つの建物400が存在する場合、レーダー110から各建物400までの距離ごとに、建物400の大きさに比例するピーク信号が現れる出力信号を出力する。図2(B)に示す出力信号では、4つの建物400に相当する4つのピーク信号が見られる。   As shown in FIG. 2A, when the building 400 exists in the search range 300 in front of the train 100 as shown in FIG. 2A, as shown in FIG. An output signal corresponding to the size is output. Specifically, when there are four buildings 400 in the search range, the radar 110 outputs an output signal in which a peak signal proportional to the size of the building 400 appears for each distance from the radar 110 to each building 400. To do. In the output signal shown in FIG. 2B, four peak signals corresponding to the four buildings 400 are seen.

また、列車100には、レーダー110の出力信号との比較によって、その探索範囲300に障害物が存在するか否かを判定するため、障害物が存在しないときの基準信号を蓄積するデータベース140が搭載されている。データベース140は、例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュROM(Read Only Memory)などを用いて構築され、制御装置120からアクセス可能に接続されている。データベース140に蓄積される基準信号は、列車100の前方に障害物が存在しない場合に、所定地点においてレーダー110が出力するであろうと想定される出力信号である。なお、データベース140が、記憶手段の一例として挙げられる。   Further, in order to determine whether or not there is an obstacle in the search range 300 in the train 100 by comparison with the output signal of the radar 110, a database 140 that stores a reference signal when there is no obstacle is provided. It is installed. The database 140 is constructed using, for example, a hard disk drive, a flash ROM (Read Only Memory), and the like, and is connected so as to be accessible from the control device 120. The reference signal stored in the database 140 is an output signal that is assumed to be output by the radar 110 at a predetermined point when there is no obstacle ahead of the train 100. The database 140 is an example of a storage unit.

図3は、列車100の前方に2つの建物400(これは障害物ではない)が存在する場合、所定地点の一例である地点A、地点B及び地点Cにおいてレーダー110が出力するであろうと想定される基準信号を示している。列車100が地点Aにきたときには、列車100から建物400までの距離が離れているので、地点Aにおける基準信号では、距離が大きな領域に建物400を示す2つのピーク信号が現れている。列車100が地点Bまで進行すると、地点Aと比べて列車100から建物400までの距離が短くなるので、地点Bにおける基準信号では、距離が中程度の領域に建物400を示す2つのピーク信号が現れている。そして、列車100が地点Cまで進行すると、地点Bと比べて列車100から建物400までの距離が更に短くなるので、地点Cにおける基準信号では、距離が小さい領域に建物400を示す2つのピーク信号が現れている。このように、データベース140には、列車100の軌道200に沿った所定地点ごとに、複数の基準信号が予め蓄積されている。   FIG. 3 assumes that when two buildings 400 (which are not obstacles) are present in front of the train 100, the radar 110 will output at points A, B and C, which are examples of predetermined points. The reference signal is shown. When the train 100 arrives at the point A, the distance from the train 100 to the building 400 is far away. Therefore, in the reference signal at the point A, two peak signals indicating the building 400 appear in a region with a large distance. When the train 100 travels to the point B, the distance from the train 100 to the building 400 becomes shorter than the point A. Therefore, in the reference signal at the point B, two peak signals indicating the building 400 in the medium distance region are displayed. Appears. Then, when the train 100 travels to the point C, the distance from the train 100 to the building 400 is further shortened compared to the point B. Therefore, in the reference signal at the point C, two peak signals indicating the building 400 in a region where the distance is small. Appears. As described above, the database 140 stores a plurality of reference signals in advance for each predetermined point along the track 200 of the train 100.

ここで、障害物検知装置による障害物検知方法の一例について説明する。
列車100が地点Bにきたとき、図4に示すように、列車100の進行方向前方に位置する踏切などに障害物としての車両500が存在する場合を考える。このとき、列車100に搭載されたレーダー110は、2つの建物400を示すピーク信号に加え、車両500を示すピーク信号が重畳された出力信号を出力する。一方、データベース140には、地点Bにおける基準信号として、踏切などに車両500が存在しない場合の出力信号が蓄積されている。そして、レーダー110の出力信号と地点Bにおける基準信号との差分を求めれば、これが車両500を表すこととなる。従って、列車100が走行しているときのレーダー110の出力信号と基準信号との差分に基づいて、レーダー110の探索範囲に障害物が存在するか否かを判定することができる。
Here, an example of the obstacle detection method by the obstacle detection apparatus will be described.
When the train 100 arrives at a point B, as shown in FIG. At this time, the radar 110 mounted on the train 100 outputs an output signal in which the peak signal indicating the vehicle 500 is superimposed in addition to the peak signal indicating the two buildings 400. On the other hand, in the database 140, as a reference signal at the point B, an output signal when the vehicle 500 does not exist at a railroad crossing or the like is accumulated. If the difference between the output signal of the radar 110 and the reference signal at the point B is obtained, this represents the vehicle 500. Therefore, based on the difference between the output signal of the radar 110 and the reference signal when the train 100 is traveling, it can be determined whether there is an obstacle in the search range of the radar 110.

レーダー110の探索範囲に障害物が存在するか否かを判定するに際して、データベース140に蓄積される基準信号を逐次更新しておけば、例えば、建物400の建て替え、新築、移転などにより検知対象が変わっても、建築物と障害物との区別を行うことが可能となり、障害物の認識率を更に向上させることができる。この場合、例えば、深夜の保守作業時に測定した、レーダー110の出力信号を用いて、データベース140の基準信号を適宜更新すればよい。   When determining whether or not there is an obstacle in the search range of the radar 110, if the reference signal stored in the database 140 is sequentially updated, for example, the detection target can be detected by rebuilding, newly building, moving, or the like of the building 400. Even if it changes, it becomes possible to distinguish a building and an obstacle, and the recognition rate of an obstacle can further be improved. In this case, for example, the reference signal of the database 140 may be updated as appropriate using the output signal of the radar 110 measured during the maintenance work at midnight.

図5は、列車100が走行中であるときに、その制御装置120が所定時間ごとに繰り返し実行する、障害物検知処理の一例を示す。なお、制御装置120が障害物検知処理を実行することで、判定手段が実現される。   FIG. 5 shows an example of an obstacle detection process that is repeatedly executed by the control device 120 every predetermined time when the train 100 is traveling. The determination unit is realized by the control device 120 executing the obstacle detection process.

ステップ1(図では「S1」と略記する。以下同様。)では、制御装置120が、位置検出手段130から列車100の位置を読み込む。   In step 1 (abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the control device 120 reads the position of the train 100 from the position detection means 130.

ステップ2では、制御装置120が、列車100が所定地点にきたか否か、要するに、前方の障害物を検知する地点にきたか否かを判定する。ここで、所定地点は、例えば、経度及び緯度で表され、データベース140に予め登録されている。そして、制御装置120は、列車100が所定地点にきたと判定すれば処理をステップ3へと進める一方(Yes)、列車100が所定地点にきていないと判定すれば処理を終了させる(No)。   In step 2, the control device 120 determines whether or not the train 100 has come to a predetermined point, in other words, whether or not the train 100 has come to a point where an obstacle ahead is detected. Here, the predetermined point is represented by, for example, longitude and latitude, and is registered in the database 140 in advance. The control device 120 advances the process to step 3 if it is determined that the train 100 has arrived at a predetermined point (Yes), and ends the process if it is determined that the train 100 has not arrived at the predetermined point (No). .

ステップ3では、制御装置120が、レーダー110の出力信号を読み込む。
ステップ4では、制御装置120が、データベース140から、所定地点における基準信号を読み込む。
In step 3, the control device 120 reads the output signal of the radar 110.
In step 4, the control device 120 reads a reference signal at a predetermined point from the database 140.

ステップ5では、制御装置120が、レーダー110の出力信号と所定地点における基準信号との差分を算出する。   In step 5, the control device 120 calculates the difference between the output signal of the radar 110 and the reference signal at a predetermined point.

ステップ6では、制御装置120が、ステップ5で算出した差分が所定値以上であるか否かを判定する。ここで、所定値は、レーダー110の出力信号にノイズなどが重畳し、障害物を誤検知することを抑制するための閾値であって、例えば、レーダー110の出力信号特性などに応じて適宜設定することができる。そして、制御装置120は、差分が所定値以上であると判定すれば処理をステップ7へと進める一方(Yes)、差分が所定値未満であると判定すれば処理を終了させる(No)。なお、出力信号と基準信号との間に、複数のピーク信号の差分がある場合には、各ピーク信号について差分が所定値以上であるか否かを判定し、少なくとも1つの差分が所定値以上であれば処理をステップ7へと進めるようにすればよい。   In step 6, the control device 120 determines whether or not the difference calculated in step 5 is greater than or equal to a predetermined value. Here, the predetermined value is a threshold for suppressing noise or the like superimposed on the output signal of the radar 110 and erroneously detecting an obstacle, and is appropriately set according to the output signal characteristics of the radar 110, for example. can do. Then, if it is determined that the difference is greater than or equal to the predetermined value, the control device 120 advances the process to Step 7 (Yes), and if the difference is determined to be less than the predetermined value, the control device 120 ends the process (No). If there is a difference between a plurality of peak signals between the output signal and the reference signal, it is determined whether or not the difference is greater than or equal to a predetermined value for each peak signal, and at least one difference is greater than or equal to a predetermined value. If so, the process may proceed to step 7.

ステップ7では、制御装置120が、列車100の前方に障害物が存在することを報知すべく、例えば、列車100の運転席に取り付けられたランプ、ブザーなどの警報装置を作動させる。   In step 7, the control device 120 activates an alarm device such as a lamp or a buzzer attached to the driver's seat of the train 100 in order to notify that there is an obstacle ahead of the train 100.

かかる障害物検知処理によれば、列車100が所定地点にきたとき、制御装置120は、レーダー110の出力信号と所定地点における基準信号との差分を算出し、これが所定値以上であるか否かを判定する。そして、制御装置120は、出力信号と基準信号との差分が所定値以上であると判定すれば、ランプ、ブザーなどの警報装置を作動させて、列車100の前方に障害物があることを報知する。従って、障害物検知装置によって、障害物検知方法を実行することができる。   According to the obstacle detection process, when the train 100 arrives at a predetermined point, the control device 120 calculates the difference between the output signal of the radar 110 and the reference signal at the predetermined point, and whether or not this is equal to or greater than a predetermined value. Determine. If the control device 120 determines that the difference between the output signal and the reference signal is equal to or greater than a predetermined value, the control device 120 activates an alarm device such as a lamp or a buzzer to notify that there is an obstacle ahead of the train 100. To do. Therefore, the obstacle detection method can be executed by the obstacle detection device.

レーダー110の探索範囲300において、図6(A)に示すように、略同一の距離に車両500と人間600とが存在する場合、図6(B)に示すように、人間600を示すピーク信号は車両500を示すピーク信号に隠れてしまう。これは、車両500が人間600より大きいため、人間600を示すピーク信号が見えなくなってしまうことに起因する。   In the search range 300 of the radar 110, as shown in FIG. 6A, when the vehicle 500 and the human 600 exist at substantially the same distance, as shown in FIG. 6B, the peak signal indicating the human 600 is obtained. Is hidden by a peak signal indicating the vehicle 500. This is because the vehicle 500 is larger than the human 600 and the peak signal indicating the human 600 becomes invisible.

そこで、図7に示すように、レーダー110によって障害物を検知する領域700を複数に分割した分割領域702〜732ごとに、障害物が存在するか否かを判定するようにすればよい。この場合、レーダー110による各分割領域702〜732の探索は、例えば、レーダー110の電波を発射する角度及び方向の少なくとも一方を変えて走査することで行うことができる。   Therefore, as shown in FIG. 7, it may be determined whether there is an obstacle for each of the divided regions 702 to 732 obtained by dividing the region 700 where the obstacle is detected by the radar 110 into a plurality of regions. In this case, the search for each of the divided regions 702 to 732 by the radar 110 can be performed, for example, by scanning at least one of the angle and direction in which the radar 110 emits radio waves.

このようにすれば、レーダー110から略同一の距離に異なる障害物が存在していても、これを検知できる可能性が高まり、列車100の運行に係る安全性を高めることができる。   In this way, even when different obstacles exist at substantially the same distance from the radar 110, the possibility of detecting this increases, and the safety related to the operation of the train 100 can be improved.

領域700を分割する分割数は、図7に示す16分割に限らず、他の分割数であってもよい。また、領域700を分割した各分割領域は、例えば、重要な区画を他より細かく(小さく)するなど、その大きさが異なっていてもよい。この場合、領域700の分割数及び分割領域の大きさなどは、例えば、レーダー110の特性、制御装置120の処理能力などを考慮して決定することができる。   The number of divisions for dividing the area 700 is not limited to the 16 divisions shown in FIG. Each divided area obtained by dividing the area 700 may be different in size, for example, by making an important partition finer (smaller) than others. In this case, the number of divisions of the area 700, the size of the division area, and the like can be determined in consideration of the characteristics of the radar 110, the processing capability of the control device 120, and the like.

なお、レーダー110は、列車100の前部に限らず、列車100の前部及び後部の少なくとも一方に搭載することもできる。   Note that the radar 110 is not limited to the front part of the train 100 but can be mounted on at least one of the front part and the rear part of the train 100.

100 列車
110 レーダー
120 制御装置
130 位置検出手段
140 データベース
200 軌道
300 探索範囲
400 建物
500 車両
600 人間
700 領域
702〜732 分割領域
100 train 110 radar 120 control device 130 position detection means 140 database 200 track 300 search range 400 building 500 vehicle 600 human 700 region 702 to 732 divided region

Claims (6)

列車に搭載され、探索範囲内の物体の大きさに比例するピーク信号を出力するレーダーと、
前記列車の位置を検出する位置検出手段と、
前記列車の走行中、前記レーダーから出力されたピーク信号と前記位置検出手段により検出された前記列車の位置における障害物が存在しないときの基準信号との差分に基づいて、前記レーダーの探索範囲に障害物が存在するか否かを判定する判定手段と、
を有することを特徴とする障害物検知装置。
A radar mounted on a train that outputs a peak signal proportional to the size of an object within the search range;
Position detecting means for detecting the position of the train;
While the train is running, based on the difference between the peak signal output from the radar and the reference signal when there is no obstacle at the train position detected by the position detection means, the search range of the radar is set. A determination means for determining whether an obstacle exists;
An obstacle detection device comprising:
前記判定手段は、前記レーダーから出力されたピーク信号と前記基準信号との差分が所定値以上であるときに、前記レーダーの探索範囲に障害物が存在すると判定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の障害物検知装置。
The determination means determines that there is an obstacle in the search range of the radar when the difference between the peak signal output from the radar and the reference signal is a predetermined value or more.
The obstacle detection apparatus according to claim 1.
前記基準信号は、逐次更新される、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の障害物検知装置。
The reference signal is updated sequentially.
The obstacle detection device according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記レーダーは、電波の発射角度及び発射方向を変更可能である、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の障害物検知装置。
The radar can change the emission angle and emission direction of radio waves,
The obstacle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記判定手段は、障害物を探知する領域を複数に分割した分割領域ごとに、前記障害物が存在するか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の障害物検知装置。
The determination means determines whether or not the obstacle exists for each divided area obtained by dividing an obstacle detection area into a plurality of areas.
The obstacle detection apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the obstacle detection apparatus is characterized in that:
制御装置が、
列車の走行中、当該列車に搭載され、探索範囲内の物体の大きさに比例するピーク信号を出力するレーダーの出力信号を読み込み、
前記レーダーから出力されたピーク信号と前記列車の位置において記憶手段に記憶された障害物が存在しないときの基準信号との差分に基づいて、前記レーダーの探索範囲に障害物が存在するか否かを判定する、
ことを特徴とする障害物検知方法。
The control unit
While the train is running, read the radar output signal that is mounted on the train and outputs a peak signal proportional to the size of the object within the search range,
Whether or not there is an obstacle in the radar search range based on the difference between the peak signal output from the radar and the reference signal when no obstacle is stored in the storage means at the train position. Determine
An obstacle detection method characterized by that.
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