JP6672729B2 - レーザレーダ装置の着雪検出方法、着雪検出装置、着雪検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、レーザレーダ装置の窓部への着雪を検出するレーザレーダ装置の着雪検出方法、着雪検出装置、着雪検出プログラムに関する。

レーザレーダ装置は、所定の走査角度ごとにレーザ光の照射と物体で反射した反射光の受光とを行っており、反射光を受光するまでの時間に基づいて、各走査角度における物体の検出および距離の測定を行っている。このようなレーザレーダ装置には、レーザ光を透過するための窓部が設けられている。このとき、窓部に雪が付着すると、つまり、窓部に着雪すると、窓部での反射が大きくなる一方、測定エリア内に照射されるレーザ光の強度が低下したり、レーザ光や反射光が窓部に付着した雪によって遮られたりすることにより、物体の検出や距離の測定の精度が低下する。そのため、例えば特許文献１では、専用のセンサ等を設けることにより、窓部の汚れを検出している。

特開２００２−６０３９号公報

しかしながら、従来のレーザレーダ装置では、上記した特許文献１のように窓部の位置に物体が付着していること自体は検出できるものの、その物体が着雪なのかどうかを検出することができなかった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザレーダ装置の窓部への着雪を検出することができるレーザレーダ装置の着雪検出方法、着雪検出装置、着雪検出プログラムを提供することにある。

レーザレーダ装置は、周知のように、走査面上に存在する物体までの距離を測定することができる。そのため、窓部に汚れや付着がある場合には、窓部の位置での反射光強度が強くなり、窓部に何らかの物体が付着していることを検出できる。
レーザレーダ装置の窓部への着雪は、それが自然に着雪したものであれば、雪が降り始め、その雪が次第に窓部に着雪していくと考えられる。この場合、雪は、気温がある程度まで下がったときに降ると考えられる。
この場合、レーザレーダ装置に温度センサを設ければ、設置場所の温度を取得することができると考えられる。しかし、その場合には、レーザレーダ装置本来の構成に加えて、温度センサ等の追加部材が必要となる。

そこで、請求項１に係る発明では、レーザレーダ装置のアナログ回路における信号の遅延量を取得する遅延量取得処理と、遅延量取得処理によって取得した遅延量と当該遅延量に対して対応付けられている気温との関係に基づいて気温を推定する気温推定処理と、降雪中であるか否かを判定する降雪判定処理と、窓部の位置に新たな物体が検出された際、降雪判定処理によって降雪中であると判定されている場合であって、且つ、気温推定処理によって推定された気温が予め設定されている基準温度以下である場合に窓部に着雪したと判定する着雪判定処理と、を含む。

アナログ回路の遅延量は、温度が上昇すると徐々に増加する傾向がある。この場合、アナログ回路における信号遅延は、回路素子の温度つまりは筐体内部の温度の変化によって起きると考えられる。そして、筐体内部の温度は素子の温度とレーザレーダ装置の周辺の気温に影響されると考えられる。つまり、遅延量を測定すれば、その値から気温を推定することができると考えられる。そして、降雪中であるか否かを判定する際に気温を条件として加味することによって、より正確に降雪中であるか否かを判定することができるようになる。そして、降雪中であることが正確に判定されれば、窓部に新たに付着した物体が雪であるか否かの判定、つまりは、窓部への着雪の検出を、より高い確度で行うことができる。

この場合、アナログ回路の遅延量は、距離を計測するためにもともと取得しているデータから求めることができる。そのため、温度センサ等を設けなくても、レーザレーダ装置自身が元々備えている機能を利用して気温を推定することができる。
また、泥や砂等の汚れとは異なり、着雪の場合には、風で飛んだり蒸発したりする等、人が除去をしなくても対応が可能な場合が多い。そのため、実際にレーザレーダ装置を運用する場合には、着雪であるか否かを検出できれば、人を派遣すべきか否かの判断をすることができ、運用・保守のコストを下げることができるようになる。

請求項２に係る発明では、遅延量と、試験によって予め当該遅延量に対応付けられている気温との関係に基づいて、直接的に気温を推定する。環境試験等によりレーザレーダ装置の雰囲気温度と遅延量との関係を予め求めておくことで、実際にレーザレーダ装置を稼動させた場合には、遅延量から直接的に且つ正確に気温を推定することができる。

請求項３に係る発明では、レーザレーダ装置の始動時における遅延量と予め定められている待機時間を経過した時点における遅延量との関係に基づいてアナログ回路の温度と遅延量との関係を求め、取得した遅延量からアナログ回路の温度を求め、求めたアナログ回路の温度から自己発熱分を差し引くことにより、間接的に気温を推定する。
例えば既設のレーザレーダ装置の場合、試験のためにレーザレーダ装置を取り外すと監視ができなくなり、また、レーザレーダ装置を再設置する場合にはキャリブレーション作業等が必要になる。そのため、レーザレーダ装置に対して環境試験を行うことが困難な場合がある。

さて、アナログ回路の温度は、レーザレーダ装置を始動した直後では、ほぼ気温に一致していると考えられる。一方、アナログ回路の温度は、レーザレーダ装置の運転が継続されると、徐々に高くなっていくと考えられる。このとき、アナログ回路を駆動する駆動電力が比較的大きいことから、アナログ回路の温度は、比較的短時間で、例えば予め定められている数分程度の待機時間が経過した時点で、熱飽和すると考えられる。

そのため、始動時における遅延量を取得し、待機時間が経過して熱飽和した時点の遅延量を取得することで、アナログ回路の温度と遅延量との関係を求めることができる。このとき、アナログ回路の温度は、概ね自己発熱分＋気温で表され、自己発熱分は、アナログ回路が熱飽和している場合には概ね最大消費電力から推定することができる。そのため、遅延量に基づいて求めたアナログ回路の温度から自己発熱分を差し引くことで、間接的に気温を推定することができる。
これにより、例えば既設のレーザレーダ装置に対しても本発明を適用することができる。また、実際のアナログ回路で取得された遅延量に基づいて気温を推定するため、アナログ回路の個体差を吸収した状態で気温を推定することができる。

請求項４に係る発明では、遅延量が予め定められている基準値を下回った場合に、降雪中であるか否かの判定を行う。一般的に言えば、気温が相対的に高い夏場は、雪が降るとは考えにくい。そのため、遅延量が基準値を下回った場合に降雪中であるか否かの判定を行うことにより、雪が降らない季節には着雪判定処理を実施しないようにすることができる。これにより、電力消費量の削減や誤検知の可能性の排除を図ることができる。なお、基準値は、冬場の気温を参考にして適宜設定すればよい。

請求項５に係る発明では、降雪判定処理では、予め定められている判定時間内において、遅延量が予め定められている基準量を超えて短くなるように変化した場合に、降雪中であると判定する。雪が降ると、気温が大きく低下すると考えられる。そのため、時間経過に対して遅延量が大きく下がった場合に降雪中であると判定することで、降雪中であるか否かの判定の精度を高めることができる。なお、基準量は、降雪時の気温変化を参考にして適宜設定すればよい。

請求項６に係る発明では、レーザレーダ装置の走査角度、および／または、レーザレーダ装置からの距離が異なる複数の位置に予め定められた基準サイズ以下の微小物体が検出された場合に、降雪中であると判定する。
自然に降る雪は、レーザレーダ装置の測定エリアの全域で降るはずである。そのため、走査角度および／または距離が異なる複数の位置に微小物体が検出された場合には、つまり、測定エリアの不特定な位置でランダムに微小物体が検出された場合には、それらが雪であると判定することができる。これは、雨の場合には、レーザ光を透過しやすいことから雪とは異なりレーザレーダ装置により検出される可能性は低く、霧の場合には、測定エリアの全域にほぼ均等に出ると考えると、不特定な位置でランダムに検出される状況にはならないと考えることができるためである。

そして、気温が基準温度以下である場合に、不特定な位置でランダムに微小物体が検出されれば、その微小物体が雪であると高い確度で判断することができる。したがって、基準サイズ以下の微小物体が検出された場合に降雪中であると判定することにより、降雪中であるか否かの判定をより正確に行うことができる。すなわち、窓部への着雪を、より正確に検出することができる。

請求項７に係る発明では、上記した着雪検出方法の発明と共通する技術的思想に基づいてなされており、レーザレーダ装置と、上記した降雪判定処理を行う降雪判定処理部と、上記した遅延量取得処理を行う遅延量取得処理部と、上記した着雪判定処理を実行する着雪判定処理部と、を備える。このような着雪検出装置によっても、上記した着雪検出方法の発明と同様に、レーザレーダ装置の窓部に付着した物体が自然な着雪であるかを判別することができる。

請求項８に係る発明は、上記した着雪検出方法の発明と共通する技術的思想に基づいてなされており、着雪検出装置に、上記した降雪判定処理と、上記した遅延量取得処理と、上記した着雪判定処理と、を実行させる。このような着雪検出プログラムによっても、上記した着雪検出方法の発明と同様に、レーザレーダ装置の窓部に付着した物体が自然な着雪であるかを判別することができる。

一実施形態における着雪検出装置を適用した監視装置の構成を模式的に示す図 反射板での反射態様を模式的に示す図 遅延量を模式的に示す図 着雪検出処理の流れを示す図 測定エリアと雪との関係を模式的に示す図 レーザ光と雪との関係を模式的に示す図 雪が走査面を縦断する状態の一例を時系列で模式的に示す図 第２実施形態における気温の推定手順を説明するための図 その他の実施形態における遅延量と季節、および、遅延量と時間の関係の一例を模式的に示す図

以下、本発明の複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に共通する部位には、同一の符号を付して説明する。
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１から図４を参照しながら説明する。
図１に示すように、着雪検出装置としても機能する監視装置１は、レーザレーダ装置２と、レーザレーダ装置２を制御する制御装置３とにより構成されている。なお、本実施形態では着雪検出装置をレーザレーダ装置２と制御装置３とにより構成した例を示しているが、後述する着雪判定処理をレーザレーダ装置２側で行うことにより、レーザレーダ装置２単体で着雪検出装置を構成することもできる。

レーザレーダ装置２は、制御部２０、照射部２１、回転ミラー２２、受光部２４、および記憶部２４等を備えている。これら各部は、筐体２５内に収容されている。この筐体２５には、レーザ光および反射光を透過させる窓部２６が設けられている。また、筐体２５内において、窓部２６とは反対側となる位置に、反射板２７が設けられている。以下、窓部２６側をレーザレーダ装置２の正面側と称し、反射板２７側をレーザレーダ装置２の背面側とも称する。
レーザレーダ装置２の制御部２０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭおよびＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータにより構成されており、記憶部２４などに記憶されているコンピュータプログラムを実行することによりレーザレーダ装置２の全体を制御する。

レーザレーダ装置２は、回転ミラー２２を回転させることにより、照射部２１から照射されたレーザ光を、所定の走査角度ごとに対象エリアに向けて照射する。そして、レーザレーダ装置２は、レーザ光を照射してから物体４で反射した反射光が受光部２３で受光されるまでの経過時間に基づいて、走査角度ごとに物体までの距離を測定する。そして、レーザレーダ装置２により物体が検出された場合には、検出された物体の走査角度および距離等に基づいて、周知のように侵入検知処理が行われる。なお、侵入検知処理では、例えば音声あるいは信号等により侵入物を検出した旨が報知される。

制御装置３は、制御部３０等を備えている。この制御装置３は、いわゆるパソコンで構成されており、図示は省略するが、レーザレーダ装置２による監視状況やカメラで撮像した画像等を表示する表示部、ユーザに侵入等を報知する報知部、およびマウスやキーボード等のユーザの操作を入力する入力部も備えている。本実施形態の監視装置１の場合、レーザレーダ装置２側では基本的に物体を検出する処理を行っており、制御装置３側において侵入物の有無の判定や、詳細は後述するが、着雪検出プログラムを実行することにより、降雪判定処理、遅延量取得処理、気温推定処理、着雪判定処理、あるいは報知処理等を行っている。つまり、本実施形態では、制御部３０が、降雪判定処理部、遅延量取得処理部、気温推定処理部および着雪判定処理部を構成している。

次に、上記した構成の作用について説明する。
まず、レーザレーダ装置２は、周知のように、走査面上に存在する物体までの距離を測定することができる。このレーザレーダ装置２の窓部２６に物体が検出された場合には、一般的には、異常が報知されることになる。しかし、窓部２６への着雪であれば、侵入を検知したとして警備員を呼ぶのではなく、清掃員を呼ぶことで対応することができると考えられる。また、窓部２６への着雪であれば、レーザレーダ装置２の動作時の熱により、自然に溶けることも期待できる。つまり、窓部２６に付着した付着物の種類を判別できれば、柔軟な対応を取ることができる。

本実施形態のレーザレーダ装置２は、筐体２５内に設けられている反射板２７までの距離も測定している。このとき、図２に示すように、照射部２１から照射されたレーザ光は、回転ミラー２２が背面側を向いているとき、反射板２７に向かう。そして、反射板２７で反射したレーザ光は、受光部２３で検出される。これにより、反射板２７までの距離が測定される。

このとき、受光部２３等のアナログ回路においては、アナログ回路の温度によって反射板２７で反射したレーザ光を受光するまでの時間が異なることが実験により明らかになった。具体的には、図３に示すように、アナログ回路の温度が高くなるほど、反射光を受光するまでの時間が長くなることが明らかになった。この図３に示すように、Ｔ１℃を基準とした場合において、Ｔ２℃（ただし、Ｔ２＞Ｔ１）のときに反射光を検出するまでの時間差が、遅延量となる。また、Ｔ３℃（ただし、Ｔ３＜Ｔ１）の場合には、Ｔ１℃のときよりも反射光を受光するまでの時間は短くなる。なお、この遅延量は、レーザ光を照射してから反射光が受光されるまでの時間差でもある。

この遅延量は、アナログ回路の温度と一次関数的に相関することも実験により明らかになった。また、アナログ回路の温度は、筐体２５の温度が高くなるほど、つまりは、筐体２５が設置されている設置場所の気温が高くなるほど、高くなることも実験により明らかになった。そのため、この遅延量を測定すれば、アナログ回路の温度を求めることができ、アナログ回路の温度が求まれば、それに相関する気温を推定することができると考えられる。

そこで、監視装置１は、以下に説明する着雪検出方法により、窓部２６の位置に検出された物体が自然に付着した着雪であるか否かを検出している。なお、前提として、監視装置１は、従来と同様にレーザレーダ装置２による物体の検出結果に基づいて、測定エリアＲ１（図４参照）への侵入物を検出する処理も行っている。また、物体が検出された検出結果は、検出履歴として記憶されている。そのため、ある時刻において、その時刻よりも前の期間にどのような物体が検出されたかを、検出履歴に基づいて参照することができる。
監視装置１は、図３に示す着雪判定処理を繰り返し実行している。この着雪判定処理は、制御装置３の制御部３０に着雪検出プログラムを実行させることにより実現されている。監視装置１は、着雪判定処理において、まず、遅延量を取得する（Ｓ１）。このステップＳ１の処理が、遅延量取得処理に相当する。

続いて、監視装置１は、取得した遅延量に基づいて、気温を推定する（Ｓ２）。このとき、監視装置１は、遅延量に対して対応付けられている気温との関係に基づいて、気温を推定している。本実施形態の場合、事前に環境試験を行うことにより、レーザレーダ装置２の雰囲気温度と、その雰囲気温度における遅延量とが、互いに対応付けられている。そして、監視装置１は、遅延量と気温との関係に基づいて、直接的に気温を推定する。このステップＳ２の処理が、気温推定処理に相当する。

続いて、監視装置１は、窓部２６に物体が付着したか否か、つまり、窓部２６の位置に新たな物体が検出されたか否かを判定する（Ｓ３）。このとき、監視装置１は、窓部２６の位置に対応する時間で検出された反射光強度に基づいて、窓部２６の位置に物体を検出したか否かを判定している。また、新たに物体を検出したとは、それまでは検出されていなかった物体が新たに検出されたことを意味している。監視装置１は、窓部２６に物体が付着していない場合には（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ１に移行する。

一方、監視装置１は、窓部２６に物体が付着している場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、降雪中であるか否かを判定する（Ｓ４）。本実施形態の場合、監視装置１は、以下の条件１〜５に基づいて、降雪中であるか否かを判定している。なお、本実施形態では条件１〜５をいずれも満たしている場合に降雪中であると判定するが、条件１〜５のいずれか１つを満たしたとき、あるいは、条件１〜５のうちの２つ以上を満たしたとき等、どの条件を用いるかは適宜設定すればよい。

・条件１：走査角度および／またはレーザレーダ装置２からの距離が異なる複数の位置に、予め定められた基準サイズよりも小さい微小物体が検出された場合。ここで、微小物体とは、予め定められた基準サイズよりも小さい物体であり、本実施形態では、雪を想定していることから、概ね１〜２ｃｍ程度に設定されている。
監視装置１は、図５に示すように、予め設定されている測定エリアＲ１内の侵入物を検出する。この測定エリアＲ１は、レーザレーダ装置２の測定限界距離Ｌｍを外縁とする概ね半円状に設定されている。監視装置１は、矢印Ｓにて示す走査方向で、Ａ０、Ａ１・・・Ａｎとして示す所定の走査角度ごとに、測定エリアＲ１内の物体の検出を繰り返し行っている。なお、図５には示していないが、測定エリアＲ１内に存在する建物等の固定物は、周知のように、予め侵入検知対象からは外されている。

このとき、自然に降る雪は、レーザレーダ装置２の測定エリアＲ１の全域で降るはずである。そのため、条件１のように、走査角度および／または距離が異なる複数の位置に微小物体が検出された場合には、つまり、測定エリアＲ１内の不特定な位置でランダムに微小物体が検出された場合には、それらが雪５であるとして、降雪中であると判定することができる。なお、雨の場合には、レーザ光を透過しやすいことから雪５のように検出される可能性は低く、霧の場合には、測定エリアＲ１の全域にほぼ均等に出ると考えると、不特定な位置でランダムに検出されることが無いため、雪５を区別することができると考えられる。

・条件２：微小物体がレーザレーダ装置２の周囲に予め設定されている近傍エリアＲ２内の複数の位置で検出され、且つ、微小物体が近傍エリアＲ２外となる位置では検出されていない場合。
図６に示すように、レーザレーダ装置２からの距離が異なる位置に雪が舞い降りたとする。このとき、レーザレーダ装置２に最も近い側を雪５ａとし、レーザレーダ装置２から最も遠い側を雪５ｃとし、その間を雪５ｂとする。なお、各雪５ａ〜５ｃの大きさは同じであるものとする。

レーザ光は、レーザレーダ装置２から離間するほど、その照射範囲が大きくなる。そのため、仕様によっても異なるものの、一例を挙げると、レーザ光の照射範囲は、約３０ｍ先での直径が約３０ｃｍ程度になることがある。この場合、レーザレーダ装置２に近い距離Ｌ１０の位置の雪５ａがレーザ光の照射範囲を超える程度の大きさの場合には、レーザ光を多く反射することから、その反射高強度が閾値を十分に超える程度に高くなる。また、雪５ａよりもレーザレーダ装置２から離れている距離Ｌ１１の雪５ｂの場合には、レーザ光の照射範囲よりも小さくなり、その反射高強度が概ね閾値をギリギリ超える程度になったとする。この場合、雪５ｂは、レーザレーダ装置２によって検出することができる。

これに対して、レーザレーダ装置２から大きく離れている距離Ｌ１２の雪５ｃの場合には、レーザ光の照射範囲よりもかなり小さくなるため、その反射高強度が閾値を下回ることになる。この場合、雪５ｃは、レーザレーダ装置２によって検出されることはない。
そのため、上記した距離Ｌ１１を判定距離Ｌｓとすると、もしくは、距離Ｌ１１＋αの距離を判定距離Ｌｓとすると、測定エリアＲ１の全域で雪が降っている場合、レーザレーダ装置２の周囲に判定距離Ｌｓを外縁として予め設定されている近傍エリアＲ２内となる位置に降っている雪５ａ、５ｂは、レーザレーダ装置２により検出可能である一方、近傍エリアＲ２外となる位置に降っている雪５ｃは、レーザレーダ装置２では検出不可能となる。なお、判定距離Ｌｓや上記した＋αの距離は、使用する照射部２１の特性等に応じて適宜設定すればよい。

このように、雪５は、仮に同じ大きさであったとしても、レーザレーダ装置２からの距離が離れるにつれて検出されなくなるという特徴を備えている。そのため、近傍エリアＲ２内となる位置で微小物体がランダムに検出されており、近傍エリアＲ２外となる位置では微小物体が検出されていない場合には、降雪中であるとより高い確度で判定することができる。

・条件３：１回の走査において微小物体が複数の位置で検出されたとき、および／または、予め定められている規定回数での走査において微小物体が複数の位置または異なる位置で検出された場合。
上記したように、雪５は測定エリア内で不特定の位置に降ることから、１回の走査で複数の位置に微小物体が検出されることが考えられる。また、複数回の走査であれば、それぞれ異なる位置に微小物体が検出されると考えられる。そのため、条件３を加味することで、降雪中であるとより高い確度で判定することができる。

・条件４：微小物体が、その移動が検知されることなく近傍エリアＲ２内で検出された場合。
自然に降る雪５は、重力に引かれることから、レーザレーダ装置２の走査面を縦断するように移動する。このとき、図７（ａ）に示す時刻ｔ１０の時点では、雪５が走査面よりも上方に位置していたとする。この時刻ｔ１０では、雪５は、走査面から外れていることから、レーザ光を反射しないため、レーザレーダ装置２によって検出されることはない。一方、雪５が下方に移動して、図７（ｂ）に示す時刻ｔ１１の時点で走査面上に位置したとする。この場合、反射光強度が閾値を超えることになる。つまり、この時刻ｔ１１では、雪５は、レーザレーダ装置２で検出されることになる。
このとき、雪は、上から下に移動するため、近傍エリアＲ２の外縁から近傍エリアＲ２内への移動が検出されること無く、近傍エリアＲ２内に突然検出されることになる。そのため、条件４を加味することで、降雪中であるとより高い確度で判定することができる。

・条件５：移動が検知されることなく検出された微小物体が、検出時を起点とする所定の判定時間内に、移動が検知されることなく検出されなくなった場合。ここで、判定時間は、１〜２秒程度に適宜設定すればよい。
図７（ｂ）に示す時刻ｔ１１の時点で走査面上に位置していた雪５が下方に移動し、図７（ｃ）に示す時刻ｔ１２の時点で走査面から外れたとする。この時刻ｔ１２では、雪５は、走査面から外れていることから、レーザレーダ装置２によって検出されることはない。つまり、自然に降った雪５であれば、時刻ｔ１１に突然、近傍エリアＲ２内に検出された後、数秒以内に、その移動が検出されること無く近傍エリアＲ２から突然検出されなくなることになる。そのため、条件４を加味することで、降雪中であるとより高い確度で判定することができる。

監視装置１は、これらの条件に基づいて、上記したステップＳ４において、降雪中であるか否かの判定を行っている。このステップＳ４の処理が、降雪判定処理に相当する。
監視装置１は、降雪中ではないと判定すると（Ｓ４：ＮＯ）、異常を報知する（Ｓ８）。これは、降雪中では無いため、窓部２６に付着した物体が雪では無いと判定されたためである。

一方、監視装置１は、降雪中である判定すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップＳ２で推定した気温が、基準温度以下であるか否かを判定する（Ｓ５）。ここで、基準温度とは、雪が降る可能性のある温度が設定されている。雪が降るのは、地上の温度だけで無く上空の温度も大きく関与しているが、本実施形態では、雪が降る可能性のある温度を５℃に設定している。なお、基準温度は、レーザレーダ装置２を設置する環境等に応じて適宜設定すればよい。

監視装置１は、気温が基準温度以下ではない場合には（Ｓ５：ＮＯ）、異常を報知する（Ｓ８）。つまり、監視装置１は、雪が降る可能性が低いと想定される気温の場合には、ステップＳ４における降雪中との判定が誤りであり、雪ではない物体が窓部２６に付着したとして、異常を報知する。
これに対して、監視装置１は、気温が基準温度以下である場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、窓部２６に着雪したと判定し（Ｓ６）、着雪を報知する（Ｓ７）。その後、処理を終了する。なお、図４では、説明の簡略化のために報知した後には着雪検出処理を終了するようにしているが、着雪検出処理を終了することなく、ステップＳ１に移行してもよい。
このように、監視装置１は、反射板２７で反射した反射光の遅延量や微小物体が検出されたか否かというレーザレーダ装置２単独で取得可能なデータであって、且つ、既設のレーザレーダ装置２であっても測定可能なデータに基づいて、窓部２６への着雪を検出している。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
着雪検出方法では、反射板２７までの距離を測定した際のアナログ回路における信号の遅延量を取得する遅延量取得処理と、取得した遅延量と当該遅延量に対して対応付けられている気温との関係に基づいて気温を推定する気温推定処理と、窓部２６の位置に新たな物体が検出された際、降雪中であると判定されている場合であって、且つ、気温が予め設定されている基準温度以下である場合に、窓部２６に着雪したと判定する着雪判定処理と、を含んでいる。

このように、気温を条件として加味することによって、降雪中であるか否かをより正確に判定できるようになる。そして、降雪中であることが正確に判定されることにより、窓部２６に付着した物体が雪であるか否かの判定、つまりは、窓部２６への着雪の検出を、より高い確度で行うことができる。
この場合、アナログ回路の遅延量は、距離を計測するためにもともと取得しているデータから求めることができる。そのため、温度センサ等を設けなくても、レーザレーダ装置２自身が元々備えている機能を利用して気温を推定することができる。

また、泥や砂等の汚れとは異なり、着雪の場合には、風で飛んだり蒸発したりする等、人が除去をしなくても対応が可能な場合が多い。そのため、実際にレーザレーダ装置２を運用する場合には、着雪であるか否かを検出できれば、人を派遣すべきか否かの判断をすることができ、運用・保守のコストを下げることができるようになる。また、侵入を検知したとして警備員を呼ぶのではなく、清掃員を呼ぶことで対応することができる等の柔軟な対応をユーザが取ることができる。

この場合、アナログ回路の遅延量と、当該遅延量に対応する気温とを、環境試験によって予め対応付けておくことで、直接的に気温を推定することができる。
また、レーザレーダ装置２の走査角度、および／または、レーザレーダ装置２からの距離が異なる複数の位置に予め定められた基準サイズよりも小さい微小物体が検出された場合に降雪中であると判定する降雪判定処理を含むことにより、微小物体が雪である可能性をより正確に判定できるようになり、降雪中であるか否かをより正確に判定することができる。その結果、降雪中ではない場合には検出されていなかった物体が、降雪中と判定されてから新たに窓部２６の位置に検出された場合には、その物体が雪５であると判定でき、窓部２６への着雪を高い確度で判定することができる。

また、レーザレーダ装置２と、実施形態では制御装置３の制御部３０で実現している降雪判定処理部、遅延量取得処理部、気温推定処理部、および着雪判定処理部を備えることを特徴とする着雪検出装置としての監視装置１によっても、上記した着雪検出方法と同様の効果を得ることができる。
また、実施形態では監視装置１で実現している着雪検出装置に、降雪判定処理、遅延量取得処理、気温推定処理、および着雪判定処理を実行させることを特徴とする着雪検出プログラムによっても、上記した着雪検出方法と同様の効果を得ることができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について図８を参照しながら説明する。本実施形態では、遅延量から気温を推定する手順が第１実施形態と異なっている。なお、本実施形態では、装置構成および着雪検出処理の流れは第１実施形態と共通するので、図１、図４等も参照しながら説明する。

第１実施形態では、予め環境試験を行うことにより遅延量と気温とを対応付ける例を示したが、例えば既設のレーザレーダ装置２の場合には、環境試験を行うことが困難なことが予想される。これは、レーザレーダ装置２を取り外すと監視ができなくなること、また、レーザレーダ装置２を再設置する場合にはキャリブレーション作業等が必要になるためである。
そこで、本実施形態では、遅延量と、アナログ回路の温度との対応関係に基づいて気温を推定する、より具体的には、アナログ回路を構成する受光素子の素子温度との対応関係に基づいて、気温を推定する。

受光素子の素子温度は、図８（ａ）に示すように、レーザレーダ装置２を始動した直後では、ほぼ気温に一致していると考えられる。一方、素子温度は、レーザレーダ装置２の運転が継続されると、徐々に高くなっていく。そして、遅延量も徐々に増加していく。このとき、レーザレーダ装置２では受光素子を駆動する駆動電力が大きいことから、素子温度は、比較的短時間で、例えば予め定められている数分程度の待機時間が経過した時点で、熱飽和すると考えられる。

このため、始動時を点Ｐ１とし、待機時間が経過した時点を点Ｐ２とすると、点Ｐ１では、ほぼ気温と一致する素子温度Ｔ１０（℃）における遅延量Ｄ１０を取得することができる。この場合、気温は、温度計により取得すればよい。一方、待機時間が経過した点Ｐ２では、素子温度Ｔ２０（℃）における遅延量Ｄ２０を取得することができる。この場合、比較的短時間に各データを取得していることから、気温の変動による影響は無視できると考えられる。そして、これらのデータから、図８（ｂ）にグラフＧとして示すような、その受光素子における遅延量と素子温度との関係を求めることができる。

さて、素子温度は、概ね、
素子温度＝自己発熱分＋気温・・・（１）
の関係で表すことができる。また、自己発熱分は、素子が熱飽和していると考えると、受光素子の最大消費電力から推定することができる。
そのため、上記した気温推定処理（図４のステップＳ２参照）において、取得した遅延量からまず素子温度を求め、（１）式の関係から気温＝素子温度−自己発熱分となるため、素子温度から自己発熱分を差し引くことで気温を推定することができる。すなわち、レーザレーダ装置２の始動時における遅延量と予め定められている待機時間を経過した時点における遅延量との関係に基づいてアナログ回路の温度と遅延量との関係を求め、実運転時に取得した遅延量からアナログ回路の温度を求め、求めたアナログ回路の温度から自己発熱分を差し引くことにより、間接的に気温を推定することができる。

したがって、第１実施形態と同様に、着雪の検出を高い確度で行うことができる。
また、既設のレーザレーダ装置２に対しても、設置場所の気温を測定することで、本発明を適用することができる。
また、実際のアナログ回路で取得された遅延量に基づいているため、アナログ回路や受光素子の個体差を吸収した状態で気温を推定することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記し且つ図面に記載した態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や拡張をすることができる。
降雪判定処理（図４のステップＳ４参照）では、遅延量が予め定められている基準値を下回った場合に、降雪中であるか否かの判定を行うようにしてもよい。図９（ａ）に示すように、例えば３６５日の通年で見ると、遅延量は、夏場は高く、冬場は低くなっていると考えられる。そして、一般的に言えば、夏場は雪が降るとは考えにくい。そのため、遅延量が基準値を下回った場合に降雪中であるか否かの判定を行うことで、雪が降らない季節には、着雪判定処理を実施しないようにすることができる。これにより、電力消費量の削減や誤検知の可能性の排除を図ることができる。なお、基準値は、冬場の気温を参考にして適宜設定すればよい。

このとき、予め定められている判定時間内において、遅延量が、予め定められている基準量を超えて短くなるように変化した場合に、降雪中であると判定してもよい。雪が降ると、気温が大きく低下すると考えられる。そのため、図９（ｂ）に示すように、例えば１日でみるた場合において、時間経過に対して遅延量が大きく下がった場合に降雪中であると判定することで、降雪中であるか否かの判定の精度を高めることができる。なお、基準量は、降雪時の気温変化を参考にして適宜設定すればよい。

各実施形態で示した距離や数等は例示であり、それに限定されるものではない。
実施形態では制御装置３の制御部３０で降雪判定処理部、遅延量取得処理部、気温推定処理部、および着雪判定処理部を構成する例を示したが、レーザレーダ装置２の制御部２０で着雪検出プログラムを実行することにより降雪判定処理、遅延量取得処理、気温推定処理、着雪判定処理、および報知処理等を行ってもよい。すなわち、レーザレーダ装置２の制御部２０で降雪判定処理部、遅延量取得処理部、気温推定処理部、および着雪判定処理部を構成してもよい。

実施形態では測定エリアＲ１を概ね水平方向に平面的に走査するレーザレーダ装置２を例示したが、回転ミラー２２を傾動可能とすることで高さ方向への走査も可能なレーザレーダ装置であっても、本発明を適用することができる。
実施形態では反射板２７までの距離を測定する際の遅延量を用いたが、レーザレーダ装置２の外部に設けられている基準となる物体までの距離を測定する際の遅延量を用いてもよい。

図面中、１は監視装置（着雪検出装置）、２はレーザレーダ装置（着雪検出装置）、３は制御装置（着雪検出装置）、５は雪（物体、微小物体）、７は付着物（物体、微小物体、着雪）、２０は制御部（降雪判定処理部、遅延量取得処理部、気温推定処理部、着雪判定処理部）、２６は窓部、３０は制御部（降雪判定処理部、遅延量取得処理部、気温推定処理部、着雪判定処理部）を示す。

Claims (8)

1. レーザレーダ装置の窓部への着雪を検出するレーザレーダ装置の着雪検出方法であって、
   前記レーザレーダ装置のアナログ回路における信号の遅延量を取得する遅延量取得処理と、
   前記遅延量取得処理によって取得した遅延量と当該遅延量に対して対応付けられている気温との関係に基づいて、気温を推定する気温推定処理と、
   降雪中であるか否かを判定する降雪判定処理と、
   前記窓部の位置に新たな物体が検出された際、前記降雪判定処理によって降雪中であると判定されている場合であって、且つ、前記気温推定処理によって推定された気温が予め設定されている基準温度以下である場合に、前記窓部に着雪したと判定する着雪判定処理と、
   を含むことを特徴とするレーザレーダ装置の着雪検出方法。
2. 前記気温推定処理では、遅延量と、試験によって予め当該遅延量に対応付けられている気温との関係に基づいて、直接的に気温を推定することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置の着雪検出方法。
3. 前記気温推定処理では、前記レーザレーダ装置の始動時における遅延量と予め定められている待機時間を経過した時点における遅延量との関係に基づいてアナログ回路の温度と遅延量との関係を求め、取得した遅延量から前記アナログ回路の温度を求め、求めた前記アナログ回路の温度から自己発熱分を差し引くことにより、間接的に気温を推定することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置の着雪検出方法。
4. 前記降雪判定処理では、遅延量が、予め定められている基準値を下回った場合に、降雪中であるか否かの判定を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のレーザレーダ装置の着雪検出方法。
5. 前記降雪判定処理では、予め定められている判定時間内において、遅延量が、予め定められている基準量を超えて短くなるように変化した場合に、降雪中であると判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のレーザレーダ装置の着雪検出方法。
6. 前記降雪判定処理では、前記レーザレーダ装置の走査角度、および／または、前記レーザレーダ装置からの距離が異なる複数の位置に予め定められた基準サイズ以下の微小物体が検出された場合に、降雪中であると判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のレーザレーダ装置の着雪検出方法。
7. 所定の走査角度ごとに物体までの距離を測定するレーザレーダ装置と、
   前記レーザレーダ装置の筐体内に設けられている反射板までの距離を測定した際のアナログ回路における信号の遅延量を取得する遅延量取得処理を実行する遅延量取得処理部と、
   前記遅延量取得処理によって取得した遅延量と、当該遅延量に対して対応付けられている気温との関係に基づいて、気温を推定する気温推定処理を実行する気温推定処理部と、
   降雪中であるか否かを判定する降雪判定処理を実行する降雪判定処理部と、
   前記レーザレーダ装置の窓部の位置に新たな物体が検出された際、前記降雪判定処理によって降雪中であると判定されている場合であって、且つ、前記気温推定処理によって推定された気温が予め設定されている基準温度以下である場合に、前記窓部に着雪したと判定する着雪判定処理を実行する着雪判定処理部と、
   を備えることを特徴とする着雪検出装置。
8. レーザレーダ装置の窓部への着雪を検出する着雪検出装置に、
   前記レーザレーダ装置の筐体内に設けられている反射板までの距離を測定した際のアナログ回路における信号の遅延量を取得する遅延量取得処理と、
   前記遅延量取得処理によって取得した遅延量と、当該遅延量に対して対応付けられている気温との関係に基づいて、気温を推定する気温推定処理と、
   降雪中であるか否かを判定する降雪判定処理と、
   前記窓部の位置に新たな物体が検出された際、前記降雪判定処理によって降雪中であると判定されている場合であって、且つ、前記気温推定処理によって推定された気温が予め設定されている基準温度以下である場合に、前記窓部に着雪したと判定する着雪判定処理と、
   を実行させることを特徴とする着雪検出プログラム。

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