JP6911801B2 - 着雪検出装置 - 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着雪検出装置に関する。

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着雪検出装置を提供することにある。

レーザレーダ装置では、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、窓部に汚れや物体の付着がある場合には、照射されたレーザ光が窓部の汚れや付着した物体により反射されることから、レーザレーダ装置による測距結果として窓部までの距離が測定される。したがって、レーザレーダ装置による測距の機能を用いれば、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。しかし、レーザレーダ装置による測距の機能だけでは、窓部に付着した物体が着雪なのかどうかを検出することはできない。

このような窓部への着雪は、気象現象である降雪により生じると考えられる。降雪があると、レーザレーダ装置の窓部だけでなく、レーザレーダ装置が設置された設置箇所周辺の地面にも雪が付着し、やがては積雪となる。そして、本発明者は、積雪がある場合と積雪が無い場合とにおいて、地面の状態が次のように異なることに着目した。

すなわち、積雪がある場合には、積雪が無い場合に比べ、レーザレーダ装置から地面までの距離が短くなる。これは、地面の上に雪が積もることに起因している。また、積雪がある場合には、積雪が無い場合に比べ、地面の反射率が高くなる。これは、地面を構成する土やアスファルトなどの反射率に比べ、地面に積もった雪の反射率が高いことに起因している。

このように、レーザレーダ装置の窓部に雪が付着する場合、窓部の位置に物体が検出されるという現象だけでなく、地面までの距離が短くなるという現象および地面の反射率が高くなるという現象のうち少なくとも一方の現象が生じると考えられる。一方、窓部に付着した物体が雪以外の物体である場合、上述したような降雪に伴って生じる現象が生じる可能性は低い。

このような点を考慮し、請求項１に記載の着雪検出装置は、レーザレーダ装置が、その設置箇所周辺の地面へとレーザ光を照射するとともに地面からの反射光を受光するように、レーザ光および反射光の光路を変更する光路変更部を備える。これにより、レーザレーダ装置は、地面までの距離の測定を行うことが可能となる。

また、上記着雪検出装置は、光路変更部によりレーザ光および反射光の光路が変更された状態におけるレーザレーダ装置による距離の測定結果に基づいて地面までの距離および地面の反射率のうち少なくとも一方を算出する地面情報算出部を備える。これによれば、地面までの距離および地面の反射率のうち少なくとも一方を取得することができる。なお、地面の反射率は、反射光の受光強度（反射光量）に基づいて算出可能である。

さらに、上記着雪検出装置は、地面情報算出部により算出される地面までの距離が地面までの距離の通常の値に応じて設定された基準距離よりも短いか否かの判定および地面情報算出部により算出される地面の反射率が地面の反射率の通常の値に応じて設定された基準反射率よりも高いか否かの判定のうち少なくとも一方を行う地面情報判定部を備える。これによれば、上述した降雪に伴って生じる現象の発生、言い換えれば降雪が生じたことを検出することができる。

そして、上記着雪検出装置は、地面情報判定部により地面までの距離が基準距離よりも短いと判定されたという第１条件および地面情報判定部により地面の反射率が基準反射率よりも高いと判定されたという第２条件のうち少なくとも一方が満たされるとともに、窓部の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、窓部に着雪があると判定する着雪判定部を備える。これによれば、窓部の位置に物体が付着していることだけでなく、その付着した物体が雪であるのか否かを判別することができる。

したがって、上記着雪検出装置によれば、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。このように窓部への着雪を検出することができれば、次のような効果が得られる。すなわち、着雪の場合、泥や砂などの汚れとは異なり、風で飛んだり蒸発したりするなど、人が除去をしなくても対応可能な場合が多い。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することができれば、人を派遣すべきか否かの判断をすることができ、運用および保守のコストを下げることができるようになる。

請求項１に記載の着雪検出装置において、着雪判定部は、地面情報判定部により地面までの距離が基準距離よりも短いと判定されたという第１条件が満たされるとともに、窓部の位置に物体が検出されると、窓部への着雪があったと判定することができる。以下、このような判定手法を第１手法と呼ぶ。また、請求項１に記載の着雪検出装置において、着雪判定部は、地面情報判定部により地面の反射率が基準反射率よりも高いと判定されたという第２条件が満たされるとともに、窓部の位置に物体が検出されると、窓部への着雪があったと判定することができる。以下、このような判定手法を第２手法と呼ぶ。

これら第１手法および第２手法には、それぞれ次のような特徴がある。すなわち、地面までの距離に基づく第１手法によれば、積雪量が比較的少ない場合には着雪を検出できない可能性があるものの、地面に積もった雪の上に例えば落ち葉などの低反射物体が堆積した場合でも着雪を検出することができる。一方、地面の反射率に基づく第２手法によれば、地面に積もった雪の上に低反射物体が堆積した場合には着雪を検出できない可能性があるものの、積雪量が比較的少ない場合でも着雪を検出することができる。

このように、第１手法および第２手法には、それぞれデメリットが存在し、上述したような特定のケースにおいて着雪を検出することができない可能性がある。そこで、請求項２に記載の着雪検出装置では、これら第１手法および第２手法を組み合わせることにより、着雪の検出性能を向上させるようになっている。

すなわち、請求項２に記載の着雪検出装置では、地面情報算出部は、地面までの距離および地面の反射率の双方を算出する。また、地面情報判定部は、地面情報算出部により算出される地面までの距離が基準距離よりも短いか否かの判定および地面情報算出部により算出される地面の反射率が基準反射率よりも高いか否かの判定の双方を行う。

そして、着雪判定部は、第１条件および第２条件の双方が満たされるとともに、窓部の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、窓部に着雪があると判定する。このようにすれば、積雪量が比較的少ない場合、地面に積もった雪の上に落ち葉などの低反射物体が堆積した場合などの特定のケースにおいても着雪を検出することができる。したがって、上記着雪検出装置によれば、着雪の検出性能を向上させることができる。

請求項３に記載の着雪検出装置の光路変更部は、レーザ光を地面に向けて反射させるとともに反射光をレーザレーダ装置に向けて反射させるようにレーザレーダ装置の外部に設けられたミラーを備える。この場合、レーザレーダ装置としては、一般的な構成のものを採用することができる。したがって、上記構成によれば、既存のレーザレーダ装置を用いて、地面までの距離の測定、ひいては窓部への着雪を検出することができる。

請求項４に記載の着雪検出装置の光路変更部は、複数のミラーを備える。ミラーが１つである場合、レーザレーダ装置の窓部のうち上記ミラーに向けてレーザ光を照射する部分に着雪があると、地面までの距離の測定が不可能となり、その着雪を検出することができない。これに対し、ミラーが複数設けられた場合、窓部のうち所定のミラーに向けてレーザ光を照射する部分に着雪したとしても、レーザレーダ装置は、その所定のミラーとは別のミラーを用いて地面までの距離の測定を行うことが可能であるため、その着雪を検出することができる。したがって、上記着雪検出装置によれば、着雪の検出性能を向上させることができる。

請求項５に記載の着雪検出装置の光路変更部は、レーザレーダ装置の走査の方向が地面に交わる方向となるようにレーザレーダ装置を回転させる回転機構を備える。このような構成では、回転機構によって走査の方向が地面に交わる方向となるようにレーザレーダ装置を回転させれば、レーザレーダ装置から照射されるレーザ光を地面へと照射するとともに、地面からの反射光をレーザレーダ装置で受光することができ、地面までの距離の測定が可能となる。そして、この場合、レーザレーダ装置としては、一般的な構成のものを採用することができる。したがって、上記構成によれば、既存のレーザレーダ装置を用いて、地面までの距離の測定、ひいては窓部への着雪を検出することができる。

第１実施形態に係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 第１実施形態に係るレーザレーダ装置および周辺の構成を示す斜視図 第１実施形態に係る着雪が無い場合における反射光強度の一例を模式的に示す図 第１実施形態に係る着雪がある場合における反射光強度の一例を模式的に示す図 第１実施形態に係る着雪がある場合におけるレーザレーダ装置および周辺の構成を示す斜視図 第１実施形態に係る積雪がない場合における地面からの反射光強度の一例を模式的に示す図 第１実施形態に係る積雪がある場合における地面からの反射光強度の一例を模式的に示す図 第１実施形態に係る構成により積雪の有無を判断できることを検証するための実験に用いた構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る構成により積雪の有無を判断できることを検証するための実験の結果を示す図 第１実施形態に係る着雪検出処理の内容を模式的に示す図 第２実施形態に係る着雪が無い場合における反射光強度の一例を模式的に示す図 第２実施形態に係る着雪がある場合における反射光強度の一例を模式的に示す図 第２実施形態に係る着雪検出処理の内容を模式的に示す図 第３実施形態に係る着雪検出処理の内容を模式的に示す図 第４実施形態に係るレーザレーダ装置および周辺の構成を示す斜視図 第４実施形態に係るミラー選択処理の内容を模式的に示す図 第４実施形態に係る着雪がある場合におけるレーザレーダ装置および周辺の構成を示す斜視図 第５実施形態に係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 第５実施形態に係る第１の向きであるときのレーザレーダ装置の構成を模式的に示す図 第５実施形態に係る第２の向きであるときのレーザレーダ装置の構成を模式的に示す図 第５実施形態に係る第３の向きであるときのレーザレーダ装置の構成を模式的に示す図 第５実施形態に係る回転制御処理の内容を模式的に示す図

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

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、レーザレーダ装置２を制御する制御装置３およびミラー４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、制御装置３およびミラー４により構成した例を示しているが、後述する着雪検出処理などの各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およびミラー４により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２３および記憶部２４などを備えている。これら各構成は、図２に示す筐体２５の内部に収容されている。図２にも示すように、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。レーザレーダ装置２の制御部２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、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。

図２に示すように、レーザレーダ装置２は、図示しない取付具などを介して、柱などの設置対象物に取り付けられている。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、例えば１°ごとに対象エリアに向けて照射する。本実施形態では、照射されるレーザ光の走査の方向（走査方向）は、水平方向に設定されている。なお、以下の説明では、筐体２５の設置対象物側をレーザレーダ装置２の後側とし、筐体２５の窓部２６側をレーザレーダ装置２の前側とする。また、地面に対して水平方向で且つレーザレーダ装置２の前後方向に対して直角となる方向を左右方向とする。

レーザレーダ装置２は、レーザ光を照射してから物体５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。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などに基づいて、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。

ミラー４は、照射部２１から照射されたレーザ光の一部を、レーザレーダ装置２の設置箇所周辺の地面に向けて反射させるとともに、地面で反射した反射光をレーザレーダ装置２の受光部２３に向けて反射させるように、レーザレーダ装置２の外部に設けられている。本実施形態では、ミラー４は、レーザレーダ装置２が地面へとレーザ光を照射するとともに地面からの反射光を受光するようにレーザ光および反射光の光路を変更する光路変更部に相当する。

本実施形態では、レーザレーダ装置２の監視エリアは１８０°の範囲に設定されている。一方、レーザレーダ装置２の測距可能な範囲は１９０°となっている。したがって、レーザレーダ装置２の測距可能な範囲のうちの左右両端における各５°の範囲（合計で１０°の範囲）は、実際の監視には用いられていない。そこで、本実施形態では、このように、監視に用いられない範囲に照射されるレーザ光を用いて地面までの測距を行うようにしている。

具体的には、図２に示すように、ミラー４は、レーザレーダ装置２が取り付けられた柱から右方向へと延びるように設けられた柱に対し、図示しない取付具などを介して取り付けられている。これにより、ミラー４は、レーザレーダ装置２の右側方に設けられており、レーザレーダ装置２から照射されるレーザ光のうち、右端の５°の範囲にて照射されるレーザ光を地面へと反射させるとともに、地面からの反射光をレーザレーダ装置２へと反射させるようになっている。

制御装置３は、制御部３０などを備えている。制御装置３は、いわゆるパソコンで構成されている。図示は省略するが、制御装置３は、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などを表示する表示部、ユーザに侵入などを報知する報知部およびマウスやキーボードなどのユーザの操作を入力する入力部を備えている。

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、着雪検出用のプログラムを実行することにより、窓部２６への着雪を検出する着雪検出処理、報知処理などを行っている。なお、着雪検出処理には、地面情報算出処理、地面情報判定処理および着雪判定処理が含まれる。

地面情報算出処理は、光路変更部に相当するミラー４によりレーザ光および反射光の光路が変更された状態におけるレーザレーダ装置２による距離の測定結果に基づいて地面までの距離を算出する処理である。地面情報判定処理は、地面情報算出処理により算出される地面までの距離が基準距離よりも短いか否かの判定を行う処理である。

なお、基準距離は、地面までの距離の通常の値、つまり地面に積雪が無い場合における地面までの距離値に応じて設定される。上記基準距離は、レーザレーダ装置２が設置される際、その設置環境に応じて決定される距離に設定すればよい。あるいは、レーザレーダ装置２が設置された状態で、地面情報算出処理を一度実行させ、それにより算出された地面までの距離を基準距離として設定するようにしてもよい。

着雪判定処理は、地面情報判定処理により地面までの距離が基準距離よりも短いと判定されたという第１条件が満たされるとともに、レーザレーダ装置２の窓部２６の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、窓部２６に着雪があると判定する処理である。このように、本実施形態では、制御部３０は、上述した各処理を行うものであり、地面情報算出部、地面情報判定部および着雪判定部としての機能を有する。

次に、上記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。このとき、窓部２６に汚れや付着が無い場合には、例えば図３に示すように、反射光は、窓部２６の位置での反射光強度（反射光量）が小さく、物体５での反射光強度が閾値を超えることになる。そして、閾値を超えるまでの時間に基づいて、物体５までの距離が測定される。

これに対して、窓部２６に雪６が着雪している場合には、例えば図４に示すように、レーザ光が雪６で反射することで窓部２６の位置での反射光強度が高くなる一方、物体５での反射光強度が低くなって閾値を下回る、あるいは、反射光を受光しなくなる。そして、この場合には、物体の検出ができなくなる。

そのため、異常を報知することになるが、窓部２６に着雪した場合には、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。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。

そこで、監視装置１は、次のようにして、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判定している。すなわち、窓部２６への着雪は、気象現象である降雪により生じると考えられる。降雪があると、図５に示すように、レーザレーダ装置２の窓部２６だけでなく、レーザレーダ装置２が設置された設置箇所周辺の地面にも雪６が付着して積雪となる。このような積雪がある場合、地面の上に雪６が積もることから、積雪が無い場合に比べ、レーザレーダ装置２から地面までの距離が短くなる。

このように、レーザレーダ装置２の窓部２６に雪が付着する場合、窓部２６の位置に物体が検出されるという現象だけでなく、地面までの距離が短くなるという現象が生じると考えられる。一方、窓部２６に付着した物体が雪以外の物体である場合、上述したような降雪に伴って生じる現象が生じる可能性は低い。

前述したように、本実施形態の構成では、レーザレーダ装置２が地面までの距離を測定することができるようになっている。このような構成において、レーザレーダ装置２により測定される地面までの距離、つまり地面へとレーザ光を照射してから地面からの反射光を受光するまでの時間（経過時間）は、例えば図６に示す積雪が無いとき（通常時）に比べ、例えば図７に示す積雪があるとき（積雪時）のほうが短くなる。

したがって、本実施形態の構成によれば、通常時と積雪時とにおける地面までの距離の違い、すなわち、積雪の有無を判断することができる。なお、本発明者は、本実施形態の構成を用いて地面までの距離を測定するとともに積雪の有無を判断することが実際に可能であるかどうかを検証するための実験を実施した。

この実験では、図８に示すように、レーザレーダ装置２の設置箇所周辺の地面に相当する床に８ｃｍ程度の段差Ｓを設け、その段差Ｓの距離が計測できることを確認した。この場合、段差Ｓの低い部分と高い部分との距離の差が計測できれば、積雪による地面との距離変化、つまり積雪の有無を検出できると考えられる。

図９は、上記実験により得られた走査角度毎の距離値の一部を模式的に表す図であり、その右下の部分が床面までの距離の計測結果に相当する。図９に示すように、段差Ｓの高い部分の距離Ｌ１（積雪時の距離に相当）が、段差Ｓの低い部分の距離Ｌ２（通常時の距離に相当）よりも短い距離値として計測されていることが分かる。このような実験の結果から、本実施形態の構成によって積雪の有無を判断可能であることが明らかとなった。

監視装置１は、このようなレーザレーダ装置２による地面までの距離の測定結果などを用いて窓部２６への着雪を検出する着雪検出処理を繰り返し実行している。この着雪検出処理は、図１０に示すような内容の処理であり、制御装置３の制御部３０に着雪検出用のプログラムを実行させることにより実現されている。

まず、ステップＳ１０１では、レーザレーダ装置２の窓部２６の位置に物体が検出されたか否かが判断される。このような判断は、図３および図４に示したような窓部２６の位置に対応する反射光強度に基づいて行うことができる。ここで、窓部２６の位置に物体が検出されない場合、ステップＳ１０１で「ＮＯ」となり、着雪検出処理が終了となる。

一方、窓部２６の位置に物体が検出された場合、ステップＳ１０１で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、地面までの距離が算出される。このように、ステップＳ１０２には、前述した地面情報算出処理が含まれる。ステップＳ１０２の実行後は、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２において算出された地面までの距離が基準距離より短い否か、つまり地面までの距離が通常時より減少しているか否かが判断される。このような判断は、図６および図７に示したような経過時間に基づいて行うことができる。このように、ステップＳ１０３には、前述した地面情報判定処理が含まれる。ここで、地面までの距離が基準距離以上である場合、つまり地面までの距離が減少していない場合、ステップＳ１０３で「ＮＯ」となり、着雪検出処理が終了となる。

一方、地面までの距離が基準距離より短い場合、つまり地面までの距離が減少している場合、ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、地面までの距離が基準距離よりも短いと判定されたという第１条件が満たされるとともに、レーザレーダ装置２の窓部２６の位置に物体が検出されたとして、窓部２６に着雪があると判定される。

このように、ステップＳ１０４には、前述した着雪判定処理が含まれる。ステップＳ１０４の実行後、着雪検出処理が終了となる。なお、ステップＳ１０４に進み、窓部２６への着雪があると判定された場合に、その旨を報知する報知処理を実行するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
レーザレーダ装置２の窓部２６への着雪は降雪により生じると考えられ、降雪があると、レーザレーダ装置２の設置箇所周辺の地面にも雪が付着して積雪となる。積雪がある場合には、地面の上に雪が積もることから、積雪が無い場合に比べ、レーザレーダ装置２から地面までの距離が短くなる。

したがって、レーザレーダ装置２の窓部２６に雪が付着する場合、窓部２６の位置に物体が検出されるという現象だけでなく、地面までの距離が短くなるという現象が生じると考えられる。一方、窓部２６に付着した物体が雪以外の物体である場合、上述したような降雪に伴って生じる現象が生じる可能性は低い。

このような点を考慮し、本実施形態では、レーザレーダ装置２が、その設置箇所周辺の地面へとレーザ光を照射するとともに地面からの反射光を受光するように、レーザ光および反射光の光路を変更するための構成であるミラー４が設けられている。これにより、レーザレーダ装置２は、地面までの距離の測定を行うことが可能となる。

また、制御装置３は、ミラー４によりレーザ光および反射光の光路が変更された状態におけるレーザレーダ装置２による距離の測定結果に基づいて地面までの距離を算出する地面情報算出部としての機能を有する。これによれば、地面までの距離を取得することができる。さらに、制御装置３は、地面情報算出部により算出される地面までの距離が地面までの距離の通常の値に応じて設定された基準距離よりも短いか否かの判定を行う地面情報判定部としての機能を有する。これによれば、上述した降雪に伴って生じる現象の発生、言い換えれば降雪が生じたことを検出することができる。

そして、制御装置３は、地面情報判定部により地面までの距離が基準距離よりも短いと判定されたという第１条件が満たされるとともに、窓部２６の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、窓部２６に着雪があると判定する着雪判定部としての機能を有する。これによれば、窓部２６の位置に物体が付着していることだけでなく、その付着した物体が雪であるのか否かを判別することができる。

したがって、本実施形態によれば、レーザレーダ装置２の窓部２６への着雪を検出することができる。また、本実施形態では、地面までの距離に基づいて降雪の有無を判定する手法を採用していることから、地面に積もった雪の上に例えば落ち葉などの低反射物体が堆積した場合でも着雪の検出を検出することができる。

窓部２６への着雪を検出することができれば、次のような効果が得られる。すなわち、着雪の場合、泥や砂などの汚れとは異なり、風で飛んだり蒸発したりするなど、人が除去をしなくても対応可能な場合が多い。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することができれば、人を派遣すべきか否かの判断をすることができ、運用および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などの柔軟な対応をユーザが取ることができる。

本実施形態では、レーザ光を地面に向けて反射させるとともに反射光をレーザレーダ装置２に向けて反射させるようにレーザレーダ装置２の外部に設けられたミラー４により光路変更部が構成されている。そのため、レーザレーダ装置２としては、一般的な構成のものを採用することができる。したがって、本実施形態によれば、既存のレーザレーダ装置を用いて、地面までの距離の測定、ひいては窓部２６への着雪を検出することができる。

また、この場合、ミラー４は、レーザレーダ装置２から照射されるレーザ光の一部、具体的には、実際の監視に用いられていない範囲（右端における５°の範囲）に照射されるレーザ光を地面に向けて反射させるように設けられている。そのため、この場合、地面についての測距は、実際の監視に用いられないレーザ光を利用して行われることになる。このようにすれば、レーザレーダ装置２は、監視エリアについての測距を通常通り行いつつ、地面についての測距を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、レーザレーダ装置２の本来の機能を妨げることなく、窓部２６への着雪を検出することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図１１〜図１３を参照して説明する。
第２実施形態では、着雪検出処理の内容が第１実施形態と異なっている。なお、監視装置１の構成は、第１実施形態と共通する。

本実施形態では、次のようにして、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判定している。すなわち、降雪があると、図５に示したように、レーザレーダ装置２の窓部２６だけでなく、レーザレーダ装置２が設置された設置箇所周辺の地面にも雪６が付着して積雪となる。このような積雪がある場合、地面の上に積もった雪６の反射率が地面を構成する土やアスファルトなどの反射率に比べて高いことから、積雪が無い場合に比べ、地面の反射率が高くなる。

このように、レーザレーダ装置２の窓部２６に雪が付着する場合、窓部２６の位置に物体が検出されるという現象だけでなく、地面の反射率が高くなるという現象が生じると考えられる。一方、窓部２６に付着した物体が雪以外の物体である場合、上述したような降雪に伴って生じる現象が生じる可能性は低い。

前述したように、本実施形態のレーザレーダ装置２は、地面までの距離を測定することができるようになっており、その測距の結果に基づいて地面の反射率を算出することができる。すなわち、地面からの反射光の受光強度（反射光量）は、例えば図１１に示す積雪が無いとき（通常時）に比べ、例えば図１２に示す積雪があるとき（積雪時）のほうが大きくなる。したがって、このような地面からの反射光量に基づいて、地面の反射率を算出することができる。

そこで、この場合、地面情報算出処理は、光路変更部に相当するミラー４によりレーザ光および反射光の光路が変更された状態におけるレーザレーダ装置２による距離の測定結果に基づいて地面の反射率を算出する処理となっている。また、地面情報判定処理は、地面情報算出処理により算出される地面の反射率が基準反射率よりも高いか否かの判定を行う処理となっている。

なお、基準反射率は、地面の反射率の通常の値、つまり地面に積雪が無い場合における地面の反射率に応じて設定される。上記基準反射率は、レーザレーダ装置２が設置される際、その設置環境に応じて決定される反射率に設定すればよい。あるいは、レーザレーダ装置２が設置された状態で、地面情報算出処理を一度実行させ、それにより算出された地面の反射率を基準反射率として設定するようにしてもよい。

さらに、着雪判定処理は、地面情報判定処理により地面の反射率が基準反射率よりも高いと判定されたという第２条件が満たされるとともに、レーザレーダ装置２の窓部２６の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、窓部２６に着雪があると判定する処理となっている。

本実施形態の着雪検出処理は、具体的には、図１３に示すような内容となっている。すなわち、本実施形態の着雪検出処理は、図１０に示した第１実施形態の着雪検出処理に対し、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４に代えてステップＳ２０２〜Ｓ２０４が設けられている。この場合、窓部２６の位置に物体が検出されたとき、つまりステップＳ１０１で「ＹＥＳ」と判断されたときにステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、地面の反射率が算出される。このように、ステップＳ２０２には、前述した地面情報算出処理が含まれる。ステップＳ２０２の実行後は、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２において算出された地面の反射率が基準反射率より高い否か、つまり地面の反射率が通常時より増加しているか否かが判断される。このような判断は、図１１および図１２に示したような反射光強度に基づいて行うことができる。このように、ステップＳ２０３には、前述した地面情報判定処理が含まれる。

ここで、地面の反射率が基準反射率以上である場合、つまり地面の反射率が増加していない場合、ステップＳ２０３で「ＮＯ」となり、着雪検出処理が終了となる。一方、地面の反射率が基準反射率より高い場合、つまり地面の反射率が増加している場合、ステップＳ２０３で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、地面の反射率が基準反射率よりも高いと判定されたという第２条件が満たされるとともに、レーザレーダ装置２の窓部２６の位置に物体が検出されたとして、窓部２６に着雪があると判定される。

このように、ステップＳ２０４には、前述した着雪判定処理が含まれる。ステップＳ２０４の実行後、着雪検出処理が終了となる。なお、ステップＳ２０４に進み、窓部２６への着雪があると判定された場合に、その旨を報知する報知処理を実行するようにしてもよい。また、ステップＳ１０２およびＳ１０３と、ステップＳ２０２およびＳ２０３との実行順を入れ替えてもよい。すなわち、ステップＳ１０１で「ＹＥＳ」の場合にステップＳ２０２に進み、ステップＳ２０３で「ＹＥＳ」の場合にステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」の場合にステップＳ３０４に進むようにしてもよい。

以上説明した本実施形態によっても、第１実施形態と同様、降雪に伴って生じる現象の発生、言い換えれば降雪が生じたことを検出することができるため、窓部２６の位置に物体が付着していることだけでなく、その付着した物体が雪であるのか否かを判別することができる。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様、レーザレーダ装置２の窓部２６への着雪を検出することができる。また、本実施形態では、地面の反射率に基づいて降雪の有無を判定する手法を採用していることから、積雪量が比較的少ない場合でも着雪を検出することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図１４を参照して説明する。
第３実施形態では、着雪検出処理の内容が第１実施形態と異なっている。なお、監視装置１の構成は、第１実施形態と共通する。

第１実施形態および第２実施形態の各着雪検出処理には、それぞれ次のような特徴がある。すなわち、地面までの距離に基づく第１実施形態の着雪検出処理によれば、積雪量が比較的少ない場合には着雪を検出できない可能性があるものの、地面に積もった雪の上に例えば落ち葉などの低反射物体が堆積した場合でも着雪を検出することができる。一方、地面の反射率に基づく第２実施形態の着雪検出処理によれば、地面に積もった雪の上に低反射物体が堆積した場合には着雪を検出できない可能性があるものの、積雪量が比較的少ない場合でも着雪を検出することができる。

このように、第１実施形態および第２実施形態の各着雪検出処理には、それぞれデメリットが存在し、上述したような特定のケースにおいて着雪を検出することができない可能性がある。そこで、本実施形態では、これら第１実施形態および第２実施形態の各着雪検出処理を次のように組み合わせることにより、着雪の検出性能を向上させるようになっている。

すなわち、この場合、地面情報算出処理は、光路変更部に相当するミラー４によりレーザ光および反射光の光路が変更された状態におけるレーザレーダ装置２による距離の測定結果に基づいて地面までの距離および地面の反射率の双方を算出する処理となっている。また、地面情報判定処理は、地面情報算出処理により算出される地面までの距離が基準距離よりも短いか否かの判定および地面情報算出処理により算出される地面の反射率が基準反射率よりも高いか否かの判定の双方を行う処理となっている。

さらに、着雪判定処理は、第１条件および第２条件の双方が満たされるとともに、レーザレーダ装置２の窓部２６の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、窓部２６に着雪があると判定する処理となっている。

本実施形態の着雪検出処理は、具体的には、図１４に示すような内容となっている。すなわち、本実施形態の着雪検出処理は、図１０に示した第１実施形態の着雪検出処理に対し、図１４に示した第２実施形態の着雪検出処理におけるステップＳ２０２およびＳ２０３が追加されている点、ステップＳ１０４に代えてステップＳ３０４が設けられている点などが異なる。

この場合、地面までの距離が減少していると判断されたとき、つまりステップＳ１０３で「ＹＥＳ」と判断されたのときにステップＳ２０２に進み、第２実施形態と同様にステップＳ２０２およびＳ２０３が実行される。そして、地面の反射率が増加していると判断されたとき、つまりステップＳ２０３で「ＹＥＳ」と判断されたときにステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４では、地面までの距離が基準距離よりも短いと判定されたという第１条件および地面の反射率が基準反射率よりも高いと判定されたという第２条件が満たされるとともに、レーザレーダ装置２の窓部２６の位置に物体が検出されたとして、窓部２６に着雪があると判定される。このように、ステップＳ３０４には、前述した着雪判定処理が含まれる。ステップＳ３０４の実行後、着雪検出処理が終了となる。なお、ステップＳ３０４に進み、窓部２６への着雪があると判定された場合に、その旨を報知する報知処理を実行するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の着雪検出処理では、地面までの距離が基準距離よりも短いと判定されたという第１条件および地面の反射率が基準反射率よりも高いと判定されたという第２条件の双方が満たされるとともに、窓部２６の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、窓部２６に着雪があると判定するようになっている。このようにすれば、積雪量が比較的少ない場合、地面に積もった雪の上に落ち葉などの低反射物体が堆積した場合などの特定のケースにおいても着雪を検出することができる。したがって、本実施形態によれば、着雪の検出性能を向上させることができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について図１５〜図１７を参照して説明する。
図１５に示すように、本実施形態の監視装置４１は、第１実施形態の監視装置１が備える構成に加え、ミラー４２を備えている。つまり、監視装置４１は、複数のミラー４、４２を備えている。ミラー４２は、ミラー４と同様、レーザレーダ装置２が地面へとレーザ光を照射するとともに地面からの反射光を受光するようにレーザ光および反射光の光路を変更する光路変更部に相当する。

この場合、ミラー４２は、レーザレーダ装置２が取り付けられた柱から左方向へと延びるように設けられた柱に対し、図示しない取付具などを介して取り付けられている。これにより、ミラー４２は、レーザレーダ装置２の左側方に設けられており、レーザレーダ装置２から照射されるレーザ光のうち、左端の５°の範囲にて照射されるレーザ光を地面へと反射させるとともに、地面からの反射光をレーザレーダ装置２へと反射させるようになっている。

上記構成の監視装置４１は、上記各実施形態において説明した着雪検出処理のいずれかを繰り返し実行するようになっている。また、上記構成の監視装置４１は、ミラー４により反射される右端の５°の範囲に照射されるレーザ光の反射光に基づいて地面までの測距を行うか、ミラー４２により反射される左端の５°の範囲に照射されるレーザ光の反射光に基づいて地面までの測距を行うか、を選択することが可能となっている。監視装置４１は、このような選択を行うためのミラー選択処理を繰り返し実行するようになっている。

このミラー選択処理は、図１６に示すような内容の処理となっている。まず、ステップＳ４０１では、ミラー４、４２のうち一方のミラーが選択される。ステップＳ４０１の実行後は、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で選択されたミラーにより反射されるレーザ光の反射光に基づいて地面の測距が可能であるか否か、つまり地面の測距結果を取得可能であるか否かが判断される。

ここで、地面の測距結果を取得できる場合、ステップＳ４０２で「ＹＥＳ」となり、ミラー選択処理が終了となる。一方、地面の測距結果を取得できない場合、ステップＳ４０２で「ＮＯ」となり、ステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３では、ミラー４、４２のうち他方、つまりステップＳ４０１で選択されたミラーとは異なるミラーが選択されるように切り替えが行われる。ステップＳ４０３の実行後、ミラー選択処理が終了となる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
第１実施形態の監視装置１のように１つのミラー４を備える構成の場合、レーザレーダ装置２の窓部２６のうちミラー４に向けてレーザ光を照射する部分に着雪があると、地面までの距離の測定が不可能となり、その着雪を検出することができない。つまり、ミラーが１つである場合、窓部２６に着雪した際、その着雪の位置によっては、着雪を検出できなくなるおそれがある。

これに対し、本実施形態の監視装置４１のように、複数のミラー４、４２を備えた構成の場合、ミラー４、４２のうち一方に向けてレーザ光を照射する部分に着雪したとしても、図１６に示したミラー選択処理によって地面の測距に用いられるミラーが他方のミラーへと切り替えられるため、地面の測距を行うことが可能となり、その着雪を検出することができる。

具体的には、本実施形態では、例えば図１７に示すように窓部２６の左側半分を覆うように着雪があった場合でも、ミラー選択処理によってミラー４を用いて地面の測距が行われるように切り替えられるため、その着雪を検出することができる。このように、本実施形態によれば、ミラー４、４２のうち一方に向けてレーザ光を照射する部分に着雪したとしても、その着雪を検出することができる。したがって、本実施形態によれば、着雪の検出性能を一層向上させることができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について図１８〜図２２を参照して説明する。
図１８に示すように、本実施形態の監視装置５１は、第１実施形態の監視装置１に対し、制御装置３に代えて制御装置５２を備えている点、ミラー４に代えて回転機構５３を備えている点などが異なる。制御装置５２は、制御装置３と概ね同様の構成であるが、その制御部５４は、回転機構５３の制御も行うようになっている。

回転機構５３は、レーザレーダ装置２の走査の方向が地面に交わる方向となるようにレーザレーダ装置２を回転させるための機構であり、光路変更部に相当する。図示は省略するが、回転機構５３は、例えば、レーザレーダ装置２の筐体の後側の面（背面）と設置対象物との間に設けられた防水仕様の回転テーブルなどにより構成されている。

このような構成により、レーザレーダ装置２は、図１９に示すような通常の向きである第１の向きに加え、図２０に示すような窓部２６の右端の部分が地面に対向するように９０°回転された第２の向き、図２１に示すような窓部２６の左端の部分が地面に対向するように９０°回転された第３の向きなどに切り替えることが可能となる。

レーザレーダ装置２が図１９に示すような第１の向きであるとき、レーザレーダ装置２から照射されるレーザ光の全てが監視エリアに向けて照射され、その反射光がレーザレーダ装置２により受光される。したがって、上記構成のレーザレーダ装置２は、第１の向きである場合に通常の監視動作を行うことができる。

レーザレーダ装置２が図２０に示すような第２の向きであるとき、レーザレーダ装置２から照射されるレーザ光のうち、窓部２６の左端の所定の範囲を介して照射されるレーザ光が地面へと照射されるとともに、その反射光がレーザレーダ装置２により受光される。また、レーザレーダ装置２が図２１に示すような第３の向きであるとき、レーザレーダ装置２から照射されるレーザ光のうち、窓部２６の右端の所定の範囲を介して照射されるレーザ光が地面へと照射されるとともに、その反射光がレーザレーダ装置２により受光される。したがって、上記構成のレーザレーダ装置２は、第２の向きまたは第３の向きである場合に地面の測距を行うことができる。

上記構成の監視装置５１は、上記各実施形態において説明した着雪検出処理のいずれかを繰り返し実行するようになっている。また、上記構成の監視装置５１は、装置の起動時にレーザレーダ装置２を第１の向きに設定し、その後、図２２に示すような内容の回転制御処理を繰り返し実行している。

まず、ステップＳ５０１では、着雪検出処理の実行タイミングであるか否かが判断される。ここで、着雪検出処理の実行タイミングではない場合、ステップＳ５０１で「ＮＯ」となり、回転制御処理が終了となる。一方、着雪検出処理の実行タイミングである場合、ステップＳ５０１で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ５０２に進む。ステップＳ５０２では、窓部２６の２つの端の少なくとも一方が測距可能であるか否かが判断される。なお、測距可能であるか否かの判断は、図３および図４に示した反射光強度に基づいて行うことができる。

窓部２６の２つの端の両方が測距不可能である場合、ステップＳ５０２で「ＮＯ」となり、ステップＳ５０３に進む。この場合、地面の測距が不可能であることから着雪検出処理を実施することができない。したがって、ステップＳ５０３では、着雪検出処理を実行することができないと判断され、回転制御処理が終了となる。この場合、着雪検出処理の実行が中止されることになる。

一方、窓部２６の２つの端の少なくとも一方が測距可能である場合、ステップＳ５０２で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ５０４に進む。ステップＳ５０４では、窓部２６の両端のうち測距可能であると判断された端の部分が地面に対向する向き、つまり第２の向きまたは第３の向きとなるように、レーザレーダ装置２が回転される。ステップＳ５０４の実行後は、ステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５では、地面の測距が行われる。ステップＳ５０５の実行後は、ステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０６では、レーザレーダ装置２が第１の向きとなるように回転される、つまりレーザレーダ装置２の向きが元に戻るように回転される。ステップＳ５０６の実行後は、回転制御処理が終了となる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
本実施形態の監視装置５１は、レーザレーダ装置２の走査の方向が地面に交わる方向となるようにレーザレーダ装置２を回転させる回転機構５３を備える。このような構成では、回転機構５３によって走査の方向が地面に交わる方向となるようにレーザレーダ装置２を回転させれば、レーザレーダ装置２から照射されるレーザ光を地面へと照射するとともに、地面からの反射光をレーザレーダ装置で受光することができ、地面までの距離の測定が可能となる。そして、この場合、レーザレーダ装置２としては、一般的な構成のものを採用することができる。したがって、本実施形態によれば、既存のレーザレーダ装置を用いて、地面までの距離の測定、ひいては窓部２６への着雪を検出することができる。

具体的には、本実施形態では、例えば図２０に示すように、窓部２６の左側半分を覆うように雪６が付着した場合でも、回転制御処理が実行されることによりレーザレーダ装置２の向きが第２の向きとなるように回転されるため、窓部２６の右端から照射されるレーザ光を用いて地面の測距が可能となり、その着雪を検出することができる。

また、本実施形態では、例えば図２１に示すように、窓部２６の右側半分を覆うように雪６が付着した場合でも、回転制御処理が実行されることによりレーザレーダ装置２の向きが第３の向きとなるように回転されるため、窓部２６の左端から照射されるレーザ光を用いて地面の測距が可能となり、その着雪を検出することができる。したがって、本実施形態によれば、着雪の検出性能を一層向上させることができる。

また、この場合、レーザレーダ装置２は、通常時はレーザ光の全てが監視エリアに照射される第１の向きに設定され、着雪検出処理が実行されるタイミングにおいて第２の向きまたは第３の向きに設定されるようになっている。このようにすれば、レーザレーダ装置２は、監視エリアについての測距を通常通り行いつつ、地面についての測距を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、レーザレーダ装置２の本来の機能を妨げることなく、窓部２６への着雪を検出することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態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任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

上記各実施形態では制御装置３の制御部３０により地面情報算出部、地面情報判定部、着雪判定部など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で着雪検出用のプログラムを実行することにより地面情報算出処理、地面情報判定処理、着雪判定処理などを行ってもよい。すなわち、レーザレーダ装置２の制御部２０により地面情報算出部、地面情報判定部、着雪判定部などを構成してもよい。

１、４１、５１…監視装置、２…レーザレーダ装置、３、５２…制御装置、４、４２…ミラー、２６…窓部、３０、５４…制御部、５３…回転機構。

Claims (5)

1. 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が、その設置箇所周辺の地面へとレーザ光を照射するとともに前記地面からの反射光を受光するように、前記レーザ光および前記反射光の光路を変更する光路変更部と、
   前記光路変更部により前記レーザ光および前記反射光の光路が変更された状態における前記レーザレーダ装置による距離の測定結果に基づいて前記地面までの距離および前記地面の反射率のうち少なくとも一方を算出する地面情報算出部と、
   前記地面情報算出部により算出される前記地面までの距離が前記地面までの距離の通常の値に応じて設定された基準距離よりも短いか否かの判定および前記地面情報算出部により算出される前記地面の反射率が前記地面の反射率の通常の値に応じて設定された基準反射率よりも高いか否かの判定のうち少なくとも一方を行う地面情報判定部と、
   前記地面情報判定部により前記地面までの距離が前記基準距離よりも短いと判定されたという第１条件および前記地面情報判定部により前記地面の反射率が前記基準反射率よりも高いと判定されたという第２条件のうち少なくとも一方が満たされるとともに、前記レーザレーダ装置の窓部の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、前記窓部に着雪があると判定する着雪判定部と、
   を備える着雪検出装置。
2. 前記地面情報算出部は、前記地面までの距離および前記地面の反射率の双方を算出し、
   前記地面情報判定部は、前記地面情報算出部により算出される前記地面までの距離が前記基準距離よりも短いか否かの判定および前記地面情報算出部により算出される前記地面の反射率が前記基準反射率よりも高いか否かの判定の双方を行い、
   前記着雪判定部は、前記第１条件および前記第２条件の双方が満たされるとともに、前記窓部の位置に物体が検出されると、その検出された物体が雪であるとして、前記窓部に着雪があると判定する請求項１に記載の着雪検出装置。
3. 前記光路変更部は、前記レーザ光を前記地面に向けて反射させるとともに前記反射光を前記レーザレーダ装置に向けて反射させるように前記レーザレーダ装置の外部に設けられたミラーを備える請求項１または２に記載の着雪検出装置。
4. 前記光路変更部は、複数の前記ミラーを備える請求項３に記載の着雪検出装置。
5. 前記光路変更部は、前記レーザレーダ装置の走査の方向が前記地面に交わる方向となるように前記レーザレーダ装置を回転させる回転機構を備える請求項１または２に記載の着雪検出装置。

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