JP7350598B2 - 監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道その他の交通設備において前方に存在する障害物を監視する監視装置に関する。

鉄道の障害物用の監視装置として、観測画像データと背景画像データとの差分を算出し、両者の画素値の相違度が大きい前景領域を検出するとともに、前景領域が検出された観測画像データに対して軌道検出処理を施して軌道軸に対する前景領域内の点の位置又は軌跡を求めることにより、前景領域内の点が建築限界内に存在するか否かを判定するものが存在する（特許文献１参照）。

自動車用の障害物検出装置として、赤外線による撮像結果に基づいて前方の障害物を検出する装置であって、自車が低速走行か高速走行かに応じて赤外線検出素子の検出領域又は走査範囲を変更するものがある（特許文献２参照）。車載用レーダ装置として、電波ビームを用いて前方の障害物を検出する装置であって、自車の速度や障害物までの距離に応じて電波ビームの走査範囲を変更するものもある（特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１の監視装置の場合、画像処理が前提であり、差分を得るための背景画像について膨大なデータを蓄積する必要がある。また、特許文献２，３の装置では、単に走査範囲を増減するだけであり、判定範囲を確保するために走査範囲を狭める割合をある程度大きくしないと、計測頻度を走行速度に応じて高めることができなくなる。一方で、上記のような装置において走査範囲を狭め過ぎると、判定範囲を過度に狭めて検出性能が低下する可能性がある。

特開２０１６－５２８４９号公報 特開平８－１６４８０８号公報 特開平９－２９２４６１号公報

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、沿線に沿った背景画像のような膨大な画像データを前提とせず、最低限の計測頻度を確保しつつ必要な監視範囲又は判定範囲を確保することができ、監視精度を高めることができる監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための監視装置は、進路前方にレーザを照射して反射光を計測する光計測部と、光計測部の計測結果に基づいて進路前方の障害物の有無を判定する処理部とを備え、処理部は、光計測部の検出領域内において、検出領域を撮影した参照画面上で軌道上の着目点が車両の移動に伴って移動する方向に離間した複数の部分領域を設定し、車両の移動速度と着目点までの距離とに応じて、複数の部分領域の計測幅を設定する。

上記監視装置では、処理部が、光計測部の検出領域内において、軌道上の着目点が車両の移動に伴って移動する方向に離間した複数の部分領域を設定し、車両の移動速度と着目点までの距離とに応じて、複数の部分領域の計測幅を設定することにより、移動に伴う走査の効果も相まって、必要な判定範囲を確保しつつ、判定領域又は走査面積を大きく狭めて計測頻度を高めることできる。また、光計測部を用いることにより精細な情報が得られ判定領域も明確に設定できる。

本発明の具体的な側面では、上記監視装置において、複数の部分領域のうち相対的に遠距離及び近距離を対象とする各部分領域の計測幅は、遠距離の方が狭い。この場合、遠距離を対象とする部分領域に関して計測幅に応じて障害物判定のために走査する面積を狭めることにより、計測頻度をより高めることができる。

本発明の別の側面では、光計測部の検出領域のうち、参照画面上で軌道を構成するレールが分離している近距離検出領域では、複数の部分領域が鉛直方向に離間し、参照画面上でレールがカーブによって融合している遠距離検出領域では、複数の部分領域が水平方向に離間する。この場合、カーブしたレールの融合点の前後で複数の部分領域の分離方向を切り替えることができ、前方のカーブに対して部分領域を軌道に沿って相対的に移動させる効果が生じ、検出漏れを低減することができる。

（Ａ）は、列車に搭載された第１実施形態の監視装置を説明する概念的なブロック図であり、（Ｂ）は、監視装置による判定枠を説明する概念的な側面図である。 監視装置の本体を説明する概念的なブロック図である。 （Ａ）は、第１計測部の構造を例示する概念図であり、（Ｂ）は、第１計測部の最大計測領域を示す概念図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、複数の部分領域に制限した計測領域を説明する概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１及び第２計測部による第１及び第２判定枠を詳細に説明する概念的な側面図及び正面図である。 （Ａ）は、軌道が前方に向かって直線的に延びる場合に第１判定枠を監視する集合的な判定領域の設定を説明する概念図であり、（Ｂ）は、集合的な判定領域に相当する判定対象空間の配置を説明する概念的な斜視図である。 軌道が前方に向かって湾曲して延びる場合に第１判定枠を監視する集合的な判定領域の設定を説明する概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、列車の速度に応じて第１判定枠やこれに対応する集合的な判定領域のサイズが変化する状態を説明する概念図である。（Ｃ）は、列車が停止又は低速で移動する場合の集合的な判定領域を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、複数の部分領域の形状や配置に関する変形例を説明する概念図である。（Ｃ）は、部分領域の形状に関する別の変形例を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、直線的な軌道での消失点の具体的な検出方法を説明する図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、湾曲した軌道での消失点の具体的な検出方法を説明する図であり、（Ｅ）及び（Ｆ）は、第２判定枠の具体的な設定方法を説明する図である。 （Ａ）は、軌道を遮る遮蔽体であって障害物とならないものを含む２次元画像図であり、（Ｂ）は、軌道を遮る遮蔽体であって障害物となるものを含む２次元画像図である。 監視装置による監視動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態の監視装置を設けた列車の側面図である。

〔第１実施形態〕
図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の第１実施形態としての監視装置について説明する。図１（Ａ）は、第１実施形態の監視装置を説明する概念的なブロック図であり、図１（Ｂ）は、監視装置による一対の判定枠を説明する概念的な側面図である。

図１（Ａ）に示すように、第１実施形態である監視装置１００は、列車ＴＲに組み込まれた車上装置２００の一部である。監視装置１００は、各部の動作を統括に制御する車両制御装置３１と、列車ＴＲの現在速度を検出する車速検出部３４と、軌道ＲＬ側に設けた地上子との間で通信を行って軌道ＲＬ上の列車ＴＲの位置を検出する車上子３５と、不図示の列車運行管理システム又は指令所との間で通信を可能にする通信部３７と、列車ＴＲの前方及びその周辺の物体を検出する計測を行う第１光計測部４１と、列車ＴＲの前方及びその周辺の物体を検出する計測を行う比較的広域用の第２光計測部４２とを備える。

列車ＴＲを動作させるための車上装置２００は、さらに、列車ＴＲを加速するためのモーター等からなる駆動装置３２と、列車ＴＲを減速するためのブレーキ装置３３と、乗客等に向けて各種情報を伝達するための報知手段であるスピーカーや表示部といった車内出力部３６とを備える。

監視装置１００のうち車両制御装置３１は、車上装置２００の動作を制御する部分であり、運転手等の指示に基づいて列車ＴＲの各部を動作させ、列車ＴＲの適切な速度での走行や適切なタイミングでの停止を可能にするとともに、緊急時の自動列車停止機能を有する。車両制御装置３１は、車速検出部３４を利用した積算距離と車上子３５を利用した構成とによって、列車ＴＲの現在の走行位置及び走行速度を把握している。

列車ＴＲの現在の走行位置の取得方法については、上記のように車速検出部３４を利用するものに限らず、レーダその他の測距装置を用いた計測に際してドップラー効果（ＧＰＳ信号の場合を含む）を利用した速度値等に基づくものとしてもよい。その他、ＲＦＩＤを利用した位置検出、みちびきその他の衛星測位による位置検出も可能である。また、車速検出部３４は、タコジェネレータのように車軸等に付随するものに限らず、上記ＧＰＳ信号のドップラー効果を利用した計測、みちびきその他の衛星測位による位置検出による速度計測等、様々な動作原理の各種速度センサーを用いて構成することができる。

車両制御装置３１は、第１光計測部４１と連携して動作し第１判定部を構成する。つまり、車両制御装置３１は、第１光計測部４１を利用して、進路である線路を構成する軌道ＲＬに沿った走行位置及び走行速度に応じて随時設定した所定の第１判定枠ＡＲ１（図１（Ｂ）参照）内に存在する障害物としての物体を検出する。さらに、車両制御装置３１は、第２光計測部４２と連携して動作し第２判定部を構成する。つまり、車両制御装置３１は、第２光計測部４２を利用して、後に詳述するように進路である軌道ＲＬ及びその周辺についての２次元又は３次元形状の測定結果や走行速度に応じて随時設定した所定の第２判定枠ＡＲ２（図１（Ｂ）参照）内に軌道像の遮蔽体が存在するか否かを判断する。

図１（Ｂ）に示した第１及び第２判定枠ＡＲ１，ＡＲ２は、列車ＴＲの通過空間である車両限界を含み、列車ＴＲが通過するタイミングで障害物となる物体又はそのおそれのある物体が存在すべきでない領域となっている。判定枠ＡＲ１，ＡＲ２を用いた監視の対象となる障害物は、列車ＴＲの進行又は走行を妨げるおそれがある物体であり、軌道ＲＬに沿った車両限界内に存在するものには限られない。障害物としては、典型的には、人、車、落石、動物等を挙げることができ、ある程度以上の大きさを有する物体が対象となる。車両制御装置３１は、第１光計測部４１により取得した計測データに基づく第１判定枠ＡＲ１内における遮蔽体その他の障害物の検知結果や、第２光計測部４２により取得した計測データに基づく第２判定枠ＡＲ２内における遮蔽体その他の障害物の検知結果から、列車ＴＲの進行方向前方に障害物があると判断すると、ブレーキ装置３３（図１（Ａ）参照）を動作させて車両を減速させたり停止させたりするとともに、車内出力部３６（図１（Ａ）参照）により、乗客に対して急ブレーキによる停止を行う旨の報知等を行う。つまり、車両制御装置３１を第１及び第２判定部として並列的に動作させることで、相互に補間しつつ判定の信頼性を高めることができる。

図２に示すように、車両制御装置３１は、演算処理部１０１と、記憶部１０２と、入出力部１０３と、インターフェース部１０４とを備える。車両制御装置３１は、具体的には、走行制御用のプログラムを搭載したコンピューターを含み、走行制御用のプログラムには、一般的制御プログラムのほかに障害物等監視用のプログラムが付加されている。車両制御装置３１は、列車の走行状態の制御を基本的な役割又は動作とするものであるが、以下では、車両制御装置３１を、主に障害物等の監視機能の側面から説明する。

演算処理部１０１は、記憶部１０２に保管されたプログラムやデータに基づいて動作し、入出力部１０３やインターフェース部１０４から得た情報に基づいて処理を行い、処理の経過や結果を記憶部１０２に保管するとともに入出力部１０３に提示する。また、演算処理部１０１は、第１判定部として、プログラム等に基づいてインターフェース部１０４を介して第１光計測部４１等を動作させるとともに、第２判定部として、プログラム等に基づいてインターフェース部１０４を介して第２光計測部４２等を動作させる。

図１（Ｂ）に戻って、第１光計測部４１は、列車ＴＲの進路前方にレーザを照射して反射光を計測する装置であり、電子スキャン型のＬＩＤＡＲ(Light Detection and Ranging)装置を備える。第１光計測部４１は、詳細は後述するが、赤外又は可視域の光線を離散的に任意の方向に向ける走査系と、走査方向からの反射光を検出するセンサーとを備え、前景について距離画像を計測する。第１光計測部４１による計測結果は、走査の分解能によって画像というには若干粗いものとなる場合もあるが、このような分解能の低いもの（画素が少ないもの）も本願明細書において距離画像と呼ぶ。

第１光計測部４１は、列車ＴＲの走行に伴って高速で距離画像の計測を行うので、列車ＴＲの前方の変化する前景について、画角ＦＡ１内で距離画像を略リアルタイムで出力することができる。車両制御装置３１（具体的には図２に示す演算処理部１０１）は、第１光計測部４１によって得た距離画像に基づいて物体検出を行う。このような物体検出に際して、列車ＴＲの前方進路において第１光計測部４１の画角ＦＡ１内で想定される第１判定枠ＡＲ１を分散して離散的にカバーする集合的な判定領域を設定すれば、この第１判定枠ＡＲ１内に存在する物体又は障害物を抽出することができる。

第２光計測部４２は、列車ＴＲの進路前方に存在する対象表面までの距離を計測する装置であり、例えば視差を利用して距離情報を得るステレオカメラである。車両制御装置３１（具体的には演算処理部１０１）は、第２光計測部４２によって得た２次元画像に基づいて所定サイズ以上のエッジ又はオブジェクトを抽出することができる。さらに、車両制御装置３１は、第２光計測部４２によって得た一対の２次元画像の視差情報から、上記のように予め抽出したエッジ又はオブジェクトまでの距離を算出することができる。第２計測部４２によって取得される２次元画像は、例えばグレースケールの輝度画像である。

第２計測部４２は、列車ＴＲの走行に伴って高速で撮影及び視差計算を行うので、列車ＴＲの前方の変化する前景について、画角ＦＡ２内で２次元画像及び距離情報を略リアルタイムで出力することができる。車両制御装置３１（具体的には演算処理部１０１）は、第２計測部４２によって得た２次元画像及び距離情報に基づいて物体検出を行う。このような物体検出に際して列車ＴＲの前方進路において第２計測部４２の画角ＦＡ２内で想定される第２判定枠ＡＲ２を設定すれば、この第２判定枠ＡＲ２内に存在する遮蔽体その他の障害物を抽出することができる。なお、本実施形態の場合、第２光計測部４２の画角ＦＡ２は、第１光計測部４１の画角ＦＡ１よりも広く、これをカバーするように設定されている。

図１（Ａ）に示すように、監視装置１００は、以上で説明した第１光計測部４１及び第２光計測部４２に追加して、第３光計測部４３を有するものであってもよい。第３光計測部４３は、例えばミリ波（つまり電磁波）によって物体検出を行うレーダ装置を有し、前方の計測領域内、通常は光計測部４１，４２の画角ＦＡ１，ＦＡ２よりも狭い画角内に存在する物体を計測する。第３光計測部４３による物体検出に際して、列車ＴＲの前方に第３判定枠（光計測部４１，４２の判定枠ＡＲ１，ＡＲ２よりも例えば奥行き方向に狭い領域）を設定すれば、この第３判定枠内に存在する物体を軌道ＲＬ上の障害物として抽出することができる。

図３（Ａ）は、第１光計測部４１に組み込まれる３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａの具体例を説明する概念図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａの検出領域を例示し、図３（Ｃ）及び（Ｄ）は、図３（Ｂ）に示す検出領域内に設定される複数の計測領域を例示する。

図３（Ａ）を参照して、３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａは、前景に対してレーザの光線を照射しつつ走査する照射装置１４４と、前景からの戻り光を検出する光検出装置１４７とを備える。照射装置１４４の光源装置１４４ａから射出されレンズ１４５及び走査デバイス１４４ｂを経たレーザの照射光ＢＰが走査光として前景の対象物に入射し、対象物からの反射光ＢＲがハーフミラー４９で折り曲げられて光検出装置１４７に届くまでの光の飛行時間（時間差）を走査方向毎に検出することで、前景の各対象物までの距離を測定することができる。

走査デバイス１４４ｂは、例えば液晶偏光回折素子である。液晶偏光回折素子は、２つの屈折率を持つフィルムと光の偏光状態を変える液晶素子とを多層積層したものであり、これを通過する光線の方向を離散的に任意の方向に変化させることができる。走査デバイス１４４ｂは、液晶偏光回折素子に代えてオプティカルフェーズドアレイ（OPA： Optical Phased Array）を用いたものであってもよい。オプティカルフェーズドアレイは、分岐によって複数のチャンネルを通過する光の位相をそれぞれ制御することにより、出力光ビームの方向を任意の方向に変化させることができる。

光検出装置１４７は、第１光計測部４１外の車両制御装置３１又は演算処理部１０１からの指令に基づいて動作し、光検出面４７ａに設定された計測領域内で検出又は計測を行う。走査デバイス１４４ｂは、車両制御装置３１又は演算処理部１０１からの指令に基づいて動作し、光検出面４７ａの計測領域に対応する走査範囲及び走査配置を画素単位で変更することができる。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す光検出装置１４７の光検出面４７ａについて説明する概念図である。光検出面４７ａには、矩形の検出領域ＤＡ１が形成され、この検出領域ＤＡ１内で、２次元配列された多数の計測点（画素）ＰＸに関して対象までの距離を決定することができる。ここで、検出領域ＤＡ１は、第１光計測部４１の画角ＦＡ１に相当するものである。

図３（Ｃ）や（Ｄ）に例示するように、図３（Ｂ）に示す光検出面４７ａの検出領域ＤＡ１内で任意の配置及びサイズの複数の計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３を設定することができ、その外側ＯＡで検出動作を休止させることができる。検出領域ＤＡ１内に表示した基準枠ＦＦ１は、第１光計測部４１に関して設定される第１判定枠ＡＲ１に相当する領域を示している。検出領域ＤＡ１について部分的に設定される計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３は、車両制御装置３１又は演算処理部１０１によって基準枠ＦＦ１内すなわち第１判定枠ＡＲ１内で設定される複数の部分領域ＳＡに対応し、集合的な判定領域を構成する。これら複数の部分領域ＳＡによって、１回の検出動作において検出領域ＤＡ１内で計測の対象となる計測領域群ＳＧが構成され、計測領域群ＳＧは、基準枠ＦＦ１を比較的均一な状態で離散的にカバーする。

検出動作が行われる各計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３について、走査範囲とは、計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３の面積や形状を意味し、計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３について、走査配置とは、計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３の中心又は重心ＣＴ１１，ＣＴ１２，ＣＴ１３を意味する。

計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３の配置、数、サイズ等は、基準枠ＦＦ１内で、列車ＴＲの走行速度、走行位置、その他様々な要因に応じて適宜調整される。つまり、集合的な判定領域である計測領域群ＳＧのパターンは、列車ＴＲの走行速度等に応じて可変となっている。なお、計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３は、図示のように基準枠ＦＦ１内に収まるものに限らず、基準枠ＦＦ１から部分的にはみ出すように設定することもできる。

図３（Ｂ）に示す検出領域ＤＡ１は、走査デバイス１４４ｂ（図３（Ａ）参照）による基本走査領域又は最大計測領域ＳＡ１に相当するものとなっている。図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、検出領域ＤＡ１について、本来の最大計測領域ＳＡ１を局所的な計測領域ＳＡ１１，ＳＡ１２，ＳＡ１３に分散して狭めることで、全体として第１判定枠ＡＲ１をカバーした計測を実現しつつ、かつ、３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａによる信号処理速度又は計測速度を速めて距離画像の撮像時間を短縮し、距離画像の撮影頻度を高めることができる。

図４（Ａ）は、第１及び第２計測部４１，４２による第１及び第２判定枠ＡＲ１，ＡＲ２を詳細に説明する概念的な側面図であり、図４（Ｂ）は、第１及び第２計測部４１，４２による第１及び第２判定枠ＡＲ１，ＡＲ２を詳細に説明する概念的な正面図である。

第１光計測部４１を用いた監視における第１判定枠ＡＲ１は、軌道ＲＬに沿って設定され、３次元的に捉えた場合、軌道ＲＬ又は軌道中心ＲＣに沿って延びる四角柱状の領域である。第１判定枠ＡＲ１は、車両限界又は建築限界程度の範囲、或いはそれ以上の範囲に設定されて、列車ＴＲの横幅を超える既定幅を有するとともに、列車ＴＲの高さを超える既定高さを有する。第１判定枠ＡＲ１の奥行き距離Ｄ１は、移動速度又は制動距離との関係で設定されるが、例えば５０ｍ以上に設定することができる。第１判定枠ＡＲ１による判定は、近距離～遠距離を対象とするものである。なお、第１判定枠ＡＲ１は、列車ＴＲの移動に伴って移動する。

一方、第２光計測部４２を用いた監視における第２判定枠ＡＲ２は、進路に沿って設定され、３次元的に捉えた場合、軌道ＲＬ又は軌道中心ＲＣに沿って延びる四角柱状の領域であり、車両限界又は建築限界程度、或いはそれ以上の範囲に設定されて、第１判定枠ＡＲ１と同程度かそれよりも広い範囲をカバーするものとなっている。例えば、第２判定枠ＡＲ２の横幅は、軌道ＲＬの横に数ｍ程度を超える既定幅を有するとともに、列車ＴＲの高さを超える既定高さを有する。第２判定枠ＡＲ２の奥行き距離Ｄ２は、移動速度又は制動距離との関係で設定されるが、例えば１００ｍ以上に設定することができる。第２判定枠ＡＲ２による識別は、近距離～遠距離であって比較的広範囲を対象とするものである。なお、第２判定枠ＡＲ２は、列車ＴＲの移動に伴って移動する。

比較的狭い第１判定枠ＡＲ１は、軌道ＲＬ上方をカバーするように軌道中心ＲＣを基準として設定されるものであり、列車ＴＲが軌道ＲＬ上のどの地点に存在するかによって時々刻々と変化する。第１判定枠ＡＲ１は、軌道ＲＬ上の走行位置の関数として与えられ、列車ＴＲ又は計測車を事前に走行させ前景画像を撮影し画像処理を行うこと、軌道ＲＬを含む路線の空間的な配置情報に基づいて第１光計測部４１に対する軌道ＲＬ等の空間的配置を把握すること等によって決定され、例えば距離又は走行位置毎の第１判定枠データベースとして、記憶部１０２（図２参照）等に事前に保管される。実際の計測において、演算処理部１０１は、列車ＴＲの軌道ＲＬ上の走行位置及び走行速度に基づいて記憶部１０２に保管された第１判定枠データベースから対応する第１判定枠ＡＲ１を読み出すことにより、走行位置等に対応する第１判定枠ＡＲ１を設定するとともに、第１判定枠ＡＲ１内を分散して離散的にカバーするように第１光計測部４１の検出領域ＤＡ１をカバーする複数の部分領域ＳＡ（図３（Ｃ）等参照）つまり集合的な判定領域を設定し、第１判定枠ＡＲ１内に障害物その他の所定サイズ以上の物体が存在するか否かを判断する。

第１判定枠ＡＲ１の範囲又は位置は、軌道ＲＬの軌道中心ＲＣ上の適所を基準として、例えば１ｍといった軌道ＲＬに沿った間隔又は刻みで設定することができる。軌道ＲＬがカーブで曲がっている場合、曲がった軌道ＲＬに沿って第１判定枠ＡＲ１が設定され、全体として弧を描くようなものとなる。第１判定枠ＡＲ１は、原則として軌道ＲＬ及びその周囲を含むものとなっており、近距離領域、中距離領域、及び遠距離領域において、車両限界の外側に適宜のマージンを確保して広がったものとすることができる。

第１判定枠ＡＲ１は、第１光計測部４１の検出領域ＤＡ１で考えた場合、軌道ＲＬの各点に対して規定される車両限界又はその周囲に適宜広がる領域である個々の近傍外縁要素を包括した２次元的な外縁に相当するものとなる。図４（Ｂ）に示すように、例えば前方の軌道ＲＬが直線的に延びる場合、最も手前に存在する近傍外縁要素又は検出範囲に対応する最前領域ＦＦが検出領域ＤＡ１上に当てはめた２次元的な第１判定枠ＡＲ１となる。前方の軌道ＲＬが右又は左に大きく曲がっている場合、つまり図中において一点鎖線で示すように曲がって延びる軌道ＲＬ'の場合、検出領域ＤＡ１上に設定した２次元的な第１判定枠ＡＲ１は、最も手前に存在する近傍外縁要素又は検出範囲に対応する最前領域ＦＦから曲がった先の軌道ＲＬを包含するように横方向にはみ出した領域又は部分ＡＲｅを有するものとなる場合もある。

なお、列車ＴＲが大きく曲がる曲線区間では、本来第１判定枠ＡＲ１とすべき箇所が物陰に隠れる可能性があり、この場合、第１判定枠ＡＲ１を部分的に有効にすることもできる。

第１判定枠ＡＲ１の利用に際して予め準備した第１判定枠データベースを参照する場合であって、第１判定枠データベースに記録された第１判定枠ＡＲ１が列車ＴＲ又は計測車を事前に走行させ前景画像を撮影し画像処理を行うことによって取得される場合、第１判定枠ＡＲ１は、後述する第２判定枠ＡＲ２と同様の手法で決定することができる。列車ＴＲ又は計測車を事前に走行させない場合、例えば予め取得した軌道ＲＬを含む路線の空間的な配置情報に基づいて、第１光計測部４１に対する軌道ＲＬ等の空間的配置を把握し、レールＲＬａ，ＲＬｂに沿って適宜の距離間隔で車両限界等に準じた枠領域である近傍外縁要素を順次設定し、上記近傍外縁要素を適宜連ねた全体として枠内を第１判定枠ＡＲ１とすることもできる。

第１判定枠ＡＲ１又はこれを離散的にカバーする部分領域ＳＡ（図３（Ｃ）等参照）については、第１判定枠データベースを参照して取得されるものに限らず、列車ＴＲの走行に伴ってリアルタイムで設定してもよい。この場合、第１光計測部４１又は演算処理部１０１において走行中に前景画像又は前景距離画像を取得する必要があるが、撮像装置を別途設ける必要はなく、第２光計測部４２によって取得した前景画像又は前景距離画像を用いることができる。つまり、第２光計測部４２によって取得した前景画像又は前景距離画像を用いてリアルタイムで第１判定枠ＡＲ１や部分領域ＳＡを設定できる。

なお、予め準備した第１判定枠データベースを参照する場合、第１判定枠ＡＲ１のみを第１判定枠データベースに記録し、第１判定枠ＡＲ１を離散的にカバーする部分領域ＳＡについては、列車ＴＲの運行時において第１光計測部４１又は演算処理部１０１によってリアルタイムで設定することもできる。

比較的広い第２判定枠ＡＲ２は、軌道ＲＬ及びその周辺をカバーするように軌道中心ＲＣを基準として設定されるものであり、列車ＴＲが軌道ＲＬ上のどの地点に存在するかによって時々刻々と変化する。第２判定枠ＡＲ２は、列車ＴＲの走行に伴って、演算処理部１０１によってリアルタイムで設定される。つまり、演算処理部１０１は、第２光計測部４２を利用して計測を行うことで前景画像及び距離情報を取得し、前景画像等から第２判定枠ＡＲ２を選択し、この第２判定枠ＡＲ２内において、軌道ＲＬの終点である消失点ＶＰを監視するとともに、軌道ＲＬを遮る遮蔽体のような障害物であって、所定サイズ以上の物体が出現したか否かを判断する。ここで、軌道ＲＬの消失点ＶＰとは、原則として、レールＲＬａ，ＲＬｂが途切れる箇所を意味し、軌道ＲＬが水平方向に直線的に延び又は水平方向に緩い曲線で延びる場合、レールＲＬａ，ＲＬｂの間隔（軌道間隔）又は軌道ＲＬが２次元画像の上側で所定画素以下となる点、つまりレールＲＬａ，ＲＬｂが収束する無限遠点に相当し、軌道ＲＬが特定方向に大きく曲がって延びる場合、２次元画像の画面外となるか、軌道ＲＬが前景物体に遮られた点となる。

第２判定枠ＡＲ２の範囲及び位置は、軌道ＲＬの軌道中心ＲＣやその位置での軌道間隔に相当する画素幅等を基準として設定され、前方の軌道ＲＬがカーブで曲がっている場合、曲がった状態に合わせて前方の軌道ＲＬ全体を可能な限り包含するように設定される。第２判定枠ＡＲ２は、原則として軌道ＲＬ及びその周囲を含むものとなっており、近距離領域、中距離領域、及び遠距離領域において、車両限界の外側に適宜のマージンを確保して広がったものとすることができる。

第２判定枠ＡＲ２は、２次元画像の処理において利用される場合、つまり２次元画像に基づいて障害物を判定する場合、軌道ＲＬの各点に対して規定される車両限界又はその周囲に適宜広がる領域である個々の近傍外縁要素を包括した２次元的な外縁に相当するものとなる。例えば前方の軌道ＲＬが直線的に延びる場合、最も手前に存在する近傍外縁要素又は検出範囲に対応する最前領域ＦＦが２次元画像の処理における第２判定枠ＡＲ２となる。図示を省略するが、前方の軌道ＲＬが右又は左に大きく曲がっている場合、２次元画像の処理における第２判定枠ＡＲ２は、第１判定枠ＡＲ１の場合と同様に最も手前に存在する近傍外縁要素又は検出範囲に対応する最前領域ＦＦから曲がった先の軌道ＲＬ'を包含するように横方向にはみ出した領域を有するものとなる場合もある。

第２判定枠ＡＲ２の設定方法について説明する。演算処理部１０１が、第２光計測部４２により取得した計測データである２次元画像を用い、例えば所定サイズ以上のエッジを２次元画像から抽出するとともに、マッチング等の技術を利用して軌道ＲＬを構成するレールＲＬａ，ＲＬｂの画像を抽出する。レールＲＬａ，ＲＬｂの画像を抽出できた場合、軌道ＲＬの消失点ＶＰの位置を決定することができる。

２次元画像の上側で軌道ＲＬの軌道間隔又は軌道ＲＬが所定画素以下となる場合、消失点ＶＰは、所定以上遠方にあるものとなる。これとは逆に消失点ＶＰが所定以上遠方にない場合、レールＲＬａ，ＲＬｂが近い場所で現実に又は画像上で途切れていることになり、軌道ＲＬが終端していたり軌道ＲＬの計測に異常が発生したりしている可能性がある。

２次元画像から消失点ＶＰを得た場合、第２判定枠ＡＲ２の奥行き距離Ｄ２の設定が例えば無限大であるとき、演算処理部１０１は、２次元画像において、軌道ＲＬに沿って最も近接した位置から消失点ＶＰにかけて、レールＲＬａ，ＲＬｂに沿って車両限界等に準じた枠領域である近傍外縁要素を適宜の距離間隔又は画素間隔で順次設定し、上記近傍外縁要素を連ねた全体として枠内を第２判定枠ＡＲ２とする。

以下、図５（Ａ）等を参照して、第１判定枠ＡＲ１、計測領域群ＳＧ等の具体的な設定例を説明する。

図５（Ａ）は、軌道ＲＬが直線的に延びる場合を示している。前景ＦＳは、検出領域を撮影した参照画面ともなっている。つまり、前景ＦＳは、計測領域群ＳＧを利用した計測の対象であるが、予め第１判定枠ＡＲ１や計測領域群ＳＧを決定する際の参照画面でもある。第１判定枠ＡＲ１は、軌道ＲＬの位置その他の情報の関数として与えられるものであり、具体的には、記憶部１０２（図２参照）に保管された第１判定枠データベースから、列車の先頭に関する現在の走行位置及び走行速度に対応する１つ以上の第１判定枠ＡＲ１等を読み出すことで、第１光計測部４１の画角ＦＡ１を基準とする座標として、計測対象の前景ＦＳ上に設定される。第１判定枠ＡＲ１の範囲及び位置は、車両である列車の走行速度（移動速度）と軌道形状（進路形状）とを反映したものとなっている。

列車の運行に際して第１判定枠ＡＲ１について計測領域群ＳＧをリアルタイムで設定しない場合、第１判例枠ＡＲ１内に設定される複数の計測領域ＳＡ１ａ～ＳＡ１ｇつまり計測領域群ＳＧに関する情報も、第１判定枠データベースから読み出され、列車の走行速度（移動速度）と軌道形状（進路形状）とを反映したものとされる。

前景ＦＳは、第２光計測部４２を利用して得た前景画像に相当するものともなっている。第１光計測部４１を用いる実際の計測では、前景ＦＳが判定の対象となるが、第１光計測部４１の画角ＦＡ１内で取得される画像や前景として、図示したものより分解能の低い距離画像が得られる。第１光計測部４１を利用して得た距離画像と、第２光計測部４２を利用して得た前景画像とは、画角ＦＡ１，ＦＡ２が異なるが、同一物体に対する方位が一致するように予め関連づけられており、相互に座標変換可能になっている。これにより、第１光計測部４１を利用した判定と第２光計測部４２を利用した判定との相関性や信頼性を判断することもできる。

図５（Ａ）に示す検出領域ＤＡ１内において、演算処理部１０１又は第１判定枠データベースを作成する処理装置は、軌道又は軌道ＲＬ上の着目点ＯＰが列車の移動に伴って移動する方向（矢印で図示）に離間した複数の部分領域ＳＡ１ａ～ＳＡ１ｇすなわち部分領域ＳＡを設定し、列車の移動速度又は走行速度と着目点ＯＰまでの距離とに応じて、複数の部分領域ＳＡの計測幅ＤＸを設定している。複数の部分領域ＳＡが離間する方向は、軌道ＲＬが延びる方向（つまり図示の例では鉛直方向又は縦方向）に対応している。

複数の部分領域ＳＡは、第１判例枠ＡＲ１内の障害物検出を目的とするものであり複数の部分領域ＳＡのうち相対的に遠距離及び近距離を対象とする各部分領域ＳＡを比べた場合、部分領域ＳＡの計測幅ＤＸは、遠距離の方が狭くなっている。つまり、図示の例では、消失点ＶＰに近いほど部分領域ＳＡの計測幅ＤＸが狭くなっている。ここで、計測幅ＤＸは、部分領域ＳＡが離間する方向に直交する方向（つまり図示の例では水平方向又は横方向）に関するものとなっている。このように部分領域ＳＡの計測幅ＤＸを遠方で狭くすることにより、遠距離を対象とする部分領域ＳＡの計測幅ＤＸに関して障害物判定のために走査する面積を狭めることができ、計測頻度をより高めることができる。部分領域ＳＡの個数や密度は、列車の移動速度や判定対象おサイズを考慮して設定される。

図５（Ａ）に示す例では、着目点ＯＰごとに部分領域ＳＡが設定されている。ここで、着目点ＯＰは、レールＲＬａ，ＲＬｂ間の上方にあって列車からの距離と軌道ＲＬからの高さとによって特定される。部分領域ＳＡは、着目点ＯＰによらず、第１判定枠ＡＲ１の内での配置や検出領域ＤＡ１内での配置に基づいて定めることもできる。

図５（Ｂ）は、第１判定枠ＡＲ１内に配置された判定対象空間ＴＡを説明する概念的な斜視図である。図示の判定対象空間ＴＡは、検出領域ＤＡ１（図３（Ｃ）等参照）内で設定される部分領域ＳＡ、つまり複数の部分領域ＳＡ１ａ～ＳＡ１ｇ（図５（Ａ）参照）に相当し、第１判例枠ＡＲ１内で障害物検出が行われる空間的な領域である。判定対象空間ＴＡは、軌道ＲＬに沿って、軌道ＲＬからの高さや架線（不図示）からの距離を一定に保つとともに列車ＴＲからの距離（奥行き方向の位置）を変更しつつ配置されている。判定対象空間ＴＡは、列車ＴＲの前進に伴って＋Ｘ方向に移動し、各判定対象空間ＴＡによって軌道ＲＬ上方の空間が走査されることが分かる。つまり、判定対象空間ＴＡ又は部分領域ＳＡを軌道ＲＬに沿って相対的に移動させる自動的走査の効果が生じ、検出漏れを低減することができる。

図６は、軌道ＲＬがカーブで曲がっている場合の第１判定枠ＡＲ１、計測領域群ＳＧ等の具体例を説明する概念図である。この場合、軌道ＲＬがカーブで大きく曲がる箇所に融合点ＴＳが形成されており、詳細は後述するが、融合点ＴＳを境として、複数の部分領域ＳＡは、近距離検出領域ＳＡｎと遠距離検出領域ＳＡｆとにそれぞれ区分される。ここで、融合点とは、参照画面上で分離されていた一対のレールＲＬａ，ＲＬｂが分離できずに一体化する点を意味する。

参照画面である前景ＦＳを基準として軌道ＲＬ又はレールＲＬａ，ＲＬｂが分離している近距離検出領域ＳＡｎ、つまり融合点ＴＳよりも近距離側では、複数の部分領域ＳＡ（具体的には部分領域ＳＡ２ａ～ＳＡ２ｄ）が軌道ＲＬの延びる方向（つまり図示の例では鉛直方向又は縦方向）に離間している。また、参照画面である前景ＦＳを基準としてレールＲＬａ，ＲＬｂがカーブによって融合している遠距離検出領域ＳＡｆ、つまり融合点ＴＳよりも遠距離側では、複数の部分領域ＳＡ（具体的には部分領域ＳＡ２ｅ～ＳＡ２ｇ）が軌道ＲＬの延びる水平方向又は横方向に離間する。つまり、カーブしたレールＲＬａ，ＲＬｂの融合点ＴＳの前後で複数の部分領域ＳＡの分離方向を切り替えることができ、結果的に前方のカーブに対して部分領域ＳＡを軌道ＲＬに沿って相対的に移動させる自動的走査の効果が生じ、検出漏れを低減することができる。この場合も、複数の部分領域ＳＡは、結果的に着目点ＯＰが列車の移動に伴って見かけ上移動する方向に離間していることになる。

第１判定枠ＡＲ１が最前領域ＦＦの外側に消失点ＶＰを有する場合、第１判定枠ＡＲ１は、検出領域ＤＡ１上で考えると、消失点ＶＰ側に拡張したものとなる。複数の部分領域ＳＡのうち、特に遠距離検出領域ＳＡｆを構成する部分領域ＳＡ２ｆ，ＳＡ２ｇは、第１判定枠ＡＲ１が消失点ＶＰに向かって延びる部分ＡＲｅにも分散して配置されている。

近距離検出領域ＳＡｎでは、図５（Ａ）の場合と同様に、各部分領域ＳＡの計測幅ＤＸは、部分領域ＳＡが遠距離になるほど狭くなっている。遠距離検出領域ＳＡｆでも、各部分領域ＳＡの計測幅ＤＸは、部分領域ＳＡが遠距離になるほど狭くなっている。ただし、遠距離検出領域ＳＡｆの場合、第１判定枠ＡＲ１が消失点ＶＰに向かって延びる部分ＡＲｅでは、部分領域ＳＡの計測幅ＤＸつまり縦寸法が、部分ＡＲｅの縦幅よりも倍程度長くなっている。これは、列車の走行にともなって第１光計測部４１の画角ＦＡ１が上下に変動しても部分領域ＳＡつまりＳＡ２ｅ，ＳＡ２ｆ，ＳＡ２ｇが軌道ＲＬ及びその周辺から外れないようにマージンを確保したものである。

図７（Ａ）～（Ｃ）は、列車の走行速度に応じて第１光計測部４１による計測領域を変化させる手法について説明する概念図である。図７（Ａ）に示す例では、列車ＴＲの走行速度が中程度に大きく、第１判定枠ＡＲ１として、前景ＦＳ又は画角に対して制限された比較的小さなものが設定され、これに対応して、第１判定枠ＡＲ１のうち一部に対応する局所的な計測領域ＳＡ１ａ～ＳＡ１ｇで距離画像の計測が行われている。なお、列車の先頭から第１判定枠ＡＲ１の想定位置までの距離は、制動距離と空走距離との和である停止距離に対して所定の係数αを掛けたものとなっている。例えばα＝０．４～５とした場合、第１判定枠ＡＲ１を構成する最前領域ＦＦまでの距離は、停止距離×０．４となり、第１判定枠ＡＲ１を構成する最後矩形領域までの距離は、停止距離×５となる。

図７（Ｂ）に示す例では、列車の走行速度がさらに大きく、第１判定枠ＡＲ１として、より小さなものが設定され、これに対応し、第１判定枠ＡＲ１のうち一部に対応する局所的な計測領域ＳＡ１ａ～ＳＡ１ｆで距離画像の計測が行われている。

図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように列車の走行速度がゼロでない場合、線状の局所的な計測領域ＳＡ１ａ～ＳＡ１ｆが見かけ上着目点に対して上下方向に移動するので、検出領域ＤＡ１上で固定されていても相対的に移動する自動的走査の効果がある。

図７（Ｃ）に示す例では、列車の走行速度がゼロ又は比較的小さいため、計測頻度に対する要求が低く、第１判定枠ＡＲ１を用いないで、前景ＦＳの略全体を判定対象としている。ただし、検出領域ＤＡ１に対応する最大計測領域を用いるのではなく、検出領域ＤＡ１又は最大計測領域のうち縦方向に関して間引きを行った結果、横方向に延びるストライプパターンにて距離画像の計測を行っている。このようなストライプパターンの走査では、横方向に延びる複数の線状の計測領域ＳＡ２が用いられる。複数の線状の計測領域ＳＡ２は、全体として集合的な判定領域を構成する。複数の線状の計測領域ＳＡ２の横幅は、検出領域ＤＡ１の横幅と略一致しており、これらが縦方向に所定の間隔を空けて配置されている。

なお、列車の走行速度がゼロの場合、線状の計測領域ＳＡ２は、着目点に対して移動しないので、横方向に延びる必要はなく、縦に延びるものであってよい。列車の走行速度がゼロ又は比較的小さい場合、検出領域ＤＡ１において市松模様状その他の縦横に間引いたパターンで部分領域を設定することもできる。列車の走行速度がゼロ又は比較的小さい場合、検出領域ＤＡ１に対応する最大計測領域ＳＡ１全体を走査する面走査で距離画像の計測が行われてもよい。

図８（Ａ）及び（Ｂ）は、第１光計測部４１による計測領域の変形例を説明する図であり、図５（Ａ）及び図６に対応する。図８（Ａ）では、第１判定枠ＡＲ１内において、矩形枠状の部分領域ＳＡ１ａ，ＳＡ１ｂ，ＳＡ１ｃが監視領域として設定されている。図８（Ｂ）では、第１判定枠ＡＲ１内及びその近傍において、矩形枠状の部分領域ＳＡ２ａ，ＳＡ２ｂ，ＳＡ２ｃ，ＳＡ２ｄが監視領域として設定されている。

各部分領域ＳＡは、直線状に延びる線分又は帯状部を含むものに限らず、複数の直線の組合せ、又は、千鳥配列にしたものであってもよい。部分領域ＳＡは、このような千鳥配列を複数組み合わせたものであってもよい。

図９（Ａ）及び（Ｂ）は、第２判定枠ＡＲ２等の設定に際して行われる軌道ＲＬの消失点の具体的な検出方法を説明する概念図である。図９（Ａ）では、直線的に延びる軌道ＲＬを構成する一対の直線状のレールＲＬａ，ＲＬｂが軌道像として示されている。図９（Ｂ）では、一対のレール（軌道像）ＲＬａ，ＲＬｂの映像が抽出されて点線で示す一対の近似線ＡＬのフィッティングが行われ、一対の近似線ＡＬの先端に消失点ＶＰが決定されている。図９（Ｃ）及び（Ｄ）は、カーブに差し掛かった場合の消失点の検出方法を説明する概念図である。図９（Ｃ）では、直線的に延びる軌道ＲＬを構成する一対のレールＲＬａ，ＲＬｂが軌道像として示されており、図９（Ｄ）では、一対の曲線状のレールＲＬａ，ＲＬｂの映像が抽出されて一対の近似線（点線）ＡＬのフィッティングが行われ、一対の近似線ＡＬの先端に消失点ＶＰが決定されている。なお、近似線ＡＬを延長することによって映像上一旦途切れたレールＲＬａ，ＲＬｂを連続的なものとして処理することもできる。

実際の鉄道での第２判定枠ＡＲ２の設定に際しては、第２光計測部４２によって得た２次元画像内に複数の軌道が写り込んでいる場合がある。このような場合であっても自己の列車が走行する軌道ＲＬのレールＲＬａ，ＲＬｂを適切に絞り込んで抽出できるように、演算処理部１０１は、近距離側に軌道判定枠ＡＲ３（図９（Ｂ）参照）を設けて軌道判定枠ＡＲ３から始まる一対のレールＲＬａ，ＲＬｂのみを選択する。これにより、自己の列車ＴＲが走行する軌道ＲＬに対応する適正な１つの消失点ＶＰを決定することができ、障害物の有無に関する判定精度を高めることができる。なお、複数の軌道が写り込んでいる結果として複数の消失点が検出されても、制動関連情報が増えるだけであり、運転上の支障が生じないような運用が可能である。

図９（Ｅ）及び（Ｆ）は、第２判定枠ＡＲ２の設定方法を説明する概念図である。図９（Ｅ）に示す直進の場合と、図９（Ｆ）に示すカーブの場合とにおいて、２次元画像から抽出された軌道像に基づいて軌道ＲＬに沿って設定される多数の近傍外縁要素ＣＥを示している。近傍外縁要素ＣＥの集合の外縁の範囲内が第２判定枠ＡＲ２となる。図示を省略するが、第２判定枠ＡＲ２は、列車ＴＲの走行速度が比較的小さい場合、前景ＦＳに対して比較的大きなものとして設定され、列車ＴＲの走行速度が比較的小さい場合、前景ＦＳに対して比較的小さなものとして設定される。列車ＴＲから第２判定枠ＡＲ２までの距離は、制動距離と空走距離との和である停止距離に対して所定範囲の係数βを掛けたものとすることができる。例えばβ＝０．４～１０とした場合、第２判定枠ＡＲ２を構成する最前領域ＦＦまでの距離は、停止距離×０．４となり、第２判定枠ＡＲ２を構成する最後矩形領域までの距離は、停止距離×１０となる。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、軌道ＲＬを遮る遮蔽体について説明する。図１０（Ａ）に示す例では、軌道ＲＬの消失点ＶＰよりも手前に電柱状の遮蔽体ＣＯ１が存在する。なお、図示を省略しているが、前景ＦＳについては、２次元的な第２判定枠が設定されている。第２光計測部４２から遮蔽体ＣＯ１の軌道ＲＬを横切る部分ＣＯ１ａ迄の距離値Ｌ１１（不図示）と、第２光計測部４２から部分ＣＯ１ａによって途切れた軌道ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ１迄の距離値Ｌ１２（不図示）とは、第２光計測部４２によって得た２次元画像の視差から判定することができる。演算処理部１０１は、第２判定部として、部分ＣＯ１ａ迄の距離値Ｌ１１と部分ＣＯ１ａが遮っている軌道位置ＣＰ１迄の距離値Ｌ１２との差である距離差Δが所定の上限値（例えば列車ＴＲの横幅）を超えて大きくなっているときは、遮蔽体ＣＯ１が前景の物体であり３次元的な第２判定枠の外側にある見かけ上のものと判断し、軌道ＲＬ上を進行する列車ＴＲにとっての障害物ではないと判断する。

図１０（Ｂ）に示す例では、軌道ＲＬの消失点ＶＰよりも手前に別の遮蔽体ＣＯ２が存在する。第２光計測部４２から遮蔽体ＣＯ２迄の距離値Ｌ２１（不図示）と、第２光計測部４２から遮蔽体ＣＯ２によって途切れた軌道ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ２迄の距離値Ｌ２２（不図示）とは、第２光計測部４２によって得た２次元画像の視差から判定することができる。演算処理部１０１は、第２判定部として、遮蔽体ＣＯ２迄の距離値Ｌ２１と遮蔽体ＣＯ２が遮っている軌道位置ＣＰ２迄の距離値Ｌ２２との差である距離差Δが所定の上限値以下であるときは、遮蔽体ＣＯ２が軌道ＲＬ上に横たわり或いは軌道ＲＬを覆っていると判断し、軌道ＲＬ上を進行する列車ＴＲにとっての障害物であると判断する。この場合、遮蔽体ＣＯ２と軌道ＲＬとの距離が近い場合に限って障害物と判断することになり、障害物判定精度を高めることができる。

以上の処理において、図９（Ｅ）及び（Ｆ）に示すような第２判定枠内に遮蔽体ＣＯ２（図１０（Ｂ）参照）が存在する場合に、第２判定部である演算処理部１０１は、遮蔽体ＣＯ２を障害物であると判断するので、第２判定枠によって列車ＴＲが通過する領域に検出範囲を絞ることができ、障害物の有無に関する判定範囲が過度に広がることを防止できる。なお、前景とされる遮蔽体ＣＯ１や障害物の候補とされる遮蔽体ＣＯ２は、軌道ＲＬのレール（軌道像）ＲＬａ，ＲＬｂの双方を遮蔽するものに限らず片方を遮蔽するようなものであってもよい。演算処理部１０１による判定処理の対象となる遮蔽体ＣＯ１，ＣＯ２は、レールＲＬａ，ＲＬｂのサイズを基準として所定以上のサイズを有するものであれば、障害物となる可能性があるとして候補に加えられる。

図１１を参照しつつ、図２、図１（Ａ）及び（Ｂ）等を補助的に参照して、走行時における障害物検出又は障害物判定の動作について説明する。演算処理部１０１は、車速検出部３４等を利用して列車ＴＲの走行位置と走行速度とを取得する（ステップＳ２１）。次に、演算処理部１０１は、第１光計測部４１について、ステップＳ２１で得た走行位置及び走行速度に基づいて集合的な判定領域つまり計測領域群ＳＧ（図３（Ｃ）及び（Ｄ）参照）を設定する（ステップＳ２２）。計測領域群ＳＧは、第１判定枠等に関するデータベースを用いて設定することができ、或は第２光計測部４２によって取得した前景画像又は前景距離画像を用いてその場で計算することもできる。次に、演算処理部１０１は、第１光計測部４１を利用して計測領域群ＳＧ内で距離画像を計測する（ステップＳ２３）。列車ＴＲの前方に物体が存在する場合、その物体の方位（角度）や距離が得られる。その後、演算処理部１０１は、ステップＳ２３で得た物体の方位及び距離を考慮して第１判定枠ＡＲ１内であるか否かを判断する（ステップＳ２４）。

演算処理部１０１は、第１判定枠ＡＲ１内に物体が存在すると判断した場合（ステップＳ２４でＹｅｓ）、入出力部１０３を介して運転手に軌道上に障害物が存在することを警報出力する（ステップＳ２５）。この際、演算処理部１０１は、ブレーキ装置３３を適宜動作させて列車ＴＲに緊急停止を行わせることができる。

演算処理部１０１は、第１判定枠ＡＲ１内に物体が存在しないと判断した場合（ステップＳ２４でＮｏ）、ステップＳ２１に戻って列車ＴＲの走行位置及び走行速度を取得する処理を再開する。以上の処理は、列車ＴＲの運用走行が完了するまで繰り返される（ステップＳ２８でＮｏの場合、ステップＳ２１に戻る）。

距離画像の取得や第１判定枠ＡＲ１内における物体の有無判定（ステップＳ２２～Ｓ２４）と並行して、演算処理部１０１は、第２光計測部４２を利用して判定領域内で２次元画像や視差を計測する（ステップＳ２６）。演算処理部１０１は、得られた２次元画像等に基づいて、第２判定部として、２次元画像から消失点ＶＰ（図９（Ｂ）等参照）を検出するとともに、第２判定枠ＡＲ２（図９（Ｅ）等参照）を設定し、第２判定枠ＡＲ２内に列車ＴＲにとっての障害物があるか否かを判断する（ステップＳ２７）。つまり、消失点ＶＰの手前に遮蔽体（例えば図１０（Ｂ）に示す遮蔽体ＣＯ２）が存在し、かつ、遮蔽体迄の距離Ｌ２１と遮蔽体ＣＯ２によって途切れた軌道ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ２迄の距離Ｌ２２との距離差Δが、所定の上限値以下であるか否かを判断する。

演算処理部１０１は、第２判定枠ＡＲ２内に障害物があると判断した場合（ステップＳ２７でＹｅｓ）、入出力部１０３を介して運転手に軌道ＲＬ上に障害物が存在することを警報出力する（ステップＳ２５）。障害物が存在しないと判断された場合（ステップＳ２７でＮｏ）、ステップＳ２１に戻る。

図１（Ａ）、図２、図５（Ａ）等に示すように、以上で説明した第１実施形態の監視装置１００では、処理部１０１が、第１光計測部４１の検出領域ＤＡ１内において、軌道ＲＬ上の着目点ＯＰが車両である列車ＴＲの移動に伴って移動する方向に離間した複数の部分領域ＳＡを設定し、車両である列車ＴＲの移動速度と着目点ＯＰまでの距離とに応じて、複数の部分領域ＳＡの計測幅ＤＸを設定することにより、移動に伴う走査の効果も相まって、必要な判定範囲つまり第１判定枠ＡＲ１を確保しつつ、判定領域又は走査面積を大きく狭めて計測頻度を高めることできる。また、第１光計測部４１の利用により精細な情報が得られ判定域も明確に設定できる。

〔第２実施形態〕
以下、図１２を参照して、第１実施形態を変形した第２実施形態について説明する。本実施形態の監視装置１００の場合、第１光計測部４１が、一対の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａ，４１ｂを有する。

第１の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａは、列車ＴＲの車体下端に取り付けられ、第２の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ｂは、列車ＴＲの車体上端に取り付けられている。３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａ，４１ｂは、第１判定枠ＡＲ１内で部分領域をそれぞれ設定し、独立して距離画像情報を取得する。第１の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａから射出されるレーザ光ＬＢ１は、略正面方向又は＋Ｘ方向に射出されるレーザ光ＬＢ１ａと、これより上側に射出される一群のレーザ光ＬＢ１ｂとを含む。また、第２の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ｂから射出されるレーザ光ＬＢ２は、略正面方向又は＋Ｘ方向に射出されるレーザ光ＬＢ２ａと、これより下側に射出される一群のレーザ光ＬＢ２ｂとを含む。つまり、第１の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａは、水平から所定の仰角までをカバーし、第２の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ｂは、水平から所定の俯角までをカバーする。第１の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ａから略水平な方向に射出されるレーザ光ＬＢ１ａは、列車ＴＲの車体下端の正面にあって第１判定枠ＡＲ１の下端（つまり軌道ＲＬ近傍の上方）に配置されている障害物の発見に適する。また、第２の３次元ＬＩＤＡＲ装置４１ｂから略水平な方向に射出されるレーザ光ＬＢ２ａは、列車ＴＲの車体上端の正面にあって第１判定枠ＡＲ１の上端に配置されている障害物の発見に適する。

この発明は、上記の各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

車上装置２００は、不図示の列車運行管理システムの制御下で、列車ＴＲの自動運転を可能としており、自動運転については、運転士を乗せた状態で行う場合のほか、運転士がいない完全無人の自動運転も含み得るものとしている。自動運転については、運行区間の全体を運転士がいない完全無人の自動運転とする場合のほか、運行区間の一部を、運転士を乗せた状態で自動運転とする場合や、運行区間の一部については、自動運転とせず、運転士による通常運転とすることも考えられる。

監視装置１００は、車上装置２００に組み込まずに、遠隔の列車運行管理システム側に部分的に組み込むこともできる。

監視装置１００による監視対象は、鉄道の軌道ＲＬに限らず、路面電車用の軌道であってもよい。

上記実施形態の監視装置１００は、列車ＴＲの進路を監視するものとしたが、本発明の監視装置は、列車に限らず、自動車その他の車両の進路を監視するものとして用いることができる。この際、軌道に代えて車線等を利用して判定枠を決定することができる。

第１及び第２光計測部４１，４２を用いる障害物の有無の判定は、第１及び第２判定枠ＡＲ１，ＡＲ２を前提としないようなものであってもよい。この場合、第１光計測部４１による計測領域群ＳＧや、第２光計測部４２による計測領域の全体において、障害物の有無の判定が行われることになる。

第１光計測部４１は、オプティカルフェーズドアレイや液晶偏光回折素子に限らず光線制御が可能なデバイスを備えて構成されるものであってもよい。また、第２光計測部４２は、ＴＯＦカメラで構成されるものであってもよい。

以上では、消失点ＶＰの手前に遮蔽体ＣＯ２が存在する場合に、障害物となる可能性があるとしたが、遮蔽体ＣＯ２が消失点を兼ねている場合も、遮蔽体ＣＯ２が障害物となる可能性があると判断してもよい。この場合も、遮蔽体ＣＯ２迄の距離値Ｌ２１と、遮蔽体ＣＯ２によって途切れた軌道ＲＬの遮断端である軌道位置ＣＰ２迄の距離値Ｌ２２との距離差Δが所定の上限値以下であることが障害物であると判断する前提条件となる。

進路前方の障害物の判定は、軌道ＲＬ近辺にあるものに限らず、軌道ＲＬから離れた物体が軌道ＲＬに近接しつつある状態を監視するようなものであってもよい。この場合、軌道ＲＬに進入する物体を移動軌跡によって追跡するようなものとなる。

３１…車両制御装置、 ３４…車速検出部、 ３７…通信部、 ４１…第１光計測部、 ４１ａ…３次元計測装置、 ４２…第２光計測部、 ４２ａ…３次元ＬＩＤＡＲ装置、 ４７ａ…光検出面、 １００…監視装置、 １０１…演算処理部、 １０２…記憶部、 １０３…入出力部、 １０４…インターフェース部、 ２００…車上装置、 ＡＲ１…第１判定枠、 ＡＲ２…第２判定枠、 ＣＥ…近傍外縁要素、 ＣＯ１，ＣＯ２…遮蔽体、 ＤＡ１…検出領域、 ＦＡ１，ＦＡ２…画角、 ＦＦ…最前領域、 ＦＦ１…基準枠、 ＦＳ…前景、 ＯＡ…外側、 ＯＰ…着目点、 ＰＸ…画素、 ＲＣ…軌道中心、 ＲＬ…軌道、 ＲＬａ，ＲＬｂ…レール、 ＳＡ…部分領域、 ＤＸ…計測幅、 ＳＡ１…最大計測領域、 ＳＡｆ…遠距離検出領域、 ＳＡｎ…近距離検出領域、 ＳＧ…計測領域群、 ＴＡ…判定対象空間、 ＴＲ…列車、 ＶＰ…消失点

Claims (3)

1. 進路前方にレーザを照射して反射光を計測する光計測部と、
   前記光計測部の計測結果に基づいて進路前方の障害物の有無を判定する処理部とを備え、
   前記処理部は、前記光計測部の検出領域内において、前記検出領域を撮影した参照画面上で軌道の上方空間における着目点が車両の移動に伴って前記軌道に沿って移動する方向に離間した複数の部分領域を設定し、前記車両の移動速度と前記着目点までの距離とに応じて、前記複数の部分領域の計測幅を設定する、監視装置。
2. 前記複数の部分領域のうち相対的に遠距離及び近距離を対象とする各部分領域の計測幅は、前記遠距離の方が狭い、請求項１に記載の監視装置。
3. 前記光計測部の前記検出領域のうち、前記参照画面上で前記軌道の要素である一対のレールが分離している近距離検出領域では、前記複数の部分領域が前記軌道に沿って鉛直方向に離間し、前記参照画面上で前記一対のレールがカーブによって融合している遠距離検出領域では、前記複数の部分領域が前記軌道に沿って水平方向に離間する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の監視装置。

Images