JP2004067035A - 踏切障害物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップリング等の接触片を使用せずに安定して信号や電力を伝送することができるとともに、全ての自動車等の障害物を確実に検知する。
【解決手段】送受信部２で出射した放射ビームを踏切道１１に出射して走査する走査機構部５を、円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有する中空モータ１３と、反射面を中空モータ１３のビーム伝搬経路側に向けて中空モータ１３の回転子１６の上面に４５度の角度で固定され、上下方向に設けた２枚の反射体２０，２１を有し、下側の反射体２０を回動自在とし、高さの異なる歩行者や小型車等から大型車までの全てに対して放射ビームを出射する反射部１４で構成し、回転する走査機構部５に送受信部２と距離計測部３を有するセンサ部４を設ける必要がなく、踏切障害物検知装置１の構造を簡略化する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、列車が走行する軌道の踏切における自動車や歩行者を検知する踏切障害物検知装置、特に自動車の検知精度の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道保安装置の踏切警報装置は、軌道上を走行する列車が踏切に接近したときに踏切警報を開始し、踏切道の通行を遮断して列車の安全運転と踏切道を通行する自動車や歩行者の安全を図り、列車が踏切を通過した後は速やかに通行遮断を解除して円滑な道路通行を確保するようにしている。
【０００３】
この踏切道における列車の安全運行が阻害されることを防止するため例えば特開平１１−２２７６０８号公報や特開２００１−１３０４１２号公報に示すようにレーザ光やレーダーを利用した踏切障害物検知装置が使用されている。この踏切障害物検知装置は、図９の平面図に示すように、列車９が走行する軌道１０の踏切道１１の遮断機２６が閉じているときに、回転機構部に搭載したセンサ部４０からレーザ光やレーダーを踏切道１１に照射しながら、回転機構部でセンサ部４０を回転したり一定角度回動してレーザ光やレーダーを走査させ、自動車等の障害物１２で反射したレーザ光やレーダーをセンサ部４０で検出し、センサ部４０からの出力信号を処理装置４１で処理して踏切道１１に進入している障害物１２の有無を検知している。
【０００４】
このように踏切道１１の障害物１２を検知するときに、回転機構部で回転したり一定角度回動するセンサ部４０と固定されている処理装置４１との間で信号を伝送するとともにセンサ部４０からレーザ光やレーダーを照射させたり受信するための電力を送る必要がある。このように可動するセンサ部４０と固定している処理装置４１との間で信号や電力を伝送する方法として、一般的には、回動するセンサ部４０に取り付けたスリップリングと固定側に設けた接触子を接触させて信号等を伝送している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように可動するセンサ部４０と固定されている処理装置４１との間でスリップリングと固定した接触子を介して信号を伝送していると、微小信号や高速デジタル信号の伝送が困難である。また、センサ部４０の駆動用の電力を伝送するときに、スリップリングと接触子の間で雑音が生じやすく、この雑音がセンサ部４０と処理装置４１の間で伝送する信号に影響し、センサ部４０や処理装置４１に誤動作を生じる可能性がある。さらに、これらの影響を防ぐためにはスリップリングと固定側の接触子との接触状態を常に確実に保持する必要があり、頻繁に保全する必要がある等の短所がある。
【０００６】
また、一定高さの位置でレーザ光等を走査しているため、小型車から大型車の全てを精度良く検出することは困難であった。
【０００７】
この発明はかかる短所を改善し、スリップリング等の接触片を使用せずに安定して信号や電力を伝送することができるとともに、全ての自動車等の障害物を確実に検知することができる踏切障害物検知装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る踏切障害物検知装置は、走査距離計及び演算処理部を有し、走査距離計は、送受信部と走査機構部と距離計測部を有し、列車が走行する軌道の踏切道の一方の外側に一定高さで設置され、送受信部は放射ビームを踏切道に出射し、障害物からの反射ビームを受信し、走査機構部は中空モータと反射部を有し、中空モータは円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有し、反射部は反射面を中空モータのビーム伝搬経路側に向けて中空モータの回転子の上面に４５度の角度で上下方向に配置された２枚の反射体を有し、下側の反射体は上下方向に首振り自在とし、距離計測部は送受信部で出射した放射ビームと受信した反射ビームの位相差あるいは遅延時間又は位相差変化により障害物までの距離を算出し、演算処理部は、距離計測部で算出した障害物までの距離と中空モータの回転角で得られる障害物の方位角とから障害物の位置情報を算出し、算出した位置情報から障害物が踏切道に存在するか否かを判別し、踏切装置から検知開始信号が入力されると障害物の有無に応じた信号を踏切装置に出力することを特徴とする。
【０００９】
前記走査距離計の距離計測部は、障害物までの距離と方位角を、あらかじめ一定位置に設けられた標準反射体からの反射ビームで算出した距離と方位角を使用して補正すると良い。
【００１０】
また、前記走査機構部の中空モータは、あらかじめ定めた一定角度ごとにステップ回転し、送受信部は一定周期ごとに一定パルス幅の放射ビームを出射し、処理部は、距離計測部で算出した反射物体までの距離と中空モータの回転角で得られる反射物体の方位角とから反射物体の位置情報を算出し、反射物体の位置情報から、一定距離にある複数の反射物体の位置を連結し、複数の反射物体の連結状態から、反射物体を構成する障害物が歩行者であるか車両であるかを判別することが望ましい。
【００１１】
さらに、送受信部は、レーザ光線又はマイクロ波やミリ波やサブミリ波のいずれかを放射ビームとして出射する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の踏切障害物検知装置の構成を示すブロック図である。列車が走行する軌道の踏切に設けた踏切障害物検知装置１は、送受信部２と距離計測部３を有するセンサ部４と走査機構部５と中央処理部６と演算処理部７及び電源部８を有し、図２の配置図に示すように、列車９が走行する軌道１０の踏切道１１の一方の外側に一定高さで設置されている。送受信部２は、常時、レーザ光線又はマイクロ波やミリ波やサブミリ波などのビームを踏切道１１に出射し、踏切道１１を歩行する歩行者や車両などの障害物１２からの反射ビームを受信する。距離計測部３は送受信部２で出射した放射ビームと受信した反射ビームの位相差あるいは遅延時間又は位相差変化により障害物１２までの距離を算出する。
【００１３】
走査機構部５は、図１の構成図に示すように、中空モータ１３と反射部１４を有する。中空モータ１３は固定子１５と回転子１６がそれぞれ円筒状に形成され、中央部に伝播経路１７を有する。反射部１４は円筒状に形成され一方の側面に開口部１８を有し、回転子１６の上面に固定されたホルダー１９と、反射面を中空モータ１３の伝搬経路１７側に向けてホルダー１９内に設けられた下部反射体２０と上部反射体２１を有する。下部反射体２０は、回転子１６の上面に対して４５度の角度をなす位置に基準位置が設けられ、この基準位置から上方向に首振り自在となっている。上部反射体２１は、下部反射鏡２０の上方向に一定間隔だけ隔てて回転子１６の上面に対して４５度の角度をなすようにホルダー１９に固定されている。
【００１４】
中央処理部６は、走査機構部５と送受信部２及び距離計測部３の動作を管理するものであり、走査機構部５の中空モータ１３を駆動するパルス列信号を生成して走査機構部５に送り、送受信部２に送信タイミング信号を送る。走査機構部５は送られるパルス列信号により中空モータ１３を１ステップずつ回転制御する。この中央処理部６から走査機構部５に送るパルス列信号は、例えば中空モータ１３の回転角度を検出するロータリエンコーダの分解能より、１パルスで３６０度の角度を１０２４等分した角度ｄθ＝０．３５度だけ中空モータ１３が回動するように定められ、中空モータ１３が例えば０．５秒で１回転するようにパルス列の周期が定められている。この角度ｄθ＝０．３５度を基本単位として中空モータ１３の回転角θ＝ｎ・ｄθで定義される角度の離散値ｎは０〜１０２４の値をとる。また、中央処理部６から送受信部２に送る送信タイミング信号の発生期間は中空モータ１３が一定角度例えば角度α＝１２０度回転する範囲とし、例えば送受信部２から周期０．５ｍｓでパルス幅１５ｎｓのビームを出射するように定められている。この送信タイミング信号を発生させるための基準位置は、図２に示すように、送受信部２から出射したビームが踏切道１１と平行なるように走査機構部５の反射部１４が回転した位置とし、この基準位置から中空モータ１３により反射部１４が時計方向に角度α＝１２０度回転する範囲に定めることにより、踏切道１１の全領域にビームを出射することができる。
【００１５】
また、距離計測部３で障害物１２までの距離を算出するとき、送受信部２の素子等の特性が温度等により変化すると測定距離に誤差が生じる。そこであらかじめ既知の距離Ｒｏの位置に標準反射体２２を設け、標準反射体２２からの反射ビームを送受信部２で受信したときに算出した距離がＲｓのとき、障害物１２からの反射ビームを受信して算出した距離をｒｓとすると、障害物１２までの距離ｒをｒ＝（Ｒｏ／Ｒｓ）・ｒｓと補正する。中央処理部６も同様に距離計測部３で標準反射体２２からの反射ビームを受信したときに走査機構部５から送られる角度情報を使用して方位角の偏差を補正する。
【００１６】
演算処理部７は、図２に示すように、距離計測部３で計測する最大距離をＲとすると、最大距離Ｒを１００等分した単位距離ｄｒを基本単位として障害物１２の検出距離ｒ＝ｍ・ｄｒで定義される離散値ｍと中央処理部６から出力される障害物１２の角度θの離散値ｎにより、障害物１２の位置情報を極座標Ｐ（ｎ、ｍ）で算出する。ここで距離の離散値ｍは１〜１００の値をとり、例えば最大距離Ｒ＝３０ｍとすると、ｄｒ＝３０ｃｍとなる。また、角度の基本単位ｄθ＝０．３５度から最大距離Ｒ＝３０ｍの円周に沿った距離の分解能ｄＬ＝（π／１８０）ｄθ・Ｒは１８ｃｍになり、最大距離Ｒ＝３０ｍの地点で歩行者等の有無を識別できる。また、各走査周期ごとに複数の障害物１２がビームの出射方向で重なっているか否を判断し、複数の障害物１２が重なっているときに、その位置情報を算出する。そして各障害物１２の位置情報を利用して障害物１２が踏切道１１に存在することと、障害物１２が歩行者であるか車両であるかを判別する。そして踏切器具箱２３から検知開始信号が入力されると障害物１２の有無に応じた信号を踏切器具箱２３に出力し、踏切道１１に障害物１２が存在している場合、特殊信号発光器を発光させて列車９に停止情報を伝える。電源部８は踏切障害物検知装置１の各部に電力を供給する。
【００１７】
この踏切障害物検知装置１で、踏切道１１を歩行する歩行者や車両などの障害物１２を検知するときの処理を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００１８】
走査機構部５の中空モータ１３を角度ｄθ＝０．３５度を１ステップとして０．５秒で１回転するように時計方向に回転させながら、反射部１４の開口部１８があらかじめ定めた基準位置に達したときに、送受信部２から周期０．５ｍｓ毎にパルス幅１５ｎｓのビームを出射して、中空モータ１３が角度α＝１２０度回転する間の範囲でビームを走査する（ステップＳ１）。このビームの走査を０．５ｓの周期で繰り返す。このビームの走査を繰り返すときに、反射部１４の下部反射体２０を一定周期ごと例えば中空モータ１３が１回転するたびに上下方向に首振りして、送受信部２で出射するビームと障害物１２で反射したビームを下部反射体２０と上部反射体２１で交互に反射させ、踏切道１１の高さが異なる領域を走査させる。このように踏切道１１の高さが異なる領域を走査させることにより、小型車や中型者及び大型車の全てを確実に検知することができる。
【００１９】
この下部反射体２０を上下方向に首振りする首振り機構としては、例えば図４に示すように、中空モータ１３の外周部に設けた電磁石２４を、中空モータ１２の回転に同期させて一定周期ごとに駆動して、下部反射体２０の下端部に設けた磁石２５を吸引，反発して下部反射体２０を首振りさせたり、中空モータ１２の固定子１５に設けた溝機構等を利用して下部反射体２０を首振りさせれば良い。
【００２０】
このようにビームを走査しているとき、送受信部２で標準反射体２２からの反射ビームを受信するたびに、距離計測部９は標準反射体２２までの距離Ｒｓを算出し、算出した距離Ｒｓと標準反射体２２の設置距離Ｒ０とから距離の補正係数（Ｒｏ／Ｒｓ）を算出して、先に算出して記憶した補正係数を書き換える。また、中央処理部６も距離計測部３で標準反射体２２からの反射ビームを受信したときに走査機構部５から送られる角度情報を使用して方位角の偏差を補正する補正係数を書き換える。この状態で踏切道１１に存在する障害物１２からの反射ビームを送受信部２で受信するたびに、距離計測部３は各障害物１２までの距離を算出し、算出した距離を補正係数（Ｒｏ／Ｒｓ）で補正し、補正した各障害物１２までの距離ｒの離散値ｍを演算処理部４に送る。一方、中央処理部６は送受信部５から反射ビームの受信信号が距離計測部９に送られるたびに、そのときのビームの出射角度を偏差を補正し、方位角の離散値ｎを演算処理部７に送る（ステップＳ２）。このように演算処理部７に検出した距離ｒの離散値ｍを示す信号を送るとき、センサ部４と演算処理部７を接触片等を介さないで伝送経路で直接接続しているから、ノイズの影響を受けずに微小信号や高速デジタル信号を使用して各種情報を示す信号を送ることができ、障害物１２の誤検出等が生じることを防ぐことができる。
【００２１】
演算処理部７は送られた距離ｒの離散値ｍと角度θの離散値ｎにより、各障害物１２の位置情報を極座標Ｐ（ｎ、ｍ）で算出する（ステップＳ３）。そして、図５（ａ）に示すように、踏切障害物検知装置１のセット位置を基準点Ｏとしたメモリセルの各障害物１２ごとに送られた極座標Ｐ（ｎ、ｍ）に対応するビット３０ａをオンにし、このオンにしたビット３０ａよりビームの照射方向の手前には検出物体が存在しないと判断し、ビット３０ａより出射ビーム方向の手前のビットは全てオフにする。また、最大測定距離Ｒを越える範囲は検出する障害物１２が存在しないと判断し、全てのビットをオフにする（ステップＳ４）。そしてビームの走査を繰り返して各障害物１２までの位置情報を示す極座標Ｐ（ｎ、ｍ）を算出しているとき、各障害物１２が移動して、次のサンプル周期で、図５（ｂ）に示すように、前回オンにしたビット３０ｂよりビーム出射方向の遠方のビット３０ａが今回オンになると、今回オンになったビット３０ａと基準点までの間で前回オンにしたビット３０ｂをオフにする（ステップＳ５）。この処理を繰り返すことにより、踏切道１１に存在する全ての障害物１２の位置情報を極座標Ｐ（ｎ、ｍ）で得ることができる。
【００２２】
この逐次算出する各障害物１２の位置情報を示す極座標Ｐ（ｎ、ｍ）より、図６に示すように、基準点ＯとしてＸ座標に角度の離散値ｎを示し、Ｙ座標に距離の離散値ｍを示す直交座標を使用し、各障害物１２の位置ターゲット３１を示すグラフを作成する（ステップＳ６）。そして各位置ターゲット３１からΔｍ＝１の距離にある位置ターゲット３１と、Δｎ＝１の角度にある位置ターゲット３１及びΔｍ＝１でΔｎ＝１の位置ターゲット３１を追跡して連結し、図７に示すように、連結した位置ターゲット群３２ａ，３２ｂを抽出する（ステップＳ７）。この連結した位置ターゲット群３２ａ，３２ｂを、図８に示すように、個々にＸ−Ｙ座標系に展開し（ステップＳ８）、各位置ターゲット群３２ａ、３２ｂのＸ座標における最小値ｘａと最大値ｘｂの位置ターゲット３３と、Ｙ座標における最小値ｙａと最大値ｙｂの位置ターゲット３３を検出する（ステップＳ９）。この検出した位置ターゲット３３を結ぶ直線３４上にある位置ターゲットのヒストグラム３５をそれぞれ取り（ステップＳ１０）、各位置ターゲット群３２ａ，３２ｂのヒストグラム３５の合計値があらかじめ定めた一定値Ｎ例えば「５」以上である位置ターゲット群を示す障害物は車両と認定する（ステップＳ１１）。例えば図８に示す位置ターゲット群３２ａのヒストグラム３５の合計値は「３」であるから、位置ターゲット群３２ａを示す検出物体２５は歩行者群と認定し、位置ターゲット群３２ｂのヒストグラム３５の合計値は「１０」であるから、位置ターゲット群３２ｂを示す検出物体２５は車両と認定する。そして踏切器具箱２３から検知開始信号が入力されると障害物１２の有無に応じた信号を踏切器具箱２３に出力し、踏切道１１に障害物１２が存在している場合、特殊信号発光器を発光させて列車９に停止情報を伝える（ステップＳ１２）。
【００２３】
このようにして踏切道１１の遮断機２６が閉じるときに、踏切道１１を歩行する歩行者や車両などの障害物１２の存在を確実に検知することができるとともに、その位置を明確にすることができ、列車９を安全に運行することができるとともに踏切道１１を通行する歩行者等の安全を図ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、送受信部で出射した放射ビームを踏切道に出射して走査する走査機構部を、円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有する中空モータと、反射面を中空モータのビーム伝搬経路側に向けて中空モータの回転子の上面に４５度の角度で固定された反射部で構成することにより、回転する走査機構部に送受信部と距離計測部を有するセンサ部を設ける必要がなく、踏切障害物検知装置の構造を簡略化することができる。
【００２５】
また、走査機構部にセンサ部を設けないから、センサ部と演算処理部を接触片等を介さないで伝送経路で直接接続することができ、センサ部と演算処理部の間でノイズの影響を受けずに微小信号や高速デジタル信号を使用して各種情報を示す信号を伝送することができ、障害物の誤検出等が生じることを防ぐことができる。
【００２６】
さらに、走査機構部の反射部に、上下方向に設けた２枚の反射体を設け、下側の反射体を回動自在とし、高さの異なる歩行者や小型車等から大型車までの全てに対して放射ビームを出射することにより、踏切に存在する障害物を確実に検知することができる。
【００２７】
また、障害物までの距離と方位角を、あらかじめ一定位置に設けられた標準反射体の設置距離と標準反射体からの反射ビームで算出した距離とそのときの方位角を使用して補正することにより、送受信部の特性等が温度等により変化しても測定距離や方位角に誤差が生じることを防ぐことができ、精度良く障害物の位置を測定することができる。
【００２８】
また、走査機構部の中空モータを、あらかじめ定めた一定角度ごとにステップ回転し、送受信部は一定周期ごとに一定パルス幅の放射ビームを出射し、演算処理部は、距離計測部で算出した反射物体までの距離と中空モータの回転角で得られる反射物体の方位角とから反射物体の位置情報を算出し、反射物体の位置情報から、一定距離にある複数の反射物体の位置を連結し、複数の反射物体の連結状態から、障害物が歩行者であるか車両であるを確実に判別することができる。
【００２９】
さらに、送受信部は、レーザ光線又はマイクロ波やミリ波やサブミリ波のいずれかを放射ビームとして出射することにより、設置環境に応じて任意の放射ビームを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の踏切障害物検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】踏切に設置した踏切障害物検知装置の配置を示す平面図である。
【図３】踏切障害物検知装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】下部反射体の首振り機構の構成図である。
【図５】障害物の重なり処理を示す処理説明図である。
【図６】障害物の位置情報を示す模式図である。
【図７】障害物の位置ターゲットの連結処理を示す模式図である。
【図８】歩行者と車両の判別処理を示す模式図である。
【図９】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
１；踏切障害物検知装置、２；送受信部、３；距離計測部、
４；センサ部、５；走査機構部、６；中央処理部、７；演算処理部、
８；電源部、９；列車、１１；踏切道、１２；障害物、
１３；中空モータ、１４；反射部、１５；固定子、１６；回転子、
１８；開口部、１９、ホルダー、２０；下部反射体、２１；上部反射体、
２２；標準反射体。

Claims (4)

1. 走査距離計及び演算処理部を有し、
   走査距離計は、送受信部と走査機構部と距離計測部を有し、列車が走行する軌道の踏切道の一方の外側に一定高さで設置され、送受信部は放射ビームを踏切道に出射し、障害物からの反射ビームを受信し、走査機構部は中空モータと反射部を有し、中空モータは円筒状に形成され、中央部にビーム伝播経路を有し、反射部は反射面を中空モータのビーム伝搬経路側に向けて中空モータの回転子の上面に４５度の角度で上下方向に配置された２枚の反射体を有し、下側の反射体は上下方向に首振り自在とし、距離計測部は送受信部で出射した放射ビームと受信した反射ビームの位相差あるいは遅延時間又は位相差変化により障害物までの距離を算出し、
   演算処理部は、距離計測部で算出した障害物までの距離と中空モータの回転角で得られる障害物の方位角とから障害物の位置情報を算出し、算出した位置情報から障害物が踏切道に存在するか否かを判別し、踏切装置から検知開始信号が入力されると障害物の有無に応じた信号を踏切装置に出力することを特徴とする踏切障害物検知装置。
2. 前記走査距離計の距離計測部は、障害物までの距離と方位角を、あらかじめ一定位置に設けられた標準反射体からの反射ビームで算出した距離と方位角を使用して補正する請求項１記載の踏切障害物検知装置。
3. 前記走査機構部の中空モータは、あらかじめ定めた一定角度ごとにステップ回転し、送受信部は一定周期ごとに一定パルス幅の放射ビームを出射し、処理部は、距離計測部で算出した反射物体までの距離と中空モータの回転角で得られる反射物体の方位角とから反射物体の位置情報を算出し、反射物体の位置情報から、一定距離にある複数の反射物体の位置を連結し、複数の反射物体の連結状態から、反射物体を構成する障害物が歩行者であるか車両であるかを判別する請求項１又は２記載の踏切障害物検知装置。
4. 前記送受信部は、レーザ光線又はマイクロ波やミリ波やサブミリ波のいずれかを放射ビームとして出射する請求項１乃至３のいずれかに記載の踏切障害物検知装置。

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