(57)【要約】【課題】  背景磁場の変動に影響されず、かつ遠方の車両を誤検知することが防止できる車両検知装置を提供する。【解決手段】  道路下に道路の長手方向に間隔をおいて配置した複数の磁気センサ１と、これら磁気センサの出力が示す道路長手方向の磁気分布の波形的特徴から所望の車線について車両が通過したことを検知する演算装置２とを備えた。【選択図】  図１
2006065605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路下に道路の長手方向に間隔をおいて配置した複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力が示す道路長手方向の磁気分布の波形的特徴から所望の車線について車両が通過したことを検知する演算装置とを備えたことを特徴とする車両検知装置。
【請求項２】
磁気分布のピーク波形の広がりが予め定めた距離より狭ければ磁気センサに近い車線を車両が通過したと判定することを特徴とする請求項１記載の車両検知装置。
【請求項３】
ピーク波形の広がりは半値幅で表すことを特徴とする請求項１又は２記載の車両検知装置。
【請求項４】
磁気センサの配置間隔は、磁気センサの直上に位置する車両がもたらす磁気分布のピーク波形の半値幅以内であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の車両検知装置。
【請求項５】
磁気センサの配置長は、車両の１．５台分の区間の磁気分布が計測できる長さ以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の車両検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気の変化から車両の通過を検知する車両検知装置に係り、背景磁場の変動に影響されず、かつ遠方の車両を誤検知することが防止できる車両検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路上のある地点で地磁気を計測した場合、時間的に一定なある値が得られる。道路上を磁性体の塊である車両が移動する場合には、磁性体に磁気が集中するため、磁気の強度が時間的に変化する。また、磁性体が磁化している場合には、その磁化の方向と地磁気の方向が等しい場合には磁気は強め合い、互いの方向が反対の場合には磁気は弱め合うため、磁気の強度がより大きく変化する。このような磁気の変化を利用した磁界感応型の車両検知装置の文献として、例えば、特許文献１がある。
【０００３】
この文献に記載された発明では、車両が磁気センサの設置点を通過していくと、磁気センサの出力が変化する。このときの磁気センサの出力波形を捉えて車両が通過したことを検出する。２つの磁気センサが道路に沿って間隔をおいて設置されている場合、１台の車両の通過に対して２つの磁気センサから時間差のある車両検知信号が生じる。車両が通過したという事象をカウントすることで通過した車両の台数が得られ、２つの磁気センサによる車両検知信号の時間差と磁気センサの設置点間距離とから速度が得られる。このようにして、道路上を走行する車両の台数と速度とを得ることができる。
【０００４】
ここで従来の車両検知装置の構成を図４に、その手順を図５に、信号波形を図６に示す。この手順によると、まず、ステップ５１では、磁気センサ４１の出力値をＡＤ変換器４２でＡＤ変換して読み取り、ステップ５２では、演算装置４３においてその読み取り値Ｘから予め設定されたオフセット値Ｏを減算して計測量Ｙとしメモリ４４に格納し、、ステップ５３では、演算装置４３においてこの計測量Ｙを元に車両検知演算を行って車両の有無を判断し、ステップ５４でその判断値を車両検知出力部４５から外部に出力する。この手順を定期的に繰り返し実行する。
【０００５】
ここで、車両検知演算とは、計測量Ｙが予め設定した上限しきい値Ｙｕと下限しきい値Ｙｄの範囲外のとき車両有りと判断するものである。ただし、計測量Ｙがいったん下限しきい値Ｙｄの下から大きくなって上限しきい値Ｙｕの上に出る間に、上限しきい値Ｙｕと下限しきい値Ｙｄの範囲内を通る期間がある。そこで、車両検知演算では、上下限しきい値との比較による二値信号Ｚが１から０に落ちた後でも、穴埋め時間ＴＡ以内に１に戻れば、０の期間を１で穴埋めして１台分の車両有りと判断する。二値信号Ｚが１から０に落ちた後、穴埋め時間ＴＡ以上経過して１になったときは、別の車両有りと判断する。計測量Ｙが上限しきい値Ｙｕと下限しきい値Ｙｄの範囲内にとどまっている間は、二値信号Ｚが０を維持するので、車両無しと判断する。
【０００６】
読み取り値Ｘからオフセット値Ｏを減算して計測量Ｙとしているので、磁気センサ４１が配置された場所に地磁気などによる背景磁場が存在するときも、背景磁場による磁気成分、つまりオフセット値Ｏを減算することで、車両の通過のみによる計測量Ｙの変化が上下限しきい値を切るようにすることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２５２８８号公報
【特許文献２】特開２００４−４６４１７号公報
【特許文献３】特開２００３−１８７３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
地磁気の日変化や磁気嵐等の影響により、同じ場所であっても背景磁場の大きさ（以下、地磁気レベルという）が変動する。図６は、地磁気レベルが予め設定してあるオフセット値Ｏよりずれている状態を表している。計測量Ｙの波形のうち左端の部分Ａに着目するとオフセット値Ｏより上にずれた地磁気レベルＥが現れている。この地磁気レベルＥは、続く部分Ｂ，Ｃ，Ｄにも引き続き現れている。地磁気レベルＥは上限しきい値Ｙｕまでには達していない。
【０００９】
この状態で車両検知を行うと、部分Ｂにおいては、計測量Ｙの変化が上下に十分大きく出ているため、支障なく二値信号Ｚ＝１が得られ、車両有りという正しい車両検知結果が得られる。しかし、部分Ｃにおいては、車両が通過して計測量Ｙが変化したにもかかわらず、計測量Ｙが下限しきい値Ｙｄを下回らないために二値信号Ｚは０のままであり、車両検知ができない。部分Ｄにおける計測量Ｙの変化は遠方の車両によるものである。ここで、遠方の車両とは、特許文献２にあるように磁気センサを設置した車線（車両を検出したい自車線）とは異なる車線（車両を検出したくない他車線）を走行する車両のことである。部分Ｄにおける計測量Ｙの変化は自車線の車両から得られる変化に比べて小さいにもかかわらず、地磁気レベルＥが重畳しているために、計測量Ｙが上限しきい値Ｙｕを上回って、車両有りという車両検知結果が得られる。これは誤検知である。
【００１０】
背景磁場の変動による検知失敗や誤検知をなくするために、オフセット値Ｏを自動修正して地磁気レベルＥに等しくすることが望ましい。しかし、地磁気レベルＥを求める時間を長くすると短期的な背景磁場の変動に間に合わず、地磁気レベルＥを求める時間を短くすると渋滞時に車両による磁気を地磁気レベルＥとして取り込んでしまっていっそうオフセット値Ｏがずれてしまう可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、背景磁場の変動に影響されず、かつ遠方の車両を誤検知することが防止できる車両検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、道路下に道路の長手方向に間隔をおいて配置した複数の磁気センサと、これら磁気センサの出力が示す道路長手方向の磁気分布の波形的特徴から所望の車線について車両が通過したことを検知する演算装置とを備えたものである。
【００１３】
磁気分布のピーク波形の広がりが予め定めた距離より狭ければ磁気センサに近い車線を車両が通過したと判定してもよい。
【００１４】
ピーク波形の広がりは半値幅で表してもよい。
【００１５】
磁気センサの配置間隔は、磁気センサの直上に位置する車両がもたらす磁気分布のピーク波形の半値幅以内であってもよい。
【００１６】
磁気センサの配置長は、車両の１．５台分の区間の磁気分布が計測できる長さ以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）背景磁場の変動に影響されない。
【００１９】
（２）遠方の車両を誤検知することが防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
本発明に係る車両検知装置の構成を図１に、その手順を図２に、信号波形を図３に示す。
【００２２】
まず、構成から述べると、図１の車両検知装置は、道路の地中、橋梁の裏側など道路下に道路の長手方向に間隔をおいて配置した複数の磁気センサ１（＃１，＃２，…，＃ｎ）と、これら磁気センサ１の出力が示す道路長手方向の磁気分布の波形的特徴から所望の車線について車両が通過したことを検知する演算装置２とを備える。Ａ／Ｄ変換器３は各磁気センサ１の出力を所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換するものである。メモリ４は、サンプリングされた各磁気センサ１の出力データ（時系列）をサンプリングから所定時間の間、蓄えることができる。車両検知出力部５は、演算装置２の検知結果を外部に出力するものである。
【００２３】
手順は、図２のように、各磁気センサ１の出力値を読み取る（サンプリングする）ステップ２１、波形分離処理を行うステップ２２、車両計測演算を行うステップ２３、判断値（検知結果）を出力するステップ２４からなる。
【００２４】
図３は、磁気センサが設置された道路（自車線）上に１台の車両がある（走行している）ときに得られる信号波形の例を示したものであり、横軸に個々の磁気センサと道路上にある車両（車両中心、すなわち車両の前後方向の中心を基準とする）との距離（道路長手方向距離）をとり、縦軸に磁束密度（磁気センサの出力の大きさ）をとって表した道路長手方向の磁気分布である。この例では、距離０よりひとつ前方に位置する磁気センサの出力が最も大きく、これよりさらに前方に位置する磁気センサの出力は車両中心からの距離が大きいほど小さい。距離０よりひとつ後方に位置する磁気センサの出力は、距離０に位置する磁気センサの出力よりやや小さい程度であるが、その後方に位置する磁気センサの出力は、前方の十分遠い磁気センサの出力よりかなり小さい。図示しない後方の十分遠い位置に磁気センサがあれば前方の十分遠い磁気センサの出力と同程度の大きさの出力が現れると考えられるが、ここでは出力が大きいほうのピークに着目する。
【００２５】
図示のように、車両による磁気は車両の前方にある磁気センサから後方にある磁気センサにわたり、出力が単調に増加した後減少する波形を呈する。このような波形をピーク波形と呼ぶことにする。図示したピーク波形は、車両の存在により形成される磁場のほぼ中心を通るように各磁気センサが配置されているため、各磁気センサの出力の大きさが顕著に異なるピーク波形となっている。ここで、車両が各磁気センサから道路横断方向に遠いところ（例えば、他車線上）にあったとすると、車両の存在により形成される磁場の中心から外れたところを通るように各磁気センサが配置されていることになるため、各磁気センサの出力の大きさの差異は車両が自車線上に車両がある場合に比べて小さい。従って、この場合のピーク波形は、広がりが大きくなる。このことから、ピーク波形の広がりが広ければ車両は各磁気センサから道路横断方向に遠いところにあり、ピーク波形の広がりが狭ければ車両は各磁気センサから道路横断方向に近いところにあると判断できる。
【００２６】
以下、図１〜図３を参照しつつ、本発明に係る車両検知装置の動作を説明する。
【００２７】
まず、ステップ２１では、各磁気センサ１の出力値をＡＤ変換器３でＡＤ変換して読み取り、メモリ４に格納していく。ステップ２２では、演算装置２において波形分離処理を行う。波形分離処理は、シンプレックス法、ＤＦＰ（Ｄａｖｉｄｏｎ−Ｆｌｅｔｃｈｅｒ−Ｐｏｗｅｌｌ）法、最小自乗法を用いて行う。
【００２８】
さらに、ステップ２２では、演算装置２において、メモリ４に格納されている各磁気センサ１の時系列データから同じサンプリングタイムのデータを読み出して磁気分布の波形データとする。この磁気分布の波形データから磁気分布の波形的特徴を抽出する。具体的な波形的特徴のひとつとして、公知の方法で最大値を発見し、ピーク値とする。また、このピーク値を持つデータの番号（磁気センサ１の番号）を記憶する。ただし、車両が存在しなければ磁気分布の波形は平らであり、最大値と他の値（最低値、中間値あるいは平均値）との差は大きくない。そこで、最大値と他の値との差に対して適宜のしきい値を適用することにより、有意のピーク値を持つ波形（図３に示されるようなピーク波形）だけを取り出せるようにするとよい。
【００２９】
ピーク値とそのデータ番号が確定したら、ピーク波形の広がりを求める。ここでは、ピーク波形の広がりは半値幅で表すものとする。半値幅とはピーク値の半分の値のレベルでピーク波形をスライスして得られる切断線の長さである。半値幅は、ピーク値のデータ番号より小さい番号の波形データ及び大きい番号の波形データについてそれぞれピーク値Ｐの半分の値Ｐ／２を切るまでのデータ個数を調べ、それぞれのデータ個数を加え合わせ、この和に磁気センサ配置間隔を掛け合わせると得られる。図３の例では、ピーク値Ｐの半分の値Ｐ／２のレベルでピーク波形をスライスすると、約２．５ｍの半値幅が求まることが分かる。
【００３０】
ステップ３では、演算装置２において車両検知演算を行う。すなわち、前ステップ２で得られた半値幅を予め定めた基準値（ピーク波形の広がりの判断基準となる距離に相当）と比較する。半値幅が基準値より小さければ、ピーク波形の広がりは狭いということになるので、磁気センサ１に近い車線を車両が通過したと判定することができる。逆に、半値幅が基準値より大きければ、ピーク波形の広がりは広いということになるので、磁気センサ１から遠い車線を車両が通過したと判定することができる。
【００３１】
ステップ４では、その判断値を車両検知出力部５から外部に出力する。
【００３２】
以上の手順を定期的に繰り返し実行する。
【００３３】
このようにして、所定の時間帯における車両の通過台数や個々の車両の通過速度を求めることができる。
【００３４】
このように、本発明では、道路長手方向の磁気分布の波形的特徴から所望の車線について車両が通過したことを検知するようにしたので、従来のように背景磁場の変動に影響されることがない。なぜなら、各磁気センサ１における背景磁場の強さは同じであり、背景磁場に時間的に変動があってもその結果は各磁気センサ１の出力に対して均等に現れるからである。この均等な変化は図３の波形の全体が上下に移動することに相当するので、半値幅等の波形的特徴には全く影響がない。
【００３５】
また、本発明では、車両と各磁気センサとの道路横断方向の距離に応じてピーク波形の広がりが違うことを利用して車両の遠近を判断しているので、遠方の車両を誤検知することが防止できる。
【００３６】
なお、本発明では、磁気分布の波形を分析することになるので、磁気分布の分解能、すなわち磁気センサの配置密度は高い方が望ましい。しかし、あまりに多数の磁気センサを使用すると経済的に問題があるので、磁気センサの配置長（一端の磁気センサ＃１から他端の磁気センサ＃ｎまでの距離）と配置間隔（磁気センサ＃ｉから磁気センサ＃ｉ＋１までの距離）について、次のような条件があるとよい。
【００３７】
磁気センサの配置長は、少なくとも車両の１．５台分の区間の磁気分布が計測できる長さとする。また、磁気センサの配置間隔は、磁気センサの直上に位置する車両がもたらす磁気分布のピーク波形の半値幅よりも十分狭いものとする。図３の例のように、磁気センサの直上に位置する車両がもたらす磁気分布のピーク波形の半値幅を１ｍとしたとき、磁気センサの配置間隔は１０〜２０ｃｍがよく、車両１台の前後長さを５ｍと考えると、１．５台分は７．５ｍであるから、配置長は７．５ｍとなる。この結果、磁気センサは７５個〜３８個を配置することになる。
【００３８】
本発明は、磁気計測軸を増やすことにより、車両のある方向を検出することができる。
【００３９】
また、本発明は離れた場所にある磁気ピークを計測できるので、埋設送電線の電流計測に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の手順図である。
【図３】本発明により得られる磁気分布の波形図である。
【図４】従来の車両検知装置の構成図である。
【図５】従来の車両検知装置の手順図である。
【図６】従来における磁気センサの出力信号及び二値信号の時間波形図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  磁気センサ
２  演算装置
３  Ａ／Ｄ変換器
４  メモリ
５  車両検知出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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