(57)【要約】【課題】簡単な構成で高感度に移動体を検出できる移動体検知センサーを提供する。【解決手段】移動体検知センサー１０は、基準信号を２つの信号として分配する分配器１２と、分配器１２によって分配された基準信号のうちの一方をケーブル１３経由で受信し、レベル調整手段１４と周期的に位相を変化させる移相器１５とを含む。分配器１２で分配された基準信号の他方は、外部の検出空間へ向けて放射される。予め、検出空間に移動体が存在せず、周囲環境が変化しない状態で分配された２つの信号が打ち消し合って周期的に形成される最小レベル信号を受信レベル検出器１７が定常信号パターンとして得られるようにレベル調整手段１４と移相器１５をコンピュータ２２で調整し、外部の検出空間への移動体の侵入によって一時的に生じる反射信号とケーブル経由の基準信号が合成器１６で合成された外乱パターン信号を定常信号パターンとコンピュータ２２が比較して、検出空間に侵入した移動体を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号を発生する基準信号発生部と、
前記基準信号を２つの信号として分配する分配器と、
前記分配器によって分配された基準信号のうちの一方を、外部の検出空間へ向けて放射する送信アンテナと、
前記送信アンテナから離れた位置に置かれ、前記送信アンテナから送信され、前記検出空間を通過した基準信号を受信する受信アンテナと、
前記分配器で分配された前記基準信号の他方の位相を周期的に変化させる移相器と、
前記移相器に接続され、前記受信アンテナで受信した前記検出空間を通過した基準信号のレベルに減衰させるレベル調整手段と、
前記受信アンテナで受信した、前記検出空間を通過した基準信号と、前記移相器とレベル調整手段を経由した信号とを合成する合成器と、
前記合成器で合成された信号のレベルを検出する検出手段、を含み、
前記移相器と前記レベル調整手段は、前記検出空間に移動体が存在せず、周囲環境が変化しない状態で、前記合成器での合成信号が信号同士の位相が相対的に逆相時に打ち消し合って最小となり、前記検出手段で最小レベルを意味するディップを有する波形を周期的に検出するように調整され、
前記ディップを有する波形は、前記検出空間に移動体が存在しないときの定常状態検出波形として繰り返し観測され、
前記検出空間へ侵入した外部の移動体によって前記検出空間へ放射された信号は位相およびレベルの変化を受けて前記受信アンテナで受信され、前記移相器と前記レベル調整手段を経由した前記基準信号と前記合成器で合成され、前記検出手段で検出される信号の位相およびレベルは、外部移動体の影響を受けて、ディップのレベルや位相が前記定常状態検出波形から変化し、前記検出手段で検出した、変化した波形と前記定常状態検出波形との比較に基づいて、前記検出空間に侵入した移動体を検出する、移動体検知センサー。
【請求項２】
前記受信アンテナは、移動体の進行方向や空間を縦断する方向に複数設けられる、請求項１に記載の移動体検知センサー。
【請求項３】
前記アンテナは、移動体が移動する道路を構成する縁石に設けられる、請求項１または２に記載の移動体検知センサー。
【請求項４】
前記検出手段で検出した、変化した波形と前記定常状態検出波形との比較に基づいて、移動体の種類を判別する、請求項１〜３のいずれかに記載の移動体検知センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動体の移動を検出する移動体検知センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、歩行者や自転車等の移動体を検出する検知センサーが開発されている。そのようなセンサーの一例が、たとえば、ネット上でエコカウンタ（「非特許文献１」）として公開されている。
【０００３】
特許文献１によれば、エコカウンターは移動体の通行が多い道路で移動体専用レーン等に設置されている。ここでは、人体から放射された熱を検知するパイロセンサや、自転車のホイールによって生じた磁気信号を解析して移動体の通行数をカウントしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】エコカウンター（http：//www.eco-counter.com/）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の移動体を検出するセンサーは、上記のように構成されていた。しかしながら、このようなセンサーにおいては、移動体専用レーンに設ける必要があった。また、このようなセンサーでは、一般的には、検出用のコイル等を道路に埋め込むことが考えられる。しかしながら、このために、道路を掘り起こすのは手間や費用がかかってメリットが無い。
【０００６】
この発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で安価に移動体を検出できる移動体検知センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る移動体検知センサーは、基準信号を発生する基準信号発生部と、基準信号を２つの信号として分配する分配器と、分配器によって分配された基準信号のうちの一方を、外部の検出空間へ向けて放射する送信アンテナと、送信アンテナから離れた位置に置かれ、送信アンテナから送信され、検出空間を通過した基準信号を受信する受信アンテナと、分配器で分配された基準信号の他方の位相を周期的に変化させる移相器と、移相器に接続され、受信アンテナで受信した検出空間を通過した基準信号のレベルに減衰させるレベル調整手段と、受信アンテナで受信した、検出空間を通過した基準信号と、移相器とレベル調整手段を経由した信号とを合成する合成器と、合成器で合成された信号のレベルを検出する検出手段、を含み、移相器とレベル調整手段は、検出空間に移動体が存在せず、周囲環境が変化しない状態で、合成器での合成信号が信号同士の位相が相対的に逆相時に打ち消し合って最小となり、検出手段で最小レベルを意味するディップを有する波形を周期的に検出するように調整され、ディップを有する波形は、検出空間に移動体が存在しないときの定常状態検出波形として繰り返し観測され、検出空間へ侵入した外部の移動体によって検出空間へ放射された信号は位相およびレベルの変化を受けて受信アンテナで受信され、移相器とレベル調整手段を経由した基準信号と合成器で合成され、検出手段で検出される信号の位相およびレベルは、外部の移動体影響を受けて、ディップのレベルや位相が定常状態検出波形から変化し、検出手段で検出した、変化した波形と定常状態検出波形との比較に基づいて、検出空間に侵入した移動体を検出する。
【０００８】
好ましくは、受信アンテナは、移動体の進行方向や空間を縦断する方向に複数設けられる。
【０００９】
さらに好ましくは、受信アンテナは、移動体が移動する道路を構成する縁石に設けられる。
【００１０】
検出手段で検出した、変化した波形と定常状態検出波形との比較に基づいて、移動体の種類を判別してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
検出空間へ侵入した外部の移動体によって検出空間へ放射された信号は位相およびレベルの変化を受けて受信アンテナで受信され、移相器と前記レベル調整手段を経由した基準信号と合成器で合成され、検出手段で検出される信号の位相およびレベルは、外部移動体の影響を受けて、ディップのレベルや位相が前記定常状態検出波形から変化し、検出手段で検出した、変化した波形と定常状態検出波形との比較に基づいて、検出空間に侵入した移動体を検出する。
【００１２】
その結果、高感度、簡単な構成、高感度に多様な種類の移動体を多方向に検出可能な移動体検知センサーを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の原理を説明するブロック図である。
【図２】この発明の一実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図３】深く減衰したディップする点の具体的な波形を示す図である。
【図４】計測部で計測された波形を示す図である。
【図５】移動体検知センサーの設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明に係る移動体検知センサーの一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１を参照して、この発明の基本的構成について説明する。図１は、この発明の基本的構成を説明するブロック図である。
【００１６】
この発明の移動体検知センサー１０の基本構成である移動体検出部１０は、基準信号を作成する基準信号発生部１１と、基準信号発生部１１で作成された信号を２つの経路に分割する分配器１２と、分配器１２にケーブル１３を介して接続されたレベル調整手段１４、移相器１５、および、合成器１６と、合成器１６に接続された受信レベル検出器１７と、分配器１２に接続され、分割された基準信号を外部に出力する送信アンテナ１８と、合成器１６に接続され、外部からの信号を受信する受信アンテナ１９と、を含み、これらで移動体検出部１０を構成する。
【００１７】
分配器１２で分配された一方の信号は、ケーブルによってレベル調整手段１４に送られ、そこでレベルを調整して移相器１５に送られ、そこで、所定時間で所定の位相を変化させた信号を準備し、合成器１６に出力される。
【００１８】
分配器１２で分配された他方の信号は、そのまま送信アンテナ１８から検出空間に出力される。送信アンテナ１８から出力された基準信号は、歩行者や自転車のような移動体３０で反射されて振幅や位相が変調されて受信アンテナ１９に入力される。
【００１９】
この実施の形態では、まず、移動体を検出するための前提となる、検出空間に移動体が存在しない状態で、送信アンテナからの直接波と周囲環境からの建物等からの反射信号のみの場合の信号を準備する。この準備方法については、後に説明する。
【００２０】
後に説明するような、１回の位相掃引でその時間範囲では受信アンテナ１９周辺に何もない状態で、深く減衰する点（ディップ）が常時生じるようにレベル調整手段１４および移相器１５で調整する。このディップは、２つの経路の信号がほぼ同じレベルで移相器１５の逆位相のタイミングで信号同士が打ち消し合ったことを示す。
【００２１】
ここでは、理解の容易のために、具体的な波形で説明する。図３は、この状態を示す波形である。例えば、検出空間に移動体が存在しない状態では、実線５２で示すようなディップのデータが得られる。横軸は位相で縦軸は検出器の信号で、指数スケールレベルで表されている。縦軸の一番上の−１０を信号強度１とすると、５目盛り下の−６０は１０万分の１に相当する。波形の高レベル部とディップの位置のレベルの比は１００００以上の比となる。本来は、回路ノイズや空間ノイズのためにここに示すような明確なディップは生じない場合もあるが、ノイズも考慮した場合の波形のデータは、ノイズの影響で点線５２のように少し上に移動することが計算される。通常回路のノイズの影響はセンサーとして必要なレベルより低くなるように設計されなければならない。
【００２２】
この状態で、検出空間に移動体３０が侵入して、雑音レベルより高い移動体の反射による信号が生じると、受信アンテナ１９に入力され合成器１６で合成され、レベルおよび位相関係が変化し、ディップを表す信号が時間方向にずれて小さくなったり（信号５３で表す）、時間方向にずれることなくレベルが上がり（信号５４で表す)、ディップの位置が変化するので移動体が侵入したことが検出できる。なお、信号５１はノイズの無い空間での波形を示す。
【００２３】
次に、この実施の形態に係る移動体検知センサーについて説明する。図２は、この実施の形態に係る移動体検知センサーの全体構成を示すブロック図である。図２を参照して、移動体検知センサー２０は、上記した移動体検出部１０を２組含む。
【００２４】
具体的には、移動体検知センサー２０は、移動体検知センサー２０全体を制御する制御部２１と、第１の移動体検出部１０ａと第２の移動体検出部１０ｂとを含む。
【００２５】
第１経路と第２経路は全く同じ仕組みであり、受信アンテナ１９ａおよび１９ｂが、送信アンテナ１８に対して移動体３０の移動方向の前側か後側かの位置関係のみが異なる。基準信号発生部１１と送信アンテナ１８は共通で分配器１２の分配数を増大させた形である。
【００２６】
図２を参照して、制御部２１は、コンピュータ（ＰＣ）２２と、コンピュータ２２に接続された計測部２３と、計測部２３に接続されたコントローラ２４と、コントローラ２４に接続された移相器制御信号発生器２５と、コントローラ２４に接続され、基準信号を出力する発信部１１と分配器１２と、分配器１２に接続された送信アンテナ１８と、を含む。
【００２７】
第１の移動体検出部１０ａは、分配器１２にケーブルを介して接続された、第１レベル調整手段１４ａ、第１移相器１５ａ、第１合成器１６ａと、第１合成器１６ａに接続された、第１受信アンテナ１９ａと、第１受信レベル検出器１７ａと、を含む。
【００２８】
第２の移動体検出部１０ｂは、分配器１２にケーブルを介して接続された、第２レベル調整手段１４ｂ、第２移相器１５ｂ、第２合成器１６ｂと、第２合成器１６ｂに接続された、第２受信アンテナ１９ｂと、第２受信レベル検出器１７ｂと、を含む。
【００２９】
移相器１５ａ，１５ｂは、可変範囲１８０度以上の半固定移相器と、移相器制御信号発生器２５からの信号を受けて１８０度以上変化する２種類の移相器でほぼ３６０度以上に位相が変化する仕組みとなっている。レベル調整手段１４ａ，１４ｂで受信アンテナ１９ａ，１９ｂで受信された信号とほぼ同じレベルに調整され、移相器制御信号発生器２５の時間変化範囲で必ず位相が逆相となり、その時、二つの信号が相殺してそのレベルを打消し合う。例えば、移相器制御信号は三角波や鋸波のような時間で電圧が変化する信号で−９０度から＋９０度、＋９０度から−９０度度に折り返して変化する。このディップを含むレベル変化の信号は水平軸＝位相の位置＝時間の位置として扱う(図４参照)。
【００３０】
なお、この波形を得る計算論理は、次の通りである。送信アンテナ１８と受信アンテナ１９から移動体が無限遠にある場合の受信アンテナ１９の空中伝播信号と、その信号にバランスし、相殺して０とするため位相を時間的に変化させた基準信号と、を合成する。合成値は２倍から０までの変化を周期的に繰り返す。レベルは対数で扱い、合成値２倍は＋６ｄＢで、相殺点０の減衰点は理論上では−∞ｄＢで、検出感度限界あるいはノイズレベルである。この状態に移動体が近くに侵入した時に移動体からの反射信号が加えられる。移動体が反射する信号の強さは移動体の反射信号の反射減衰量と信号経路の距離の２乗による減衰量と波長と距離の比に関係する位相の移相量が影響する。
【００３１】
移動体が無限遠にある場合に、合成器１６ａ，１６ｂは、外部の検出空間を経由した信号を受信し、分配器１２で分配された基準信号の他方は検出空間を経由して受信された信号と(０〜１８０)±９０度以上の位相に移相し、ほぼ同等のレベルに減衰された信号とを、合成器１６ａ，１６ｂで合成した信号のレベルを検出し、ある位相の時点でレベルが減衰する上記したディップを有する波形として出力する。この波形を定常状態のデータ（定常状態検出波形）と、コンピュータ２２に搭載される判断システムに理解させる。これを理解しているコンピュータ２２は無限遠から外部空間近傍への移動体の侵入により空間を伝送する基準信号の一部が反射され、先の空間を経由してくる信号のわずかなレベルや位相が乱され、合成器１６ａ，１６ｂで合成された信号の波形のディップのレベルや位置が乱された波形のデータを得るので、移動体が侵入したことを検出することができる。波形は反射信号の大きさで変化を受けるレベルが異なることが容易に理解される。ディップにあたる部分だけの波形の変化は、ノイズで常に微小におこる変化であるが、少しでも変化するレベルが上がることで移動体の接近が推測される。レベルの高い部分での変化は反射信号が強いことを意味する。
【００３２】
受信アンテナ１９ａは送信アンテナ１８から見て左側の信号を受信する。受信アンテナ１９ｂは右側の信号を受信する。これは、自転車のような移動体３０が左から右に移動したとすれば受信アンテナ１９ａ→送信アンテナ１８→受信アンテナ１９ｂの前を通過して行く。受信アンテナ１９ａで発信機１１の基準信号をこれら送信アンテナ１８、受信アンテナ１９ａ，１９ｂに３分配した出力の信号が送信アンテナ１８から発信され、空間を経由した基準信号の一部が受信される。また、その信号と同時に発信器１１の信号は分配され、レベル調整手段１４a、移相器１５ａを経由して、合成器１６ａで受信アンテナ１９ａが受信した信号と合成され、受信レベル検出器１７ａに入力される。なお、右側についても同様である。
【００３３】
自転車のような移動体が左の遠方から侵入してきたときに自転車が電波を反射して通常の状態を変化させることになる。この変化は合成信号の位相とレベル変化となり、通常の状態で作られていたディップが左右に揺れたり、ディップが浅くなり、また、ディップが深くなったりする。この変化は同様に右側の受信アンテナでも遅れて起こり、左から右へと変化が伝わるように観測される。自転車が逆に移動した場合は右から左への変化となる。
【００３４】
次に、計測部２３で計測した波形について説明する。図４は、実際に計測された波形を示す図であり、横軸が時間で、縦軸が振幅を示し、基本的に図３と同じ内容を示す図である。図において、中央の枠４０で囲まれる範囲が１回の位相掃引範囲で、その時間範囲は０度〜１８０度の位相に対応する。これ以外の範囲は、同一の折り返し信号である。このように表示されるのは移相器制御信号発生器２５の出力信号が三角波のためである。三角波の上り時間帯と下り時間帯の違いのためである。信号としてどちらかの信号または両方を採用してもよい。のこぎり波の場合は緩やかな傾きの波形部分を使い、波形周期を全体として短くできる。
【００３５】
ここでは、第１の移動体検出部１０ａで受信した信号４１と第２の移動体検出部１０ｂで受信した信号４２が表示されている。
【００３６】
次に、検出動作について説明する。枠４０内の計測範囲（第１の移動体検出部１０ａと第２の移動体検出部１０ｂで囲まれた範囲）に人や自転車などの移動体が侵入すると、ディップが左右に移動したり浅くなったりする。計測範囲に移動体や人が侵入する順番で２つの合成信号４１と４２が交互に反応する。この反応をデータとしてコンピュータ２１で判別し、移動体や人を判別する。
【００３７】
なお、具体的には、電気的物性の違う移動体や人が侵入するときの信号の波形を学習して移動体、人、あるいはその両方を区別する。移動体による波形の変化の仕方をビッグデータとして集積し、移動体の構成要素により変化の違いをディープラーニングにより学習し、人、自転車などの判別、複数通過、速度などの推定が可能になる。
【００３８】
この位相の掃引の繰り返しは、移動体検知センサー１０の検出空間を移動体が通過する間に数回以上が繰り返されるのが好ましい。数十ミリ秒で繰り返すことで高速移動の移動体が移動体検知センサー１０の検出空間に入り、反射波のレベル変化と距離の変化による位相の変化がよりバランスをかき乱すことが検出できるためである。
【００３９】
なお、一回の１８０度の位相変化に対するレベルの変化を繰り返して観測している。図３に相当する移相した結果のレベル変化の情報を自転車などが通過するときにどれだけ多く観測できるかで結果が変わる。自転車の通過があまり早いと、一回の変化の中に接近と離隔が同時に含まれる可能性がある。ゆっくり通過すると遠い時、最も接近したとき、離れていくときなどと変化が多く観測できる。その結果、それから速度なども観測できる。
【００４０】
次に、移動体検知センサーの具体的な装置の配置例について説明する。図５は、移動体検知センサー１０の具体的な装置の配置例の一つとして、道路の縁石内部に移動体検知センサー１０の制御部２１等の要素を設ける場合の模式図である。図５（Ａ）は、３つの縁石６１〜６３を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）において、車道５６と歩道５７とが分離されている。なお、ここで、縁石の寸法は、標準規格の長さ×幅×高さが、０．６ｍ×０．２ｍ×０．２ｍで進行方向に長さ０．６ｍを連続して配置して設けるのが好ましい。
【００４１】
縁石６１には要素５８ａが、縁石６２には要素５９が、縁石６３には要素５８ｂが収容される。ここで、要素５８ａ、５８ｂは、それぞれ、第１の移動体検出部１０ａと第２の移動体検出部１０ｂが収容され、要素５９は制御部２１である。
【００４２】
このような構成で移動体検知センサー１０の要素５８ａ、５８ｂ、５９を設けると、道路横断での掘り返し無く、縁石を置き換えるだけで移動体の検出システム１０の要素を設置できる。
【００４３】
なお、これはあくまで、設置方法の一例であって、通路の壁の水平方向、上下の挟み込みや通路を挟んだ両側など、移動体が移動する近傍の任意の位置に任意の方法で任意の複数の方向に設置できる。また、結果を表示したり警報などへの出力としての制御部２１の要素は、内蔵してもよいが、図示の無い、監視室等に設けてもよい。制御部２１と縁石に設けられる要素との接続は、有線または無線で行われる。
【００４４】
また、ここで使用する電波の周波数は、検出する対象によって変更することが可能で、自転車の場合は、金属が殆どの車輪に干渉する１００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、好ましくは、日本の微弱信号の区切りとなる３２０ＭＨｚ以下が妥当である。また、複数の周波数を同時に構成が可能で移動体の対象に応じて増設が可能である。また、送信周波数が単一周波数であるため信号検出帯域幅を位相変化速度程度まで狭くできるので非常に感度を上げることが可能である。本システムは信号の位相の制御が可能な媒体、あらゆる周波数帯の電波、磁界、電界もしくは音響波の利用が可能である。
【００４５】
上記実施の形態では、自転車の車輪に影響する１００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの特定の周波数を空間に放射し、反射してくる電波と反射の影響をほとんど受けていない成分(直接波)の位相掃引信号との合成波がケーブル経由の信号のある位相で強く打消し合う現象を作る周波数固定位相掃引方式を用いたが、これに限らず、トラッキングジェネレータを持つ周波数掃引型受信機で、電波で空間に輻射した信号とケーブル経由の信号の強さが調整されたシステムを用いても同様なディップを得る事が出来る。なお、ここで、トラッキングジェネレータとは、受信周波数を掃引する受信周波数にまったく一致した信号を発生する発信器をいう。
【００４６】
なお、上記実施の形態では、分配器で分配された一方の信号は、ケーブルによってレベル調整手段に送られる場合について説明したが、これに限らず、周波数と位相の関係が一致すればよく、データの送受を含む任意の方法でレベル調整手段に送信してもよい。
【００４７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示する実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  移動体検出部、１１  基準信号発生部、１２  分配器、１３  ケーブル、１４  レベル調整手段、１５  移相器、１６  合成器、１７  受信レベル検出器、１８  送信アンテナ、１９  受信アンテナ、２０  移動体検知センサー、２１  制御部、２２  コンピュータ、２３  計測部、２４  コントローラ、２５  移相器制御信号発生器、３０  移動体、５８、５９  要素、６１，６２，６３  縁石。
【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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