(57)【要約】【課題】水蒸気や砂埃等を障害物と誤判定することを低減でき、障害物の検知精度に優れた建設車両の障害物検知装置を提供する。【解決手段】建設車両に搭載される障害物検知装置であって、投射光と反射光との時間差から障害物の座標を測定可能なＴＯＦ方式の距離画像センサと、距離画像センサで測定された座標データと、反射光の反射強度とに基づいて障害物の有無を判定する制御装置と、を備える。制御装置は、反射強度が閾値Ｔ以下の場合には障害物と判定しない。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設車両に搭載される障害物検知装置であって、
投射光と反射光との時間差から障害物の座標を測定可能なＴＯＦ方式の距離画像センサと、
前記距離画像センサで測定された座標データと、前記反射光の反射強度とに基づいて障害物の有無を判定する制御装置と、
を備えることを特徴とする建設車両の障害物検知装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記反射強度が閾値以下の場合、障害物と判定しないことを特徴とする請求項１に記載の建設車両の障害物検知装置。
【請求項３】
前記閾値は、地面からの反射光の反射強度に基づく値であることを特徴とする請求項２に記載の建設車両の障害物検知装置。
【請求項４】
前記建設車両は転圧ローラであり、前記地面はアスファルト路面であることを特徴とする請求項３に記載の建設車両の障害物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設車両の障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転圧ローラにおいて、例えば縁石にぎりぎり寄せて転圧するような場合、運転者は縁石周りの転圧面を注視しながら運転するため、進行方向への注意がおろそかになりやすい。そのため、特に車両の後進時に、周囲の作業者と接触する事故が起きやすい。
【０００３】
この問題に対し、電波や超音波を利用し、一定の距離に人や物体を検知したときに警報を出す警報装置或いは自動的に車両を停止させる自動停止装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、車両に搭載される磁界発生装置と、作業者に装着されるＩＣタグと、ＩＣタグから発信された電波を検知する検知装置と、検知装置が電波を検知したときに車両を停止させるエンジン停止装置とを備える緊急停止装置が記載されている。特許文献２には、車両に搭載されるトリガー信号出力手段と、作業者に装着されるＩＤタグと、ＩＤタグが出力したＩＤ番号を受信する受信部と、受信部がＩＤ番号を受信したときに車両を停止させる停止手段とを備える停止システムが記載されている。特許文献３には、超音波式の障害物検知装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５３５５８号公報
【特許文献２】特開２０１７−１０４８３号公報
【特許文献３】特開２００６−１７４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２の技術は、タグを作業者に装着させる必要があることから、作業者が多人数の場合にコストが嵩みやすいという問題があり、作業者がタグを装着し忘れるという事態も起き得る。
【０００６】
また、施工現場が霧や雨だったり、水蒸気や砂埃等が浮遊していると、これらも障害物と認識するおそれがあり、何ら障害のおそれがないにもかかわらず頻繁に警報が鳴ったり車両が停止するという問題が生じる。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、水蒸気や砂埃等を障害物と誤判定することを低減でき、障害物の検知精度に優れた建設車両の障害物検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、建設車両に搭載される障害物検知装置であって、投射光と反射光との時間差から障害物の座標を測定可能なＴＯＦ方式の距離画像センサと、前記距離画像センサで測定された座標データと、前記反射光の反射強度とに基づいて障害物の有無を判定する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ＴＯＦ方式の距離画像センサを用いることにより、障害物の検知精度を高めることができる。作業員にタグを装着させる必要もない。また、水蒸気や砂埃からの反射光の反射強度は、固形物からの反射光の反射強度に比して低いという特性がある。したがって、距離画像センサで測定された座標データと、反射光の反射強度とに基づいて障害物の有無を判定する制御装置を備えることにより、空中に浮遊する水蒸気や砂埃等の微粒物を障害物と誤判定することを低減できる。
【００１０】
また、本発明は、前記制御装置は、前記反射強度が閾値以下の場合、障害物と判定しないことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、閾値を適切な値に設定することで、微粒物を障害物と誤判定することを簡単な構成で低減できる。
【００１２】
また、本発明は、前記閾値は、地面からの反射光の反射強度に基づく値であることを特徴とする。
【００１３】
微粒物からの反射光の反射強度は、地面からの反射光の反射強度とほぼ同じかそれ以下が殆どなので、閾値を地面からの反射光の反射強度に基づく値とすることで、微粒物を障害物と誤判定することを一層低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水蒸気や砂埃等を障害物と誤判定することを低減でき、障害物の検知精度に優れた障害物検知装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】タイヤローラに装着した障害物検知装置の検知範囲を示す説明図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図、側面図である。
【図２】（ａ）は、障害物が存在しない場合の検知範囲を示す側面図、（ｂ）はｘ−ｚに関するグラフおよびｘ−反射強度に関するグラフである。
【図３】（ａ）は、障害物が存在する場合の検知範囲を示す側面図、（ｂ）はｘ−ｚに関するグラフおよびｘ−反射強度に関するグラフである。
【図４】（ａ）は、微粒物が存在する場合の検知範囲を示す側面図、（ｂ）はｘ−ｚに関するグラフおよびｘ−反射強度に関するグラフである。
【図５】障害物検知装置の実験例を示す斜視図である。
【図６】図５の実験例で測定したｘ−反射強度に関するグラフであり、（ａ）は反射強度の補正前のデータ、（ｂ）は反射強度の補正後のデータに関する。
【図７】図５の実験例で測定したｘ−ｚに関するグラフであり、（ａ）は反射強度の補正前のデータ、（ｂ）は反射強度の補正後のデータに関する。
【図８】図５の実験例で測定したｙ−ｚに関するグラフであり、（ａ）は反射強度の補正前のデータ、（ｂ）は反射強度の補正後のデータに関する。
【図９】図５の実験例で測定したｙ−ｘに関するグラフであり、（ａ）は反射強度の補正前のデータ、（ｂ）は反射強度の補正後のデータに関する。
【図１０】本発明に係る障害物の判定フローの一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１において、本発明の障害物検知装置１は、低速走行しながら作業を行う転圧ローラ等の建設車両に搭載される。図１は、タイヤ１１でアスファルト路面等の転圧を行うタイヤローラ１０に障害物検知装置１を搭載した場合を示している。障害物検知装置１は、投射光と反射光との時間差から障害物Ｇの座標を測定可能なＴＯＦ(Time Of Flight)方式の距離画像センサ（３Ｄ距離センサ）２と、制御装置３と、を備えている。
【００１７】
「距離画像センサ２」
距離画像センサ２は、赤外線等の投射光を発光する発光部と、投射光が物体に当たった際の反射光を受光する受光部とを備えている。発光部から赤外線を送ってから反射光を受光部で受信するまでの時間を計測することで、対象の位置座標を測定でき、対称までの距離を測定できる。距離画像センサ２からの投射角度は、例えば横方向角度が９５°、縦方向角度（図１（ｂ）に示す符号θ１）が３２°であり、投射断面が横長矩形状を呈している。画像分解能は、例えば横方向に６４ピクセル、縦方向に１６ピクセルの計１０２４ピクセルである。距離画像センサ２は、タイヤローラ１０の後部の車幅方向中央部に、投射光が後進方向斜め下に投射されるように取り付けられている。
【００１８】
障害物Ｇの検知範囲に関して、投射光の投射範囲をそのまま検知範囲に設定すると、つまり車幅方向の寸法Ｗをタイヤローラ１０の車幅寸法よりも広く設定すると、衝突のおそれがないにもかかわらず障害物Ｇがあると認識されて、車両が無駄に停止することになる。そのため、車幅方向に関する検知範囲（図１に斜線にて示す）４の寸法Ｗは、タイヤローラ１０の車幅寸法と略同じに設定することが好ましい。距離画像センサ２は、障害物Ｇまでの距離を測定できるため、各ピクセル毎の測定データから、具体的には後述するｙデータから、車幅寸法に設定した検知範囲４に障害物Ｇが存在するか否かを制御装置３で判定できる。このように距離画像センサ２を用いることにより、検知範囲４の寸法Ｗを車両前後方向にわたって一定に確保できる。つまり、検知範囲４を、図１（ａ）に示すように平面視で、１辺を寸法Ｗとした略矩形状の範囲に容易に設定することができる。検知範囲４の車両前後方向の寸法Ｌ２は、常用される走行速度に応じて適宜に設定され、本実施形態では例えば３メートル程度に設定される。
【００１９】
また、距離画像センサ２の投射光が後進方向斜め下に投射されるので、平面視したときの投射光の横方向角度θ２は、９５°よりも一層大きな範囲となる。したがって、タイヤローラ１０の後部両端と検知範囲４との間に形成される非検知範囲５，５について、その車両前後方向の距離Ｌ３を小さく抑えることができる。つまり、車両後部の両脇に形成される非検知の死角を小さくできる。
【００２０】
「制御装置３」
制御装置３は、距離画像センサ２で測定された座標データと、反射光の反射強度とに基づいて障害物Ｇの有無を判定する。図１において、制御装置３は、例えば距離画像センサ２の近傍や運転席周りに搭載されている。制御装置３は、距離画像センサ２で測定された各ピクセルの測定データから、それぞれ、車両の後端からの後進方向成分をｘデータ、車幅中央からの車幅方向成分をｙデータ、地面からの高さ方向成分をｚデータとした座標データを算出する。
【００２１】
距離画像センサ２で検知可能な物体としては、走行の障害となる人や物の他に、水蒸気や砂埃が挙げられる。転圧ローラでのアスファルト路面の転圧施工では、タイヤ等の転圧輪にアスファルト合材が付着するのを防止するために、転圧輪にアスファルト付着防止剤や水等を散布しながら転圧することが多い。これらの液剤は、高温のアスファルト路面やタイヤ表面に触れることで水蒸気を発生させることがある。また、土質の地盤の締固め施工においては、地盤から砂埃が舞い上がることがある。これら水蒸気や砂埃まで障害物と判定することは作業効率の点から好ましくない。
【００２２】
この問題に対し、本発明者は反射光の反射強度に着目し、反射強度の補正機能を付加することで障害物Ｇの判定精度を向上させることとした。反射光の反射強度は、物体の距離、形状、材質、色調等によって異なり、水蒸気や砂埃に対しては、人や固形物体に比して反射強度が低くなる。本発明者は、特に地面からの反射光に着目して以下のように解析した。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、距離画像センサ２の測定範囲内に障害物が存在しない場合、測定される座標データは全て地面に関するものとなる。この場合、図２（ｂ）に示すように、ｘ−ｚの関係を示すグラフＳ１は、全てのｘデータにわたって、ｚデータ、すなわち高さ方向成分が０となり、障害物が存在しないことが判る。一方、反射光の反射強度は、測定点と距離画像センサ２との距離が大きくなるほど低くなる傾向にある。したがって、ｘ−反射強度の関係を示すグラフＰ１は、ｘデータが大きくなるほど、つまり車両から離れるにしたがい、地面からの反射光の反射強度は低くなる。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、距離画像センサ２の測定範囲内に障害物Ｇが存在する場合、図３（ｂ）に示すように、ｘ−ｚの関係を示すグラフＳ２は、障害物Ｇの測定点に応じてｚデータが変化する。これにより障害物Ｇが存在することが判る。ｘ−反射強度の関係を示すグラフＰ２は、障害物Ｇの色調にもよるが、障害物Ｇからの反射光の反射強度については、概ね本来の地面からの反射強度よりも高い値を示す。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、距離画像センサ２の測定範囲内に水蒸気や砂埃等の微粒物Ｆが浮遊している場合、図４（ｂ）に示すように、ｘ−ｚの関係は、概ねランダムに散らばったプロットＳ３として表される。このプロットＳ３の分布状態によっては、水蒸気や砂埃等も障害物と判定されるおそれがある。一方、ｘ−反射強度の関係については、水蒸気や砂埃からの反射光の反射強度は低いため、グラフＰ３は、図２（ｂ）のグラフＰ１と同程度か、グラフＰ１よりも反射強度が低い傾向になることが判った。したがって、図２（ｂ）のグラフＰ１の反射強度、すなわち地面からの反射光の反射強度を閾値Ｔとし、物体からの反射光の反射強度が閾値Ｔ以下の場合、制御装置３が、その物体は浮遊する微粒物Ｆであるとみなして障害物Ｇと判定しないようにすれば、障害物Ｇの判定精度を向上させることができる。
【００２６】
閾値Ｔとしては、シミュレーション等で予め求めた一定値からなる固定値パターンと、実際の施工運転中で得られる地面からの反射光の反射強度をリアルタイムで演算し、その演算結果に基づいて求める変動値パターンとが挙げられる。後者の変動値パターンの場合、実際に転圧する路面の材質や色調に基づいて閾値Ｔがリアルタイムで変動して決定されるので、閾値Ｔの精度が高くなり、水蒸気や砂埃等を障害物Ｇから除外するキャンセル機能の精度を一層高めることができるため、結果として障害物の検知精度を高めることができる。また、固定値パターンと変動値パターンとをオペレータが手動で切り換えるように構成してもよいし、固定値パターンと変動値パターンとを制御装置３に自動で判断させて切り換えるようにしてもよい。
【００２７】
本発明者は、実験例として図５に示すように、加湿器２１から噴き出す水蒸気６、机７、人物８、地面９に対して距離画像センサ２で測定を行った。図６〜図９はその測定データを示す。図６はｘ−反射強度に関するグラフであり、図６（ａ）は、反射強度について何ら補正していない状態を示しており、点線で囲った部分が地面９の測定データを示している。この地面９の測定データを閾値Ｔとし、閾値Ｔよりも高い反射強度の測定データのみを表したグラフが図６（ｂ）である。閾値Ｔは、測定データの最小二乗法などで求めた値に標準偏差σを加味した値とし、標準偏差σは１．５σ〜３σに設定することが好ましい。
【００２８】
図７、図８、図９はそれぞれｘ−ｚ、ｙ−ｚ、ｙ−ｘに関するグラフである。これらの図で、各（ａ）は反射強度について補正していない場合のグラフであり、各（ｂ）は反射強度について閾値Ｔで補正した場合のグラフを示す。補正前の図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）では、いずれも水蒸気６、机７、人物８、地面９の測定データが表示されているのに対し、閾値Ｔによる補正後の図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）では、机７と人物８の測定データのみが表示され、水蒸気６と地面９の測定データはキャンセルされていることが判る。勿論、建設車両で検知対象とすべき障害物は、机７や人物８等、ある程度高さのある物体であることから、閾値Ｔによる補正で地面９の測定データがキャンセルされても何ら問題はない。
【００２９】
障害物の判定フローの一例を図１０に示す。制御装置３は、距離画像センサ２で測定された各ピクセルの測定データからそれぞれｘデータ、ｙデータ、ｚデータを算出し（ステップＳ１）、検知範囲４の寸法Ｗに対して、ｙデータが、−Ｗ／２〜Ｗ／２の範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。Ｙｅｓの場合、検知範囲４内に障害物Ｇが存在するおそれがあるとしてステップＳ３に進み、Ｎｏの場合、ステップＳ１に戻る。
【００３０】
ステップＳ３において、制御装置３は、各ピクセルの測定データの反射強度が閾値Ｔよりも高いか否かの判定を行い、Ｙｅｓの場合、ステップＳ４に進み、Ｎｏの場合、ステップＳ１に戻る。ステップＳ４において、制御装置３は、ｘデータおよびｚデータを基に障害物の有無を判定する。
【００３１】
以上のように、距離画像センサ２で測定された座標データと、反射光の反射強度とに基づいて障害物Ｇの有無を判定する制御装置３を備える構成とすれば、空中に浮遊する水蒸気や砂埃等の微粒物Ｆを障害物Ｇと誤判定することが低減される。これにより、無駄な障害物検知を抑制できる。
【００３２】
また、制御装置３は、反射強度が閾値Ｔ以下の場合、障害物Ｇと判定しない構成にすれば、閾値Ｔを適切な値に設定することで、微粒物Ｆを障害物Ｇと誤判定することを簡単な構成で低減できる。
【００３３】
微粒物Ｆからの反射光の反射強度は、地面からの反射光の反射強度とほぼ同じかそれ以下が殆どなので、閾値Ｔを地面からの反射光の反射強度に基づく値とすることで、微粒物Ｆを障害物Ｇと誤判定することを一層低減できる。
地面の凹凸等も反射強度の補正により誤判定を阻止できるので、別途にｚデータの選別により障害物の有無を判定する必要もない。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。説明した形態では、距離画像センサ２を車両後部に取り付けたが、距離画像センサ２を車両前部に取り付けて車両の前進方向を検知するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１      障害物検知装置
２      距離画像センサ
３      制御装置
４      検知範囲
５      非検知範囲
１０      タイヤローラ（建設車両）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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