(57)【要約】【課題】フェールセーフ性を保ちつつ、車上で踏切内の障害物を検知することができる車上型踏切障害物検知装置を提供する。【解決手段】踏切の路面に設けられ、踏切に接近する列車に備えたカメラで撮影可能に発光する面状発光手段と、列車に搭載され、面状発光手段を撮影するカメラと、列車に搭載され、カメラで撮影された面状発光手段の画像の発光画素数の最大発光画素数に対する割合に基づいてその踏切内の障害物の有無を判定する障害物検知手段とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
踏切の路面に設けられ、前記踏切に接近する列車に備えたカメラで撮影可能に発光する面状発光手段と、前記列車に搭載され、前記面状発光手段を撮影するカメラと、前記列車に搭載され、前記カメラで撮影された前記面状発光手段の画像の発光画素数の最大発光画素数に対する割合に基づいてその踏切内の障害物の有無を判定する障害物検知手段とを備えていることを特徴とする車上型踏切障害物検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車上型踏切障害物検知装置において、前記面状発光手段は、近赤外線光を放射するものであり、前記カメラは近赤外線カメラであることを特徴とする車上型踏切障害物検知装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車上型踏切障害物検知装置において、前記面状発光手段は、踏切に接近する列車方向の指向性を有して前記近赤外線光を放射するものであることを特徴とする車上型踏切障害物検知装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の車上型踏切障害物検知装置において、前記障害物検知手段は、前記カメラの出力するフレーム画像中の踏切の発光面の台形画像を真俯瞰化処理して矩形画像に変換する画像処理部と、前記矩形画像の発光画素数の最大発光画素数（矩形画像の発光が全く遮蔽されていないときの発光画素数）に対する割合を求める演算部と、演算の結果を閾値と比較して障害物の有無を判定する判定部とを有することを特徴とする車上型踏切障害物検知装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車上型踏切障害物検知装置において、前記障害物検知手段の演算部は、矩形画像の発光面積の最大発光面積（矩形画像の発光が全く遮蔽されていないときの面積）に対する割合もしくは矩形画像の遮光面積（矩形画像の発光が遮蔽されている部分の面積）の前記最大発光面積に対する割合または矩形画像の前記最大発光面積から前記遮光面積を減じた残面積の前記最大発光面積に対する割合を求めるものとし、前記判定部は、矩形画像の発光面積の最大発光面積に対する割合が閾値と等しいか閾値よりも小さいときに障害物を検知し、もしくは矩形画像の遮光面積の最大発光面積に対する割合が閾値と等しいか閾値よりも大きいときに障害物を検知し、または矩形画像の最大発光面積から遮光面積を減じた残面積の最大発光面積に対する割合が閾値と等しいか閾値よりも小さいときに障害物を検知するものであることを特徴とする車上型踏切障害物検知装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の車上型踏切障害物検知装置において、前記障害物検知手段は、列車の走行位置を検知する車両位置検知手段に接続され、前記車両位置検知手段が列車の走行位置を踏切前方所定距離にあると検知したとき、前記カメラに撮影を開始させる信号を与えることを特徴とする車上型踏切障害物検知装置。
【請求項７】
請求項６に記載の車上型踏切障害物検知装置において、前記車両位置検知手段は、列車に搭載された速度発電機の出力信号、列車に搭載されたＧＰＳ受信機の出力信号、車両に搭載されたカメラの画像信号の少なくとも一つから車両の現在位置を検出するものであることを特徴とする車上型踏切障害物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車上型踏切障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の踏切障害物検知装置は、地上設置型の踏切障害物検知装置であり、地上に設けたセンサが踏切内に物体の存在を検知する状態が一定時間以上継続した場合に、障害物が存在すると判断するものである。
【０００３】
そして、踏切障害物検知装置には、いずれも地上に設置される、検知光を発光する発光器と、検知光を反射する反射器と、反射光を受光する受光器と、受光器の出力信号を処理して物体の存否を判断する処理装置とで構成されているものがあり、検知光として赤外線ビームやレーザー光線を使用する。また、踏切障害物検知装置には、いずれも地上に設置される、電波を送出する送信機と、送信機と対面して設置され電波を受信する受信機または踏切内の物体から反射する電波を受信する受信機と、受信機の出力信号を処理して物体の存否を判断する処理装置とで構成されるものなどがある。
【０００４】
いずれの場合も、障害物を検知した情報がケーブルやリレー接点等を経由して、特殊信号発光機(以下、特発という。)等や運行管理システムを介して間接的に列車(または車両。以下、同じ。)に通報される。このため、ケーブルやリレー、特発等や運行管理システムに障害が発生したときは、列車への通報が不可能になったり、遅れたりして、踏切の安全が確保されず、システムの信頼性が低下する虞がある。
【０００５】
このような問題を解決するためには、センサを車上に設ける車上型踏切障害物検知装置を開発することが望まれる。車上型踏切障害物検知装置は特許文献１に開示されているが、この車上型踏切障害物検知装置は、踏切上を経て到来する電波を接近する列車に向けて反射する反射器を踏切の一方側に設置し、この反射器および接近する列車に向けてパルス状の電波をそれぞれ放射する送信機を踏切の他方側に設置し、この送信機から放射された直接波および反射器により反射されてきた反射波を列車に設けた受信機で受信し、受信した直接波および反射波の受信状況に基づいて踏切内の障害物の有無を列車側で判定するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】(社)日本鉄道電気技術協会  鉄道技術者のための電気概論                信号シリーズ８  踏切保安装置
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許２８４５８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の車上型踏切障害物検知装置は、地上設置物である送信機と反射器の保守が容易でなく、送信機の送信角度、反射器の反射角度が列車走行の振動や地震等によりずれ易く、送信機や反射器に障害が発生したときにも、車両の受信機での直接波又は反射波の受信ができなくなる虞がある。また、踏切内の障害物からの反射波が列車に設けた受信機で受信されることがあり得る。したがって、障害物からの反射波と反射器からの反射波を識別するための高精度な信号処理が要求される。そのため、フェールセーフを保ちつつ踏切の安全性の確保およびシステム信頼性の低下の防止を確実に行うことは困難である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、フェールセーフ性を保ちつつ、車上で踏切内の障害物を検知することができる車上型踏切障害物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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明による車上型踏切障害物検知装置は、踏切の路面に設けられ、踏切に接近する列車に備えたカメラで撮影可能に発光する面状発光手段と、列車に搭載され、面状発光手段を撮影するカメラと、列車に搭載され、カメラで撮影された面状発光手段の画像の発光画素数の最大発光画素数に対する割合に基づいてその踏切内の障害物の有無を判定する障害物検知手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
面状発光手段は、近赤外線光を放射するものであり、カメラは近赤外線カメラであることが望ましい。
【００１２】
面状発光手段は、踏切に接近する列車の方向の指向性を有して近赤外線光を放射するものであることが望ましい。
【００１３】
障害物検知手段は、カメラの出力するフレーム画像中の踏切の発光面の台形画像を真俯瞰化処理して矩形画像に変換する画像処理部と、矩形画像の発光画素数の最大発光画素数（矩形画像の発光が全く遮蔽されていないときの発光画素数）に対する割合を求める演算部と、演算の結果を閾値と比較して障害物の有無を判定する判定部とを有することを特徴としている。
【００１４】
障害物検知手段は、カメラの出力するフレーム画像データを記憶部に格納し、かつ記憶部からフレーム画像データを順次読み出して画像変換部に与える画像記録・読出し制御部を備えてもよい。
【００１５】
障害物検知手段の演算部は、矩形画像の発光面積の最大発光面積（矩形画像の発光が全く遮蔽されていないときの面積）に対する割合もしくは矩形画像の遮光面積（矩形画像の発光が遮蔽されている部分の面積）の最大発光面積に対する割合または矩形画像の最大発光面積から遮光面積を減じた残面積の最大発光面積に対する割合を求めるものとし、判定部は、矩形画像の発光面積の最大発光面積に対する割合が閾値と等しいか閾値よりも小さいときに障害物を検知し、もしくは矩形画像の遮光面積の最大発光面積に対する割合が閾値と等しいか閾値よりも大きいときに障害物を検知し、または矩形画像の最大発光面積から遮光面積を減じた残面積の最大発光面積に対する割合が閾値と等しいか閾値よりも小さいときに障害物を検知するものとすることができる。
【００１６】
障害物検知手段は、列車の走行位置を検知する車両位置検知手段に接続され、車両位置検知手段が列車の走行位置を踏切前方所定距離にあると検知したとき、カメラに撮影を開始させる信号を与えることが望ましい。
【００１７】
車両位置検知手段は、列車に搭載された速度発電機の出力信号、列車に搭載されたＧＰＳ受信機の出力信号、車両に搭載されたカメラの画像信号の少なくとも一つから車両の現在位置を検出するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、踏切の路面に面状発光手段を設けるだけでよく、発光器、受光器又は送信機と受信機などを設置する必要がない。したがって、地上設備が地震などにより影響を受けることのない踏切障害物検知装置の提供が可能である。また、面状発光手段または障害物検知手段に障害が発生したときは、車上で踏切に障害物が存在すると判定するので、フェールセーフ性を保ちつつ、車上で踏切内の障害物を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図であり、踏切に設けられた面状発光体と踏切に接近する列車を示す。
【図２】本発明の一実施の形態における車上型踏切障害物検知装置の車上側の構成を示すブロック図である。
【図３】車上のカメラで踏切の方向を撮影した画像の一例を示す図である。
【図４】図３の画像を真俯瞰化処理して得られた画像を示す図である。
【図５】踏切に障害物が存在するときに撮影した画像の一例を示す図３に対応する図である。
【図６】図５の画像を真俯瞰化処理して得られた画像を示す図である。
【図７】面状発光手段を用いる場合の障害物有無判定の論理を説明する図である。
【図８】本発明の一実施の形態による障害物検知のフローチャートである。
【図９】列車制御装置の作用を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態を示す図であり、レール１と平面交差する踏切２内の路面に設けられた面状発光体３と踏切２に接近する列車４を示す。面状発光体３は、踏切２を通る車両(自動車、自動２輪車、自転車等)や歩行者など、障害物となり得るものがその面状発光体３の上を通過することとなる幅と、一方のレール１の外側から他方のレール１の外側まで連続する長さを有する。したがって、踏切道の幅(レールの長手方向の寸法)と長さ(レールに直交する方向の寸法)に応じて面状発光体３の面積が異なる。しかし、線路が複数存在する踏切においては、各路線の踏切の幅と長さに応じた単位面状発光体３を複数個設けてもよい。
【００２２】
また、面状発光体３は、後述される車上の障害物検知器による画像処理のプログラムを簡単なものとするため、平面形状が矩形であることが好ましい。そして、面状発光体３は、踏切２に接近する列車４の方向に光を放射する指向性を有することが望ましい。したがって、路面に光軸を列車が踏切に進入する際の外方に向けた無数のＬＥＤ発光体をマトリックス状に配設して面状発光体３を構成するとよい。しかし、これに限らず、単一の既知の面発光体を用いることもできる。さらに、面状発光体３は、踏切の通行者や列車の乗務員などの視覚に悪影響を与えないように、不可視光、例えば、近赤外線光を放射するものであることが望ましい。
【００２３】
面状発光体３の電源としては、商用電源あるいは、レールの振動により発電する圧電素子アレイ、太陽光発電パネル、風力発電機などの一つ又は複数と蓄電池との組み合わせ等を用いることができる。その踏切に接近する列車がないときには、面状発光体３の発光を休止し、列車がその踏切の前方、例えば列車の走行速度が１３０ｋｍ／ｈの場合の制動距離である６００ｍよりも長い８００ｍに接近したことが検知されたときに面状発光体３の発光を開始し、その列車がその踏切を通過したことが検知されたときに、発光を止めるように構成すれば、節電効果が得られる。列車の接近検知及び通過検知は既知のシステムで行うことができる。しかし、システムに障害が発生した場合の影響を考えると、面状発光体３を常時発光させることがよい。
【００２４】
他方、列車４には、先頭上部に踏切（面状発光体３の）を撮影するためのＣＣＤビデオカメラ（以下、単にカメラという。)５が取り付けられている。面状発光体３が近赤外線光を放射するものである場合は、このカメラも近赤外線を感知するカメラ（近赤外線カメラ)が用いられる。カメラ５が出力するフレーム画像データは、列車に搭載された障害物検知器６に与えられる。
【００２５】
障害物検知器６は、カメラで撮影された面状発光体３の画像の中の発光画素数の最大発光画素数に対する割合に基づいて踏切２内の障害物の有無を判定するものである。障害物検知器６は、図２に詳しく示すように、ＣＰＵにより構成され、少なくとも、カメラ５の出力するフレーム画像中の面状発光体３の台形画像を真俯瞰化処理して矩形画像に変換する画像処理部６２と、矩形画像の中の発光画素数の最大発光画素数（矩形画像の発光が全く遮蔽されていないときの発光画素数）に対する割合を求める演算部６３と、演算の結果を閾値と比較して障害物の有無を判定する判定部６４とを有する。
【００２６】
カメラ５が出力するフレーム画像データを取り込んで一旦記憶部８に記憶させ、かつ、記憶部８からそのフレーム画像データを順次読み出して画像処理部６２に与える画像記録・読出制御部６１を備えてもよい。
【００２７】
図７(ａ)に示すように、踏切内に障害物が無い場合は、面状発光体３の画像中の発光画素数は、その面状発光体３にとって最大発光画素数である。また、図７(ｂ)(ｃ)に示すように、踏切内に例えば自動車などの障害物１０または人などの障害物１１が存在する場合は、面状発光体３の画像中の発光画素数は、最大発光画素数から障害物１０,１１によって遮蔽されている画素数を減じたものである。そして、図７(ｂ)の矩形画像の中の発光画素数は、図７(ｃ)矩形画像の中の発光画素数よりも多いことは明白である。
【００２８】
矩形画像の中の発光画素数の最大発光画素数に対する割合を求める方法は、矩形画像の発光面積の最大発光面積（矩形画像の発光が全く遮蔽されていないときの面積）に対する割合もしくは矩形画像の遮光面積（矩形画像の発光が遮蔽されている部分の面積）の最大発光面積に対する割合または最大発光面積から遮光面積を減じた残面積の最大発光面積に対する割合を求める方法で代替することもできる。
【００２９】
判定部６４は、演算部６３が矩形画像の中の発光画素数（ＢＰＮ）の最大発光画素数（ＢＰＮｍ）に対する割合(ＢＰＮ／ＢＰＮｍ)を求めるものである場合は、その演算結果を当該踏切について予め設定してある閾値Ｎｔｈと比較し、演算結果が閾値と等しいか閾値よりも小さいとき(ＢＰＮ／ＢＰＮｍ≦Ｎｔｈ)に障害物有りと判定する。演算部６３が矩形画像の発光面積(ＢＰＡ)の最大発光面積(ＢＰＡｍ)に対する割合(ＢＰＡ／ＢＰＡｍ) を求めるものである場合は、その演算結果を当該踏切について予め設定してある閾値（Ａｔｈ）と比較し、演算結果が閾値と等しいか閾値よりも小さいとき(ＢＰＡ／ＢＰＡｍ≦Ａｔｈ)に障害物有りと判定する。また、演算部６３が最大発光面積(ＢＰＡｍ)から遮光面積（ＮＢＰＡ）を減じた残面積(ＢＰＡｒ)の最大発光面積(ＢＰＡｍ)に対する割合(ＢＰＡｒ／ＢＰＡｍ)を求めるものである場合は、その演算結果を当該踏切について予め設定してある閾値（Ａｔｈ）と比較し、演算結果が閾値と等しいか閾値よりも小さいとき(ＢＰＡｒ／ＢＰＡｍ≦Ａｔｈ)に障害物有りと判定する。
【００３０】
障害物検知器６には、列車に搭載された列車位置検知器７が接続されている。列車位置検知器７は列車に搭載された速度発電機の出力信号、列車に搭載されたＧＰＳ受信機の出力信号、車両に搭載されたカメラの画像信号の少なくとも一つを用いて自列車の現在の走行位置を検知するものである。
【００３１】
そして、列車位置検知器７が列車の現在の走行位置が踏切の前方、例えば列車の制動距離である６００ｍよりも長い８００ｍであると検知したときの出力信号に基づいて、障害物検知器６はカメラ５に撮影を開始させる信号を与え、また、列車位置検知器７が列車の現在の走行位置が踏切を通過したと検知したときの出力信号に基づいて障害物検知器６はカメラ５に撮影を終了させる信号を与える。
【００３２】
上記記憶部８には、目的を実現するためのプログラムを格納しているブログラム記憶部８１のほか、障害物検知器６に画像記録・読出制御部６１を備えた場合にカメラ５から取り込んだ画像データを記憶する画像データ記憶部８２、閾値記憶部８３が含まれる。
【００３３】
上述したように、踏切の幅および長さは、道路の車線数及び線路の数により異なるので、面状発行体３の寸法も異なる。したがって、各列車の記憶部８には、面状発行体３の寸法及びその寸法に対応する上記閾値を各踏切に対応して記憶させた踏切データベースが備えられるか、図２に示すように、少なくとも、各踏切に対応して上記閾値を記憶する閾値記憶部８３が備えられている。記憶部８には、障害物検知器６の障害物有無の判定結果を後日の検証のために保存する判定結果保存部８４を付加してもよい。
【００３４】
続いて、上記踏切障害物検知装置の作用について、図８のフローチャートを中心に説明する。列車４が走行を開始すると、列車位置検知器７が稼働され、常時、現在の位置情報を障害物検知器６に与える(ｐ１)。障害物検知器６の判定部６４がその位置情報から列車が踏切２の８００ｍ手前に達したと検知したとき(ｐ２においてＹｅｓのとき)、障害物検知器６はカメラ５に撮影を開始させる信号を与え(ｐ３)、そのカメラから出力されるフレーム画像データを取り込み、画像処理部６２によりその画像データから図３に例示するように、台形の面状発光体の画像３’を含む画像を抽出する(ｐ４)。図３には台形の面状発光体の画像３’の他に、レールの画像１’,１’も抽出されているが、台形の面状発光体の画像３’のみを抽出するようにしてもよい。
【００３５】
この過程において、カメラから出力されるフレーム画像データを画像記録・読出制御部６１により記憶部８の画像データ記憶部８２に一旦格納し、そのフレーム画像データを画像データ記憶部８２から読み出して画像処理部６２による台形の面状発光体の画像３’の抽出処理を行うようにしてもよい。
【００３６】
引き続き、画像処理部６２は、抽出した台形の画像３’を真俯瞰化処理により、図４に例示するように矩形の画像３”に変換する(ｐ５)。
【００３７】
図３および図４は、踏切２内に障害物がない場合の画像である。これに対して、図５および図６は、踏切２内に障害物の一例として自動車１０が存在する場合の画像である。
【００３８】
画像処理部６２の真俯瞰化処理(ｐ５)に引き続き、演算部６３は、矩形の面状発光体の画像３”の中の発光画素数を計数し、踏切内(面状発光体３の上)に障害物が存在しないときの矩形の面状発光体の画像３”の中の発光画素数、すなわち、最大発光画素数に対するその係数値の割合を計算する。すなわち、矩形画像の中の発光画素数(ＢＰＮ)の最大発光画素数(ＢＰＮｍ)に対する割合(ＢＰＮ／ＢＰＮｍ)を求める(ｐ６)。
【００３９】
踏切内に障害物１０がある場合は、図４と図６を対比しても理解できるように、矩形の面状発光体の画像３”の中の発光画素数は最大発光画素数よりも少ない。
【００４０】
演算結果が出ると、判定部６４はその演算結果を閾値と比較する。演算結果≦閾値である場合(ｐ７においてＹｅｓの場合)は、判定部６４はその踏切２に障害物があると判定する(ｐ８)。
【００４１】
この場合、記憶部の閾値記憶部には、各踏切の面状発光体３に対応する閾値を記憶している。したがって、判定部６４が演算結果を閾値と比較する場合は、当該踏切を識別し、その踏切について記憶されている閾値を読み出して演算結果と比較する。
【００４２】
ｐ７において、演算結果≦閾値（ＢＰＮ/ＢＰＮｍ≦Ｎｔｈ）と判定されなかったときは、障害物を検知しなかったものと判定され(ｐ１３)、障害物有無検知プロセスは終了する。
【００４３】
ｐ８において踏切２に障害物があると判定すると、障害物検知器６は障害物検知信号を列車４に搭載されている列車制御装置９に出力する(ｐ９)。その後、列車位置検知器７がその列車がその踏切から６００ｍ前まで接近したか否かを判断し(ｐ１０)、６００前ｍまで達していない場合(ｐ１０においてＮｏのとき)は、障害物検知信号の出力を停止し(ｐ１３)、ｐ４に戻る。ｐ７において演算結果≦閾値と判定されなくなったときは、再びp１０においてその列車がその踏切から６００ｍまで接近したか否かを判断し、踏切前６００ｍまで達した時(ｐ１０においてＹｅｓのとき)は、その列車が踏切２を通過したか否かを検知し、通過したときはカメラ５による撮影を終了して(ｐ１０)、障害物有無検知プロセスを終了する。
【００４４】
図９は、上記踏切障害物検知装置の障害物検知器６が障害物検知信号を出力した場合の列車４に搭載されている列車制御装置９の作用を説明するフローチャートである。すなわち、列車制御装置９は、障害物検知信号を入力したこと（ｐ２においてＹｅｓ)とに基づき、乗務員に対して警戒情報（警報）を出力し(ｐ２２)、その後、列車位置検知器７がその列車がその踏切から６００ｍ前まで接近したか否かを判断し(ｐ２３)、６００ｍ前まで達していない場合(ｐ２３においてＮｏのとき)は、障害物検知器６の障害物検知信号の出力が停止されたか否かを調べ(ｐ２４)、停止されていない場合(ｐ２４においてＮｏのとき)は、ｐ２３に戻る。そして、障害物検知器６の障害物検知信号の出力が停止されたとき(ｐ２４においてＹｅｓのとき)は、警戒情報（警報）の出力を停止し（ｐ２５)た後、ｐ２１に戻る。ｐ２３において列車位置検知器７がその列車がその踏切から６００ｍ前まで接近したことを検知したときは、列車制御装置９は、列車４の制動を開始する（ｐ２６)。引き続き、列車制御装置９は、入力していた障害物検知信号が消滅したか否かを判断し（ｐ２７)、消滅しない場合は、列車４に対する制動を継続するが、消滅した場合は、制動を解除し、警戒情報（警報）の出力を停止する（ｐ２８）。
【００４５】
障害物には様々な大きさがあるので、その障害物により面状発光体が遮蔽される割合もまちまちである。したがって、踏切の面状発光体の面積と各障害物の大きさとの比率を考慮して、上記閾値を設定する必要がある。この意味でも、列車の記憶部８には各踏切の面状発光体の面積に閾値を対応させた踏切データベースを備えることが有効である。
【符号の説明】
【００４６】
１…レール、１’…レールの画像、２…踏切、３…面状発光体、
３’…台形の面状発光体の画像、３”…矩形に変換された面状発光体の画像、
４…列車、５…カメラ、６…障害物検知器、７…列車位置検知器、８…記憶部、
９…列車制御装置、１０…自動車(障害物)、１１…人(障害物)
【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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