(57)【要約】【課題】車線の判定が正確にできる車両検知装置を提供する。【解決手段】道路を通行する車両４ａ，４ｂによる磁気の変化から車両４ａ，４ｂを検知する車両検知装置において、互いに異なる方向に感度軸を向けた複数の磁気センサ１ａ，１ｂと、これら磁気センサ１ａ，１ｂが検出する車両通行による磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の総量Ｓ１　，Ｓ２　をそれぞれ演算する演算部２と、これら磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　の相関関係に基づいて車両が通行した車線Ｒ，Ｌを判定する判定部３とを設けた。車線Ｒ，Ｌにより車両信号角φが異なり、車両信号角φによりセンサ設置角θ０　に対するセンサ出力の特性が異なるので、総量Ｓ１　，Ｓ２　から車線Ｒ，Ｌが判定できる。【選択図】　　　　図１
2004046417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる方向に感度軸を向けた複数の磁気センサと、これら磁気センサが検出する車両通行による磁気変化の総量をそれぞれ演算する演算部と、これら磁気変化総量の相関関係に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたことを特徴とする車両検知装置。
【請求項２】
道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる方向に感度軸を向けた複数の磁気センサと、それぞれの磁気センサの出力最大値同士の比を演算する演算部と、その比に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたことを特徴とする車両検知装置。
【請求項３】
道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる複数の方向に感度軸を持つ磁気センサと、各感度軸で検出される車両通行による磁気変化の総量をそれぞれ演算する演算部と、これら磁気変化総量の相関関係に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたことを特徴とする車両検知装置。
【請求項４】
上記複数の感度軸の方向を互いに直交させた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】
上記磁気センサを道路長手方向の異なる複数箇所に配置し、これら磁気センサが検出する車両通行による磁気変化の時間差を演算する時間差演算部を設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の車両検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気により道路を通行する車両を検知する車両検知装置に係り、特に、車線の判定が正確にできる車両検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路上のある地点で所定の感度軸において地磁気を計測した場合、車両が通行しなければ、時間的に安定なある値が得られる。その道路上を磁性体の塊である車両が通行する場合には、磁性体に磁気が集中するため、車両の通行に伴い磁気の強度が時間的に変化する。また、車両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とが等しければ磁気を強め合い、互いの方向が反対であれば磁気を弱め合うため、計測される磁気はより大きく変化する。このような現象を応用した磁界反応型の車両検知装置として、例えば、特開平６−３２５２８８号公報に記載された発明がある。
【０００３】
この発明では、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わきに所定間隔をおいて配置されているので、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出力が得られる。このようにして、道路上を通行する車両の台数と速度とを得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術には、次のような問題点がある。
【０００５】
特定の車線（以下、自車線）を通行する車両を検知したい場合に、大きく磁化された車両や鋼材を搭載した車両が隣接車線を通行すると、その車両が引き起こす磁気変化が大きいために、磁気センサの出力の大きさのみから車両が通行した車線を判定すると、自車線であると誤判定してしまう。このため、自車線の通行台数を実際より多く計数してしまう。
【０００６】
車線が輻輳した場合（異なる道路が近くに並んでいる、或いは立体的に重なっている場合）も同様に、別の車線を通行する車両による磁気センサの出力を自車線の車両によるものであると誤判定してしまう。
【０００７】
なお、上記公報の発明では、２つの磁気センサ出力の位相差から車線を判定しているので、対向車線が隣接している場合には有効であるが、並行車線が隣接或いは輻輳している場合には、車線を判定することができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、車線の判定が正確にできる車両検知装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる方向に感度軸を向けた複数の磁気センサと、これら磁気センサが検出する車両通行による磁気変化の総量をそれぞれ演算する演算部と、これら磁気変化総量の相関関係に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたものである。
【００１０】
また、本発明は、道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる方向に感度軸を向けた複数の磁気センサと、それぞれの磁気センサの出力最大値同士の比を演算する演算部と、その比に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたものである。
【００１１】
また、本発明は、道路を通行する車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置において、互いに異なる複数の方向に感度軸を持つ磁気センサと、各感度軸で検出される車両通行による磁気変化の総量をそれぞれ演算する演算部と、これら磁気変化総量の相関関係に基づいて車両が通行した車線を判定する判定部とを設けたものである。
【００１２】
上記複数の感度軸の方向を互いに直交させてもよい。
【００１３】
上記磁気センサを道路長手方向の異なる複数箇所に配置し、これら磁気センサが検出する車両通行による磁気変化の時間差を演算する時間差演算部を設けてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、本発明に係る車両検知装置は、互いに異なる方向に感度軸を向け道路長手方向の異なる箇所に配置された２つの磁気センサ１ａ，１ｂと、これら磁気センサ１ａ，１ｂが検出する車両４ａ，４ｂの通行による磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の総量Ｓ１　，Ｓ２　をそれぞれ演算する演算部２と、これら磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　の相関関係に基づいて車両４ａ，４ｂが通行した車線Ｒ，Ｌを判定する判定部３とからなる。
【００１６】
図１（ａ）に示されるように、ここでは道路は並行２車線とし、右側車線Ｒを自車線、左側車線Ｌを隣接車線とする。勿論、車線本数はいくらでもかまわないし、隣接車線が対抗車線であってもよい。磁気センサ１ａ，１ｂは、自車線Ｒの横幅中央に設置されている。ただし、横幅方向の位置は自車線中央に限定されず、道路のどこに設置してもよい。好適な設置場所は、道路下の地中、橋梁の道路部裏面、或いは道路の上空（ガントリなどに取り付ける）である。なお、以下の全ての図において、道路長手方向（車両前後方向）をｘ軸、道路横幅方向をｙ軸、路面直交方向（上下方向）をｚ軸とする。
【００１７】
図１（ｂ）に示されるように、ｘ軸後方から見て磁気センサ１ａの感度軸Ｄ１ａは、ｙ軸とｚ軸とが作る面内でｙ軸に対して右回りほぼ４５°に向けられ、磁気センサ１ｂの感度軸Ｄ１ｂは、ｙ軸に対して右回りほぼ１３５°に向けられている。感度軸の角度の適切な組み合わせは、後に述べる。なお、磁気センサの個数は、ここでは２個としたが、３個以上あっても本発明は成立する。
【００１８】
図２に示されるように、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｉ１　，Ｉ２　は、その設置場所における磁気変化に比例しているので、磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　と呼ぶ。磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　は、道路を車両が通行したとき得られる磁気の大きさから道路に車両がないとき得られる磁気（地磁気等の静的なもの）の大きさを引いた差である。
【００１９】
演算部２は、磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の絶対値を時間積分して磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　を演算し、磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　及び磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　を出力するものである。
【００２０】
判定部３は、演算部２からの信号に基づいて車線を判定し、自車線の判定があったときのみ、車両検知信号を図示しない交通量測定装置に送信するものである。車線判定の方法は、後に詳しく述べる。
【００２１】
本発明の原理を以下、説明する。
【００２２】
車両は、磁性体の塊であり、その構造上、前後方向に磁化している場合が多い。また、磁化していない場合であっても、磁性体に地磁気が集中するので、磁化している場合と同等の影響を周囲磁気分布に与える。磁化の強さは、車両の磁性体含有量や磁化の履歴により、車両の寸法や車種によらない。
【００２３】
車両が前後方向に磁化している場合の磁気分布の一例を図３に示す。図３（ａ）に示されるように、車両８の車体の中心から放射状に磁力線１０を描くことができる。また、図３（ｂ）に示されるように、車体の中心軸の上側では上空を通り、車体の中心軸の下側では路面下を通る磁力線１０を描くことができる。ここでは、磁気センサは、車両８の進行方向右側方かつ前方に位置しているものとする。
【００２４】
この磁気分布によって磁気センサが受ける磁気の強さは、以下で与えられる。図４に示されるように、車両８を棒状の磁石１１（ここでは前方がＳ極、後方がＮ極とする）とみなし、その磁石１１の磁化の強さをｍとすると、磁気センサ１の置かれている点Ｐにおける磁気の強さは、式（１）で表される。
【００２５】
【数１】
2004046417.tif 000003
【００２６】
ここで、
【００２７】
【数２】
2004046417.tif 000004
【００２８】
である。
【００２９】
これにより、点Ｐにおけるｚ軸の磁気の強さＨｚは、式（３）で表される。
【００３０】
【数３】
2004046417.tif 000005
【００３１】
上記のように磁化している車両８がｘ軸方向に通過した場合のセンサ出力の時間波形を図５に示す。ただし、磁気センサ１の感度軸はｚ軸に平行とし、センサ出力はその最大値で規格化してある。図示のように、時間の経過に伴い、センサ出力はゼロの状態から−（マイナス）方向に漸増し、その後、＋方向に転向して＋領域に入り、その後、漸減してゼロに戻る。
【００３２】
次に、図６に示されるように、磁気センサ１の感度軸６１をｚ軸から−ｙ軸側に傾斜させる。感度軸６１のｘ軸回りの回転角（以下、センサ設置角と呼ぶ）をθ０　とする（ｚ軸を基準とし、ｘ軸前方から見て左回り）。ただし、図では、センサ設置角θ０　は、ｙ軸に対する磁気センサ１の底面の傾斜角として示した。これは感度軸６１が磁気センサ１の底面に対して直角だからである。よって、磁気センサ１の底面がｙ軸に接しているときセンサ設置角θ０　＝０°である。なお、後の記述では、ｙ軸を基準とする感度軸６１のｘ軸回りの回転角をセンサ設置角θ０　とする場合がある。この場合、磁気センサ１の底面がｙ軸に接しているときセンサ設置角θ０　＝９０°である。
【００３３】
図６に示されるように、車両通行による磁気変化の振幅をＨ０　とし、磁気センサ１の設置点から車両８を見込む角度（以下、車両信号角と呼ぶ）をφとする（ｙ軸を基準とし、ｘ軸前方から見て左回り）。なお、図４では、車両信号角φは、道路横幅方向ｙ軸上における磁気センサ１と車両８との距離Δｙによって生じる磁界Ｈｒの−ｙ軸に対する傾斜角として示されている。
【００３４】
このとき、車両８が磁気センサ１を含む区間を通過する経過時間内での磁気センサ１の出力の最大値Ｉ０　は、式（４）で表される。
【００３５】
【数４】
2004046417.tif 000006
【００３６】
次に、図１のように磁気センサ１ａ，１ｂが設置されている自車線Ｒ及びその隣接車線Ｌを車両４ａ，４ｂが通行した場合の車両信号角φをそれぞれ９０°、２３°とする。このような車両信号角φを形成する車両４ａ，４ｂがｘ軸方向に走行して磁気センサ１ａ，１ｂを通過したときに磁気センサ１ａ，１ｂが出力する磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の最大値Ｉ０　とセンサ設置角θ０　との関係を図７に示す。ここで縦軸Ｉ０　はその最大値で規格化してある。図示のように、車両信号角φが９０°のとき（実線のグラフ参照）の磁気変化Ｉ１　の最大値Ｉ０　は、センサ設置角θ０　（ｙ軸基準感度軸角度）が０°の場合は０、センサ設置角θ０　が６０°の場合は０．８７、センサ設置角θ０　が９０°の場合は１、センサ設置角θ０　が１２０°の場合は０．８７である。一方、車両信号角φが２３°のとき（破線のグラフ参照）の磁気変化Ｉ２　の最大値Ｉ０　は、センサ設置角θ０　が０°の場合は０．９、センサ設置角θ０　が２３°の場合は１、センサ設置角θ０　が６０°の場合は０．８、センサ設置角θ０　が１２０°の場合は−０．１２である。
【００３７】
次に、磁気センサ１ａ，１ｂのセンサ設置角θ０　を６０°、１２０°とする。自車線Ｒを車両４ａが通行すると、車両信号角φは９０°であるから、磁気センサ１ａ，１ｂの磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の最大値Ｉ０　は、どちらも０．８７である。しかし、隣接車線Ｌを車両４ｂが通行すると、車両信号角φは２３°であるから、磁気センサ１ａの磁気変化Ｉ１　の最大値Ｉ０　は、０．８、磁気センサ１ｂの磁気変化Ｉ２　の最大値Ｉ０　は、−０．１２である。つまり、磁気センサ１ｂは、自車線Ｒを走行する車両４ａによる影響は大きいが、隣接車線Ｌを走行する車両４ｂによる影響は小さい。
【００３８】
このことから、磁気センサ１ａ，１ｂが出力する磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の車両４ａ，４ｂが通過する時間内での最大値Ｉ０　を互いに比較すると、車両４ａ，４ｂが通行した車線Ｒ，Ｌを判定することができる。つまり、磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の最大値Ｉ０　がどちらも同じで、比が１：１であれば、自車線Ｒを車両４ａが通行したと判定でき、比が１：１から大きく異なるようであれば、隣接車線Ｌを車両４ｂが通行したと判定できる。
【００３９】
前述のように、磁気センサの出力最大値同士の比較で車線を判定すると、磁気センサ１ａ，１ｂの出力にインパルス的にノイズが重畳した場合に、車線判定を誤るおそれがある。そこで、最大値Ｉ０　ではなく磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　を判定材料にする。磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　は、図５に示したように、車両８が通行した場合のセンサ出力の波形と車両８が存在しない場合のセンサ出力の波形とで囲まれる領域（斜線部）の面積である。車両８が存在しない場合のセンサ出力は０（一定）とする。この面積は、磁気センサ１ａ，１ｂの出力である磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　を時間積分すれば求まる。
【００４０】
上述したように、磁気センサ１ｂは隣接車線Ｌを走行する車両４ｂによる影響が小さくなる方向にセンサ設置角θ０　が設定されている。一方、磁気センサ１ａは、双方の車両４ａ，４ｂによる影響が共に大きい方向にセンサ設置角θ０　が設定されている。このとき、磁気センサ１ａが検出する磁気変化総量Ｓ１　と磁気センサ１ｂが検出する磁気変化総量Ｓ２　との比Ｓ１　／Ｓ２　を求めると、その比Ｓ１　／Ｓ２　は、自車線Ｒの車両４ａに対しては１に近い値になるが、隣接車線Ｌの車両４ｂに対しては１より十分に大きい値になる。なお、反対側の隣接車線（図示しないが自車線Ｒの右隣の車線）を車両が通行したときには、磁気センサ１ａの出力が小さく磁気センサ１ｂの出力が大きいので、磁気変化総量の比は１より十分に小さい値になる。
【００４１】
また、磁気センサ１ｂが検出する磁気変化総量Ｓ２　は、隣接車線Ｌを車両４ｂが通行する場合、かなり小さい値となる。
【００４２】
そこで、これら２つの事象を組み合わせて判定を行うために、図８に示されるように、横軸に比Ｓ１　／Ｓ２　をとり、縦軸に磁気変化総量Ｓ２　をとったグラフを想定する。このグラフ上に、車線Ｒ，Ｌを車両４ａ，４ｂに通行させた沢山のケースから得られた比Ｓ１　／Ｓ２　、磁気変化総量Ｓ２　の点をプロットしていくと、自車線Ｒ（○印）については左辺寄りの空間（この例では比Ｓ１　／Ｓ２　が約２以下）に集まり、隣接車線Ｌ（×印）については下辺寄りの空間（この例では磁気変化総量Ｓ２　が約２以下）に集まり、両方とも約２以下となる左下隅の空間では、○印が左上に、×印が右下に集まっている。全体として、図示した右上がり直線の左側と下側とにわかれて分布する。従って、この経験的に得られた右上がり直線を閾値として設定しておけば、比Ｓ１　／Ｓ２　、磁気変化総量Ｓ２　をそれぞれ閾値と比較することにより、容易に車線を判定することができる。
【００４３】
以上の原理に基づき、演算部２では磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　から磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　を求め、判定部３では、磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　の最大値Ｉ０　同士の比が１に近いかどうかを調べるか、又は比Ｓ１　／Ｓ２　及び磁気変化総量Ｓ２　を閾値と大小比較することにより、磁気センサ１ａ，１ｂで検出した磁気変化Ｉ１　，Ｉ２　が車線Ｒ，Ｌの車両４ａ，４ｂのいずれによるものか判定する。これにより、特定の車線を通行する車両のみを検知した車両検知信号を交通量測定装置に送信することができる。
【００４４】
未知車両２台が時間間隔をおいて通過したときの磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号波形と、判定部３の出力信号波形とを図９に示す。横軸は同じ時間スケールとなっている。ただし、ここでは磁気センサ１ａ，１ｂの道路長手方向の設置間隔をほとんどゼロとしているため、同一車両に対する両センサ出力信号波形に時間差はない。図９において、最初（図の左部分）に磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号が共に大きく振れている。このため、自車線Ｒと判定がなされ、車両検知信号９１が出力される。その後（図の右部分）に磁気センサ１ａの出力信号は大きく振れているが、磁気センサ１ｂの出力信号はほとんど振れていない。このため、隣接車線Ｌと判定がなされ、車両検知信号は出力されない。
【００４５】
判定部３では、磁気センサ１ａ，１ｂが道路長手方向の異なる位置に配置されている場合、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号を両方とも得なければ判定を実行できないので、早くとも、両磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号が変化を終えて０に戻った後に車両検知信号９１を出力することになる。
【００４６】
図２に示したように、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号の時間的ずれ（ピーク或いは立上がりの時間差）を演算する時間差演算部を設けてもよい。この時間的ずれと磁気センサ１ａ，１ｂの道路長手方向の設置間隔とから、車両の速度を演算することができる。
【００４７】
次に、１つの磁気センサに２つの感度軸が有る磁気センサを使う実施形態を説明する。例えば、図１０に示した磁気センサ１は、ｙ軸とｚ軸とに感度軸を有する。ｙ軸上の感度軸は、センサ設置角θ０　（ｙ軸基準感度軸角度）＝０°、ｚ軸上の感度軸は、センサ設置角θ０　＝９０°である。この磁気センサ１を道路に１個設置したとする。車両信号角φの磁場変化Ｈ０　があったとき、各感度軸の出力は、
【００４８】
【数５】
2004046417.tif 000007
【００４９】
で与えられる。この演算は、図１０から明らかなように、ｙ軸に対して車両信号角φだけ傾いた磁場変化Ｈ０　を、それぞれｙ軸、ｚ軸に投影した写像を求めることにほかならない。
【００５０】
上式（５）は車両信号角φの関数であり、ＩＹ０，ＩＺ０の大きさは車両信号角φが９０°に近ければＩＺ０が大きく、車両信号角φが２３°に近ければＩＹ０が大きくなる。従って、各感度軸の出力を積分して磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　を求めれば、磁気変化総量Ｓ１　，Ｓ２　を比較することにより、車両が通行した車線を判定することができる。
【００５１】
また、このような２感度軸の磁気センサ１を道路長手方向に２箇所配置すれば、各感度軸の出力の時間差演算により、車両の速度を演算することができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明は、感度軸の向きが異なる複数の磁気センサ１ａ，１ｂを用いて車両通行による磁気変化を検出するようにしたものであり、車線Ｒ，Ｌにより車両信号角φが異なり、車両信号角φによりセンサ設置角θ０　に対するセンサ出力の特性が異なるので、それぞれの磁気センサの出力最大値或いは総量Ｓ１　，Ｓ２　から車線Ｒ，Ｌが判定できる。
【００５３】
また、本発明では、磁気センサを公知技術のように道路側縁ではなく、道路下・道路上空に配置するので、車線Ｒ，Ｌによる車両信号角φの違いを顕著にさせることができる。
【００５４】
また、本発明では、車両信号角φの違いが車線判定を可能にしているので、隣接車線が対向車線であっても並行車線であっても車線が判定できる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００５６】
（１）感度軸の向きの違いにより、異なる車線の車両から受ける磁気の変化の差が顕著に異なるので、車両が通行した車線を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す道路への磁気センサ設置図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡＡ´における断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の構成図である。
【図３】車両の磁気分布を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】磁気センサが車両（等価的磁石）から受ける磁気ベクトルを示す図であり、（ａ）は図３の正面図に対応する二次元の図、（ｂ）は図３の側面図に対応する二次元の図である。
【図５】車両の通過によって起きる磁気変化を示す図である。
【図６】本発明における磁気センサ設置角と車両信号角とを示す図である。
【図７】本発明における磁気センサ設置角に対するセンサ出力最大値の特性を車両信号角別に示した特性図である。
【図８】本発明における２つの磁気変化総量の相関関係を示した総量対総量比特性図である。
【図９】本発明の車両検知装置の各部の時間波形図であり、（ａ）は磁気センサ１ａの出力信号波形、（ｂ）は磁気センサ１ｂの出力信号波形、（ｃ）は判定部３の出力信号波形である。
【図１０】本発明の一実施形態を示す磁気センサの図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ　磁気センサ
２　演算部
３　判定部
４ａ，４ｂ　車両
Ｒ　自車線
Ｌ　隣接車線
【図１】
2004046417.tif 000008
【図２】
2004046417.tif 000009
【図３】
2004046417.tif 000010
【図４】
2004046417.tif 000011
【図５】
2004046417.tif 000012
【図６】
2004046417.tif 000013
【図７】
2004046417.tif 000014
【図８】
2004046417.tif 000015
【図９】
2004046417.tif 000016
【図１０】
2004046417.tif 000017