(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知手段と演算処理装置とを有し、
前記検知手段は一定の周期で障害物検知領域に対して検知動作をし、検知信号を出力するものであり、
前記演算処理装置は、
前記検知手段の出力する検知信号から前記障害物検知領域の所定区間のそれぞれ対応する検知レベルに対して下側閾値と上側閾値との二つの閾値を用いて、前記検知手段から１周期ごとに入力される検知信号の検知レベルを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果を時系列的に記憶する記憶手段と、
現在の周期の前記障害物検知領域の任意の区間の検出結果が上側閾値以上である場合は障害物があると判定し、現在の周期の前記障害物検知領域の任意の区間の検出結果が下側閾値以上かつ上側閾値未満であるとき、その直前の周期の前記障害物検知領域の同一区間の検出結果が上側閾値以上である場合、もしくは、前記障害物検知領域の同一区間の検出結果を時系列で遡及していき、下側閾値未満を経由することなく上側閾値以上に到達可能な場合は、障害物があるとの判定を継続する判定手段と、
を有することを特徴とする踏切障害物検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の踏切障害物検知装置において、
前記判定手段は、現在の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が下側閾値以上かつ上側閾値未満であるとき、前記障害物検知領域の当該区間の近傍の区間の検出結果が、その直前の周期において上側閾値以上であった場合、もしくは、前記障害物検知領域の当該区間と当該区間の近傍の区間の検出結果を時系列で遡及していき、下側閾値未満を経由することなく上側閾値以上に到達可能な場合は、障害物があるとの判定を継続する、
ことを特徴とする踏切障害物検知装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の踏切障害物検知装置において、
前記検知手段は、電気踏切しゃ断機のしゃ断かん上昇のタイミングで検知動作を開始し、一定の周期で検知動作を行い、列車が当該踏切に到来する前に検知動作を停止するものであり、
前記判定手段は、前記検知動作の最後の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が上側閾値以上である場合は障害物があると判定し、前記検知動作の最後の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が下側閾値以上かつ上側閾値未満であるとき、その直前の周期の障害物検知領域の同一区間の検出結果が上側閾値以上である場合、もしくは、前記障害物検知領域の同一区間の検出結果を時系列で遡及していき、下側閾値未満を経由することなく上側閾値以上に到達可能な場合は、障害物があるとの判定を継続する、
ことを特徴とする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，踏切障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道線路と道路が同一平面上で交差する踏切道に列車が接近する際は、その踏切道の両端に設置されている電気踏切しゃ断機がしゃ断かんを降下させて踏切道を閉鎖するが、閉鎖された踏切道内に自動車、自転車等の障害物が存在するときは、列車に対して警報と警報信号を発し、列車の信号機や地上の信号機を動作させて、列車を停止させる措置を執るために、踏切道内における障害物の有無を検知する踏切障害物検知装置が用いられている。
【０００３】
障害物を検知するために用いられる検知手段には、光センサ（たとえば、特許文献１参照）、超音波センサ（たとえば、特許文献２参照）、レーザレーダセンサ（たとえば、特許文献３参照）、ミリ波レーダセンサ（たとえば、特許文献４参照）、単眼カメラ（たとえば、特許文献５参照）、ステレオカメラ（たとえば、特許文献６参照）などの複数種類の検知手段がある。光センサ等の検知手段を用いて、被検知物の大きさを問わず、その被検知物を検知したときに出力される検知信号に基づいて、障害物ありと判定する踏切障害物検知装置は、危険性の無い物や検知信号のノイズに対しても障害物ありと判定し、列車に対して警報と警報信号を発するなどの誤動作をして、列車運行に支障を与える可能性がある。そこで、より高度な踏切障害物検知装置では、真に危険性のある物を障害物として検知するため、検知手段が出力する検知信号のレベル（検知レベル）が所定の閾値以上である場合に障害物ありと判定し、検知レベルがその閾値未満である場合はその検知信号をノイズとして排除し、障害物なしと判定している。
【０００４】
また、特許文献７には、障害物の検知信号の連続性を評価することにより、雨や雪等による検知信号のノイズを排除する踏切障害物検知装置が示されている。特許文献８には、検知信号が時系列的に現れることに加え、障害物までの距離が同一であるという条件を含めて障害物判定を行うことで、ノイズを排除する踏切障害物検知装置が示されている。
【０００５】
特許文献９には、検知レベルが所定値に達している領域の割合に応じて障害物検知の閾値を変更することで、天候の影響による誤検知を防止し得る踏切障害物検知装置が示されている。一方、特許文献１０には、閾値を変更するのではなく、検知信号に対し自動利得制御を行うことで、誤検知を防止し得る踏切障害物検知装置が示されている。また、特許文献１１には、スペクトルサブトラクション法に基づき、検知信号からノイズ成分の除去を行った上で障害物判定を行うことで、誤検知を防止し得る踏切障害物検知装置が示されている。特許文献１２には、検知信号を予め設定した基準パタンと比較照合し、最も適合した基準パタンとの比較により障害物判定を行う障害物検知方法が示されている。
【０００６】
そして、特許文献１３には、物体追跡機能を有する踏切障害物検知装置が示されている。また、特許文献１４には、検知領域を複数の領域に分割し、分割領域の１つに物体が滞留したことを検知する手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−８７３１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２４５７号公報
【特許文献３】特開２０１０−４２７２４号公報
【特許文献４】特開２００５−１２１４８８号公報
【特許文献５】特開平５−５４２７６号公報
【特許文献６】特開２００２−１４５０７２号公報
【特許文献７】特許第４１１７５８１号公報
【特許文献８】特許第５１３４４５３号公報
【特許文献９】特開２０１２−１０１６２０号公報
【特許文献１０】特許第２８０２０５６号公報
【特許文献１１】特開２０１３−１２６３号公報
【特許文献１２】特開２０１２−１０１６２１号公報
【特許文献１３】特開２０１２−１０１６２２号公報
【特許文献１４】特開２００５−２１４７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
検知レベルに閾値を設定する場合、従来の踏切障害物検知装置では、主として自動車、自転車等の一定の高さ、面積または大きさ等を有する物を列車衝突から保護する観点から障害物検知の閾値が設定されるが、閾値は障害物の状況の変化に関わらず基本的に一つのみ設定されている。ところで、本来、障害物として検知されるべき、すなわち、列車衝突から保護するべき物としては、高さ、面積または大きさ等が終始変化しない物だけでなく、高さ、面積または大きさ等が変化する物もあり得る。たとえば泥酔者、病人等が踏切道に進入した後、転倒したり、屈みこんだり、その逆に、転倒したものが立ち上がって踏切道から道路に移動するなどした際は、高さ、面積または大きさ等が変化する。
【０００９】
従来の踏切障害物検知装置では、このような本来、障害物として検知されるべき、高さ、面積または大きさ等の状況が変化した物は障害物として検知されない虞がある。これを防止するために、閾値を低く設定し、高さ、面積または大きさ等がより小さい物に対しても障害物ありと判定するように変更すると、過剰検知となり、誤動作が生じる問題がある。
【００１０】
特許文献７〜１２に示された、ノイズによる誤検知を抑制する技術は、主として天候等の比較的緩慢または大域的な変化に対応するためのものである。このため、踏切道内での人間の転倒等の比較的急峻かつ局所的な変化には必ずしも有効ではない。
【００１１】
また、特許文献１３および特許文献１４の技術は、検知された物体を追跡するものであり、検知レベルの閾値については言及されていない。したがって、追跡を開始する時点においては、上記の誤検知の問題が存在する。さらに、物体を追跡することが根幹となっているため、センサの能力によっては、被検知物の分離や融合（たとえば、自転車に乗っていた人が自転車を置いていく、離れて歩いていた２人の人が一体となって歩く等）の状況で破綻する可能性がある。
【００１２】
本発明は，上記の点に鑑みなされたものであり、本来、障害物として検知されるべき高さ、面積または大きさ等の状況が変化した物も確実に障害物として検知でき、かつ誤動作を抑制できる踏切障害物検知装置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】
【００１３】
本発明に係る踏切障害物検知装置は、上記目的を達成するため，検知手段と演算処理装置とを有し、検知手段は一定の周期で障害物検知領域に対して検知動作を行い、検知信号を出力するものであり、演算処理装置は、検知手段の出力する検知信号から障害物検知領域を所定の小区間に分割した検知区間のそれぞれに対応する検知レベルに対して下側閾値と上側閾値との二つの閾値を用いて、検知手段から１周期ごとに入力される検知信号の検知レベルを検出する検出手段と、検出手段の検出結果を時系列的に記憶する記憶手段と、現在の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が上側閾値以上である場合は障害物があると判定し、現在の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が下側閾値以上かつ上側閾値未満であるとき、その直前の周期の障害物検知領域の同一区間の検出結果が上側閾値以上である場合、もしくは、前記障害物検知領域の同一区間の検出結果を時系列で遡及していき、下側閾値未満を経由することなく上側閾値以上に到達可能な場合は、障害物があるとの判定を継続する判定手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る踏切障害物検知装置の他の側面においては、前記判定手段は、現在の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が下側閾値以上かつ上側閾値未満であるとき、障害物検知領域の当該区間の近傍の区間の検出結果が、その直前の周期において上側閾値以上であった場合、もしくは、前記障害物検知領域の同一区間の検出結果を時系列で遡及していき、下側閾値未満を経由することなく上側閾値以上に到達可能な場合は、障害物があるとの判定を継続する。
【００１５】
本発明に係る踏切障害物検知装置のさらに他の側面においては、検知手段は、電気踏切しゃ断機のしゃ断かん上昇のタイミングで検知動作を開始し、一定の周期で検知動作を行い、列車が当該踏切に到来する前に検知動作を停止するものであり、判定手段は、検知動作の最後の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が上側閾値以上である場合は障害物があると判定し、検知動作の最後の周期の障害物検知領域の任意の区間の検出結果が下側閾値以上かつ上側閾値未満であるとき、その直前の周期の障害物検知領域の同一区間の検出結果が上側閾値以上である場合、もしくは、前記障害物検知領域の同一区間の検出結果を時系列で遡及していき、下側閾値未満を経由することなく上側閾値以上に到達可能な場合は、障害物があるとの判定を継続するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一定の高さ、面積または大きさ等を有する障害物はもとより、本来、障害物として検知されるべき高さ、面積または大きさ等が変化した物も確実に障害物として検知することができる。また、障害物とノイズの判別性能が高まるため、ノイズによる誤動作を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る踏切障害物検知装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明による障害物の大きさが変化した場合の障害物検知論理を説明する図。
【図３Ａ】図１の演算処理装置の作用を説明するフローチャート。
【図３Ｂ】図３Ａの障害物有無判定の詳細を説明するフローチャート。
【図４】踏切道に進入した後，移動・転倒した場合の障害物検知を説明する図。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る踏切障害物検知装置の構成を示すブロック図。
【図６】図５の踏切障害物検知装置の検知手段の配置と障害物検知領域を例示する踏切の平面図。
【図７】図６の第１検知手段がミリ波レーザセンサである場合の具体的構成の一例を示す回路図。
【図８】図６の第２検知手段が画像センサである場合の構成を示すブロック図。
【図９】図６の第１検知手段がミリ波レーザセンサで、第２検知手段が画像センサである場合のそれぞれの検知結果と判定部による一次判定と最終判定部による判定結果の関係を示す図。
【図１０】判定テーブルの一例を示す図。
【図１１】図１０の判定テーブルに多段階の閾値を設け、重みづけをした場合の判定テーブルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る踏切障害物検知装置１は、検知手段１０と演算処理装置２０とを有する。
【００２０】
検知手段１０は、図２（ａ）に例示するように、踏切道５の全部または一部を障害物検知領域Ａとするセンサであり、被検知物の高さ、面積、大きさ等の違いに応じて異なった検知信号ｓ１を出力するものである。検知信号ｓ１は実数に射影可能であり、射影結果、すなわち検知レベルは、たとえば電圧レベルの形態をとる。
【００２１】
そのような検知手段１０には、たとえば、レーザレーダセンサ、ミリ波レーダセンサ、あるいは画像センサ等を用いることができる。
【００２２】
検知手段１０がレーザレーダセンサ、ミリ波レーダセンサ等である場合は、図示されていない送信機を制御し、図示されていない送信アンテナから間欠的に障害物検知領域に向けて送信波を出射し、図示されていない受信アンテナを介して受信機でその反射波を受けた時に、検知手段１０は、被検知物の高さ、面積、大きさ等の違いに応じて異なった検知信号ｓ１を出力する。検知信号ｓ１には、送信波と反射波の差から得られる、障害物検知領域内の物体までの距離情報と、反射強度の情報とが含まれる。被検知物の材質や形状にも依存するが、多くの場合、被検知物が大きいほど反射強度が大きくなる傾向がある。
【００２３】
検知手段１０に適用可能な画像センサは、単眼カメラ、ステレオカメラなどであり、障害物検知領域を連続的または間欠的に撮影して得られる画像データを１フレームごとに形状認識処理やパターンマッチング処理などをして、被検知物の高さ、面積、大きさ等の違いに応じて異なった検知信号ｓ１を出力する。
【００２４】
演算処理装置２０は、検出手段２１、記憶手段２２、判定手段２３及び出力手段２４を有する。検出手段２１には、検知手段１０が出力する検知信号ｓ１が入力される。そして、検出手段２１には、入力される検知信号ｓ１の検知レベルを検出する閾値として、下側閾値Ｌと上側閾値Ｈとの２種類の閾値が設定されている。
【００２５】
これにより、検知手段１０からの検知信号ｓ１が検出手段２１に入力されると、その検知信号ｓ１の検知レベルが障害物検知領域Ａを所定の小区間に分割して形成される検知区間（詳細は後述される。）ごとに下側閾値Ｌおよび上側閾値Ｈと比較され、その検知レベルが下側閾値Ｌ未満か、下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満か、上側閾値Ｈ以上かが検出される。そして、その検出結果ｓ２は検出手段２１から記憶手段２２に与えられて、記憶される。記憶手段２２は、少なくとも現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）と直前の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｂ）を記憶する。
【００２６】
検知手段１０は電気踏切しゃ断機７のしゃ断かん８の上昇タイミング、すなわち、列車が踏切終動点を通過した時点で検知動作を開始し、時系列において次の列車が踏切に到来する時点で検知動作を終了するように制御される。そして、検知手段１０からは検知信号ｓ１が所定の時間間隔で時々刻々と検出手段２１に入力されるので、記憶手段２２には、検出手段２１から出力される検出結果ｓ２が時系列的に記憶されるように構成されている。なお、検知手段１０が常時検知動作を行うようにし、検出手段２１が、列車が踏切終動点を通過した時点から次の列車が踏切に到来する時点までの間のみ検知信号ｓ１の入力を許可し、その他の時間は、検知信号ｓ１を破棄するようにしてもよい。
【００２７】
判定手段２３は、記憶手段２２に記憶された検出結果のうち、現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）と直前の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｂ）とを読み出し、その２つの検出結果ｓ２（ｓ２ｎ，ｓ２ｂ）の時系列変化が既定の条件を満たすか否かで障害物の存否を判定する。すなわち、各検知区間について、現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）が下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満であり、かつ直前の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｂ）が上側閾値Ｈ以上である場合には、当該検知区間の現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）を上側閾値Ｈ以上に更新する。更新の結果、いずれかの検知区間で上側閾値Ｈ以上である場合は現在の検知周期には障害物検知領域Ａに障害物が存在すると判定する。更新した現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）は、次の検知周期での判定に用いるため、判定手段２３は、更新した現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）を記憶手段２２に出力し、記憶手段２２は現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）を更新の結果で上書きする。これにより、直前の検知周期において障害物検知領域Ａに障害物が存在するとの判定を行った場合、障害物を検知した近傍の検知区間で、現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）が下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満に変化した際は、当該の下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満の検出結果は、直前の検知周期において存在すると判定した物体と同一の物体によるものと判断し、障害物が存在するとの判定を現在の検知周期においても継続する。
【００２８】
上記のような直前の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｂ）と現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）の時系列変化のチェックおよび障害物の存否の判定は、列車が踏切終動点を通過した時点から開始し、時系列において次の列車が踏切に到来する時点までの間、一定周期で行われる。そして、列車が踏切に接近した時点、すなわち、列車の踏切始動点通過から所定の時間が経過した時点から、列車が踏切に到来する時点まで、判定手段２３の判定結果ｓ３を出力手段２４に出力する。
【００２９】
出力手段２４は、その判定結果ｓ３を地上制御装置２に出力する。地上制御装置２は、判定結果ｓ３が障害物ありであったときは、当該踏切に向かって走行する列車に注意を喚起する特殊信号発光機３を駆動させる制御信号ｓ４を送出したり、その列車の車上装置４にブレーキをかけさせるための制御信号ｓ５を送出したりする。地上制御装置２を介さずに、出力手段２４からレールを介してまたは無線で直接車上装置４に制御信号ｓ５を送出するようにしてもよい。
【００３０】
［作用］
次に、演算処理装置２０の作用を、図３Ａ及び図３Ｂに基づいて説明する。演算処理装置２０は、列車が踏切終動点を通過した時点から動作を開始する。検知手段１０から検知信号ｓ１が検出手段２１に入力されたか否かを常時監視しており（ステップＳ１）、検知信号ｓ１が入力されると、検出手段２１においてその検知信号ｓ１の検知レベルを検知区間ごとに下側閾値Ｌおよび上側閾値Ｈと比較する（ステップＳ２）。すなわち、検知レベルが下側閾値Ｌ未満か、下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満か、上側閾値Ｈ以上かを検出する。その検知区間ごとの検出結果ｓ２は記憶手段２２に記憶される（ステップＳ３）。記憶手段２２に記憶された検出結果ｓ２は順次読み出されて判定手段２３に与えられ、その判定手段２３において、障害物有無の判定処理が行われる（ステップＳ４）。
【００３１】
障害物有無の判定処理は、図３Ｂに詳細が示されているように、まず、現在の検知周期において、後述のステップＳ４２〜ステップＳ４４の処理を行っていない検知区間を１つ選択する（ステップＳ４１）。
【００３２】
次に、選択した検知区間について、記憶手段２２から読み込まれた現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）が、下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満であるか否かを調べる（ステップＳ４２）。下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満であると判断した場合は、選択した検知区間について、記憶手段２２から読み込まれた直前の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｂ）が上側閾値Ｈ以上であるか否かを調べる（ステップＳ４３）。上側閾値Ｈ以上であると判断した場合は、選択した区間の現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）が上側閾値Ｈ以上であると検出結果ｓ２の更新を行う（ステップＳ４４）。更新された検出結果ｓ２はステップＳ４４の段階、または、現在の処理周期が終了するまでに、記憶手段２２に出力され、上書きすることにより更新された検出結果ｓ２が記憶される。
【００３３】
ステップＳ４２において、下側閾値Ｌ未満である、もしくは上側閾値Ｈ以上であると判断した場合、または、ステップＳ４３において上側閾値Ｈ未満であると判断した場合には、検出結果ｓ２の更新は行わない。
【００３４】
全ての検知区間について、ステップＳ４２〜ステップＳ４４の処理が完了するまで、ステップＳ４１に戻る（ステップＳ４５）。
【００３５】
全ての検知区間について、ステップＳ４２〜ステップＳ４４の処理が完了した後、現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）が、いずれかの検知区間において上側閾値Ｈ以上であるか否かを調べる（ステップＳ４６）。いずれの検知区間においても上側閾値Ｈ未満である場合には、障害物なしと判定する（ステップＳ４７）。いずれかの検知区間において上側閾値Ｈ以上である場合には、障害物ありと判定する（ステップＳ４８）。
【００３６】
障害物有無の判定処理が終了した後は、図３ＡのステップＳ５に移行する。
【００３７】
ステップＳ４における上記の障害物有無の判定処理をした後は、ステップＳ５において列車が当該踏切に接近したか否かを調べ、接近していない場合は、ステップＳ１に戻る。接近した後は、判定手段２３は、判定結果ｓ３を出力手段２４に出力する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ７において、列車が当該踏切に到達したか否かを調べ、到達した場合は一連の動作を終了する。
【００３８】
以上は、簡単のため、遮断機７の一度の下降・上昇動作の間に、１列車しか踏切を通過しない場合の作用について説明した。一般の場合、すなわち、遮断機７の一度の下降・上昇動作の間に複数の列車が通過する前提においては、遮断機７の下降・上昇に関わらず、各列車が踏切を通過し終えた時点から、演算処理装置２０は動作を開始（再開）する。ただし、図３ＡのステップＳ６において、いずれかの列車が踏切を通過している間は、列車を障害物として検知しないよう、判定結果ｓ３の出力を中断するか、障害物なしと出力する。なお、検知した物体が障害物であるか踏切を通過している列車であるかを区別する手段が別途用意されている場合には、その手段を用いて、検知した物体が障害物である場合にのみ判定結果ｓ３（障害物あり）を出力するようにしてもよい。
【００３９】
続いて、踏切道に進入した人が転倒した場合の踏切障害物検知装置１の作用について、図２を基に説明する。図２（ａ）は、踏切道５の長手方向一端の側方に設置された検知手段１０、たとえばミリ波レーダセンサの送信アンテナから送信波を障害物検知領域Ａに出射し、その踏切道５に存在する物体６ａ,６ｂ,６ｃからの反射波をミリ波レーダセンサの受信アンテナにより受信している状況を模式的に示している。そして、白抜きの大星で表された物体６ａは、時刻ｔ１において起立している人であり、黒星で表された物体６ｂは時刻ｔ２において倒れた人であると仮定する。ここで物体６ａと物体６ｂは同一の人である。また、小さい黒丸で表された物体６ｃは障害物として検知する必要のない小物体である。なお、図２(ａ)において、７は電気踏切しゃ断機、８はそのしゃ断かんである。
【００４０】
検知手段１０は、所定の検知周期ｔ１,ｔ２,ｔ３,・・・,ｔｎで送信波の出射および反射波の受信を行い、各物体６ａ,６ｂ,６ｃからの反射波の強さに応じた検知信号ｓ１を出力する。演算処理装置２０の検出手段２１は、その同じ検知周期ｔ１,ｔ２,ｔ３,・・・,ｔｎで検知信号ｓ１を入力し、図２（ｂ）に示すように、その検知信号ｓ１の検知レベルを障害物検知領域Ａの長手方向に等分割された区間（検知区間）ａ１,ａ２,ａ３,・・・,ａｎごとに検出し、その検出された検知レベルを下側閾値Ｌおよび上側閾値Ｈと比較する。（ｂ）の上段は検知周期ｔ１における検知手段１０の検知信号ｓ１を示し、（ｂ）の下段は検知周期ｔ２における検知手段１０の検知信号ｓ２を示す。
【００４１】
検知周期ｔ１においては、検知信号ｓ１の検知区間ａ４に対応する検知レベルは図２（ａ）の白抜きの大星で表された物体６ａに対応するものであり、上側閾値Ｈ以上である。この場合は、検出手段２１は、検知区間ａ４の検知レベルを上側閾値Ｈ以上と検出するので、図２（ｃ）に示すように、記憶手段２２には、検知周期ｔ１の検知区間ａ４に対応して「Ｈ」（上側閾値Ｈ以上の意味）が記憶される。また、検知区間ａｎ−１に対応する検知レベルは図２（ａ）の黒丸で表された物体６ｃに対応するものであり、下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満である。この場合は、検出手段２１は、検知区間ａｎ−１の検知レベルを下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満と検出するので、記憶手段２２には、検知周期ｔ１の検知区間ａｎ−１に対応して「Ｌ」（下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満の意味）が記憶される。図２（ｃ）のその他の空白部分は、下側閾値未満であることを意味しており、その情報も記憶手段２２にて記憶される。もっとも、「Ｈ」、「Ｌ」および空白以外の状態は取り得ないため、たとえば「Ｈ」と「Ｌ」の検知区間が記憶されていれば十分である。
【００４２】
他方、検知周期ｔ２においては、検知信号ｓ２の検知区間ａ４における検知レベルは図２（ａ）の黒星で表された物体６ｂに対応するものであり、下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満である。この場合は、検出手段２１は、検知区間ａ４の検知レベルを「Ｌ」と検出するので、記憶手段２２には、検知周期ｔ２の検知区間ａ４に対応して「Ｌ」が記憶される。検知周期ｔ２における検知区間ａｎ−１の検知レベルは図２（ａ）の黒丸で表された物体６ｃがそのまま存在していることに対応するものであり、この場合も、検出手段２１は、検知区間ａｎ−１の検知レベルを「Ｌ」と検出するので、記憶手段２２には、ｔ２のａｎ−１に対応して「Ｌ」が記憶される。
【００４３】
したがって、記憶手段２２に記憶された、直前の検知周期ｔ１および現在の検知周期ｔ２における各検知区間ａ１,ａ２,ａ３,・・・,ａｎの検知レベルは、図２（ｃ）に示すように、検知区間ａ４においては「Ｈ」から「Ｌ」、ａｎ−１においては「Ｌ」から「Ｌ」に時系列で変化する。
【００４４】
判定手段２３は、現在の検知周期ｔ２における検知区間ａ４の検知レベルが下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満であり、直前の検知周期ｔ１の検知区間ａ４の検知レベルを調べると、上側閾値Ｈ以上であるので、現在の検知周期ｔ２の検知区間ａ４の検知レベルを上側閾値Ｈ以上に更新し、直前の検知周期ｔ１の検知区間ａ４において下した障害物ありとの判定を継続する。現在の検知周期ｔ２における検知区間ａｎ−１の検知レベルも下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満であるので、直前の検知周期ｔ１の検知区間ａｎ−１の検知レベルを調べると、下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満であるので、検知区間ａｎ−１単独では障害物なしと判定される。結局、図２（ａ）に示された物体の存在状況では、踏切障害物検知装置１は、現在の検知周期ｔ２の物体６ｂが、直前の検知周期ｔ１で障害物と判定した物体６ａと同一であると推定され、物体６ｂも障害物として検知することができる。
【００４５】
一方、図２（ａ）において、物体６ｃのみが存在したという状況を新たに想定すると、踏切障害物検知装置１は、障害物として検知する必要のない物体６ｃを、障害物と判定しない。すなわち、誤検知は防止される。
【００４６】
ただし、物体６ｃが定常的に「Ｌ」と検出される場合には、ａｎ−１に一度「Ｈ」と検出される障害物が進入すると、物体６ｃのみしか存在しない状況であっても、踏切障害物検知装置１は障害物ありと判定してしまう。
【００４７】
ところで、図３ＢのステップＳ４４において、現在の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｎ）を上書きする理由は、直前の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｂ）だけ参照すれば時系列的なチェックが実現でき、実装時の記憶領域や処理時間を低減できるからである。実装時の記憶領域や処理時間の制約に余裕があるならば、再帰的に過去の検知周期の検出結果ｓ２を参照することによって、検出結果ｓ２を上書きせずに同等の機能が実現できる。すなわち、当該検知区間の検出結果ｓ２が下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満である限り、１周期前の当該検知区間の検出結果ｓ２を参照し、下側閾値Ｌ未満を経由することなく上側閾値Ｈ以上に到達可能な場合、当該検知区間に障害物ありと処理すればよい。
【００４８】
上記、再帰的に過去の検知周期の検出結果ｓ２を参照する方法であれば、どの検知周期まで遡及可能か制約を設けることが可能である。遡及可能な検知周期に制約を設けることにより、図２（ａ）において物体６ｃが定常的に「Ｌ」と検出される場合であっても、踏切障害物検知装置１が定常的に、すなわち不必要に障害物ありと判定することを回避することが可能となる。
【００４９】
図２（ａ）の検知手段１０による障害物検知領域Ａは、踏切道５の面積の半分しかカバーしていない。したがって、残りの半分をカバーするため、図２（ａ）の踏切道５の右隅に近い位置にもう一つの検知手段が設置される。この検知手段も演算処理装置２０に接続される。もう一つの検知手段は、検知手段１０との干渉を防ぐため、たとえば検知手段１０が送信波を出射していないときに送信波を出射する。または、干渉を防ぐため、検知手段１０の送信周波数とずらした送信波を出射することとしてもよい。
【００５０】
上記の例では、人が一つの検知区間の中において倒れた場合の障害物検知の方法を説明したが、人が倒れる方向は、検知区間の境界方向に対し垂直または斜め方向になる場合もあり得る。この場合、倒れる前後で人の存在する検知区間が時系列で変化しうる。
【００５１】
図４は、検知周期ｔ１においては検知区間ａ４の検知レベルが上側閾値Ｈ以上であったが、検知周期ｔ２においては検知区間ａ４の検知レベルが下側閾値Ｌ未満になり、その代わりに検知区間ａ５において検知レベルが下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満として検出された状況の一例を示す。ここで、検知周期ｔ１における検知区間ａ５の検知レベルは下側閾値Ｌ未満である。この事実から、検知周期ｔ１における区間ａ４の物体が検知周期t２までに検知区間ａ５に移動して高さ、または大きさが小さくなった、すなわち倒れたと推定することができる。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
本発明の他の実施の形態は、このような場合にも、検知可能にするため、判定手段２３に次のような判定アルゴリズムを実行させるようにした。すなわち、直前の検知周期（ｔ１）においてある検知区間（ａ４）で「Ｈ」と検出され、次の検知周期（ｔ２）におけるその検知区間（ａ４）の近傍の検知区間（ａ５）で「Ｈ」，Ｌのいずれかが判定されていれば、その判定対象物は直前の検知周期（ｔ１）において検知区間（ａ４）でＨと判定された物が隣接検知区間（ａ５）に移動したものとみなして、障害物ありと判定するようにしている。
【００５３】
第２の実施の形態の障害物有無判定を、図３Ｂのフローチャートに基づいて述べる。図３Ｂにおいて、ステップＳ４３を、選択検知区間だけでなく、選択検知区間の近傍の検知区間の直前の検知周期の検出結果ｓ２（ｓ２ｂ）を全て調査し、いずれかが上側閾値Ｈ以上であるかを判定するように変更する。これにより、第２の実施の形態が実現され、存在する検知区間と検知レベルが時系列で変化する場合に対応可能となる。
【００５４】
近傍の検知区間をどの範囲とするかは、一つの検知区間の距離などにより異なるが、１周期の間に障害物が転倒する際の平均的移動距離を目安として決めることができる。
【００５５】
第２の実施の形態は、物体を追跡することに特徴があるが、追跡結果が検知レベルの閾値にフィードバックされる点で特許文献１３および特許文献１４と本質的に異なる。また、追跡結果は本来検知すべき障害物による信号とノイズを判別することに利用されるため、被検知物の分離・融合等により追跡に失敗したとしても、踏切障害物検知装置としての機能が破綻することはない。
【００５６】
＜第３の実施の形態＞
上記の実施の形態は、検知手段１０が出力する検知信号ｓ１の検知レベルの下側閾値Ｌおよび上側閾値Ｈとの関係を時系列的にチェックし、その関係が一定の条件を満たす時に障害物があると判定するようにしたものである。上記の踏切障害物検知装置に他の構成を付加することにより、障害物検知性能がさらに向上される踏切障害物検知装置について、図５以下の図面に基づいて説明する。
【００５７】
図５に示すように、この踏切障害物検知装置１’は、第１検知手段１００と、第２検知手段２００と、これら二つの検知手段１００,２００に電気的に接続された演算処理装置３００とを有する。第１検知手段１００と第２検知手段２００は、互いに異なる検知方式もしくは異なる方向からのセンシングで障害物を検知するものである。たとえば、第１検知手段１００は、送信波を障害物検知領域に出射し、障害物からの反射波を受信して障害物を検知するものであり、第２検知手段２００は、画像センサである。
【００５８】
第１検知手段１００には、マイクロ波レーダセンサ、レーザレーダセンサ、ミリ波レーダセンサ、超音波センサのいずれも使用可能であるが、ミリ波レーダセンサは、雨や霧、雪などの天候の影響を受けにくいので、最も好ましい。以下には、第１検知手段１００がミリ波レーダセンサである場合について説明する。
【００５９】
ミリ波レーダセンサ（１００）は、図６に一例を示すように、鉄道線路９と道路５Ｒが同一平面上で交差する踏切道５Ｃの長手方向の一端部の側方に設置され、第２検知手段２００は、踏切道５Ｃの長手方向の他端部の第１検知手段１００と同じ側の側方に設置されている。なお、図６において、７は電気踏切しゃ断機、８はしゃ断かんである。
【００６０】
ミリ波レーダセンサ（１００）は、波長が１〜１０ｍｍ、周波数が３０〜３００ＧＨｚのミリ波を送信アンテナから出射し、その反射波を受信アンテナで受信し、送信波と受信波の差から、踏切道５Ｃの障害物検知領域内の障害物までの距離と反射強度を測定する機能を有する。
【００６１】
ミリ波レーダセンサ（１００）の障害物検知領域は、ミリ波の出射角と踏切道５Ｃの幅との関係で、図６にＡ１で示すように、ミリ波レーダセンサ（１００）のアンテナ部を中心とし、その中心から踏切道５Ｃの反対側の端部までを半径とする扇形となる。したがって、踏切道５Ｃの全域を障害物検知領域とするためには、踏切道５Ｃの対角線のミリ波レーダセンサ（１００）と反対側に、Ａ２を障害物検知領域とするもう一つのミリ波レーダセンサ（１００’）を設ける必要がある。
【００６２】
ミリ波レーダセンサ（１００）では、図７に示すように、変調信号発生部１０１の周波数変調された出力がアンプ１０２により増幅された後、分配器１０３に入力され、その分配器１０３の出力の一部が逓倍器１０４に入力された後、パワーアンプ１０５により増幅されて送信アンテナ１０６から障害物検知領域Ａ１に出射される。障害物検知領域Ａ１に物体が存在する場合は、その物体からの反射波が受信アンテナ１０７で受信され、その受信信号はアンプ１０８で増幅された後、分配器１０３から分配された信号（ローカル信号）とともにミキサー１０９において重合されて低位の周波数に変換されたビート信号となる。ビート信号は低周波アンプ１１０で増幅され、処理部１１１に入力する。
【００６３】
このとき、受信波はミリ波レーダセンサ（１００）から対象物までの距離Ｌの往復分（２×L／光速）、送信波に対し時間遅れを持っており、その時間分、周波数が低い（または高い）ことになる。このため、ローカル信号で周波数変換された結果、対象物の距離に応じて周波数が異なっているビート信号が処理部１１１に入力され、処理部１１１でＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理して対象物までの距離と対象物の大きさ等に応じた反射強度が検出される。処理部１１１から出力される検知信号ｓ１１は、図５の演算処理装置３００の第１判定部３０６に入力される。
【００６４】
第２検知手段２００は、画像センサであり、図８に示すように、撮像装置２０１と画像処理装置２０２とからなっている。画像センサ（２００）は、撮像装置２０１により障害物検知領域を撮像した画像データを画像処理装置２０２により画像処理して物体を検出し、その物体の大きさに応じた検出信号ｓ１２を出力するものである。撮像装置２０１には、単眼カメラ、ビデオカメラまたはステレオカメラのいずれかを用いることができる。撮像装置２０１の視野角は、踏切道５Ｃの全域が撮影対象となるように設定される。しかし、図６に例示するように、ミリ波レーダセンサが２個（１００）(１００’）設置される場合は、それぞれの障害物検知領域Ａ１,Ａ２が撮影対象となるように画像センサを２個（２００）(２００’）設置してもよい。画像処理装置２０２が出力する検出信号ｓ１２は、図５の演算処理装置３００の第２判定部３０７に入力される。
【００６５】
演算処理装置３００は、図５に示すように、制御部３０１と、検出部３０２と、記憶部３０３と、補助判定部３０４と、出力部３０５のほか、上記第１判定部３０６と、上記第２判定部３０７と、最終判定部３０８とを有する。
【００６６】
検出部３０２、記憶部３０３、補助判定部３０４、出力部３０５は、図１の検出手段２１、記憶手段２２、判定手段２３および出力手段２４と同等物である。そして、第１検知手段１００から入力する検知信号ｓ１１に対して先の実施の形態について説明したと同様の障害物検知のための作用を行い、判定結果を出力部３０５に出力する。
【００６７】
制御部３０１は、後述されるように、ミリ波レーダセンサ（１００）の送信周期および画像センサ（２００）の撮影周期を一致させるための制御信号を与え、また、検出部３０２ならびに第１判定部３０６および第２判定部３０７に、それぞれ下側閾値と上側閾値 （Ｌ）（Ｈ）,(Ｌｔ１) (Ｈｔ１) ，(Ｌｔ２）(Ｈｔ２)を設定する。
【００６８】
そして、下側閾値と上側閾値 (Ｌｔ１)(Ｈｔ１)が設定された第１判定部３０６は、ミリ波レーダセンサ（１００）の処理部１１１から入力した検知信号ｓ１１が下側閾値 (Ｌｔ１) を超えたときは第１次判定結果ｓ２１として低レベル判定信号Ｌ１を、また、検知信号ｓ１１が上側閾値(Ｈｔ１)を超えたときは第１次判定結果ｓ２１として高レベル判定信号Ｈ１を出力する。同様に、下側閾値と上側閾値 (Ｌｔ２)(Ｈｔ２)が設定された第２判定部３０７は、画像センサ（２００）の画像処理部２０２から入力した検知信号ｓ１２が下側閾値 (Ｌｔ２) を超えたときは第１次判定結果ｓ２２として低レベル判定信号Ｌ２を、また、検知信号ｓ１２が上側閾値(Ｈｔ２)を超えたときは第１次判定結果ｓ２２として高レベル判定信号Ｈ２を出力する。
【００６９】
図９（ａ）は、障害物検知領域Ａ１内に大きさの異なる５種類の物体が存在すると仮定した例を模式的に示す。中白丸はミリ波レーダセンサ（１００）にノイズとして検知されるような小物体であり、黒丸は画像センサ（２００）にノイズとして検知されるような小物体であり、これらは障害物として検知すべきでない物体である。黒星は障害物として検出対象とされるべき物体、たとえば、倒れている人等であり、白抜きの大星は当然に障害物として検出される物体、たとえば、自動車などである。
【００７０】
障害物検知領域Ａ１に図９（ａ）に示すような物体が存在する場合のミリ波レーダセンサ（１００）の検出信号ｓ１１は、図９（ｂ）に示すようなものとなる。したがって、第１判定部３０６は、図９（ａ）の 障害物検知領域Ａ１に存在する物体については、図９(ｄ)の上段に示すような第１次判定結果ｓ２１を最終判定部３０８に出力する。
【００７１】
また、障害物検知領域Ａ１に図９（ａ）に示すような物体が存在する場合の画像センサ（２００）の検出信号ｓ１２は、図９(ｃ）に示すようなものとなる。したがって、第２判定部３０７は、図９（ａ）の 障害物検知領域Ａ１に存在する物体については、図５（ｄ）の下段に示すような第１次判定結果ｓ２２を最終判定部３０８に出力する。
【００７２】
最終判定部３０８は、第１判定部３０６からの第１次判定結果ｓ２１と第２判定部３０７からの第１次判定結果ｓ２２を障害物検知領域Ａ１のミリ波レーダセンサ（１００）と画像センサ（２００）に共通する障害物検知区間（ａ１，ａ２，ａ３，・・・ａｎ−１，ａｎ）ごとに集計する。そして、一つの障害物検知区間に対して共に上側閾値以上のとき（すなわち、Ｈ１とＨ２）、上側閾値以上と下側閾値以上（すなわち、Ｈ１とＬ２）のとき、下側閾値以上と上側閾値以上（すなわち、Ｌ１とＨ２）のとき、または下側閾値以上と下側閾値以上（すなわち、Ｌ１とＬ２）のときは、その１周期において当該検知区間に障害物があると、最終的に判定する。図９（ａ）の例の場合は、図９（ｅ）に示されているように、障害物検知領域Ａ１の左端から４番目と７番目の区間（ａ４,ａ７）に障害物が存在すると判定する。したがって、図９（ａ）の白抜き大星および黒星が障害物として検知される。
【００７３】
最終判定部３０８は、第１判定部３０６からの第１次判定結果ｓ２１と第２判定部３０７からの第１次判定結果ｓ２２を障害物検知領域Ａ１のミリ波レーダセンサ（１００）と画像センサ（２００）に共通する障害物検知区間ごとに集計するため、すなわち、第１判定部３０６からの第１次判定結果ｓ２１と第２判定部３０７からの第１次判定結果ｓ２２の最終判定部３０８への入力タイミングを同期させるため、制御部３０１は、ミリ波レーダセンサ（１００）と画像センサ（２００）に、ミリ波出射と撮影を同期させる同期信号を与えている。
【００７４】
図１０は、最終判定部３０８が、第１判定部３０６からの第１次判定結果ｓ２１と第２判定部３０７からの第１次判定結果ｓ２２の組み合わせにより障害物の有無を最終的に判定する論理を説明する判定テーブルを示す。その判定テーブルにおいて×は、ノイズ（障害物無し）の判定を示し、一重丸および二重丸は、障害物ありの判定を示す。従来の障害物検知装置においては、１種類の閾値のみを用いているので、図１０の判定テーブルのＨ１の縦列のみ、またはＨ２の横列のみのいずれか一方においてしか、障害物ありの判定をすることができない。従来の障害物検知装置がミリ波レーダセンサと、画像センサの組み合わせを用いたとしても、図１０の判定テーブルのＨ１の縦列とＨ２の横列において障害物ありの判定をすることはできても、図１０の判定テーブルのＬ１とＬ２の条件を満たす障害物、たとえば、上述した倒れた人などを検知することはできない。しかし、本実施の形態においては、図１０の判定テーブルのＬ１とＬ２の条件を満たす障害物を検知することも可能になる。
【００７５】
第１判定部３０６および第２判定部３０７の下側閾値と上側閾値（Ｌｔ１）（Ｈｔ１），(Ｌｔ２）（Ｈｔ２）は、どの程度の大きさの物体を障害物として対処するかにより設定することができる。また、図１０の判定テーブルにおいて、二重丸の障害物は一般的に一重丸の障害物よりも危険性がより高い。
【００７６】
したがって、本実施の形態を踏切障害物検知装置に適用する場合は、最終判定部３０８に最終判定結果が図１０の判定テーブルの一重丸および二重丸のいずれに該当するかを表す注意喚起信号(たとえば、普通注意喚起信号と特別注意喚起信号)を出力する機能を付加するとよい。そして、その注意喚起信号を出力部３０５から図示されていない地上制御装置に伝送する。これにより、地上制御装置は普通注意喚起信号を受信したときは、たとえば、特殊信号発光機を動作させる制御信号を出力し、また、特別注意喚起信号を受信したときは、これを当該踏切に向かって進行する列車に対してブレーキを作用させる制御信号を出力することができる。
【００７７】
上には、各センサ（１００，２００）に対して、閾値を下側閾値と上側閾値の２段に設定した例を説明したが、閾値はたとえば図１１に示すように、多段階に設定し、さらに、重み付けなどをすることにより、障害物の種類に応じたより精細な障害物検知と、列車に対するより適切な制御が可能になる。
【００７８】
また、上記各種の検知手段の組み合わせ如何により、当該踏切の天候や環境条件に適合する検知能力を有する障害物検知装置の提供が可能である。
【００７９】
第３の実施の形態の他の構成では、図５の検出部３０２、記憶部３０３、補助判定部３０４が取り除かれており、引き換えに、同等の時系列処理が第１判定部３０６および第２判定部３０７で行われる。第１判定部３０６および第２判定部３０７は、障害物ありと判定した場合には、当該検知区間の検知レベルが下側閾値以上かつ上側閾値未満（Ｌ１，Ｌ２）であっても、上側閾値以上（Ｈ１，Ｈ２）に書き換えて最終判定部３０８に出力する。
【００８０】
第３の実施の形態のさらに他の構成では、図５の検出部３０２、記憶部３０３、補助判定部３０４が最終判定部の後段に接続されている。この構成では、最終判定結果、すなわち図１０の一重丸が下側閾値Ｌ以上かつ上側閾値Ｈ未満、図１０の二重丸が上側閾値Ｈ以上相当として、検出部３０２に入力される。
【００８１】
本発明は、天候の変化と比較して急峻かつ局所的変化に対し、誤検知を抑制し、検知能力を向上させるものである。この点で、天候等の比較的緩慢または大域的な変化による誤検知を防止する特許文献７〜１２で示された技術とは異なる。一方、本発明の技術は、それら天候等の比較的緩慢な変化による誤検知を防止する技術と背反するものではなく、併用も可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１１】
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