(57)【要約】【課題】  必要とする車線における車両の通過が精度よく判定できる車両検知装置を提供する。【解決手段】  道路上を通過する車両による磁場を向きの異なる複数軸３，４で計測する磁気センサ１，２と、これらの計測値の時系列を波形データとして記憶するメモリ装置と、各計測軸の波形データから評価要素として、パルス長Ｔｉ、絶対値積分値Ｓｉ、積分値Ａｉ、形状因子Ｐｉ（ｉは計測軸番号）をそれぞれ計算する計算手段と、これらの評価要素に基づいて車両が通過したこと及び車両が通過した車線を判定する判定手段とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路上を通過する車両による磁場を向きの異なる複数軸で計測する磁気センサと、これらの計測値の時系列を波形データとして記憶するメモリ装置と、各計測軸の波形データから評価要素として、パルス長Ｔｉ、絶対値積分値Ｓｉ、積分値Ａｉ、形状因子Ｐｉ（ｉは計測軸番号）をそれぞれ計算する計算手段と、これらの評価要素に基づいて車両が通過したこと及び車両が通過した車線を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする車両検知装置。
【請求項２】
前記判定手段は、任意の１つの計測軸（ｉ＝１とする）に関する評価要素から２つの第一評価量Ｓ１／Ｔ１及びＡ１／Ｓ１を計算し、これら２つの第一評価量の組み合わせにより波形データを分類し、この分類により車線の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の車両検知装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記２つの第一評価量間の相関マップを予め有し、この相関マップを用いて前記分類を行うことを特徴とする請求項２記載の車両検知装置。
【請求項４】
前記判定手段は、任意の２つの計測軸（ｉ＝１，２とする）に関する評価要素から２つの第二評価量Ｐ２／（Ｓ２Ｔ２）及び（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）を計算し、この第二評価量により判定を行うことを特徴とする請求項２又は３記載の車両検知装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記分類毎の前記２つの第二評価量間の相関マップを予め有し、前記分類に応じた相関マップを用いて判定を行うことを特徴とする請求項４記載の車両検知装置。
【請求項６】
前記磁気センサとして２軸或いは３軸の検出軸を有する磁気センサを１箇所に設置し、各検出軸の出力値に回転演算を施すことにより、所望の計測軸の磁場を求めることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の車両検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路を走行する車両を検知して交通流量の測定に利用される車両検知装置に係り、特に車両による磁場の変化から車両の通過を判定する磁場感応型の車両検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路近傍のある地点で磁場を検出すると、時間的に一定なある値が得られる。これは地磁気によるものである。道路上を磁性体の塊である車両が通過すると、磁性体に磁束が集中するため、上記地点での磁場が時間的に変化する。車両が磁化している場合、その磁化の方向と地磁気の方向とが同じであれば磁場が強まり、磁化の方向と地磁気の方向とが逆であれば磁場が弱まるので、検出される磁場はより大きく変化する。このような磁場感応型の車両検知装置が特許文献１〜７に記載されている。
【０００３】
これらの車両検知装置では、車両が道路上を通過すると道路近傍に設置してある磁気センサの出力（強度・振幅）が変化する。このときの磁気センサの出力波形に基づき閾値を超えた等の事象を捉えて車両が通過したことを判定する。この判定を知らせる車両検知信号の個数をカウントすることにより、車両の通過台数を求めることができる。２つの磁気センサが道路の長手方向に沿って間隔をおいて設置されているので、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信号が得られる。時間差で磁気センサ間距離を割ることにより、車両の通過速度を求めることができる。
【０００４】
従来の車両検知のアルゴリズムを図７に、磁気センサの出力波形を図８に示す。
【０００５】
ステップ１５において各々の磁気センサの出力値（出力波形１９）を読み取り、ステップ１６において前記出力値から予め設定されたオフセット値（地磁気によるもの）２１を減算して計測値とする。ステップ１７において車両計測演算（車両通過の判定）を行い、ステップ１８において判断値（判定結果）を外部に出力する。これらのステップを定期的に繰り返し実行する。
【０００６】
車両計測演算の内容を説明する。計測値が予め設定された上限閾値２２と下限閾値２３とで挟まれる範囲の外にあるとき、車両有り（通過している）と判定され、判断値２０がＯＮになる。計測値が前記範囲の内に戻っても最後に車両有りと判定されてから穴埋め時間２７が経過するまでの間は計測値による判定は保留され、穴埋め時間２７中に再び計測値が前記範囲の外に出ると同一の車両有りと判定され、穴埋め時間２７が経過後に計測値が前記範囲の内にとどまれば車両無しと判定される。１つの磁気センサでは１軸の一方向の磁場を検出しているので、磁気センサの周囲に車両通過による磁場が残留すると、次の車両通過による反対方向の磁場がうまく検出できず、判断値２０がＯＦＦになることがあるが、穴埋め時間２７を用いた処理により、判断値２０がＯＦＦになる傾向を緩和することができる。
【０００７】
特許文献２には、閾値にヒステリシスを与えることが示されている。特許文献３には、磁気センサの出力値を微分することが示されている。特許文献４には、磁気センサの出力値から先頭のピークと最終のピークを検出することが示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３２５２８８号公報
【特許文献２】特開平９−１３８２８４号公報
【特許文献３】特開平１０−２０８１８７号公報
【特許文献４】特開２００２−２５１６９１号公報
【特許文献５】特開２００３−１３２４８７号公報
【特許文献６】特開２００３−１８７３８１号公報
【特許文献７】特開２００３−３０８５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
道路が複数車線を有しており、そのうちの１つの車線を通過する車両を検知しようとして、当該車線の近傍に磁気センサを設置したとしても、その車線とは別の車線を大きく磁化された車両が通過すると、従来の車両検知のアルゴリズムでは、車両が通過したと判定されて判断値２０がＯＮになる。このため当該車線における車両通過の判定が不正確になり、車両検知の精度が低下してしまう。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、必要とする車線における車両の通過が精度よく判定できる車両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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、道路上を通過する車両による磁場を向きの異なる複数軸で計測する磁気センサと、これらの計測値の時系列を波形データとして記憶するメモリ装置と、各計測軸の波形データから評価要素として、パルス長Ｔｉ、絶対値積分値Ｓｉ、積分値Ａｉ、形状因子Ｐｉ（ｉは計測軸番号）をそれぞれ計算する計算手段と、これらの評価要素に基づいて車両が通過したこと及び車両が通過した車線を判定する判定手段とを備えたものである。
【００１２】
前記判定手段は、任意の１つの計測軸（ｉ＝１とする）に関する評価要素から２つの第一評価量Ｓ１／Ｔ１及びＡ１／Ｓ１を計算し、これら２つの第一評価量の組み合わせにより波形データを分類し、この分類により車線の判定を行ってもよい。
【００１３】
前記判定手段は、前記２つの第一評価量間の相関マップを予め有し、この相関マップを用いて前記分類を行ってもよい。
【００１４】
前記判定手段は、任意の２つの計測軸（ｉ＝１，２とする）に関する評価要素から２つの第二評価量Ｐ２／（Ｓ２Ｔ２）及び（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）を計算し、この第二評価量の組み合わせにより判定を行ってもよい。
【００１５】
前記判定手段は、前記分類毎の前記２つの第二評価量間の相関マップを予め有し、前記分類に応じた相関マップを用いて判定を行ってもよい。
【００１６】
前記磁気センサとして２軸或いは３軸の検出軸を有する磁気センサを１箇所に設置し、各検出軸の出力値に回転演算を施すことにより、所望の計測軸の磁場を求めてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）車両が通過したこと及び車両が通過した車線を判定できるので、必要とする車線における車両の通過が精度よく判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１（ａ）、図１（ｂ）に、本発明に係る車両検知装置における磁気センサの配置の一例を示す。図１（ａ）に示されるように、車両の正面に向かって見ると、２つの磁気センサ１，２が一方の車線、例えば、向かって右側の車線の下に埋設される。路面から磁気センサ１，２までの深さは任意であり、橋梁などの場合、磁気センサ１，２を橋梁裏側に取り付けてもよい。各磁気センサ１，２は、それぞれ単一の検出軸（磁気センサに固有の方向）を有し、それらの検出軸を所望した互いに異なる計測軸（計測したい方向）に一致させて設置される。即ち、図示例では、磁気センサ１の計測軸３が向かって右側に幾分傾けてあるのに対し、磁気センサ２の計測軸４が向かって幾分左側に傾けてある。また、図１（ｂ）に示されるように、磁気センサ１は磁気センサ２よりも道路の下流に設置される。このように、２つの磁気センサ１，２は道路の長手方向に沿って間隔をおいて設置されている。磁気センサ１の計測軸番号ｉを１とし、磁気センサ２の計測軸番号ｉを２とする。
【００２１】
多くの車両において、車両の真下で磁場を計測すると地磁気の集中により垂直方向の磁場が主に変化する。これに対し、車両の真下から離れた場所で磁場を計測すると車両と磁気センサを結んだ直線にほぼ平行な方向の磁場が主に変化する。下流側の磁気センサ１は、右側車線上の車両による磁場をよく検知するが、左側車線上の車両による磁場はあまり検知しない。一方、上流側の磁気センサ２は、右側車線上の車両による磁場をよく検知すると共に左側車線上の車両による磁場も多少検知する。従って、車両が右側車線を通過した場合と左側車線を通過した場合とで磁気センサ１，２の出力波形は異なる。
【００２２】
図２を用いて車両検知のアルゴリズムを説明する。
【００２３】
ステップ５において、各々の磁気センサ１，２の出力波形を所定のサンプリング周期でサンプリングして計測値の時系列を読み取り、所定期間分の時系列を波形データとしてメモリ装置に記憶する。なお、計測値は磁気センサ１，２の出力値から予め設定されたオフセット値（地磁気によるもの）を減算して得る。
【００２４】
ステップ６において、記憶されているそれぞれの波形データについて計算手段が評価要素を計算する。評価要素は、パルス長Ｔｉ、絶対値積分値Ｓｉ、積分値Ａｉ、形状因子Ｐｉ（ｉは計測軸番号）である。各評価要素の計算式は以下のとおりである。各計算式の時間ｔ、計測値Ｈｉ及び積分範囲は図３に示す。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
図３は全ての計測軸に共通した典型的な波形を示したものであり、実際には各計測軸で波形は異なる。パルス長Ｔｉは、図３のとおり、計測値Ｈｉが０から正の最大ピーク、０、負の最大ピークを経て０に戻る時間であり、一台の車両の通過による磁場変化に対応している。パルス長Ｔｉを計算する方法は、計測値Ｈｉの時間微分値（磁場の変化の速さ）を計算し、その微分値の絶対値が予め設定した閾値を越えたときパルスが始まり、その後、再び微分値の絶対値が予め設定した閾値を越えたときパルスが終わるものとし、パルスの始まりから終わりまでの時間をパルス長Ｔｉとする。ただし、図８で説明した穴埋め時間２７の間はパルスの終わりを判定せずにパルスが継続していると見なす。
【００２７】
図３の波形においてパルス長Ｔｉの中央のＨｉ＝０の時間ｔを０とし、±Ｔｉ／２に振り分ける。パルス長Ｔｉには車両の速度の情報が含まれる。絶対値積分値Ｓｉには車両によって乱される磁場の大きさの情報が含まれる。積分値Ａｉ、形状因子Ｐｉには、それぞれ波形の特徴を表す情報が含まれる。
【００２８】
ステップ７において、計測軸３（ｉ＝１）に関する評価要素から２つの第一評価量Ｓ１／Ｔ１及びＡ１／Ｓ１を計算する。磁気センサ１の計測軸３は、磁気センサ１と左側車線上の車両とを結ぶ線に対し直交に近い角度をなしているため、左側車線上の車両による磁場は小さく検出される。右側車線上の車両による磁場はそれほど小さく検出されない。つまり、計測軸３の計測値Ｈ１は車両が通過する車線によって絶対値の大きさが異なる。このため、第一評価量Ｓ１／Ｔ１の大きさで車線を大まかに区別できる。また、もうひとつの第一評価量Ａ１／Ｓ１は、計測軸３における波形の特徴を数値化したものである。２つの第一評価量を組み合わせることにより、より精度良く車線を区別できる。
【００２９】
この区別（分類ともいう）を行う手段として、２つの第一評価量間の相関マップを作成するとよい。図４に示されるように、横軸をＳ１／Ｔ１とし縦軸をＡ１／Ｓ１とした二次元座標に、過去に計測した複数の波形データによる点をプロットする。自車線と注釈がある濃い点は、磁気センサ１が設置された右側車線を車両が通過したときの波形データによる点であり、隣車線と注釈がある薄い点は、左側車線を車両が通過したときの波形データによる点である。この相関マップを見ると、自車線の点と隣車線の点がそれぞれ偏って分布している。この分布に基づき、自車線の点しかない自車線領域９と隣車線の点しかない隣車線領域１０を境界分けすることができる。また、自車線の点と隣車線の点が混在する部分に関しては、自車線の点が比較的多い高密度共有領域１１と自車線の点が比較的少ない低密度共有領域１２を境界分けすることができる。
【００３０】
計測された波形データによる２つの第一評価量を図４の相関マップに適用すると、前記４種類の領域９〜１２のいずれかに波形データを分類することができる。自車線領域９に分類された場合及び隣車線領域１０に分類された場合は、この分類から直ちに車線の判定が確定する。
【００３１】
ステップ８において、計測軸３，４（ｉ＝１，２）に関する評価要素から２つの第二評価量Ｐ２／（Ｓ２Ｔ２）及び（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）を計算する。第二評価量Ｐ２／（Ｓ２Ｔ２）は、計測軸４における波形の特徴を数値化したものである。もうひとつの第二評価量（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）は計測軸３，４の磁場の強度の比較値である。即ち、双方の計測軸３，４の磁場の差が小さければこの第二評価量は値が小さくなる。双方の計測軸３，４の磁場の差が大きければ第二評価量は値が大きくなる。
【００３２】
２つの第二評価量の組み合わせから判定を行う手段として、２つの第二評価量間の相関マップを作成するとよい。図５は、図４の高密度共有領域１１に対応した相関マップであり、図６は、図４の低密度共有領域１２に対応した相関マップである。図５及び図６に示されるように、横軸をＰ２／（Ｓ２Ｔ２）とし縦軸を（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）とした二次元座標に、過去に計測した複数の波形データによる点をプロットする。自車線と注釈がある濃い点は、磁気センサ１が設置された右側車線を車両が通過したときの波形データによる点であり、隣車線と注釈がある薄い点は、左側車線を車両が通過したときの波形データによる点である。これらの相関マップを見ると、いずれの相関マップにおいても自車線の点と隣車線の点がそれぞれ偏って分布している。これらの分布に基づき、各相関マップに、自車線の点しかない領域と隣車線の点しかない領域とを境界分けする高密度境界線１３、低密度境界線１４を引くことができる。
【００３３】
ステップ７の分類において高密度共有領域１１であった場合には、計測された波形データによる２つの第二評価量を図５の相関マップに適用する。ステップ７の分類において低密度共有領域１２であった場合には、計測された波形データによる２つの第二評価量を図６の相関マップに適用する。高密度境界線１３或いは低密度境界線１４のどちら側に来るかで、車線を判定することができる。
【００３４】
なお、第一評価量Ｓ１／Ｔ１、第二評価量Ｐ２／（Ｓ２Ｔ２）は、パルス長Ｔ１又はＴ２で割り算しているので、車両の速度が異なる波形データを同じスケールで評価するに適している。同様に、第一評価量Ａ１／Ｓ１は同じ積分範囲で得た積分値同士の割り算しており、第二評価量（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）も比になっているので、車両の速度が異なる波形データを同じスケールで評価するに適している。
【００３５】
次に、ステップ９において判断値（判定結果）を外部に出力する。これらのステップを定期的に繰り返し実行する。
【００３６】
以上のアルゴリズムの説明から分かるように、本発明では、単なる閾値と計測値の瞬時値の比較ではなく、ある程度の時間幅の計測値の時系列から種々の情報を持つ評価要素を抽出するので、通過車線の判定が精度良くできる。また、第一・第二の評価量は車両の速度に依存しないので過去の多くの波形データとの比較がしやすい。さらに、相関マップを用いたことにより、２つの評価量から判定結果が直読できる。
【００３７】
なお、図１の形態では、１軸の計測軸を有する磁気センサを２個、間隔をおいて設置したが、１つのセンサ筐体に２軸或いは３軸の検出軸を有する多軸磁気センサを道路長手方向の１箇所に設置しても本発明は実施できる。
【００３８】
図９に示した磁気センサ９１は、磁気センサ９１固有の互いに直交する２軸の検出軸を有する多軸磁気センサである。図１の磁気センサ１，２の代わりにこの磁気センサ９１を１個だけ用い、この磁気センサ９１を所定の車線の下に埋設する。このとき２軸の検出軸の方向は路面に平行なｘ方向と路面に垂直なｚ方向に向けておく。これにより、磁気センサ９１は、車両が通過したときの磁場のｘ方向成分Ｈｘとｚ方向成分Ｈｚを出力することができる。
【００３９】
これらの出力値Ｈｘ，Ｈｚに以下の回転演算を施すことにより、所望の計測軸の磁場、即ち図１の２つの磁気センサ１，２で得ていた２つの計測軸３，４の計測値Ｈｉ（ｉ＝１，２）を１つの磁気センサ９１で求めることができる。
【００４０】
ここで、計測軸３のｚ軸に対する傾きをθ１、計測軸４のｚ軸に対する傾きをθ２とすると、計測軸３，４を検出軸とする仮想的な磁気センサ（磁気センサｉに相当）の出力Ｈｉは回転演算により、次式のようになる。
【００４１】
【数２】
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【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を示す磁気センサの配置図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す車両検知アルゴリズムの流れ図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す磁気センサの出力波形図である。
【図４】本発明に用いる相関マップの図である。
【図５】本発明に用いる相関マップの図である。
【図６】本発明に用いる相関マップの図である。
【図７】従来の車両検知アルゴリズムの流れ図である。
【図８】磁気センサの出力波形図である。
【図９】本発明の一実施形態を示す磁気センサの配置図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，２  磁気センサ
３，４  計測軸
【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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