JP2017010313A - 無線送受電装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 緊急車両等が交差点を通過する際に、信号機が停電等で作動していない場合、緊急車両等がスムースに交差点を通過できるように信号機を作動させることができない。【解決手段】 自装置の搭載された車両の進行方向を所定時間間隔で撮影し、前記撮影による画像データを出力する画像取得手段と、入力された前記画像データにおいて全灯消灯状態にある信号機を認識すると、前記信号機の位置を算出し、出力する画像解析手段と、入力された前記信号機の位置および前記車両の速度情報にもとづいて算出された、前記車両が前記信号機の設置されている地点を通過する時間を含む所定時間に前記信号機および前記信号機と関係動作する信号機の少なくとも一つの位置へ無線送電を行う送電手段とを備える。【選択図】 図８

Description

本発明は、無線送受電装置および制御方法に関する。

信号機への送電線（有線）による電力供給が停電、故障などにより正常に行われない場合等に備え、信号機に常時、バッテリーを設置しておくと、定期的なバッテリーのメンテナンスに膨大な費用が掛かる。信号機に常時、バッテリーを設置することなしに停電時等に信号機の作動を再開させる技術が特許文献１に記載されている。

すなわち、特許文献１に記載の信号システムは、信号灯（機）１と、信号灯１の点灯を制御する制御装置２と、制御装置２に連結される商用電源３と、制御装置２に連通する接続端子を備えた電源切替機構４とを備える。本信号システムにおいて、商用電源３から制御装置２への電気の供給が途絶えた際、電源切替機構４の接続端子に自動車５のバッテリーの電極を接続して信号機１を作動させる（図１参照）。

このように、特許文献１に記載の信号システムにおいては、いわゆるパトカーや救急車、一般の乗用車などの車両のバッテリーで信号機を作動させることが出来るため、停電時等に信号機の作動を再開させることが可能となる。

特開２０１２−２３８１４０号公報

特許文献１に記載の技術によれば、停電時等に信号機の作動を再開させることが可能となる。

ところで、緊急車両等が停電等により作動していない信号機の設置された交差点を通過しようとする場合がある。その場合、特許文献１に記載の信号システムでは、停電時等に車両のバッテリーで信号機を作動させる際、車両を信号機のある交差点付近に駐車して、その車両のバッテリーの電極とバッテリー経路の接続端子とを接続する必要がある。このため、信号機を作動させるまでに相当の時間を要し、緊急車両の走行に支障をきたす恐れがある。

つまり、特許文献１に記載の技術では、緊急車両等が停電等により作動していない信号機の設置された交差点を通過する場合、緊急車両等がスムースに交差点を通過できるように信号機を作動させることができないことが課題である。

本発明の目的は、この課題を解決する無線送受電装置および制御方法を提供することである。

本発明の無線送電装置は、自装置の搭載された車両の進行方向を所定時間間隔で撮影し、前記撮影による画像データを出力する画像取得手段と、入力された前記画像データにおいて全灯消灯状態にある信号機を認識すると、前記信号機の位置を算出し、出力する画像解析手段と、入力された前記信号機の位置および前記車両の速度情報にもとづいて算出された、前記車両が前記信号機の設置されている地点を通過する時間を含む所定時間に前記信号機および前記信号機と関係動作する信号機の少なくとも一つの位置へ無線送電を行う送電手段とを備えることを特徴とする。

本発明の無線送電装置の制御方法は、無線送電装置の搭載された車両の進行方向を所定時間間隔で撮影し、前記撮影による画像データを出力する画像取得工程と、入力された前記画像データにおいて全灯消灯状態にある信号機を認識すると、前記信号機の位置を算出し、出力する画像解析工程と、入力された前記信号機の位置および前記車両の速度情報にもとづいて算出された、前記車両が前記信号機の設置されている地点を通過する時間を含む所定時間に前記信号機および前記信号機と関係動作する信号機の少なくとも一つの位置へ無線送電を行う送電工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、緊急車両等が交差点を通過する際に、信号機が停電等で作動していない場合、緊急車両等がスムースに交差点を通過できるように信号機を作動させることが可能となる。

信号システムの構成を示す図である。 第１の実施形態における無線送電装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態における無線受電装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態における無線受電装置と信号機の接続関係を示す図である。 第１の実施形態における無線送受電装置の動作例を示すシーケンス図である。 第１の実施形態における車両および信号機の位置関係および送受電を示す図である。 第１の実施形態における車両および信号機の位置関係および送受電を示す図である。 第１の実施形態における車両および信号機の位置関係および送受電を示す図である。 第１の実施形態における無線受電装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態における無線送電装置の構成例を示す図である。

本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。

図２、図３に、本実施形態における無線送受電装置の構成例を示す。無線送電装置１０は、画像取得部１１、画像解析部１２、タイマ部１３、送電部１４を備える。無線送電装置１０は緊急車両等の車両に搭載される。また、無線受電装置２０は、受電部２１、点灯部２２を備える。無線受電装置２０は信号機に備えられる（図４参照）。

無線送電装置１０の各部を説明する。

画像取得部１１は、カメラ１１１を備え、車両の進行方向の撮影を行い、画像データを出力する。

画像解析部１２は、画像データの認識および判定を行い、信号機の位置を算出・出力する。

タイマ部１３は、信号機の位置および車両の速度の情報をもとに送電時間を算出・出力する。

送電部１４は、信号機の位置および送電時間にもとづいて無線送電を行う。例として、無線送電の方式はマイクロ波送電であり、周波数は２．４ＧＨｚ、出力は６０Ｗ（１信号機当り）とする。

無線受電装置２０の各部を説明する。

受電部２１は、無線受電を行い、受電した電力を直流変換し、点灯部２２に供給する。無線受電は、例えば、レクテナを用いて行われる。なお、一般的に、マイクロ波送電の伝送効率は６割程度で、マイクロ波から直流への電力変換効率は５割〜８割程度である。

点灯部２２は、受電部２１から電力が供給され、信号機の停電状態を検知すると、一般的な点灯方法で赤色灯を点灯させる。停電状態の検知は信号機の電源の給電可否の検出にもとづいて行う。なお、信号機（ＬＥＤ）の消費電力は２０Ｗ程度である。ＬＥＤはLight Emitting Diodeの略称である。

上述の構成例を踏まえ、本実施形態における無線送受電装置の動作について、図５〜図７を参照して説明する。図５は本実施形態における無線送受電装置の動作例を示すシーケンス図である。

ユーザの操作により無線送電装置１０が始動される。画像取得部１１のカメラ１１１が無線送電装置１０の備えられた緊急車両等の車両の進行方向、例えば、運転手の視野を連続的に撮影し（図６Ａ参照）、その画像データを画像解析部１２へ出力する（Ｓ５０１）。なお、図６において、緊急車両の従う信号機が信号機３の位置にあることがあるが、ここでは信号機１であるとする。

画像解析部１２は画像取得部１１から入力された画像データにおいて信号機のパターン認識を行う（Ｓ５０２）。例えば、あらかじめ、全ての型の（車両用交通）信号機の画像データにもとづき信号機の典型的なテンプレートを作成しておき、ＳＩＦＴ（Scale-Invariant Feature Transform）特徴量にもとづくマッチングを行って、入力された画像データにおいて信号機を認識する。入力された画像データにおける特徴量の算出において、信号機が、車両の前方直線上にあるような場合、運転手の視野の中心から上方付近に位置する性質を考慮して算出の対象領域を決定してもよい。信号機が認識された場合（Ｓ５０２でＹｅｓ）、画像解析部１２は認識された信号機が停電状態や動作停止状態であるかどうかを信号機の停電・動作停止時の特徴にもとづいて判定する（Ｓ５０３）。信号機の停電・動作停止時の特徴とは、例えば、赤・黄・緑（青）等全ての信号灯が所定時間以上消灯している状態である。その場合、カメラ１１１の露光時間をその所定時間以上に設定することによって画像データにおいて全ての信号灯の消灯状態の認識を行ってもよい。信号機が認識されない場合（Ｓ５０２でＮｏ）、次に撮影された画像データについてＳ５０１の処理が行われる。当該信号機が停電状態であると判定された場合（Ｓ５０３でＹｅｓ）、画像解析部１２は無線送電装置１０に対する当該信号機の位置や距離を画像解析等により算出し、タイマ部１３へ出力する（Ｓ５０４）。例として、信号灯の直径Ｄおよび信号機の高さＨが一般的に既知であるため、カメラの焦点距離ｆ、画像上での信号灯の直径ｄおよび信号機の高さｈから無線送電装置１０から当該信号機までの距離Ｌが次の式より算出される。

Ｌ＝ｆ×（Ｈ＋Ｄ）／（ｈ＋ｄ）
当該信号機が停電状態でないと判定された場合（Ｓ５０３でＮｏ）、次に撮影された画像データについてＳ５０１の処理が行われる。

タイマ部１３は、画像解析部１２から信号機の位置や距離の情報が入力されると、その情報と車両やユーザなどより入力される車両の速度の情報（現在の速度、過去の平均速度など）にもとづき車両が当該信号機の設置されている交差点（地点）を通過する時間（前後を含む）である送電時間を算出する。次に、タイマ部１３は送電部１４へ当該信号機の位置と送電時間の情報を含む無線送電信号を出力する（Ｓ５０５）。すなわち、タイマ部１３は、車両等より入力される車両の速度の情報にもとづき、例えば、当該地点から当該信号機までの車両の平均速度Ｓを推定する。その平均速度の情報を車両や運転手にフィードバックして実際にその平均速度となるように車両を走行させてもよい。車両が当該地点から当該信号機に到達するまでの到達時間Ｔが次の式より算出される。

Ｔ＝Ｌ／Ｓ
同様に、タイマ部１３は交差点通過に要する時間を算出し、送電開始地点から交差点入口までに要する所定時間（距離）、交差点出口から送電停止地点までに要する所定時間（距離）、到達時間Ｔなどから送電時間を算出する。送電開始地点から交差点入口までの距離、交差点出口から送電停止地点までの距離は、例えば、３０ｍとする。

また、タイマ部１３は送電開始地点から送電停止地点までの間で移動する車両（無線送電装置１０）に対する当該信号機の位置を送電時間内の全ての時刻について算出する。

送電部１４は、タイマ部１３から無線送電信号が入力されると、送電時間に当該信号機（信号機１〜４）の位置に向けて無線送電を行う（Ｓ５０６）（図６Ｂ参照）。送電部１４においては移動している車両に対する当該信号機の位置の情報にもとづき時々刻々送電部１４のアンテナ（図示せず）を受電部２１に向ける制御が行われる。受電部２１においては受電を行うアンテナ等が信号機（灯）の底面に道路に向けて設置されてある。なお、信号機１〜４の位置関係には一般的に一定の規則があり、車両に対する信号機１の位置から信号機２〜４の位置を推測することが可能である。送電部１４のアンテナを１つにする場合、あらかじめ、そのアンテナからの送電電波の放射角を、その送電電波の伝達範囲が信号機１〜４を最小限カバーするように設定し、受電部２１の受電する電力が対応する信号機の動作に十分となるようにする。そのために必要な送信電波の出力を簡単のため送電電波の放射面と全ての受電部２１（アンテナ等）との面積比にもとづいて試算すると、試算結果として非常に高い出力となることがある。このため、信号機１〜４各々に対して送電部１４に個別のアンテナを設けてもよい。その場合、あらかじめ、各アンテナからの送電電波の放射角を送電電波の伝達範囲が、対応する信号機を最小限カバーするように設定しておき、また、上記の送電部１４のアンテナを受電部２１に向ける制御は、各アンテナについて行う。これにより、送電電波をピンポイントに受電部２１に当てることができ、送電電波の出力（値）を信号機の消費電力のオーダ程度に抑えることが可能となる。

また、無線送電を行うために使用する信号機の位置と送電時間の情報は送電開始まで最新情報に更新してもよい。

送電部１４から無線送電が行われると、信号機１、信号機２、信号機３および信号機４の受電部２１は受電している電力を直流変換（整流）し、点灯部２２に供給する（Ｓ５０７）。点灯部２２は供給された電力で自信号機の通常電源が停電状態であることを検知すると、自信号機の赤色灯を点灯させる（点灯方法は一般的な信号機のものによる）（Ｓ５０８）。送電部１４は、送電時間が経過すると、信号機１、信号機２、信号機３、信号機４に対する無線送電を停止し（Ｓ５０９）、各赤色灯が消灯する（Ｓ５１０）。

上記送受電において、信号機の位置の算出は車両進行方向に見える信号機１に対して行われるため、車両からの無線送電の電波が送電方向や電波の指向性など次第で信号機２、３、４の受電部２１に届きにくい場合がある。そのような場合、信号機２、３、４の受電部２１が受電を行えるようにするため、図７に示すように図３の無線受電装置に送電部７１、受電部７２などを追加して信号機間で送受電を行えるようにしてもよい。

すなわち、送電部７１は受電、直流変換されている電力を分電し、赤色灯の点灯に使用されないものを左（右）隣の信号機へ送電する。受電部７２は右（左）隣の信号機から受電するが、受電部２１で受電を行っている場合は受電しない。これにより、例として、車両より受電した信号機１が信号機２へ送電し、信号機１から受電した信号機２が信号機３へ送電し、信号機２から受電した信号機３が信号機４へ送電して、全ての信号機に電力が供給される（図６Ｃ参照）。なお、送電部７１とその隣の送電先の信号機の受電部７２とは互いに送受電可能な向きに設置されてある。車両と信号機１とで送受電される電力は信号機１〜４全ての動作に十分なものとする。また、ここでは、信号機間の送受電が無線で行われているが、代わりに、信号機間を地下経由で接続した有線で行ってもよい。

以上のように、走行中の車両に搭載された無線送電装置が停電状態の信号機の位置を算出し、車両が当該信号機のある交差点を通過する時間、当該信号機に対して無線送電を行い、当該信号機に備えられた無線受電装置が受電している電力で当該信号機の赤色灯を点灯させる。

このように、緊急車両等が交差点を通過する際に、信号機が停電等で作動していない場合、緊急車両等がスムースに交差点を通過できるように信号機を作動させることが可能となる。

本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。

図８に、本実施形態における無線送電装置の構成例を示す。無線送電装置８０は、画像取得部８１、画像解析部８２、送電部８３を備える。

画像取得部８１は、車両の進行方向を所定時間間隔で撮影し、画像データを出力する。

画像解析部８２は、画像データにおいて全灯消灯状態にある信号機を認識すると、その信号機の位置を算出し、出力する。

送電部８３は、車両が信号機を通過する所定時間に信号機の位置へ無線送電を行う。

上述の構成例を踏まえ、本実施形態における無線送電装置８０の動作について説明する。

ユーザの操作により無線送電装置８０が始動される。画像取得部８１が無線送電装置８０の搭載された車両の進行方向を所定時間間隔で撮影し、その撮影による画像データを出力する。画像解析部８２が入力された画像データにおいて全灯消灯状態にある信号機を認識すると、その信号機の位置を算出し、出力する。送電部８３が入力された信号機の位置および当該車両の速度情報にもとづいて算出された、当該車両が当該信号機の設置されている地点を通過する時間を含む所定時間に当該信号機および当該信号機と関係動作する信号機の少なくとも一つの位置へ無線送電を行う。（当該信号機は受電している電力で赤色灯を点灯させる。）
以上のように、走行中の車両に搭載された無線送電装置が停電状態の信号機の位置を算出し、車両が当該信号機のある交差点を通過する時間、当該信号機に対して無線送電を行い、当該信号機に備えられた無線受電装置が受電している電力で当該信号機の赤色灯を点灯させる。

このように、緊急車両等が交差点を通過する際に、信号機が停電等で作動していない場合、緊急車両等がスムースに交差点を通過できるように信号機を作動させることが可能となる。

本発明は、無線送受電装置および制御方法に利用可能である。

１０、８０ 無線送電装置
１１、８１ 画像取得部
１２、８２ 画像解析部
１３ タイマ部
１４、７１、８３ 送電部
２０、７０ 無線受電装置
２１、７２ 受電部
２２、７３ 点灯部
１１１ カメラ

Claims (10)

1. 自装置の搭載された車両の進行方向を所定時間間隔で撮影し、前記撮影による画像データを出力する画像取得手段と、
   入力された前記画像データにおいて全灯消灯状態にある信号機を認識すると、前記信号機の位置を算出し、出力する画像解析手段と、
   入力された前記信号機の位置および前記車両の速度情報にもとづいて算出された、前記車両が前記信号機の設置されている地点を通過する時間を含む所定時間に前記信号機および前記信号機と関係動作する信号機の少なくとも一つの位置へ無線送電を行う送電手段と
   を備えることを特徴とする無線送電装置。
2. 前記送信手段は、前記信号機および前記関係動作する信号機の各々に対して個別に送電を行うアンテナを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送電装置。
3. 無線により受電した電力を出力する無線受電手段と、
   前記無線受電手段から入力された前記電力をもとに、自装置の備えられた信号機が停電状態であることを検知すると、前記信号機の赤色灯を点灯させる点灯手段と
   を備えることを特徴とする無線受電装置。
4. 前記無線受電手段が無線受電を行っていないときに受電した電力を出力する受電手段と、
   入力された、前記無線受電手段あるいは前記受電手段が出力した電力をもとに自装置の備えられた信号機と関係動作する他の所定の信号機に対して送電を行う送電手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の無線受電装置。
5. 請求項１または２に記載の無線送電装置と、
   請求項３または４に記載の無線受電装置と
   を含む無線送受電システム。
6. 請求項１または２に記載の無線送電装置が搭載された車両と、
   請求項３または４に記載の無線受電装置が備えられた信号機と
   を含む交通システム。
7. 無線送電装置の搭載された車両の進行方向を所定時間間隔で撮影し、前記撮影による画像データを出力する画像取得工程と、
   入力された前記画像データにおいて全灯消灯状態にある信号機を認識すると、前記信号機の位置を算出し、出力する画像解析工程と、
   入力された前記信号機の位置および前記車両の速度情報にもとづいて算出された、前記車両が前記信号機の設置されている地点を通過する時間を含む所定時間に前記信号機および前記信号機と関係動作する信号機の少なくとも一つの位置へ無線送電を行う送電工程と
   を備えることを特徴とする無線送電装置の制御方法。
8. 前記送信工程は、前記信号機および前記関係動作する信号機の各々に対して個別に送電を行う
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線送電装置の制御方法。
9. 無線により受電した電力を出力する無線受電工程と、
   前記無線受電工程により入力された前記電力をもとに、無線受電装置の備えられた信号機が停電状態であることを検知すると、前記信号機の赤色灯を点灯させる点灯工程と
   を備えることを特徴とする無線受電装置の制御方法。
10. 前記無線受電工程が無線受電を行っていないときに受電した電力を出力する受電工程と、
    入力された、前記無線受電工程または前記受電工程で出力された電力をもとに前記無線受電装置の備えられた信号機と関係動作する他の所定の信号機に対して送電を行う送電工程と
    をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の無線受電装置の制御方法。