JPH0318129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、信号波形のパターン検出装置、さ
らに詳しくは時間とともに変化する信号レベルが
増加する傾向にあるのか、減少する傾向にあるの
か、それとも増加も減少もしない平衡状態を維持
しているのかを調べてその信号の波形パターンを
検出する装置に関する。

信号波形パターンの検出は、種々の信号波形を
パターン判別する場合に必要である。信号波形パ
ターンの検出は、一般的には、入力する信号を一
定周期でサンプリングし、このサンプリング時点
における信号レベルと前回のサンプリング時点に
おける信号レベルとを比較してその大小を判別す
ることにより行なわれる。このさい、大小判別に
加えて、前回と今回のサンプリング時点における
信号レベルの偏差がある基準量を超えているかど
うかを判別することにより、信号レベルが増加ま
たは減少傾向にあるのか、それとも増加も減少も
しない平衡状態にあるのかを検出すると好都合で
ある。

このような信号波形パターン検出において、サ
ンプリング周期および基準量は、検出すべき信号
の波形に応じて適宜定められるべきであるが、検
出すべき信号に、急峻な立上りまたは立下りをも
つもの、非常に緩慢な変化を示すものなど種々の
波形が含まれている場合には、サンプリング周期
および基準量の決定は非常に困難である。たとえ
ば、基準量を大きくとつた場合には、サンプリン
グ周期を長くしなければ立上りや立下りは検出で
きない。サンプリング周期を長くすると、立上り
や立下り時点の実際の時点よりも遅く検出するこ
とになり、立上りや立下り時点を検出して何らか
の測定に使用する場合には、検出誤差が発生する
という問題が降こる。そこで、基準量をできるだ
け小さくすることが望ましいが、基準量が小さす
ぎるとＡ−Ｄ変換の誤差内に入つてしまつて検出
が不能となる。したがつて、基準量を検出不能と
なるほど小さくはない適当な値にしておく必要が
ある。この場合には、当然サンプリング周期も短
い方が好ましい。しかし、サンプリング周期が短
いと、急な立上り、立下りを検出することはでき
るが、非常になだらかな立上りや立下りを検出す
ることはできなくなる。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、サンプリング周期をできるだけ短くして
も、緩慢な立上りや立下りと平衡状態とを明確に
識別しうる信号波形のパターン検出装置を提供す
るものである。

この発明による信号波形のパターン検出装置
は、検出した物理量を表わす電気信号を出力する
センサと、上記センサから出力される電気信号を
所定のサンプリング周期でサンプリングするサン
プリング回路と、上記サンプリング回路によつて
サンプリングされたデータを取込んでその変化パ
ターン判別するパターン判別装置とから構成さ
れ、上記パターン判別装置によつて、上記センサ
の出力信号が増加状態にあるか、減少状態にある
かまたは平衡状態にあるかを判別するものであ
る。

上記パターン判別装置はメモリとカウンタとを
備えている。上記メモリは、今回データを記憶す
る第１のエリヤと、以前のデータである前処理デ
ータを記憶する第２のエリヤと、サンプリング周
期の複数倍の規定周期を記憶する第３のエリヤと
を備えている。上記カウンタは連続するサンプリ
ング回数を計数するものである。

上記パターン判別装置は、サンプリング周期ご
とに今回データと前処理データとを比較し、その
偏差が所定の基準量より小さいときには上記カウ
ンタをインクレメントする。また上記偏差が上記
基準量よりも大きいときには偏差の正、負に応じ
てそれぞれ増加状態、減少状態と判別し、かつ今
回データによつて上記第２のエリヤの前処理デー
タを更新する。そして上記カウンタの計数値が上
記規定周期を表わす値に達したときには平衡状態
と判定し、今回データによつて上記第２のエリヤ
の前処理データを更新し、さらに上記カウンタを
クリアする。

この発明によれば、サンプリング周期の複数倍
の規定周期を設けて、この規定周期の範囲内で偏
差が基準量に達したかどうかをサンプリング周期
ごとに検査しているので、サンプリング周期を短
くしても緩慢な立上りや立下りと平衡状態とを明
確に区別して判定することができる。また偏差と
基準量との比較はサンプリング周期ごとに行なつ
ているので急激な立上り、立下りを迅速に検出す
ることもできる。このようにしてこの発明による
と高精度の波形パターン検出を達成しうる。

以下、図面を参照してこの発明を交通流計測装
置に適用した場合について詳しく説明する。交通
流計測装置は、道路上を走行している車両の速
度、車両通過台数、車頭間隔、渋滞度その他の交
通情報を収集するものである。

第１図は、交通流計測装置のカメラの設置の様
子を示している。カメラ１は、支柱３などにより
道路Ｌ上方の所要高さ位置（たとえば６ｍ）に、
道路Ｌに長さ方向の所要範囲（たとえば100ｍ）
を俯瞰するように設置されている。カメラ１内に
は、第４図に示すように、光学系４と多数の受光
素子とが含まれている。この例では、カメラ１の
視野内には６つの検出地点Ｐ１〜Ｐ６がある。カ
メラ１内の光学系４の結像面上であつてこれらの
検出地点に対応する箇所に、各１対ずつの受光素
子dS１，dR１〜dS６，dR６が配置されている。
これらの受光素子は、たとえばフオト・ダイオー
ドからなる。各検出地点（Ｐで代表する）には第
２図に示すように、セツト域Ｓとリセツト域Ｒと
が所要間隔ｌをおいて設定されている。１対の受
光素子（dS，dRで代表する）はこれらの各域Ｓ，
Ｒにそれぞれ対応している。

車両がCAが検出地点Ｐをセツト域Ｓからリセ
ツト域Ｒに向けて通過すると、第３図に示すよう
に、受光素子dSおよびdRから時間ｔだけずれた
車両検知信号が出力される。ここでは、各受光素
子dS，dRの出力の立上りを検出して、両信号の
立上りの差を検知時間ｔとしている。この検知時
間ｔは車両がセツト域Ｓとリセツト域Ｒとの間
（距離ｌ）を走行するのに要する時間であるから、
この車両の走行速度Ｖは次式で求められる。ただ
しＫは定数である。

Ｖ＝Ｋ・ｌ／ｔ 検知時間ｔの間に車両が実際に移動する距離
は、車両の色、車高などの影響を受け車両ごとに
若干異なり、実際には上記の距離ｌとは等しくは
ない。しかしながら、路面より所要高さだけ上方
の位置に検知面を仮想してこの検知面上で両域
Ｓ，Ｒ間の距離を測り、かつこの距離を統計的に
修正することにより、車両の走行速度を高精度に
測定することが可能である。また必要ならば、６
つの検出地点Ｐ１〜Ｐ６で測定した同一車両の走
行速度の平均値を求めてもよい。

車頭間隔および渋滞度などもこの走行速度にも
とづいて算出することができる。たとえば車頭間
隔は、検知地点Ｐ１である車両を検出したとき
に、検出地点Ｐ１で検出された１つ前の先行車両
の速度と経過時間との積から求めることができ
る。渋滞度はたとえば、６つの地点Ｐ１〜Ｐ６の
うち測定走行速度が所定速度（たとえば20Km／
ｈ）以下の地点の数によつて定めることができ
る。

さて、上述のように各種の処理は、処理装置２
で行なわれる。第４図を参照して、カメラ１内の
各受光素子dS，dRの出力信号は自動利得制御機
能を備えた増巾器５で増巾されたのち、マルチプ
レクサ・チヤンネル装置６に送られ、ここで12個
の受光素子の各出力が順次切換えられてＡ−Ｄ変
換器７に送られる。Ａ−Ｄ変換器７は、所定のサ
ンプリング周期（この例では4.8ｍＳ）で入力す
る受光素子の出力をAD変換し、その結果を中央
処理装置（CPUという）８に送る。CPU８は、
マルチプレクサ・チヤンネル装置６やＡ−Ｄ変換
器７を制御するとともに、後述する信号波形パタ
ーン検出処理や上述の各種の交通情報演算処理を
行なう。CPU８はその実行プログラムを格納し
たプログラム・メモリ（図示略）の他にデータ・
メモリ９を備えている。処理装置２にはカメラ１
から入力する信号の低周波成分を除去するフイル
タ回路や増巾器が設けられるが、簡略化のために
図示が省略されている。

第５図はカメラ１の受光素子から出力される信
号の波形の例を示している。この入力信号は、サ
ンプリング周期ごとにＡ−Ｄ変換器７でAD変換
される。今回のＡ／Ｄ変換された結果を今回デー
タDtとする。今回データDtがそれより以前にデ
ータよりも増加しているが、減少しているかまた
は平衡状態にあるかを判定するためには、今回デ
ータDtに以前のデータとの偏差Δωを求める必要
がある。この偏差Δωを求めるための対象となる
以前のデータを前処理データＤ０とする。また上
記判定のために、今回データDtと前処理データ
Ｄ０との偏差Δωと比較される基準の量を基準量
ω０とする。さらに、規定周期Ｔという概念を導
入し、この規定周期Ｔをサンプリング周期の複数
倍（この例でば４倍）の時間とする。そして、サ
ンプリング周期ごとに偏差Δωと基準量ω０とを
比較して、偏差Δωが基準量ω０以上である場
合、または規定周期Ｔが経過したときに今回デー
タDtを前処理データＤ０としてこの前処理デー
タＤ０を更新する。信号の立上りまたは立下りが
緩慢な場合には、増加量または減少量がサンプリ
ング周期の時間では基準量ω０に達しないことが
ある。このような信号の緩慢な変化を検出するた
めに規定周知Ｔが導入されており、規定周期Ｔの
範囲内で変化量が基準量ω０に達しているかどう
かをみるのである。

信号の変化状態には、増加と、減少と、増加も
減少もしない平衡状態とがある。規定周期Ｔ内に
Dt−Ｄ０≧ω０であれは増加状態とみなす。規
定周期Ｔ内にDt−Ｄ０≦−ω０であれば減少状
態とみなす。そして、これらの判定をしたときに
今回データDtを前処理データＤ０として採用す
る。また、規定周期Ｔが経過しても｜Dt−Ｄ０
｜＜ω０であれば平衡状態とみなして、前処理デ
ータＤ０として今回データDtを採用する。

第５ａ図を参照して、車両を検知していない定
常状態では前処理データは０である（時刻ｔ１）。
このときの前処理データをＤ０１とする。これ以
降の各サンプリング周期の時間内でも信号はほと
んど立上がらず、規定周期Ｔが経過したときにも
（時刻ｔ２）偏差（Δω＝Dt−Ｄ０１）は基準量
ω０に達していないから、時刻ｔ１〜ｔ２の間は
平衡状態である。したがつてこのときの今回デー
タを前処理データＤ０２として更新する。

次のサンプリング周期でも偏差Δωは基準量ω
０に達していない。そこでさらにサンプリングの
１周期が経過したとき（時刻ｔ３）に偏差Δωを
求めて基準量ω０と比較する。時刻ｔ２からサン
プリング周期で２周期が経過したときには（時刻
ｔ３）Δω≧ω０となつているので、時刻ｔ２〜
ｔ３は増加状態である。このため時刻ｔ３で、そ
のときの今回データを前処理データＤ０３として
更新する。時刻ｔ３からサンプリング１周期が経
過したときにも（時刻ｔ４）、Δω≧ω０となつ
て増加状態と判定され、前処理データがＤ０４と
して更新される。

時刻ｔ４以降のサンプリング４周期の期間（規
定周期Ｔ）はほとんど信号の変化がなく平衡状態
であつて、時刻ｔ５で前処理データがＤ０５に変
更される。時刻ｔ５〜ｔ７の間では、信号は急激
に立上り、各サンプリング周期ごとに減少と判定
され、かつ前処理データが更新される（Ｄ０６，
Ｄ０７で示す）。そして、時刻ｔ７以降は再び平
衡状態になり、規定周期Ｔごとに前処理データが
更新されていく（Ｄ０８など）。

第５ａ図において、時刻ｔ２〜ｔ４の間では信
号の増加状態が２回連続している。このように同
一の信号変化状態を続くときには同一波形パター
ンとし、他の信号状態に変化したときに信号波形
のパターンが変化するものとすると、第５ａ図に
示す信号は、平衡、増加、平衡、減少そして平衡
というパターンで構成されている。

カメラ１の受光素子の出力信号は車両の形状、
色、速度その他の要因により変化する。第５ｂ図
に他の波形の例が示される。この信号波形は、平
衡、増加、減少、増加、減少、平衡、減少そして
平衡というパターンで構成されていることが理解
されよう。

このような信号波形のパターン検出処理を
CPU８で実行するためにデータ・メモリ９には、
各種のデータを記憶するエリヤＭ１〜Ｍ１１が設
けられている。エリヤＭ１には今回データDtが、
エリヤＭ２には前処理データＤ０が、エリヤＭ３
には偏差Δωが、エリヤＭ４には前回の信号状態
が、エリヤＭ５には基準量ω０がそれぞれ記憶さ
れる。エリヤＭ６は波形パターンを記憶するエリ
ヤであつて、多数の記憶場所を有し、各記憶場所
には連続番号のアドレスｎ０〜nnが付けられて
いる。そして、次の検出パターンを記憶すべき記
憶場所のアドレスがエリヤＭ７の内容によつて指
定される。

エリヤＭ８には規定周期Ｔが、エリヤＭ９には
平衡継続判定量Ｃ０がそれぞれ記憶され、エリヤ
Ｍ１０，Ｍ１１はそれぞれ周期カウンタＣ１、平
衡カウンタＣ２として用いられる。周期カウンタ
Ｃ１は規定周期Ｔに達したかどうかを計数するも
のであつて、サンプリング周期ごとにその内容に
＋１され、規定周期Ｔに達するとリセツトされ
る。平衡カウンタＣ２は、平衡状態の継続回数を
計数するものであつて、車両を検出していない定
常状態か、時刻ｔ４〜ｔ５のような車両検知にお
ける平衡状態かを区別するために用いられる。こ
の区別の基準となる平衡状態継続回数わ表わすの
が平衡継続判定量Ｃ０であつて、車両検知におい
てありうる最大継続回数よりも大きな値が採用さ
れている。そして、平衡カウンタＣ２の内容がこ
の判定量Ｃ０以上の場合に定常状態であると判断
される。

第６図は、CPU８による信号波形パターン検
出処理の手順を示している。まず、サンプリング
周期が経過したかどうかをみて（ステツプ
（20））、サンプリング周期であれは入力信号をＡ
−Ｄ変換器７によりAD変換して、このAD変換
結果を今回データDtとしてエリヤＭ１に記憶す
る（ステツプ（21））。そして、今回データDtか
ら前処理データＤ０を差引いて偏差Δωを算出し
（ステツプ（22））、この偏差Δωの絶対値と基準
量ω０とを比較してこれらの大小関係を調べる
（ステツプ（23））。偏差Δωの絶対値が基準量ω
０よりも小さければ周期カウンタＣ１の内容に＋
１して（ステツプ（24））、このカウンタＣ１の内
容が規定周期Ｔに達しているかどうかをみる（ス
テツプ（25））。規定周期Ｔに達していなければ処
理を終える。

規定周期Ｔが経過した場合には周期カウンタＣ
１をリセツトしてその内容をクリヤし（ステツプ
（26））、平衡状態と判定する（ステツプ（27））。
そして、エリヤＭ４の内容から前回が平衡状態で
あつたかどうかをみて（ステツプ（28））、前回が
平衡でなく増加または減少であつた場合には、波
形パターンが変つたのであるから、エリヤＭ６の
エリヤＭ７の内容で指定されるアドレスに平衡パ
ターンを記憶する（ステツプ（29））とともに、
次の波形パターン記憶のためにエリヤＭ７の内容
に＋１しておく（ステツプ（30））。この後、今回
の状態をエリヤＭ４に記憶し、ステツプ（31）に
進む。前回が平衡状態であつた場合にはそのまま
ステツプ（31）に進む。

ステツプ（31）では、平衡カウンタＣ２の内容
に＋１して、平衡カウンタＣ２の内容と平衡継続
判定量Ｃ０との大小関係を調べる（ステツプ
（32））。平衡カウンタＣ２の内容が判定量Ｃ０以
上である場合には定常状態であるから、エリヤＭ
７の内容にエリヤＭ６の先頭番地であるｎ０をセ
ツトして、次の車両による信号の波形パターン結
出に備える（ステツプ（33））。この後、ステツプ
（46）に移つて、今回データDtを前処理データＤ
０としてエリヤＭ２に記憶して、処理を終える。
ステツプ（32）でNOの場合にもステツプ（46）
に移る。

偏差Δωの絶対値が基準量ω０以上の場合（ス
テツプ（23）でNO）には増加または減少である
から、周期カウンタＣ１および平衡カウンタＣ２
をそれぞれリセツトし（ステツプ（35）、（36））、
偏差Δωの正、負を判定する（ステツプ（37））。
偏差Δωが正であれば増加状態と判定して（ステ
ツプ（38））、前回の状態が増加であつたかどうか
をみる（ステツプ（39））。前回が増加状態でなけ
ればエリヤＭ６に増加パターンを記憶して（ステ
ツプ（40））、エリヤＭ７の内容に＋１する（ステ
ツプ（41））。そして、エリヤＭ４に増加状態を記
憶して、ステツプ（46）に進み、今回データDt
を前処理データＤ０としてエリヤＭ２に記憶す
る。前回が増加の場合にはそのままステツプ
（46）に進む。

偏差Δωが負の場合には減少状態と判定し（ス
テツプ（42））、増加の場合と同じように、前回が
減少状態であつたかどうかをみて（ステツプ
（43））、前回の状態が減少でなければエリヤＭ６
のエリヤＭ７の内容で指定されるアドレスに減少
パターンを記憶し（ステツプ（44））、エリヤＭ７
の内容に＋１して（ステツプ（45））、減少状態を
エリヤＭ４に記憶しステツプ（46）に進んで、今
回データDtを前処理データＤ０としてエリヤＭ
２に記憶する。前回も減少の場合にはそのままス
テツプ（46）の処理をして、すべての処理を終え
る。

このようにしてデータ・メモリ９のエリヤＭ６
に記憶された信号波形パターンは、交通流計測の
ための種々の処理、たとえば車両による信号かま
たは車両の影による信号かを区別するために用い
られる。車両による信号は、第５図に示すよう
に、定常状態レベルから必ず立上り、波形パター
ンは平衡ののち増加というパターンをたどる。こ
れに対して車両の影による信号は定常状態レベル
から立下り、波形パターンは平衡ののち減少とい
うパターンになる。このように信号波形パターン
の変化によつて、車両による信号を車両の影によ
る信号から区別することができるので、影による
信号を排除して、車両による信号から車両走行速
度などの交通流情報を正確に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は交通流計測装置のカメラの設置状態を
示す図、第２図は検出地点の拡大図、第３図は車
両検知信号を示す波形図、第４図は上記カメラの
内部および処理装置を示す構成およびブロツク
図、第５図は波形パターンの検出を示す説明図、
第６図はCPUによつて波形パターン検出装置を
実行する場合の処理手順を示すフロー・チヤート
である。 １……カメラ（センサ）、dS，dR，dS１〜dS
６，dR１〜dR６……受光素子（センサ）、７…
…Ａ−Ｄ変換器（サンプリング回路）、８……中
央処理装置（CPU）（パターン判別装置）、９…
…データ・メモリ（メモリ）、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ８
……メモリのエリヤ、Ｃ１……周期カウンタ（カ
ウンタ）、Ｔ……規定周期、Dt……今回データ、
Do……前処理データ、Δω……偏差、ω０……基
準量。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 検出した物理量を表わす電気信号を出力する
   センサ１，dS，dRと、上記センサから出力され
   る電気信号を所定のサンプリング周期でサンプリ
   ングするサンプリング回路７と、上記サンプリン
   グ回路によつてサンプリングされたデータを取込
   んでその変化パターンを判別するパターン判別装
   置８とを備え、上記パターン判別装置によつて、
   上記センサの出力信号が増加状態にあるか、減少
   状態にあるかまたは平衡状態にあるかを判別する
   信号波形のパターン検出装置において、 上記パターン判別装置はメモリ９とカウンタＣ
   １とを備え、 上記メモリは、今回データDtを記憶する第１
   のエリヤＭ１と、以前のデータである前処理デー
   タDoを記憶する第２のエリヤＭ２と、サンプリ
   ング周期の複数倍の規定周期Ｔを記憶する第３の
   エリヤＭ８とを備え、 上記カウンタは連続するサンプリング回数を計
   数するものであり、 上記パターン判別装置は、サンプリング周期ご
   とに今回データと前処理データとを比較し、 その偏差△ωが所定の基準量ω０より小さいと
   きには上記カウンタをインクレメントし、 上記偏差が上記基準量よりも大きいときには偏
   差の正、負に応じてそれぞれ増加状態、減少状態
   と判別し、かつ今回データによつて上記第２のエ
   リヤの前処理データを更新し、 上記カウンタの計数値が上記規定周期を表わす
   値に達したときには平衡状態と判定し、今回デー
   タによつて上記第２のエリヤの前処理データを更
   新し、さらに上記カウンタをクリアする、 信号波形のパターン検出装置。