CN104541124A

CN104541124A - 利用激光测定的支撑物探测装置

Info

Publication number: CN104541124A
Application number: CN201380041758.3A
Authority: CN
Inventors: 庭川诚; 渡部勇介; 松原一隆
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: JP5796684B2; JPWO2014024812A1; CN104541124B; WO2014024812A1

Abstract

通过使用利用激光测定的支撑物探测装置，正确地探测铁路车辆中的支撑物，该利用激光测定的支撑物探测装置具备：扫描式激光测距仪(15、16)，在从铁路车辆(14)的顶上中央在枕木方向分开的位置设置两台以上，分别以枕木方向的旋转轴为中心，扫描角度旋转，对车辆(14)上方的、室外用支撑物(12)、隧道用支撑物(13)以及隧道顶板(17)进行扫描；以及支撑物探测部(21)，根据从扫描式激光测距仪(15、16)至照射了激光的扫描部位的距离d以及角度θ的数据，探测室外用支撑物(12)或者隧道用支撑物(13)。

Description

利用激光测定的支撑物探测装置

技术领域

本发明涉及利用激光测定的支撑物探测装置。

背景技术

本发明是在铁路车辆上设置激光测距仪，从车辆检测从地上在线路上方设置的支撑物的技术，是对在行驶中取得的激光测距仪的距离数据进行变换而将干扰和支撑物分离的技术。此处，支撑物是指，固定铁路中的架空线(trolley line)等的器具。如图1所示，支撑物有室外用(明亮区间)支撑物12和隧道用支撑物13，都沿枕木方向设置。其中，如图1所示，相对车辆14的行进方向(图中的白色箭头指示的方向。以下相同)，室外用支撑物12设置于架空线11的左右，隧道用支撑物13被设置成横切架空线11。

在铁路中的架线检测装置中，需要掌握行驶中的本车辆的位置。为了掌握该位置，使用探测在地上设置的支撑物的位置的方法，所以支撑物探测非常重要。作为支撑物探测手段，从行驶中的车辆通过激光测距仪进行探测的手段的精度最好。作为与使用了激光测距仪的位置测定关联的现有技术，有以下举出的技术。

在下述专利文献1记载的技术中，在根据包括来自激光测距仪的取得数据的位置观测数据确定送电线的位置和其支撑物的位置的激光隔离测量系统中，设置数码相机以使该数码相机的摄像范围相对激光测距仪的扫描范围成为规定的关系，根据时刻信息将来自数码相机的静止图像数据和来自激光测距仪的取得数据关联起来，从而在基于静止图像数据的图像上显示根据位置观测数据确定的支撑物的位置。

在下述专利文献2记载的技术中，将隧道方向的轴作为旋转轴而旋转，通过激光测距仪在圆周方向上扫描隧道内壁面，测定直至隧道内壁面的距离或者表示该距离的移位的位置数据，也能够测定支撑物。

另外，在下述专利文献3中，记载了如下技术：用设置于车辆的照相机对受电弓附近进行摄像，对该照相机的影像输出使用图像处理来探测障碍物(此处的障碍物是指，在规定范围以下与受电弓接近、而有与受电弓碰撞的风险的物体)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-58255号公报

专利文献2：日本特开2002-168617号公报

专利文献3：日本专利第40787798号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1记载的技术中，有支撑物显现在静止图像中的可能性，需要用于从静止图像中探测支撑物的其它手段。另外，还考虑到在该静止图像中的背景中隧道壁面的图样或大楼等复杂地显现，但难以从复杂的背景正确地探测支撑物。

另外，在上述专利文献2记载的技术中，激光的旋转周期具有上限，所以在高速行驶的车辆中测定的情况下，有可能在激光的旋转周期之间支撑物通过而无法探测支撑物。

进而，在上述专利文献3记载的技术中，对照相机影像有30fps或60fps等摄像周期的制约，所以与专利文献2记载的技术同样地，有在高速行驶的车辆中在摄像周期的期间障碍物通过，而无法探测障碍物的可能性。

本发明的目的在于，如上所述，为了解决在现有技术中难以正确地探测铁路车辆中的支撑物这样的问题，提供一种装置，在车辆上设置激光测距仪而从车辆探测从地上在线路上方设置的支撑物，并且变换在行驶中取得的激光测距仪的距离数据而区分干扰和支撑物。

解决技术问题的技术方案

解决上述课题的第一发明提供一种利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，具备：

扫描式激光测距仪，在从铁路车辆的顶上中央在枕木方向分开的位置处设置两台以上，分别以枕木方向的旋转轴为中心，扫描角度旋转，对所述车辆上方的、室外用支撑物、隧道用支撑物以及隧道的内壁面上部的隧道顶板进行扫描；以及

支撑物探测部，根据从所述扫描式激光测距仪至照射了激光的扫描部位的距离d以及角度θ的数据，探测室外用支撑物或者隧道用支撑物。

解决上述课题的第二发明的利用激光测定的支撑物探测装置的特征在于，

在上述第一发明的利用激光测定的支撑物探测装置中，

所述支撑物探测部具备：

处理电路，分别输入两台以上的所述扫描式激光测距仪通过各自的扫描得到的所述距离d以及所述角度θ，使时间t匹配，从而制作与相同的所述距离d、所述角度θ以及所述时间t有关的坐标上的数据；

(t，y)投影处理部，根据由所述处理电路制作的所述坐标上的数据，使用下述公式，描绘到关于所述时间t以及铅直方向的y轴的投影面；

直线检测部，根据从所述(t，y)投影处理部输入的信息，使用已知的所述隧道顶板的高度和所述隧道用支撑物以及架空线的高度的值，对描绘的所述投影面上的所述数据的点的两个集合分别进行直线近似；以及

直线判定部，根据从所述直线检测部输入的信息，区分出所述y轴的值大的一方的集合是所述隧道顶板的所述数据的集合、所述y轴的值小的一方的集合是所述隧道用支撑物以及所述架空线的所述数据的集合，

y＝d·cosθ。

解决上述课题的第三发明的利用激光测定的支撑物探测装置的特征在于，

在上述第一发明的利用激光测定的支撑物探测装置中，

所述支撑物探测部具备：

(t，x)投影处理部，根据由所述处理电路制作的所述坐标上的数据，使用下述公式，描绘到关于所述时间t以及相对所述车辆的行进方向平行的x轴的绝对值的投影面；

直线检测部，根据从所述(t，x)投影处理部输入的信息，使用已知的所述车辆的行驶速度的值，对描绘的所述投影面上的所述数据的点的两个集合分别进行直线近似；以及

直线判定部，根据从所述直线检测部输入的信息，区分出所述两个集合中的、所述直线的倾角陡峭的一方的集合是所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的所述数据的集合，平缓的一方的集合是所述架空线的所述数据的集合，

x＝d·sinθ。

解决上述课题的第四发明的利用激光测定的支撑物探测装置的特征在于，

在上述第一发明的利用激光测定的支撑物探测装置中，

所述支撑物探测部具备：

处理电路，分别输入两台以上的所述扫描式激光测距仪通过各自的扫描得到的所述距离d以及所述角度θ，使时间t匹配，从而制作与相同的所述距离d、所述角度θ以及所述时间t有关的第一坐标上的数据；

(x，y，t)坐标变换部，根据从所述处理电路输入的信息，使用下述公式，将所述第一坐标上的所述数据变换到与相对所述车辆的行进方向水平的x轴、相对所述车辆的行进方向垂直的y轴以及所述时间t有关的第二坐标；

(t，y)投影处理部，根据从所述(x，y，t)坐标变换部输入的信息，将所述第二坐标上的所述数据描绘到关于所述时间t以及所述y轴的第一投影面；

第一直线检测部，根据从所述(t，y)投影处理部输入的信息，使用已知的所述隧道顶板的高度和所述隧道用支撑物以及架空线的高度的值，对描绘的所述第一投影面上的所述数据的点的两个集合分别进行直线近似；

第一直线判定部，根据从所述第一直线检测部输入的信息，区分出所述y轴的值大的集合是所述隧道顶板的所述数据的集合、所述y轴的值小的集合是所述隧道用支撑物以及所述架空线的所述数据的集合；

(t，x)投影处理部，根据从所述(x，y，t)坐标变换部以及所述第一直线判定部输入的信息，将排除了所述隧道顶板的所述数据的集合之后的、所述第二坐标上的所述数据描绘到关于所述时间t以及所述x轴的绝对值的第二投影面；

第二直线检测部，根据从所述(t，x)投影处理部输入的信息，使用已知的所述车辆的行驶速度的值，对描绘的所述第二投影面上的所述数据的点的两个集合分别进行直线近似；以及

第二直线判定部，根据从所述第二直线检测部输入的信息，区分出由所述第二直线检测部处理过的所述两个集合中的、所述直线的倾角陡峭的一方的集合是所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的所述数据的集合，平缓的一方的集合是所述架空线的所述数据的集合，

x＝d·sinθ

y＝d·cosθ。

解决上述课题的第五发明的利用激光测定的支撑物探测装置的特征在于，

在上述第三发明的利用激光测定的支撑物探测装置中，

所述支撑物探测部还具备：

支撑物计数部，根据从所述直线判定部输入的信息，对自所述车辆从起点出发起探测到所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的次数进行计数，判断当前探测的所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物是从起点起的第几个；以及

车辆位置计算部，依据预先设置的、对所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物从起点依次附加的编号与行驶距离的相关关系，根据从所述支撑物计数部输入的信息，计算所述行驶距离。

解决上述课题的第六发明的利用激光测定的支撑物探测装置的特征在于，

在上述第四发明的利用激光测定的支撑物探测装置中，

所述支撑物探测部还具备：

支撑物计数部，根据从所述第二直线判定部输入的信息，对自所述车辆从起点出发起探测到所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的次数进行计数，判断当前探测的所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物是从起点起的第几个；以及

解决上述课题的第七发明的利用激光测定的支撑物探测装置的特征在于，

在上述第一发明的利用激光测定的支撑物探测装置中，

所述支撑物探测部具备：

直线检测部，在所述行驶速度并非已知的情况下，根据从所述(t，x)投影处理部输入的信息，使用设计速度，对描绘的所述投影面上的所述数据的点的两个集合分别进行直线近似；

直线判定部，根据从所述直线检测部输入的信息，区分出所述两个集合中的、所述直线的倾角陡峭的一方的集合是所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的所述数据的集合，平缓的一方的集合是所述架空线的所述数据的集合；

倾角测定部，根据从所述直线检测部以及所述直线判定部输入的信息，在所述投影面中，测定所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的所述数据的集合的所述直线的倾角；以及

车辆速度计算部，依据从所述倾角测定部输入的信息，根据所述倾角与所述行驶速度的相关关系，计算该行驶速度，

x＝d·sinθ。

解决上述课题的第八发明的利用激光测定的支撑物探测装置的特征在于，

在上述第一发明的利用激光测定的支撑物探测装置中，

所述支撑物探测部具备：

第二直线检测部，在所述行驶速度并非已知的情况下，根据从所述(t，x)投影处理部输入的信息，使用设计速度，对描绘的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似；

第二直线判定部，根据从所述第二直线检测部输入的信息，区分出由所述第二直线检测部处理过的所述两个集合中的、所述直线的倾角陡峭的一方的集合是所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的所述数据的集合，平缓的一方的集合是所述架空线的所述数据的集合；

倾角测定部，根据从所述第二直线检测部以及所述第二直线判定部输入的信息，在所述第二投影面中，测定所述室外用支撑物或者所述隧道用支撑物的所述数据的集合的所述直线的倾角；以及

x＝d·sinθ

y＝d·cosθ。

发明效果

根据上述第一发明的利用激光测定的支撑物探测装置，能够探测从铁路车辆的行进方向观察时左右两方的室外用支撑物。

根据上述第二发明的利用激光测定的支撑物探测装置，通过将朝向车辆的行进方向的扫描式激光测距仪的距离数据投影到时间t和y轴的投影面，能够排除成为干扰的隧道顶板的距离数据，探测隧道用支撑物以及架空线。

根据上述第三发明的利用激光测定的支撑物探测装置，通过将朝向车辆的行进方向的激光测距仪的距离数据投影到时间t和x轴中的投影面，能够排除成为干扰的架空线的距离数据，仅检测支撑物。

根据上述第四发明的利用激光测定的支撑物探测装置，通过将朝向车辆的行进方向的激光测距仪的距离数据投影到时间t和y轴中的投影面以及时间t和x轴的投影面，能够排除成为干扰的隧道顶板和架空线的距离数据，仅检测支撑物。

根据上述第五、六发明的利用激光测定的支撑物探测装置，通过使用对室外用支撑物或者隧道用支撑物上附加的编号与行驶距离的相关关系，能够不受成为干扰的隧道顶板以及架空线的影响地计算行驶中的本车辆的位置。

根据上述第七、八发明的利用激光测定的支撑物探测装置，通过测定室外用支撑物或者隧道用支撑物的数据的集合的直线的倾角，能够不受成为干扰的隧道顶板以及架空线的影响地计算本车辆的行驶速度。

附图说明

图1是说明本发明的实施例1～3的利用激光测定的支撑物探测装置的概要图。

图2是说明本发明的实施例1～3的利用激光测定的支撑物探测装置的概要性侧面图。

图3是说明本发明的实施例1～3的利用激光测定的支撑物探测装置的概要性平面图。

图4是本发明的利用激光测定的支撑物探测装置的框图。(a)是实施例1的图，(b)是实施例2的图，(c)是实施例3的图。

图5是说明本发明的实施例1～3中的利用扫描式激光测距仪的扫描方向的概要性侧面图。

图6是距离数据的投影面的概要图。(a)是实施例1中的利用(t，y)投影处理部的图，(b)是实施例2中的利用(t，x)投影处理部的图。

图7是说明本发明的利用激光测定的支撑物探测装置的动作的流程图。(a)是实施例1的图，(b)是实施例2的图，(c)是实施例3的图。

图8是本发明的利用激光测定的支撑物探测装置的框图。(a)是实施例4的图，(b)是实施例5的图。

图9是本发明的实施例4中的距离表格的一个例子。

图10是本发明的实施例5中的距离数据的投影面的概要图。

(符号说明)

11：架空线；12：室外用支撑物；13：隧道用支撑物；14：车辆；15：第一(扫描式)激光测距仪；16：第二(扫描式)激光测距仪；17：隧道顶板；21、31、41、51、61：支撑物探测部；22、32、42、52、62：处理电路；23、33、43、53、63：(x，y，t)坐标变换部；24、44：(t，y)投影处理部；25、35、55、65：直线检测部；26、36、56、66：直线判定部；34、47、54、64：(t，x)投影处理部；45：第一直线检测部；46：第一直线判定部；48：第二直线检测部；49：第二直线判定部；57：支撑物计数部；58：车辆位置计算部；67：倾角测定部；68：车辆速度计算部

具体实施方式

以下，通过实施例，使用附图，说明本发明的利用激光测定的支撑物探测装置。

实施例1

本发明的实施例1的利用激光测定的支撑物探测装置通过组合将扫描式激光测距仪的旋转轴设置于枕木方向的结构、和将测定的距离数据投影到投影面的结构，能够排除成为干扰的隧道的内壁面上部(以下记载为隧道顶板)而正确地区分并检测室外用支撑物或者隧道用支撑物。

图1是说明本装置的概要图。如图1所示，本装置具备第一激光测距仪15、第二激光测距仪16以及支撑物探测部21。

上述第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16取得直至照射了激光的扫描部位的距离以及角度的数据，以枕木方向的旋转轴为中心而扫描角度旋转，对车辆14的上方进行扫描。

图2是说明本装置的概要性侧面图。虚线箭头A表示第一激光测距仪15的扫描角度的旋转(在图2中未图示的第二激光测距仪16也同样)，黑点表示扫描部位。从此可见，第一激光测距仪15通过旋转，对隧道用支撑物13以及隧道顶板17进行扫描。

如图3的概要性平面图所示，在本装置中，第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16设置于从车辆14的顶上中央在枕木方向左右均等地相互分开的位置。

在上述中，将激光测距仪在车辆14的顶上的左右各设置1台而设置了合计两台，其中，如图3所示，室外用支撑物12在从车辆14的行进方向观察时存在于架空线11的左右，在激光测距仪是1台时，仅能够测定左右的某一方，所以将激光测距仪左右各设置1台而设置合计两台，能够对左右两方的室外用支撑物12进行探测。在图3中，示出了如下的状态：通过激光测距仪15的扫描(扫描方向是虚线箭头B)，探测相对车辆14的行进方向而设置于右侧的室外用支撑物12，通过激光测距仪16的扫描(扫描方向是虚线箭头B′)，探测设置于该左侧的室外用支撑物12。

然而，在本装置中，将激光测距仪的台数设为两台，但实际上只要是两台以上则可以是任意台，不特别限定台数。

上述支撑物探测部21根据从第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16输入的信息，探测室外用支撑物12或者隧道用支撑物13。

图4(a)是本发明的实施例1的利用激光测定的支撑物探测装置的框图，如图4(a)所示，支撑物探测部21具备处理电路22、(x，y，t)坐标变换部23、(t，y)投影处理部24、直线检测部25以及直线判定部26。以下，使用图5的概要性侧面图来进行说明。

上述处理电路22分别输入通过激光测距仪15和激光测距仪16各自通过1次扫描(在图5中用虚线箭头C表示的扫描方向依照虚线箭头A而旋转)而得到的放射状的距离数据(d，θ)(d：距离、θ：角度)，使时间匹配，从而变换为相同的(θ，d，t)坐标(t：时间)上的距离数据，输出到(x，y，t)坐标变换部23。另外，图5中的黑点与图2同样地，表示利用激光测距仪15(或者激光测距仪16)的扫描部位。

上述(x，y，t)坐标变换部23根据从处理电路22输入的信息，使用下述公式，将(θ，d，t)坐标上的距离数据变换到(x，y，t)坐标(x：相对车辆14的行进方向平行的水平轴、y：在铅直方向延生的铅直轴)，输出到(t，y)投影处理部24。

x＝d·sinθ

y＝d·cosθ

上述(t，y)投影处理部24根据从(x，y，t)坐标变换部23输入的信息，将(x，y，t)坐标上的距离数据描绘到图6(a)那样的(t‐y)投影面，输出到直线检测部25(关于描绘的点的位置的说明在后叙述)。

在上述直线检测部25中，根据从(t，y)投影处理部24输入的信息，使用已知的隧道顶板17的高度和隧道用支撑物13以及架空线11的高度的值，对描绘的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似，输出到直线判定部26。

即，在隧道顶板17、和隧道用支撑物13以及架空线11中，y轴的值不同，所以如果观察图6(a)的(t‐y)投影面，则描绘的距离数据的点的集合自然地成为与t轴平行的两条直线状(图中的a和b)。a的集合表示隧道顶板17的距离数据，b的集合表示隧道用支撑物13以及架空线11的距离数据，但此时，隧道顶板17的高度、和隧道用支撑物13以及架空线11的高度的值分别已知，所以使用该值对描绘的距离数据的点的集合a、b进行直线近似。

上述直线判定部26根据从直线检测部25输入的信息，将隧道用支撑物13以及架空线11与隧道顶板17区分。即，如上所述判断为y的值大(高度高)的集合a是隧道顶板17的距离数据的点的集合，y的值小(高度低)的集合b是隧道用支撑物13以及架空线11的距离数据的点的集合。

因此，支撑物探测部21通过将用(θ，d，t)坐标表示的距离数据投影到(t‐y)投影面，隧道顶板17的距离数据、和隧道用支撑物13以及架空线11的距离数据被描绘到分开的集合，通过分别进行直线近似，能够区分出两个距离数据，能够区别隧道顶板17、和隧道用支撑物13以及架空线11。

接下来，对于本装置的动作步骤，使用图7(a)的流程图进行说明。

在步骤S1中，将激光测距仪15和激光测距仪16分别通过1次扫描而得到的放射状的距离数据(d，θ)，在处理电路22中使时间匹配，从而变换到相同的(θ，d，t)坐标。

在步骤S2中，在(x，y，t)坐标变换部23中，将(θ，d，t)坐标变换到(x，y，t)坐标。

在步骤S3中，在(t，y)投影变换部24中，将变换到(x，y，t)坐标的距离数据描绘到(t‐y)投影面。

在步骤S4中，在直线检测部25中，使用已知的隧道顶板17的高度和隧道用支撑物13以及架空线11的高度的值，对描绘的(t‐y)投影面上的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似。

在步骤S5中，在直线判定部26中，区分隧道顶板17、和隧道用支撑物13以及架空线11。

在步骤S6中，如果利用激光测距仪15和激光测距仪16的图像输入结束，则结束本装置的动作，如果未结束，则转移到步骤S1。

在现有技术中，由于激光测距仪的旋转周期有上限，所以在高速行驶中的车辆中，有可能在激光测距仪的旋转周期之间支撑物通过，而无法探测支撑物。相对于此，本装置使激光测距仪的旋转轴朝向枕木方向，在点列数据上取得大量支撑物的距离数据，进而在图6(a)所示的投影面上投影，从而能够正确地区分并检测支撑物和隧道顶板。

换言之，本装置具备：扫描式激光测距仪15、16，在从铁路车辆14的顶上中央在枕木方向上相互分开的位置设置两台以上，分别以枕木方向的旋转轴为中心，扫描角度旋转，对所述车辆14上方的室外用支撑物12、隧道用支撑物13以及隧道的内壁面上部的隧道顶板17进行扫描；以及支撑物探测部21，根据从扫描式激光测距仪至照射了激光的扫描部位的距离d以及角度θ的数据，探测室外用支撑物12或者隧道用支撑物13，进而，支撑物探测部21具备：处理电路22，分别输入两台以上的扫描式激光测距仪15、16通过各自的扫描而得到的距离d以及角度θ，使时间t匹配，从而制作与相同的距离d、角度θ以及时间t有关的坐标上的数据；(t，y)投影处理部24，根据由处理电路22制作的坐标上的数据，使用下述公式，描绘到关于时间t以及铅直方向的y轴的投影面；直线检测部25，根据从(t，y)投影处理部24输入的信息，使用已知的隧道顶板17的高度和隧道用支撑物13以及架空线11的高度的值，对描绘的投影面上的数据的点的两个集合分别进行直线近似；以及直线判定部26，根据从直线检测部25输入的信息，区分出y轴的值大的一方的集合是隧道顶板17的数据的集合，y轴的值小的一方的集合是隧道用支撑物13以及架空线11的数据的集合。另外，关于(x，y，t)坐标变换部23，对于本装置来说并不是必需的构成要件，所以在该段落的记载中省略，替代地，记载了根据由处理电路22制作的坐标上的数据而在(t，y)投影处理部24中使用下述公式进行处理的情况。

y＝d·cosθ

如上所述，通过将朝向车辆的行进方向的激光测距仪的距离数据投影到时间t和y轴的投影面，能够排除成为干扰的隧道顶板的距离数据，检测隧道用支撑物以及架空线。

实施例2

相对于实施例1的利用激光测定的支撑物探测装置排除隧道顶板的距离数据，本发明的实施例2的利用激光测定的支撑物探测装置排除架空线的距离数据，正确地检测支撑物(室外用支撑物和隧道用支撑物)。

如图1所示，本装置具备第一激光测距仪15、第二激光测距仪16以及支撑物探测部31。第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16与实施例1的利用激光测定的支撑物探测装置相同，所以说明省略。

上述支撑物探测部31根据从第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16输入的信息，探测室外用支撑物12或者隧道用支撑物13。

图4(b)是本装置的框图，如该图所示，支撑物探测部31具备处理电路32、(x，y，t)坐标变换部33、(t，x)投影处理部34、直线检测部35以及直线判定部36。

关于上述处理电路32以及(x，y，t)坐标变换部33，与实施例1的利用激光测定的支撑物探测装置中的处理电路22以及(x，y，t)坐标变换部23相同，所以说明省略，以下，对(t，x)投影处理部34、直线检测部35以及直线判定部36进行说明。

上述(t，x)投影处理部34根据从(x，y，t)坐标变换部33输入的信息，将(x，y，t)坐标上的距离数据描绘到图6(b)那样的(t‐x)投影面(x轴是绝对值)，输出到直线检测部35(关于描绘的点的位置的说明在后叙述)。

在上述直线检测部35中，根据从(t，x)投影处理部34输入的信息，使用已知的车辆14的行驶速度的值，对描绘的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似，输出到直线判定部36。

即，在观察图6(b)的(t‐x)投影面时，描绘的距离数据的点的集合自然地成为V字形(图中的e和f)，e的集合表示支撑物(室外用支撑物12或者隧道用支撑物13)的距离数据，f的集合表示架空线11的距离数据，但此时，车辆14的行驶速度的值已知，所以使用该值对描绘的距离数据的点的集合e、f进行直线近似。

此处，车辆14逐渐接近扫描对象，在通过了扫描对象之后逐渐远离，但图6(b)的x轴表示绝对值，所以描绘的距离数据的点的集合e、f如上所述成为V字形。

在图3中，例如从激光测距仪16起的室外用支撑物12(在隧道用支撑物13中也同样)相对车辆14为正对，所以该距离数据与车辆14的行驶速度对应地接近，但与之相对地架空线11未正对，所以该距离数据相对车辆14的行驶速度缓慢地接近。因此，如图6(b)的(t‐x)投影面所示，投影支撑物和架空线以V字形的倾角的大小的差异被投影。

上述直线判定部36根据从直线检测部35输入的信息，区分支撑物和架空线11。即，判断为两个集合中的、如上所述V字形的直线的倾角陡峭的一方的集合e是支撑物的距离数据的点的集合，角度平缓的一方的集合f是架空线11的距离数据的点的集合。

因此，支撑物探测部31通过将用(θ，d，t)坐标表示的距离数据投影到(t‐x)投影面，支撑物的距离数据和架空线11的距离数据被描绘为分开的集合，通过对各自进行直线近似，能够区分出两个距离数据，能够去掉架空线11的距离数据。

对本装置的动作步骤，使用图7(b)的流程图进行说明。

在步骤S11中，将激光测距仪15和激光测距仪16各自通过1次扫描得到的放射状的距离数据(d，θ)，在处理电路32中，使时间匹配，从而变换到相同的(θ，d，t)坐标。

在步骤S12中，在(x，y，t)坐标变换部33中，将(θ，d，t)坐标变换到(x，y，t)坐标。

在步骤S13中，在(t，x)投影变换部34中，将变换到(x，y，z)坐标的距离数据描绘到(t‐x)投影面。

在步骤S14中，在直线检测部35中，使用已知的车辆14的行驶速度的值，对描绘的(t‐x)投影面上的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似。

在步骤S15中，在直线判定部36中，区分架空线11、和室外用支撑物12或者隧道用支撑物13。

在步骤S16中，如果利用激光测距仪15和激光测距仪16的图像输入结束，则结束本装置的动作，如果未结束，则转移到步骤S11。

在现有技术中，由于激光测距仪的旋转周期有上限，所以在高速行驶中的车辆中，有可能在激光测距仪的旋转周期之间支撑物通过，而无法探测支撑物。相对于此，本装置使激光测距仪的旋转轴朝向枕木方向，在点列数据上取得大量支撑物的距离数据，进而投影到图6(b)所示的投影面，从而能够正确地区分并检测支撑物和架空线。

换言之，本装置具备与实施例1相同的扫描式激光测距仪15、16、和支撑物探测部31，支撑物探测部31具备：处理电路32，分别输入两台以上的所述扫描式激光测距仪15、16通过各自的扫描得到的距离d以及角度θ，使时间t匹配合，从而制作与同一的距离d、角度θ以及时间t有关的坐标上的数据；(t，x)投影处理部34，根据在处理电路22中制作的坐标上的数据，使用下述公式，描绘到关于时间t以及相对车辆14的行进方向平行的x轴的绝对值的投影面；直线检测部35，根据从(t，x)投影处理部34输入的信息，使用已知的车辆14的行驶速度的值，对描绘的投影面上的数据的点的两个集合分别进行直线近似；以及直线判定部36，根据从直线检测部35输入的信息，区分出两个集合中的、直线的倾角陡峭的一方的集合是室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的数据的集合，平缓的一方的集合是架空线11的数据的集合。另外，关于(x，y，t)坐标变换部33，对于本装置而言并非必需的构成要件，所以在该段落的记载中省略，代替地，记载了根据在处理电路32中制作的坐标上的数据而在(t，y)投影处理部34中使用下述公式进行处理的情况。

x＝d·sinθ

如上所述，通过将朝向车辆的行进方向的激光测距仪的距离数据投影到时间t和x轴的投影面，能够排除成为干扰的架空线，仅检测支撑物。

实施例3

本发明的实施例3的利用激光测定的支撑物探测装置是组合了实施例1的利用激光测定的支撑物探测装置和实施例2的利用激光测定的支撑物探测装置的结构。

如图1所示，本装置具备第一激光测距仪15、第二激光测距仪16以及支撑物探测部41。第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16与实施例1、2的利用激光测定的支撑物探测装置相同，所以省略说明。

上述支撑物探测部41根据从第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16输入的信息，探测室外用支撑物12或者隧道用支撑物13。

图4(c)是本装置的框图，如该图所示，支撑物探测部41具备处理电路42、(x，y，t)坐标变换部43、(t，y)投影处理部44、第一直线检测部45、第一直线判定部46、(t，x)投影处理部47、第二直线检测部48以及第二直线判定部49。

关于上述处理电路42、(x，y，t)坐标变换部43、(t，y)投影处理部44、第一直线检测部45以及第一直线判定部46，与实施例1的利用激光测定的支撑物探测装置中的处理电路22、(x，y，t)坐标变换部23、(t，y)投影处理部24、直线检测部25以及直线判定部26相同，所以省略说明。

另外，关于第二直线检测部48以及第二直线判定部49，也与实施例2的利用激光测定的支撑物探测装置中的直线检测部35以及直线判定部36相同，所以省略说明。

上述(t，x)投影处理部47根据从(x，y，t)坐标变换部43以及第二直线检测部46输入的信息，将排除了隧道顶板17的距离数据之后的、(x，y，t)坐标上的距离数据描绘到(t‐x)投影面(x轴是绝对值)，输出到第二直线检测部48。

像这样，支撑物探测部41通过将用(θ，d，t)坐标表示的距离数据投影到图6(a)那样的(t‐y)投影面和同图(b)那样的(t‐x)投影面，能够排除成为干扰的架空线11和隧道顶板17而正确地检测支撑物。另外，(t‐y)投影面用于排除直至与车辆14的相对距离不变动的隧道顶板17的距离数据，(t‐x)投影面用于排除与车辆14的相对距离变动的架空线11的距离数据。

对于本装置的动作步骤，使用图7(c)的流程图进行说明。

在步骤S21中，将激光测距仪15和激光测距仪16各自通过1次扫描得到的放射状的距离数据(d，θ)，在处理电路42中，使时间匹配，从而变换到相同的(θ，d，t)坐标。

在步骤S22中，在(x，y，t)坐标变换部43中，将(θ，d，t)坐标变换到(x，y，t)坐标。

在步骤S23中，在(t‐y)投影变换部44中，将变换到(x，y，z)坐标的距离数据描绘到(t‐y)投影面。

在步骤S24中，在第一直线检测部45中，使用隧道顶板17的高度和隧道用支撑物13以及架空线11的高度的值，对描绘的(t‐y)投影面上的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似。

在步骤S25中，在第一直线判定部46中，区分隧道顶板17、和隧道用支撑物13以及架空线11。

在步骤S26中，在(t，x)投影变换部47中，将排除了隧道顶板17的距离数据之后的、变换到(x，y，z)坐标的距离数据描绘到(t‐x)投影面。

在步骤S27中，在第二直线检测部48中，使用已知的车辆14的行驶速度的值，对描绘的(t‐x)投影面上的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似。

在步骤S28中，在第二直线判定部49中，区分架空线11、和室外用支撑物12或者隧道用支撑物13。

在步骤S29中，如果利用激光测距仪15和激光测距仪16的图像输入结束，则结束本装置的动作，如果未结束，则转移到步骤S21。

换言之，本装置具备与实施例1相同的扫描式激光测距仪15、16、和支撑物探测部41，支撑物探测部41具备：处理电路42，分别输入两台以上的扫描式激光测距仪15、16通过各自的扫描得到的距离d以及角度θ，使时间t匹配，从而制作与相同的距离d、角度θ以及时间t有关的第一坐标上的数据；(x，y，t)坐标变换部43，根据从处理电路42输入的信息，使用下述公式，将第一坐标上的数据变换到与相对车辆14的行进方向平行的x轴、铅直方向的y轴以及时间t有关的第二坐标；(t，y)投影处理部44，根据从(x，y，t)坐标变换部43输入的信息，将第二坐标上的数据描绘到关于时间t以及y轴的第一投影面；第一直线检测部45，根据从(t，y)投影处理部44输入的信息，使用已知的隧道顶板17的高度和隧道用支撑物13以及架空线11的高度的值，对描绘的第一投影面上的数据的点的两个集合分别进行直线近似；第一直线判定部46，根据从第一直线检测部45输入的信息，区分出y轴的值大的集合是隧道顶板17的数据的集合，y轴的值小的集合是隧道用支撑物13以及架空线11的数据的集合；(t，x)投影处理部47，根据从(x，y，t)坐标变换部43以及第一直线判定部46输入的信息，将排除了隧道顶板17的数据的集合之后的、第二坐标上的数据描绘到关于时间t以及x轴的绝对值的第二投影面；第二直线检测部48，根据从(t，x)投影处理部47输入的信息，使用已知的车辆14的行驶速度的值，对描绘的第二投影面上的数据的点的两个集合分别进行直线近似；以及第二直线判定部49，根据从第二直线检测部48输入的信息，区分出在第二直线检测部48中处理过的两个集合中的、直线的倾角陡峭的一方的集合是室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的数据的集合，平缓的一方的集合是架空线11的数据的集合。

x＝d·sinθ

y＝d·cosθ

如上所述那样，通过将朝向车辆的行进方向的激光测距仪的距离数据投影到时间t和y轴的投影面以及时间t和x轴的投影面，能够排除成为干扰的隧道顶板和架空线，而仅检测支撑物。

实施例4

本发明的实施例4的利用激光测定的支撑物探测装置具备计算本车辆的位置的结构。

如图1所示，本装置具备第一激光测距仪15、第二激光测距仪16以及支撑物探测部51。第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16与实施例1～3的利用激光测定的支撑物探测装置相同，所以省略说明。

上述支撑物探测部51根据从第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16输入的信息，探测室外用支撑物12或者隧道用支撑物13。

图8(a)是本装置的框图。如该图所示，本装置的支撑物探测部51具备处理电路52、(x，y，t)坐标变换部53、(t，x)投影处理部54、直线检测部55、直线判定部56、支撑物计数部57以及车辆位置计算部58。

关于上述处理电路52、(x，y，t)坐标变换部53、(t，x)投影处理部54、直线检测部55以及直线判定部56，与实施例2中的支撑物探测部31的处理电路32、(x，y，t)坐标变换部33、(t，x)投影处理部34、直线检测部35以及直线判定部36相同，所以省略说明。

上述支撑物计数部57根据从直线判定部56输入的信息，对车辆14从起点出发起探测到室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的次数进行计数，从而判断当前探测的室外用支撑物12或者隧道用支撑物13是从起点起的第几个，输出到车辆位置计算部58。

上述车辆位置计算部58如图9的一个例子所示，预先设置了表示对室外用支撑物12或者隧道用支撑物13从起点依次附加的支撑物编号与距起点的距离的相关关系的距离表格。在该图中，支撑物编号“1”是对从起点起第1个室外用支撑物12或者隧道用支撑物13附加的编号，支撑物编号“2”是对从起点起第2个室外用支撑物12或者隧道用支撑物13附加的编号(以下同样)。根据图9，例如，示出了附加了支撑物编号“n”的室外用支撑物12或者隧道用支撑物13处于距起点330.030km的位置。

然后，车辆位置计算部58根据从支撑物计数部57输入的信息，参照上述距离表格，计算室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的距起点的距离。当前探测的室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的距起点的距离原样地成为行驶距离。像这样，车辆位置计算部58计算车辆位置。

以往，通过对车辆14的车轮附加编码器，从而掌握本车辆的位置，但在本装置中，通过设为上述结构，无需对车轮附加编码器就能够计算本车辆的位置。

另外，在上述中，说明为支撑物探测部51对与实施例2的处理电路32、(x，y，t)坐标变换部33、(t，x)投影处理部34、直线检测部35以及直线判定部36同样的结构(上述处理电路52、(x、y、t)坐标变换部53、(t、x)投影处理部54、直线检测部55以及直线判定部56)附加了支撑物计数部57以及车辆位置计算部58，但本实施例不限于此，也可以对与实施例3的处理电路42、(x，y，t)坐标变换部43、(t，y)投影处理部44、第一直线检测部45、第一直线判定部46、(t，x)投影处理部47、第二直线检测部48以及第二直线判定部49同样的结构，附加支撑物计数部57以及车辆位置计算部58。在该情况下，支撑物计数部57根据从与第二直线判定部49同样的结构输入的信息来进行处理。

换言之，本装置的支撑物探测部51在与实施例2同样的结构中，还具备：支撑物计数部57，对车辆14从起点出发起探测到室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的次数进行计数，判断当前探测的室外用支撑物12或者隧道用支撑物13是从起点起的第几个；以及车辆位置计算部58，依据预先设置的对室外用支撑物12或者隧道用支撑物13从起点依次附加的编号与行驶距离的相关关系，根据从支撑物计数部57输入的信息，计算行驶距离。

或者，本装置的支撑物探测部51也可以在与实施例3同样的结构中，还具备：支撑物计数部57，对车辆14从起点出发起探测到室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的次数进行计数，判断当前探测的室外用支撑物12或者隧道用支撑物13是从起点的第几个；以及车辆位置计算部58，依据预先设置的对室外用支撑物12或者隧道用支撑物13从起点依次附加的编号与行驶距离的相关关系，根据从支撑物计数部57输入的信息，计算行驶距离。

如上所述那样，在本装置中，通过使用对室外用支撑物或者隧道用支撑物附加的编号与行驶距离的相关关系，能够不受成为干扰的隧道顶板以及架空线的影响地计算行驶中的本车辆的位置。

实施例5

在实施例2、3中，记载为车辆14的行驶速度是已知的，但该行驶速度是通过速度传感器或编码器等来测量的，关于该点与以往相同。本发明的实施例5的利用激光测定的支撑物探测装置在不使用速度传感器或编码器而行驶速度未已知的情况下，附加了计算该行驶速度的结构。

如图1所示，本装置具备第一激光测距仪15、第二激光测距仪16以及支撑物探测部61。第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16与实施例1～4的利用激光测定的支撑物探测装置相同，所以省略说明。

上述支撑物探测部61根据从第一激光测距仪15以及第二激光测距仪16输入的信息，探测室外用支撑物12或者隧道用支撑物13。

图8(b)是本装置的框图。如该图所示，本装置的支撑物探测部61具备处理电路62、(x，y，t)坐标变换部63、(t，x)投影处理部64、直线检测部65、直线判定部66、倾角测定部67以及车辆速度计算部68。

关于上述处理电路62、(x，y，t)坐标变换部63、(t，x)投影处理部64以及直线判定部66，与实施例2中的支撑物探测部31的处理电路32、(x，y，t)坐标变换部33、(t，x)投影处理部34以及直线判定部36相同，所以省略说明。

上述直线检测部65使用具有规定范围的值的、预先设定的设计速度(例：0～80km/h)的值，根据从(t，x)投影处理部64输入的信息，对描绘的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似，输出到直线判定部66以及倾角测定部67。

即，如果观察图10的(t‐x)投影面，则描绘的距离数据的点的集合自然地成为V字形(图中的e和f)，e的集合表示支撑物(室外用支撑物12或者隧道用支撑物13)的距离数据，f的集合表示架空线11的距离数据，但此时，使用车辆14的设计速度的值，对描绘的距离数据的点的集合e、f进行直线近似(关于描绘的距离数据的点的集合成为V字形的理由，参照实施例2中的关于直线检测部35的说明)。另外，支撑物和架空线以V字形的倾角的大小的差异被投影。

上述倾角测定部67根据从直线检测部65以及直线判定部66输入的信息，在图10的(t‐x)投影面中，测定e的集合(室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的所述数据的集合)的直线的倾角即支撑物接近角度α或者支撑物分离角度α′，输出到车辆速度计算部68。另外，支撑物接近角度α是指，车辆14接近室外用支撑物12或者隧道用支撑物13期间的e的集合的直线的倾角，支撑物分离角度α′是指，车辆14远离室外用支撑物12或者隧道用支撑物13期间的e的集合的直线的倾角，通常为α＝α′。

上述车辆速度计算部68依照从倾角测定部67输入的信息，根据α与车辆14的行驶速度的相关关系，计算该速度。

如已经说明的那样，以往，通过对车辆14附加速度传感器、或者对车轮附加编码器来掌握行驶速度，但在本装置中，通过设为上述结构，无需使用速度传感器或编码器，就能够计算车辆14的行驶速度。

另外，在上述中，说明为设想车辆14的行驶速度并非已知的情况，支撑物探测部61对实施例2中的支撑物探测部31中的变更了直线检测部35(成为直线检测部65)的结构进一步附加了倾角测定部67以及车辆速度计算部68，但本实施例不限于此，也可以对实施例3中的支撑物探测部41中的变更了第二直线检测部48的结构附加倾角测定部67以及车辆速度计算部68。在该情况下，倾角测定部67根据从与第二直线检测部48以及第二直线判定部49同样的结构输入的信息进行处理。

另外，上述“变更了”是指，不是使用基于速度传感器或编码器的已知的行驶速度，而是使用预先设定的设计速度，对描绘的(t、x)投影面上的数据的点的两个集合分别进行直线近似，并且，倾角测定部67在(t、x)投影面中，测定室外用支撑物12或者隧道用支撑物13的数据的集合的直线的倾角，车辆速度计算部68依照从倾角测定部67输入的信息，根据倾角与行驶速度的相关关系，来计算行驶速度。

如上所述那样，通过测定室外用支撑物或者隧道用支撑物的数据的集合的直线的倾角，能够不受成为干扰的隧道顶板以及架空线的影响地计算本车辆的行驶速度。

产业上的可利用性

本发明适用于利用激光测定的支撑物探测装置。

Claims

1.一种利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，具备：

2.根据权利要求1所述的利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，

所述支撑物探测部具备：

y＝d·cosθ。

3.根据权利要求1所述的利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，

所述支撑物探测部具备：

x＝d·sinθ。

4.根据权利要求1所述的利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，

所述支撑物探测部具备：

x＝d·sinθ

y＝d·cosθ。

5.根据权利要求3所述的利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，

所述支撑物探测部还具备：

6.根据权利要求4所述的利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，

所述支撑物探测部还具备：

7.根据权利要求1所述的利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，

所述支撑物探测部具备：

x＝d·sinθ。

8.根据权利要求1所述的利用激光测定的支撑物探测装置，其特征在于，

所述支撑物探测部具备：

第二直线检测部，在所述行驶速度并非已知的情况下，根据从所述(t，x)投影处理部输入的信息，使用设计速度，对所描绘的距离数据的点的两个集合分别进行直线近似；

x＝d·sinθ

y＝d·cosθ。