CN105517874A - 使用运营车辆测定轨道的状态的方法以及测定轨道的状态的运营车辆 - Google Patents

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Abstract

提供一种利用运营车辆高精度地测定该运营车辆行驶的轨道的平面性位移的方法。本发明的实施方式的方法是利用运营车辆(100)来测定运营车辆(100)行驶的轨道(R)的状态的方法。运营车辆具备转向架(10)。转向架具有四个车轮(1)以及四个一系弹簧(2)，测定四个车轮(1)各自的轮重，其中，该四个一系弹簧(2)与四个车轮(1)对应地设置，支承各自对应的车轮(1)。上述方法包括：测定各车轮(1)的轮重的步骤(S13)；基于测定出的轮重来计算各一系弹簧(2)的位移的步骤(S15)；以及基于计算出的一系弹簧(2)的位移来计算轨道(R)的平面性位移(h)的步骤(S18)。

Description

使用运营车辆测定轨道的状态的方法以及测定轨道的状态的运营车辆
技术领域
本发明涉及一种使用运营车辆来测定轨道的状态的方法、以及测定轨道的状态的运营车辆，详细地说，涉及一种使用运营车辆来测定轨道的平面性位移的方法、以及测定轨道的平面性位移的运营车辆。
背景技术
作为对铁道车辆行驶的轨道的状态进行管理的指标，众所周知的是轨道位移。在轨道位移中，有轨间位移、水准位移、高低位移、通端位移以及平面性位移这五种。当这些轨道位移变大时，行驶的铁道车辆的晃动变大而使乘坐感觉变差。除此之外，当轨道位移变大时，也有可能对铁道车辆的行驶安全性产生障碍而导致脱轨事故。因而，需要定期地测定轨道位移并且在适当的时期对轨道进行修补。
此处，平面性位移是表示相对于轨道的平面的扭曲的状态的位移，是指在轨道的长度方向上隔开固定间隔的两点之间的水准位移的差。水准位移是指构成轨道的左右的铁轨的高度的差。
以往，轨道位移是利用专用的轨道检测车来测定的(例如，参照日本特开2001-130408号公报)。轨道检测车是非运营车辆，车辆的数量也少。因此，无法频繁地测定轨道位移，而需要在深夜等运行时刻表的间隙进行测定。因而，期望的是，代替使用轨道检测车，而能够利用运营车辆日常地对轨道位移进行测定。
另一方面，提出了通过在运营车辆中使用能够测定轮重和横压的转向架(PQ监视转向架)，能够日常地测定作为表示铁道车辆的行驶安全性的指标的脱轨系数(例如，参照日本特开2006-88967号公报、《PQ輪軸を用いない車輪/レール接触力の測定方法》(《不使用PQ轮轴的车轮/铁轨接触力的测定方法》)、日本机械学会论文集(C编)77卷774号(2011-2)p.147-155)。
此处，轮重是指作用于铁道车辆的车轮与构成轨道的铁轨之间的垂直方向的力。横压是指作用于车轮与铁轨之间的水平方向(沿车轴的方向)的力。脱轨系数是指在将轮重设为P、将横压设为Q时通过Q/P表示的指标。
发明内容
如果使用上述的PQ监视转向架，则能够在运营车辆中对脱轨系数进行日常的测定。然而，并没有就使用PQ监视转向架来测定轨道位移、特别是平面性位移提出任何内容。
本发明的目的在于提供一种使用运营车辆来测定轨道的平面性位移的方法、以及测定轨道的平面性位移的运营车辆。
本发明的实施方式的方法是使用运营车辆来测定轨道的状态的方法。运营车辆具备转向架。转向架具有四个车轮以及四个一系弹簧，测定四个车轮各自的轮重，其中，该四个一系弹簧与四个车轮对应地设置，支承各自对应的车轮。上述方法包括以下的步骤(1)～(3)。
步骤(1)：测定各车轮的轮重。
步骤(2)：基于测定出的轮重来计算各一系弹簧的位移。
步骤(3)：基于计算出的一系弹簧的位移来计算轨道的平面性位移。
本发明的实施方式的运营车辆测定轨道的状态。运营车辆具备转向架和运算部。转向架具有四个车轮以及四个一系弹簧，测定四个车轮各自的轮重，其中，四个一系弹簧与四个车轮对应地设置，支承各自对应的车轮。运算部基于四个车轮各自的轮重来测定轨道的状态。运算部包括轮重测定部、弹簧位移计算部以及平面性位移计算部。轮重测定部测定各车轮的轮重。弹簧位移计算部基于测定出的轮重来计算各一系弹簧的位移。平面性位移计算部基于计算出的一系弹簧的位移来计算轨道的平面性位移。
根据本发明的实施方式的方法和运营车辆，能够测定轨道的平面性位移。
附图说明
图1A是说明本发明的实施方式的运营车辆所具备的转向架的概要结构以及测定轨道的状态的方法的图。
图1B是说明计算一系弹簧的位移的方法的图。
图2A是示出利用运营车辆来测定在同一曲线区间内的平面性位移所得到的结果的一例的图表。
图2B是示出利用运营车辆来测定在同一曲线区间内的轮重(位于转向架的前方的外轨侧的车轮的轮重)所得到的结果的一例的图表。
图3A是示出按规定期间对图2A所示出的平面性位移的测定值进行加法平均所得到的结果的图表。
图3B是示出从图3A示出的结果去除漂移(偏移校正)所得到的结果的图表。
图4A是示意性地示出将轨道的一部分更换为新的铁轨后的状况的图。
图4B是示出从更换为新的铁轨后的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)减去更换前的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)所得到的结果的图表。
图4C是示出从更换为新的铁轨后的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)减去虽然测定时期早但是同样更换为新的铁轨后的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)所得到的结果的图表。
图5A是示出运算部所执行的处理的流程图。
图5B是示出运算部所执行的测定和计算处理的流程图。
图5C是示出运算部所执行的分布计算处理的流程图。
图6A是示出针对第一轴将对象分布进行平移的校正的一例的图表。
图6B是示出针对第一轴将对象分布进行伸缩的校正的一例的图表。
图6C是示出使对象分布与基准分布匹配后的状态的图表。
图6D是示出基准分布和校正前的对象分布的图表。
图6E是示出基准分布和校正后的对象分布的图表。
具体实施方式
本发明的实施方式的方法是使用运营车辆来测定轨道的状态的方法。运营车辆具备转向架。转向架具有四个车轮以及四个一系弹簧，测定四个车轮各自的轮重，其中，该四个一系弹簧与四个车轮对应地设置，支承各自对应的车轮。上述方法包括以下的步骤(1)～(3)。
步骤(1)：测定各车轮的轮重。
步骤(2)：基于测定出的轮重来计算各一系弹簧的位移。
步骤(3)：基于计算出的一系弹簧的位移来计算轨道的平面性位移。
根据上述方法，测定车轮的轮重。基于轮重的测定值来计算一系弹簧的位移。将胡克定律使用于基于轮重的测定值来计算一系弹簧的位移即可。也就是说，只要预先获取对一系弹簧施加的荷重与位移之间的相关关系即可。
根据上述方法，基于四个一系弹簧的位移来计算平面性位移。具体地说，例如，首先计算四个一系弹簧的位移的坐标。计算通过四个一系弹簧的位移的坐标中的任意三个一系弹簧的位移的坐标的平面。计算该平面与剩余的一系弹簧的位移的坐标之间的距离。基于该距离来计算平面性位移。通过一系弹簧被安装的位置(相当于车轮的位置)的平面坐标(xy坐标)和位移的铅直坐标(z坐标)来表示一系弹簧的位移的坐标。该一系弹簧的位移的坐标根据一系弹簧被安装的位置处的轨道的高低而变化。这是由于：车轮的铅直方向的位置根据轨道的高低而变化，一系弹簧的位移根据车轮的铅直方向的位置而变化。
因而，假如没有产生平面性位移、即假如不存在在轨道的长度方向上隔开固定间隔的两点之间的水准位移(左右的铁轨的高度差)的差，四个一系弹簧的位移的坐标位于同一平面上。换句话说，通过三个一系弹簧的位移的坐标的平面与剩余的一系弹簧的位移的坐标之间的距离约等于平面性位移(平面性位移的绝对值)。因而，通过上述方法，能够高精度地计算平面性位移。
以往，运营车辆从规定的起点起的行驶距离是基于车轮的转速计算的。具体地说，通过将根据开始使用时的车轮的外径求出的车轮的外周长与测定出的车轮的转速相乘来计算行驶距离。然而，车轮的外径在反复行驶期间由于磨损而变小。因此，根据开始使用时的车轮的外径计算出的行驶距离中会产生误差。另外，车轮的空转、滑行等也成为产生误差的原因。
因此，例如在脱轨系数分布(在横轴表示运营车辆从规定的起点起的行驶距离且在纵轴表示脱轨系数的图表)中，即使确定出脱轨系数示出异常值时的运营车辆的行驶距离，也在从使用车轮起经过了固定期间以上的时间的情况下，与实际的行驶距离之间产生误差。因而，很难高精度地确定脱轨系数示出异常值的轨道的位置。
根据上述方法，能够如上所述那样高精度地计算平面性位移。具体地说，针对同一轨道计算出的平面性位移的偏差比较小。
本发明人考虑能否利用通过上述方法测定出的平面性位移的偏差小这一情况来对上述运营车辆的行驶距离的测定误差进行校正，努力研究后的结果，想到以下的优选的方式。
也就是说，优选的是，上述方法还包括以下的步骤(4)～(8)。
步骤(4)：基于四个车轮中的任意车轮的转速来计算运营车辆从规定的起点起的行驶距离。
步骤(5)：基于计算出的行驶距离和计算出的平面性位移来计算平面性位移的分布。
步骤(6)：获取相距起点的距离已知的位置处的计算出的行驶距离与该位置相距起点的距离(已知距离)之间的对应关系。
步骤(7)：基于获取到的对应关系校正所计算出的平面性位移的分布，来计算平面性位移的基准分布。
步骤(8)：计算用于使在计算基准分布之后计算出的对象分布与基准分布匹配的校正量。
根据上述优选的方式所涉及的方法，来计算轨道的平面性位移的分布。关于平面性位移的分布，例如用第一轴表示所计算出的行驶距离，并且用与第一轴正交的第二轴表示所计算出的平面性位移。此处，在计算出的平面性位移的分布中的行驶距离是基于车轮的转速计算出的。因此，由于车轮的磨损、空转以及滑行而含有误差。
获取相距起点的距离已知的位置处的计算出的行驶距离与该位置相距起点的距离(已知距离)之间的对应关系。具体地说，例如在通过进行精密的测量使相距规定起点的距离分别已知的轨道的两处位置的侧面设置反射板。在运营车辆设置光发射/接收型的光电传感器。从该光电传感器朝向反射板发射激光。由光电传感器接收被反射板反射的激光。在该时刻，识别出运营车辆到达了上述轨道的两处位置。识别出基于此时的车轮的转速计算出的运营车辆的行驶距离。由此，获取相距规定起点的距离已知的轨道的位置(两处)与该位置处的运营车辆的行驶距离、即基于车轮的转速计算出的运营车辆的行驶距离之间的对应关系。例如，上述轨道的两处位置处于与规定的起点相距X1公里标、Y1公里标的距离，各个位置处的计算出的行驶距离(基于车轮的转速计算出的运营车辆的行驶距离)为X2公里标、Y2公里标。在该情况下，获取X2公里标与X1公里标对应且Y2公里标与Y1公里标对应这样的关系。
基于上述获取到的对应关系来校正平面性位移的分布。例如，校正平面性位移的分布以使用上述第一轴表示运营车辆的真实的行驶距离。具体地说，在上述平面性位移的分布中的行驶距离(基于车轮的转速计算出的行驶距离)为X2公里标的位置实际上是X1公里标。上述平面性位移的分布中的行驶距离(基于车轮的转速计算出的行驶距离)为Y2公里标的位置实际上是Y1公里标。因此，对上述平面性位移的分布进行校正使得分别成为实际的值。具体地说，针对上述第一轴将上述平面性位移的分布进行平移和/或伸缩。校正后的平面性位移的分布是成为基准的平面性位移的分布(基准分布)。
校正对象分布使得在计算基准分布之后计算出的平面性位移的分布(对象分布)与基准分布匹配。具体地说，例如，通过使用了单纯形法等的匹配方法来针对第一轴将对象分布进行平移和/或伸缩以使对象分布与基准分布匹配。这是基于以下想法：针对同一轨道计算出的平面性位移的偏差比较小，因此只要针对第一轴校正可能含有关于行驶距离的计算误差的其它平面性位移的分布，就能够与基准分布匹配。如以上那样进行校正后的平面性位移的分布的第一轴所表示的行驶距离成为近似于真实的行驶距离的距离。
在如上述那样校正对象分布时，计算校正量。在针对第一轴校正对象分布、即针对第一轴将对象分布进行平移和/或伸缩时，校正量是平移量和/或伸缩倍率。
只在计算基准分布时获取上述对应关系即可。例如，只要在深夜等运行时刻表的间隙获取对应关系即可，而不需要在日间频繁地在光电传感器与反射板之间发射/接收激光。
优选的是，上述优选的方式所涉及的方法还包括以下的步骤(9)～(10)。
步骤(9)：计算与轮重有关且在构成对象分布的平面性位移的计算中使用的参数的分布。
步骤(10)：基于在校正对象分布时计算出的校正量来校正参数的分布。
根据上述优选的方式所涉及的方法，计算参数的分布。参数例如是轮重本身、脱轨系数等。关于参数的分布，例如用第一轴表示基于车轮的转速计算出的运营车辆的行驶距离，并且用第二轴表示在构成对象分布的平面性位移的计算中使用的与轮重有关的参数。此处，在计算出的参数的分布中的行驶距离是基于车轮的转速计算出的。因此，由于车轮的磨损等而产生测定误差。
基于在校正对象分布时计算出的校正量来校正参数的分布。具体地说，针对第一轴将参数的分布校正了与上述校正量(平移量和/或伸缩倍率)相同的量。这是基于以下想法：在构成对象分布的平面性位移的计算中使用的轮重的测定时刻与在参数的分布的计算中使用的与轮重有关的参数的测定时刻相同，各分布的第一轴所表示的行驶距离(基于车轮的转速计算出的运营车辆的行驶距离)包括彼此相同的测定误差，因此为了用参数的分布的第一轴表示运营车辆的真实的行驶距离而只要进行相同的校正即可。如以上那样进行校正后的参数的分布的第一轴所表示的行驶距离成为近似于真实的行驶距离的距离。
根据上述优选的方式所涉及的方法，参数的分布的第一轴所表示的行驶距离(基于车轮的转速计算出的运营车辆的行驶距离)被校正为近似于真实的行驶距离的距离。因此，能够高精度地确定参数(脱轨系数等)示出异常值的轨道的位置。其结果，例如能够对适当的位置实施轨道的修补。
在上述优选的方式所涉及的方法中，在校正参数的分布时使用计算出的基准分布即可。
本发明的实施方式的运营车辆测定轨道的状态。运营车辆具备转向架和运算部。转向架具有四个车轮以及四个一系弹簧，测定四个车轮各自的轮重，其中，该四个一系弹簧与四个车轮对应地设置，支承各自对应的车轮。运算部基于四个车轮各自的轮重来测定轨道的状态。运算部包括轮重测定部、弹簧位移计算部以及平面性位移计算部。轮重测定部测定各车轮的轮重。弹簧位移计算部基于测定出的轮重来计算各一系弹簧的位移。平面性位移计算部基于计算出的一系弹簧的位移来计算轨道的平面性位移。
根据上述运营车辆，能够利用运营车辆高精度地测定该运营车辆行驶的轨道的平面性位移。因而，代替使用以往那样的轨道检测车，而能够利用运营车辆日常地对轨道位移进行测定。
优选的是，运算部还包括行驶距离计算部、分布计算部、对应关系获取部、基准分布计算部以及校正量计算部。行驶距离计算部基于四个车轮中的任意车轮的转速来计算运营车辆从规定的起点起的行驶距离。分布计算部基于计算出的行驶距离和计算出的平面性位移来计算平面性位移的分布。对应关系获取部获取相距起点的距离已知的位置处的计算出的行驶距离与相距起点的距离之间的对应关系。基准分布计算部基于获取到的对应关系校正所计算出的平面性位移的分布，来计算平面性位移的基准分布。校正量计算部计算用于使在计算基准分布之后计算出的对象分布与基准分布匹配的校正量。
根据上述方式所涉及的运营车辆，能够校正运营车辆的行驶距离的测定误差。
此处，分布计算部为了计算平面性位移的分布，例如用第一轴表示所计算出的行驶距离并且用与第一轴正交的第二轴表示所计算出的平面性位移。基准分布计算部校正平面性位移的分布来用第一轴表示运营车辆的真实的行驶距离。校正量计算部计算校正量，因此针对第一轴校正对象分布。
更加优选的是，运算部还包括参数分布计算部和参数分布校正部。参数分布计算部计算与轮重有关且在构成对象分布的平面性位移的计算中使用的参数的分布。参数分布校正部基于计算出的校正量来校正参数的分布。
根据上述方式所涉及的运营车辆，能够高精度地确定参数(脱轨系数等)示出异常值的轨道的位置。
此处，参数分布计算部为了计算参数的分布，例如用第一轴表示行驶距离，并且用第二轴表示参数。
以下，适当地参照附图来说明本发明的实施方式的测定轨道的状态的方法以及测定轨道的状态的运营车辆。
图1A是说明本发明的实施方式的运营车辆100所具备的转向架10的概要结构以及测定轨道的状态的方法的图。图1B是说明计算一系弹簧的位移的方法的图。
如图1A所示，运营车辆100具备转向架10和运算部20。转向架例如是PQ监视转向架。转向架10具有四个车轮1、四个一系弹簧2以及两个二系弹簧3。四个车轮1被配置在前后左右。四个一系弹簧2与四个车轮1对应地设置，支承各自对应的车轮1。转向架10测定各车轮1的轮重。在轮重的测定中例如使用应变仪。运算部20基于轮重的测定值来测定轨道R的状态。
运算部20首先基于轮重的测定值来计算四个一系弹簧2的位移。
在运算部20中预先存储有对一系弹簧2施加的荷重与位移之间的相关数据。运算部20基于轮重的测定值P和预先存储的相关数据来计算一系弹簧2的位移(相对于自然长度的位移)z。此外，根据相关数据求出的一系弹簧2的弹簧常数k例如是500kN/m～2000kN/m。
此处，将支承位于转向架10的行驶方向的前方左侧的车轮1的一系弹簧2的位移的坐标设为P1out，将该一系弹簧2的位移设为z1out。将支承位于转向架10的行驶方向的前方右侧的车轮1的一系弹簧2的位移的坐标设为P1in，将该一系弹簧2的位移设为z1in。将支承位于转向架10的行驶方向的后方左侧的车轮1的一系弹簧2的位移的坐标设为P2out，将该一系弹簧2的位移设为z2out。将支承位于转向架10的行驶方向的后方右侧的车轮1的一系弹簧2的位移的坐标设为P2in，将该一系弹簧2的位移设为z2in。
将支承位于转向架10的行驶方向的后方左侧的车轮1的一系弹簧2的位移的坐标设为平面坐标(xy坐标)的原点，将前后的车轴间距离设为2a，将左右的车轮间距离设为2b0。在该情况下，分别通过P1out(0，2a，z1out)、P1in(2b0，2a，z1in)、P2out(0，0，z2out)、P2in(2b0，0，z2in)表示各一系弹簧2的位移的坐标。
接着，运算部20根据计算出的一系弹簧2的位移z1out、z1in、z2out、z2in来计算一系弹簧2的位移的坐标P1out、P1in、P2out、P2in。
接着，运算部20计算通过计算出的四个一系弹簧2的位移的坐标中的任意三个一系弹簧2的位移的坐标的平面。
此处，在运算部20中存储有转向架10行驶的轨道R的信息。因此，运算部20能够掌握当前转向架10正在轨道R的哪个地点行驶。因而，运算部20能够掌握四个车轮1当前位于外轨侧还是内轨侧。运算部20计算通过四个一系弹簧2中的除了支承位于转向架10的前方的外轨侧的车轮1的一系弹簧2以外的三个一系弹簧2的位移的坐标的平面。
如果将支承位于转向架10的前方的外轨侧的车轮1的一系弹簧2的位移的坐标设为P1out(0，2a，z1out)，则运算部20计算通过三个坐标P1in(2b0，2a，z1in)、P2out(0，0，z2out)以及P2in(2b0，0，z2in)的平面PL。
具体地说，通过以下的式(1)表示上述平面PL，并根据该平面PL通过三个坐标P1in、P2out以及P2in来决定式(1)的系数C1～C4。
C1x+C2y+C3z+C4＝O…(1)
接着，运算部20基于计算出的通过上述的式(1)表示的平面PL与剩余的一系弹簧的位移的坐标P1out(0，2a，z1out)之间的距离来计算轨道的平面性位移h。
具体地说，将坐标P1out(0，2a，z1out)的xyz坐标代入到以下的式(2)的x、y、z来计算平面性位移h。此外，通过以下的式(2)表示的平面性位移h的绝对值相当于通过式(1)表示的平面PL与剩余的一系弹簧的位移的坐标P1out(0，2a，z1out)之间的距离。
[数1]
h = C 1 x + C 2 y + C 3 z + C 4 C 1 2 + C 2 2 + C 3 2 ... ( 2 )
如以上所说明的那样，根据运营车辆100以及使用运营车辆100来测定轨道的状态的方法，测定四个车轮1的轮重。基于轮重的测定值来计算四个一系弹簧2的位移。计算通过四个一系弹簧2的位移的坐标中的任意三个一系弹簧2的位移的坐标的平面。基于该平面与剩余的一系弹簧2的位移的坐标之间的距离来计算平面性位移h。该一系弹簧2的位移的坐标根据一系弹簧2被安装的位置处的轨道R的高低而变化。这是由于：车轮1的铅直方向的位置根据轨道R的高低而变化，一系弹簧2的位移根据车轮1的铅直方向的位置而变化。
因而，假如没有产生平面性位移h、即假如不存在在轨道R的长度方向上隔开固定间隔2a的两点之间的水准位移(左右的铁轨的高度差)的差，四个一系弹簧2的位移的坐标位于同一平面上。换句话说，通过三个一系弹簧2的位移的坐标的平面与剩余的一系弹簧2的位移的坐标之间的距离约等于平面性位移h(平面性位移h的绝对值)。因而，根据运营车辆100以及使用运营车辆100来测定轨道的状态的方法，能够高精度地计算平面性位移h。
图2A是示出利用运营车辆100来测定在同一曲线区间内的平面性位移所得到的结果的一例的图表。图2B是示出利用运营车辆100来测定在同一曲线区间内的轮重(位于转向架10的前方的外轨侧的车轮1的轮重)所得到的结果的一例的图表。在图2A的图表和图2B的图表中，圆曲线部是曲线半径固定的部分，缓和曲线部是将入口侧的直线部和出口侧的直线部与圆曲线部连接、并且从直线部到圆曲线部曲线半径逐渐变小的部分。分别在2011年1月、2012年1月以及2012年2月各进行10次测定。
由图2A和图2B可知，与轮重的偏差相比，平面性位移的偏差小。这是因为：轮重由于乘客的数量、乘客在车内的位置等而容易发生变化，但是平面性位移是轨道的扭曲、不容易发生变化。因而，在本实施方式中计算出的平面性位移与轮重相比对于检测轨道R的异常来说更有用。
图3A是示出按规定期间对图2A示出的平面性位移的测定值进行加法平均所得到的结果的图表。图3B是示出从图3A示出的结果去除漂移(偏移校正)所得到的结果的图表。
具体地说，图3A示出按一个月对图2A所示的平面性位移的测定值进行加法平均所得到的结果、即将在2011年1月、2012年1月以及2012年2月分别测定出的10次的测定值进行加法平均所得到的结果。另外，图3B示出假设在紧接在运营车辆100开始行驶之后没有产生平面性位移(各车轮1的轮重测定值如果是原来的值则是相同的)、将测定出的平面性位移校正了紧接在运营车辆100开始行驶之后的轮重测定值的偏移量之后的结果。
由图3A和图3B可知，与单纯计算平面性位移的情况(图2A)相比，通过进行加法平均并且实施偏移校正来减低结果的偏差。因此，对于检测轨道R的异常是有効的。
优选的是，运算部20进行经时差分处理。具体地说，运算部20对于针对相同的轨道R计算出的偏移校正后的平面性位移(参照图3B)进行从当前的结果减去固定期间前的结果的处理。
图4A是示意性地示出将轨道R的一部分更换为新的铁轨后的状况的图。图4B是示出从更换为新的铁轨后的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)减去更换前的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)所得到的结果的图表。图4C是示出从更换为新的铁轨后的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)减去虽然测定时期早但是同样更换为新的铁轨后的平面性位移(偏移校正后的平面性位移)所得到的结果的图表。
如图4A所示，在将轨道R的一部分(单侧的铁轨)更换为新的铁轨时，在旧铁轨R11与新铁轨R12的结合处R13的附近的旧铁轨R11的下方设置了规定的垫片R14使得在结合处R13不产生阶差。因而，在旧铁轨R11处，在结合处R13的附近局部地产生高度方向的梯度。因此，左右的铁轨的高度的差发生变化，轨道R发生扭曲。此外，在图4A所示的例子中，结合处R13位于12,238kp的位置。
由图4B可知，通过对平面性位移实施经时差分处理，能够高精度地检测轨道R的状态发生了变化的部分、即新铁轨R12与旧铁轨R11的结合处R13。另一方面，由图4C可知，在轨道R的状态在进行减法处理的两者之间不发生变化的情况下，没有差值的变动。因此，误检测轨道R的状态变化的可能性小。
参照图3A、图3B、图4A、图4B、图4C来说明的例子是运算部20依次执行加法平均处理、偏移校正以及经时差分处理的全部处理的例子。然而，不需要这三个处理全部进行，也能够只执行这三个处理中的任一个处理或者只执行这三个处理中的任两个处理。
根据以上所说明的运营车辆100以及使用运营车辆100来测定轨道的状态的方法，能够高精度地计算平面性位移。具体地说，如图2A、图3A以及图3B所示，针对同一轨道R计算出的平面性位移的偏差比较小。因此，利用平面性位移的偏差小这一情况，来校正运营车辆100的行驶距离的测定误差。以下，参照图5A～图5C来具体地进行说明。
图5A是示出运算部20所执行的处理的流程图。如图5A所示，运算部20执行测定和计算处理(步骤S1)和分布计算处理(步骤S2)。图5B是示出运算部20所执行的测定和计算处理的流程图。图5C是示出运算部20所执行的分布计算处理的流程图。此外，运算部20所执行的处理并不限定于图5A～图5C示出的处理。图5A～图5C示出的处理只不过是一例。
在运营车辆100正在规定的区间内行驶的情况下(步骤S12：“是”)，运算部20获取车轮1的转速和轮重(步骤S13)。此处，规定的区间只要包括要计算平面性位移的分布的区间即可。例如基于车轮1的转速来判断是否是规定的区间。此外，运算部20也可以只判断运营车辆100是否正在行驶。根据运算部20中存储的计数器的计数值来获取转速。计数器在每次被输入检测车轮1的转速的脉冲发生器的输出信号时更新计数值。计数值在开始测定和计算处理时被初始化(步骤S11)。例如根据应变仪的测定结果来获取轮重。
运算部20基于车轮1的转速来计算运营车辆100(转向架10)从规定的起点起的行驶距离(步骤S14)。具体地说，通过将运算部20中存储的车轮1的周向长度与车轮1的转速相乘来求出行驶距离。此处，车轮1的周向长度是根据开始使用时的车轮1的外径求出的。计算出的行驶距离是基于车轮1的转速求出的，因此含有由于车轮1的磨损等而产生的误差。
运算部20基于轮重的测定值来计算四个一系弹簧2的位移(步骤S15)。一系弹簧2的位移的计算方法如上所述。因而，此处省略其说明。
运算部20根据计算出的一系弹簧2的位移来计算一系弹簧2的位移的坐标(步骤S16)。一系弹簧2的位移的坐标的计算方法如上所述。因而，此处省略其说明。
运算部20计算通过计算出的四个一系弹簧2的位移的坐标中的任意三个一系弹簧2的位移的坐标的平面(步骤S17)。平面的计算方法如上所述。因而，此处省略其说明。
运算部20基于计算出的平面与剩余的一系弹簧的位移的坐标之间的距离来计算轨道的平面性位移(步骤S18)。关于平面性位移的计算方法，如上所述。因而，此处省略其说明。
运算部20获取并存储相距规定起点的距离已知的轨道R的位置处的计算出的行驶距离与该位置相距起点的距离(已知距离)之间的对应关系(步骤S20)。
为了获取上述对应关系，例如在通过进行精密的测量使相距规定起点的距离分别已知的轨道R的两处位置的侧面设置反射板。在运营车辆100设置光发射/接收型的光电传感器。从该光电传感器朝向反射板发射激光。在由光电传感器接收到被反射板反射的激光的时刻(步骤S19：“是”)，识别出运营车辆100到达了轨道R的两处位置。识别出基于此时的车轮1的转速计算出的运营车辆100的行驶距离。向运算部20输入光电传感器的输出信号(被反射的激光的检测信号)。在运算部20中存储有轨道R的上述两处位置与规定的起点相距的距离。运算部20获取相距规定起点的距离已知的轨道R的位置(两处)与在该位置处基于车轮1的转速计算出的运营车辆100的行驶距离之间的对应关系。例如，轨道R的两处位置处于与规定的起点相距X1公里标、Y1公里标的距离，在各个位置处基于车轮1的转速计算出的运营车辆100的行驶距离为X2公里标、Y2公里标。在该情况下，获取X2公里标与X1公里标对应且Y2公里标与Y1公里标对应这样的关系，并将该关系存储在运算部20中。
在规定的区间的行驶结束的情况下(步骤S12：“否”)，运算部20计算轨道R的平面性位移的分布(步骤S31)。关于平面性位移的分布，用第一轴(例如X轴)表示所计算出的行驶距离，并且用与第一轴正交的第二轴(例如Y轴)表示所计算出的平面性位移。此处，在计算出的平面性位移的分布中的行驶距离是基于车轮的转速计算出的。因此，由于车轮的磨损、空转以及滑行而含有误差。
运算部20在没有计算成为基准的平面性位移的分布(基准分布)的情况下(步骤S32：“否”)，基于如上述那样存储的对应关系来校正所计算出的轨道R的平面性位移的分布(步骤S33)。具体地说，对计算出的轨道R的平面性位移的分布进行校正使得用第一轴表示运营车辆100的真实的行驶距离。在轨道R的平面性位移的分布中的行驶距离(基于车轮1的转速计算出的行驶距离)为X2公里标的位置实际上是X1公里标，在轨道R的一个平面性位移分布中的行驶距离(基于车轮1的转速计算出的行驶距离)为Y2公里标的位置实际上是Y1公里标，因此运算部20针对第一轴将轨道R的平面性位移的分布进行平移和/或伸缩(校正)使得各自成为实际的值(使得用第一轴表示运营车辆100的真实的行驶距离)。然后，将校正后的平面性位移的分布存储为基准分布。
运算部20在计算出基准分布的情况下(步骤S32：“是”)，为了使计算出的轨道R的平面性位移的分布、即针对同一轨道R在计算基准分布之后计算出的平面性位移的分布(对象分布)与所存储的基准分布匹配，而针对第一轴校正轨道R的平面性位移分布，计算其校正量(步骤S34)。
图6A是示出针对第一轴将对象分布进行平移的校正的一例的图表。图6B是示出针对第一轴将对象分布进行伸缩的校正的一例的图表。图6C是示出使对象分布与基准分布匹配后的状态的图表。图6D是示出基准分布和校正前的对象分布的图表。图6E是示出基准分布和校正后的对象分布的图表。
参照图6C，在进行匹配时评价函数f＝S/l1的值成为最小。此处，l1表示规定的区间的距离。S表示在距离l1的区间内在基准分布与对象分布之间形成的面积。
运算部20如图6A～图6E所示那样通过使用例如单纯形法等的匹配方法来针对第一轴将对象分布进行平移和/或伸缩(校正)以使对象分布与基准分布匹配。即，决定平移量a和/或伸缩倍率b。
这样进行校正是基于以下想法：由于针对同一轨道R计算出的平面性位移的偏差比较小，因此只要针对第一轴校正可能含有关于行驶距离的计算误差的对象分布，就能够与基准分布匹配。如以上那样进行校正后的对象分布的第一轴所表示的行驶距离成为近似于真实的行驶距离的距离。运算部20存储上述校正的校正量(平移量a和/或伸缩倍率b)。
运算部20计算在构成对象分布的平面性位移的计算中使用的与轮重有关的参数的分布(参数分布)(步骤S35)。参数例如既可以是轮重本身，也可以是脱轨系数。关于参数分布，用第一轴表示基于车轮1的转速计算出的运营车辆100从规定的起点起的行驶距离，用第二轴表示上述参数。参数分布中的行驶距离是基于车轮的转速计算出的。因此，含有由于车轮的磨损等而产生的误差。
运算部20基于计算出的校正量来校正所计算出的参数分布(步骤S36)。具体地说，运算部20针对第一轴将参数分布校正了与上述校正量(平移量a和/或伸缩倍率b)相同的量。这是基于以下想法：构成对象分布的平面性位移的计算时刻与构成参数分布的参数的计算时刻相同，各分布的第一轴所表示的行驶距离(基于车轮1的转速计算出的运营车辆100的行驶距离)包含有彼此相同的计算误差，因此为了用参数分布的第一轴表示运营车辆100的真实的行驶距离，而进行相同的校正即可。如以上那样进行校正后的参数分布的第一轴所表示的行驶距离成为近似于真实的行驶距离的距离。
根据上述方式，参数分布的第一轴所表示的行驶距离(基于车轮1的转速计算出的运营车辆100的行驶距离)被校正为近似于真实的行驶距离的距离。因此，能够高精度地确定与轮重有关的参数(脱轨系数等)示出异常值的轨道R的位置。其结果，能够对适当的位置实施轨道R的修补等处理。
另外，也可以只在计算基准分布时获取相距规定起点的距离已知的轨道R的位置与在该位置处基于车轮1的转速计算出的运营车辆100的行驶距离之间的对应关系。例如，在深夜等运行时刻表的间隙获取对应关系即可，而不需要在日间频繁地在光电传感器与反射板之间发射/接收激光。在计算出基准分布之后，主要使用该基准平面性位移分布来校正参数分布即可。因此，根据上述方式，将参数分布的第一轴所表示的行驶距离校正为近似于真实的行驶距离的距离，并且不花费时间，并且安全。
以上，对于本发明的实施方式进行了详细描述，但是这只不过是例示，本发明并不限定于上述的实施方式。
例如，也可以在规定的区间的行驶结束之后，运算部20计算行驶距离、一系弹簧的位移、位移的坐标、平面以及平面性位移。

Claims (10)

1.一种使用运营车辆来测定轨道的状态的方法，其中，
所述运营车辆具备转向架，该转向架具有四个车轮以及四个一系弹簧，测定各个所述车轮的轮重，其中，该四个一系弹簧与所述四个车轮对应，支承各自所对应的车轮，
所述方法包括以下步骤：
测定各个所述车轮的轮重；
基于测定出的所述轮重来计算各个所述一系弹簧的位移；
基于计算出的所述位移来计算所述轨道的平面性位移。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
基于所述车轮中的任意车轮的转速来计算所述运营车辆从规定的起点起的行驶距离；
基于计算出的所述行驶距离和计算出的所述平面性位移来计算所述平面性位移的分布；
获取相距所述起点的距离已知的位置处的计算出的所述行驶距离与相距所述起点的距离之间的对应关系；
基于获取到的所述对应关系校正所计算出的所述平面性位移的分布，来计算所述平面性位移的基准分布；以及
计算用于使在计算所述基准分布之后计算出的对象分布与所述基准分布匹配的校正量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
在计算所述分布的步骤中，为了计算所述分布而用第一轴表示所计算出的所述行驶距离、且用与所述第一轴正交的第二轴表示所计算出的所述平面性位移，
在计算所述基准分布的步骤中，校正所述分布来用所述第一轴表示所述运营车辆的真实的行驶距离，
在计算所述校正量的步骤中，为了计算所述校正量而针对所述第一轴校正所述对象分布。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
计算与所述轮重有关且在构成所述对象分布的平面性位移的计算中使用的参数的分布；以及
基于所述校正量来校正所述参数的分布。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
在计算所述参数的分布的步骤中，为了计算所述参数的分布而用所述第一轴表示所述行驶距离并且用所述第二轴表示所述参数。
6.一种测定轨道的状态的运营车辆，具备：
转向架，其具有四个车轮以及四个一系弹簧，测定各个所述车轮的轮重，其中，该四个一系弹簧与所述四个车轮对应，支承各自所对应的车轮；以及
运算部，其基于各个所述车轮的轮重来测定所述轨道的状态，
其中，所述运算部包括：
轮重测定部，其测定各个所述车轮的轮重；
弹簧位移计算部，其基于测定出的所述轮重来计算各个所述一系弹簧的位移；以及
平面性位移计算部，其基于计算出的所述位移来计算所述轨道的平面性位移。
7.根据权利要求6所述的运营车辆，其特征在于，
所述运算部还包括：
行驶距离计算部，其基于所述车轮中的任意车轮的转速来计算所述运营车辆从规定的起点起的行驶距离；
分布计算部，其基于计算出的所述行驶距离和计算出的所述平面性位移来计算所述平面性位移的分布；
对应关系获取部，其获取相距所述起点的距离已知的位置处的计算出的所述行驶距离与相距所述起点的距离之间的对应关系；
基准分布计算部，其基于获取到的所述对应关系校正所计算出的所述平面性位移的分布，来计算所述平面性位移的基准分布；以及
校正量计算部，其计算用于使在计算所述基准分布之后计算出的对象分布与所述基准分布匹配的校正量。
8.根据权利要求7所述的运营车辆，其特征在于，
所述分布计算部为了计算所述分布而用第一轴表示所计算出的所述行驶距离并且用与所述第一轴正交的第二轴表示所计算出的所述平面性位移，
所述基准分布计算部校正所述分布来用所述第一轴表示所述运营车辆的真实的行驶距离，
所述校正量计算部为了计算所述校正量而针对所述第一轴校正所述对象分布。
9.根据权利要求7或8所述的运营车辆，其特征在于，还包括：
参数分布计算部，其计算与所述轮重有关且在构成所述对象分布的平面性位移的计算中使用的参数的分布；以及
参数分布校正部，其基于所述校正量来校正所述参数的分布。
10.根据权利要求9所述的运营车辆，其特征在于，
所述参数分布计算部为了计算所述参数的分布而用所述第一轴表示所述行驶距离、且用所述第二轴表示所述参数。
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