JP2004061278A - Apparatus for measuring three-dimensional position of structure along railroad - Google Patents

Apparatus for measuring three-dimensional position of structure along railroad Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for simply and easily measuring a three-dimensional position of a structure along a railroad. <P>SOLUTION: An interval of two wheels 14, 14 is 0.8-1.4 times as great as a distance between rails. The apparatus is provided with a running platform 10 supported on the rails R, R by three wheels and movable on the rails R, R, a reference position detecting means for detecting a three-dimensional position of the running platform 10, a light wave stadimeter 20 for measuring a distance between the structure for circumferentially changing a destination of a radiated light wave by rotation on a center axis in a running direction, a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the stadimeter 20, a tilt angle detecting means for detecting a cant of the rails R, R and a calculating means for calculating the three-dimensional position of the structure based on information about the position of the running platform 20, the distance up to the structure, the rotation angle and the cant. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内壁、プラットホーム、信号機、信号機基礎、橋梁、草木などの鉄道沿い構造物の3次元位置を計測する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道沿いには、トンネル内壁、プラットホーム、信号機、信号機基礎、橋梁、草木などのさまざまな構造物が現に備えられており、また新たに備えられる。そして、これらの構造物は、車両の安全な運行を確保するため、建築限界内に位置してはならず、また位置させてならないとされる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉄道沿い構造物は補修工事や経時劣化などによって3次元位置が変化し続ける。したがって、できるだけ頻繁に鉄道沿い構造物の3次元位置を計測し、もって当該構造物が建築限界内に位置していないか、あるいは新たに備える構造物が建築限界内に位置することにならないかを確認する必要がある。
【0004】
また、車両の運行に伴う枕木やレールのずれによって、建築限界自体や車両限界の3次元座標も変化する。したがって、建築限界自体や車両限界についても、できるだけ頻繁に3次元座標を算出しておく必要がある。
【0005】
そこで、本発明の主たる課題は、簡易に鉄道沿い構造物の3次元位置を計測することができる鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置を提供することにある。また、本発明の主たる課題は、上記課題に加えて、建築限界や車両限界の3次元座標をも算出することができる鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置を提供することにもある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、次記の通りである。
<請求項1記載の発明>
一方のレール上を転がる1つの車輪及び他方のレール上を転がる2つの車輪からなり、この2つの車輪の間隔がレール間距離の0.8〜1.4倍とされた計3つの車輪と、
この3つの車輪によって、レール上に支持されるとともにレール上を走行自在とされた走行架台と、
この走行架台の3次元位置を検出する基準位置検出手段と、
前記走行架台に備えられた、走行方向を軸心とする回転により計測先が周回り方向に変化する構成とされた鉄道沿い構造物までの距離を計測する距離計測手段、この距離計測手段の回転角を検出する回転角検出手段及び前記レールのカントを検出する傾斜角検出手段と、
前記基準位置検出手段によって得られた基準位置情報、前記距離計測手段によって得られた距離情報、前記回転角検出手段によって得られた回転角情報及び前記傾斜角検出手段によって得られたカント情報に基づいて前記鉄道沿い構造物の3次元位置を算出する構造物位置算出手段とを有することを特徴とする鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
【0007】
<請求項2記載の発明>
走行架台に備えられた、レール間の距離を検出する軌間距離検出手段と、
この軌間距離検出手段によって得られた軌間距離情報、基準位置情報及びカント情報に基づいて建築限界及び/又は車両限界の3次元座標を算出する限界算出手段とを有する請求項1記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
【0008】
<請求項3記載の発明>
基準位置検出手段が、走行架台に備えられたGPS受信機である請求項1又は請求項2記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
【0009】
<請求項4記載の発明>
基準位置検出手段が、走行架台に備えられたターゲット及びこのターゲットに向けて光波を発する3次元位置が既知とされたトータルステーションである請求項1又は請求項2記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
【0010】
<請求項5記載の発明>
基準位置検出手段が、走行架台に備えられた走行距離計である請求項1又は請求項2記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
【0011】
<請求項6記載の発明>
距離計測手段が、光波測距儀である請求項1〜5のいずれか1項に記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
【0012】
<請求項7記載の発明>
走行架台が少なくとも軌道幅方向に分解可能とされ、かつ軌道幅方向に分解される部材の間に介在部材の介在を可能とされ、
この介在の有無により前記走行架台の軌道幅方向の長さが調整される請求項1〜6のいずれか1項に記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
<計測装置概要>
本実施の形態に係る鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置を、図1〜図5に示した。当該計測装置1は、一方のレールR上を転がる1つの車輪15及び他方のレールR上を転がる2つの車輪14,14からなり、この2つの車輪14,14の間隔がレール間距離の0.8〜1.4倍、好ましくは1.0〜1.2倍とされた計3つの車輪14,15と、この3つの車輪14,15によって、レールR,R上に支持されるとともにレールR,R上を走行自在とされた走行架台10と、この走行架台10の3次元位置を検出する図示しない基準位置検出手段と、鉄道沿い構造物までの距離を計測する距離計測手段としての光波測距儀20と、この光波測距儀20の回転角を検出する図示しない回転角検出手段と、この回転角検出手段が内臓され、かつ計測結果を簡易表示する簡易表示部材30と、レールR,Rのカントを検出する図示しない傾斜角検出手段と、レールR,R間の距離を検出する軌間距離検出手段と、走行架台10を手動で移動するためのハンドル50と、鉄道沿い構造物の3次元位置並びに建築限界及び/又は車両限界の3次元座標を算出し、かつ表示するパーソナルコンピューターなどからなる構造物位置算出手段かつ限界算出手段として自動計算機60と、を主に有する。
【0014】
本実施の形態に係る走行架台10は、3つの車輪14,15によって3点支持されているので、4つの車輪で支持されている場合などに比べてぐらつきが抑えられ、安定性に優れたものとなる。
【0015】
2つの車輪14,14の間隔を、レール間距離の0.8倍以上にするのは、これ未満にすると走行架台10の前後方向(レール方向)に関する安定性が、不十分なものになるためである。また、2つの車輪14,14の間隔を、レール間距離の1.4倍以下にするのは、これより大きくしても安定性に大差なく、逆に持ち運び容易性の点において劣ることになるからである。
【0016】
<走行架台>
走行架台10は、走行方向に延在しかつ内側部(軌道幅方向中心に近い方の側部を内側部という。)が軌間中央に向かって直線的に膨らんだ略三角形状の縦部材11と、この縦部材11の中央内側部を基端として軌道幅方向に延在する断面略方形の横部材12とで略T字状に形成されている。
【0017】
縦部材11及び横部材12は、これらを連結する図示しないボルトやビスなどの連結手段を取り外すことにより、連結部13(図2及び図4参照)を境に軌道幅方向に分解される。
【0018】
縦部材11の中央外側部上側面及び横部材12の軌道幅方向中央部上側面には、それぞれ把持部11A又は12A,12Aが取り付けられており、分解された状態にある縦部材11又は横部材12を持ち運ぶのにも、組み立てられた状態にある計測装置1を持ち運ぶのにも便利なようになっている。
【0019】
持ち運びの容易性という観点からは、縦部材11及び横部材12をアルミニウムのような軽い金属又はカーボンファイバーのような複合材料で形成するのが好ましい。また、本実施の形態では、さらなる軽量化を図るために、縦部材11及び横部材12を構成する全ての板(縦部材11を構成する板11aなど)を中空構造としている。
【0020】
縦部材11の先端外側部(軌道幅方向中心から遠い方の側部を外側部という。)及び後端外側部には、それぞれフランジ部14Fを有する車輪14が取り付けられている。また、横部材12の先端部にはフランジ部を有しない車輪15が取り付けられている。フランジ部を有する車輪14,14とフランジ部を有しない車輪15との合計3つの車輪によって、走行架台10はレールR,R上に支持され、かつ走行可能とされている。
【0021】
本実施の形態において、3つの車輪14,15は、絶縁体でできている。本装置1によって2本のレールR,Rが電気的につながるのを防止するためである。レールR,Rが電気的につながると、列車が存在するものと誤認され、踏み切りや、信号機等に影響を及ぼす虞がある。
【0022】
なお、走行架台10の走行方向はいずれか一方に限定されるものではないが、以下では、説明の便宜上、ハンドル50が備わる方向と反対の方向(図1においては、紙面上方向。)を走行方向といい、走行方向を「前」、その反対側を「後」という。
【0023】
<介在部材>
本実施の形態において、走行架台10は、図6に示すように、縦部材11と横部材12との間に介在部材19を介在させ図示しない連結部材で連結することができるようになっている。これにより走行架台10の車輪間の距離を軌間距離に対応させて、例えば、1067mm、1435mmなどに簡易に調整することができる。
【0024】
介在部材19は、持ち運びの容易性を図るため、その軌道幅方向中央部上側面に把持部19A,19Aが取り付けられている。
【0025】
軌間距離を調整する場合は、当然、2つの車輪14,14の間隔も調整するのが好ましい。2つの車輪14,14の間隔調整は、例えば、縦部材11と車輪14,14との間に図示しない伸縮棒を介在させるなどして行うことができる。
【0026】
<簡易表示部材>
簡易表示部材30は、断面略方形とされ、横部材12の基端部を基端として上方に延在するように備えられている。簡易表示部材30の前面上端部は若干後方に傾斜した形状となっており(図3参照)、この傾斜部に計測結果などを簡易表示するための簡易表示窓31が備えられている。簡易表示部材30の前側面中央部には、光波測距儀20の光波発信開始角及び光波発信終了角を設定するための角度調整ダイヤル32が備えられている。
【0027】
<基準位置検出手段>
基準位置検出手段は、特にその種類が限定されるものではないが、迅速な検出を要する場合はGPS受信機を使用するのが好ましく、精密な検出を要する場合又はトンネル内等であるためGPS受信機による受信ができない場合はターゲット及びこのターゲットに向けて光波を発する3次元位置が既知とされたトータルステーションを使用するのが好ましく、レールが直線かつ起伏のない場合において簡易に計測する必要がある場合はレール上のある地点からの走行距離を計測する走行距離計を使用するのが好ましい。
【0028】
本実施の形態においては、簡易表示部材30の上面に係止部33が形成されており、この係止部33にGPS受信機又はターゲットを選択的に係止させることができるようになっている。
【0029】
<距離計測手段>
本実施の形態では、鉄道沿い構造物までの距離を計測する距離計測手段として、前述したように光波測距儀20を使用した。
光波測距儀20は、図3に示すように、簡易表示部材30の後面上端部に、光波発信部21(図5参照)が軌道方向と直交する方向を向く状態で、かつ軌道方向を向く軸材22(図1及び図3参照)を軸心として回転するように取り付けられている。したがって、測定に際しては、図7に示すように、光波の照射先(計測先)を周回り方向に変化させることができ、照射のポイントを複数、たとえば55点とすれば、トンネルなどの周回りに連続する構造物についても連続的に距離を計測することができる。
【0030】
光波測距儀20としては、公知のものを使用することができるが、光波がマーキングレーザー光であるものを使用すれば、照射先を目視できるので好ましい。また、光波測距儀以外の距離計測手段としては、例えば、デジタルカメラなどを挙げることができる。
【0031】
<回転角検出手段>
回転角検出手段としては、公知のものを使用することができ、例えば、ロータリエンコーダなどを使用することができる。
【0032】
本実施の形態においては、回転角検出手段を簡易表示部材30に内臓させたが、当然、外付けとすることもできる。
【0033】
<傾斜角検出手段>
傾斜角検出手段はレールR,Rのカントを検出するためのものであるから、例えば、走行架台10に、その軌道幅方向の傾斜を検出する傾斜計を取り付けることをもって足りる。本実施の形態においても、この方法によった。
【0034】
<軌間距離検出手段>
2本のレールR,R間の距離(軌間距離)を検出するための構成(軌間距離検出手段)は、例えば、2本のレールR,Rそれぞれに向けて光波を発する光波測距儀を設け、この光波測距儀によって得られた値に基づいて軌間距離を算出する構成とすることもできるが、本実施の形態においては、軌道幅方向に移動可能とされたレール内接部材41(図2〜図5参照)と、このレール内接部材41の移動量を検出する図示しない移動量検出計とを利用して検出する構成とした。
【0035】
レール内接部材41は、断面略柱状でその先端部に上下方向を軸心として回転するコロ41Aが備えられており、横部材12の先端部かつ車輪15より前方に下方に向かって延在する状態で取り付けられている。そして、図2に示すように、車輪14,14のフランジ部14F,14Fが一方のレールRの内側面RAに当接した状態で計測装置1を走行させると、レール内接部材41のコロ41Aは他方のレールRの内側面RAに当接(図2中の拡大図参照)した状態で回転する。つまり、レール内接部材41は、スラックなどの存在により軌間距離が変化すると、その変化と同調して軌道幅方向に移動する構成とされている。したがって、レール内接部材41の移動量を移動量検出計によって検出することにより、軌間距離が算出される。
【0036】
また、レール内接部材41は、横部材12の中央部前側面に設けられたレバー41Bと連動しており、このレバー41Bを、装置に向かって半時計回りに180度回転させると、レール内接部材41は、レール方向に移動してレールRに接触した状態にセットされる。さらに、レール内接部材41は、所定量以上軌間中心側に移動しない構成とされている。この構成により、車輪15にフランジが存在しないにもかかわらず、本装置1の脱輪は防止される。
【0037】
<ハンドル>
以上のようにしてなる計測装置1は、電気やガソリンなどのエネルギーを利用してレール上を自動走行させることもできるが、本実施の形態においては、手動走行式とした。具体的には、走行架台10の中央部を基端として上方に延在する伸縮部51と、この伸縮部51の先端部にこの伸縮部51と直交する状態で一体的に取り付けられた握持部52とからなるハンドル50を作業者が押し、引きして計測装置1を走行させる構成とした。
【0038】
伸縮部51の基端部は、図5に示すように、縦部材11の中央部内側上側面に形成された上方に延在する半円状の角度調整板11Bに対して軌道幅方向を軸心とする軸材53によって取り外し可能に軸支された状態で取り付けられている。角度調整板11Bには、軌間幅方向に貫通する角度調整孔C,C…が形成されており、この角度調整孔C,C…に伸縮部51の基端部に取り付けられた角度調整ピン54が貫通するようになっている。伸縮部51の立ち上がり角度を調整するにあたっては、角度調整孔Cから角度調整ピン54を引き抜き、伸縮部51の立ち上がり角度を適宜修正した後、角度調整ピン54を先の角度調整孔Cとは別の角度調整孔Cに差し込むことにより、調整固定される構成となっている。
【0039】
伸縮部51は、管状の下側材51Bとこの下側材51Bの内部に貫通する管状の上側材51Aとからなっており、上側材51Aの下側材51Bに対する貫通量を調整することにより伸縮部51が伸縮する構成となっている。伸縮量の固定は、締付部材51Cによる締付けにより行うことができる。
【0040】
握持部52の右側部には、走行方向右方に向かってほぼ平行に延在するブレーキ指示材55が取り付けられている。このブレーキ指示材55は、握ると(ブレーキ指示材55の先端部が握持部52に近づくと)縦部材11の前端部外側に取り付けられたブレーキパット11Cが車輪14のフランジ部14Fから離れてブレーキが外れ、離すと(ブレーキ指示材55の先端部が握持部52から離れると)ブレーキパット11Cが車輪14のフランジ部14Fに接触しブレーキが利くようになっている。これにより、光波測距儀20による距離測定時において計測装置1から離れてもブレーキが利き計測装置1が動き出してしまうことがない。したがって、計測装置1を支持するための人手を省け、また、計測装置1の移動が完全に防止されるので、正確な測定を期待することができる。
【0041】
<自動計算機>
自動計算機60は、図3に示すように、握持部52の前方に取り付けられた載置板61の上面に設置されており、この場所において各計器からの情報を無線又は有線で受け取り、構造物の3次元位置並びに建築限界及び/又は車両限界の3次元座標を算出する。本実施の形態において、算出結果は、先に説明した簡易表示部材30の簡易表示窓31に簡易表示される他、自動計算機60の表示部62に例えば図8に示すように、構造物(図8においては、トンネル内壁T。)の位置及び建築限界(及び/又は車両限界)が図示される。したがって、構造物と建築限界及び/又は車両限界との位置関係をその場で確認することができ、例えば、建築限界と抵触するトンネル内壁を随時マーキングしながら作業を行うことなどができる。
【0042】
ただし、自動計算機60は走行架台10上に備えられなければならないものではなく、例えば、別の場所に設置し、この場所において各計器からの情報を無線で受け取り、構造物の3次元位置並びに建築限界及び/又は車両限界の3次元座標を算出するようにしてもよい。また、簡易表示部材30や自動計算機60による表示は、本発明において、必須の構成要素とされるものではなく、記憶媒体に算出結果を保存しておき、後で確認する形態とすることもできる。
【0043】
<計測装置の使用方法>
計測装置1を使用して鉄道沿い構造物の計測を行うにあたっては、まず、分解された状態にある計測装置1を測定地点まで移動し、かかる測定位置において、分解された状態にある計測装置1を組み立てる。次に、2本のレールR,R上に計測装置1は載せて電源をONにする。この際、車輪14,14のフランジ部14F,14Fが一方のレールRの内側面RAに当接するようにする必要がある。
【0044】
計測装置1をレールR,R上に載せたら、自動計算機60に断面名称、測定者、測定方向などの測定項目を入力する。この際、路線名、トンネル名、限界寸法、単線・複線情報、基準となる軌道間隔などの種々の情報を同時に入力することもできるが、これらの情報は作業の迅速化を図るため、あらかじめ入力しておくことが望ましい。
【0045】
入力作業が終了したら、まず、カント情報、軌間距離情報(スラック)、計測装置1の位置情報などの自動計測を行い、次いで、光波測距儀20による計測を開始する。この計測は、計測装置1を2本のレールR,R上を移動させて、繰り返し行うことができる。全ての作業が終了したら、入力・検出されたデータをもとに、評価、プリントアウトなどを行うことができる。
【0046】
なお、以上で説明した使用方法は、あくまで1つの例であり、適宜、その手順などを変更することができる。
【0047】
<構造物の3次元位置、建築限界及び車両限界の3次元座標の算出>
最後に、構造物の3次元位置並びに建築限界及び車両限界の3次元座標の算出方法について、図9を参照しながら説明する。
構造物の3次元位置は、図示しない基準位置検出手段によって得られた基準位置情報、光波測距儀20によって得られた距離情報、図示しない回転角検出手段によって得られた回転角情報及び傾斜角検出手段によって得られたカント情報に基づいて算出する。また、建築限界及び車両限界の3次元座標は、軌間距離検出手段(41)によって得られた軌間距離情報、基準位置情報及びカント情報に基づいて算出することができる(なお、レールR,Rが曲線の場合は、建築限界を算出するに、当然、予め又は計測場所において入力された曲率半径も必要となる。)。
【0048】
具体的には、次式(1)によって構造物の3次元位置が、次式(2)によって建築限界又は車両限界の3次元座標を算出するための軌間中心位置が算出される。なお、基準位置情報を(x,y,z)、距離情報を(r)、回転角情報を(θ)、カント情報を(A)、軌間距離情報を(D)とする。また、予め測定しておく基準位置から一方の車輪14までの走行架台10に沿う方向に関する距離を(a)、基準位置から軌間中心位置までの走行架台10に沿う方向と直交する方向に関する距離を(b)、軸材22から光波発信部までの距離を(c)、基準位置から軸材22までの走行架台10に沿う方向と直交する方向に関する距離を(d)とする。さらに、軌間中心位置の3次元座標を(x2,y2,z2)、軸材22の3次元位置を(x3,y3,z3)、構造物の3次元位置を(x4,y4,z4)とする。
【数1】
【数2】
【発明の効果】
【0049】
以上のとおり、本発明の計測装置によれば、簡易に鉄道沿い構造物の3次元位置を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】計測装置の平面図である。
【図2】計測装置の正面図である。
【図3】計測装置の側面図である。
【図4】計測装置の斜視図である。
【図5】図4とは別の角度から見た計測装置の斜視図である。
【図6】介在部材を利用した計測装置の斜視図である。
【図7】光波測距儀の照射先を示す説明図である。
【図8】構造物及び建築限界の図示例である。
【図9】構造物の3次元位置及び建築限界の3次元座標算出のための参照図である。
【符号の説明】
1…計測装置、10…走行架台、11…縦部材、11A,12A,19A…把持部、11B…角度調整板、11C…ブレーキパット、12…横部材、14,15…車輪、14F…フランジ部、19…介在部材、20…光波測距儀、21…光波発信部、22…軸材、30…簡易表示部材、31…簡易表示窓、32…角度調整ダイヤル、33…係止部、41…レール内接部材、41A…コロ、50…ハンドル、51…伸縮部、51A…上側材、51B…下側材、51C…締付部材、52…握持部、53…軸材、54…角度調整ピン、55…ブレーキ指示材、60…自動計算機、61…載置板、62…表示部、C…角度調整孔、R…レール、RA…内側面、T…トンネル内壁。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for measuring a three-dimensional position of a railway-side structure such as an inner wall of a tunnel, a platform, a traffic light, a traffic light foundation, a bridge, and a plant.
[0002]
[Prior art]
Alongside the railway, various structures, such as tunnel walls, platforms, traffic lights, traffic signal foundations, bridges, vegetation, etc., are currently being provided and will be newly provided. It is said that these structures must not be located within the architectural limits and must not be located in order to ensure safe operation of the vehicle.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the three-dimensional position of the structure along the railway continues to change due to repair work and deterioration over time. Therefore, the three-dimensional position of the railway-side structure is measured as frequently as possible, and it is determined whether the structure is located within the building limit or whether the newly provided structure is located within the building limit. It is necessary to confirm.
[0004]
In addition, the three-dimensional coordinates of the architectural limit itself and the vehicle limit change due to the displacement of the sleepers and rails accompanying the operation of the vehicle. Therefore, it is necessary to calculate the three-dimensional coordinates of the building limit and the vehicle limit as frequently as possible.
[0005]
Accordingly, a main object of the present invention is to provide a three-dimensional position measuring device for a structure along a railway, which can easily measure the three-dimensional position of the structure along the railway. Another object of the present invention is to provide a three-dimensional position measuring device for a railway-side structure capable of calculating three-dimensional coordinates of a building limit and a vehicle limit in addition to the above-described problems.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that has solved the above problems is as described below.
<Invention according to claim 1>
A total of three wheels consisting of one wheel rolling on one rail and two wheels rolling on the other rail, the distance between the two wheels being 0.8 to 1.4 times the distance between the rails;
A traveling platform supported by the three wheels and capable of traveling on the rail,
Reference position detecting means for detecting a three-dimensional position of the traveling gantry,
Distance measuring means provided on the traveling gantry, for measuring the distance to a railway-side structure having a configuration in which a measurement destination changes in a circumferential direction by rotation about a traveling direction as an axis, rotation of the distance measuring means Rotation angle detection means for detecting the angle and inclination angle detection means for detecting the cant of the rail,
Based on the reference position information obtained by the reference position detecting means, the distance information obtained by the distance measuring means, the rotation angle information obtained by the rotation angle detecting means, and the cant information obtained by the inclination angle detecting means. And a structure position calculating means for calculating a three-dimensional position of the structure along the railway.
[0007]
<Invention according to claim 2>
A gauge distance detecting means provided on the traveling gantry for detecting a distance between rails,
2. A structure along a railway according to claim 1, further comprising limit calculating means for calculating three-dimensional coordinates of a building limit and / or a vehicle limit based on the gauge distance information, reference position information and cant information obtained by the gauge distance detecting means. 3D position measurement device for objects.
[0008]
<Invention of Claim 3>
The three-dimensional position measuring device for a structure along a railway according to claim 1 or 2, wherein the reference position detecting means is a GPS receiver provided on a traveling gantry.
[0009]
<Invention of Claim 4>
3. The three-dimensional position of a railway-side structure according to claim 1, wherein the reference position detecting means is a target provided on the traveling gantry and a total station having a known three-dimensional position for emitting a light wave toward the target. Measuring device.
[0010]
<Invention according to claim 5>
3. The three-dimensional position measuring device for a structure along a railway according to claim 1, wherein the reference position detecting means is an odometer provided on the traveling gantry.
[0011]
<Invention of claim 6>
The three-dimensional position measuring device for a structure along a railway according to any one of claims 1 to 5, wherein the distance measuring means is a lightwave range finder.
[0012]
<Invention of claim 7>
The traveling gantry is disassembled at least in the track width direction, and the interposition member can be interposed between members disassembled in the track width direction,
The three-dimensional position measuring apparatus for a structure along a railway according to any one of claims 1 to 6, wherein the length of the traveling platform in the track width direction is adjusted depending on the presence or absence of the intervention.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<Overview of measurement equipment>
FIGS. 1 to 5 show a three-dimensional position measuring apparatus for a structure along a railway according to the present embodiment. The measuring device 1 includes one wheel 15 rolling on one rail R and two wheels 14, 14 rolling on the other rail R, and the distance between the two wheels 14, 14 is equal to the distance between rails. A total of three wheels 14, 15 which are 8 to 1.4 times, preferably 1.0 to 1.2 times, and are supported on the rails R, R by these three wheels 14, 15 and , R, a reference position detecting means (not shown) for detecting the three-dimensional position of the traveling gantry 10, and a light wave measuring means as a distance measuring means for measuring a distance to a structure along the railway. A rangefinder 20, a rotation angle detecting means (not shown) for detecting the rotation angle of the lightwave distance measuring instrument 20, a simple display member 30 having the built-in rotation angle detecting means and displaying the measurement result in a simple manner; Diagram to detect R cant No inclination angle detecting means, gauge distance detecting means for detecting a distance between the rails R, a handle 50 for manually moving the traveling gantry 10, a three-dimensional position of a structure along the railway, and a building limit and / or Alternatively, it mainly has an automatic computer 60 as a structure position calculating means and a limit calculating means, such as a personal computer, which calculates and displays three-dimensional coordinates of a vehicle limit.
[0014]
Since the traveling gantry 10 according to the present embodiment is supported at three points by the three wheels 14 and 15, the wobble is suppressed as compared with a case where the traveling gantry is supported by four wheels, and the stability is excellent. It becomes.
[0015]
The distance between the two wheels 14, 14 is set to 0.8 times or more of the distance between the rails. If the distance is less than 0.8 times, the stability of the traveling gantry 10 in the front-rear direction (rail direction) becomes insufficient. It is. If the distance between the two wheels 14, 14 is set to be 1.4 times or less the distance between the rails, even if it is larger than this, there is no great difference in stability, and conversely, the portability is inferior. Because.
[0016]
<Travel stand>
The traveling gantry 10 includes a substantially triangular vertical member 11 extending in the traveling direction and having an inner portion (a side portion closer to the center in the track width direction is referred to as an inner portion) linearly swelling toward the center of the gauge. The vertical member 11 is formed in a substantially T-shape with a horizontal member 12 having a substantially rectangular cross section and extending in the track width direction with a central inner portion as a base end.
[0017]
The vertical member 11 and the horizontal member 12 are disassembled in the track width direction at the connection portion 13 (see FIGS. 2 and 4) by removing connection means such as bolts and screws (not shown) for connecting these members.
[0018]
A gripping portion 11A or 12A, 12A is attached to a central outer upper surface of the vertical member 11 and a central upper surface of the horizontal member 12 in the track width direction, respectively, and the vertical member 11 or the horizontal member in a disassembled state. It is convenient to carry the measuring device 1 as well as to carry the measuring device 1 in an assembled state.
[0019]
From the viewpoint of easy portability, it is preferable that the vertical member 11 and the horizontal member 12 are formed of a light metal such as aluminum or a composite material such as carbon fiber. Further, in the present embodiment, in order to further reduce the weight, all the plates constituting the vertical member 11 and the horizontal member 12 (the plate 11a constituting the vertical member 11) have a hollow structure.
[0020]
Wheels 14 each having a flange portion 14F are attached to the outer front end of the vertical member 11 (the side remote from the center in the track width direction is referred to as the outer side) and the outer rear end. Further, a wheel 15 having no flange portion is attached to a distal end portion of the lateral member 12. The traveling gantry 10 is supported on the rails R, R and can run by a total of three wheels, the wheels 14 having a flange portion and the wheels 15 having no flange portion.
[0021]
In the present embodiment, the three wheels 14, 15 are made of an insulator. This is to prevent the two rails R, R from being electrically connected by the device 1. When the rails R, R are electrically connected, it is erroneously recognized that a train exists, and there is a possibility that a railroad crossing, a traffic light, or the like may be affected.
[0022]
The traveling direction of the traveling gantry 10 is not limited to either one, but hereinafter, for convenience of explanation, travels in the direction opposite to the direction in which the handle 50 is provided (in FIG. 1, the upward direction on the paper). The direction of travel is called "front", and the opposite side is called "rear".
[0023]
<Intervening member>
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the traveling gantry 10 can be connected with an intervening member 19 between the vertical member 11 and the horizontal member 12 with a connecting member (not shown). . Thereby, the distance between the wheels of the traveling gantry 10 can be easily adjusted to, for example, 1067 mm, 1435 mm, or the like in accordance with the distance between the gauges.
[0024]
In order to facilitate the carrying of the interposition member 19, gripping portions 19A, 19A are attached to the upper surface of the central portion in the track width direction.
[0025]
When adjusting the distance between the gauges, it is naturally preferable to adjust the distance between the two wheels 14, 14. The adjustment of the interval between the two wheels 14, 14 can be performed, for example, by interposing a telescopic rod (not shown) between the vertical member 11 and the wheels 14, 14.
[0026]
<Simple display member>
The simple display member 30 has a substantially rectangular cross section, and is provided so as to extend upward with the base end of the horizontal member 12 as a base end. The upper end of the front surface of the simple display member 30 has a shape slightly inclined rearward (see FIG. 3), and the inclined portion is provided with a simple display window 31 for simply displaying a measurement result or the like. An angle adjusting dial 32 for setting a light wave transmission start angle and a light wave transmission end angle of the light wave range finder 20 is provided at the center of the front side surface of the simple display member 30.
[0027]
<Reference position detecting means>
Although the type of the reference position detecting means is not particularly limited, it is preferable to use a GPS receiver when quick detection is required, and it is preferable to use a GPS receiver when precise detection is required or in a tunnel or the like. It is preferable to use a total station with a known target and a three-dimensional position that emits light waves toward this target when reception by the machine is not possible, and it is necessary to easily measure when the rail is straight and there is no undulation It is preferable to use an odometer that measures the distance traveled from a certain point on the rail.
[0028]
In the present embodiment, a locking portion 33 is formed on the upper surface of the simple display member 30, and the GPS receiver or the target can be selectively locked to the locking portion 33. .
[0029]
<Distance measurement means>
In the present embodiment, as described above, the lightwave range finder 20 is used as the distance measuring means for measuring the distance to the structure along the railway.
As shown in FIG. 3, the lightwave range finder 20 faces the orbital direction with the lightwave transmitter 21 (see FIG. 5) oriented in the direction orthogonal to the orbital direction at the upper end of the rear surface of the simple display member 30. The shaft member 22 (see FIGS. 1 and 3) is attached so as to rotate about the shaft center. Therefore, at the time of measurement, as shown in FIG. 7, the irradiation destination (measurement destination) of the light wave can be changed in the circumferential direction. The distance can also be continuously measured for a structure that is continuous with.
[0030]
As the lightwave distance measuring device 20, a known device can be used. However, it is preferable to use a device in which the lightwave is a marking laser beam because the irradiation destination can be visually observed. Further, as a distance measuring means other than the lightwave distance measuring instrument, for example, a digital camera or the like can be cited.
[0031]
<Rotation angle detection means>
As the rotation angle detecting means, a known means can be used. For example, a rotary encoder or the like can be used.
[0032]
In the present embodiment, the rotation angle detecting means is incorporated in the simple display member 30, but may be externally attached.
[0033]
<Inclination angle detection means>
Since the inclination angle detecting means is for detecting the cant of the rails R, R, for example, it is sufficient to attach an inclinometer for detecting the inclination in the track width direction to the traveling gantry 10. This embodiment also employs this method.
[0034]
<Rail distance detection means>
The configuration for detecting the distance (gauge distance) between the two rails R, R (gauge distance detecting means) is provided with, for example, a lightwave rangefinder that emits a lightwave toward each of the two rails R, R. Alternatively, the gauge distance may be calculated based on the value obtained by the lightwave range finder, but in the present embodiment, the rail inscribed member 41 (see FIG. 2 to 5) and a movement amount detector (not shown) for detecting the movement amount of the rail inscribed member 41.
[0035]
The rail inscribed member 41 is provided with a roller 41 </ b> A that is substantially columnar in cross section and that rotates at an end in the vertical direction at the end thereof, and extends downward and forward from the end of the horizontal member 12 and the wheel 15. Installed in state. Then, as shown in FIG. 2, when the measuring device 1 is run in a state where the flange portions 14F, 14F of the wheels 14, 14 are in contact with the inner side surface RA of one of the rails R, the rollers 41A of the rail inner contact member 41 are moved. Rotates in contact with the inner surface RA of the other rail R (see the enlarged view in FIG. 2). That is, when the gauge distance changes due to the presence of slack or the like, the rail inscribed member 41 is configured to move in the track width direction in synchronization with the change. Therefore, the gauge distance is calculated by detecting the movement amount of the rail inscribed member 41 by the movement amount detector.
[0036]
Further, the rail inscribed member 41 is interlocked with a lever 41B provided on the front surface of the central portion of the horizontal member 12, and when this lever 41B is rotated 180 degrees counterclockwise toward the device, the rail inner member 41 is rotated. The contact member 41 is set in a state of moving in the rail direction and contacting the rail R. Further, the rail inscribed member 41 is configured not to move toward the center of the gauge by a predetermined amount or more. With this configuration, the device 1 is prevented from coming off even though the wheel 15 has no flange.
[0037]
<Handle>
The measuring device 1 configured as described above can automatically run on rails using energy such as electricity or gasoline, but in the present embodiment, the measuring device 1 is of a manual running type. Specifically, a telescopic portion 51 extending upward from the center of the traveling gantry 10 as a base end, and a grip that is integrally attached to a distal end portion of the telescopic portion 51 in a state orthogonal to the telescopic portion 51. The operator pushes and pulls the handle 50 composed of the part 52 to run the measuring device 1.
[0038]
As shown in FIG. 5, the base end portion of the expansion and contraction portion 51 is aligned with the semicircular angle adjustment plate 11 </ b> B extending upward on the inner upper surface at the center of the vertical member 11 in the track width direction. It is attached so as to be detachably supported by a shaft member 53 serving as a core. The angle adjusting plate 11B is formed with angle adjusting holes C that penetrate in the rail-to-rail width direction. The angle adjusting holes C, C,. Penetrates. In adjusting the rising angle of the telescopic portion 51, the angle adjusting pin 54 is pulled out from the angle adjusting hole C, and the rising angle of the telescopic portion 51 is appropriately corrected. The angle is adjusted and fixed by inserting it into the angle adjustment hole C.
[0039]
The expansion / contraction portion 51 is composed of a tubular lower member 51B and a tubular upper member 51A penetrating into the lower member 51B. The elastic member 51 expands and contracts by adjusting the amount of penetration of the upper member 51A with respect to the lower member 51B. The portion 51 is configured to expand and contract. The fixing of the amount of expansion and contraction can be performed by fastening with the fastening member 51C.
[0040]
A brake indicator 55 extending substantially parallel to the right in the traveling direction is attached to the right side of the grip portion 52. When the brake indicator 55 is gripped (when the tip of the brake indicator 55 approaches the grip portion 52), the brake pad 11C attached to the outside of the front end of the vertical member 11 separates from the flange portion 14F of the wheel 14. When the brake is released and released (when the tip of the brake indicating material 55 separates from the grip portion 52), the brake pad 11C comes into contact with the flange portion 14F of the wheel 14 to apply the brake. Thus, even when the distance from the measuring device 1 is increased when the distance is measured by the lightwave distance measuring device 20, the brake is effective and the measuring device 1 does not start moving. Therefore, labor for supporting the measuring device 1 is omitted, and the movement of the measuring device 1 is completely prevented, so that accurate measurement can be expected.
[0041]
<Automatic calculator>
As shown in FIG. 3, the automatic computer 60 is installed on an upper surface of a mounting plate 61 attached in front of the grip portion 52, and receives information from each instrument wirelessly or by wire at this location. The three-dimensional position of the object and the three-dimensional coordinates of the building limit and / or the vehicle limit are calculated. In the present embodiment, the calculation result is simply displayed on the simplified display window 31 of the simplified display member 30 described above, and is displayed on the display unit 62 of the automatic computer 60 as shown in FIG. In FIG. 8, the position of the tunnel inner wall T.) and the building limit (and / or the vehicle limit) are shown. Therefore, the positional relationship between the structure and the building limit and / or the vehicle limit can be confirmed on the spot, and, for example, the work can be performed while marking the tunnel inner wall that conflicts with the building limit as needed.
[0042]
However, the automatic computer 60 does not have to be provided on the traveling gantry 10. For example, the automatic computer 60 is installed at another place, receives information from each instrument by radio at this place, and receives the three-dimensional position of the structure and the building. The three-dimensional coordinates of the limit and / or the vehicle limit may be calculated. Further, the display by the simple display member 30 and the automatic computer 60 is not an essential component in the present invention, and the calculation result may be stored in a storage medium and checked later. .
[0043]
<How to use the measuring device>
When measuring a railway-side structure using the measuring device 1, first, the measuring device 1 in the disassembled state is moved to a measurement point, and the measuring device 1 in the disassembled state is measured at the measurement position. Assemble. Next, the measuring device 1 is mounted on the two rails R, and the power is turned on. At this time, it is necessary that the flange portions 14F, 14F of the wheels 14, 14 abut on the inner surface RA of one of the rails R.
[0044]
When the measuring device 1 is mounted on the rails R, R, measurement items such as a section name, a measurer, and a measurement direction are input to the automatic computer 60. At this time, various information such as the route name, tunnel name, critical dimension, single / double track information, and reference track spacing can be input at the same time, but these information must be input in advance to speed up the work. It is desirable to keep.
[0045]
When the input operation is completed, first, automatic measurement of cant information, gauge distance information (slack), position information of the measuring device 1, and the like are performed, and then measurement by the optical distance meter 20 is started. This measurement can be performed repeatedly by moving the measuring device 1 on the two rails R, R. When all the operations are completed, evaluation and printout can be performed based on the input and detected data.
[0046]
The method of use described above is merely an example, and the procedure and the like can be appropriately changed.
[0047]
<Calculation of three-dimensional position of structure, three-dimensional coordinates of building limit and vehicle limit>
Finally, a method of calculating the three-dimensional position of the structure and the three-dimensional coordinates of the building limit and the vehicle limit will be described with reference to FIG.
The three-dimensional position of the structure is obtained from reference position information obtained by reference position detection means (not shown), distance information obtained by the optical distance meter 20, rotation angle information and inclination angle obtained by rotation angle detection means (not shown). It is calculated based on the cant information obtained by the detecting means. Also, the three-dimensional coordinates of the building limit and the vehicle limit can be calculated based on the gauge distance information, reference position information and cant information obtained by the gauge distance detecting means (41) (note that the rails R, R In the case of a curve, the radius of curvature input in advance or at the measurement location is also required to calculate the building limit.)
[0048]
Specifically, the three-dimensional position of the structure is calculated by the following equation (1), and the gauge center position for calculating the three-dimensional coordinates of the building limit or the vehicle limit is calculated by the following equation (2). The reference position information is (x, y, z), the distance information is (r), the rotation angle information is (θ), the cant information is (A), and the gauge distance information is (D). Also, the distance in the direction along the traveling gantry 10 from the reference position measured in advance to the one wheel 14 is (a), and the distance in the direction perpendicular to the direction along the traveling gantry 10 from the reference position to the center position between the gauges is (B), the distance from the shaft member 22 to the light emitting unit is (c), and the distance from the reference position to the shaft member 22 in the direction orthogonal to the direction along the traveling gantry 10 is (d). Furthermore, the three-dimensional coordinates of the gauge center position are (x2, y2, z2), the three-dimensional position of the shaft member 22 is (x3, y3, z3), and the three-dimensional position of the structure is (x4, y4, z4). .
(Equation 1)
(Equation 2)
【The invention's effect】
[0049]
As described above, according to the measurement device of the present invention, it is possible to easily measure the three-dimensional position of a structure along a railway.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a measuring device.
FIG. 2 is a front view of the measuring device.
FIG. 3 is a side view of the measuring device.
FIG. 4 is a perspective view of a measuring device.
FIG. 5 is a perspective view of the measuring device viewed from a different angle from FIG. 4;
FIG. 6 is a perspective view of a measuring device using an intervening member.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing irradiation destinations of a lightwave distance measuring instrument.
FIG. 8 is an illustrative example of a structure and a building limit.
FIG. 9 is a reference diagram for calculating a three-dimensional position of a structure and three-dimensional coordinates of a building limit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measuring device, 10 ... Traveling gantry, 11 ... Vertical member, 11A, 12A, 19A ... Holding part, 11B ... Angle adjusting plate, 11C ... Brake pad, 12 ... Horizontal member, 14, 15 ... Wheel, 14F ... Flange part , 19 ... intervening member, 20 ... lightwave distance measuring device, 21 ... lightwave transmitter, 22 ... shaft member, 30 ... simple display member, 31 ... simple display window, 32 ... angle adjustment dial, 33 ... locking portion, 41 ... Rail inscribed member, 41A roller, 50 handle, 51 elastic part, 51A upper member, 51B lower member, 51C fastening member, 52 grip part, 53 shaft member, 54 angle adjustment Pin, 55: brake instruction material, 60: automatic calculator, 61: mounting plate, 62: display unit, C: angle adjustment hole, R: rail, RA: inner surface, T: tunnel inner wall.

Claims (7)

  1. 一方のレール上を転がる1つの車輪及び他方のレール上を転がる2つの車輪からなり、この2つの車輪の間隔がレール間距離の0.8〜1.4倍とされた計3つの車輪と、
    この3つの車輪によって、レール上に支持されるとともにレール上を走行自在とされた走行架台と、
    この走行架台の3次元位置を検出する基準位置検出手段と、
    前記走行架台に備えられた、走行方向を軸心とする回転により計測先が周回り方向に変化する構成とされた鉄道沿い構造物までの距離を計測する距離計測手段、この距離計測手段の回転角を検出する回転角検出手段及び前記レールのカントを検出する傾斜角検出手段と、
    前記基準位置検出手段によって得られた基準位置情報、前記距離計測手段によって得られた距離情報、前記回転角検出手段によって得られた回転角情報及び前記傾斜角検出手段によって得られたカント情報に基づいて前記鉄道沿い構造物の3次元位置を算出する構造物位置算出手段とを有することを特徴とする鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
    A total of three wheels consisting of one wheel rolling on one rail and two wheels rolling on the other rail, the distance between the two wheels being 0.8 to 1.4 times the distance between the rails;
    A traveling platform supported by the three wheels and capable of traveling on the rail,
    Reference position detecting means for detecting a three-dimensional position of the traveling gantry,
    Distance measuring means provided on the traveling gantry, for measuring the distance to a railway-side structure having a configuration in which a measurement destination changes in a circumferential direction by rotation about a traveling direction as an axis, rotation of the distance measuring means Rotation angle detection means for detecting the angle and inclination angle detection means for detecting the cant of the rail,
    Based on the reference position information obtained by the reference position detection means, the distance information obtained by the distance measurement means, the rotation angle information obtained by the rotation angle detection means, and the cant information obtained by the inclination angle detection means. And a structure position calculating means for calculating a three-dimensional position of the structure along the railway.
  2. 走行架台に備えられた、レール間の距離を検出する軌間距離検出手段と、
    この軌間距離検出手段によって得られた軌間距離情報、基準位置情報及びカント情報に基づいて建築限界及び/又は車両限界の3次元座標を算出する限界算出手段とを有する請求項1記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
    A gauge distance detecting means provided on the traveling gantry for detecting a distance between rails,
    2. A structure along a railway according to claim 1, further comprising limit calculating means for calculating three-dimensional coordinates of a building limit and / or a vehicle limit based on the gauge distance information, reference position information and cant information obtained by the gauge distance detecting means. 3D position measurement device for objects.
  3. 基準位置検出手段が、走行架台に備えられたGPS受信機である請求項1又は請求項2記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。The three-dimensional position measuring device for a structure along a railway according to claim 1 or 2, wherein the reference position detecting means is a GPS receiver provided on a traveling gantry.
  4. 基準位置検出手段が、走行架台に備えられたターゲット及びこのターゲットに向けて光波を発する3次元位置が既知とされたトータルステーションである請求項1又は請求項2記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。3. The three-dimensional position of a structure along a railway according to claim 1, wherein the reference position detecting means is a target provided on the traveling gantry and a total station having a known three-dimensional position for emitting a light wave toward the target. Measuring device.
  5. 基準位置検出手段が、走行架台に備えられた走行距離計である請求項1又は請求項2記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。The three-dimensional position measuring apparatus for a structure along a railway according to claim 1 or 2, wherein the reference position detecting means is an odometer provided on the traveling gantry.
  6. 距離計測手段が、光波測距儀である請求項1〜5のいずれか1項に記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。The three-dimensional position measuring apparatus for a structure along a railway according to any one of claims 1 to 5, wherein the distance measuring means is a lightwave ranging finder.
  7. 走行架台が少なくとも軌道幅方向に分解可能とされ、かつ軌道幅方向に分解される部材の間に介在部材の介在を可能とされ、
    この介在の有無により前記走行架台の軌道幅方向の長さが調整される請求項1〜6のいずれか1項に記載の鉄道沿い構造物の3次元位置計測装置。
    The traveling gantry can be disassembled at least in the track width direction, and the interposition member can be interposed between members disassembled in the track width direction,
    The three-dimensional position measuring device for a structure along a railway according to any one of claims 1 to 6, wherein the length of the traveling platform in the track width direction is adjusted depending on the presence or absence of the intervention.
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