JP2005037174A - 移動体の着氷雪量の測定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】移動体の着氷雪量を測定したい領域にレーザシート光5が照射されるように配置されるレーザシート光源4とその照射される領域を撮像する高速度カメラ6を有する光学系装置3と、この光学系装置3の出力データに基づいて得られる着氷雪に関する3次元形状データから着氷雪体積を得るデータ処理装置7と、このデータ処理装置7に接続される出力装置12とを具備する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の着氷雪量の測定方法及び装置に係り、特に、レーザシート光を用いた光切断方式によって、鉄道車両等の移動体に形成された着氷雪の量を測定する方法と装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、移動体の着氷雪量の計測は、特に、鉄道分野において行われている。
【0003】
積雪地域では、車両着氷雪の落下に伴うバラスト飛散により窓ガラス破損等の車両破損を引き起こすことがあり、列車運行の安全性にとって大きな問題となっている。このため、一部の路線では、頻繁な融雪作業や着氷雪除去作業、及び列車速度規制等の対策がとられている。
【0004】
鉄道車両の着氷雪量測定に関する従来技術としては、下記特許文献1〜3に開示したようなものがあり、高速度カメラにより車両床下の着氷雪状況を監視するもの(下記特許文献1)、超音波センサで特定部位の着氷雪厚さを測定するもの(下記特許文献2)、光ビーム遮断方式により床下機器の着氷雪厚さを測定するもの(下記特許文献3)がある。
【0005】
【特許文献1】
特許第2774392号
【特許文献2】
特公平6−25664号
【特許文献3】
特許第3273831号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術は、車両着氷雪の1次元的(着氷雪厚さ)又は2次元的(着氷雪断面積)計測であり、正確な着氷雪量の測定が行われていないといった問題があった。
【0007】
本発明は、上記問題点を除去し、着氷雪の3次元的(着氷雪体積)計測が可能であり、正確な着氷雪量を計測することができる移動体の着氷雪量の測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕移動体の着氷雪量の測定方法において、移動体の着氷雪量を測定したい領域を予め着氷雪前にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像して、前記高速度カメラからの光切断線像を、データ処理装置によって3次元形状データに変換し、その3次元形状データを前記データ処理装置に記憶させ、着氷雪後に移動体の前記測定したい領域の着氷雪にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって3次元形状データに変換し、この着氷雪後の3次元形状データから前記着氷雪前の3次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、この着氷雪体積を出力することを特徴とする。
【0009】
〔2〕移動体の着氷雪量の測定方法において、予め移動体の図面に基づいて移動体の着氷雪量を測定したい領域の3次元形状データをデータ処理装置に記憶させ、着氷雪後に移動体の前記測定したい領域の着氷雪にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって3次元形状データに変換し、この着氷雪後の3次元形状データから前記移動体の図面より求めた着氷雪前の3次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、この着氷雪体積を出力することを特徴とする。
【0010】
〔3〕移動体の着氷雪量の測定装置において、移動体の着氷雪量を測定したい領域にレーザシート光が照射されるように配置されるレーザシート光源とその照射される領域を撮像する高速度カメラを有する光学系装置と、この光学系装置の出力データに基づいて着氷雪に関する3次元形状データから着氷雪体積を得るデータ処理装置と、このデータ処理装置に接続される出力装置とを具備することを特徴とする。
【0011】
〔4〕上記〔3〕記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記移動体が鉄道車両であることを特徴とする。
【0012】
〔5〕上記〔4〕記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記の光学系装置が駅構内のホーム下に配置されることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0014】
図1は本発明の実施例の移動体の着氷雪量の測定システムの全体構成図、図2はその要部の模式図である。
【0015】
これらの図において、1は移動体としての鉄道車両、2はその鉄道車両1の着氷雪量を測定したい領域(例えば、台車側面)、3は光学系装置であり、この光学系装置3は例えば、鉄道車両1の駅構内のホーム下に配置される。つまり、そのホームに入る鉄道車両1の着氷雪量を測定したい領域2へレーザシート光5を照射するレーザシート光源4とそのレーザシート光5が照射される領域を撮像する高速度カメラ6が備えられる。ここでは、その着氷雪量を測定したい領域2の側面にレーザシート光5を直角に照射し、光切断線像を斜めから高速度カメラ6で撮像する。7はデータ処理装置であり、高速度カメラ6からの出力データ(光切断線像)をインタフェース8を介して取り込んで、中央処理装置(CPU)10によって、着氷雪体積を求めて、インタフェース11を介して出力装置(例えば、表示装置)12に出力する。なお、レーザシート光源4からのレーザシート光5の照射と、高速度カメラ6による撮像は、データ処理装置7の中央処理装置(CPU)10の制御によりインタフェース8を介して同期をとるように構成されている。
【0016】
以下に、この着氷雪量測定システムを用いた場合の具体的な測定手順を説明する。
(1)駅に進入してくる鉄道車両1(無着氷雪時)に対して、車軸検知等の手法を用いて着氷雪量を測定したい領域2(ここでは台車側面)の速度及び位置を明らかにする。
(2)着氷雪量を測定したい領域2がレーザシート光源4の位置に達するのと同時に、レーザシート光5を着氷雪量を測定したい領域2へ向けて垂直に照射し、高速度カメラ6を用いて着氷雪量を測定したい領域2の光切断線像を斜めから取得する。
(3)着氷雪量を測定したい領域2の移動速度が上記(1)によりわかれば、高速度カメラ6によって得られた各画像が着氷雪量を測定したい領域2のどの位置の光切断線像であるか特定することができる。
(4)得られた光切断線像は、台車側面の凹凸を反映して屈曲または不連続な曲線となっており、光切断法の原理から光切断線像上の任意点の3次元座標(X1 ,Y1 ,Z1 )(座標系は図1及び図2に示したように、着氷雪量を測定したい領域2の移動方向をx軸にとる)が中央処理装置(CPU)10によって得られるので、これを記憶装置9に記憶させる。
(5)上記(1)〜(4)を着氷雪状態にある着氷雪量を測定したい領域2に対して行うことにより光切断線像上の任意の点の3次元座標(X2 ,Y2 ,Z2 )を中央処理装置(CPU10)によって求め、記憶装置9に記憶させることができる。
(6)記憶装置9に記憶させた無着氷雪時及び着氷雪時の3次元座標を用いて、X1 =X2 かつZ1 =Z2 なる条件のもとで、着氷雪時に得られたy座標Y2 と無着氷雪時に得られたy座標Y1 との差(Y2 −Y1 )を中央処理装置(CPU)10によって求めることにより、着氷雪のy方向の厚さが得られる。このようにして得られるx−z面上の多数の着氷雪厚さ(Y2 −Y1 )を中央処理装置(CPU10)によって面的に積分することで着氷雪体積を計算することができる。
【0017】
高速度カメラを用いて光切断線像を撮像する場合には、高速度カメラの撮影速度は移動体の移動速度に依存する。例えば、秒速10m/sで走行している移動体を測定対象とすると、移動方向に対して0.1m間隔でデータを取得したい場合には最低1秒間に100コマ取得できるカメラが必要である。
【0018】
また、移動体が静止している状態においても、光学系装置3を所定の速度でx方向に移動させることによって、光切断線像の取得が可能である。
【0019】
レーザシート光源は、移動体表面、着氷雪表面での反射強度を考慮して、出射強度およびレーザ光周波数が決められる。
【0020】
データ処理装置は、光学系装置の制御及びデータ処理を行う中央処理装置を備えるとともに、取得データ、処理データ、制御データを記憶する記憶装置を備えている。
【0021】
また、出力装置としての表示装置は、算出された着氷雪量(体積)を数値で示すとともに、移動体のどの部分に着氷雪が形成されているかがわかるように図化(ビジュアル化)し表示する。
【0022】
なお、このようにして得られた着氷雪体積が設定した参照量を超える場合には、着氷雪している領域の着氷雪を除去する(例えば、機械的除去や予め配置された温水融雪装置などにより)措置をとることができる。
【0023】
図3は本発明の装置によって得られた台車側面の着氷雪分布の一例を示す図である。この図において、網掛け部分は着氷雪厚さ5cm以上の領域を表している。なお、図3において、21は台車枠、22は車輪、23はレールを示している。
【0024】
また、光学系装置は、駅構内のホーム下のみでなく、降雪に影響されないトンネル内や屋根付きの観測点などに設置するようにしてもよい。
【0025】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0026】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、着氷雪の体積と部位をリアルタイムで自動的に評価することができる。
【0027】
その評価にしたがって、着氷雪対策(列車速度規制、着氷雪除去作業等)の早期対応やタイミングの判断に活用することができ、列車運行の安全性向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の移動体の着氷雪量の測定システムの全体構成図である。
【図2】本発明の実施例の移動体の着氷雪量の測定装置の要部の模式図である。
【図3】本発明の装置によって得られた台車側面の着氷雪分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 移動体としての鉄道車両
2 着氷雪量を測定したい領域(台車側面)
3 光学系装置
4 レーザシート光源
5 レーザシート光
6 高速度カメラ
7 データ処理装置
8,11 インタフェース
9 記憶装置
10 中央処理装置(CPU)
12 出力装置(表示装置)
21 台車枠
22 車輪
23 レール
Claims (5)
- (a)移動体の着氷雪量を測定したい領域に、予め着氷雪前にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像して、該高速度カメラからの光切断線像を、データ処理装置によって3次元形状データに変換し、その3次元形状データを前記データ処理装置に記憶させ、
(b)着氷雪後、前記移動体の測定したい領域にレーザシート光を照射し、
(c)前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、
(d)前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって3次元形状データに変換し、該着氷雪後の3次元形状データから前記着氷雪前の3次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、
(e)該着氷雪体積を出力することを特徴とする移動体の着氷雪量の測定方法。 - (a)予め移動体の図面に基づいて移動体の着氷雪量を測定したい領域の3次元形状データをデータ処理装置に記憶させ、
(b)着氷雪後、前記移動体の測定したい領域にレーザシート光を照射し、
(c)前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、
(d)前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって3次元形状データに変換し、該着氷雪後の3次元形状データから前記移動体の図面より求めた着氷雪前の3次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、
(e)該着氷雪体積を出力することを特徴とする移動体の着氷雪量の測定方法。 - (a)移動体の着氷雪量を測定したい領域にレーザシート光が照射されるように配置されるレーザシート光源とその照射される領域を撮像する高速度カメラを有する光学系装置と、
(b)該光学系装置の出力データに基づいて着氷雪に関する3次元形状データから着氷雪体積を得るデータ処理装置と、
(c)該データ処理装置に接続される出力装置とを具備することを特徴とする移動体の着氷雪量の測定装置。 - 請求項3記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記移動体が鉄道車両であることを特徴とする移動体の着氷雪量の測定装置。
- 請求項4記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記の光学系装置が駅構内のホーム下に配置されることを特徴とする移動体の着氷雪量の測定装置。
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