JP2006284535A - トロリー線の位置測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な装置で効率よくトロリー線の測定を行うことのできるトロリー線の位置測定装置を提供する。
【解決手段】 車両１の屋根上に車両１の進行方向に対して左右に互いに対向して配置され、それぞれトロリー線７に向き合う二台のラインセンサ２及び３と、ラインセンサ２及び３それぞれの出力値に基づいた画像を記録する画像記録部５と、画像記録部５から取得したそれぞれの画像を解析し、トロリー線７の高さ及び偏位を検出する画像処理部６とを備えるトロリー線の位置測定装置とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トロリー線位置測定装置に関する。詳しくは、車両の屋根上に設置したカメラにより取得した画像を処理することによってトロリー線の高さ、偏位、押し上げ量の計測及び曲引金具検知等を行う装置に関する。

鉄道分野においては、電車線の保全のためトロリー線の保守を行う必要がある。トロリー線の保守とは、トロリー線の摩耗や高さ、偏位、押し上げ量の計測、また曲引金具検知等を行い、これらの項目についてそれぞれが正常な数値や位置にあるかを管理するものであり、これらの項目を定期的に計測することで未然の事故防止に役立てている。

トロリー線の高さとは車両の上方に設備されたトロリー線とレールとの高低差であり、通常４５００ｍｍ（新幹線では５０００ｍｍ）程度である。また、トロリー線の偏位とはトロリー線の水平方向の位置であり、通常は車両の進行方向に対しパンタグラフ中心から左右に±２５０ｍｍ（新幹線では±３００ｍｍ）程度となっている。

従来、トロリー線の高さや偏位等の測定には、例えば車両の屋根上にトロリー線を照らすナトリウムランプを設置し、車両を走行させながらトロリー線で反射された光を受光ミラー及び折り返しミラーを介して受光カメラへ導いて反射光を撮影し、その反射光の位置からトロリー線の偏位等を計測し、更に小型パンタグラフにより高さ等を計測するもの（例えば、非特許文献１）、或いは複数台のカメラを用いてパンタグラフ付近を撮影し、この撮影された複数の画像に基づいてトロリー線の位置を計測するもの（特許文献１）等がある。

また、トロリー線の押し上げ量とは車両通過時にパンタグラフにより押し上げられたときとパンタグラフの影響を受けないときのトロリー線の高さの差であり、従来、車両が通らない間にトロリー線にマーカを設置し、通過前のマーカ位置と通過時のマーカ位置を地上から計測し、このマーカ位置の差から押し上げ量を測定している。

また、曲引金具とはトロリー線を吊り上げる金具で、経年変化等により曲引金具の位置が正常の範囲を外れるとパンタグラフに接触する等の事故に繋がるおそれがあるため、定期的に曲引金具の位置を計測する必要がある。

従来、曲引金具等の位置の計測には、曲引金具等に向けたレーザ光源を設け、曲引金具等からの反射光をレーザセンサが取得したときにカメラにより曲引金具等の画像を採取し、この画像を処理することにより曲引金具の角度を算出する、レーザセンサによる測定装置（例えば、特許文献２）、或いは接触センサを鉛直上方に設置しこのセンサに接触する物体の有無によって曲引金具の位置が正常であるかどうかを検知する、検測用パンタグラフによる測定装置（例えば、特許文献３）などが用いられている。

特開２００３−３４１３８９号公報 特開２０００−３４３９８６号公報 特開昭５７−８０５０５号公報 久須美 俊一、 "軌陸車を用いた電車線検測装置の開発"、[online]、１１４回鉄道総研月例発表会要旨、[平成１６年８月２０日検索]、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.rtri.or.jp/infoce/getsu09/g114_5.html〉

しかしながら、上述した非特許文献１においてはミラー制御装置や高周波電源などの付帯設備が必要であるため、計測装置が比較的大型となる問題がある。さらに得られた測定結果は単純な測定値として残るだけなので、正常値の範囲外の測定値が検出された場合であっても、その測定値が本当にトロリー線を示すものなのか、または単にノイズによるものなのか判別できないという問題がある。

また、従来の方法でトロリー線の押し上げ量を計測する場合、全走行区間にわたってトロリー線の押し上げ量を計測するには、線路を移動しながら一地点ごとにマーカ取り付け、計測及び取り外しの工程を繰り返さなければならず、効率が悪いという問題がある。

更に、特許文献２においては、安定化電源などの付帯設備が必要で、計測装置が大型となる問題がある。また、特許文献３においては、計測用にしか使用しないパンタグラフが必要で、高価な検測用パンタグラフを導入しなければならない問題と、接触センサが最も風にさらされる場所にあり、騒音源となる問題がある。

このようなことから本発明は、簡素な装置で効率よくトロリー線の測定を行うことのできるトロリー線の位置測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項１に係るトロリー線の位置測定装置は、車両の屋根上に前記車両の進行方向に対して左右に互いに対向して配置され、それぞれトロリー線に向き合う二台のラインセンサと、前記二台のラインセンサそれぞれの出力値に基づいた画像を記録する画像記録部と、前記画像記録部から取得したそれぞれの前記画像を解析し、トロリー線の高さ及び偏位を検出する画像処理部とを備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項２に係るトロリー線の位置測定装置は、請求項１記載のトロリー線の位置測定装置において、前記画像処理部で前記トロリー線の磨耗を検出することを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項３に係るトロリー線の位置測定装置は、車両の屋根上に鉛直上方に向けられ前記車両の進行方向に対して左右に配置された二台のラインセンサと、前記ラインセンサの出力値の論理和に応じて前記ラインセンサ上方のトロリー線の映像を取得する一台のカメラと、前記カメラの出力する映像信号を記録する画像記録部と、前記画像記録部から取得した映像信号を解析する画像処理部とを備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項４に係るトロリー線の位置測定装置は、請求項１又は請求項２記載のトロリー線の位置測定装置を二組使用し、第一の前記トロリー線の位置測定装置は先頭車両の屋根上に、かつ第二の前記トロリー線の位置測定装置はパンタグラフを有する車両の屋根上にそれぞれ設置し、前記第一及び第二のトロリー線の位置測定装置により前記トロリー線の高さをそれぞれ測定し、計測位置を同期させた後、それぞれの前記トロリー線の高さの差分を取ることを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項５に係るトロリー線の位置測定装置は、請求項３記載のトロリー線の位置測定装置を二組使用し、第一の前記トロリー線の位置測定装置は先頭車両の屋根上に、かつ第二の前記トロリー線の位置測定装置はパンタグラフを有する車両の屋根上にそれぞれ設置し、前記第一及び第二のトロリー線の位置測定装置により前記トロリー線の高さをそれぞれ測定し、計測位置を同期させた後、それぞれの前記トロリー線の高さの差分を取ることを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項６に係るトロリー線の位置測定装置は、請求項４記載のトロリー線の位置測定装置において、前記第一及び第二のトロリー線の位置測定装置に、それぞれ前記車両の屋根上に鉛直上方に向けられ前記車両の進行方向に対して左右に配置された二台の近接センサを設けることを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項７に係るトロリー線の位置測定装置は、請求項４又は請求項５記載のトロリー線の位置測定装置において、前記計測位置の同期手段として、前記二組のトロリー線の位置測定装置を用いてそれぞれ検出した、トロリー線高さの相互相関を利用することを特徴とする。

上記の課題を解決するための本発明の請求項８に係るトロリー線の位置測定装置は、請求項４又は請求項５記載のトロリー線の位置測定装置において、前記計測位置の同期手段として、前記二組のトロリー線の位置測定装置を用いてそれぞれ検出した、トロリー線偏位の相互相関を利用することを特徴とする。

なお、上記において先頭車両とした第一のトロリー線の位置測定装置を設ける車両は、最先端の車両に限らず、進行方向に対して先頭のパンタグラフを有する車両より前の車両を示すものとする。

本発明に係るトロリー線の位置測定装置によれば、二台のラインセンサでトロリー線の高さ、偏位及び摩耗を計測することが可能であり、装置の小型化に繋がる。また、画像記録部に画像が記録されているため、必要に応じて画像を再確認することができる。更に、ラインセンサにより曲引金具を検知しながらトロリー線の計測を行えば、曲引金具の角度及び支障物を検出することができるため、簡易な構成で効率よくトロリー線の計測を行うことができる。更に加えてトロリー線の位置測定装置を二組使用すれば、一度の走行で必要に応じた区間のトロリー線の押し上げ量も同時に測定することが可能であるため、より効率良く作業を行うことが可能となる。

以下に本発明によるトロリー線の位置測定装置の最良の実施形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態の構成例を示す図であり、１は車両、２及び３はラインセンサ、４は投光器、５は画像記録部、６は画像処理部、７はトロリー線、８は曲引金具、９は電車線柱、１０はレールである。

ラインセンサ２及び３は、それぞれスキャンの向きを鉛直に対して斜め方向としたうえで、車両１の屋根上に車両１の進行方向に対して左右に、互いに対向させて配置し、トロリー線７に向き合う方向の角度に固定する。次に投光器４によりトロリー線７を照らし、トロリー線７からの反射光をラインセンサ２及び３により取得する。なお、ラインセンサ２及び３は時間を同期させておく。

図２にラインセンサ２（又は３）が取得したデータを時系列的に並べた画像（以下、ラインセンサ画像という）の例を示す。ラインセンサ２及び３は取得したデータをそれぞれ画像記録部５へ出力し、画像記録部５はそれぞれのデータをラインセンサ画像として保存する。更に、これらのラインセンサ画像について画像処理部６において画像処理を行うことで、トロリー線７の高さ及び偏位を求める。

以下、図３に示すフローチャートに基づいて画像処理部６における画像処理手順を説明する。
（１）画像記録部５から左右のラインセンサ２，３それぞれのラインセンサ画像を取得する（ステップＳ１，Ｓ６）。
（２）（１）により取得したそれぞれのラインセンサ画像について閾値を設定し、例えば反射光によって明るく光るトロリー線７を示す部分を白、背景を示す部分を黒とする処理（二値化）を行う（ステップＳ２，Ｓ７）。
（３）（２）によって得た、トロリー線７を示す画像上の白部分をトロリー線７の軌跡位置Ｙとして検出する（ステップＳ３，Ｓ８）。
（４）ラインセンサ２，３の設置角度に基づき、トロリー線７の軌跡位置Ｙについて仰角補正を行う（ステップＳ４，Ｓ９）。
（５）仰角補正を行ったトロリー線７の軌跡位置Ｙに基づいて、左右のラインセンサ２，３とトロリー線７との仰角θ_L，θ_Rを求める（ステップＳ５，Ｓ１０）。
（６）（５）で求めた仰角θ_L，θ_Rを用いて実際のトロリー線７の高さ及び偏位を計算する（ステップＳ１１）。
（７）入力された全ての画像の処理が終了するまで（１）から（６）の処理を繰り返す（ステップＳ１２）。

以下にトロリー線７の高さ及び偏位を求める計算式を示す。図４に示すように、二台のラインセンサ２，３間の距離をｄ、ラインセンサ２及び３とトロリー線７との仰角をそれぞれθ_L，θ_Rとすると、車両の屋根上からトロリー線までの高さＨは以下の式により求められる。

また、ラインセンサ２からトロリー線までの水平距離ｘは以下の式により求められる。

なお、図４中のｙ₀−ｙ₁で示した範囲はラインセンサ３のスキャン範囲の例であり、例えば図２に示したｙ₀−ｙ₁に対応する。

従って、本実施形態によるトロリー線の位置測定装置によれば、
（１）二台のラインセンサ２，３でトロリー線７の高さ及び偏位を測定することができる、
（２）二台のラインセンサ２，３で計測することができるので、屋根上の装置を小型化することができる、
（３）画像記録部５にラインセンサ画像が記録されているため、必要に応じて画像を再確認することが可能である、
等の利点がある。

なお本実施例は、画像処理部においてまず左ラインセンサ２の画像について画像処理を行い、次に右ラインセンサ３の画像について画像処理を行う例を示したが、左右どちらの画像を先に処理しても構わない。

本発明によるトロリー線の位置測定装置の第一の実施例を図に基づいて説明する。本実施例は上述した最良の実施形態において、図１に示すラインセンサ２及び３として高分解能ラインセンサを使用するものであり、上述した最良の実施形態と重複する部分については説明を省略する。

以下に本実施例の画像処理部６における画像処理手順を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
（１）画像記録部から左右の高分解能ラインセンサそれぞれのラインセンサ画像を取得する（ステップＳ２１，Ｓ２７）。
（２）（１）により取得したそれぞれのラインセンサ画像について閾値を設定し、例えば反射光によって明るく光るトロリー線を示す部分を白、背景を示す部分を黒とする処理（二値化）を行う（ステップＳ２２，Ｓ２８）。
（３）（２）によって得た、トロリー線を示す画像上の白部分をトロリー線の軌跡位置Ｙとして検出する（ステップＳ２３，Ｓ２９）。
（４）（２）によって得られたトロリー線を示す白部分を抽出し、画像上のトロリー線の幅を検出する（ステップＳ２４，Ｓ３０）。
（５）高分解能ラインセンサの設置角度に基づき、トロリー線の軌跡位置Ｙについて仰角補正を行う（ステップＳ２５，Ｓ３１）。
（６）仰角補正を行ったトロリー線の軌跡位置Ｙに基づいて、左右のラインセンサとトロリー線との仰角θ_L，θ_Rを求める（ステップＳ２６，Ｓ３２）。
（７）（６）で求めた仰角θ_L，θ_Rを用いて実際のトロリー線の高さ及び偏位を計算する（ステップＳ３３）。なお、トロリー線の高さ及び偏位を求める計算式については上述した最良の実施形態と同様とする。
（８）（４）で求めた幅は、高分解能ラインセンサとトロリー線の距離によって増減するので、（６）で求めたトロリー線の高さ及び偏位から距離を計算し、反射光の幅を補正してトロリー線の幅とする（ステップＳ３４）。
（９）入力された全ての画像の処理が終了するまで（１）から（８）の処理を繰り返す（ステップＳ３５）。

本実施例によるトロリー線の位置測定装置によれば、上述した最良の実施形態の効果に加えて、取得したラインセンサ画像からトロリー線の幅を検出することでトロリー線の摩耗の計測を行うことが可能となる。

なお、本実施例は、画像処理部においてまず左ラインセンサの画像について画像処理を行い、次に右ラインセンサの画像について画像処理を行う例を示したが、左右どちらの画像を先に処理しても構わない。

本発明によるトロリー線の位置測定装置の第二の実施例を図に基づいて説明する。図６は、本実施例の構成を示しており、１は車両、２及び３はラインセンサ、４は投光器、５は画像記録部、６は画像処理部、７はトロリー線、８は曲引金具、９は電車線柱、１０はレール、１１は論理和回路、１２はＩＴＶカメラである。

ラインセンサ２及び３は鉛直上方に向けてスキャンの方向が車両１の進行方向と平行となるようにし、車両１の進行方向に対して左右に設置する。ＩＴＶカメラ１２はラインセンサ２及び３の前方に、ラインセンサ２及び３上方のトロリー線７の画像を取得できる角度で設置する。なお、画像記録部５及び画像処理部６は車両内に設置する。

ラインセンサ２及び３の出力は論理和回路１１に入力される。論理和回路１１はこれらの論理和をトリガ信号としてＩＴＶカメラ１２に入力し、ＩＴＶカメラ１２はトリガ信号に応じて画像取得の有無を決定する。これにより例えば曲引金具８がラインセンサ３上方を通過したときはＩＴＶカメラ１２によって図７に示すような画像が得られ、これを画像記録部５において記録し、記録された画像を画像処理部６において画像処理することでトロリー線７の高さ、偏位、曲引金具８の角度及び支障物の有無を求める。

以下、図８に示すフローチャートに基づいて画像処理部５による画像処理の手順を説明する。
（１）記録された画像を入力する（ステップＳ４１）。
（２）入力された画像についてエッジ検出及び直線検出を行う（ステップＳ４２，Ｓ４３）。
（３）（２）の検出結果に基づいて縦方向及び横方向に延びる線（以下、それぞれ縦線、横線という）をそれぞれ抽出する（ステップＳ４４，Ｓ４５）。
（４）上記縦線及び横線の交点座標ｘ及びｙを求め、このｘ及びｙに基づいてそれぞれトロリー線７の実際の偏位及び高さを求める（ステップＳ４６）。なお、画像上の交点座標ｘ，ｙから、実際の偏位及び高さを求めるための変換には、既に広く一般的に知られている方法を使用すればよい。
（５）ステップＳ４５により抽出した横線の角度を求め、これに基づいて曲引金具８の角度を求める（ステップＳ４７）。
（６）二値化処理を行って支障物を抽出する（ステップＳ４８）。
（７）入力された全ての画像の処理が終了するまで（２）から（６）の処理を繰り返す（ステップＳ４９）。

このような処理を行うことによって、例えば図７に示す画像について前述した画像処理を行った場合、トロリー線７が縦線、曲引金具８が横線として抽出され、トロリー線７の高さ、偏位、及び曲引金具８の角度が得られる。なお図６又は図７において破線で囲んだように、例えばＩＴＶカメラ１２で撮影した画像についてＩＴＶカメラ１２の姿勢と、通常のトロリー線７の高さ及び偏位の範囲等からトロリー線７及び曲引金具８位置の正常な範囲を予め計算して設定しておき、画像処理工程において設定した範囲のみに処理を制限すれば、画像処理の精度が増し、誤検出の防止に繋がる。

本実施例によるトロリー線の位置測定装置によれば、
（１）二台のラインセンサ２及び３とＩＴＶカメラ１２による一枚の画像から、トロリー線７の高さ、偏位、曲引金具８の角度、及び支障物を計測できるため、計測の効率が良い、
（２）二台のラインセンサ２及び３とＩＴＶカメラ１２だけで計測できるため、屋根上の装置を小型化できる、
（３）画像記録部５に画像が記録されているため、必要に応じて画像を再確認することができる、
（４）レーザ方式や赤外線方式などの近接センサを用いた場合、近接センサから離れた位置にある曲引金具８の検知が難しいが、本実施例においてはラインセンサを使用するため、離れた位置にある曲引金具も検知することができる、
等の利点がある。

本発明によるトロリー線の位置測定装置の第三の実施例を図に基づいて説明する。本実施例は図９に示すように、上述した最良の実施形態又は実施例１によるトロリー線の位置測定装置を二組使用するものであり、図中、１ａ及び１ｂは車両、２ａ，３ａ，２ｂ及び３ｂはラインセンサ、４ａ及び４ｂは投光器、５ａ及び５ｂは画像記録部、６ａ及び６ｂは画像処理部、７はトロリー線、８は曲引金具、９は電車線柱、１０はレールである。

ラインセンサ２ａ及び３ａ、また２ｂ及び３ｂの配置は最良の実施形態におけるラインセンサ１及び２と同様とし、最良の実施形態又は実施例１と重複する構成については説明を省略する。

二組のトロリー線の位置測定装置のうち、一組（以下、第一装置という）はパンタグラフ（図示省略）による押し上げの影響のないトロリー線７について、他の一組（以下、第二装置という）はパンタグラフによって押し上げの影響を受けるトロリー線７についてそれぞれ測定するものとし、第一装置及び第二装置により検出したトロリー線の高さの差分をとることで、トロリー線７のパンタグラフ１３による押し上げ量を計測する。

本実施例の作用について説明する。例えば、車両１ａは先頭車両、車両１ｂはパンタグラフを有する車両とし、それぞれに第一装置、第二装置を設置する。次にそれぞれの装置において上述した最良の実施形態又は実施例１と同様の測定を行う。ただし、第一装置と第二装置の設置箇所は離れているため、第一装置及び第二装置により計測したトロリー線の高さデータを同期させた後、差分をとり、トロリー線のパンタグラフによる押し上げ量を得る。

以下、トロリー線の高さデータの同期方法について図１０に基づいて説明する。まず、第一装置及び第二装置により計測したトロリー線７の高さをそれぞれｈ₁（ｔ），ｈ₂（ｔ）とする。また、第一装置から第二装置までの距離をｄ、自動列車制御装置（ＡＴＣ）で使用される車両の速度情報をｖ（ｔ）とすると、高さｈ₁（ｔ）と高さｈ₂（ｔ＋ｄ／ｖ（ｔ））とがそれぞれ第一装置及び第二装置により計測された同一地点における高さであるから、この高さｈ₁（ｔ）と高さｈ₂（ｔ＋ｄ／ｖ（ｔ））との差分を取ることでトロリー線７のパンタグラフによる押し上げ量を得ることができる。

なお、本実施例においてパンタグラフ付近のトロリー線７を測定する第二装置をパンタグラフ１３を有する車両１ｂに設置する例を示したが、これに限らず、パンタグラフ１３付近のトロリー線７の画像を取得できれば良い。

次に、二組のトロリー線の位置測定装置の設置箇所について説明する。上述したように、第一装置は先頭車両に設置し、例えば、第二装置を第一パンタグラフと呼ばれる、進行方向に対して先頭のパンタグラフを有する車両に設置してそれぞれにおいてトロリー線７を計測すれば、単純な押し上げ量が測定できる。また、第一装置は先頭車両に設置し、第二装置を進行方向に対して先頭から二番目の第二パンタグラフを有する車両に設置して、それぞれにおいてトロリー線７の計測を行えば、パンタグラフによる複雑な過渡振動の押し上げ量が計測できる。

従って従来はマーカを一点ずつ地上から計測し手間がかかるという問題があったが、上述したように、本実施例によるトロリー線の位置測定装置によれば、上述した最良の形態又は実施例１により得られる測定値にに加えて、走行した区間のトロリー線の押し上げ量を一括して測定することができるため、効率が良いという利点がある。なお、トロリー線の位置測定装置として特許文献１、特開２００２−１３９３０５、又は特願２００３−３５４６３６に開示されるものを使用しても同様の効果を奏する。

なお、本実施例において第一装置を先頭車両に設置する例を示したが、第一装置を設置する車両は、進行方向に対し先頭のパンタグラフを有する車両より前の車両であれば良く、最先端の車両に限定されない。

本発明によるトロリー線の位置測定装置の第四の実施例を図に基づいて説明する。本実施例は図１１に示すように、上述した実施例２のトロリー線の位置測定装置を二組使用するものであり、図中、１ａ及び１ｂは車両、２ａ，３ａ，２ｂ及び３ｂはラインセンサ、４ａ及び４ｂは投光器、５ａ及び５ｂは画像記録部、６ａ及び６ｂは画像処理部、７はトロリー線、８は曲引金具、９は電車線柱、１０はレール、１１ａ及び１１ｂは論理和回路、１２ａ及び１２ｂはＩＴＶカメラ、１３はパンタグラフである。

車両１ａ、車両１ｂそれぞれに設置するトロリー線の位置測定装置（以下、それぞれ第三装置、第四装置という）は、第三装置はパンタグラフ１３による押し上げの影響のないトロリー線７について計測し、第四装置はパンタグラフ１３によって押し上げの影響を有するパンタグラフ１３近傍のトロリー線７の計測を行うこととする。なお、第三装置及び第四装置の構成は、上述した実施例２と同様とし、詳しい説明は省略する。

例えば第三装置及び第四装置の設置位置を車両１ａはパンタグラフ１３を有さない先頭車両、車両１ｂはパンタグラフ１３を有する車両とし、第三装置及び第四装置によってそれぞれトロリー線７の計測を行い、計測されたトロリー線７の高さを比較して、トロリー線７の高さ及び偏位、曲げ引き金具８の角度、支障物の検出に加えてトロリー線７のパンタグラフ１３による押し上げ量を検出する。ただし、第三装置と第四装置の設置箇所は離れているため、高さデータは同一位置に同期させ、この同期した高さデータを差分してトロリー線７の押し上げ量とする。

以下、トロリー線の高さデータの同期方法について図１２に基づいて説明する。まず、第三装置及び第四装置がある地点を通過する時刻をそれぞれＴ及びｔとし、このときのトロリー線７の高さをそれぞれｈ₃（Ｔ），ｈ₄（ｔ）とする。また、第三装置から第四装置までの距離をｄ、自動列車制御装置で使用される車両の速度情報をｖ（ｔ）とすると、図１２において高さｈ₄（ｔ）は時刻Ｔ＋ｄ／ｖ（ｔ）に最も近い時刻に測定された高さであると考えられる。

通常、速度情報ｖ（ｔ）には誤差があるため時刻Ｔ＋ｄ／ｖ（ｔ）と時刻ｔとは一致しない。しかし、速度情報ｖ（ｔ）の誤差に対し、計測点となる曲引金具８のサンプリング間隔（設置間隔）である時刻ｔと時刻ｔ＋１との間隔は、誤差に比べて十分大きいため、時刻Ｔ＋ｄ／ｖ（ｔ）に最も近い時刻ｔを探索し、この時刻ｔにおけるトロリー線７の高さｈ₄（ｔ）を得ることで、速度情報ｖ（ｔ）の誤差に影響されることなく同一地点のトロリー線７の押し上げ量を得ることができる。

なお、図１２においては説明のため誤差を誇張して示している。また、本実施例においてパンタグラフ１３付近のトロリー線７を測定する第四装置をパンタグラフ１３を有する車両１ｂに設置する例を示したが、これに限らず、パンタグラフ１３付近のトロリー線７の画像を取得できれば良い。

次に、二組のトロリー線の位置測定装置の設置箇所について説明する。上述したように、第三装置は先頭車両に設置し、例えば、第四装置を第一パンタグラフと呼ばれる、進行方向に対して先頭のパンタグラフ１３を有する車両に設置してそれぞれにおいてトロリー線７を計測すれば、単純な押し上げ量が測定できる。また、第三装置は先頭車両に設置し、第四装置を進行方向に対して先頭から二番目の第二パンタグラフを有する車両に設置して、それぞれにおいてトロリー線７の計測を行えば、パンタグラフ１３による複雑な過渡振動の押し上げ量が計測できる。

なお図１１において破線で囲んだように、例えばＩＴＶカメラ１２ａ（又は１２ｂ）で撮影した画像についてＩＴＶカメラ１２ａ（又は１２ｂ）の姿勢と、通常のトロリー線７の高さ及び偏位の範囲等からトロリー線７及び曲引金具８位置の正常な範囲を予め計算して設定しておき、画像処理工程において設定した範囲のみに処理を制限すれば、画像処理の精度が増し、誤検出の防止に繋がる。

従って、従来はマーカを一点ずつ地上から計測し手間がかかるという問題があったが、上述したように、本実施例によるトロリー線の位置測定装置によれば、上述した実施例２によって得られる測定値に加えて、走行した区間のトロリー線の押し上げ量を一括して測定することができるため、効率が良いという利点がある。なお、トロリー線の位置測定装置として特許文献１、特開２００２−１３９３０５に開示されるものを使用しても同様の効果を奏する。

なお、本実施例において第三装置を先頭車両に設置する例を示したが、第三装置を設置する車両は、進行方向に対し先頭のパンタグラフを有する車両より前の車両であれば良く、最先端の車両に限定されない。

本発明によるトロリー線の測定装置の第五の実施例を図に基づいて説明する。本実施例は、図１３に示すように、上述した実施例３のトロリー線の位置測定装置において、第一装置及び第二装置にそれぞれ二台の近接センサを設けるものである。図中、１ａ及び１ｂは車両、２ａ，３ａ，２ｂ及び３ｂはラインセンサ、４ａ及び４ｂは投光器、５ａ及び５ｂは画像記録部、６ａ及び６ｂは画像処理部、７はトロリー線、８は曲引金具、９は電車線柱、１０はレール、１４ａ，１５ａ，１４ｂ及び１５ｂは近接センサである。

近接センサ１４ａ，１５ａ，１４ｂ及び１５ｂは鉛直上方に向けてそれぞれラインセンサ１ａ，２ａ，１ｂ及び２ｂの後方に設置する。本実施例におけるトロリー線７の計測方法は実施例３と同様とし、更にトロリー線７の計測に加えて近接センサ１４ａ，１５ａ，１４ｂ、及び１５ｂによる電車線柱９又は曲引金具８等の検知を行うものである。なお、近接センサ１４ａ，１５ａ，１４ｂ及び１５ｂ以外の構成は上述した実施例３と同様とし、説明は省略する。

以下に本実施例による作用について説明する。上述したようにトロリー線７の計測とともに電車線柱９又は曲引金具８等の検知を行えば、二組のトロリー線の位置測定装置の測定結果に基づいてトロリー線７の押し上げ量を求めるために高さデータを同期させる際、電車線柱９又は曲引金具８等の検知結果を利用して高さデータを同期させることが可能となる。

上述した実施例３においては、誤差を有するＡＴＣの速度情報ｖ（ｔ）を基に高さデータを同期させており、同期精度が悪い場合がある。しかしながら、本実施例によれば電車線柱９の位置等により高さデータを同期させるので同期精度がよく、これにより押し上げ量の精度が向上するという利点がある。

本発明によるトロリー線の測定装置の第六の実施例は、上述した実施例３又は実施例４において、トロリー線の高さの同期手段として、二組のトロリー線の位置測定装置により検出したそれぞれの高さデータの相互相関を使用するものである。相互相関とは、二つの不規則な波形の時間差を求める式で、例えば二地点で観測された時間差のある地震波や波浪などの時間差を求めることができる特徴がある（日野幹雄、「スペクトル解析」、朝倉書店、ｐ．５２−５５参照）。

以下、同期方法について実施例３の構成を例に説明する。第一装置により取得したトロリー線の高さをｈ₁（ｔ）、第二装置により取得したトロリー線の高さをｈ₂（ｔ）、第一装置と第二装置が同一地点を通過する間の時間差をτとすると、高さｈ₁と高さｈ₂の相互相関Ｃ_h1h2は以下に示すとおりである。

τを時間軸で計算する場合、ｄを第一装置及び第二装置間の距離、ｖを電車の速度としたとき、τ＝ｄ／ｖとして大まかなτを求め、このτの近辺について上記数３を使用して一致度の高いτを求める。こうして時間差τを求めることで、第一装置及び第二装置の高さデータを同期させることができ、同一位置における測定値である高さｈ₁（ｔ−τ）とｈ₂（ｔ）の差分を取ることでパンタグラフによるトロリー線７の押し上げ量を得ることができる。なお、周波数軸で計算する場合は、一度の計算式でτが求められる。

従って、上述した本実施例によるトロリー線の位置測定装置によれば、自己相関関数を用いてデータの時間差τを計算し、その時間差τによって高さデータを同期させるため、誤差を有する速度情報ｖ（ｔ）に基づいてトロリー線の高さを同期させる実施例３や実施例４に比べ、同期精度を向上させることが可能となり、より正確な押し上げ量を検出することができる。更に、計算処理により高さデータを同期させることができるため、物理的なセンサ装置を付加する必要がなくなり、コスト低下が可能である。

本発明によるトロリー線の測定装置の第七の実施例は、上述した実施例３又は実施例４において、トロリー線の高さの同期手段として、二組のトロリー線の位置測定装置により検出したそれぞれの偏位データの相互相関を使用するものである。

以下、同期方法について実施例３の構成を例に説明する。第一装置により取得したトロリー線７の高さ及び偏位をそれぞれｈ₁（ｔ），ｘ₁（ｔ）、第二装置により取得したトロリー線７の高さ及び偏位をそれぞれｈ₂（ｔ），ｘ₂（ｔ）、また第一装置と第二装置が同一地点を通過する間の時間差をτとすると、ｘ₁とｘ₂の相互相関Ｃ_x1x2の定義は以下に示すとおりである。

これにより時間差τを求めることで、第一装置及び第二装置の測定位置を同期させることができ、同一位置における測定値である高さｈ₁（ｔ−τ）とｈ₂（ｔ）の差分を取ることでパンタグラフ１３によるトロリー線７の押し上げ量を得ることができる。なお、τを求める方法については上述した実施例６と同様である。

トロリー線の高さは走行速度等の外乱により影響を受けやすい特徴があるのに対し、トロリー線の偏位は外乱の影響を受けにくい特徴がある。従って、本実施例によるトロリー線の位置測定装置によれば、上述した実施例６に比べ、更に同期精度を向上させることが可能となり、より正確な押し上げ量を検出することが可能となる。

本発明は、車両の屋根上に設置したカメラにより取得した画像を処理することによってトロリー線の高さ、偏位、押し上げ量の計測及び曲引金具検知等を行うトロリー線測定装置に利用可能である。

本発明の最良の実施形態の構成例を示す模式図である。 ラインセンサ画像を示す図である。 本発明の最良の実施形態の画像処理過程を示すフローチャートである。 トロリー線の高さ及び偏位の関係を示す説明図である。 本発明の実施例１の画像処理過程を示すフローチャートである。 本発明の実施例２の構成例を示す模式図である。 本発明の実施例２の曲引金具が通過する瞬間の画像例を示す模式図である。 本発明の実施例２の画像処理過程を示すフローチャートである。 本発明の実施例３の構成例を示す模式図である。 本発明の実施例３によるトロリー線高さの計測例を示すグラフである。 本発明の実施例４の構成例を示す模式図である。 本発明の実施例４によるトロリー線高さの計測例を示すグラフである。 本発明の実施例５の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 車両
２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ ラインセンサ
４，４ａ，４ｂ 投光器
５，５ａ，５ｂ 画像記録部
６，６ａ，６ｂ 画像処理部
７ トロリー線
８ 曲引金具
１１，１１ａ，１１ｂ 論理和回路
１２，１２ａ，１２ｂ ＩＴＶカメラ
１３ パンタグラフ
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ 近接センサ

Claims (8)

1. 車両の屋根上に前記車両の進行方向に対して左右に互いに対向して配置され、それぞれトロリー線に向き合う二台のラインセンサと、前記二台のラインセンサそれぞれの出力値に基づいた画像を記録する画像記録部と、前記画像記録部から取得したそれぞれの前記画像を解析し、トロリー線の高さ及び偏位を検出する画像処理部とを備えることを特徴とするトロリー線の位置測定装置。
2. 請求項１記載のトロリー線の位置測定装置において、前記画像処理部で前記トロリー線の磨耗を検出することを特徴とするトロリー線の位置測定装置。
3. 車両の屋根上に鉛直上方に向けられ前記車両の進行方向に対して左右に配置された二台のラインセンサと、前記ラインセンサの出力値の論理和に応じて前記ラインセンサ上方のトロリー線の映像を取得する一台のカメラと、前記カメラの出力する映像信号を記録する画像記録部と、前記画像記録部から取得した映像信号を解析する画像処理部とを備えることを特徴とするトロリー線の位置測定装置。
4. 請求項１又は請求項２記載のトロリー線の位置測定装置を二組使用し、第一の前記トロリー線の位置測定装置は先頭車両の屋根上に、かつ第二の前記トロリー線の位置測定装置はパンタグラフを有する車両の屋根上にそれぞれ設置し、前記第一及び第二のトロリー線の位置測定装置により前記トロリー線の高さをそれぞれ測定し、計測位置を同期させた後、それぞれの前記トロリー線の高さの差分を取ることを特徴とするトロリー線の位置測定装置。
5. 請求項３記載のトロリー線の位置測定装置を二組使用し、第一の前記トロリー線の位置測定装置は先頭車両の屋根上に、かつ第二の前記トロリー線の位置測定装置はパンタグラフを有する車両の屋根上にそれぞれ設置し、前記第一及び第二のトロリー線の位置測定装置により前記トロリー線の高さをそれぞれ測定し、計測位置を同期させた後、それぞれの前記トロリー線の高さの差分を取ることを特徴とするトロリー線の位置測定装置。
6. 請求項４記載のトロリー線の位置測定装置において、前記第一及び第二のトロリー線の位置測定装置に、それぞれ前記車両の屋根上に鉛直上方に向けられ前記車両の進行方向に対して左右に配置された二台の近接センサを設けることを特徴とするトロリー線の位置測定装置。
7. 請求項４又は請求項５記載のトロリー線の位置測定装置において、前記計測位置の同期手段として、前記二組のトロリー線の位置測定装置を用いてそれぞれ検出した、トロリー線高さの相互相関を利用することを特徴とするトロリー線の位置測定装置。
8. 請求項４又は請求項５記載のトロリー線の位置測定装置において、前記計測位置の同期手段として、前記二組のトロリー線の位置測定装置を用いてそれぞれ検出した、トロリー線偏位の相互相関を利用することを特徴とするトロリー線の位置測定装置。

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