JP2007530352A - 鉄道監視システム - Google Patents

Abstract

第１に、光ファイバを備える鉄道監視システムである。光ファイバの第１の部分は、レールの軌道の組の１つに取り付け可能であり、ファイバの第１の部分の特徴は、ファイバの第１の部分が取り付けられる前述の１つの軌道の特性の変化に応じて可変である点である。システムはまた、光信号をファイバの中に放射するためのファイバに接続された光信号放射器を含み、ファイバは少なくとも第１の変更された光信号を生成し、この信号はファイバの一部の特性の変化に関係する情報を含む。システムは更に、第１変更された光信号に含まれる情報に基づいた、１つの軌道の特性の変化を確認するために、ファイバに接続されて第１の変更された光信号を受信して解析するための光信号アナライザを含む。

Description

本発明は鉄道監視システムに関する。

これまでに、さまざまな測定装置が、さまざまな鉄道システムの状況を監視するために使用されてきた。車軸カウンタや車輪の不釣合いの計測システムは、これらの測定装置の中の、２つの良く知られた測定装置である。

これまでは、車軸カウンタは、通過する列車の車軸をカウントするのに磁界を使用しており、標準的な車輪の不釣合いの計測システムは、列車の負荷を測定するのにブリッジ回路の中にある歪ゲージセンサを使用している。

ところが、このような従来装置には不利益な点があり、それは例えば、いくつかの従来の測定装置の取り付けが容易ではないであろうからである。さらに重要なことは、これら従来の測定装置の性能は、外部の電磁放射によって影響を受け易いからである。このことはこれら従来の測定装置の信頼性を悪化させるであろう、特に、交流鉄道システムにおいては、多くの雑音がこれら従来の測定装置に導かれ得るので、信頼性を悪化させるであろう。これに加えて、これら従来の測定装置は、鉄道の線路の上に個々に取り付けられる必要があった。これでは、数多くの測定装置が必要な場合に不都合であろう。独立に配置された測定装置の各個の全ての結果を集めるのが複雑であるので、中央集中化された鉄道監視システムを構築するのも不便である。

従って、本発明の目的は、少なくとも前述の問題点の一部を解消する、或いは少なくとも有益な選択を与える、改良された鉄道監視システムを提供することである。

本発明の形態によれば、鉄道監視システムは第１に光ファイバを含む。光ファイバの第１の部分は、レールの軌道の組の一方に取り付け可能であり、光ファイバの第１の部分の特性が、ファイバの第１の部分が取り付けられる前記１つの軌道の特性の変化に対応して可変である。このシステムはまた、光信号を放射してファイバに導くためにファイバに接続され、ファイバは少なくとも第１の変更された光信号を発生し、この光信号は、ファイバの一部分の特性の変化に関係する情報を含む光信号放射器を含む。このシステムは更に、ファイバに接続され、第１の変化する光信号の中に含まれる情報に基づいて、１つの軌道の特性の変化を確かめるように、第１の変化する光信号を受信および解析する光信号アナライザを含む。

放射器とアナライザは両方ともファイバの末端部に接続されており、第１の変化する光信号は、ファイバによって前記末端部に向けて反射された信号であることが好ましい。

本発明の他の形態によれば、鉄道システムを監視するためのプロセスが、
少なくともレールの軌道部分に沿って光ファイバを位置決めすること、
ファイバの特性が軌道における変化に応じて変化する光ファイバの一部分を、軌道に取り付けること、
ファイバの一部分の変化によって変化するであろうファイバに沿って信号を放射すること、及び
変化する信号を分析して、前記レールに関係する情報を決定すること、を含む。

本発明の他の形態及び利点は、本発明の原理を実施例によって例示する添付図面と協働する、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１に示されるように、本発明の好適な鉄道監視システム１００は、８個のブラッグ格子(Bragg grating)Ｓ１−Ｓ８を備えた光ファイバ１０１を含んでおり、これらはファイバ１０１の中で作られ、選択的に鉄道の軌道(tracks)１０３、１０５の組のそれぞれに取り付けられる。広帯域の光源を提供する光信号放射器１０７は、ファイバ１０１の一方の端部１０９に、光信号を放射してファイバ１０１に導くために接続されている。ブラッグ格子Ｓ１〜Ｓ８の各個は、別個の反射された波長（これは図３を参照して議論される）を備えており、光信号を端部１０９に向けて反射し、そして、反射された各光信号は、ブラッグ格子Ｓ１−Ｓ８が実装された軌道部分の特性の変化を反映する情報を含む。放射器１０５からの光信号の周波数帯は十分に広いので、好適な実施例におけるブラッグ格子Ｓ１−Ｓ８の反射波長の全てをカバーする。

光信号の呼びかけ機(interrogator)１１１は、これも端部１０９に接続されているが、これらの反射された信号を受信し、更に、以下に詳細が説明されるように、反射された光信号各個のシフトを検出する。呼びかけ機は次に検出結果を、その分析のためにコンピュータ１１３に送る。これらの反射された光信号に基づいて、呼びかけ機１１１とコンピュータ１１３は、軌道１０３，１０５における確実な状態を確認することができ、更に鉄道を監視することができる。この好適なシステムでは、鉄道の部分に単に光ファイバがあるだけなので、外部からの電磁放射の影響を受けないことは注目すべきである。

ブラッグ格子の動作原理は、図３を参照して説明される。この技術分野における一般的な理解によれば、ブラッグ格子３０１は、ファイバの長さ、例えば０．１〜１０ｃｍの長さ、に対する永続する周期的な屈折率の変化を伴なった単一の方式のファイバである。屈折率の変化は、ＵＶレーザを用いてファイバを照明することによって生じる。ブラッグ格子３０１は、別個の反射された波長の光を反射するが、反射する波長は屈折率と屈折率（格子ピリオド）の変化期間に関係するスペースに依存し、この波長を越える光は、殆ど妨害されることなく格子を通り抜ける。ブラッグ格子３０１で反射される光は、ファイバ材料の格子の屈折率、及び／又は格子ゾーン（格子ピリオド）におけるファイバの長さを変える、測定可能な量の機能として変化する波長を示すであろう。ファイバにおける張力の変化、或いは環境温度の変化の何れか一方は、それ故にブラッグ格子３０１によって反射された光信号の波長におけるシフトを導くであろう。更にまた、当該技術分野で一般的に理解されているが、本発明の好適な実施例の状態では、ブラッグ格子Ｓ１〜Ｓ８の各個が固有の反射された波長を備えているので、呼びかけ機は、ブラッグ格子の間の波長の間隔が、反射された信号の波長における許容最大シフトよりも長く設計されている限り、反射された光信号をこれらのブラッグ格子によって識別可能である。このシフトは、ファイバにおける張力、或いは環境温度の何れかの変化によって起こり得るであろう。

これに加えて、図２に示されるように、好適な実施例においては、各ブラッグ格子Ｓ１〜Ｓ８は、エポキシ接着剤或いは溶接によって軌道に取り付けられており、その方向は、軌道１０３，１０５に平行である。動作中にブラッグ格子の張力が失われることを避けるために、各ブラッグ格子には予め張力が加えられている。更に、各ブラッグ格子は、それぞれの軌道に少なくとも実質的に平行に延長されている。

従って、このシステム１００では、列車の車軸が、ブラッグ格子、例えばＳ１、が取り付けられている軌道の１つの部分の上を通過した時に、軌道の部分は、列車の車軸によってその上に作用する圧力や重量に起因する引張歪を受ける。ブラッグ格子Ｓ１はしっかりと軌道１０３に取り付けられており、軌道１０３に平行に延長されているので、ブラッグ格子Ｓ１は軌道と同じ引張歪を受ける。このような引張歪は、ブラッグ格子Ｓ１によって反射された光信号の波長におけるシフトを導き出し、そして、このシフトは、ブラッグ格子と軌道の両方が受ける引張歪に比例しており、軌道の上に作用する圧力に対応する。このシフトを呼びかけ機１１１によって検出することにより、システム１００はこれにより、ブラッグ格子と軌道の両方が受ける引張歪であって、軌道の上に作用する圧力に対応する引張歪に関係する情報を得る。軌道の部分から車軸が去ると、軌道とブラッグ格子Ｓ１の両方は急速に回復するので、これに応じてＳ１によって反射された信号の波長におけるシフトがゼロまで減少し、そして、ブラッグ格子Ｓ１は、別の車軸によって引き起こされるであろう次の引張歪に対して準備する。

それ故に、ブラッグ格子によって反射された光信号の波長におけるシフトに基づき、このシステムは軌道１０３，１０５における確かな状態を確認することができ、さらに、鉄道を監視することができる。

１．車軸カウンタ
好適なシステム１００は、ブラッグ格子の一つによって反射された光信号の波長において、連続するシフトの数を数えることによって、通過列車の車軸の数を数えるのに使用することができる。本システム１００はまた、予め定められた期間内の波長において、いかなるシフトも検出しなくなった時に、これを列車の最後尾であると判定することができる。この期間は、２つの近接した車軸がブラッグ格子を通過するために時間的に可能な最大の期間よりも実質的に長く設定される。

２．速度検出器
列車の車軸間の物理的な間隔は一般的に知られているので、好適なシステム１００は、特定のブラッグ格子を連続した車軸が通過するのに要する時間を使用することによって、列車の瞬間的な速度を容易に確認することができるであろう。

３．運転時隔の最適化
好適なシステム１００は、通過する列車の先頭部と最後尾を容易に見つけることができる。好適なシステム１００は更に、２つの連続する列車の間の間隔を、以下ようにして確認することができる：
第１の反射された光信号の波長における２つの連続するシフトの間の時間間隔を絶えず測定する；
２つの連続するシフトの間の時間を、予め定められた閾値と比較する；そして、
２つの連続するシフトの間の時間が、予め定められた閾値を超えた場合に、２つの連続する列車の間の時間間隔を決定する。
２つの連続する列車の間の時間に関する情報は、好適なシステム１００によって使用することができ、これらの２つの列車の速度を制御することができる。

４．洪水検出
ファイバの中の張力、或いは環境温度により、ブラッグ格子によって反射された光信号の波長におけるシフトが導かれるであろうことが理解される。また、洪水が発生すると一般に、環境温度に急激な変化が起きるであろうことも知られている。それ故に、好適なシステム１００が、反射された信号の波長におけるシフトを検出したが、同時に、予め定められた期間内にこのシフトの実質的な変化を検出しなかった場合は、好適なシステム１００は洪水警報を発する。予め定められた期間は、特定のブラッグ格子を２つの隣接した車軸が通過するのに要する可能な最大時間よりも、少なくとも長くなるように予め設定される。それ故に、もしこのシステム１００が、予め定められた時間内に、反射された光信号の波長における実質的なシフトの変化を検出しない場合は、いかなる列車もブラッグ格子を通過していない可能性がある。したがって、反射された波長におけるシフトは、環境温度の変化によって引き起こされた可能性が高く、環境温度が変化する非常に可能性の高い原因は、洪水の発生である。

５．車輪の不釣合い付加システム
ブラッグ格子Ｓ１〜Ｓ８はレールの２つの軌道の上に取り付けられているので、コンピュータが、呼びかけ機から受け取ったデータを処理することができ、レールの２つの軌道の間に不釣合いがあるかどうかを評価することができる。

６．列車重量計測システム
反射された波長におけるシフトは、軌道が受けた歪を反映し、これはその上にある重量に関係するので、列車全体に沿った全ての歪の測定を加算すれば、車両の重量を測定することが可能である。このような重量計測システムは、特に、列車が静止している時、或いは比較的低速度で移動している時に有効である。

７．列車識別
図１に示すように、ブラッグ格子Ｓ１〜Ｓ８は、軌道１０３，１０５の上に選択的に位置決めされている。特に、Ｓ１とＳ２の間のスペース、Ｓ３とＳ４の間のスペース、Ｓ５とＳ６の間のスペース、Ｓ７とＳ８の間のスペースは、特定の列車の２つの近接する車軸の間のスペースに一列に並ぶように設定され、一方では、Ｓ２とＳ３，及びＳ６とＳ７は、この特定の列車の車体の間のスペースに並ぶように設定されている。これら８個のブラッグ格子が同時に引張歪を受けるかどうかを検出することにより、本システム１００は、その上にいる列車が前述の特定の１台と同じ型かどうかを確認することができる。

本発明の実施例に示されるように、長い距離に渡って鉄道システムの多くの要素を監視するために、多くのブラッグ格子を１つの光ファイバの中で作ることができるということが理解されるであろう。或いは又、１つ以上のファイバをこのシステムにおいて使用することができ、その各個では複数のブラッグ格子がその中で作られる。更に、各ブラッグ格子は、そのそれぞれの軌道に平行でない方向で、その軌道に取り付けることができる。この場合は、ブラッグ格子が受ける引張歪は、軌道が受ける引張歪と全く同じではないであろう。しかしながら、ブラッグ格子が受ける引張歪は、軌道が受ける引張歪と正確に比例はしないまでも、依然として関連はある。それ故に、本発明のシステム１００は、依然として軌道が受ける引張歪を、ブラッグ格子によって反射された光信号の波長におけるシフトに基づいて確認することができる。

これに加えて、本発明のシステム１００はブラッグ格子によって反射された光信号を使用している。図３から、ブラッグ格子を通過して転送される光信号を、同様の分析のために使用することができることが理解されるであろう。この場合、呼びかけ機がファイバの他方の端部に接続されている必要がある。

図１は、本発明の実施例の鉄道監視を例示する平面図である。 図２は、図１のシステムの一部分の取り付け状態を示す斜視図である。 図３は、図１のシステムに使用可能なブラッグ格子の動作原理を示す図である。

Claims (17)

1. 鉄道監視システムであって、
   該光ファイバの第１の部分がレールの軌道の組の一方に取り付け可能になっており、前記ファイバの第１の部分の特性が、ファイバの第１の部分が取り付けられる前記１つの軌道の特性の変化に対応して可変である光ファイバ、
   前記ファイバに光信号を放射するために前記ファイバに接続され、前記ファイバは少なくとも第１の変更された光信号を発生し、この光信号は、前記ファイバの前記部分の特性の変化に関係する情報を含む光信号放射器；および
   前記ファイバに接続され、前記第１の変化する光信号の中に含まれる情報に基づいて、前記１つの軌道の特性の変化を確かめるように、前記第１の変化する光信号を受信および解析する光信号アナライザ、を備える鉄道監視システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記放射器とアナライザは両方とも前記ファイバの末端部に接続されており、前記第１の変化する光信号は、前記ファイバによって前記末端部に向けて反射された信号であるシステム。
3. 請求項２に記載のシステムであって、前記ファイバの第１の部分が、第１の反射光信号を発生させるためにその中に作られた第１のブラッグ格子を含んでおり、前記第１のブラッグ格子の１つの特性は、前記１つの軌道の前記特性の変化に応じて可変であることであり、前記反射された光信号は前記第１のブラッグ格子の特性変化に関する情報を含んでいるシステム。
4. 請求項３に記載のシステムであって、前記第１のブラッグ格子は、前記１つの軌道に対して、少なくとも実質的に平行な方向に予め歪んでいるシステム。
5. 請求項３に記載のシステムであって、前記第１のブラッグ格子の特性が、前記第１のブラッグ格子の格子ピリオドに関係しており、格子ピリオドは前記第１のブラッグ格子が受ける引張歪における変化に対応して可変であるシステム。
6. 請求項５に記載のシステムであって、前記第１のブラッグ格子が前記１つの軌道に取り付けられており、前記第１のブラッグ格子が前記１つの軌道と同様の引張歪を受けるシステム。
7. 請求項３に記載のシステムであって、前記光信号アナライザが、前記第１のブラッグ格子の特性の変化を確かめるために、前記反射された光信号の波長におけるシフトを検出するシステム。
8. 請求項７に記載のシステムであって、前記第１の反射された光信号の波長におけるシフト数を計数するための光信号アナライザに関連するカウンタを備えており、前記数は前記第一のブラッグ格子を通過する車軸の数に関係しているシステム。
9. 請求項８に記載のシステムであって、歪の速度を確認するように、前記反射された光信号の波長における所定数の連続するシフトの間の時間を計数するための光信号アナライザに関係するクロックを備えているシステム。
10. 請求項７に記載のシステムであって、更に前記光信号アナライザと関係するプロセッサを備え、このプロセッサは２つの連続する列車の間の期間を、
    前記第１の反射された光信号の波長における２つの連続するシフトの間の時間を絶えず測定する、
    ２つの連続するシフトの間の前記時間を所定の閾値と比較する、そして、
    ２つの連続する列車の間の時間が、前記所定の閾値を越えるかどうかを決定する、
    の方法によって確認するシステム。
11. 請求項７に記載のシステムであって、第１のブラッグ格子の特性が、第１のブラッグ格子の格子ピリオドに関係しており、格子ピリオドが第１のブラッグ格子が受ける環境温度の変化に関係して可変であるシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムであって、光信号アナライザが環境温度の変化を、
    第１の反射された光信号の波長にシフトがあったかどうかを確認する、及び
    同時にこのシフトが所定時間の間に変化したどうかを確認する、
    によって確認するシステム。
13. 請求項７に記載のシステムであって、更に、他の軌道の特性の変化を確認するために、他の軌道に取り付けることができるファイバの第２の部分において作られた第２のブラッグ格子を備え、第２のブラッグ格子は光信号アナライザで受信可能な第２の反射された光信号を生成し、他の軌道の特性の変化に関係する第２の反射された光信号の波長におけるシフトは、光信号アナライザによって検出可能であるシステム。
14. 請求項１３に記載のシステムであって、更に、第１と第２の反射された光信号の波長におけるシフトに基づく、軌道の組の不釣合いを確認するための光信号アナライザに関係するプロセッサを備えるシステム。
15. 請求項１４に記載のシステムであって、更に、ファイバにおいて作られ、軌道の組に取り付け可能な複数のブラッグ格子を備え、第１、第２、及び複数のブラッグ格子は、列車の特性を確認するために、列車の軸と本体の間のスペースに関係して位置決めされているシステム。
16. 鉄道鉄道システムを監視するためのプロセスであって、
    少なくともレールの軌道部分に沿って光ファイバを位置決めする、
    ファイバの特性が軌道における変化に応じて変化する光ファイバの一部分を、前記軌道に取り付ける、
    ファイバの一部分の前記変化によって変化するであろう前記ファイバに沿って信号を放射する、及び
    変化する信号を分析して、前記レールに関係する情報を決定する、
    段階を備えるプロセス。
17. 請求項１６に記載のプロセスであって、前記情報が更に、前記レール上の列車や車両に関係するプロセス。

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