JP2010243416A - トロリ線検測装置及び検測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズによる測定精度の低下を防止することを可能としたトロリ線検測装置を提供する。
【解決手段】車両の屋根上に設置される測域センサ２と、車両の内部に設置される演算装置３とを備えるトロリ線検測装置において、演算装置３に、測域センサ２の操作を行う制御部３０１、測域センサ２によって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるもののみを抽出してその座標を出力する検出範囲抽出部３０３、測域センサ２による一回のスキャンにおいて検出される一又は複数の測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出部３０５、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力部３０７、及び、複数のトロリ線候補座標からなる近似式とトロリ線候補座標とを比較することによりトロリ線候補座標がノイズであるか否かを判定するノイズ判定処理部３０８を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、測域センサを用いてトロリ線の高さ、変位を測定するトロリ線検測装置及び検測方法に関し、特に、測定時の誤差を低減し、精度の高い測定値を得るようにしたトロリ線検測装置及び検測方法に関する。

電気車に電気を供給するための電線であるトロリ線は、レールからの高さや電力供給を受けるパンタグラフ上での偏位の範囲が決められていることから、その高さや偏位が所定範囲内に収まるようにトロリ線を保全する必要がある。これには、トロリ線の高さや偏位の測定が重要となる。

従来、トロリ線を測定する方法としては例えば以下のようなものがある。第一に、パンタグラフのバネの部分にＬＥＤなどの光源を二個ずつ上下に設置し、パンタグラフからの相対位置を求める方法である（例えば、特許文献１参照）。第二に、パンタグラフのバネの位置に光を反射しやすいマーカを取り付けてラインセンサで撮影し、パターンマッチングにより相対位置を検出する方法である（例えば、特許文献２参照）。第三に、トロリ線にロータリエンコーダを取り付けたポリゴンミラーを介してレーザ光を当て、ポリゴンミラーからトロリ線までの距離と、ロータリエンコーダから読み取れる回転角度をもとに、ポリゴンミラーからの相対位置を求める方法である（例えば、特許文献３参照）。

また、上述した第一ないし第三の方法のほかに、測域センサを用いてトロリ線の高さと偏位を求めることもできる。即ち、図１に示すように、車両１の屋根上に車両１の進行方向に平行な軸周りでトロリ線４をスキャンするように測域センサ２を設置する一方、車両１の内部に演算装置３を設置する。そして、測域センサ２においてレーザ光によりセンサの周囲を扇状にスキャンして得た測定対象物までの距離とステップ角とに基づき演算装置３において演算処理を行い、トロリ線の高さ及び偏位を求める。

つまり、測域センサ２の正面を鉛直上方に向けて車両１に配置し、その車両１を走行させることで測域センサ２の設置場所からトロリ線４までの距離と角度を取得し、これらを演算装置３側で座標に変換することで、測域センサ２からトロリ線４までの高さと偏位を求めるのである。

特開２００１−２３５３１０号公報 特開２００８−１０４３１２号公報 特開２００６−１２３７８７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では接触力を測定するために二箇所にＬＥＤやマーカを取り付ける必要がある。さらにパンタグラフの高さ・偏位・接触力が同時に得られるような計算を行っているため、高さと偏位のみを得たい場合には不要な計算が発生してしまうという問題があった。また、特許文献２に記載された構成では、まず時空画像を生成してからパターンマッチングを行うため、リアルタイムに高さや偏位を得ることが困難であるという問題があった。

一方、文献３や測域センサを用いた方法では直接的にトロリ線までの距離と角度が得られるため、最小限の計算でトロリ線までの高さや偏位が得られるという利点がある。しかし、測定に回転するレーザを用いるため、以下の問題が生じる可能性があった。第一にトロリ線のハンガを誤ってトロリ線として検出することがあるという問題である。第二にトロリ線の素材や測域センサの特性が測定結果に影響する可能性があるという問題である。

このようなことから本発明は、ノイズによる測定精度の低下を防止することを可能としたトロリ線検測装置及び検測方法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第１の発明に係るトロリ線検測装置は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置により前記トロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段、前記測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるもののみを抽出してその座標を出力する検出範囲抽出手段、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される一又は複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段、前記トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段、及び、複数の前記トロリ線候補座標からなる近似式と前記トロリ線候補座標とを比較することにより前記トロリ線候補座標がノイズであるか否かを判定するノイズ判定処理手段を備えることを特徴とする。

また、第２の発明に係るトロリ線検測装置は、第１の発明に係るトロリ線検測装置において、前記ノイズ判定処理手段が、ある測定値を検出する直前に検出した複数の測定値に基づいて前記近似式を求め、該近似式に基づいて前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することを特徴とする。

また、第３の発明に係るトロリ線検測装置は、第１又は第２の発明に係るトロリ線検測装置において、前記ノイズ判定処理手段が、前記車両の走行速度および前記トロリ線の配設条件に基づいて前記トロリ線座標検出手段において検出された測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することを特徴とする。

また、第４の発明に係るトロリ線検測装置は、第１の発明に係るトロリ線検測装置において、前記ノイズ判定処理手段が、前記トロリ線座標検出手段において検出された前記測定対象物の測定値から得られるハフ曲線を利用して前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することを特徴とする。

また、第５の発明に係るトロリ線検測装置は、第１乃至第４のいずれかの発明に係るトロリ線検測装置において、前記測域センサによって測定した測定値を、前記測定対象物の実際の位置である真値に補正するための補正式を算出する手段を備え、前記検出範囲抽出手段が、前記補正式を用いて前記測定値を真値に補正した後、前記測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるものを抽出するように構成されたことを特徴とする。

また、第６の発明に係るトロリ線検測方法は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置により前記トロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測方法であって、前記測域センサを操作して前記測域センサからのデータを取得する第一の工程と、前記測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるもののみを抽出してその座標を出力する第二の工程と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される一又は複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出する第三の工程と、前記トロリ線座標を特定のフォーマットで出力する第四の工程と、複数の前記トロリ線候補座標からなる近似式と前記トロリ線候補座標とを比較することにより前記トロリ線候補座標がノイズであるか否かを判定する第五の工程とからなることを特徴とする。

また、第７の発明に係るトロリ線検測方法は、第６の発明に係るトロリ線検測方法において、前記第五の工程が、ある測定値を検出する直前に検出した複数の測定値に基づいて前記近似式を求め、該近似式に基づいて前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われることを特徴とする。

また、第８の発明に係るトロリ線検測方法は、第６又は第７の発明に係るトロリ線検測方法において、前記第五の工程が、前記車両の走行速度および前記トロリ線の配設条件に基づいて前記トロリ線座標検出手段において検出された測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われることを特徴とする。

また、第９の発明に係るトロリ線検測方法は、第６の発明に係るトロリ線検測方法において、前記第五の工程が、前記トロリ線座標検出手段において検出された前記測定対象物の測定値から得られるハフ曲線を利用して前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われることを特徴とする。

また、第１０の発明に係るトロリ線検測方法は、第６乃至第９のいずれかの発明に係るトロリ線検測方法において、前記測域センサによって測定した測定値を、前記測定対象物の実際の位置である真値に補正するための補正式を算出し、該補正式を用いて前記測域センサによって得られる測定値を真値に補正した後、前記第二の工程を行うことを特徴とする。

上述した第１の発明に係るトロリ線検測装置によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、演算装置が、測域センサの操作を行う制御手段、測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるもののみを抽出してその座標を出力する検出範囲抽出手段、測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される一又は複数の測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段、及び、複数のトロリ線候補座標からなる近似式とトロリ線候補座標とを比較することによりトロリ線候補座標がノイズであるか否かを判定するノイズ判定処理手段を備えるので、ノイズによる測定精度の低下を防止することができる。

上述した第２の発明に係るトロリ線検測装置によれば、ノイズ判定処理手段が、ある測定値を検出する直前に検出した複数の測定値に基づいて近似式を求め、該近似式に基づいて測定値がトロリ線のものであるかノイズであるかを判定するので、測定値のノイズを事前に取り除くことができ、測定値に何らかの操作を加える際、ノイズによる精度低下を防止することができる。また、トロリ線の偏位が直線状になることが事前にわかっているので、複雑な計算をせずに測定値がノイズか否かの判定を行うことができる。ノイズを判定する際、全ての測定値を必要としないので、リアルタイムにトロリ線の高さや偏位を表示することができる。

上述した第３の発明に係るトロリ線検測装置によれば、ノイズ判定処理手段が、車両の走行速度およびトロリ線の配設条件に基づいてトロリ線座標検出手段において検出された測定値がトロリ線のものであるかノイズであるかを判定するので、測域センサによってトロリ線を測定しつつ、ノイズを取り除くことができ、トロリ線の測定を終了した後で測定値を用いる際の精度低下を抑制することができる。また、第２の発明と併用してノイズを判定する際のしきい値として使用することができる。

上述した第４の発明に係るトロリ線検測装置によれば、ノイズ判定処理手段が、トロリ線座標検出手段において検出された測定対象物の測定値から得られるハフ曲線を利用して測定値がトロリ線のものであるかノイズであるかを判定するので、多数決の原理により少数のノイズの影響を受けずにハンガ間の測定データから直線を得ることができ、事前にノイズを除去する第２、第３の発明と同程度の性能が得られる。

上述した第５の発明に係るトロリ線検測装置によれば、測域センサによって測定した測定値を、測定対象物の実際の位置である真値に補正するための補正式を算出する手段を備え、検出範囲抽出手段が、補正式を用いて測定値を真値に補正した後、測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるものを抽出するように構成されたので、事前に一度補正式を導いておけば、同じ形状・材質のものに対しては同一の補正式を用いることができ、効率よく測定精度の低下を防止することができる。

上述した第６の発明に係るトロリ線検測方法によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測方法であって、測域センサを操作して測域センサからのデータを取得する第一の工程と、測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるもののみを抽出してその座標を出力する第二の工程と、測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される一又は複数の測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出する第三の工程と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力する第四の工程と、複数のトロリ線候補座標からなる近似式とトロリ線候補座標とを比較することによりトロリ線候補座標がノイズであるか否かを判定する第五の工程とからなるので、ノイズによる測定精度の低下を防止することができる。

上述した第７の発明に係るトロリ線検測方法によれば、第五の工程が、ある測定値を検出する直前に検出した複数の測定値に基づいて近似式を求め、該近似式に基づいて測定値がトロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われるので、測定値のノイズを事前に取り除くことができ、測定値に何らかの操作を加える際、ノイズによる精度低下を防止することができる。また、トロリ線の偏位が直線状になることが事前にわかっているので、複雑な計算をせずに測定値がノイズか否かの判定を行うことができる。ノイズを判定する際、全ての測定値を必要としないので、リアルタイムにトロリ線の高さや偏位を表示することができる。

上述した第８の発明に係るトロリ線検測方法によれば、第五の工程が、車両の走行速度およびトロリ線の配設条件に基づいてトロリ線座標検出手段において検出された測定値がトロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われるので、測域センサによってトロリ線を測定しつつ、ノイズを取り除くことができ、トロリ線の測定を終了した後で測定値を用いる際の精度低下を抑制することができる。また、第２の発明と併用してノイズを判定する際のしきい値として使用することができる。

上述した第９の発明に係るトロリ線検測方法によれば、第五の工程が、トロリ線座標検出手段において検出された測定対象物の測定値から得られるハフ曲線を利用して測定値がトロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われるので、多数決の原理により少数のノイズの影響を受けずにハンガ間の測定データから直線を得ることができ、事前にノイズを除去する第７、第８の発明と同程度の性能が得られる。

上述した第１０の発明に係るトロリ線検測方法によれば、測域センサによって測定した測定値を、測定対象物の実際の位置である真値に補正するための補正式を算出し、該補正式を用いて測域センサによって得られる測定値を真値に補正した後、第二の工程を行うので、事前に一度補正式を導いておけば、同じ形状・材質のものに対しては同一の補正式を用いることができ、効率よく測定精度の低下を防止することができる。

図１（ａ）は本発明の第１の実施例に係るトロリ線検測装置の適用例を模式的に示す正面図、図１（ｂ）は本発明の第１の実施例に係るトロリ線検測装置の適用例を模式的に示す側面図である。 本発明の実施例１に係るトロリ線検測装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るトロリ線検測装置による処理の流れを示すフローチャートである。 トロリ線の敷設例を示す説明図である。 本発明の実施例１における測域センサによる測定結果例を示す説明図である。 本発明の実施例１における測域センサによる他の測定結果例を示す説明図である。 本発明の実施例３に係るトロリ線検測装置の構成を示すブロック図である。 図８（ａ）は本発明の実施例３における測域センサによる測定結果例を示す説明図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す測定値をハフ曲線に変換した例を示す説明図である。 本発明の実施例４に係るトロリ線検測装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４に係るトロリ線検測装置による処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例４における測域センサによる測定結果例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本実施例に係るトロリ線検測装置及びトロリ線検測方法の詳細を説明する。

図１乃至図６を用いて本発明に係るトロリ線検測装置及びトロリ線検測方法の第１の実施例について説明する。

図１に示すように、本実施例に係るトロリ線検測装置は、車両１の屋根上にトロリ線４を測定可能に設置された測域センサ２と、車両１の内部に設置された演算装置３とを備えて構成されている。

測域センサ２は、レーザ光を車両１の進行方向に平行な軸周りで放射線状に投光し、その反射光を受光することによって測定対象物までの距離を測定するものである。本実施例では、測域センサ２は図１に示す測定範囲Ａ（スキャン角度２７０°）を１０８０ステップでスキャンするものとし、これにより角度分解能ωは０．２５°となっている。

これに対し、演算装置３は測域センサ２による測定結果に基づいてトロリ線４の高さや偏位等を算出する部分である。この演算装置３には、図２に示すように制御部３０１、第一メモリ３０２、検出範囲抽出部３０３、第二メモリ３０４、トロリ線座標検出部３０５、第三メモリ３０６、ログ出力部３０７、ノイズ判定処理部３０８が設けられている。

制御部３０１は測域センサ２の操作を行い、測域センサ２によって検出された測定対象物の距離・角度データは第一メモリ３０２に格納される。検出範囲抽出部３０３は、第一メモリ３０２から取り出した距離・角度データに基づき、予め設定した検出範囲Ｂ内に存在する測定対象物の座標を対象物座標として抽出する。より具体的には、測域センサ２から入力される測定対象物までの距離・角度を直交座標に変換した後、検出範囲Ｂに存在する測定対象物から得られる座標のみを抽出し、これらの座標を対象物座標として出力する。なお、検出範囲Ｂは、測定範囲Ａ内に、トロリ線４の高さ方向及び水平方向の偏位に基づいて設定される。

トロリ線座標検出部３０５は、第二メモリ３０４から取り出した測域センサ２による一回のスキャンで連続して得られた複数の対象物座標のうち、最もその位置が低い座標をトロリ線４の座標とみなし、これをトロリ線座標として出力する。なお、一回のスキャンで連続して測定対象物を検出した後に、間隔をおいて検出範囲Ｂ内で再度測定対象物を検出した際には、二度目に検出された測定対象物を新たなトロリ線とみなし、第二のトロリ線の座標として出力する。

トロリ線座標検出部３０５から出力されたトロリ線座標は第三メモリ３０６に格納される。ログ出力部３０７は、第三メモリ３０６から取り出したトロリ線座標を履歴データとして特定のフォーマットで出力する。このログ出力部３０７から出力された履歴データはログＬとして保管される。

ノイズ判定処理部３０８は、トロリ線４が直線状に敷設されることを利用して、ログＬとして蓄積された履歴データが所定量蓄積された後、ある時刻ｔにおける測定値と、時刻ｔの直前に測定した数点の測定値を一次関数で近似した直線から得られる予測値とを比較することで、時刻ｔに得られた測定値がノイズであるか否かを判定し、ノイズであればこれを除去する。

より具体的には、ノイズ判定処理部３０８はログＬから入力される履歴データに基づき、トロリ線４の偏位の近似式を求めるとともに、トロリ線座標検出部３０５から第三メモリ３０６を介して入力されたトロリ線座標が上記近似式を満たす直線上にあるか否かを判定し、トロリ線座標検出部３０５から第三メモリ３０６を介して入力されたトロリ線座標が上記直線状に存在しないと判断した場合はこれをノイズとして除去する。

図３に示すように、本実施例に係るトロリ線検測装置によりトロリ線の測定を行う場合、演算装置３では、まず、制御部３０１により測域センサ２を操作してトロリ線４の測定を開始し、測域センサ２によって求めた測定範囲Ａ内にある測定対象物までの距離及び角度のデータを取得する（ステップＰ１）。続いて、検出範囲抽出部３０３、トロリ線座標検出部３０５により上述したようにトロリ線４の座標を検出し（ステップＰ２）、その後ログが所定量蓄積されているか否かの判定を行う（ステップＰ３）。

ステップＰ３においてログが所定量蓄積されていると判定された場合（ＹＥＳ）は、ノイズ判定処理部３０８によりノイズ判定処理を行い（ステップＰ４）、その後ログ出力部３０７により履歴データを出力する（ステップＰ５）。一方、ステップＰ３においてログが所定量蓄積されていないと判定された場合（ＮＯ）は、ログ出力部３０７によりトロリ線座標検出部３０５において求めたトロリ線座標を履歴データとして出力する（ステップＰ５）。上記ステップＰ１からステップＰ５の工程を測定終了まで繰り返す（ステップＰ６）。

ここで、ノイズ判定処理部３０８において測域センサ２によって測定されたノイズを除去する例について詳細に説明する。図４に示すように、トロリ線４は、パンタグラフの一部だけが磨耗してしまうことを防止するために、ちょう架線５から延びるハンガ６によって偏位方向（車両１の進行方向に対して左右方向）にジグザグになるように配設されている。そのため、本実施例では、ある時刻ｔにおいて検出された測定点について、その測定点が時刻ｔの直前に測定された複数の点を一次近似してなる直線上にあるか否かを考慮することで、検出範囲Ｂ内に存在する測定対象物がトロリ線４であるかノイズであるかを判定するようにしている。

例えば、図５に示すように時刻ｔ₅における測定対象物の偏位に対し、時刻ｔ₅の直前に測定した数点（ここでは、時刻ｔ₁〜ｔ₄に測定した４点ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃，ｐ₄）の測定結果に基づいて最小二乗法により次式（１）を求める。
ｘ＝ｘ（ｔ） ・・・（１）

そして、測域センサ２により求めた時刻ｔ₅における偏位（以下、実測偏位という）と、上記（１）式にｔ＝ｔ₅を代入して得られた値（以下、予測偏位という）とを比較し、実測偏位と予測偏位との差が予め設定する所定値αより大きい場合はこれをノイズと判定し、トロリ線４の測定値としてカウントしないようにする。

ここで、所定値αの設定方法としては以下の二通りの方法が考えられる。
第一に、測定対象物の座標の実測偏位をｘ₀、予測偏位をｘ_eとしたとき、これら実測偏位ｘ₀と予測偏位ｘ_eとの関係が下式（２）を満たす場合、即ち、実測偏位ｘ₀と予測偏位ｘ_eとの差αが予め設定する一定値（本実施例では、α＝１００ｍｍ）より大きい場合に測定対象物をノイズとみなすものである。

即ち、ｘ₀とｘ_eとの関係が下式（３）を満たす場合はツインシンプルカテナリ式により並行して敷設された隣のトロリ線を検出している可能性が高いと考えられる。

そのため、測定対象物の実測偏位ｘ₀と予測偏位ｘ_eとの関係がツインシンプルカテナリ式により並行して敷設された二つのトロリ線の間隔よりも大きく、上記（２）式を満たす場合はこの測定対象物をノイズとみなす。

第二の方法は、一次近似式の傾きと測域センサの測定誤差を用いてノイズの判定を行うものである。
図６に示すように、例えば、時刻ｔ₁〜ｔ₄において測定した結果に基づいて算出した一次近似式が下式（４）に示すように傾きａ（＞０）であったとする。
ｘ（ｔ）＝ａｔ＋ｂ ・・・（４）
ただし、ａ，ｂは定数。

ここで、ｔ＝ｔ₄における測定箇所が丁度ハンガ６に対応する位置であった場合、ｔ＝ｔ₅における測定点ｐ₅’とｔ＝ｔ₄における測定点ｐ₄とから得られる一次近似式の傾きは概ね−ａとなる。また、測域センサ２固有の測定誤差を±δとすると、上記（４）式にｔ＝ｔ₅を代入して得られる予測偏位ｘ_eから、ｔ＝ｔ₄における測定箇所が丁度ハンガ６に対応する位置であった場合の実測偏位ｘ₀との間の誤差は最大で約２ａΔｔ＋δとなる（ここで、Δｔ＝ｔ₅−ｔ₄）。

更に、折り返さない場合を考慮して、最大誤差として２ａΔｔ＋２δを見込んでおけば十分である。よって、実測偏位ｘ₀と予測偏位ｘ_eとの関係が下式（５）を満たす場合、即ち、実測偏位ｘ₀と予測偏位ｘ_eとの差が近似式及び測域センサ２固有の測定誤差から得られる値（本実施例では、α＝２ａΔｔ＋２δ）より大きい場合は測定対象物をノイズとみなしてよい。

このような処理を行うことにより、測域センサ２による測定におけるノイズを、トロリ線４の測定を行いながら取り除くことができる。

上述した本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、測定値のノイズをトロリ線４の測定を行いつつ取り除くことができるので、例えば、測定終了後に測定値に何らかの操作を加える際、ノイズによる精度低下を抑制することができる。また、トロリ線の偏位が直線状になることが事前に分かっているので、複雑な計算をせずに測定値がノイズであるか否かの判定ができる。また、ノイズを判定する際、すべての測定値を必要としないので、リアルタイムにトロリ線の高さや偏位を求め、これを表示することができる。

本発明に係るトロリ線検測装置及びトロリ線検測方法の第２の実施例について説明する。
本実施例は、上述した実施例１とはノイズ判定処理部３０８における処理が異なるものである。その他の構成は図１乃至図３に示し上述したものと概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材については同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

本実施例はトロリ線４の敷設の条件を利用することによって簡便な方法でノイズを除去するようにしたものである。即ち、トロリ線４は表１に示すようにレールから決まった高さと偏位に存在しなければならないことが定められている。

これを利用して、図１に示したようにトロリ線４を検出するための検出範囲Ｂを設けることができる。さらに実施例１でも示したように、トロリ線４はハンガ６間において直線状に支持されている。ハンガ６間の距離は３．５ｍあるいは５ｍであり、表１に示すようにこの区間での高さは在来線で４００ｍｍ、新幹線で５００ｍｍ変動する可能性がある。また、偏位方向には在来線で５００ｍｍ、新幹線で６００ｍｍ移動する可能性がある。

ここで、ハンガ６間の距離をｄ［ｍｍ］、ハンガ６間で変動するトロリ線４の高さ又は偏位をＷ［ｍｍ］、車両１の速度をＶ［ｋｍ／ｈ］、角度分解能をω［msec］とすると、ある時刻ｔで検出されたトロリ線４が次の時刻までに変動する距離Ｄは、下式（６）で表される。

例えば、トロリ線４がハンガ６間でより大きく変動するような値を採用することとして、在来線がｄ＝３．５ｍで最大Ｗ＝５００ｍｍ、新幹線がｄ＝３．５ｍで最大Ｗ＝６００ｍｍ変動する可能性があるとする。在来線を走る電車の速度は最高Ｖ＝１６０ｋｍ／ｈ、新幹線の速度は最高Ｖ＝３００ｋｍ／ｈであるので、これらの値と測域センサ２の時間分解能がω＝０．２５msec程度であることとを利用して、ある時刻でスキャンしたトロリ線４の位置（高さ又は偏位）が、次の時刻にどの程度変動する可能性があるかを求めると、その最大値Ｄmaxは在来線で１．６ｍｍ、新幹線で３．５７ｍｍとなる。

即ち、実施例１と同様に測域センサ２固有の誤差を±δ［ｍｍ］と考えると、ある時刻ｔにおいて測定したトロリ線の偏位または高さが、時刻ｔ−１において測定した値に比較して３．５７＋２δｍｍあるいは１．６＋２δｍｍよりも離れていれば、その測定値をノイズとみなすことができる。

このように構成される本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、測定値のノイズをトロリ線４を測定しつつ取り除くことができるので、測定値を用いて何らかの作業を行う際の精度低下を抑制することができる。また、上述した実施例１と併用し、ノイズ判定処理部３０８においてノイズの判定に用いる所定値αとして用いれば、ノイズ判定の精度を向上させることができる。

図７及び図８を用いて本発明に係るトロリ線検測装置及びトロリ線検測方法の第３の実施例について説明する。
本実施例は、実施例１とはノイズ判定処理部３０８の構成が異なるものである。その他の構成は図１乃至図３に示し上述したものと概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

本実施例においてノイズ判定処理部３０８はトロリ線４が直線状に敷設されることを利用し、全ての測定が終了した後にハフ（Hough）変換を利用してノイズの判定を行う。ハフ変換は画像上の点列から直線を検出する技法であり、大多数が正しいデータの場合にはノイズに対して頑健であるという特徴を有する。

図７に示すように、本実施例においてノイズ判定処理部３０８は、蓄積されたログＬに対して各々がノイズであるか否かを判定する処理を行い、ノイズであると判定された履歴データはこれを消去する。

図８を用いてノイズ判定処理部３０８における処理を詳しく説明すると、ノイズ判定処理部３０８では、まず、全ての測定を終えた後、下式（８）によりログＬに蓄積されている全ての履歴データに対して各々に対応するハフ曲線ρ_iを求める。
ρ_i＝ｘ_iｃｏｓθ＋ｙ_iｓｉｎθ ・・・（８）

続いて、最も多くのハフ曲線ρ_iが通過する点Ｑ（θ，ρ）を探す。そして、この点Ｑ（θ，ρ）を順次（８）式のρ_iに代入し、（８）式が成立しないハフ曲線（図８ではρ₃）、換言すると、点Ｑ（θ，ρ）を通らないハフ曲線ρ_iに変換された測定点（図８ではｐ₃）をノイズとみなす。このような処理によりログＬに蓄積された履歴データの中からノイズ（ここでは、点ｐ₃）を検出し、これを削除する。

本実施例は、ハフ変換において、同じ直線上にある任意の点から得られるハフ曲線が相互に一点で交わるという性質を利用している。図８から、同じ直線上の点ｐ₁，ｐ₂，ｐ₄，ｐ₅から得られるハフ曲線ρ₁，ρ₂，ρ₄，ρ₅は同一点Ｑ（θ，ρ）で交わるが、同じ直線上にないｐ₃から得られるハフ曲線ρ₃と、他のハフ曲線ρ₁，ρ₂，ρ₄，ρ₅とは、それぞれ点Ｑ（θ，ρ）とは異なる点で交わっていることがわかる。

測域センサ２によるトロリ線４の検出では、ハンガ６等の誤検出がノイズとなる。したがってほとんどのデータはトロリ線４の高さ・偏位を表しており、ハフ変換を利用することはこのようなデータ群に有効である。つまり、このように構成された本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、多数決の原理により少数のノイズの影響を受けずにハンガ６間の測定データから直線を得ることができるため、トロリ線４の測定中にノイズを除去する上述した実施例１、実施例２に係るトロリ線検測装置と同程度の精度が得られる。

図９乃至図１０を用いて本発明に係るトロリ線検測装置及びトロリ線検測方法の第４の実施例について説明する。本実施例は、上述した実施例１乃至実施例３において説明したいずれかの演算部３における処理に、距離データベース作成処理及び補正式作成処理を行うようにしたものである。

測域センサ２はレーザ光を利用したものであることから、測定対象物の色や素材によって、測定値が変わる可能性がある。このような場合、真値を横軸にとり、測定値を縦軸にとってプロットしたときに、二次までの関数で特性を表現することができれば近似した関数を使って測定距離を補正することができる。

そこで、本実施例では、図９に示すように演算部３に距離データベース作成部３Ａ及び補正式作成部３Ｂを設け、測域センサ２により計測する測定距離をトロリ線４に対して予め測定し、補正式を求めておくことによって、トロリ線４をリアルタイムに検測する際に測域センサ２の固有の特性を吸収するようにしている。以下、上述した実施例１乃至実施例３において説明した部材と同一の部材については同一符号を用いて重複する説明を省略し、異なる点を中心に説明する。なお、図９において、図２または図７に示し上述した構成については一部図示を省略している。

図９に示すように、距離データベース作成部３Ａは、制御部３０１、真値入力部３１１、第一メモリ３１２、代表距離統計部３１３、第二メモリ３１４、真値・測定値対応関係出力部３１５、第三メモリ３１６、及び距離データベース３１７を備えている。一方、補正式作成部３Ｂは、第四メモリ３１８、近似関数作成部３１９、第五メモリ３２０、逆関数作成部３２１、第六メモリ３２２、及びログＬ_3Bを備えている。

距離データベース作成部３Ａでは、真値入力部３１１にレーザ測距計等を用いて作業者により予め測定された測域センサ２からトロリ線４までの距離Ｄ_H（図１参照）が入力され、この測定値が距離の真値として第三メモリ３１６に格納される。制御部３０１は測域センサ２の操作を行い、測域センサ２による測定を複数回実行する。測域センサ２によって検出された測定対象物の複数回分の測定距離のデータは第一メモリ３１２に格納される。代表距離統計部３１３は、第一メモリ３１２から取り出した複数の測定距離のデータに対して統計処理を施し、すべての測定距離のデータの平均値を測定距離として出力する。代表距離統計部３１３から出力された測定距離は第二メモリ３１４に格納される。

真値・測定値対応関係出力部３１５は第二メモリ３１４から取り出した測定距離と、第三メモリ３１６から取り出した距離の真値とを対応させ、対応結果を真値・測定値対応関係として出力する。この真値・測定値対応関係に基づいて、距離データベース３１７が更新される。

また、補正式作成部３Ｂでは、距離データベース３１７から出力された全ての真値・測定対応関係が第四メモリ３１８に格納される。近似関数作成部３１９は第四メモリ３１８から取り出した全ての真値・測定対応関係に基づいて近似関数を作成し、近似関数係数を出力する。近似関数作成部３１９から出力された近似関数係数は第五メモリ３２０に格納される。

逆関数作成部３２１は第五メモリ３２０から取り出した近似関数係数に基づいて逆関数を作成し、逆関数係数を出力する。逆関数作成部３２１から出力された逆関数係数は第六メモリ３２２を経てログＬ_3Bとして蓄積される。

以下、図１０を用いて本実施例に係る演算部における補正式を算出する流れを説明する。図１０に示すように、本実施例に係るトロリ線検測装置においては、まず、測域センサ２から測定対象物（ここでは、トロリ線４）までの距離Ｄ_Hの真値を取得する（ステップＰ１）。測域センサ２からトロリ線４までの距離Ｄ_Hの測定は、例えば、レーザ測距計等の適切な測定器具を用いて作業者により行う。この測定結果を真値入力部３１１により入力し、これを距離の真値として第三メモリ３１６に格納する。

続いて、制御部３０１により測域センサ２を操作してトロリ線４の測定を開始し、測域センサ２によってこの測定センサ２からトロリ線４の下面までの距離を一点につき複数回測定して、すべての測定結果を複数回測定距離（距離データ）として第一メモリ３１２に格納する（ステップＰ２）。

続いて、代表距離統計部３１３において第一メモリ３１２から取り出した複数回測定距離に対する統計処理を行い、代表距離として測定距離の平均を求めてこれを第三メモリ３１６に格納し、且つ、真値・測定値対応関係出力部３１５において第三メモリ３１６から取り出した距離の真値と測定距離の平均とから真値と測定値の対応関係を求め、得られた真値・測定値対応関係により距離データベースを更新する（ステップＰ３）。

続いて、測定範囲Ａのうち、測定対象物（トロリ線４）を検出可能な最小距離と最大距離、及びその間の予め設定されるトロリ線４の複数の位置（以下、これらを総称して予め設定した測定点という）に対してそれぞれ複数回ずつ測定を行ったか否かの判定を行う（ステップＰ４）。ステップＰ４において、予め設定した測定点における測定が終了していない場合（ＮＯ）はステップＰ１に戻り、予め設定した複数点における測定が終了するまで上記ステップＰ１からステップＰ４の処理を繰り返す。

一方、ステップＰ４において予め設定した測定点における測定が終了している場合（ＹＥＳ）は近似関数作成部３１９において距離データベース３１７から第四メモリ３１８を経て入力される全ての測定点における真値・測定距離対応関係に基づき、最小二乗法などにより測定値を真値の関数で表した近似関数を導出する（ステップＰ５）。導出した近似関数から得られる係数は第五メモリ３２０に格納される。

続いて、逆関数作成部３２１において、第五メモリ３２０から入力される近似関数係数に基づき補正式となる逆関数を求める（ステップＰ６）。得られた逆関数の係数は第六メモリ３２２を経てログＬ_3Bとして蓄積される。

即ち、図１１に一例を示すように測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離の真値をｘ、測域センサ２による測定値をｙとすると、測定値ｙを、最小二乗法で求めたときのｘとｙの関係はｙ＝ｆ（ｘ）で表される。そこで、このｙ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｆ^-1（ｙ）を求め、この逆関数ｘ＝ｆ^-1（ｙ）を補正式として用いることで測定値ｙから真値ｘを得ることができる。

ここで、ログＬ_3Bに最終的に記録される内容は二つ又は三つの数値となる。より詳しくは、近似関数が一次式の場合にログＬ_3Bに記録される内容は二つ、二次式の場合にログＬ_3Bに記録される内容は三つとなる。

このようにして保存されたログＬ_3Bは、例えば、図２または図７に示す第一メモリ３０２に格納され、検出範囲抽出部３０３において対象物座標を抽出する際に用いられる。すなわち、本実施例では、ログＬ_3Bから取り出した係数を用いて測域センサ２によって得られた測定値を真値に補正するための補正式を構成し、検出範囲抽出部３０３において、測域センサ２からトロリ線４までの距離を変数として補正式に代入することで各材質に合わせて補正された距離の真値を取得し、取得した距離の真値に基づいて対象物座標を抽出するようにする。

このように構成されることにより、本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、事前に一度補正式を求めておくことで、同じ形状・材質の被測定物に対しては同一の補正式を用いればよく、これにより高精度に測定を行うことができる。

なお、上述したステップＰ５における処理は、演算部３において自動判定を行う、または、測定を終了するか否かを作業者により判断し、作業者が測定の終了の可否を演算部３に入力することにより行うなど、必要に応じて種々の手段を用いるようにすればよい。

例えば、演算部３において自動判定を行う場合は、まず、測定物を検出可能な最小距離ｄ_min［ｍｍ］と最大距離ｄ_max［ｍｍ］、測定幅ｄ_w［ｍｍ］を入力し、続いて、測定回数Ｎ（ＮはＮ＜（ｄ_max−ｄ_min）／ｄｗ＋２を満たす最大の自然数）を求め、作業者により測域センサ２からトロリ線４までの距離の真値を測定するごとに測定回数をカウントし、測定回数がＮ回に達したら測定を終了する、というような処理を行えばよい。

ここで、使用する測域センサ２の測定可能範囲や測定対象物、また実験時の状況によって作業者が測定点の数を変更するような場合はステップＰ５の判定は作業者によって行う方がよい。

本発明は、トロリ線検測装置及び検測方法に適用して好適なものである。

１ 車両
２ 測域センサ
３ 演算装置
３０１，３１１ 制御部
３０２，３０４，３０６，３１２，３１４，３１６，３１８，３２０，３２２ メモリ
３０３，３１３ 検出範囲抽出部
３０５ トロリ線座標検出部
３０６ ログ出力部
３０８ ノイズ判定処理部
３１３ 代表距離統計部
３１５ 真値・測定値対応表作成部
３１９ 近似関数作成部
３２１ 逆関数作成部
４ トロリ線
５ ちょう架線
６ ハンガ
Ａ 測定範囲
Ｂ 検出範囲
Ｌ，Ｌ_3B ログ
ＤＢ 距離データベース

Claims (10)

1. 車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置により前記トロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段、前記測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるもののみを抽出してその座標を出力する検出範囲抽出手段、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される一又は複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段、前記トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段、及び、複数の前記トロリ線候補座標からなる近似式と前記トロリ線候補座標とを比較することにより前記トロリ線候補座標がノイズであるか否かを判定するノイズ判定処理手段を備えることを特徴とするトロリ線検測装置。
2. 前記ノイズ判定処理手段が、ある測定値を検出する直前に検出した複数の測定値に基づいて前記近似式を求め、該近似式に基づいて前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することを特徴とする請求項１記載のトロリ線検測装置。
3. 前記ノイズ判定処理手段が、前記車両の走行速度および前記トロリ線の配設条件に基づいて前記トロリ線座標検出手段において検出された測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のトロリ線検測装置。
4. 前記ノイズ判定処理手段が、前記トロリ線座標検出手段において検出された前記測定対象物の測定値から得られるハフ曲線を利用して前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することを特徴とする請求項１記載のトロリ線検測装置。
5. 前記測域センサによって測定した測定値を、前記測定対象物の実際の位置である真値に補正するための補正式を算出する手段を備え、前記検出範囲抽出手段が、前記補正式を用いて前記測定値を真値に補正した後、前記測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるものを抽出するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のトロリ線検測装置。
6. 車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置により前記トロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測方法であって、前記測域センサを操作して前記測域センサからのデータを取得する第一の工程と、前記測域センサによって測定される測定対象物のうちその位置が予め設定した検出範囲内にあるもののみを抽出してその座標を出力する第二の工程と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される一又は複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出する第三の工程と、前記トロリ線座標を特定のフォーマットで出力する第四の工程と、複数の前記トロリ線候補座標からなる近似式と前記トロリ線候補座標とを比較することにより前記トロリ線候補座標がノイズであるか否かを判定する第五の工程とからなることを特徴とするトロリ線検測方法。
7. 前記第五の工程が、ある測定値を検出する直前に検出した複数の測定値に基づいて前記近似式を求め、該近似式に基づいて前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われることを特徴とする請求項６記載のトロリ線検測方法。
8. 前記第五の工程が、前記車両の走行速度および前記トロリ線の配設条件に基づいて前記トロリ線座標検出手段において検出された測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われることを特徴とする請求項６又は請求項７記載のトロリ線検測方法。
9. 前記第五の工程が、前記トロリ線座標検出手段において検出された前記測定対象物の測定値から得られるハフ曲線を利用して前記測定値が前記トロリ線のものであるかノイズであるかを判定することにより行われることを特徴とする請求項６記載のトロリ線検測方法。
10. 前記測域センサによって測定した測定値を、前記測定対象物の実際の位置である真値に補正するための補正式を算出し、該補正式を用いて前記測域センサによって得られる測定値を真値に補正した後、前記第二の工程を行うことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のトロリ線検測方法。

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