JP2010261867A - Gnss radiowave observation device for measuring rail creep and rail creep measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道レールのふく進を全地球測位システム（ＧＮＳＳ）の電波に基づいて測定する構成に関する。 The present invention relates to a configuration for measuring the advance of a railroad rail based on radio waves of a global positioning system (GNSS).
鉄道レールは、温度による伸縮等の原因により長手方向に移動することがあり、これは一般に「ふく進」と呼ばれている。レールのふく進の状況は鉄道の安全輸送に密接に関連するので、鉄道会社等は保安のために、レールのふく進の状況の調査を必要に応じて適宜行っている。 Railroad rails may move in the longitudinal direction due to factors such as expansion and contraction due to temperature, and this is generally called “stretching”. Since the state of rail advancement is closely related to the safe transportation of railroads, railway companies etc. appropriately investigate the state of rail advancement for safety reasons.
従来から、レールのふく進量を測定する方法としては、対象のレールに予め目印を付けるとともに、当該レールの両側の脇にも基準点の印を設置しておき、両側の基準点の間に渡した糸と、レールの目印と、の位置関係を目視で測定する方法が知られている。この方法は、例えば特許文献１において言及されている。
Conventionally, as a method of measuring the amount of advancement of a rail, the target rail is marked in advance, and a reference point mark is also set on both sides of the rail, and the reference point between both sides is A method is known in which the positional relationship between the handed yarn and the rail mark is measured visually. This method is mentioned in
しかしながら、上記の方法はレールの上に糸を架け渡す必要があるため、測定が可能な時間帯は列車が運行を休止する夜間等に事実上限られる。従って、例えば継続的な観測により昼夜でのふく進量の変化を明らかにすることはできなかった。また、目視による計測のため多くの人手を要し、頻繁に計測することは困難であった。 However, since the above method requires a thread to be laid on the rail, the time period during which measurement is possible is actually limited to the nighttime when the train stops operation. Therefore, for example, it was not possible to clarify the change in the amount of advance during the day and night by continuous observation. In addition, a lot of manpower is required for visual measurement, and it is difficult to measure frequently.
なお、上記特許文献１は、電子カメラにより目印及び基準点を撮影した画像から当該目印及び基準点を演算処理装置により自動認識し、その位置関係からふく進量を自動的に計算する構成を提案している。しかしながら、この方法においても作業員が電子カメラで撮影する作業が必要となり、作業の一層の省力化という観点から改善の余地が残されていた。
なお、レールのふく進の状況を知るための別の方法としては、レールの温度をセンサにより計測して膨張率を理論式により計算し、これからふく進の量を推定する方法も知られている。しかし、この方法はレールのふく進自体を計測するものではないため、ふく進の量を正確に知りたいという要請に応えることが困難である。 As another method for knowing the state of rail advancement, a method is also known in which the temperature of the rail is measured by a sensor, the expansion rate is calculated by a theoretical formula, and the amount of advancement is estimated from this. . However, since this method does not measure the advance of the rail itself, it is difficult to respond to a request to know the amount of advance accurately.
更に、レールに状態監視装置を取り付けて当該レールの歪み（軸力）と温度を計測し、理論式からレールの状態を推定することも行われている。しかしながら、この方法も間接的な計測にとどまり、軸力及び温度の値がレールのふく進の状況を完全に反映するものではないので、データの解釈が困難な点で改善の余地があった。 In addition, a state monitoring device is attached to the rail, the strain (axial force) and temperature of the rail are measured, and the state of the rail is estimated from a theoretical formula. However, this method is also only an indirect measurement, and the values of axial force and temperature do not completely reflect the state of rail advancement, so there is room for improvement in that it is difficult to interpret the data.
更に、レール上を保線用車両で走行し、そのときの走行音及び振動に基づいてレールのふく進に基づく異常を経験的に判定する方法も行われている。しかしながら、この方法には熟練が必要であり、また、判定基準が判定者によって異なることが多く、客観的な説得性も十分とはいいがたい。 Further, there is a method in which an abnormality based on rail advancement is empirically determined based on the running sound and vibration at the time when the vehicle runs on a rail track. However, this method requires skill, and the judgment criteria are often different depending on the judge, and the objective persuasion is not sufficient.
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、レールのふく進を無人で直接的かつ客観的に計測できるレールふく進計測システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a rail advance measurement system that can measure the advance of the rail unattended and directly and objectively.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の第１の観点によれば、以下の構成のレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置が提供される。即ち、このレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置は、ＧＮＳＳアンテナ素子と、アンテナハウジングと、アンテナケーブルと、増幅器と、受信回路と、を備える。前記ＧＮＳＳアンテナ素子は、レールに設けられ、該レールの伸縮とともに移動可能である。前記アンテナハウジングは、前記ＧＮＳＳアンテナ素子を収容する。前記アンテナケーブルは、前記ＧＮＳＳアンテナ素子に電気的に接続されるとともに、前記アンテナハウジングから外部に引き出される。前記増幅器は、前記ＧＮＳＳアンテナ素子から前記アンテナケーブルを介して入力された信号を増幅する。前記受信回路は、前記増幅器で増幅された信号を処理することにより観測データを取得し、当該観測データを出力する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a GNSS radio wave observation apparatus for rail advance measurement having the following configuration. In other words, this GNSS radio wave observation apparatus for measuring the travel of rails includes a GNSS antenna element, an antenna housing, an antenna cable, an amplifier, and a receiving circuit. The GNSS antenna element is provided on a rail and is movable along with the expansion and contraction of the rail. The antenna housing houses the GNSS antenna element. The antenna cable is electrically connected to the GNSS antenna element and pulled out from the antenna housing. The amplifier amplifies a signal input from the GNSS antenna element via the antenna cable. The reception circuit acquires observation data by processing the signal amplified by the amplifier, and outputs the observation data.
これにより、ＧＮＳＳ測位を用いて、レールのふく進の状況に関する直接的かつ客観的なデータを継続して取得することができる。また、無人での計測が可能になるので、ふく進の計測作業の著しい省力化を達成することができる。更に、増幅器及び受信回路をレールから十分に離して配置できるので、夏場等にレールが高温になってもその影響を回避でき、観測装置の誤動作や故障を防止することができる。 Thereby, the direct and objective data regarding the state of rail advancement can be continuously acquired using GNSS positioning. In addition, since unattended measurement is possible, significant labor saving can be achieved in the forward measurement work. Furthermore, since the amplifier and the receiving circuit can be arranged sufficiently away from the rail, the influence can be avoided even when the rail becomes hot in summer or the like, and malfunction and failure of the observation apparatus can be prevented.
前記のレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置においては、前記ＧＮＳＳアンテナ素子は、樹脂ケースからなる前記アンテナハウジングと一体化されていることが好ましい。 In the GNSS radio wave observation apparatus for measuring the travel of the rail, the GNSS antenna element is preferably integrated with the antenna housing made of a resin case.
これにより、列車が通過する際の振動及び衝撃に耐え、安定した観測を実現することができる。 This makes it possible to withstand vibrations and shocks when the train passes and to realize stable observation.
前記のレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置は、前記アンテナハウジングを前記レールの脇の位置で支持するための取付治具を備える。前記取付治具は、フラット形状となるように構成された前記アンテナハウジングが水平から傾斜した姿勢となるように当該アンテナハウジングを支持する。 The above-described GNSS radio wave observation apparatus for measuring the travel of rails preferably has the following configuration. In other words, this GNSS radio wave observation apparatus for measuring the advance of the rail includes a mounting jig for supporting the antenna housing at a position on the side of the rail. The mounting jig supports the antenna housing so that the antenna housing configured to have a flat shape is inclined from the horizontal.
これにより、建築限界を容易に遵守でき、ＧＮＳＳ電波を良好に受信可能なＧＮＳＳ電波観測装置を提供することができる。 As a result, it is possible to provide a GNSS radio wave observation apparatus that can easily comply with the building limits and can satisfactorily receive GNSS radio waves.
前記のレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置は、前記レールに近い側が前記取付治具に片持ち支持される取付部材を備える。前記アンテナハウジングは、前記取付部材の上面に配置される。 The above-described GNSS radio wave observation apparatus for measuring the travel of rails preferably has the following configuration. That is, the rail advancement measurement GNSS radio wave observation apparatus includes a mounting member that is cantilevered by the mounting jig on the side close to the rail. The antenna housing is disposed on an upper surface of the mounting member.
これにより、簡素な構成でＧＮＳＳ電波を良好に受信できる。 Thereby, a GNSS radio wave can be satisfactorily received with a simple configuration.
前記のレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記取付治具は、前記レールの下側に配置される基部と、この基部の一端から立ち上げられる支持部と、を有する断面略Ｌ字状に形成されている。前記取付治具は、固定具によって前記レールに固定される。前記取付部材は、前記支持部の上部に固定部材を介して固定される。 The above-described GNSS radio wave observation apparatus for measuring the travel of rails preferably has the following configuration. In other words, the mounting jig is formed in a substantially L-shaped cross section having a base portion disposed on the lower side of the rail and a support portion raised from one end of the base portion. The attachment jig is fixed to the rail by a fixture. The attachment member is fixed to an upper portion of the support portion via a fixing member.
これにより、レールの伸縮に応じてＧＮＳＳアンテナ素子を一体的に移動させることが可能な簡素な支持構造を実現できる。 Thereby, the simple support structure which can move a GNSS antenna element integrally according to the expansion-contraction of a rail is realizable.
前記のレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置においては、建築限界の外側に設置されることが好ましい。 In the above-mentioned GNSS radio wave observation apparatus for measuring the advance of the rail, it is preferable that the rail is installed outside the building limit.
これにより、ＧＮＳＳ電波観測装置が列車の運行の妨げにならないので、レールへ継続的に設置でき、長期間の計測が可能になる。また、列車の通過の都度取り外す必要がなくなるので、長期間にわたる無人での自動計測が可能になり、著しい省力化を実現できる。 Thereby, since the GNSS radio wave observation apparatus does not hinder the operation of the train, it can be continuously installed on the rail, and long-term measurement is possible. In addition, since it is not necessary to remove the train every time it passes, unattended automatic measurement over a long period of time becomes possible, and significant labor savings can be realized.
本発明の第２の観点によれば、以下の構成のレールふく進計測システムが提供される。即ち、このレールふく進計測システムは、前記のレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置を複数備える。また、レールふく進計測システムは、定められた基準点においてＧＮＳＳ電波を観測するための基準点ＧＮＳＳ電波観測装置を備える。前記基準点は、前記ＧＮＳＳアンテナ素子が設置される測定点の位置をＧＮＳＳ干渉測位法で測定する基準とされる。 According to the 2nd viewpoint of this invention, the rail advance measurement system of the following structures is provided. That is, this rail advance measurement system includes a plurality of the above-described GNSS radio wave observation devices for rail advance measurement. The rail advance measurement system also includes a reference point GNSS radio wave observation device for observing a GNSS radio wave at a predetermined reference point. The reference point is a reference for measuring the position of the measurement point where the GNSS antenna element is installed by the GNSS interferometric positioning method.
これにより、干渉測位法を用いて複数の測定点の位置を基準点との関係で精度良く求め、レールのふく進の状況を正確に得ることができる。 As a result, the position of the plurality of measurement points can be obtained with high accuracy in relation to the reference point using the interference positioning method, and the state of rail advancement can be obtained accurately.
前記のレールふく進計測システムにおいては、前記基準点ＧＮＳＳ電波観測装置が備えるアンテナハウジングの構成は、前記レールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置の前記アンテナハウジングの構成と異なることが好ましい。 In the rail advance measurement system, the configuration of the antenna housing provided in the reference point GNSS radio observation device is preferably different from the configuration of the antenna housing of the rail advance measurement GNSS radio observation device.
これにより、レールの伸縮に伴って移動するレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置のアンテナハウジングと、不動である基準点に取り付けられる基準点ＧＮＳＳ電波観測装置のアンテナハウジングと、を異ならせることで、状況に応じた好適な電波観測をそれぞれ実現し、測定精度を向上させることができる。 Thereby, by differentiating the antenna housing of the GNSS radio wave observation apparatus for rail advance measurement that moves with the expansion and contraction of the rail, and the antenna housing of the reference point GNSS radio wave observation apparatus attached to the stationary reference point, It is possible to realize appropriate radio wave observation according to the situation and improve the measurement accuracy.
前記のレールふく進計測システムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このレールふく進計測システムは、前記レールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置及び前記基準点ＧＮＳＳ電波観測装置が観測した観測データを解析する解析装置を備える。前記解析装置は、基線解析部と、残差計算部と、位相乱れ電波到来方向出力部と、を備える。前記基線解析部は、前記観測データから、ＧＮＳＳ干渉測位法の二重位相差の式に基づいて、前記測定点の位置と、整数値バイアスと、を最小二乗法により求める。前記残差計算部は、得られた前記測定点の位置及び整数値バイアスを前記二重位相差の式に代入して計算することにより得られる二重位相差と、前記観測データから前記二重位相差の式に基づいて得られる二重位相差と、の差である残差を、それぞれの測定点及びＧＮＳＳ衛星について計算する。前記位相乱れ電波到来方向出力部は、前記残差が所定値以上となった測定点とＧＮＳＳ衛星の組合せについて、当該測定点から見た当該ＧＮＳＳ衛星からの電波到来方向を計算して出力可能である。前記基線解析部は、前記観測データにおいて、測定点から見たＧＮＳＳ衛星からの電波到来方向が予め設定された除外領域内にあるときは、当該ＧＮＳＳ衛星に係る観測データを解析対象から除外した上で、前記測定点の位置と、整数値バイアスと、を前記二重位相差の式に基づいて求めることが可能に構成されている。 In the rail advance measurement system, the following configuration is preferable. That is, this rail advance measurement system includes an analysis device that analyzes observation data observed by the rail advance measurement GNSS radio observation device and the reference point GNSS radio observation device. The analysis device includes a baseline analysis unit, a residual calculation unit, and a phase disturbance radio wave arrival direction output unit. The baseline analysis unit obtains the position of the measurement point and the integer value bias from the observation data based on the double phase difference formula of the GNSS interferometric positioning method by the least square method. The residual calculation unit is configured to calculate the double phase difference obtained by substituting the obtained position of the measurement point and the integer value bias into the double phase difference formula and calculating the double phase difference from the observation data. The residual, which is the difference between the double phase difference obtained based on the phase difference formula, is calculated for each measurement point and GNSS satellite. The phase disturbance radio wave arrival direction output unit can calculate and output the radio wave arrival direction from the GNSS satellite viewed from the measurement point with respect to the combination of the measurement point and the GNSS satellite in which the residual becomes a predetermined value or more. is there. When the radio wave arrival direction from the GNSS satellite viewed from the measurement point is within the preset exclusion area in the observation data, the baseline analysis unit excludes the observation data related to the GNSS satellite from the analysis target. Thus, the position of the measurement point and the integer value bias can be obtained based on the double phase difference formula.
このように、測定点の位置を求めるときに特定の方向（除外領域に含まれる方向）から到来するＧＮＳＳ電波を観測データから除外することで、レール付近に設置されることが多い障害物に基づくマルチパスの影響を良好に除去して、ふく進の状況を精度良く取得することができる。また、位相乱れ電波到来方向出力部の出力結果を利用することで前記除外領域を過不足なく適切に定めることができるので、マルチパスによる測定精度の低下を回避しつつ、有効なデータをより多く取得することができる。 As described above, when the position of the measurement point is obtained, the GNSS radio wave coming from a specific direction (direction included in the exclusion region) is excluded from the observation data, thereby being based on an obstacle often installed near the rail. The influence of multipath can be removed satisfactorily, and the progress status can be acquired with high accuracy. In addition, since the exclusion region can be appropriately determined without excess or deficiency by using the output result of the phase disturbance radio wave arrival direction output unit, more effective data can be obtained while avoiding a decrease in measurement accuracy due to multipath. Can be acquired.
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るレールふく進計測システム１の全体的な構成を示す模式図である。
Next, embodiments of the invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a rail
図１に示すレールふく進計測システム１は、鉄道において敷設されるレール２に沿って設置された複数の測定点観測装置（ＧＮＳＳ電波観測装置）２１，２１・・・と、所定の基準点に設置される基準点観測装置３１と、を備えている。本実施形態において前記レール２は、複数本の標準的な長さのレール（定尺レール）を溶接により長手方向に連結して１本の長いレールとした、いわゆるロングレールとして構成されている。
1 includes a plurality of measurement point observation devices (GNSS radio wave observation devices) 21, 21,... Installed along a
複数の測定点観測装置２１は、レール２の長手方向に適当な間隔をあけて設定された測定点において、上空に飛来するＧＰＳ衛星（ＧＮＳＳ衛星）６から送信された電波をそれぞれ観測するように構成されている。それぞれの測定点観測装置２１は、電波受信部７と、アンテナケーブル８と、制御ユニット９と、を備えている。
The plurality of measurement
それぞれの測定点観測装置２１の電波受信部７は、レール２に設定された前記測定点に固定される。従って、例えば寒暖の影響でレール２が伸縮すると、測定点の移動に応じて電波受信部７も移動することになる。なお、それぞれの測定点観測装置２１の詳細な構成については後述する。
The
基準点観測装置３１は、予め定められた基準点において、ＧＰＳ衛星６から送信された電波を常時観測するように構成されている。この基準点観測装置３１が備える電波受信部７ｘは、レール２の近傍にある適宜の位置（基準点）に固定される。この基準点としては、地質的に安定であり、ＧＰＳ電波を良好に受信できる不動の場所が選択される。この基準点の位置は、例えば国土地理院が設置及び運営している電子基準点からのディファレンシャルＧＰＳ測位を行うことにより、予めその位置が正確に求められている。
The reference
測定点観測装置２１，２１・・・は、ケーブル３によって接続されている。測定点観測装置２１，２１・・・には、図略の電源から当該ケーブル３を介して電力が供給される。同様に、基準点観測装置３１にはケーブル３ｘが接続されており、このケーブル３ｘを介して基準点観測装置３１に電力が供給される。
The measurement
この構成で、測定点観測装置２１，２１・・・及び基準点観測装置３１は、地球の上空を周回する複数のＧＰＳ衛星６から送信されるＧＰＳ電波を、電波受信部７，７ｘにより受信する。そして、これらの観測装置２１，３１は、受信したＧＰＳ電波における搬送波の位相に関する値（位相差積算値）、当該データに係る電波の受信時刻、及び、ＧＰＳ電波に乗せられている航法メッセージから得られたＧＰＳ衛星６の軌道情報等を観測データとして取得する。
With this configuration, the measurement
前記ケーブル３，３ｘには、測定点観測装置２１及び基準点観測装置３１から得られる観測データを集約して後述の解析装置５１へ送信するための中継装置４１が接続されている。測定点観測装置２１，２１・・・は、それぞれが取得した観測データを、ケーブル３を使用して中継装置４１へ送信する。また、基準点観測装置３１は、取得した観測データを、ケーブル３ｘを介して中継装置４１へ送信する。
Connected to the
中継装置４１は、各観測装置２１，３１から受信した観測データを蓄積するとともに、所定時間ごとに解析装置５１へ当該観測データを送信する。本実施形態では、中継装置４１は携帯電話によるデータ通信を用いて解析装置５１に観測データを送信するが、これに限定されるものではなく、例えばＩＳＤＮ等のデジタル回線網を用いることができる。
The
解析装置５１は、中継装置４１との通信により得られた観測データを解析することにより、各測定点の移動量、移動方向及びその時間変化を取得し、ディスプレイやプリンタ等に出力することができる。
The
次に、測定点観測装置２１の構成について図２を参照して説明する。図２は、測定点観測装置２１の構成を示す一部断面図である。
Next, the configuration of the measurement
ふく進の計測対象としてのレール２には、ＧＰＳアンテナ素子６３を当該レール２に取り付けるためのベース体（取付治具）５５が、ボルト（固定具）５６によって固定されている。このベース体５５は断面Ｌ字状に構成されており、レール２の下面に配置される基部５７と、この基部５７の一端（前記ボルト５６と反対側の端部）から立ち上げられる支持部５８と、を有している。
A base body (attachment jig) 55 for attaching the
基部５７は、平底形状に構成されたレール２の底部の一端を上下方向に挟み込んだ状態で、ボルト５６で締め付けて固定できるようになっている。また、前記支持部５８の上部には、平板状の部材をほぼＬ字状に折り曲げて形成された取付部材５９が、ボルト６０（固定部材）を介して固定される。この取付部材５９は、アンテナケース（アンテナハウジング）６１を取り付けるための平坦な取付面６２を有している。
The base 57 can be fixed by tightening with a
アンテナケース６１は、適宜の合成樹脂（例えば、ポリカーボネート）により、扁平（フラット）な直方体状に形成されている。アンテナケース６１の内部には、下面側が開放された収容空間が形成されており、この収容空間の内部にＧＰＳアンテナ素子６３が保持されている。ＧＰＳアンテナ素子６３としては、適宜の樹脂で構成された基板の上面に導体のアンテナパターンを形成し、下面にアースパターンを形成した、フラットな形状のパッチアンテナが採用されている。
The
ＧＰＳアンテナ素子６３の周囲は、例えば金属から形成されたシールドケース６４で覆われている。このシールドケース６４とアンテナケース６１との間にはコーキングが適宜施されており、これによりシールドケース６４（ＧＰＳアンテナ素子６３）とアンテナケース６１とを一体化して、ＧＰＳアンテナ素子６３の位置のブレを防止することができる。また、上記のようにＧＰＳアンテナ素子６３とアンテナケース６１とが機械的に一体化されているので、列車（鉄道車両）１１の通過時の振動及び衝撃からＧＰＳアンテナ素子６３を強固に保護し、安定した観測を実現することができる。
The periphery of the
アンテナケース６１は、前記収容空間の開放側を閉鎖するように、前記取付部材５９の取付面６２に固定される。これにより、アンテナケース６１及びＧＰＳアンテナ素子６３は、水平から若干傾斜した姿勢でレール２に対して支持される。このレイアウトにより、レール２の周囲に設定されている建築限界１０を遵守しつつ、ＧＰＳ電波を良好に受信することができる。
The
アンテナケース６１と取付部材５９との間にはＯリング等のシール部材が配置されており、アンテナケース６１内に雨水等が侵入することを防止している。また、前記取付面６２及びアンテナケース６１は、レール２から離れるに従って下方となるように水平から若干傾斜して配置されており、雨水等の滞留による電波受信の障害を防止できるようになっている。本実施形態では、上記のＧＰＳアンテナ素子６３、アンテナケース６１、ベース体５５、取付部材５９等により、測定点観測装置２１の電波受信部７が構成されている。
A seal member such as an O-ring is disposed between the
ＧＰＳアンテナ素子６３には、前記アンテナケーブル８が電気的に接続されている。このアンテナケーブル８は同軸ケーブルとして構成されており、アンテナケース６１の下面から引き出されている。アンテナケーブル８は、取付部材５９に形成された図略の貫通孔を通じて取付部材５９の下側に更に引き出され、後述の制御ユニット９に接続される。
The
より詳細に説明すると、前記ＧＰＳアンテナ素子６３は多点給電型のパッチアンテナとして構成されており、前記アンテナケース６１には図略のカプラが内蔵されている。そして、前記アンテナケーブル８は、前記カプラから、制御ユニット９が備える増幅器７１までを電気的に接続している。
More specifically, the
ここで、測定点観測装置２１においては、制御ユニット９をレール２から一定程度離れた場所に配置する必要があるので、前記アンテナケーブル８を短くすることは困難である。加えて、アンテナケーブル８を流れるのは増幅される前の信号であるため、ノイズの影響を受け易い。そこで本実施形態では、外部皮膜を二重にした構成（二重編組型）の同軸ケーブルを前記アンテナケーブル８として採用し、ノイズを抑制できるように配慮している。
Here, in the measurement
制御ユニット９はボックス状の筐体を有しており、この内部に、増幅器７１と、受信回路７２と、が配置されている。受信回路７２は、コード同期回路と、位相同期回路と、を備えている。制御ユニット９に入力された信号は、増幅器７１により十分な信号レベルにまで増幅された後、受信回路７２により、ＰＮコード（公知の擬似雑音符号）に基づいて衛星ごとに分離される。更に、受信回路７２は、コード位相の同期と、各ＧＰＳ衛星６が搬送波に乗せた航法メッセージの読取りを行う。これにより、ＧＰＳ衛星６の軌道、ＧＰＳ衛星６に搭載される時計の誤差の補正値、電離層の影響を軽減するための補正係数等を取得することができる。
The
また、ＧＰＳ衛星６から送信された搬送波は、受信回路７２において発生させた搬送波レプリカと比較され、これにより搬送波の位相差が求められる。
Further, the carrier wave transmitted from the
上記の位相差のデータの取得は、予め設定された時間間隔（エポック）ごとに反復して行われる。受信回路７２は、最初のエポックで位相差を求めた後は、搬送波を継続して観測し、位相差をカウントしていく。そして、エポックが到来するごとに、最初のエポックから現在のエポックまでの位相差の積算値（位相差積算値）が取得される。この位相差積算値は、電波の受信時刻、ＧＰＳ衛星６の軌道の情報等とともに、前記中継装置４１を介して解析装置５１へデジタルデータとして送信される。
The acquisition of the phase difference data is repeatedly performed at predetermined time intervals (epochs). After obtaining the phase difference at the first epoch, the receiving
本実施形態では上述したように、ＧＰＳアンテナ素子６３で受信した信号を処理するための増幅器７１及び受信回路７２が、当該ＧＰＳアンテナ素子６３を収容するアンテナケース６１とは異なるハウジング（制御ユニット９の筐体）に配置されている。そして、アンテナケース６１から外部に引き出されるアンテナケーブル８を介して取り出された信号が、制御ユニット９の増幅器７１及び受信回路７２によって処理される構成となっている。これにより、電子回路からなる増幅器７１及び受信回路７２をレール２から十分に離れた位置に配置できるので、例えば夏場にレール２が高温になっても増幅器７１及び受信回路７２の温度を上昇しにくくでき、測定点観測装置２１の誤動作や故障を防止することができる。
In the present embodiment, as described above, the
なお、基準点観測装置３１の構成は図１に示すように、測定点観測装置２１の構成とは若干異なっている。具体的には、基準点観測装置３１が備える電波受信部７ｘは、レドーム内に、ＧＰＳアンテナ素子と、増幅器と、受信回路と、を配置した一体型の構成となっている。なお、基準点観測装置３１の増幅器及び受信回路の機能は、前記測定点観測装置２１と実質的に同様であるので、説明を省略する。基準点観測装置３１で得られた位相差積算値は、電波の受信時刻、ＧＰＳ衛星６の軌道の情報等とともに、前記中継装置４１を介して解析装置５１へデジタルデータとして送信される。
The configuration of the reference
次に、解析装置５１の詳細な構成を説明する。図３は解析装置５１のブロック図である。
Next, a detailed configuration of the
図１に示すように、本実施形態のレールふく進計測システム１を構成する解析装置５１は、汎用のパーソナルコンピュータを利用して構成されている。この解析装置５１は、演算部及び制御部としてのＣＰＵと、記憶部としてのＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスクと、を備えている。前記ハードディスクには、解析装置５１によって干渉測位の基線解析等を行うためのプログラム等が、適宜の記憶媒体を用いてインストールされている。
As shown in FIG. 1, the
そして、上記ハードウェアとソフトウェアとの協働により、解析装置５１においては図３のブロック図に示すように、観測データ入力部８１と、基線解析部８２と、残差計算部８３と、位相乱れ電波到来方向出力部８４と、マスク領域記憶部８５と、電波到来方向判定部８６と、結果出力部８７と、を含む各部が構築されている。
As a result of the cooperation between the hardware and software, in the
観測データ入力部８１は、測定点観測装置２１及び基準点観測装置３１が得た観測データを前記中継装置４１との通信により取得し、前記ハードディスク等にファイル形式で保存するように構成されている。
The observation
基線解析部８２は、入力された前記観測データに基づいて、ＧＰＳ電波の位相差に関する計算処理（具体的には、干渉測位法の基線解析）を行うことで、それぞれの測定点の位置を求める。なお、この基線解析（第１基線解析）においては、後述の第２基線解析とは異なり、全ての観測データが基線解析の対象とされる。また、上記の干渉測位法の詳細については後述する。
The
残差計算部８３は、基線解析部８２で求められた測定点の位置に測定点観測装置２１があった場合に観測されるべき理論的な位相差と、実際に測定点観測装置２１で観測されたデータに基づく位相差と、の差である残差を、それぞれの測定点及びＧＰＳ衛星について計算する。
The
位相乱れ電波到来方向出力部８４は、残差計算部８３で計算された残差が所定値以上であった場合に、当該測定点から見たときの当該ＧＰＳ衛星からの電波の到来方向を求め、これをディスプレイやプリンタ等の適宜の出力部に出力する。
The phase disturbance radio wave arrival
マスク領域記憶部８５は、解析装置５１のオペレータが指示したマスク領域（除外領域）を記憶する。このマスク領域の指示は、前記位相乱れ電波到来方向出力部８４の出力結果を参考にして、オペレータがマウスやキーボードを操作することにより行うことができる。マスク領域が指定されると、前記基線解析部８２は、当該マスク領域を考慮して改めて基線解析を行う（第２基線解析）。
The mask
電波到来方向判定部８６は、それぞれの測定点の観測データについて、当該測定点から見たときの各ＧＰＳ衛星からの電波の到来方向を計算し、この到来方向が前記マスク領域内であるか否かを判定する。基線解析部８２は、前記第２基線解析を行うときに、電波の到来方向が前記マスク領域内にある衛星については、当該ＧＰＳ衛星に係る観測データを解析の対象から除外する。
The radio wave arrival
結果出力部８７は、マスク領域を考慮した基線解析（第２基線解析）の結果を、ディスプレイやプリンタ等の適宜の出力部に出力する。
The
次に、上記の構成の解析装置５１によって解析を行う基本的な考え方である干渉測位について説明する。図４は、干渉測位で用いられる二重位相差を説明する図である。
Next, interference positioning, which is a basic concept of performing analysis by the
即ち、本実施形態では、ＧＰＳ相対測位の一種である干渉測位法を用いて測定点の測位を行っている。図４において、レール２に設定された測定点ｕ０（測定点観測装置２１）で計測されるＧＰＳ衛星ｋからの電波（前記搬送波）の位相φu0 kは、測定点ｕ０と衛星ｋとの間との距離ｒu0 kを用いて、式（１）のように表される。
また、位置が既知である基準点ｕｂ（基準点観測装置３１）において計測されるＧＰＳ衛星ｋからの搬送波の位相φub kは、具体的な式は省略するが、基準点ｕｂと衛星ｋとの距離ｒub kを用いて、式（１）と同様に表される。 Further, the phase φ ub k of the carrier wave from the GPS satellite k measured at the reference point ub (reference point observation device 31) whose position is known is omitted from a specific formula, but the reference point ub, the satellite k, The distance r ub k is expressed in the same manner as in the equation (1).
そして、ＧＰＳ衛星ｋに対して基準点ｕｂと測定点ｕ０においてそれぞれ得られる位相の差はφu0 k−φub kと表すことができ、異なるＧＰＳ衛星ｌに対して基準点ｕｂと測定点ｕ０においてそれぞれ得られる位相の差はφu0 l−φub lと表すことができる。以上により、両位相差の差は式（２）のように表される。
そして、式（１）等を式（２）に代入すると、次の式（３）を得る。
この式（３）は二重位相差と呼ばれ、干渉測位の基礎式として知られている。この二重位相差を計算することにより、観測装置２１，３１とＧＰＳ衛星６のそれぞれの時計誤差を消去できるとともに、電離層遅延、大気圏遅延等の大きな誤差についても原則として消去することができる。従って、誤差の要因としては、その他の誤差εφのみが残る。
This equation (3) is called a double phase difference and is known as a basic equation for interference positioning. By calculating this double phase difference, the clock errors of the
式（３）の左辺（φu0-ub k-l）には、測定点観測装置２１及び基準点観測装置３１において観測された位相が代入される。一方、式（３）の右辺においては、距離ｒu0 k及びｒu0 lに含まれる測定点ｕ０の座標と、整数部Ｎu0-ub k-lが未知数となる。干渉測位における基線解析では、長時間の観測期間中に測定点ｕ０及び基準点ｕｂで測定して式（２）で得られる位相と、式（３）の右辺の計算値と、を用いて、両者の差の二乗和が最小となる上記の未知数（測定点ｕ０の座標と整数部Ｎu0-ub k-l）の値を求める。この方法は、観測期間中に衛星の位置が変化することを利用して測定点ｕ０の座標と整数部（整数値バイアス）を決定するものであり、一般にスタティック測位と呼ばれている。
The phase observed in the measurement
以上により、測定点観測装置２１のＧＰＳアンテナ素子６３の位置（即ち、レール２のふく進の状況）と、整数値バイアスとを、観測装置２１，３１及びＧＰＳ衛星６の時計誤差等の様々な要因で生じる誤差を除去しつつ取得することができる。以上が、前記基線解析部８２によって行われる第１基線解析である。
As described above, the position of the
しかしながら、上記の干渉測位の基礎式では除去することができない誤差要因も幾つか存在し、その代表的なものの１つがマルチパスである。即ち、鉄道のレール２の近傍には側壁、防音壁、金網等の多様な構造物が設置されることが多く、そのレイアウトによっては図４に示すように、ＧＰＳ衛星６から送信された電波が直接ではなく他の構造物９０に反射してＧＰＳアンテナ素子６３に到達することがある（反射波、マルチパス）。この反射波の経路はＧＰＳアンテナ素子６３に直接届く場合（直接波）よりも長くなるため、観測装置２１側では誤差が位相の遅れとして生じ、測定精度の低下を招く。
However, there are some error factors that cannot be removed by the above-described basic equation of interference positioning, and one of the representative factors is multipath. That is, various structures such as side walls, soundproof walls, and wire meshes are often installed in the vicinity of the
そこで、本実施形態の解析装置５１では、観測装置２１，３１から得られたデータを基に、マルチパスを排除するために無視すべきＧＰＳ衛星６の方向（測定点観測装置２１のＧＰＳアンテナ素子６３から見た方向）を、所定の領域であるマスク領域（除外領域）を設定することで指定できるようになっている。そして、基線解析部８２が改めて基線解析を行う場合は、測定点からみたＧＰＳ衛星６の方向（電波の到来方向）がマスク領域に含まれているときに当該ＧＰＳ衛星６からの電波を考慮しないようにする。以上が第２基線解析であり、再計算された測定点ｕ０の座標及び整数値バイアスは精度が高くなることが期待される。本実施形態の解析装置５１では、この第２基線解析の結果を、ふく進に関するデータとして結果出力部８７により出力できるようになっている。
Therefore, in the
そして、本実施形態の解析装置５１では、上記のマスク領域を設定するときの手掛かりとするために、以下に説明する残差を計算する。残差とは、上記の干渉測位で求められた観測地点（測定点ｕ０）の位置において本来得られるべきＧＰＳ電波の位相差（計算値）と、実際の計測に基づく位相差と、の差を意味する。この残差は、ＧＰＳ衛星６から送信される電波において、搬送波の位相の乱れの大きさを表す指標となり得るものである。
And in the
以下、残差の計算の手順を説明する。即ち、先ず、上述した干渉測位の基礎式によって、測定点ｕ０の座標と整数部Ｎu0-ub k-lの値を求める。そして、この測定点ｕ０の座標と整数部Ｎu0-ub k-lの値を、式（３）の右辺第１項及び第２項に代入するとともに、測定点観測装置２１において測定された位相を当該式（３）の左辺に代入する。
The procedure for calculating the residual will be described below. That is, first, the coordinates of the measurement point u0 and the value of the integer part N u0-ub kl are obtained by the basic equation of interference positioning described above. Then, the coordinates of the measurement point u0 and the value of the integer part N u0-ub kl are substituted into the first term and the second term on the right side of the equation (3), and the phase measured by the measurement
すると、得られた測定点ｕ０の位置からすれば受信機において測定されるべきである理論的な位相差と、実際に測定点観測装置２１において測定された位相差と、の差を計算することができる。本明細書では、この２つの位相差の差を「残差」と定義する。この残差は、式（２）及び式（３）を用いて、以下の式（４）のように表すことができる。
この残差は、測定点観測装置２１において測定されるべき理想的な位相差と、実際の測定に基づく位相差と、の乖離度を意味する。従って、測定点観測装置２１において位相が正確に測定されている場合は残差の値はゼロに近づくが、マルチパスが生じている場合は、位相遅れの影響で上記の残差の値は大きくなると考えられる。従って、上記の残差が所定値以上であった場合は、当該衛星の方向が、マルチパスが生じ易い方向であると推定することができる。
This residual means a degree of divergence between an ideal phase difference to be measured by the measurement
なお、上記の残差を実際に計算するには、当該残差を求めたい衛星のほかに、基準となる衛星のデータが必要になる。基準となる衛星の選択方法は種々考えられるが、本実施形態では、計測期間中において最も高度（水平面からの高さ）が高い衛星を、基準の衛星として定めている。これは、衛星の仰角が大きいほど、当該衛星からの信号がマルチパスを生じにくくなるためである。 In addition, in order to actually calculate the above-described residual, in addition to the satellite for which the residual is to be obtained, reference satellite data is required. Various methods of selecting a reference satellite can be considered. In this embodiment, the satellite having the highest altitude (height from the horizontal plane) during the measurement period is determined as the reference satellite. This is because the signal from the satellite is less likely to cause multipath as the elevation angle of the satellite is larger.
次に、解析装置５１におけるマスク領域の設定と測定点の位置の再計算（第２基線解析）について、本実施形態のレールふく進計測システム１を適用した実験の結果を具体的に紹介しながら説明する。この実験では、レールが敷設されたある実験地点において、７つの測定点及び１つの基準点を図５のように定めた。この実験地点には、南東−北西方向に延びる約７５０メートルのレール（ロングレール）が敷設されており、第１〜第７測定点は、当該レールに沿って適当な間隔をあけて設定された。また、基準点は、第２測定点の近傍にある適当な位置に設定された。
Next, with reference to the setting of the mask area and the recalculation of the position of the measurement point (second baseline analysis) in the
本実験では、それぞれの測定点に測定点観測装置２１の電波受信部７を設置し、基準点には基準点観測装置３１の電波受信部７ｘを設置した。そして、７つの測定点それぞれについて、上記の干渉測位法により測位（第１基線解析）を行うとともに、ＧＰＳ衛星６について前記の残差を計算した。
In this experiment, the
図６は、ある測定期間において図５の第１測定点の上空に飛来した衛星の軌跡のうち、前記残差が所定値以上となった部分を含む衛星の軌跡を示している。なお、図６においては、衛星の軌跡（電波の到来方向の軌跡）のうち、所定値以上の残差を生じた部分が黒塗りの四角形で強調してプロットされている。 FIG. 6 shows the trajectory of a satellite including a portion where the residual is equal to or greater than a predetermined value among the trajectories of the satellites flying over the first measurement point in FIG. 5 during a certain measurement period. In FIG. 6, the portion of the satellite trajectory (the trajectory in the direction of arrival of radio waves) where a residual greater than or equal to a predetermined value is emphasized and plotted with a black square.
図６において、残差が大きくなっている部分は測定点（測定点観測装置２１の電波受信部７）から見て北東の方向に集中している。そこで調査したところ、前記第１測定点の北東側には側壁が設置されていることが判明した。従って、残差の大きい部分（ＧＰＳ電波の搬送波位相が乱れている部分）は、この側壁によるマルチパスの影響によるものと考えられる。
In FIG. 6, the portion where the residual is large is concentrated in the northeast direction as viewed from the measurement point (the
解析装置５１には、マルチパスが生じ易い電波の到来方向を診断して表示し、後述のマスク領域をオペレータに指定させるためのプログラムが予めインストールされている。これにより、解析装置５１の位相乱れ電波到来方向出力部８４は、位相に乱れが生じた観測データに係る衛星の軌跡と、そのうち前記残差が大きい部分とを、例えば図６のようなグラフの形でディスプレイに視覚的に表示することができる。そして、解析装置５１のオペレータは、当該グラフ上で前記残差が大きいプロット群をほぼ囲むような図形の輪郭をマウス等で指定することにより、基線解析の対象から除外したい領域であるマスク領域（除外領域）を、例えば図６の破線のハッチングで示すように指定することができる。図６には、第１測定点の北東側にはレール２に沿って細長い側壁が設置されていることを考慮し、細長い領域がマスク領域として指定された例が示されている。このマスク領域の指定は、それぞれの測定点について個別に行うことができる。
The
解析装置５１のマスク領域記憶部８５（図３）は、オペレータが上記のように指定したマスク領域を記憶する。そして、電波到来方向判定部８６は、それぞれの測定点及びエポックにおいて、当該測定点から見たときのＧＰＳ衛星からの電波の到来方向を観測データから計算する。そして、基線解析部８２は、ＧＰＳ衛星６が送信した電波の到来方向が当該マスク領域内にあるときは、その到来方向に係る観測データを解析対象から除外しつつ、測定点の位置を計算により求める（第２基線解析）。これにより、測定点において電波到来方向がマスク領域内にあるときは、当該電波を受信しなかったものと実質的にみなして基線解析を行うことができる。
The mask area storage unit 85 (FIG. 3) of the
このマスク処理（対象除外処理）により、測定点の測位精度を一層向上させることができる。具体的には、前記実験により得られた観測データをマスク処理して計算した場合に得られた測位結果の標準偏差は、マスク処理をしない場合と比べて、前記エポックを３０秒に設定して１時間のスタティック測位を行った場合で約１／２のレベルまで減少させることができた。 By this masking process (target exclusion process), the positioning accuracy of the measurement point can be further improved. Specifically, the standard deviation of the positioning result obtained when the observation data obtained by the experiment is calculated by masking is set to 30 seconds as compared with the case where the masking is not performed. When static positioning was performed for 1 hour, the level could be reduced to about ½.
図７（ａ）は、上記マスク領域を考慮した解析結果（第２基線解析の結果）の例であり、第１測定点の基線長（基準点から第１測定点までの距離）の相対変化をほぼ１０日間にわたってプロットしたものである。なお、図７（ｂ）には、当該実験地点における気温のデータに基づいてレールのふく進を計算し、これから推測した第１測定点の基線長の相対変化が示されている。 FIG. 7A is an example of an analysis result (a result of the second baseline analysis) in consideration of the mask area, and a relative change in the baseline length (distance from the reference point to the first measurement point) of the first measurement point. Is plotted over approximately 10 days. FIG. 7B shows a relative change in the baseline length of the first measurement point calculated from the rail advance based on the temperature data at the experimental point.
図７（ａ）から判るように、日中に気温が良く上昇した日においては、観測データから得られた第１測定点の基線長が明りょうな極値を示している。また、観測データによる第１測定点の基線長が極小値を示すタイミングは、気温データから理論式により計算した基線長（図７（ｂ））の極小値と良く一致している。このことからも、本実施形態のシステムがレール２のふく進を好適に計測できることが判る。
As can be seen from FIG. 7A, on the day when the temperature rises well during the day, the baseline length of the first measurement point obtained from the observation data shows a clear extreme value. Further, the timing at which the baseline length of the first measurement point based on the observation data shows the minimum value is in good agreement with the minimum value of the baseline length (FIG. 7B) calculated from the temperature data by the theoretical formula. This also shows that the system of this embodiment can measure the advance of the
また、本実施形態では、レール２の脇の位置にコンパクトなアンテナケース６１を配置する構成であり、建築限界１０の外側に納まるレイアウトとなっている。従って、測定点観測装置２１が列車１１の運行の妨げにならないので、レール２への継続的な設置が可能になる。この結果、例えば図７（ａ）に示すような長期間の計測を行い、昼夜の気温差に起因するふく進の挙動を明らかにすることも容易である。更には、いったん設置すれば無人での自動計測が可能になるので、その省力化の効果は顕著である。
Moreover, in this embodiment, it is the structure which arrange | positions the
なお、マルチパスが生じ易い電波の到来方向は、測定点の周囲における障害物（構造物９０）の位置等が変更されない限り、殆ど変化しないと考えられる。従って、１回の第１基線解析でマスク領域を適切に設定してマスク領域記憶部８５に記憶しておけば、その後は第２基線解析だけで、レール２のふく進を良好な精度で継続的に計測することができる。
Note that the direction of arrival of radio waves that are likely to cause multipath is considered to hardly change unless the position of the obstacle (structure 90) around the measurement point is changed. Therefore, if the mask area is appropriately set and stored in the mask
以上に示すように、本実施形態のレールふく進計測システム１が備える測定点観測装置２１は、ＧＰＳアンテナ素子６３と、アンテナケース６１と、アンテナケーブル８と、増幅器７１と、受信回路７２と、を備える。ＧＰＳアンテナ素子６３は、レール２に設けられ、該レール２の伸縮とともに移動可能である。アンテナケース６１は、ＧＰＳアンテナ素子６３を収容する。アンテナケーブル８は、ＧＰＳアンテナ素子６３に電気的に接続されるとともに、アンテナケース６１から外部に引き出される。増幅器７１は、ＧＰＳアンテナ素子６３からアンテナケーブル８を介して入力された信号を増幅する。受信回路７２は、増幅器７１で増幅された信号を処理することにより観測データを取得し、当該観測データを出力する。
As described above, the measurement
これにより、ＧＰＳ測位を用いて、レール２のふく進の状況に関する直接的かつ客観的なデータを継続して取得することができる。また、無人での計測が可能になるので、ふく進の計測作業の著しい省力化を達成することができる。更に、増幅器７１及び受信回路７２をレール２から十分に離して配置できるので、夏場等にレール２が高温になってもその影響を回避でき、測定点観測装置２１の誤動作や故障を防止することができる。
Thereby, the direct and objective data regarding the state of advance of the
また、本実施形態の測定点観測装置２１において、ＧＰＳアンテナ素子６３は、合成樹脂からなるアンテナケース６１と一体化されている。
In the measurement
これにより、列車１１が通過する際の振動及び衝撃に耐え、安定した観測を実現することができる。
Thereby, it can endure the vibration and impact when the
また、本実施形態の測定点観測装置２１は、アンテナケース６１をレール２の脇の位置で支持するためのベース体５５を備える。このベース体５５は、フラット形状となるように構成されたアンテナケース６１が水平から傾斜した姿勢となるように当該アンテナケース６１を支持する。
Further, the measurement
これにより、建築限界１０を容易に遵守でき、ＧＰＳ電波を良好に受信可能な測定点観測装置２１を提供することができる。
Accordingly, it is possible to provide the measurement
また、本実施形態の測定点観測装置２１は、レール２に近い側がベース体５５に片持ち支持される取付部材５９を備える。そして、アンテナケース６１は、取付部材５９の上面（取付面６２）に配置される。
In addition, the measurement
これにより、簡素な構成でＧＰＳ電波を良好に受信できる。 Thereby, it is possible to satisfactorily receive GPS radio waves with a simple configuration.
また、本実施形態の測定点観測装置２１において、ベース体５５は、レール２の下側に配置される基部５７と、この基部５７の一端から立ち上げられる支持部５８と、を有する断面略Ｌ字状に形成されている。ベース体５５は、ボルト５６によってレール２に固定される。そして、取付部材５９は、支持部５８の上部にボルト６０を介して固定される。
Further, in the measurement
これにより、レール２の伸縮に応じてＧＰＳアンテナ素子６３を一体的に移動させることが可能な簡素な支持構造を実現できる。
Thereby, the simple support structure which can move the
また、本実施形態の測定点観測装置２１は、建築限界の外側に設置されている。
Moreover, the measuring
これにより、測定点観測装置２１が列車１１の運行の妨げにならないので、レール２へ継続的に設置でき、長期間の計測が可能になる。また、列車１１の通過の都度取り外す必要がなくなるので、長期間にわたる無人での自動計測が可能になり、著しい省力化を実現できる。
Thereby, since the measurement
また、本実施形態のレールふく進計測システム１は、前記測定点観測装置２１を複数備える。また、レールふく進計測システム１は、定められた基準点においてＧＰＳ電波を観測するための基準点観測装置３１を備える。この基準点は、ＧＰＳアンテナ素子６３が設置されるそれぞれの測定点の位置をＧＰＳ干渉測位法で測定する基準とされる。
The rail
これにより、干渉測位法を用いて複数の測定点の位置を精度良く求め、レール２のふく進の状況を正確に得ることができる。
Thereby, the position of a some measurement point can be calculated | required accurately using an interference positioning method, and the state of advance of the
また、本実施形態において、基準点観測装置３１のＧＰＳアンテナ素子６３は増幅器及び受信回路とともにレドーム型のアンテナハウジングに収容されており、測定点観測装置２１におけるアンテナハウジングとしてのアンテナケース６１とは構成が異なっている。
In the present embodiment, the
これにより、レール２の伸縮に伴って移動する測定点観測装置２１のアンテナケース６１と、不動である基準点に取り付けられる基準点観測装置３１のアンテナハウジングと、で構成を異ならせることで、状況に応じた好適な電波観測をそれぞれ実現し、測定精度を向上させることができる。
Accordingly, the configuration of the
また、本実施形態のレールふく進計測システム１は、測定点観測装置２１及び基準点観測装置３１が観測した観測データを解析する解析装置５１を備える。解析装置５１は、基線解析部８２と、残差計算部８３と、位相乱れ電波到来方向出力部８４と、を備える。基線解析部８２は、前記観測データから、ＧＰＳ干渉測位法の二重位相差の式に基づいて、測定点の位置と、整数値バイアスと、を最小二乗法により求める。残差計算部８３は、得られた測定点の位置及び整数値バイアスを前記二重位相差の式に代入して計算することにより得られる二重位相差と、観測データから前記二重位相差の式に基づいて得られる二重位相差と、の差である残差を、それぞれの測定点及びＧＰＳ衛星について計算する。位相乱れ電波到来方向出力部８４は、前記残差が所定値以上となった測定点とＧＰＳ衛星６の組合せについて、当該測定点から見た当該ＧＰＳ衛星６からの電波到来方向を計算して出力可能である。基線解析部は、前記観測データにおいて、測定点から見たＧＰＳ衛星６からの電波到来方向が予め設定されたマスク領域内にあるときは、当該ＧＰＳ衛星６に係る観測データを解析対象から除外した上で、測定点の位置と、整数値バイアスと、を二重位相差の式に基づいて求めることが可能に構成されている。
The rail
このように、測定点の位置を求めるときに特定の方向（マスク領域に含まれる方向）から到来するＧＰＳ電波を解析対象から除外することができるので、レール２の付近に設置されることが多い障害物に基づくマルチパスの影響を良好に除去して、ふく進の状況を精度良く取得することができる。また、位相乱れ電波到来方向出力部８４の出力結果を利用することでマスク領域を過不足なく適切に定めることができるので、マルチパスによる測定精度の低下を回避しつつ、有効なデータをより多く取得することができる。
As described above, since the GPS radio wave coming from a specific direction (direction included in the mask area) can be excluded from the analysis target when obtaining the position of the measurement point, it is often installed near the
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.
上記実施形態では、測定点観測装置２１のＧＰＳアンテナ素子６３は、合成樹脂からなるアンテナケース６１に収容され、コーキングにより一体化されている。しかしながらこれに代えて、ＧＰＳアンテナ素子６３の周囲を覆うように合成樹脂を一体的に成形し、これによりアンテナハウジングを構成しても良い。
In the said embodiment, the
上記実施形態では基準点観測装置３１の構成が測定点観測装置２１と異なっていたが、測定点観測装置２１と同様の構成の基準点観測装置３１を採用することもできる。この場合、部品の共通化によりコストを削減することができる。
In the above embodiment, the configuration of the reference
解析装置５１において、マスク領域はオペレータがディスプレイ上で手作業で設定する構成としているが、適切なマスク領域を解析装置５１側で自動的に計算して自動設定するように構成することもできる。
In the
中継装置４１を省略し、観測装置２１，３１で取得される観測データが解析装置５１に直接入力される構成に変更することができる。
The
上記実施形態では、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいてレール２のふく進を計測する構成であるが、ＧＰＳ以外の全地球測位システム（ＧＮＳＳ）を利用して測位を行う構成に変更することもできる。
In the said embodiment, although it is the structure which measures the advance of the
上記実施形態のシステムの計測対象は鉄道のレールに限定されるものではなく、例えば橋、道路等の構造体の計測についても適用することができる。 The measurement target of the system according to the above embodiment is not limited to railroad rails, and can be applied to measurement of structures such as bridges and roads.
１ レールふく進計測システム
２ レール
８ アンテナケーブル
２１ 測定点観測装置（レールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置）
３１ 基準点観測装置（基準点ＧＮＳＳ電波観測装置）
５１ 解析装置
５５ ベース体（取付治具）
６１ アンテナケース（アンテナハウジング）
６３ ＧＰＳアンテナ素子（ＧＮＳＳアンテナ素子）
７１ 増幅器
７２ 受信回路
1 Rail
31 Reference point observation device (reference point GNSS radio observation device)
51
61 Antenna case (antenna housing)
63 GPS antenna element (GNSS antenna element)
71
Claims (9)
前記ＧＮＳＳアンテナ素子を収容するアンテナハウジングと、
前記ＧＮＳＳアンテナ素子に電気的に接続されるとともに前記アンテナハウジングから外部に引き出されるアンテナケーブルと、
前記ＧＮＳＳアンテナ素子から前記アンテナケーブルを介して入力された信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された信号を処理することにより観測データを取得し、当該観測データを出力する受信回路と、
を備えることを特徴とするレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置。 A GNSS antenna element provided on the rail and movable along with expansion and contraction of the rail;
An antenna housing that houses the GNSS antenna element;
An antenna cable electrically connected to the GNSS antenna element and drawn out from the antenna housing;
An amplifier for amplifying a signal input from the GNSS antenna element via the antenna cable;
A reception circuit that obtains observation data by processing the signal amplified by the amplifier and outputs the observation data;
A GNSS radio wave observation apparatus for measuring rail advancement, characterized by comprising:
前記ＧＮＳＳアンテナ素子は、樹脂ケースからなる前記アンテナハウジングと一体化されていることを特徴とするレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置。 A GNSS radio wave observation device for measuring rail advancement according to claim 1,
The GNSS radio wave observing apparatus for rail advance measurement, wherein the GNSS antenna element is integrated with the antenna housing made of a resin case.
前記アンテナハウジングを前記レールの脇の位置で支持するための取付治具を備え、
前記取付治具は、フラット形状となるように構成された前記アンテナハウジングが水平から傾斜した姿勢となるように当該アンテナハウジングを支持することを特徴とするレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置。 A GNSS radio wave observation apparatus for measuring rail advancement according to claim 1 or 2,
A mounting jig for supporting the antenna housing at a position beside the rail;
The GNSS radio wave observation apparatus for rail advancement measurement, characterized in that the mounting jig supports the antenna housing so that the antenna housing configured to have a flat shape is inclined from the horizontal.
前記レールに近い側が前記取付治具に片持ち支持される取付部材を備え、
前記アンテナハウジングは、前記取付部材の上面に配置されることを特徴とするレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置。 A GNSS radio wave observation device for measuring rail advancement according to claim 3,
A side close to the rail includes a mounting member that is cantilevered by the mounting jig,
The GNSS radio wave observation apparatus for measuring the advance of rails, wherein the antenna housing is disposed on an upper surface of the mounting member.
前記取付治具は、前記レールの下側に配置される基部と、この基部の一端から立ち上げられる支持部と、を有する断面略Ｌ字状に形成されており、
前記取付治具は、固定具によって前記レールに固定され、
前記取付部材は、前記支持部の上部に固定部材を介して固定されることを特徴とするレールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置。 A GNSS radio wave observation apparatus for measuring rail advancement according to claim 4,
The mounting jig is formed in a substantially L-shaped cross section having a base portion disposed on the lower side of the rail and a support portion raised from one end of the base portion.
The mounting jig is fixed to the rail by a fixture,
The GNSS radio wave observation apparatus for measuring the forward travel of a rail, wherein the mounting member is fixed to an upper portion of the support portion via a fixing member.
前記レールふく進計測用ＧＮＳＳ電波観測装置及び前記基準点ＧＮＳＳ電波観測装置が観測した観測データを解析する解析装置を備え、
前記解析装置は、
前記観測データから、ＧＮＳＳ干渉測位法の二重位相差の式に基づいて、前記測定点の位置と、整数値バイアスと、を最小二乗法により求める基線解析部と、
得られた前記測定点の位置及び整数値バイアスを前記二重位相差の式に代入して計算することにより得られる二重位相差と、前記観測データから前記二重位相差の式に基づいて得られる二重位相差と、の差である残差を、それぞれの測定点及びＧＮＳＳ衛星について計算する残差計算部と、
前記残差が所定値以上となった測定点とＧＮＳＳ衛星の組合せについて、当該測定点から見た当該ＧＮＳＳ衛星からの電波到来方向を計算して出力可能な位相乱れ電波到来方向出力部と、
を備え、
前記基線解析部は、前記観測データにおいて、測定点から見たＧＮＳＳ衛星からの電波到来方向が予め設定された除外領域内にあるときは、当該ＧＮＳＳ衛星に係る観測データを解析対象から除外した上で、前記測定点の位置と、整数値バイアスと、を前記二重位相差の式に基づいて求めることが可能に構成されていることを特徴とするレールふく進計測システム。 The rail advance measurement system according to claim 7 or 8,
An analysis device for analyzing observation data observed by the GNSS radio wave observation device for measuring rail advance and the reference point GNSS radio wave observation device;
The analysis device includes:
From the observation data, based on the double phase difference formula of GNSS interferometric positioning method, a base line analysis unit for determining the position of the measurement point and the integer value bias by the least square method,
Based on the double phase difference obtained by substituting the position of the obtained measurement point and the integer value bias into the double phase difference formula and calculating, and based on the double phase difference formula from the observation data A residual calculation unit for calculating a residual which is a difference between the obtained double phase difference for each measurement point and a GNSS satellite;
A phase disturbance radio wave arrival direction output unit capable of calculating and outputting a radio wave arrival direction from the GNSS satellite viewed from the measurement point for a combination of the measurement point and the GNSS satellite in which the residual is equal to or greater than a predetermined value;
With
When the radio wave arrival direction from the GNSS satellite viewed from the measurement point is within the preset exclusion region in the observation data, the baseline analysis unit excludes the observation data related to the GNSS satellite from the analysis target. The rail advance measurement system, wherein the position of the measurement point and the integer value bias can be obtained based on the double phase difference formula.
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