JP2013001329A - 電車線位置計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で正確な電車線位置計測装置を提供する。
【解決手段】電車線２のｚ方向の位置を計測するのに用いられる近接センサ１８がパンタグラフ１４に配設される。近接センサ１８は、隣接する近接センサ１８の検出範囲が重なるように、電車線２の付設方向と略平行な面内において千鳥状に２次元配置される。電車線２はｚ方向の位置を変えながら敷設されるため、工作車１０を自走させると反応する近接センサ１８が変化する。したがって、どの近接センサが反応したかを把握することにより、電車線２の位置を計測することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、モノレールや電気鉄道などの軌道に沿って、車輌に電力を供給するために設置される電車線における点検作業に関し、特に敷設時に電車線の位置を計測するための技術に関する。

特許文献１には、パンタグラフと電車線との接触位置をカメラ等で撮影して電車線の離線を検知する技術が開示されている。

特許文献２には、近接センサの信号をトリガーにしてカメラで画像を撮影し、トロリー線の位置を測定する技術が開示されている。

特開２００７−２８８８９３号公報 特開２００６−２８２１２８号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の発明においては、電車線等をカメラで撮影する必要があり、装置が高価となるという問題がある。また、画像処理を用いるため、誤検知の恐れがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、安価で正確な電車線位置計測装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の電車線位置計測装置は、電車線に当接するように車両に配設されたパンタグラフと、検出面の前面に前記電車線が存在することを検出する複数の検出センサであって、前記検出面が前記電車線に対向するように、かつ前記検出面が前記当接面と平行方向及び前記電車線の敷設方向に対して略直交方向に並んだ状態で前記パンタグラフに配設された複数の近接センサと、を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の電車線位置計測装置によれば、車両にパンタグラフが配設され、パンタグラフの検出面の前面に前記電車線が存在することを検出する複数の近接センサが配設される。パンタグラフは、電車線に当接するよう、かつ電車線と当接する面（以下、当接面という）が電車線の付設方向と略平行となるように配設されている。複数の検出センサは、検出面が前記電車線に対向するように、かつ検出面が前記当接面と平行方向及び電車線の敷設方向に対して略直交方向に並んだ状態で配設される。これにより、一定の範囲内に敷設された電車線を検出することができる。

請求項２に記載の電車線位置計測装置は、請求項１に記載の電車線位置計測装置において、前記近接センサは、検出面が千鳥状に２次元配置されたことを特徴とする。

請求項２に記載の電車線位置計測装置によれば、近接センサの検出面が千鳥状に２次元配置されるため、近接センサの検出範囲は近接センサの外径より小さい場合においても、電車線が敷設される一定の範囲内で、電車線の検出ができない範囲がないようにすることができる。

請求項３に記載の電車線位置計測装置は、請求項１又は２に記載の電車線位置計測装置において、前記近接センサは、前記当接面より磨耗代だけ奥側に前記検出面が位置するように配設されることを特徴とする。

請求項３に記載の電車線位置計測装置によれば、当接面より磨耗代だけ奥側に検出面が位置するように近接センサが配設されるため、検出面が電車線に接触することを防止することができる。

請求項４に記載の電車線位置計測装置は、請求項１、２又は３に記載の電車線位置計測装置において、前記検出センサは、金属のみを検出可能な非接触センサであることを特徴とする。

請求項４に記載の電車線位置計測装置によれば、金属のみを検出可能な非接触センサを用いるため、電車線のみを確実に検出することができる。

請求項５に記載の電車線位置計測装置は、請求項１から４のいずれかに記載の電車線位置計測装置において、前記車両は、電車線からの電力供給無しに自走可能な検査用車両であり、前記パンタグラフは、非導電性の材料で形成されることを特徴とする。

請求項５に記載の電車線位置計測装置によれば、パンタグラフが非導電性の材料で形成されるため、パンタグラフにより電車線が傷つくことを防止することができる。

請求項６に記載の電車線位置計測装置は、請求項１から５のいずれかに記載の電車線位置計測装置において、前記複数の近接センサのうちの前面に前記電車線が存在することを検出した近接センサを示す近接センサ検出情報を前記電車線の位置の計測結果として出力する出力手段を備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の電車線位置計測装置によれば、複数の近接センサのうちの前面に電車線が存在することを検出した近接センサを示す近接センサ検出情報を電車線の位置の計測結果として出力するため、複雑な処理をすることなく電車線の位置を計測可能である。

請求項７に記載の電車線位置計測装置は、請求項６に記載の電車線位置計測装置において、前記車両の速度を測定する速度測定手段と、前記速度測定手段の測定結果に基づいて前記車両の走行距離を算出する走行距離算出手段と、を備え、前記出力手段は、前記近接センサ検出情報と、前記走行距離とを関連付けて出力することを特徴とする。

請求項７に記載の電車線位置計測装置によれば、近接センサ検出情報と走行距離とを関連付けたものを電車線の位置の計測結果として出力するため、不具合箇所を一目で認識することができる。

請求項８に記載の電車線位置計測装置は、請求項６又は７に記載の電車線位置計測装置において、前記車両の変位を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果を用いて前記近接センサ検出情報を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項８に記載の電車線位置計測装置によれば、車両の変位検出結果を用いて近接センサ検出情報を補正するため、電車線の位置をより正確に計測することができる。

本発明によれば、安価で正確な電車線位置計測装置を提供することができる。

跨座式モノレールの軌道桁及び軌道桁に沿って自走可能な検査用車両を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。 軌道桁の斜視図。 検査用車両の下部の詳細を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。 （ａ）はパンタグラフの正面図であり、（ｂ）はパンタグラフの側面透視図。 近接センサの検出範囲を示す図。 検査用車両の移動に伴い反応する近接センサが変化する様子を説明する図。 車速センサで検出された速度から各軸の速度成分を算出する方法を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。 走行距離の算出方法を説明する図。 ４個の近接センサが２列に千鳥状に配設された場合の電車線の計測結果の一例。 軌道桁の位置測定方法を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る電車線位置計測装置の実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は本発明が適用される跨座式モノレールの軌道桁１及び軌道桁１に沿って自走可能な検査用車両１０を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

軌道桁１は、図２に示すように両側面に案内面凹凸１Ａが形成され、案内面凹凸１Ａ内に電車線２が敷設される。電車線２は、モノレール車両のパンタグラフの一部のみがすり減らないようにするため、案内面凹凸１Ａ内を限度に上下方向（ｚ方向）の位置を変えながら敷設される。なお、ｘ方向はある地点（たとえば始点）における検査用車両１０の進行方向（電車線２の付設方向）であり、ｙ方向は軌道桁１を上から見たときのｘ方向と直交する方向であり、ｚ方向はｘ方向と平行かつｙ方向と直交する方向である。

検査用車両１０は、敷設時及び敷設後の検査時に用いられる車両であり、底部に配設されたタイヤ１０ａを用いて軌道桁１の上を走行する。検査用車両１０の内部には、主として、検査用車両を自走可能とする駆動手段（図示せず）と、位置補正及び走行距離取得に用いられる車速センサ１１と、位置補正に用いられるジャイロセンサ１２と、演算装置１３とが配設される。ジャイロセンサ１２は、検査用車両１０の左右方向（ｙ方向）、前後方向（ｘ方向）の略中心近傍に配設される。なお、ジャイロセンサ１２は本実施の形態では使用せず、後に詳述する近接センサ１８の出力の補正処理で使用される。

図３は、検査用車両１０の下部の詳細を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図３では、模式的に検査用車両１０をコの字状のフレームで示す。

検査用車両１０の底面下部側面内側上部には、軌道桁１の軌跡を計測するレーザ式変位計１６が４か所配設される。検査用車両１０の側面内側下部には、主として、パンタグラフ１４と、超音波式変位計１５が配設される。超音波式変位計１５は、電車線２のｙ方向の位置を計測するのに用いられる。

パンタグラフ１４は、電車線２に所定の力で接触するように、弾性部材１７を介して検査用車両１０に配設される。検査用車両１０は自走可能であるため、電車線２から電力供給を受ける必要はない。したがって、パンタグラフ１４は、非導電性かつ銅製の電車線２より弱い素材、例えばアクリル、強化プラスチック等が用いられる。そのため、電車線２が傷つくことはない。

パンタグラフ１４には、近接センサ１８が複数配設される。近接センサ１８は、電車線２のｚ方向の位置を計測するのに用いられる。近接センサ１８は、直径が略３０ｍｍ程度の略円筒形の非接触センサであり、前面に検出面１８ａが配設される。近接センサ１８の内部には検出コイル（図示せず）が配設されており、検出面１８ａから常時高周波磁界が発生している。金属が検出面１８ａ近傍に接近すると、高周波磁界により金属中に誘導電流が流れ、熱損失が発生して高周波磁界の発振が減衰または停止することにより、検出面１８ａの前面に金属（本実施の形態では電車線２）が存在することを検出する。したがって、近接センサ１８は金属のみを検出し、他の材料は検出しない。本実施の形態では、パンタグラフ１４は、非導電性の素材で形成されるため、誤検出を防止することができる。

図４（ａ）はパンタグラフ１４の正面図であり、図４（ｂ）はパンタグラフ１４の側面透視図である。パンタグラフ１４に丸孔を形成し、丸孔に近接センサ１８を埋め込むことにより、複数の近接センサ１８がパンタグラフ１４に配設される。近接センサ１８は、検出面１８ａが電車線２に対向するよう配設される。

電車線２がｚ方向の一定の範囲内に配設されるため、近接センサ１８は、図４（ａ）に示すように、ｚ方向、すなわち電車線２の敷設方向に対して略直交方向に並んだ状態でパンタグラフ１４に配設される。パンタグラフ１４が電車線２より柔らかい材料で形成されているため、近接センサ１８は、図４（ｂ）に示すように、検出面１８ａがパンタグラフ１４の電車線２と当接する面（以下、当接面という）１４ａと平行となり、かつ当接面１４ａから磨耗代（本実施の形態では略１ｍｍ）だけ奥に位置するように配設される。これにより、検出面１８ａが電車線２に接触することを防止することができる。

図５は、近接センサ１８の検出範囲を示す図であり、Ｘ方向は近接センサ１８の径方向であり、Ｙ方向は検出面１８ａに直行する方向、すなわち軸方向である。直径３０ｍｍの近接センサ１８の中心位置をＸ方向に変化させた時に、電車線を検出可能なＹ方向距離をプロットしたものである。すなわち、プロットとＸ軸で囲まれる領域が検出可能エリアとなるが、その内の電車線を中心とした半径１０ｍｍ、Ｙ方向距離２ｍｍの範囲を確実に検出するエリアに選定し、近接センサ１８を複数配列するようにした。なお、Ｙ方向の検出距離は、パンタグラフ１４の磨耗代（略１ｍｍ）を考慮してある。

このように、使用可能な検出範囲は、近接センサ１８の外径（略３０ｍｍ）より小さくなる。そのため、図４（ａ）に示すように、近接センサ１８は、隣接する近接センサ１８の検出範囲が接する又は重なるように、検出面１８ａが千鳥状に２次元配置される。本実施の形態では、検出範囲が略１ｍｍ重なるように近接センサ１８が配設される。これにより、電車線２が敷設される範囲（本実施の形態では略１２０ｍｍ）の範囲内で、電車線２の検出ができない範囲がないようにすることができる。

電車線２の計測は、検査用車両１０を自走させながら行われる。近接センサ１８で電車線２が検出されるが、図６に示すように、検査用車両１０の移動に伴い反応する近接センサ１８が変化する。なお、図６では、わかりやすくするため、８個の近接センサ１８が千鳥状に２次元配置された場合における１列分の近接センサ１８のみを示す。図６においては、まず、番号１の近接センサ１８が反応し、検査用車両１０が移動すると次に番号２の近接センサ１８が反応する。検査用車両１０の移動に伴い、番号３、番号４、番号３・・・の近接センサ１８が順に反応する。したがって、複数配設された近接センサ１８のうちのどの近接センサ１８が電車線２を検出したかという情報（以下、近接センサ１８の検出結果という）を取得することにより、電車線２のｚ方向の位置を計測することができる。近接センサ１８の検出結果は、演算装置１３に入力される。演算装置１３は、測定結果と時刻とを関連付けて演算装置１３内のメモリ（図示せず）に記憶する。

近接センサ１８で電車線２のｚ方向の位置を検出するのと同時に、車速センサ１１で検査用車両１０の速度を検出する。検出結果は演算装置１３に入力される。演算装置１３は、車速センサ１１で検出された速度を、図７に示すように３軸に分解し、数式１に基づいて各軸の速度成分を算出する。

［数１］
v_x=vcosR_zcosR_y
v_y=vcosR_zsinR_y
v_z=vsinR_z
演算装置１３は、各軸の速度成分に基づいて、ある時刻ｔにおけるジャイロセンサ１２の座標（x(t), y(t),z(t)）、すなわち検査用車両１０の座標（x(t), y(t),z(t)）を算出する。座標（x(t), y(t),z(t)）は、図８及び数式２に示すように、速度と時間の積により求められる。

［数２］
x(t)=Σv_x△ｔ=Σ（ vcosR_zcosR_y）△ｔ
y(t)= Σv_y△ｔ△ｔ=Σ（vcosR_zsinR_y）△ｔ
z(t)= Σ v_z△ｔ△ｔ=Σ（vsinR_z）△ｔ
演算装置１３は、座標（x(t), y(t)）に基づいて検査用車両１０の各時刻毎の走行距離を算出する。そして、演算装置１３は、ある時刻における走行距離と近接センサ１８の検出結果とを関連付けて、演算装置１３内のメモリ（図示せず）に記憶する。

演算装置１３は、同じ時刻における近接センサ１８の検出位置と走行距離と関連付け、それを電車線２の計測結果として出力する。出力結果は、図示しないモニタに表示されたり、図示しないメモリに記憶されたりする。図９は、４個の近接センサ１８が２列に千鳥状に配設された場合の電車線２の計測結果の一例である。図９の横軸は走行距離であり、縦軸は反応した近接センサ１８の番号、すなわち電車線２のｚ方向の位置である。近接センサ１８の検出結果をそのまま電車線２の計測結果とできるため、複雑な処理をすることなく電車線２の位置を計測可能である。

なお、本発明では図４に示すように千鳥状に近接センサ１８が配設されているため、隣接する２つの近接センサ１８が両方反応する場合が考えられる。したがって、２つの近接センサ１８が同時に反応した場合には、例えば番号の小さい近接センサ１８が反応したとして計測結果を出力するようにすればよい。

図９に示す電車線２の測定結果からは、０〜０．５ｋｍ、１．５〜２ｋｍ等においては反応する近接センサ１８が順番に移動するため、正常に電車線２が敷設されているが、０．５〜１．５ｋｍにおいては反応する近接センサ１８が順番に移動しないため、電車線２の敷設に異常がある可能性があることが分かる。横軸は走行距離と電車線の位置が関連付けられているため、不具合箇所を一目で認識することができる。

本実施の形態によれば、カメラ等を用いず、センサで電車線を直接検知するため、安価で正確な電車線位置計測装置を提供することができる。また、センサの出力をそのまま計測結果とできるため、データ処理時の演算を単純化することができる。

なお、本実施の形態では、同じ時刻における近接センサ１８の検出結果と走行距離と関連付けたものを電車線２の計測結果として出力したが、検査用車両１０を略一定の速度で走行させるのであれば時刻毎の近接センサ１８の検出結果をそのまま電車線２の計測結果として出力してもよい。

また、本実施の形態では、パンタグラフ１４を検査用車両１０に取り付けたが、通常のモノレール用の車両に車速センサ１１、演算装置１３等とともにパンタグラフ１４を配設するようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態は、近接センサの出力をそのまま電車線２の位置としたが、軌道桁１の製造誤差等により近接センサ１８の出力と電車線２の位置とが異なることも考えられる。

本発明の第２の実施の形態は、軌道桁１の位置を測定し、その測定結果に基づいて近接センサ１８の検出結果を補正して電車線２の位置を計測する形態である。この補正は演算装置１３によって行われる。なお、第１の実施の形態と同一の部分については、説明を省略する。

検査用車両１０はジャイロセンサ１２を中心に回転するため、図１０に示すように、ジャイロセンサ１２とレーザ式変位計１６との相対的な位置関係（ａ，ｂ）は不変である。なお、ａはジャイロセンサ１２とレーザ式変位計１６との鉛直方向の距離であり、ｂはジャイロセンサ１２とレーザ式変位計１６との水平方向の距離である。

したがって、レーザ式変位計１６が計測している軌道桁１の座標(X(t),Y(t),z(t))は、数式３により求められる。なお、数式３において、L(t)はある時刻ｔにおけるレーザ式変位計１６と軌道桁１との水平方向の距離である。

［数３］
X(t)=x(t)+(cosR_xsinR_ysinR_z-sinR_xcosR_z)(a-L(t))+(cosR_xsinR_ycosR_z+sinR_xsinR_z)b
Y(t)=y(t)+(sinR_xsinR_ysinR_z+cosR_xcosR_z)(a-L(t))+(sinR_xsinR_ycosR_z-cosR_xsinR_z)b
Z(t)=z(t)+cosR_ysinR_z(a-L(t))+cosR_ycosR_zb
このようにして、演算装置１３は、算出されたある時刻ｔにおける軌道桁１のｚ方向の位置と、ある時刻ｔにおける理論上の軌道桁１のｚ方向の位置との差（以下、ｚ方向誤差という）を算出する。これにより、検査用車両１０の変位を検出することができる。

演算装置１３は、算出されたｚ方向誤差、すなわち検査用車両１０の変位を用いて近接センサ１８の検出位置を補正する。２番の近接センサ１８が反応し、ｚ方向誤差が＋方向に１９ｍｍであった場合を例に補正処理を説明する。

ｚ方向誤差が＋方向に１９ｍｍの場合には、電車線２の実際の位置より‐方向に１９ｍｍの位置にある近接センサ１８で電車線２が検出される。近接センサ１８の検出範囲の重なりが１ｍｍであるため、ｚ方向誤差がない場合には、２番の近接センサ１８の＋１９ｍｍの位置にある近接センサ、すなわち１番の近接センサ１８で電車線２が検出されるはずであったことが分かる。したがって、演算装置１３は、近接センサ１８の検出位置の補正結果として、電車線２は１番の近接センサ１８で検出されたとして演算装置１３のメモリ（図示せず）に記憶する。

演算装置１３は、近接センサ１８の検出位置の補正結果と時刻とを関連付けて演算装置１３内のメモリ（図示せず）に記憶する。また、演算装置１３内のメモリ（図示せず）には、ある時刻における走行距離と近接センサ１８の検出結果とを関連付けて記憶されている。したがって、演算装置１３は、同じ時刻における近接センサ１８の検出位置の補正結果と走行距離と関連付け、それを電車線２の計測結果として出力する。

本実施の形態によれば、電車線の位置をより正確に計測することができる。

なお、第１、第２の実施の形態では、跨座式モノレールについて説明したが、これに限定されるものではなく、懸垂式モノレールにも適用可能である。

１：軌道桁、２：電車線、１０：検査用車両、１１：車速センサ、１２：ジャイロセンサ、１３：演算装置、１４：パンタグラフ、１５：超音波式変位計、１６：レーザ式変位計、１７：弾性部材、１８：近接センサ

Claims (8)

1. 電車線に当接するように車両に配設されたパンタグラフと、
   検出面の前面に前記電車線が存在することを検出する複数の検出センサであって、前記検出面が前記電車線に対向するように、かつ前記検出面が前記当接面と平行方向及び前記電車線の敷設方向に対して略直交方向に並んだ状態で前記パンタグラフに配設された複数の近接センサと、
   を備えたことを特徴とする電車線位置計測装置。
2. 前記近接センサは、検出面が千鳥状に２次元配置されたことを特徴とする請求項１に記載の電車線位置計測装置。
3. 前記近接センサは、前記当接面より磨耗代だけ奥側に前記検出面が位置するように配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電車線位置計測装置。
4. 前記検出センサは、金属のみを検出可能な非接触センサであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電車線位置計測装置。
5. 前記車両は、電車線からの電力供給無しに自走可能な検査用車両であり、
   前記パンタグラフは、非導電性の材料で形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電車線位置計測装置。
6. 前記複数の近接センサのうちの前面に前記電車線が存在することを検出した近接センサ検出情報を前記電車線の位置の計測結果として出力する出力手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電車線位置計測装置。
7. 前記車両の速度を測定する速度測定手段と、
   前記速度測定手段の測定結果に基づいて前記車両の走行距離を算出する走行距離算出手段と、を備え、
   前記出力手段は、前記近接センサ検出情報と、前記走行距離とを関連付けて出力することを特徴とする請求項６に記載の電車線位置計測装置。
8. 前記車両の変位を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果を用いて前記近接センサ検出情報を補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の電車線位置計測装置。

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