JP2014109088A - Correction quantity calculation system for curve correction, and computer program for correction quantity calculation - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability of a calculation result in calculation of a correction quantity for curve correction.SOLUTION: A correction quantity calculation system 1 includes an input part 2, a processing part 4, and an output part 4. The processing part 3 includes a design versine calculation part 31 which calculates a design versine of a curve having been corrected based upon a measurement versine, a curve length, and a transition curve length input to an input part 2, and a correction quantity calculation part 32 which calculates a correction quantity at each measurement point from the design versine and measurement versine. The design versine calculation part 31 calculates the design versine so that the design versine has the curve length and transition curve length, the sum in a measurement section is equal to the sum of the measurement versine, and the sum of moment is equal to the sum of moment of the measurement versine. The correction quantity calculation part 32 calculates the correction quantity by using inverse matrix from the design versine and measurement versine. Thus, the correction quantity which corrects the curve length and transition curve length of the design versine into input values can be obtained as a unique solution.

Description

本発明は、鉄道の軌道における曲線整正のための修正量を算出する修正量算出システム及び修正量算出用コンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a correction amount calculation system and a correction amount calculation computer program for calculating a correction amount for correcting a curve on a railway track.

鉄道の軌道は、列車荷重を繰り返し受けて変形するので、鉄道の保守において、軌道の変形を把握して軌道を補修する必要がある。軌道の変形には、通り変位と呼ばれる平面線形上の軌道変位がある。特に曲線区間の軌道は、列車から遠心力を受けるので、通り変位が発生し易い。曲線区間の線形は、円曲線と緩和曲線とを有する。円曲線は、円弧である。緩和曲線は、直線と円曲線との間の遷移区間の曲線である。曲線整正は、通り変位が発生した曲線区間の軌道を整備して正しい曲線にすることである。   Since a railway track is deformed by repeatedly receiving a train load, it is necessary to repair the track by grasping the deformation of the track in maintenance of the railway. In the deformation of the orbit, there is an orbital displacement on a plane alignment called a passage displacement. In particular, since the track in the curved section receives a centrifugal force from the train, the displacement is likely to occur. The curve section has a circular curve and a relaxation curve. A circular curve is an arc. The relaxation curve is a curve of a transition section between a straight line and a circular curve. Curve correction is to prepare a correct curve by maintaining the trajectory of the curve section where the displacement has occurred.

曲線整正には、古くから糸張式曲線整正における交差法が用いられている(非特許文献1参照)。糸張式曲線整正では、2点間に張った糸から成る弦から曲線上の点までの距離である矢に基づいて曲線が整正される。弦中央における矢を正矢という。円距法の応用である交差法では、隣接測点間に糸を張ったときの正矢の測定が、糸長の1/2送りで全測点で行われる。交差法によれば、整正した後の正しい曲線の正矢である設計正矢と、現場曲線で測定された正矢である測定正矢から、両曲線の間隔が算出され、その間隔を修正量として正しい曲線に合致するように現場曲線が移動される。修正量は、移動量とも呼ばれる。   For the curve correction, the intersection method in the yarn tension type curve correction has been used for a long time (see Non-Patent Document 1). In the yarn tension type curve rectification, the curve is rectified on the basis of an arrow which is a distance from a string made of a thread stretched between two points to a point on the curve. The arrow at the center of the string is called Masaya. In the crossing method, which is an application of the circle distance method, the measurement of Masaya when a yarn is stretched between adjacent measurement points is performed at all the measurement points with 1/2 feed of the yarn length. According to the intersection method, the distance between both curves is calculated from the design arrow that is the correct arrow of the correct curve after correction, and the measurement arrow that is the correct arrow measured on the field curve, and the interval is corrected. The field curve is moved to match the correct curve as a quantity. The correction amount is also called a movement amount.

しかし、測定正矢に基づいて整正後の正しい曲線や設計正矢を求めることは容易ではない。このため、交差法において、曲線整正計算器を用い、曲線を整正するための修正量が算出される(非特許文献2参照)。曲線整正計算器として、機械式の曲線整正器の動作をマイクロコンピュータによる処理に置き換えたものが知られている(特許文献1参照)。保線の技術者は、整正対象の曲線における全測点の測定正矢を曲線整正計算器に入力する。測定正矢は、正矢図として曲線整正計算器に図示される。曲線整正計算器に図示される正矢図では、横軸が各測点、縦軸が各測点における正矢の値である。技術者は、正矢図の形状を修正するために、1つの測点における修正量を曲線計算器に入力する。この修正量で修正された正矢図は、曲線整正計算器によって計算されて図示される。技術者は、曲線計算器に図示される正矢図が好ましい形状になるまで、いろいろな測点における修正量を入力する。入力した修正量の累計が各測点における修正量となる。   However, it is not easy to obtain a correct curve or a design arrow after correction based on the measurement arrow. For this reason, in the intersection method, a correction amount for correcting the curve is calculated using a curve correction calculator (see Non-Patent Document 2). As a curve rectification calculator, one in which the operation of a mechanical curve rectifier is replaced with processing by a microcomputer is known (see Patent Document 1). The maintenance line engineer inputs measurement positive arrows at all measurement points in the curve to be corrected to the curve correction calculator. The measurement positive arrow is illustrated in the curve correction calculator as a positive arrow diagram. In the positive arrow diagram shown in the curve rectification calculator, the horizontal axis represents each station, and the vertical axis represents the value of the positive arrow at each station. The engineer inputs the correction amount at one measuring point to the curve calculator in order to correct the shape of the Masaya diagram. A positive arrow diagram corrected with this correction amount is calculated and shown by a curve correction calculator. The engineer inputs correction amounts at various measuring points until the positive arrow diagram shown in the curve calculator has a preferable shape. The total correction amount entered is the correction amount at each station.

図20及び図21は、10m弦で測定された正矢に基づいて5人の技術者が同じ曲線について曲線整正計算器を用いて修正量を算出した結果を示す。図20は、曲線整正前後の曲線の正矢図であり、図21は、この曲線整正を行うための各測点の修正量である。これらの図に示されるように、各技術者が好ましいと判断した正矢を得るための修正量は、修正量を算出した技術者の個人差が大きく、算出結果がいか様にもなるというのが現実である。このため、不必要に大きな修正量が算出されることがあり、算出結果の信頼性が高いとはいえない。   20 and 21 show the results of calculating the correction amount by using five curve rectification calculators for the same curve based on the positive arrow measured with the 10 m string. FIG. 20 is a positive arrow diagram of the curve before and after curve correction, and FIG. 21 is the correction amount of each measurement point for performing this curve correction. As shown in these figures, the amount of correction to obtain Masaya that each engineer determined to be favorable is greatly different among the engineers who calculated the amount of correction, and the calculation results will vary. Is the reality. For this reason, an unnecessarily large correction amount may be calculated, and it cannot be said that the reliability of the calculation result is high.

実開昭55−126306号公報Japanese Utility Model Publication No. 55-126306

神谷進著「鉄道曲線」交友社 1961年Susumu Kamiya “Railway Curve” Koyusha 1961 金子慶尚著「正矢と曲線の整正」カネコ計測工業株式会社 1971年Yoshinao Kaneko's "Major arrow and curve correction" Kaneko Kogyo Kogyo Co., Ltd. 1971

本発明は、上記問題を解決するものであり、曲線整正のための修正量の算出において、算出結果の信頼性を高めることを目的とする。   The present invention solves the above problem, and an object of the present invention is to increase the reliability of the calculation result in calculating the correction amount for correcting the curve.

本発明の修正量算出システムは、鉄道の軌道における曲線整正のための修正量を算出するものであって、データの入力を受ける入力部と、前記入力部から入力されたデータを処理する処理部と、前記処理部が処理したデータを出力する出力部とを備え、前記入力部は、データとして、曲線を含んだ測定区間の各測点で測定された正矢である測定正矢と、その曲線について定められた曲線長及び緩和曲線長とが入力され、前記処理部は、前記入力部に入力された測定正矢、曲線長及び緩和曲線長に基づいて整正後の曲線における各測点の正矢である設計正矢を算出する設計正矢算出部と、前記設計正矢及び測定正矢から各測点の修正量を算出する修正量算出部とを有し、前記設計正矢算出部は、前記曲線長及び緩和曲線長を具有するとともに前記測定区間における総和が測定正矢の総和と等しく、かつ、モーメントの総和が測定正矢のモーメントの総和と等しくなるように設計正矢を算出し、前記修正量算出部は、前記設計正矢及び測定正矢から逆行列を用いて前記修正量を算出することを特徴とする。   The correction amount calculation system of the present invention calculates a correction amount for curve correction on a railroad track, an input unit that receives data input, and a process that processes data input from the input unit And an output unit that outputs the data processed by the processing unit, the input unit as data, a measurement positive arrow that is a positive arrow measured at each measurement point of the measurement section including a curve, The curve length and the relaxation curve length defined for the curve are input, and the processing unit measures each measurement in the curve after correction based on the measurement arrow, the curve length, and the relaxation curve length input to the input unit. A design positive arrow calculation unit that calculates a design positive arrow that is a positive arrow of a point; and a correction amount calculation unit that calculates a correction amount of each measurement point from the design positive arrow and the measurement positive arrow. The calculation unit has the curve length and the relaxation curve length and has the front The design sum arrow is calculated such that the sum in the measurement section is equal to the sum of the measurement Masaya, and the sum of moments is equal to the sum of the moments of the measurement Masaya. The correction amount is calculated using an inverse matrix from the measurement normal arrow.

この修正量算出システムにおいて、前記設計正矢算出部は、前記曲線長及び緩和曲線長を具有するとともに前記測定区間における総和が測定正矢の総和と等しい設計正矢を生成し、生成された設計正矢を前記測定区間におけるモーメントの総和が測定正矢のモーメントの総和と等しくなるように調整することによって設計正矢を算出することが好ましい。   In this correction amount calculation system, the design positive arrow calculation unit generates the design positive arrow having the curve length and the relaxation curve length, and the total sum in the measurement section is equal to the total sum of the measurement positive arrows. It is preferable to calculate the design positive arrow by adjusting the positive arrow so that the sum of moments in the measurement section becomes equal to the sum of moments of the measurement positive arrow.

この修正量算出システムにおいて、前記設計正矢は、正矢形状が台形であり、前記台形の上底の長さが前記曲線長、脚を下底に投影した長さが前記緩和曲線長にそれぞれ対応し、前記曲線長及び緩和曲線長は、前記測定区間の曲線について規定されている値であることが好ましい。   In this correction amount calculating system, the design arrow is trapezoidal in the shape of the arrow, the length of the upper base of the trapezoid is the curve length, and the length of the projected leg on the bottom is the relaxation curve length. Correspondingly, the curve length and the relaxation curve length are preferably values defined for the curve of the measurement section.

この修正量算出システムにおいて、前記測定区間における測点の数をn、I番目(1≦I≦n)の測点である測点Iにおける測定正矢をMV(I)、設計正矢をDV(I)、修正量をID(I)とし、DV(I)、MV(I)及びID(I)を要素とする列ベクトルを、それぞれ[DV]、[MV]及び[ID]とすると、前記修正量算出部は、対角要素が1、対角要素に隣接する要素が−1/2、それ以外の要素が0であるn次正方行列[TR]を生成し、その逆行列[TR]−1を算出し、[ID]=[TR]−1([DV]−[MV])により各測点Iにおける修正量ID(I)を算出することが好ましい。 In this correction amount calculation system, n is the number of measurement points in the measurement section, MV (I) is the measurement positive arrow at the measurement point I which is the I-th (1 ≦ I ≦ n) measurement point, and DV is the design positive arrow. (I) When the correction amount is ID (I) and the column vectors having DV (I), MV (I), and ID (I) as elements are [DV], [MV], and [ID], respectively. The correction amount calculation unit generates an n-order square matrix [TR] in which the diagonal element is 1, the element adjacent to the diagonal element is −1/2, and the other elements are 0, and the inverse matrix [TR −1 is calculated, and the correction amount ID (I) at each measurement point I is preferably calculated by [ID] = [TR] −1 ([DV] − [MV]).

この修正量算出システムにおいて、前記処理部は、前記修正量に含まれる測定正矢の誤差の影響を低減するための誤差低減部をさらに備え、前記誤差低減部は、前記修正量算出部によって算出された修正量から前記測定区間の区間延長の2倍以上の波長成分を除去することが好ましい。   In the correction amount calculation system, the processing unit further includes an error reduction unit for reducing the influence of the error of the measurement positive arrow included in the correction amount, and the error reduction unit is calculated by the correction amount calculation unit. It is preferable to remove a wavelength component more than twice as long as the extension of the measurement interval from the corrected amount.

この修正量算出システムにおいて、前記誤差低減部は、前記測定区間の区間延長の2倍以上の波長成分を除去するハイパスフィルタを有し、前記修正量算出部によって算出された修正量の波形に基づいた連続波形を合成し、合成した連続波形を前記ハイパスフィルタに入力し、前記ハイパスフィルタから出力された連続波形から前記測定区間の修正量を取り出すことが好ましい。   In the correction amount calculation system, the error reduction unit includes a high-pass filter that removes a wavelength component that is twice or more the interval extension of the measurement interval, and is based on the waveform of the correction amount calculated by the correction amount calculation unit. It is preferable that the continuous waveform is synthesized, the synthesized continuous waveform is input to the high-pass filter, and the correction amount of the measurement section is extracted from the continuous waveform output from the high-pass filter.

本発明の修正量算出用コンピュータプログラムは、鉄道の軌道における曲線整正のための修正量を算出するものであって、曲線を含んだ測定区間の各測点で測定された正矢である測定正矢と、その曲線について定められた曲線長及び緩和曲線長とに基づいて整正後の曲線における各測点の正矢である設計正矢を算出する設計正矢算出ステップと、前記設計正矢及び測定正矢から各測点の修正量を算出する修正量算出ステップとをコンピュータに実行させ、前記設計正矢算出ステップにおいて、前記曲線長及び緩和曲線長を具有するとともに前記測定区間における総和が測定正矢の総和と等しく、かつ、モーメントの総和が測定正矢のモーメントの総和と等しくなるように設計正矢が算出され、前記修正量算出ステップにおいて、前記設計正矢及び測定正矢から逆行列を用いて前記修正量が算出されることを特徴とする。   The computer program for calculating a correction amount according to the present invention calculates a correction amount for curve correction on a railway track, and is a measurement that is a positive arrow measured at each measurement point in a measurement section including a curve. A design positive arrow calculation step for calculating a design positive arrow that is a positive arrow at each measurement point in the curve after correction based on the positive arrow and the curve length and relaxation curve length determined for the curve; A correction amount calculation step of calculating a correction amount of each measurement point from the arrow and the measurement positive arrow, and in the design positive arrow calculation step, the curve length and the relaxation curve length are provided, and the sum in the measurement section is included. Is calculated so that the total sum of moments is equal to the total sum of moments of the measurement positive arrows, and in the correction amount calculating step, the design positive arrow is calculated. A micro-measurement versine using an inverse matrix, wherein the correction amount is calculated.

この修正量算出用コンピュータプログラムにおいて、前記修正量に含まれる測定正矢の誤差の影響を低減するための誤差低減ステップをコンピュータにさらに実行させ、前記誤差低減ステップにおいて、前記修正量算出ステップで算出された修正量から前記測定区間の区間延長の2倍以上の波長成分が除去されることが好ましい。   In the correction amount calculation computer program, the computer further executes an error reduction step for reducing the influence of the error of the measurement positive arrow included in the correction amount. In the error reduction step, the correction amount calculation step calculates the correction amount calculation step. It is preferable that a wavelength component more than twice as long as the extension of the measurement interval is removed from the corrected amount.

本発明の修正量算出システムによれば、設計正矢算出部が測定正矢、曲線長及び緩和曲線長に基づいて設計正矢を算出するので、設計正矢の曲線長及び緩和曲線長を入力した値にすることができる。さらに、修正量算出部が設計正矢及び測定正矢から逆行列を用いて修正量を算出するので、このような設計正矢を有する曲線に整正するための修正量を唯一解として得ることができる。このため、曲線整正のための修正量の算出において、算出結果の信頼性が高くなる。   According to the correction amount calculation system of the present invention, the design positive arrow calculation unit calculates the design positive arrow based on the measurement positive arrow, the curve length, and the relaxation curve length, so input the curve length and relaxation curve length of the design positive arrow. The value can be Furthermore, since the correction amount calculation unit calculates the correction amount using the inverse matrix from the design front arrow and the measurement front arrow, the correction amount for correcting the curve having such a design front arrow is obtained as the only solution. Can do. For this reason, in the calculation of the correction amount for curve correction, the reliability of the calculation result is increased.

本発明の一実施形態に係る修正量算出システムのブロック構成図。The block block diagram of the correction amount calculation system which concerns on one Embodiment of this invention. 同システムにおける測定正矢を示す正矢図。The positive arrow figure which shows the measurement positive arrow in the same system. 同システムにおける測定正矢の片持ち梁によるモデルを示す図。The figure which shows the model by the cantilever of measurement Masaya in the system. 同システムにおける設計正矢の片持ち梁によるモデルを示す図。The figure which shows the model by the cantilever of the design Masaya in the same system. 同システムにおける設計正矢算出のフローチャート。The flowchart of design Masaya calculation in the same system. 同システムにおける測定正矢の面積を示す正矢図。The positive arrow figure which shows the area of the measurement positive arrow in the same system. 同システムにおける設計正矢の初期値を示す図。The figure which shows the initial value of the design Masaya in the same system. 同システムにおける設計正矢及び測定正矢の重心を示す正矢図。The positive arrow figure which shows the gravity center of the design positive arrow and measurement positive arrow in the same system. 同システムにおける設計正矢の調整を示す正矢図。The positive arrow figure which shows adjustment of the design positive arrow in the same system. 同システムにおける設計正矢の調整のための正矢図の分割を示す図。The figure which shows the division | segmentation of the positive arrow figure for adjustment of the design positive arrow in the same system. 同システムにおける設計正矢の台形部分の調整を示す正矢図。The positive arrow figure which shows adjustment of the trapezoid part of the design positive arrow in the same system. 同システムにおける最終の設計正矢を示す正矢図。The positive arrow figure which shows the final design positive arrow in the same system. 同システムで算出した設計正矢の実例を示す正矢図。The positive arrow figure which shows the actual example of the design positive arrow calculated with the system. 交差法の原理に基づく修正量の正矢への影響を示す図。The figure which shows the influence of the correction amount based on the principle of the intersection method on Masaya. 上記システムにおける疑似修正量の標準偏差を示す図。The figure which shows the standard deviation of the pseudo correction amount in the said system. 同システムにおける誤差低減前の修正量及びハイパスフィルタで除去される成分を示す図。The figure which shows the correction amount before the error reduction in the same system, and the component removed by a high pass filter. 曲線における正矢量の例を示す正矢図。The positive arrow figure which shows the example of the amount of positive arrows in a curve. 上記曲線を直線にする修正量を示す図。The figure which shows the corrected amount which makes the said curve a straight line. 上記曲線における誤差低減後の修正量及び誤差が無い場合の修正量を示す図。The figure which shows the correction amount when there is no correction amount after the error reduction in the said curve, and an error. 従来の曲線整正計算器を用いた場合の曲線整正前後の曲線の正矢図。The arrow diagram of the curve before and after curve correction when the conventional curve correction calculator is used. 同曲線整正における修正量の算出結果を示す図。The figure which shows the calculation result of the corrected amount in the same curve correction.

本発明の一実施形態に係る修正量算出システムを図1乃至図19を参照して説明する。修正量算出システム1は、鉄道の軌道における曲線整正のための修正量を算出するものであり、図1に示されるように、入力部2と、処理部3と、出力部4とを備える。入力部2は、データの入力を受ける。処理部3は、入力部2から入力されたデータを処理する。出力部4は、処理部3が処理したデータを出力する。   A correction amount calculation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The correction amount calculation system 1 calculates a correction amount for curve correction on a railway track, and includes an input unit 2, a processing unit 3, and an output unit 4 as shown in FIG. . The input unit 2 receives data input. The processing unit 3 processes the data input from the input unit 2. The output unit 4 outputs the data processed by the processing unit 3.

修正量算出システム1は、ハードウェアとしてのコンピュータと、ソフトウェアとしての修正量算出用コンピュータプログラムとを有する。本実施形態では、コンピュータとしてノート型パーソナルコンピュータ(ノートPC)を用いている。入力部2は、コンピュータの入力装置であり、例えば、キーボード及びマウスである。処理部3は、コンピュータの処理装置であり、コンピュータプログラムを実行するCPUと、コンピュータプログラムやデータを記憶するメモリ等とを有する。本実施形態では、出力部4としてノートPCのディスプレイ及びプリンタを用いている。   The correction amount calculation system 1 includes a computer as hardware and a computer program for correction amount calculation as software. In this embodiment, a notebook personal computer (notebook PC) is used as the computer. The input unit 2 is a computer input device, for example, a keyboard and a mouse. The processing unit 3 is a computer processing device, and includes a CPU that executes a computer program and a memory that stores the computer program and data. In the present embodiment, a notebook PC display and printer are used as the output unit 4.

図2に示されるように、入力部2は、データとして、測定正矢MV、曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2が入力される。測定正矢MVは、曲線を含んだ測定区間の各測点Iで測定された正矢である。曲線長CLは、曲線における円曲線の長さである。緩和曲線長TCL1、TCL2は、円曲線の始終端に接続される緩和曲線の長さである。測定区間の区間延長TLは、曲線長CL、緩和曲線長TCL1、TCL2、及び直線区間の長さL1、L2の合計である。直線の正矢は0であるが、図2は、直線区間が僅かな正矢量を持っている場合を示している。   As shown in FIG. 2, the measurement unit MV, the curve length CL, and the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2 are input to the input unit 2 as data. The measurement positive arrow MV is a positive arrow measured at each measurement point I in the measurement section including the curve. The curve length CL is the length of the circular curve in the curve. The relaxation curve lengths TCL1, TCL2 are the lengths of the relaxation curves connected to the start and end of the circular curve. The section extension TL of the measurement section is the sum of the curve length CL, the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2, and the lengths L1 and L2 of the straight section. Although the straight arrow on the straight line is 0, FIG. 2 shows a case where the straight line section has a slight amount of positive arrow.

処理部3は、設計正矢算出部31と、修正量算出部32と、誤差低減部33とを有する(図1参照)。設計正矢算出部31は、処理部3が修正量算出用コンピュータプログラムの設計正矢算出ステップを実行することによって実現される機能部分である。修正量算出部32は、処理部3が修正量算出用コンピュータプログラムの修正量算出ステップを実行することによって実現される機能部分である。設計正矢算出部31は、入力部2に入力された測定正矢MV、曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2に基づいて設計正矢DVを算出する。設計正矢DVは、整正後の曲線における各測点Iの正矢である。修正量算出部32は、設計正矢DV及び測定正矢MVから逆行列を用いて各測点の修正量を算出する。   The processing unit 3 includes a design positive arrow calculation unit 31, a correction amount calculation unit 32, and an error reduction unit 33 (see FIG. 1). The design Masaya calculation unit 31 is a functional part realized by the processing unit 3 executing the design Masaya calculation step of the correction amount calculation computer program. The correction amount calculation unit 32 is a functional part realized by the processing unit 3 executing the correction amount calculation step of the correction amount calculation computer program. The design positive arrow calculation unit 31 calculates the design positive arrow DV based on the measurement positive arrow MV, the curve length CL, and the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2 input to the input unit 2. Design positive arrow DV is a positive arrow of each measuring point I in the curve after correction. The correction amount calculation unit 32 calculates the correction amount of each measurement point using the inverse matrix from the design positive arrow DV and the measurement positive arrow MV.

出力部4は、処理部3が算出した修正量を出力する。本実施形態では、出力部4としてのディスプレイに、各測点の修正量とともに、測定正矢MV及び設計正矢DVが表示される。   The output unit 4 outputs the correction amount calculated by the processing unit 3. In the present embodiment, the measurement positive arrow MV and the design positive arrow DV are displayed on the display as the output unit 4 together with the correction amount of each measurement point.

処理部3における処理についてさらに詳述する。ここで、測定区間における測点の数をn、I番目(1≦I≦n)の測点である測点Iにおける測定正矢をMV(I)、設計正矢をDV(I)とする(図2参照)。正矢図における所定の点から測点Iまでの距離をL(I)とする。所定の点は、例えば1番目の測点である。測点の間隔は均等であるので、正矢図における距離をL(I)=Iとしてもよい。   The processing in the processing unit 3 will be further described in detail. Here, the number of measurement points in the measurement section is n, the measurement arrow at the measurement point I which is the I-th (1 ≦ I ≦ n) measurement point is MV (I), and the design positive arrow is DV (I). (See FIG. 2). Let L (I) be the distance from a predetermined point to the measuring point I in the diagram. The predetermined point is, for example, the first measurement point. Since the intervals between the measurement points are equal, the distance in the arrow diagram may be L (I) = I.

設計正矢算出部31は、入力部2に入力された曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2を具有するとともに、数式1で表されるように、測定区間(測点1〜測点n)における設計正矢DV(I)の総和が、測定正矢MV(I)の総和と等しく、かつ、数式2で表されるように、設計正矢のモーメントDV(I)×L(I)の総和が、測定正矢のモーメントMV(I)×L(I)の総和と等しくなるように設計正矢DV(I)を算出する。モーメントは、正矢図における幾何学的なモーメントである。   The design Masaya calculation unit 31 includes the curve length CL and the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2 input to the input unit 2, and is represented by a measurement section (station 1 to station n) as represented by Equation 1. The total sum of the design positive arrows DV (I) in FIG. 5 is equal to the total sum of the measurement positive arrows MV (I) and, as expressed by Equation 2, the moment of the design positive arrows DV (I) × L (I) The design positive arrow DV (I) is calculated so that the total sum becomes equal to the total sum of moments MV (I) × L (I) of the measurement positive arrow. The moment is a geometric moment in the Masaya diagram.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

Figure 2014109088
Figure 2014109088

数式1で表される条件は、曲線の始終接線のなす角が整正前後の両曲線とも同じ、すなわち、曲線が両端で折れないことを意味する(非特許文献1参照)。数式2で示される条件は、整正後の曲線の両端が整正前の曲線の始終両接線上にあること、すなわち、整正前後で曲線が食い違わないことを意味する(非特許文献1参照)。   The condition expressed by Equation 1 means that the angle formed by the start and end tangents of the curve is the same for both curves before and after correction, that is, the curve does not break at both ends (see Non-Patent Document 1). The condition expressed by Equation 2 means that both ends of the curve after correction are on the tangent line at the beginning and end of the curve before correction, that is, the curves do not collide before and after correction (Non-Patent Document 1). reference).

数式1及び数式2で表される条件は、図3及び図4に示されるように、片持ち梁としてモデル化される。図3では、片持ち梁5は、支持点から距離L(I)離れた点に荷重MV(I)が加えられる。荷重MV(I)によって片持ち梁5に加わるモーメントは、MV(I)×L(I)である。図4では、片持ち梁5は、支持点から距離L(I)離れた点に荷重DV(I)が加えられる。荷重DV(I)によって片持ち梁5に加わるモーメントは、DV(I)×L(I)である。   The conditions expressed by Equation 1 and Equation 2 are modeled as cantilever beams as shown in FIGS. In FIG. 3, the load MV (I) is applied to the cantilever 5 at a point away from the support point by a distance L (I). The moment applied to the cantilever 5 by the load MV (I) is MV (I) × L (I). In FIG. 4, the load DV (I) is applied to the cantilever 5 at a point away from the support point by a distance L (I). The moment applied to the cantilever 5 by the load DV (I) is DV (I) × L (I).

ここで、MV(I)を要素に有する列ベクトルを[MV]、DV(I)を要素に有する列ベクトルを[DV]とする。このモデルでは、片持ち梁5上において、[MV]及び[DV]を分布荷重として扱い、[MV]による支点反力及び支持点モーメントと、[DV]による支点反力及び支持点モーメントが等価となる条件から[DV]が算出される。支持点反力は、片持ち梁5に加わる荷重の総和である。支持点モーメントは、片持ち梁5に加わるモーメントの総和である。   Here, a column vector having MV (I) as an element is [MV], and a column vector having DV (I) as an element is [DV]. In this model, [MV] and [DV] are treated as distributed loads on the cantilever beam 5, and the fulcrum reaction force and support point moment by [MV] are equivalent to the fulcrum reaction force and support point moment by [DV]. [DV] is calculated from the following conditions. The support point reaction force is the sum of loads applied to the cantilever 5. The support point moment is the sum of moments applied to the cantilever beam 5.

設計正矢DVは、正矢形状(正矢図の形状)が台形であり、その台形の上底の長さが曲線長CL、脚を下底に投影した長さが緩和曲線長TCL1、TCL2にそれぞれ対応する。この曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2は、測定区間の曲線について管理上規定されている値、すなわち規定値(管理値)である。曲線半径(円曲線の半径)が与えられた場合、曲線長CLの規定値は、交角から定まり、緩和曲線長TCL1、TCL2の規定値は、規程から定まる。なお、交角は、円曲線(円弧)の中心角と同じ大きさである。   The design positive arrow DV has a trapezoidal shape of the positive arrow (the shape of the positive arrow diagram), the length of the upper base of the trapezoid is the curve length CL, and the length of the projection of the leg on the lower base is the relaxation curve lengths TCL1, TCL2. Correspond to each. The curve length CL and the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2 are administratively defined values for the curves in the measurement section, that is, defined values (management values). When the curve radius (radius of the circular curve) is given, the specified value of the curve length CL is determined from the intersection angle, and the specified values of the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2 are determined from the rules. The intersection angle is the same size as the central angle of the circular curve (arc).

測定正矢MVの正矢形状は、通り狂いによる凹凸がある。移動平均法や単純なフィルタ演算等でその凹凸を除去することによって、測定正矢MVのみから設計正矢DVを算出すると、設計正矢DVの正矢形状が、規定値を具有するする正矢形状から顕著に変わってしまうことがある。   The positive arrow shape of the measurement positive arrow MV has irregularities due to traversing. If the design positive arrow DV is calculated from only the measurement positive arrow MV by removing the irregularities by a moving average method or a simple filter calculation, the positive arrow shape of the design positive arrow DV has a specified value. It may change significantly from shape.

また、曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2の規定値のみから設計正矢DVを算出すると、算出された設計正矢DVが現場曲線に合わない可能性がある。例えば、在来線の複線区間における上下線の曲線半径は、管理上、線路中心線の曲線半径を用いて同一値としている場合がほとんどである。しかし、正確には、上下線の実際の曲線半径は異なる。さらに、曲線の前後の直線区間が、僅かな正矢量(曲線半径に換算して3000m〜10000m程度)を持つ場合も多い。   Moreover, if the design positive arrow DV is calculated only from the prescribed values of the curve length CL and the relaxation curve lengths TCL1, TCL2, the calculated design arrow DV may not match the field curve. For example, in most cases, the curve radii of the upper and lower lines in the double-line section of the conventional line are set to the same value by using the curve radius of the line center line. However, precisely, the actual curve radius of the upper and lower lines is different. Furthermore, the straight section before and after the curve often has a slight amount of positive arrows (about 3000 m to 10000 m in terms of the curve radius).

本実施形態の修正量算出システム1は、測定正矢MV、曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2に基づいて設計正矢DVを算出する。修正量算出システム1における設計正矢DVの算出について詳述する。図5に示されるように、入力部2から、曲線長CLと、緩和曲線長TCL1、TCL2が入力される(ステップS101)。   The correction amount calculation system 1 of the present embodiment calculates the design positive arrow DV based on the measurement positive arrow MV, the curve length CL, and the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2. The calculation of the design positive arrow DV in the correction amount calculation system 1 will be described in detail. As shown in FIG. 5, the curve length CL and the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2 are input from the input unit 2 (step S101).

次に、入力部2から測定正矢MVが入力される(ステップS102)。   Next, a measurement positive arrow MV is input from the input unit 2 (step S102).

次に、処理部3の設計正矢算出部31は、設計正矢DVの初期値を生成する(ステップS103)。設計正矢DVの初期値は、入力された曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2を具有するとともに、測定区間におけるDVの総和が測定正矢MVの総和と等しい。   Next, the design positive arrow calculation unit 31 of the processing unit 3 generates an initial value of the design positive arrow DV (step S103). The initial value of the design Masaya DV has the input curve length CL and relaxation curve lengths TCL1, TCL2, and the sum of DV in the measurement section is equal to the sum of the measurement Masaya MV.

設計正矢算出部31における演算処理を正矢図を用いて説明する。図6に示されるように、測定区間における測定正矢MVの正矢図の面積(斜線を付した部分)を算出する。この面積は、測点Iの測定正矢MV(I)の全ての測点(I=1〜n)についての総計ΣMV(I)に測点の間隔を掛けた値である。測点の間隔は一定であるので、測点の間隔を1として面積の計算を簡略化することができる。正矢図の面積は、片持ち梁モデルにおける支持点反力の大きさである。図7に示されるように、正矢図の面積が測定正矢MVの正矢図の面積と等しい設計正矢DVを生成する。この設計正矢DVは、台形であり、台形の上底の長さが曲線長CLに対応し、台形の脚を下底に投影した長さが緩和曲線長TCL1、TCL2に対応する。台形の高さhは、次式によって算出される。Σは、全ての測点(I=1〜n)の総和を表す。   The arithmetic processing in the design positive arrow calculation part 31 is demonstrated using a positive arrow figure. As shown in FIG. 6, the area of the positive arrow diagram of the measurement positive arrow MV in the measurement section (the hatched portion) is calculated. This area is a value obtained by multiplying the total ΣMV (I) for all measurement points (I = 1 to n) of the measurement positive arrow MV (I) at the measurement point I by the interval of the measurement points. Since the interval between the measurement points is constant, the calculation of the area can be simplified by setting the interval between the measurement points to 1. The area of the positive arrow is the magnitude of the reaction force at the support point in the cantilever model. As shown in FIG. 7, a design positive arrow DV in which the area of the positive arrow figure is equal to the area of the positive arrow figure of the measurement positive arrow MV is generated. This design positive arrow DV is a trapezoid, and the length of the upper base of the trapezoid corresponds to the curve length CL, and the length obtained by projecting the trapezoidal leg to the lower base corresponds to the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2. The trapezoidal height h is calculated by the following equation. Σ represents the total sum of all measurement points (I = 1 to n).

h=ΣMV(I)/{(TCL1+TCL2)/2+CL}   h = ΣMV (I) / {(TCL1 + TCL2) / 2 + CL}

次に、生成された設計正矢DVを測定区間におけるDVのモーメントの総和が測定正矢MVのモーメント総和と等しくなるように調整する。モーメントの総和は、片持ち梁モデルにおける支持点モーメントである。図8に示されるように、正矢図における横方向(X方向)の重心位置Gが一致するように測定正矢MVに設計正矢DVを重ねる(図5のステップS104)。測定正矢MVの重心位置Gは、次式により算出される。   Next, the generated design positive arrow DV is adjusted so that the sum of the moments of DV in the measurement section becomes equal to the sum of moments of the measurement positive arrow MV. The sum of moments is the moment of support point in the cantilever model. As shown in FIG. 8, the design positive arrow DV is superimposed on the measurement positive arrow MV so that the center of gravity position G in the horizontal direction (X direction) in the positive arrow figure coincides (step S104 in FIG. 5). The gravity center position G of the measurement arrow MV is calculated by the following equation.

G=(ΣMV(I)×L(I))/(ΣMV(I))   G = (ΣMV (I) × L (I)) / (ΣMV (I))

設計正矢DVの重心位置Gは、台形の幾何学的な重心として算出される。   The center of gravity position G of the design positive arrow DV is calculated as a trapezoidal geometric center of gravity.

各測点Iにおける設計正矢DV(I)は、測点Iにおける台形の縦方向(Y方向)の大きさである。重心位置Gを合わせることによって、次式で表されるように、この設計正矢DVのモーメントの総和は、測定正矢MVのモーメントの総和と等しくなる。   The design positive arrow DV (I) at each measurement point I is the size of the trapezoidal vertical direction (Y direction) at the measurement point I. By combining the center of gravity position G, the total sum of moments of the design positive arrow DV becomes equal to the total sum of moments of the measurement positive arrow MV, as represented by the following equation.

ΣDV(I)×L(I)=ΣMV(I)×L(I)   ΣDV (I) × L (I) = ΣMV (I) × L (I)

但し、測定区間の端の測点において測定正矢MVが0でない場合、その測点において、この設計正矢DVと測定正矢MVが一致しない。この場合、設計正矢DVの正矢図(台形)の上底と下底を上下方向に動かして、正矢図の面積を変えずに、始端と終端の測点の設計正矢DVを測定正矢MVと合わせる(図5のステップS105)。数学的に厳密な精度は要求されず、軌道の保守における十分な精度で合わせればよい。   However, when the measurement arrow MV is not 0 at the end point of the measurement section, the design arrow DV and the measurement arrow MV do not match at the measurement point. In this case, the upper and lower bases of the design arrow (trapezoid) of the design positive arrow DV are moved up and down to measure the design positive arrow DV at the start and end points without changing the area of the positive arrow figure. Match with Masaya MV (step S105 in FIG. 5). Mathematically precise accuracy is not required, and it may be adjusted with sufficient accuracy in track maintenance.

図9に示されるように、台形の下底をYsだけY方向に移動し、測定区間における全ての設計正矢に一定の値Ysを加えると、Ysによる正矢図の面積S1は、次式で表される。   As shown in FIG. 9, when the lower base of the trapezoid is moved in the Y direction by Ys, and a constant value Ys is added to all design positive arrows in the measurement section, the area S1 of the positive arrow diagram by Ys is expressed by the following equation: It is represented by

S1=(L1+TCL1+CL+TCL2+L2)×Ys   S1 = (L1 + TCL1 + CL + TCL2 + L2) × Ys

設計正矢DVの面積が変わらないように台形の上底をY方向にΔhだけ移動する。そのときの台形の面積をS2とすると、面積S2は、次式で表される。   The upper base of the trapezoid is moved by Δh in the Y direction so that the area of the design positive arrow DV does not change. If the trapezoidal area at that time is S2, the area S2 is expressed by the following equation.

S2={(TCL1+TCL2)/2+CL}×(h−Ys−Δh)   S2 = {(TCL1 + TCL2) / 2 + CL} × (h−Ys−Δh)

設計正矢DVの面積(S1+S2)がΣMV(I)に等しくなるようにΔhが算出される。   Δh is calculated so that the area (S1 + S2) of the design positive arrow DV is equal to ΣMV (I).

次に、測定区間の始端の測点における設計正矢DVであるYsを変化させ、設計正矢DVのモーメントの総和と測定正矢MVのモーメントの総和との差が極小となるときの設計正矢DVを算出する。設計正矢DVのモーメントの総和と測定正矢MVのモーメントの総和との差は、次式で表される。   Next, Ys, which is the design positive arrow DV at the measurement point at the start of the measurement section, is changed, and the design correction when the difference between the sum of the moments of the design positive arrow DV and the measurement positive arrow MV is minimized. The arrow DV is calculated. The difference between the sum of moments of the design Masaya DV and the sum of moments of the measurement Masaya MV is expressed by the following equation.

|ΣDV(I)×L(I)−ΣMV(I)×L(I)|   | ΣDV (I) × L (I) −ΣMV (I) × L (I) |

設計正矢DVのモーメントの総和と測定正矢MVのモーメントの総和との差が極小となるときの設計正矢をDVSとする。設計正矢DVSは、Ysを0から変化させたことによって、測定正矢MVとは重心位置がずれることになる。このため、設計正矢DVSは、次のように再調整される。   The design positive arrow when the difference between the sum of moments of the design positive arrow DV and the sum of moments of the measurement positive arrow MV is minimized is defined as DVS. The design positive arrow DVS changes the center of gravity position from the measurement positive arrow MV by changing Ys from 0. For this reason, the design Masaya DVS is readjusted as follows.

図10に示されるように、設計正矢DVSをベース部分DVSbと、台形部分DVSdに分割し、測定正矢MV及び設計正矢DVSをY方向に−Ysだけ移動する。ベース部分DVSbは、測定区間において高さが一定値Ysの長方形である。この移動によって、測定正矢の正矢図は、MV−Ysとなり、台形部分DVSdの底辺は、X軸に接する。   As shown in FIG. 10, the design positive arrow DVS is divided into a base portion DVSb and a trapezoidal portion DVSd, and the measurement positive arrow MV and the design positive arrow DVS are moved in the Y direction by −Ys. The base portion DVSb is a rectangle having a constant height Ys in the measurement section. By this movement, the positive arrow diagram of the measurement positive arrow becomes MV-Ys, and the base of the trapezoidal portion DVSd is in contact with the X axis.

次に、図11に示されるように、台形部分DVSdを左又は右方向(X方向)に移動し、台形部分DVSdの重心位置と、測定正矢MV−Ysの重心位置とを合わせる。ベース部分DVSbは、移動しない。台形部分DVSdの移動によって、曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2は、変化しない。直線区間の長さL1、L2は、変化するが、直線区間の長さの合計L1+L2は変化しない。最後に、ベース部分DVSbと台形部分DVSdをY方向に+Ysだけ移動する。なお、上述したような図形の移動は、設計正矢算出部31における演算処理を図を用いて説明したものであり、演算処理において作図は不要である。   Next, as shown in FIG. 11, the trapezoidal portion DVSd is moved in the left or right direction (X direction), and the barycentric position of the trapezoidal part DVSd is matched with the barycentric position of the measurement positive arrow MV-Ys. The base portion DVSb does not move. Due to the movement of the trapezoidal portion DVSd, the curve length CL and the relaxation curve lengths TCL1, TCL2 do not change. The lengths L1 and L2 of the straight section change, but the total length L1 + L2 of the straight section does not change. Finally, the base portion DVSb and the trapezoidal portion DVSd are moved in the Y direction by + Ys. Note that the movement of the graphic as described above is a description of the calculation process in the design Masaya calculation unit 31 with reference to the drawing, and no drawing is required in the calculation process.

上記のようにして、設計正矢算出部31によって設計正矢DVが調整され、図12に示されるような最終の設計正矢DV(DVS)が算出される。最終の設計正矢DVは、出力部4及び修正量算出部32に出力される(ステップS106)。   As described above, the design positive arrow DV is adjusted by the design positive arrow calculation unit 31, and the final design positive arrow DV (DVS) as shown in FIG. 12 is calculated. The final design positive arrow DV is output to the output unit 4 and the correction amount calculation unit 32 (step S106).

実際の曲線について、測定正矢MV、従来の曲線整正計算器で算出した設計正矢DV(30m移動平均法)、及び本実施形態の修正量算出システム1で算出した設計正矢DV(片持梁演算法)を図13に示す。曲線における一方の緩和曲線長TCL1は30m、他方の緩和曲線長TCL2は25mである。従来の30m移動平均法では、曲線の基本線形、特に緩和曲線の維持が難しい。これに対して、修正量算出システム1では、設計正矢DVの曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2を入力した値にすることができ、円曲線内の設計正矢DVを一定にすることができることが確認された。   For an actual curve, a measurement Masaya MV, a design Masaya DV (30 m moving average method) calculated by a conventional curve correction calculator, and a design Masaya DV (one piece calculated by the correction amount calculation system 1 of the present embodiment) FIG. 13 shows the holding beam calculation method. One relaxation curve length TCL1 in the curve is 30 m, and the other relaxation curve length TCL2 is 25 m. In the conventional 30 m moving average method, it is difficult to maintain the basic alignment of the curve, particularly the relaxation curve. On the other hand, in the correction amount calculation system 1, the curve length CL and the relaxation curve lengths TCL1, TCL2 of the design positive arrow DV can be set to input values, and the design positive arrow DV in the circular curve can be made constant. It was confirmed that

次に、修正量の算出について詳述する。先ず、交差法の原理に基づく修正量の正矢への影響を説明する。測点Iにおける測定正矢をMV(I)、修正量をID(I)とする。図14に示されるように、測点Iに修正量Sを与えると、測点Iにおける正矢は、Sだけ増加してMV(I)+Sとなり、隣接する測点I−1、I+1における正矢は、S/2だけ減少してM(I−1)−S/2、M(I+1)−S/2となる。このように、各測点Iにおける修正量ID(I)は、その測点の正矢及び隣接する測点の正矢を変化させる。   Next, calculation of the correction amount will be described in detail. First, the influence of the correction amount based on the principle of the intersection method on Masaya will be described. Let MV (I) be the measurement arrow at the measurement point I, and ID (I) be the correction amount. As shown in FIG. 14, when the correction amount S is given to the measuring point I, the positive arrow at the measuring point I increases by S to become MV (I) + S, and the positive arrows at the adjacent measuring points I-1, I + 1. The arrow decreases by S / 2 to M (I-1) -S / 2 and M (I + 1) -S / 2. Thus, the correction amount ID (I) at each station I changes the arrow at the station and the arrow at the adjacent station.

本実施形態では、各測点I(I=1〜n)に修正量ID(I)を与えて、測定正矢MV(I)が所定の設計値である設計正矢DV(I)となるようにする。行列を用いると、このような設計正矢DV(I)は、上述した交差法の原理に基づき、次式によって表される。   In the present embodiment, the correction amount ID (I) is given to each measurement point I (I = 1 to n), and the measurement positive arrow MV (I) becomes the design positive arrow DV (I) that is a predetermined design value. Like that. When a matrix is used, such a design positive arrow DV (I) is represented by the following expression based on the principle of the intersection method described above.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

数式3の右辺にあるn次正方行列を[TR]、[TR]のI行I列の要素をTR(I,J)とする。行列[TR]において、対角要素TR(I,I)は1、対角要素に隣接する要素TR(I,I−1)及びTR(I,I+1)は−1/2、それ以外の要素は0である。行列[TR]は、実対称行列である。なお、正矢の測定に10m弦を用いる場合には、行列[TR]を[TR10]と表すことがある。   An n-order square matrix on the right side of Equation 3 is [TR], and an element in I row and I column of [TR] is TR (I, J). In the matrix [TR], the diagonal element TR (I, I) is 1, the elements TR (I, I-1) and TR (I, I + 1) adjacent to the diagonal element are -1/2, and other elements Is 0. The matrix [TR] is a real symmetric matrix. When a 10 m string is used for the measurement of Masaya, the matrix [TR] may be represented as [TR10].

設計正矢DV(I)、測定正矢MV(I)及び修正量ID(I)を要素とする列ベクトルを、それぞれ[DV]、[MV]及び[ID]とすると、数式3は、次式で表される。   Assuming that the column vectors whose elements are the design positive arrow DV (I), the measurement positive arrow MV (I), and the correction amount ID (I) are [DV], [MV], and [ID], respectively, It is expressed by a formula.

(数式4)
[DV]=[MV]+[TR][ID]
(Formula 4)
[DV] = [MV] + [TR] [ID]

行列[TR]は、行列式det[TR]≠0であることから、逆行列[TR]−1が存在する。したがって、修正量[ID]は、次式により算出される。 Since the matrix [TR] is determinant det [TR] ≠ 0, the inverse matrix [TR] −1 exists. Therefore, the correction amount [ID] is calculated by the following equation.

(数式5)
[ID]=[TR]−1([DV]−[MV])
(Formula 5)
[ID] = [TR] −1 ([DV] − [MV])

修正量算出部32は、対角要素TR(I,I)が1、対角要素に隣接する要素TR(I,I−1)及びTR(I,I+1)が−1/2、それ以外の要素が0であるn次正方行列[TR]を生成し、その逆行列[TR]−1を算出する。修正量算出部32は、[ID]=[TR]−1([DV]−[MV])により各測点Iにおける修正量ID(I)を算出する。修正量の算出に行列や逆行列を用いることは、本願の発明者が考え出した。 In the correction amount calculation unit 32, the diagonal element TR (I, I) is 1, the elements TR (I, I-1) and TR (I, I + 1) adjacent to the diagonal element are -1/2, and the others An nth-order square matrix [TR] whose elements are 0 is generated, and its inverse matrix [TR] −1 is calculated. The correction amount calculation unit 32 calculates the correction amount ID (I) at each measurement point I by [ID] = [TR] −1 ([DV] − [MV]). The inventors of the present application have devised using a matrix or an inverse matrix for calculating the correction amount.

例えば、10m弦を用い、測点の数が5の場合、[TR10]は、5次正方行列であり、行列式det[TR10]=3/16≠0である。逆行列[TR10]−1は、Gauss−Jordan法により、次のように求められる。 For example, when a 10 m string is used and the number of measurement points is 5, [TR10] is a quartic square matrix, and the determinant det [TR10] = 3/16 ≠ 0. The inverse matrix [TR10] −1 is obtained by the Gauss-Jordan method as follows.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

このように、本実施形態の修正量算出システム1によれば、設計正矢算出部31が測定正矢MV、曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2に基づいて設計正矢DVを算出するので、設計正矢DVの曲線長CL及び緩和曲線長TCL1、TCL2を入力した値にすることができる。入力する値は、曲線について規定された値である。また、円曲線内の設計正矢DVを一定にすることができる。さらに、修正量算出部32が設計正矢DV及び測定正矢MVから逆行列[TR]−1を用いて修正量IDを算出するので、このような設計正矢DVを有する曲線に整正するための修正量IDを唯一解として得ることができる。このため、曲線整正のための修正量IDの算出において、算出結果の信頼性が高くなる。 Thus, according to the correction amount calculation system 1 of the present embodiment, the design positive arrow calculation unit 31 calculates the design positive arrow DV based on the measurement positive arrow MV, the curve length CL, and the relaxation curve lengths TCL1, TCL2. The curve length CL and the relaxation curve lengths TCL1 and TCL2 of the design positive arrow DV can be set to input values. The value to be entered is a value specified for the curve. In addition, the design positive arrow DV in the circular curve can be made constant. Furthermore, since the correction amount calculation unit 32 calculates the correction amount ID from the design positive arrow DV and the measurement positive arrow MV using the inverse matrix [TR] −1 , the correction amount calculation unit 32 corrects the curve having the design positive arrow DV. The correction amount ID can be obtained as the only solution. For this reason, in the calculation of the correction amount ID for curve correction, the reliability of the calculation result is increased.

ところで、算出された修正量IDには、測定正矢MVの誤差の影響が含まれている。測定正矢[MV]の誤差は、測定時に前後の数値や線形条件等とは全く関係なく発生する白色誤差であると仮定すると、次式で表されるように、測定正矢[MV]は、測定正矢の真値部分[MVr]と、測定正矢の誤差部分[MVe]との重ね合わせであると考えられる。   By the way, the calculated correction amount ID includes the influence of the error of the measurement Masaya MV. Assuming that the error of measurement Masaya [MV] is a white error that occurs regardless of numerical values before and after the measurement, linear conditions, etc., the measurement Masaya [MV] is expressed by the following equation. The true value part [MVr] of the measurement positive arrow and the error part [MVe] of the measurement positive arrow are considered to be superimposed.

(数式7)
[MV]=[MVr]+[MVe]
(Formula 7)
[MV] = [MVr] + [MVe]

この[MV]を数式5に代入すると、修正量[ID]は、次式により算出される。   When this [MV] is substituted into Equation 5, the correction amount [ID] is calculated by the following equation.

(数式8)
[ID]=[TR]−1([DV]−[MVr]−[MVe])
(Formula 8)
[ID] = [TR] −1 ([DV] − [MVr] − [MVe])

修正量[ID]のうち、測定正矢の誤差[MVe]の影響の大きさ[IDe]は、次式で表される。この[IDe]を疑似修正量という。   Of the correction amount [ID], the influence [IDe] of the error [MVe] of the measurement positive arrow is expressed by the following equation. This [IDe] is called a pseudo correction amount.

(数式9)
[IDe]=−[TR]−1[MVe]
(Formula 9)
[IDe] = − [TR] −1 [MVe]

測定正矢の誤差[MVe]を平均値=0、標準偏差σのランダム発生値とする。σは、測定手段の精度によって異なる。西日本旅客鉄道株式会社における軌道検測車(10m弦正矢ベース)では、標準偏差σは、0.3mm〜0.5mm程度である。10m弦正矢の手測定(糸ばり)では、標準偏差σは、0.8mm〜1.5mm程度である。   The error [MVe] of the measurement positive arrow is a random value with an average value = 0 and a standard deviation σ. σ varies depending on the accuracy of the measuring means. The standard deviation σ is about 0.3 mm to 0.5 mm in the track inspection vehicle (based on 10 m Masaya Masaya) at West Japan Railway Company. The standard deviation σ is about 0.8 mm to 1.5 mm in the 10-meter string Masaya hand measurement (yarn string).

疑似修正量[IDe]、測定正矢の誤差[MVe]のスカラ要素を、それぞれide(I)、mve(I)とすると、分散の加法定理によって、疑似修正量の分散σ {ide(I)}は、次式のように表される。 If the scalar elements of the pseudo correction amount [IDe] and the error [MVe] of the measurement positive arrow are ide (I) and mve (I), respectively, the variance σ 2 {ide (I )} Is expressed as the following equation.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

ここで、σ{mve(i)}=εとすると(ε≒0.3mm〜0.5mm)、疑似修正量の標準偏差σ{ide(I)}は、次式のように表される。 Here, if σ {mve (i)} = ε (ε≈0.3 mm to 0.5 mm), the standard deviation σ {ide (I)} of the pseudo correction amount is expressed as the following equation.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

数式11により、[IDe]各項のσは、[MVe]の各項のσよりも増幅される。また、疑似修正量の標準偏差σ{ide(I)}は、測点数nの増加に伴って増幅が助長される。 According to Equation 11, σ of each term of [IDe] is amplified more than σ of each term of [MVe]. Moreover, amplification of the standard deviation σ {ide (I)} of the pseudo correction amount is promoted as the number of measurement points n increases.

従来から、交差法は、理論的には実線路形状を計算できる手法であるが、一定の延長以上になれば使えなくなると考察されている。疑似修正量の標準偏差σ{ide(I)}が測点数nの増加に伴って増幅が助長されることは、このような過去の考察に行き着く。 Conventionally, the crossing method is theoretically a method that can calculate the actual line shape, but it is considered that it cannot be used if it exceeds a certain extension. The fact that the standard deviation σ {ide (I)} of the pseudo correction amount is promoted as the number of measurement points n is increased leads to such a past consideration.

測定正矢[MV]内の誤差列[MVe]の各項が有する標準偏差をεとした場合、発生する疑似修正量[IDe]のi行要素ide(i)が有する標準偏差α(i)は、数式9より、次式で表される。   When the standard deviation of each term of the error sequence [MVe] in the measurement correct arrow [MV] is ε, the standard deviation α (i) of the i row element ide (i) of the generated pseudo correction amount [IDe] Is expressed by the following equation from Equation 9.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

ここで、mve(1)=mve(i)=mve(n)   Where mve (1) = mve (i) = mve (n)

数式11より、標準偏差α(i)は、次式で表される。   From Equation 11, the standard deviation α (i) is expressed by the following equation.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

一方、[TR10]−1は、n×nの行列である。その要素は、点対称となっており、次式を満たす。 On the other hand, [TR10] −1 is an n × n matrix. Its elements are point symmetric and satisfy the following equation.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

したがって、次式が導かれる。   Therefore, the following equation is derived.

Figure 2014109088
Figure 2014109088

ide(i)が有する標準偏差α(i)と、ide(n+1−i)が有する標準偏差α(n+1−i)は、次式で表される関係を有する。   The standard deviation α (i) possessed by ide (i) and the standard deviation α (n + 1-i) possessed by ide (n + 1-i) have a relationship represented by the following expression.

(数式16)
α(i)=α(n+1−i)
(Formula 16)
α (i) = α (n + 1−i)

図15に示されるように、縦軸を標準偏差α(i)、横軸を[IDe]の各要素の番号とすれば、数式16の関係により、標準偏差α(i)は左右対称に出現する。α(i)は、測定区間の区間延長TL、すなわち[IDe]の行数に伴い増加し、[IDe]が50行の場合の中央部ide(25)においては、σ{ide(25)}≒9.7mmにも達する。標準偏差α(i)は、測定区間の区間延長TLを半波長とした形状で、一定の発生確率で出現すると考えられる。このため、測定誤差を含んだ測定正矢MVに基づいて算出された修正量IDから、区間延長TLの2倍(2TL)以上の波長成分をハイパスフィルタ(HPF)で除去することにより、修正量IDへの測定誤差の影響が減少する。   As shown in FIG. 15, if the vertical axis is the standard deviation α (i) and the horizontal axis is the number of each element of [IDe], the standard deviation α (i) appears symmetrically according to the relationship of Equation 16. To do. α (i) increases with the interval extension TL of the measurement interval, that is, with the number of rows of [IDe], and σ {ide (25)} in the central portion ide (25) when [IDe] is 50 rows. Approximately 9.7mm. The standard deviation α (i) is considered to appear with a certain probability of occurrence in a shape in which the section extension TL of the measurement section is a half wavelength. For this reason, the correction amount is removed from the correction amount ID calculated based on the measurement arrow MV including the measurement error by a high-pass filter (HPF) by removing a wavelength component more than twice the section extension TL (2TL). The influence of measurement error on ID is reduced.

本実施形態の修正量算出システム1において、処理部3は、修正量IDに含まれる測定正矢MVの誤差の影響を低減するための誤差低減部33を備える(図1参照)。誤差低減部33は、処理部3が修正量算出用コンピュータプログラムの誤差低減ステップを実行することによって実現される機能部分である。誤差低減部33は、修正量算出部32によって算出された修正量IDから測定区間の区間延長TLの2倍以上の波長成分を除去する。   In the correction amount calculation system 1 of the present embodiment, the processing unit 3 includes an error reduction unit 33 for reducing the influence of the error of the measurement positive arrow MV included in the correction amount ID (see FIG. 1). The error reduction unit 33 is a functional part realized by the processing unit 3 executing the error reduction step of the correction amount calculation computer program. The error reduction unit 33 removes a wavelength component that is twice or more the interval extension TL of the measurement interval from the correction amount ID calculated by the correction amount calculation unit 32.

誤差の低減について、さらに詳述する。誤差低減部33は、測定区間の区間延長TLの2倍以上の波長成分を除去するハイパスフィルタ(HPF)331を有する。ハイパスフィルタ331は、処理部3のデジタル処理によって実現されるデジタルフィルタである。図16に示されるように、修正量算出部32が算出する修正量IDは、区間延長TLの測定区間について得られる。誤差低減部33は、算出された修正量IDの波形の前後に、上下反転した同じ波形を接続する。修正量IDの波形を上下反転して接続することを繰り返すことによって、修正量IDの波形に基づいた連続波形が合成される。誤差低減部33は、合成した連続波形をハイパスフィルタ331に入力し、ハイパスフィルタ331から出力された連続波形から測定区間の修正量を取り出す。これにより、修正量算出部32によって算出された修正量IDから測定区間の区間延長TLの2倍以上の波長成分が除去される。   The error reduction will be further described in detail. The error reduction unit 33 includes a high-pass filter (HPF) 331 that removes a wavelength component that is twice or more the section extension TL of the measurement section. The high pass filter 331 is a digital filter realized by digital processing of the processing unit 3. As shown in FIG. 16, the correction amount ID calculated by the correction amount calculation unit 32 is obtained for the measurement section of the section extension TL. The error reduction unit 33 connects the same waveform inverted up and down before and after the calculated correction amount ID waveform. A continuous waveform based on the waveform of the correction amount ID is synthesized by repeatedly connecting the correction amount ID waveform upside down. The error reduction unit 33 inputs the synthesized continuous waveform to the high pass filter 331 and extracts the correction amount of the measurement section from the continuous waveform output from the high pass filter 331. As a result, a wavelength component that is twice or more the section extension TL of the measurement section is removed from the correction amount ID calculated by the correction amount calculation unit 32.

上記のような誤差の低減の妥当性について、データに基づいて確認する。数式5において、[DV]=[0](零ベクトル)とすると、次式が得られる。   The validity of the above error reduction is confirmed based on the data. In Equation 5, if [DV] = [0] (zero vector), the following equation is obtained.

(数式17)
[ID]=−[TR]−1[MV]
(Formula 17)
[ID] =-[TR] -1 [MV]

数式17で算出される修正量[ID]は、正矢量[MV]を有する曲線を、直線([DV]=[0])にするための修正量であり、符号を反転すると、測定した曲線の実線形となる。   The correction amount [ID] calculated by Expression 17 is a correction amount for making a curve having a positive arrow amount [MV] into a straight line ([DV] = [0]). It becomes a real linear.

例えば、図17に示される正矢量を数式17の[MV]に代入すると、図18に示される修正量[ID]が得られる。この修正量[ID]が正解であることは、修正量[ID]の符号を反転すると曲線の線形と一致することによって確認される。これは、測定正矢に誤差が無い場合の修正量である。   For example, if the amount of positive arrows shown in FIG. 17 is substituted for [MV] in Equation 17, the correction amount [ID] shown in FIG. 18 is obtained. The correctness of the correction amount [ID] is confirmed by inverting the sign of the correction amount [ID] so as to match the linear shape of the curve. This is the amount of correction when there is no error in the measurement arrow.

図16の中央部に示される修正量[ID]は、図17に示される正矢量[MV]に白色誤差(平均m=0、標準偏差σ=0.5mm)を重ね合わせた測定正矢を数式17に代入して得られたものである。この修正量[ID]から測定区間の区間延長TLの2倍以上の波長成分を除去した修正量(HPF除去後修正量)を図19に示す。この図には、HPF除去後修正量とともに、測定正矢に誤差が無い場合の修正量(正解修正量)を示している。HPF除去後修正量は、測定正矢に誤差が無い場合の修正量(正解修正量)とは完全には一致していないが、実用上問題の無い数値が得られることが確認された。   The correction amount [ID] shown in the center part of FIG. 16 is a measurement positive arrow obtained by superposing a white error (average m = 0, standard deviation σ = 0.5 mm) on the positive arrow amount [MV] shown in FIG. It is obtained by substituting into Equation 17. FIG. 19 shows a correction amount (correction amount after HPF removal) obtained by removing a wavelength component more than twice the interval extension TL of the measurement interval from the correction amount [ID]. This figure shows the correction amount (correct correction amount) when there is no error in the measurement positive arrow, along with the correction amount after HPF removal. The correction amount after HPF removal is not completely coincident with the correction amount (correct correction amount) when there is no error in the measurement positive arrow, but it was confirmed that a numerical value having no practical problem can be obtained.

このように、本実施形態の修正量算出システム1によれば、誤差低減部33が修正量算出部32によって算出された修正量IDから測定区間の区間延長TLの2倍以上の波長成分を除去することにより、測定正矢MVの測定誤差の影響を低減することができる。測定区間の区間延長TLが長く、測点数が多い曲線においても誤差の少ない修正量を算出することができ、算出結果の信頼性が確保される。   As described above, according to the correction amount calculation system 1 of the present embodiment, the error reduction unit 33 removes a wavelength component that is twice or more the interval extension TL of the measurement interval from the correction amount ID calculated by the correction amount calculation unit 32. By doing so, the influence of the measurement error of the measurement arrow MV can be reduced. Even in a curve having a long measurement section extension TL and a large number of measurement points, a correction amount with a small error can be calculated, and the reliability of the calculation result is ensured.

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、正矢の測定における弦は10mに限定されず、例えば、20m又は40mであってもよい。   In addition, this invention is not restricted to the structure of said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the summary of invention. For example, the string in the measurement of Masaya is not limited to 10 m, and may be 20 m or 40 m, for example.

1 修正量算出システム
2 入力部
3 処理部
31 設計正矢算出部
32 修正量算出部
33 誤差低減部
331 ハイパスフィルタ
4 出力部
CL 曲線長
DV 設計正矢
ID 修正量
TL 測定区間の区間延長
MV 測定正矢
TCL1、TCL2 緩和曲線長
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Correction amount calculation system 2 Input part 3 Processing part 31 Design positive arrow calculation part 32 Correction amount calculation part 33 Error reduction part 331 High pass filter 4 Output part CL Curve length DV Design positive arrow ID Correction amount TL Section extension MV measurement Masaya TCL1, TCL2 Relaxation curve length

Claims (8)

鉄道の軌道における曲線整正のための修正量を算出する修正量算出システムであって、
データの入力を受ける入力部と、
前記入力部から入力されたデータを処理する処理部と、
前記処理部が処理したデータを出力する出力部とを備え、
前記入力部は、データとして、曲線を含んだ測定区間の各測点で測定された正矢である測定正矢と、その曲線について定められた曲線長及び緩和曲線長とが入力され、
前記処理部は、前記入力部に入力された測定正矢、曲線長及び緩和曲線長に基づいて整正後の曲線における各測点の正矢である設計正矢を算出する設計正矢算出部と、前記設計正矢及び測定正矢から各測点の修正量を算出する修正量算出部とを有し、
前記設計正矢算出部は、前記曲線長及び緩和曲線長を具有するとともに前記測定区間における総和が測定正矢の総和と等しく、かつ、モーメントの総和が測定正矢のモーメントの総和と等しくなるように設計正矢を算出し、
前記修正量算出部は、前記設計正矢及び測定正矢から逆行列を用いて前記修正量を算出することを特徴とする修正量算出システム。
A correction amount calculation system for calculating a correction amount for curve correction in a railway track,
An input unit for receiving data; and
A processing unit for processing data input from the input unit;
An output unit that outputs data processed by the processing unit,
The input unit, as data, a measurement arrow that is a positive arrow measured at each measurement point of a measurement section including a curve, and a curve length and a relaxation curve length determined for the curve are input,
The processing unit is a design positive arrow calculation unit that calculates a design positive arrow that is a positive arrow of each measurement point in the curve after correction based on the measurement positive arrow, the curve length, and the relaxation curve length input to the input unit And a correction amount calculation unit for calculating the correction amount of each measurement point from the design positive arrow and the measurement positive arrow,
The design Masaya calculation unit has the curve length and the relaxation curve length, and the sum in the measurement section is equal to the sum of the measurement Masaya, and the sum of moments is equal to the sum of the moments of the measurement Masaya. Calculate design Masaya,
The correction amount calculation unit, wherein the correction amount calculation unit calculates the correction amount using an inverse matrix from the design front arrow and the measurement front arrow.
前記設計正矢算出部は、前記曲線長及び緩和曲線長を具有するとともに前記測定区間における総和が測定正矢の総和と等しい設計正矢を生成し、生成された設計正矢を前記測定区間におけるモーメントの総和が測定正矢のモーメントの総和と等しくなるように調整することによって設計正矢を算出することを特徴とする請求項1に記載の修正量算出システム。   The design positive arrow calculation unit has the curve length and the relaxation curve length and generates a design positive arrow in which the total sum in the measurement interval is equal to the total sum of the measurement positive arrows, and the generated design positive arrow in the measurement interval. The correction amount calculation system according to claim 1, wherein the design positive arrow is calculated by adjusting the sum of moments to be equal to the total sum of moments of the measurement positive arrow. 前記設計正矢は、正矢形状が台形であり、前記台形の上底の長さが前記曲線長、脚を下底に投影した長さが前記緩和曲線長にそれぞれ対応し、
前記曲線長及び緩和曲線長は、前記測定区間の曲線について規定されている値であることを特徴とする請求項2に記載の修正量算出システム。
The design positive arrow has a trapezoidal shape, and the length of the upper base of the trapezoid corresponds to the curve length, and the length of the projected leg on the lower base corresponds to the relaxation curve length.
The correction amount calculation system according to claim 2, wherein the curve length and the relaxation curve length are values defined for the curve of the measurement section.
前記測定区間における測点の数をn、I番目(1≦I≦n)の測点である測点Iにおける測定正矢をMV(I)、設計正矢をDV(I)、修正量をID(I)とし、
DV(I)、MV(I)及びID(I)を要素とする列ベクトルを、それぞれ[DV]、[MV]及び[ID]とすると、
前記修正量算出部は、対角要素が1、対角要素に隣接する要素が−1/2、それ以外の要素が0であるn次正方行列[TR]を生成し、その逆行列[TR]−1を算出し、[ID]=[TR]−1([DV]−[MV])により各測点Iにおける修正量ID(I)を算出することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の修正量算出システム。
The number of measurement points in the measurement section is n, the measurement arrow at the measurement point I which is the I-th (1 ≦ I ≦ n) measurement point is MV (I), the design positive arrow is DV (I), and the correction amount is ID (I)
If the column vectors whose elements are DV (I), MV (I) and ID (I) are [DV], [MV] and [ID], respectively,
The correction amount calculation unit generates an n-order square matrix [TR] in which the diagonal element is 1, the element adjacent to the diagonal element is −1/2, and the other elements are 0, and the inverse matrix [TR -1 is calculated, and the correction amount ID (I) at each measurement point I is calculated by [ID] = [TR] -1 ([DV]-[MV]). The correction amount calculation system according to any one of items 3 to 4.
前記処理部は、前記修正量に含まれる測定正矢の誤差の影響を低減するための誤差低減部をさらに備え、
前記誤差低減部は、前記修正量算出部によって算出された修正量から前記測定区間の区間延長の2倍以上の波長成分を除去することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の修正量算出システム。
The processing unit further includes an error reduction unit for reducing the influence of measurement error arrow included in the correction amount,
5. The error reduction unit removes a wavelength component that is at least twice as long as an extension of the measurement interval from the correction amount calculated by the correction amount calculation unit. The correction amount calculation system according to item.
前記誤差低減部は、前記測定区間の区間延長の2倍以上の波長成分を除去するハイパスフィルタを有し、前記修正量算出部によって算出された修正量の波形に基づいた連続波形を合成し、合成した連続波形を前記ハイパスフィルタに入力し、前記ハイパスフィルタから出力された連続波形から前記測定区間の修正量を取り出すことを特徴とする請求項5に記載の修正量算出システム。   The error reduction unit includes a high-pass filter that removes a wavelength component that is twice or more the interval extension of the measurement interval, and synthesizes a continuous waveform based on the waveform of the correction amount calculated by the correction amount calculation unit, 6. The correction amount calculation system according to claim 5, wherein the synthesized continuous waveform is input to the high-pass filter, and the correction amount of the measurement section is extracted from the continuous waveform output from the high-pass filter. 鉄道の軌道における曲線整正のための修正量を算出する修正量算出用コンピュータプログラムであって、
曲線を含んだ測定区間の各測点で測定された正矢である測定正矢と、その曲線について定められた曲線長及び緩和曲線長とに基づいて整正後の曲線における各測点の正矢である設計正矢を算出する設計正矢算出ステップと、
前記設計正矢及び測定正矢から各測点の修正量を算出する修正量算出ステップとをコンピュータに実行させ、
前記設計正矢算出ステップにおいて、前記曲線長及び緩和曲線長を具有するとともに前記測定区間における総和が測定正矢の総和と等しく、かつ、モーメントの総和が測定正矢のモーメントの総和と等しくなるように設計正矢が算出され、
前記修正量算出ステップにおいて、前記設計正矢及び測定正矢から逆行列を用いて前記修正量が算出されることを特徴とする修正量算出用コンピュータプログラム。
A computer program for calculating a correction amount for calculating a correction amount for curve correction in a railway track,
Based on the measurement arrow that is the positive arrow measured at each station in the measurement section including the curve, and the curve length and relaxation curve length determined for the curve, A design positive arrow calculation step for calculating a design positive arrow that is an arrow;
A correction amount calculating step for calculating a correction amount for each measurement point from the design positive arrow and the measurement positive arrow is executed by a computer,
In the design positive arrow calculation step, the curve length and the relaxation curve length are provided, the sum in the measurement section is equal to the total sum of the measurement positive arrows, and the sum of moments is equal to the total sum of moments of the measurement positive arrows. Design Masaya is calculated in
In the correction amount calculating step, the correction amount is calculated from the design front arrow and the measurement front arrow using an inverse matrix.
前記修正量に含まれる測定正矢の誤差の影響を低減するための誤差低減ステップをコンピュータにさらに実行させ、
前記誤差低減ステップにおいて、前記修正量算出ステップで算出された修正量から前記測定区間の区間延長の2倍以上の波長成分が除去されることを特徴とする請求項7に記載の修正量算出用コンピュータプログラム。


Further causing the computer to perform an error reduction step for reducing the influence of the error of the measurement positive arrow included in the correction amount;
8. The correction amount calculation according to claim 7, wherein, in the error reduction step, a wavelength component that is twice or more as long as an extension of the measurement interval is removed from the correction amount calculated in the correction amount calculation step. Computer program.


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