JP2015227834A - 軌道検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の走行中に軌道の不整箇所を検出できるとともに、検査装置が搭載された車両自身による軌道損傷の可能性を推定して位置を特定できる軌道検査装置を提供する。【解決手段】軌道検査装置１は、鉄道の車両２における走行中の加速度の変化と走行位置情報とに基づき軌道４の不整位置を検出し、運転情報に基づき当該車両による軌道損傷の可能性を推定して損傷した可能性のある位置を特定する。鉄道の車両で軌道を監視して不整位置を検出すると共に、検査装置が搭載された車両自身による軌道への損傷の可能性を推定することで、軌道損傷の可能性を早期に検出でき、高い安全性を確保できる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道の車両を用いて軌道の検査を行う軌道検査装置に関する。

特許文献１には、軸箱振動加速度による軌道不整検出装置が記載されている。この軌道不整検出装置は、鉄道車両の軸箱に取り付けた振動加速度計の出力の大きさから軌道の不整を検出する。

特開平０８−１８４４２６号公報

しかしながら、上記軌道不整検出装置は、軌道の現状を把握するものであり、この検出装置を搭載した車両自身の運転状況、例えば急減速や急加速などに起因する軌道のキズや変状は検出できない。このため、次に検査するまでの期間は十分な安全性が保証できない、という課題がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、車両の走行中に軌道の不整箇所を検出できるとともに、検査装置が搭載された車両自身による軌道損傷の可能性を推定して位置を特定できる軌道検査装置を提供することにある。

本発明の軌道検査装置は、走行位置と車両の揺動による加速度の変化を検出し、走行位置情報と加速度の変化とに基づき軌道の不整位置を算出するとともに、車両の走行中の運転情報に基づき当該車両による軌道損傷の可能性を推定し、走行位置情報から損傷した可能性のある位置を特定する。

本発明によれば、車両の走行中に軌道の不整箇所を検出できるだけでなく、運転情報に基づき軌道への損傷の可能性を推定することで、検査装置が搭載された車両自身により損傷させた可能性のある位置を特定できる。これによって、軌道の不整位置を早期に発見でき、高い安全性を確保できる。

本発明の実施形態に係る軌道検査装置を示す概略構成図である。 図１における軌道検査装置のシステム構成を示すブロック図である。 図１及び図２に示した軌道検査装置の動作を示すフローチャートである。 図３における軌道の不整位置の算出動作の一例を示すフローチャートである。 図３における軌道損傷の可能性の推定動作の一例を示すフローチャートである。 図４及び図５における異常時処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、軌道検査装置１は、鉄道の車両（例えば営業運転車両）２の運転席に搭載されており、この車両２の後部には車輪３の通過後の軌道（レール）４を撮影するカメラ（撮像手段）５が設けられている。すなわち、車両２の矢印で示す進行方向の前方に軌道検査装置１が設けられ、後方にカメラ５が設けられることで、軌道検査装置１に対してカメラ５がタイムラグを持って通過し、軌道検査装置１で異常を検出したときに、その位置の軌道４を撮影できるようになっている。また、車両２の上部には、通信用アンテナ６とＧＰＳ用アンテナ７が設けられている。更に、車両２の車軸軸受を支持する軸箱８には加速度センサ９が取り付けられ、車両２内（あるいは車両２外の床下などでも良い）には加速度センサ１０が取り付けられている。

軌道検査装置１は、図２に示すように、規制データベース１１、位置検出装置（位置検出手段）１２、加速度検出装置（加速度検出手段）１３、運転情報取得装置（取得手段）１４、ディスプレイ１５、処理装置（処理手段）１６、記録装置（記録手段）１７、通信装置（通信手段）１８、電源装置１９及び入出力装置２０などを含んで構成される。

規制データベース１１は、運行制御情報を記憶するものである。この運行制御情報には、線路情報、運転パターン及び走行制限情報などが含まれている。線路情報は、例えば線路の曲線・勾配、駅や信号機の位置、及び各駅間の距離の情報である。運転パターンは、例えば発車駅から到着駅までの力行、惰行、回生ブレーキ、停車といった、予め定められている運転操作のパターンである。走行制限情報は、制限速度、及びブレーキの強さなどの情報である。

位置検出装置１２は、例えばＧＰＳ用アンテナ７で受信したＧＰＳ信号を用いて車両２の走行位置を検出する。あるいは、回転センサ２１などを用いて車輪３の回転数を計測し、車輪３の回転から求まる車輪軸速度から車両２の走行位置を算出する。また、軌道４に沿って所定の間隔で配置されている地上子の信号を、車上子２２で受けて走行位置を特定することもできる。周辺環境や走行状況に応じて、少なくともいずれか１つを用いたり、複数を組み合わせたりして走行位置を検出し、処理装置１６に出力する。車両２の走行位置を検出できれば、他の装置や方法を用いることもできる。

加速度検出装置１３は、軸箱８及び車両２内に取り付けた加速度センサ９，１０の出力に基づき加速度を検出するもので、加速度センサ９，１０の出力を増幅する増幅器と低周波成分を取り出すためのローパスフィルタを備えている。軌道４に歪みや狂いがあると、軸箱８及び車両２が上下方向あるいは左右方向に揺動するので、これを加速度の変化として検知し、処理装置１６に出力する。このように、車両２の走行中に、加速度センサ９，１０で軸箱８及び車両２の加速度（揺動）を検出することで、軌道４の不整を監視することができる。

ここで、加速度センサ９は、軸箱８に取り付けられていることから、車輪３の振動を直接的且つ高精度に検出できるが、駆動モータの電流によるノイズの影響を受ける。一方、加速度センサ１０には、車両２と車輪３との間に設けられている緩衝装置を介在して振動が伝達されるので、微振動や加速度の小さな変化が吸収されるものの、車両２内に取り付けられていることからノイズの影響をほとんど受けない。よって、両加速度センサ９，１０の計測出力を併せて用いることで、加速度データの精度とノイズ耐性を高めている。

運転情報取得装置１４は、車両２の操作装置２３であるマスターコントローラのノッチ位置やブレーキの操作情報を取得すると共に、各種センサ２４により車両２の加速・減速、車輪の空転・滑走、及び力行・ブレーキなどの走行状態を示す走行情報を取得する。各種センサ２４は、軌道検査装置１の専用に設けても良いが、既設のセンサ類を流用することもできる。更に、保安装置２５からの非常ブレーキ指示などの保安情報を取得する。そして、これら取得した運転情報（操作情報、走行情報及び保安情報）を処理装置１６に出力する。

ディスプレイ１５は、処理装置１６の制御により、車両２の運行制御情報や運転情報、カメラで撮影した映像などの種々の情報を表示して運転士に通知あるいは報知するものである。

処理装置１６は、加速度検出装置１３から出力された加速度の変化と、位置検出装置１２から出力された走行位置情報とに基づき軌道４の不整位置を算出する。また、運転情報取得装置１４で取得した操作情報、走行情報及び保安情報などの運転情報と、規制データベース１１に記憶されている線路情報、運転パターン及び走行制限情報などの運行制御情報に基づき、当該車両２による軌道損傷の可能性を推定する。すなわち、例えば保安装置２５からの非常ブレーキ指示で急ブレーキをかけた場合、マスターコントローラの操作で行われた減速や加速が走行制限情報で指示された操作よりも急激だった場合、規定の速度よりも高速でカーブに進入した場合、車輪の空転や滑走を検出した場合、などの様々な運転状況に基づき、軌道４のキズや変状などの損傷の可能性を推定する。そして、損傷した可能性のある軌道４の位置を位置検出装置１２による走行位置情報から特定する。

記録装置１７は、処理手段１６により軌道４の不整を検出したときに、加速度検出装置１３から出力された加速度と、位置検出装置１２から出力された走行位置情報を記録する。また、処理手段１６により軌道４のキズや変状などの軌道損傷の可能性が推定されたときに、加速度センサ９，１０から出力された加速度情報、運転情報取得装置１４で取得した運転情報、及び位置検出装置１２で検出した走行位置情報などをそれぞれ記録する。保守員は、この記録装置１７の記録に基づいて、軌道４の不整位置または軌道損傷の可能性のある位置を特定し、目視による確認作業を行う。

通信装置１８は、処理装置１６で軌道４の不整を検出したとき、及び軌道損傷の可能性が推定されたときに、走行位置情報とカメラ５で撮影した映像を外部に送信して通知するためのものである。通信装置１８には、既設の鉄道信号用の通信網、既存の無線技術を用いた汎用通信網、及び携帯電話網などを用いる様々な通信機器を利用できる。

電源装置１９は、軌道検査装置１の各部に電源を供給するためのもので、バッテリなどを含んでいる。入出力装置２０は、カメラ５で撮影した映像を、処理装置１６を介して記録装置１７に入力、あるいは通信装置１８に入力して外部に通知し、処理装置１６から出力された撮影／停止を制御する制御信号をカメラ５に出力する。

次に、上記のような構成において、軌道検査時の動作について図３乃至図６のフローチャートにより詳しく説明する。図１及び図２に示した軌道検査装置１の概略動作は、図３に示すように、まず検査実行か否かを判定し（ステップＳ１）、検査実行と判定されると、位置検出装置１２により、走行位置情報を取得する（ステップＳ２）。走行位置情報には、ＧＰＳ信号、車輪軸速度、及び地上子と車上子の通信の少なくともいずれか１つを用いる。

次のステップＳ３では、加速度検出装置１３の出力に基づき、処理装置１６により上下方向及び左右方向の加速度の変化から軌道４の不整、すなわち歪みや狂いを判定する。そして、この加速度の変化と位置検出装置１２による走行位置情報とに基づき軌道４の不整位置を算出する。続くステップＳ４では、運転情報取得装置１４で取得した運転情報に基づき、処理装置１６により当該車両２による軌道損傷の可能性を推定し、上記走行位置情報から損傷した可能性のある位置を特定する。その後、上記軌道４の不整位置及び軌道損傷の可能性のある位置などのデータを記録装置１７に保存する（ステップＳ５）。また、軌道損傷の可能性がある場合には、走行位置情報とカメラ５で撮影した映像を通信装置１８により外部に通知する。その後、検査終了か否かを判定し（ステップＳ６）、検査が終了するまで上述したステップＳ２〜Ｓ５の動作を繰り返す。

図４は、図３における軌道の不整位置の算出動作の一例を示している。まず、加速度センサ９，１０から加速度情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ成分）をそれぞれ取得し（ステップＳ１１）、取得した上下方向と左右方向の加速度をそれぞれ２回積分する（ステップＳ１２）。これによって、加速度情報が変位情報に変換され、変位が求まる。続いて、変位の量が所定の閾値以内か否かをセンサ毎に判定し（ステップＳ１３）、少なくとも一方が閾値を超えていれば異常時処理を行う（ステップＳ１４）。すなわち、加速度の変位が所定値よりも大きい場合に軌道変状と判定する。

ステップＳ１３で、変位量が閾値以内と判定されたときには、進行方向（前後方向）に対する減速度（あるいは加速度）が所定の閾値以内か否かを判定し（ステップＳ１５）、閾値を超えていれば異常時処理を行う（ステップＳ１６）。すなわち、進行方向の減速度（あるいは加速度）が大きいと、軌道にキズを付けた可能性があると判定する。ステップＳ１５で、減速度が閾値以内と判定されたとき、あるいはステップＳ１６で異常時処理を行ったときにはステップＳ３に戻る。

図５は、図３における軌道損傷の可能性の推定動作の一例を示している。まず、運転情報取得装置１４で運転情報を取得し（ステップＳ２１）、この運転情報から非常ブレーキ、マスターコントローラの急激な操作、規定の速度よりも高速でカーブに進入、などの異常な運転が行われたか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで、上述したステップＳ１５における加速度センサ９，１０の前後方向に対する加速度の変化でも軌道損傷の可能性を推定できるが、運転情報を考慮することにより、線路の歪みなどがあっても高精度な検出が可能となる。そして、異常な運転が行われた場合には、軌道４あるいは車輪３の損傷の可能性があるので、異常時処理を行い（ステップＳ２３）、ステップＳ４に戻る。ステップＳ２２で異常な運転が行われていないと判定されたときには、そのままステップＳ４に戻る。

図６は、図４及び図５における異常時処理の一例を示している。異常時処理は、処理装置１６内の所定の記憶領域に異常を示すフラグを立て（ステップＳ３１）、走行位置情報と運転情報を記録装置１７に記録すると共に、カメラ５で軌道４を撮影して記録する（ステップＳ３２）。次に、異常箇所を通信装置１８で外部に通知する（ステップＳ３３）。通知を受けた保守員は、カメラ５で撮影した映像を目視で確認する。映像から軌道の損傷を発見した場合、あるいは軌道損傷の可能性が高い場合には、現場に出向いて軌道の保守・点検作業を行う。

上記のような構成によれば、鉄道の車両の走行中に、軌道の不整箇所を発見できるだけでなく、当該車両の運転状況（急減速、急加速など）に起因する軌道のキズや変状の場所も合わせて発見しやすくなる。すなわち、軌道の現状の変化を検出するだけではなく、自身が損傷させた可能性のある軌道の位置を推定できる。軌道損傷の可能性を推定することで、従来は次の検査までわからなかった軌道のキズや変状の場所が早期に検出でき、鉄道運行の安全に寄与できる。

また、軌道のキズや変状をカメラで撮影して映像に記録し、軌道損傷の可能性がある位置情報と映像を通信装置で保守員に情報を送ることができる。よって、保守員が現地に出向かなくても映像で軌道の確認ができ、保守員の車両乗車による巡視の軽減化と支援ができる。

＜変形例１＞
なお、上記実施形態では、規制データベース１１に記憶されている運行制御情報を用いて異常を推定するようにしたが、必ずしも規制データベース１１を設けなくても良い。例えば非常ブレーキや、マスターコントローラにおける急激なノッチ操作などの運転情報で異常を推定しても良く、加速度センサにより車両の前後方向の加速度を検出して考慮することで、軌道損傷の可能性を推定しても良い。異常を推定するために必要な運行制御情報を、外部から通信装置１８で処理装置１６に入力することもできる。

＜変形例２＞
また、記録する映像のデータ量を小さくするために、加速度センサにおける出力が所定の閾値を超過したのをトリガにして、異常推定される地点の軌道４の映像を取得するようにしたが、軌道４の映像を連続的に撮影し、異常の可能性がある位置を指示するようにしても良い。連続的に撮影して半導体メモリなどに書き込み、所定時間を超える場合には上書きしていき、異常が推定されたときに半導体メモリの記憶情報を記録装置１７に記録することもできる。

＜変形例３＞
更に、車両に運転情報を記録する装置が搭載されている場合、現状では単に記録しているだけであるが、この装置の記録用に設けられている各種センサの出力を利用して運転情報を取得するようにしても良い。既存のセンサや装置を利用することで、コストの上昇を抑えることができる。

＜変形例４＞
加えて、加速度センサ９，１０の出力に基づき加速度を検出する場合を例に取って説明したが、いずれか一方の加速度センサを用いても良く、更に加速度センサを付加したり複数の車両に設けたりしても良い。多数の加速度センサを設け、それぞれのセンサ出力から総合的に加速度を判定することで、高精度な検出が可能となる。また、軌道４の歪みや狂いによる車両２の揺動を検出できれば、加速度センサ以外のセンサを用いることもできる。更に、加速度センサに加えて、例えば軸箱８などにマイクを取り付け、軌道４と車輪３との接触部で発生する音（騒音）を考慮するようにしても良い。

＜変形例５＞
上述した実施形態では、処理装置１６で、ソフトウェアにより加速度を変位情報に変換する例を示したが、加速度検出装置１３内に積分装置を設け、ハードウェアで変換することもできる。

＜変形例６＞
カメラ５を先頭車両の後部に設ける例を示したが、列車の最後尾の車両に設けることで、列車の通過後の軌道４を撮影することができる。

１…軌道検査装置、２…車両、３…車輪、４…軌道（レール）、５…カメラ（撮像手段）、８…軸箱、９，１０…加速度センサ、１１…規制データベース、１２…位置検出装置（位置検出手段）、１３…加速度検出装置（加速度検出手段）、１４…運転情報取得装置（取得手段）、１６…処理装置（処理手段）、１７…記録装置（記録手段）、１８…通信装置（通信手段）、２３…操作装置、２４…各種センサ、２５…保安装置

Claims (6)

1. 車両の走行中の運転情報を取得する取得手段と、
   車両の加速度を検出する加速度検出手段と、
   走行位置を検出する位置検出手段と、
   前記加速度検出手段による加速度の変化と前記位置検出手段の走行位置情報とに基づき軌道の不整位置を算出し、前記取得手段による運転情報に基づき当該車両による軌道損傷の可能性を推定し、前記走行位置情報から損傷した可能性のある位置を特定する処理手段と、
   を備える軌道検査装置。
2. 前記車両の運行制御情報が記憶されたデータベースを更に備え、
   前記処理手段は、前記取得手段で取得した運転情報、及び前記データベースに記憶された運行制御情報に基づき、前記車両による軌道損傷の可能性を推定する、請求項１に記載の軌道検査装置。
3. 前記処理手段により、軌道損傷の可能性が推定されたときに、前記位置検出手段で検出した走行位置情報を記録する記録手段を更に備える、請求項１または２に記載の軌道検査装置。
4. 前記運転情報は、前記車両の加速・減速、車輪の空転・滑走、力行・ブレーキ、及び保安装置からの非常ブレーキ指示の少なくともいずれか１つの情報を含む、請求項１乃至３いずれか１項に記載の軌道検査装置。
5. 前記車両における車輪の通過後の軌道を撮影する撮像手段を更に備え、前記処理手段で推定された、損傷した可能性のある位置を撮影する、請求項１乃至４いずれか１項に記載の軌道検査装置。
6. 前記処理手段で軌道損傷の可能性が推定されたときに、前記走行位置情報と前記撮像手段で撮影した映像を外部に送信して通知する通信手段を更に備える、請求項５に記載の軌道検査装置。