JP2016205058A - 軌道検測方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道レールを計測するとき、長い区間の軌道をより正確に検測する軌道検測装置を提供する。
【解決手段】計測機２を第１移動台３に搭載し、プリズム４、傾斜センサーを第２移動台７に搭載する。第１移動台３と第２移動台７がレール上で所定距離を離れて位置したとき、計測機２が投射した光線がプリズム４に反射し、反射光として計測機２に受信することで、プリズム４までの距離を計測する。前記傾斜センサーは、レールの傾きを測定し、計測された距離と傾きを用いて軌道変位を検測する。第１移動台３を停止させ、第２移動台７を所定距離前進させながら検測を行う。その後、第２移動台７を停止させ、第１移動台３を第２移動台７へ前進させながら検測を行うことにより、軌道変位の高低変位、通り変位、水準変位、平面変位、軌間変位の５項目を検測できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、鉄道レールの軌道変位を検測する軌道検測方法及びその装置に関する。更に詳しくは、鉄道レールに沿って移動しながら鉄道レールの軌道変位を検測する軌道検測方法及びその装置に関する。

鉄道線路を構成する軌道を定期的に検測しその状態を把握することは、鉄道の安全確保にとって極めて重要である。軌道はその上を走る列車運転等により、レールが基準位置に対して変位する。レールの位置が設計位置からずれることを軌道変位と呼ぶ。この軌道変位としては、高低変位、通り変位、水準変位、平面性変位、軌間変位の５項目が規定されている。この５項目は周知事項であるがその概要のみを説明する。

高低変位は、レールの上下方向のズレであり、車両の上下並進運動、ピッチングに影響を及ぼす。通り変位は、レールの左右方向のズレであり、車両の左右並進運動、ヨーイングに影響を及ぼす。水準変位は、左右レールの高さの差であり、車両のローリングに影響を及ぼす。軌道の曲線区間では、車両の遠心力を打ち消すために外軌側のレールを高くする。これを「カント」と呼び、水準変位とは区別する。平面性変位は、一定距離を隔てた２点の水準変位の差であり、車両の輪重変動に影響を及ぼす。

軌間変位は、左右のレールの間隔の設計値からの差である。軌道変位の検測は、通常は５ｍ、１０ｍ等の所定距離毎に行っている。例えば、通り変位、高低変位は、１０ｍの測定弦を設定して、その中心点に対するレールの変位を測定する方法が標準となっている。これらの変位の検測装置の中で、手押しにより簡易型軌道検測車でレールを走行させて、上記５項目を同時に検測するものも提案されている（特許文献１）。ただ、この検測の５項目は局所的な相対値であることから長いスパンのズレは考慮しておらず本来のレールの法線に則しているとは言えなかった。

この検測は、同時に５項目を検測できる利点はあるが、そのための軌道検測車の機構が複雑なものになり、機構的に不安定にならざるをえない。また、レーザー光線を用いたもので、受光器を台車に搭載する「鉄道レールの通り測量用受光装置」が提案されている（特許文献２、３）。しかしながら、この装置は、レールの左右方向のズレのみの通り変位のためのものであり、通り変位以外の他の変位は計測できない。

本発明の出願人は、上記の状況に鑑みて、トータルステーションシステムを用いた測量用のレーザー測距により、上記５変位の計測が可能な軌道計測用ゲージを提案した（特許文献４）。しかしながら、この検測方法は、短い距離を順次、一定間隔毎に計測作業を行うものであるから、計測作業自体はある程度の手間と時間を要することから作業時間に制約を受ける夜間においては有効であったと言い難い。

特開平７−２２３５３９号公報 特開平５−１９０８号公報 特開平７−２０８９９２号公報 特開２００５−６２０３４号公報

以上説明したように、従来の方法で計測すると、レール長が長距離の場合、本来の法線からのずれが大きくても、計測距離が短いため計測変位が管理値内の値になる。そのため、従来の検測方法より、鉄道レールの軌道をより正確に、かつ迅速に検測することが求められている。
１０ｍの測定弦による測定方法では、測定中に１点でも特異データがあると、測定の全体に与える影響が大きく、その改善が求められている。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、鉄道レールを計測するとき、長い区間の軌道をより正確に検測する軌道検測装置を提供する。
本発明の他の目的は、鉄道レールを計測するとき、迅速にかつ簡易な装置により検測を可能にする軌道検測装置を提供する。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の発明１の軌道検測方法は、複数本のレールからなる鉄道軌道の変位を検測するための軌道検測方法において、光線を投射して前記光線の反射光を受信して距離を測量するための計測機を、前記レール上を移動するための第１移動手段に搭載し、前記光線を反射するための反射手段及び、前記複数本の前記レールのレール頭頂部の高低、又は、前記複数本の前記レールのレール頭部内側面間の間隔を検出するための傾斜検出手段を、前記レール上を移動するための第２移動手段に搭載し、前記第１移動手段と第２移動手段が前記レール上で所定距離を離れて位置したとき、前記計測機が投射した前記光線が前記反射手段に反射し、前記反射光として前記計測機に受信することで、前記反射手段までの距離を計測し、前記傾斜検出手段は、前記レールの傾きを測定し、前記計測された前記距離と前記傾きを用いて前記変位を検測することを特徴とする。

本発明の発明２の軌道検測方法は、発明１において、前記反射手段は、第１反射手段と第２反射手段からなり、前記第１反射手段と前記第２反射手段は、各前記レール頭頂部の上にそれぞれ位置するように、前記第２移動手段に搭載され、前記第１移動手段を所定位置に停止させて、前記第２反射手段を前記第１反射手段から所定距離離れるまでに移動させながら、前記計測機は前記第１反射手段までの距離を計測し、かつ、前記傾斜検出手段の計測値を受信し、その後、前記第２移動手段を停止させて、前記第１反射手段を前記第２反射手段までに移動させながら、前記計測機は前記第２反射手段までの距離を計測し、かつ、前記傾斜検出手段の計測値を受信し、前記計測された前記距離と前記傾きを用いて前記軌道変位を検測することを特徴とする。

本発明の発明３の軌道検測方法は、発明１又は２において、前記傾斜検出手段は、第１傾斜検出手段と第２傾斜検出手段からなり、記第１傾斜検出手段は、前記レールの上に、前記レールの長手方向軸線と垂直に配置され、前記鉄道レールの高さの傾きを検出するための検出手段であり、前記第２傾斜検出手段は、前記レールの間の軸間を計測するための検出手段であり、前記レールの頭部側面とそれに対向する前記レールの頭部側面の間に配置され、前記軸間の距離に応じて傾斜するリンク上に配置されたものであることを特徴とする。

本発明の発明４の軌道検測方法は、発明１ないし３から選択される１発明において、前記軌道変位は、前記レールの高低変位、通り変位、水準変位、平面性変位、及び軌間変位の中から選択される１以上の変位であることを特徴とする。

本発明の発明５の軌道検測装置は、複数レールの軌道変位を検測するための軌道検測装置において、
光線を投射して前記光線の反射光を受信して測量するための計測機と、
前記計測機を搭載し、前記レール上を移動するための第１移動手段（３）と、
一方の前記レールの頭頂面と内軌側面を基準として移動する第１移動部材（７ａ）と、他方の前記レールの頭頂面を基準として移動する第２移動部材（７ｂ，７ｄ，１０）と、前記第１移動部材（７ａ）と前記第２移動部材（７ｂ，７ｄ，１０）を連結する連結部材（７ｃ，７ｅ）とからなる基台（１５）と、
一端が前記第１移動部材（７ａ）に揺動自在に連結された第１リンクと、一端が前記第１リンクの他端が揺動自在に連結され、他端が第３移動部材（９ｃ，９ｄ，１１ｃ）に揺動自在に連結され、前記他方のレールの頭側面に案内され移動する第２リンクとからなるリンク機構（９）と、
前記第１移動部材上に搭載され前記光線を反射するための第１反射手段と、
前記第２移動部材上に搭載され前記光線を反射するための第２反射手段と、
前記基台（１５）の傾斜を計測する第１傾斜検出手段（５）と、及び、
前記第１リンク及び前記第２リンクに配置された第２傾斜検出手段（６）と
からなることを特徴とする。

本発明によると、次の効果が奏される。本発明によると、鉄道レールを計測するとき、長い区間の軌道をより正確に検測できるようになった。また、鉄道レールを計測するとき、迅速にかつ簡易な装置により検測することが可能になった。更に、鉄道レールを計測するとき、被計測点の絶対座標を計測するので、絶対線形まで測定できるようになった。更に、軌道変位の高低変位、通り変位、水準変位、平面性変位、軌間変位の５項目と同時に絶対線形まで測定できるようになった。また、本発明の装置は、移動手段を移動させながら測定するので、測定弦は１０ｍより短く設定することができる。従って、測定中に特異データがあっても、測定全体に与える影響を小さくすることができる。

図１は、本発明の軌道検測装置の実施の形態であり、一方の第２移動台の外観を示す立体図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面の第２移動台の基台を示す正面図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ断面の基台上に搭載されレール間の距離を検測するためのリンク機構の側面図である。 図４は、図１のＣ−Ｃ断面の図３のリンク機構の右側面図である。 図５は、本発明の軌道検測装置である第１移動台及び第２移動台により、軌道上で検測している状態を示す平面図である。 図６は、本発明の軌道検測装置である第１移動台及び第２移動台により、軌道上で検測している状態を示す平面図であり、図６（ａ）は計測機が他のプリズムを選択する様子を示す平面図であり、図６（ｂ）は第１移動台を第２移動台へ移動しながら検測する様子を示す平面図であり、図６（ｃ）は計測機がプリズムを変更選択して焦点する様子を示す平面図である。 図７は、レールＲ２の基点、基準距離を示す概念図であり、図７（ａ）は基点を示す概念図で、図７（ｂ）は基点とプリズムのプリズム中心との距離を示す概念図である。 図８は、基点と角度θの関係及び、基点の軌間方向の補正量の求め方を様式的に図示している図である。 図９は、レールＲ１の基点、その軌間方向の補正量等のレールＲ１の変位を計算する様子を示す概念図で、図９（ａ）は基点、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の定義を示す概念図で、図９（ｂ）はレールＲ１の変位を計算する様子を示す概念図である。 図１０は、測定例１の測定場所を図示した概念図である。 図１１は、測定例１の測定値とこの測定値から求められる変位量を示すグラフ（特異点が測点２７を含む）である。 図１２は、測定例１の測定値の特異点が場合のグラフである。

以下、本発明の実施の形態である軌道検測装置１を、図面を参照して説明する。軌道検測装置１は、図５に示すように、レールＲ１，Ｒ２上を移動可能な第１移動台３及び第２移動台７の２台の移動台で構成されており、この２台の移動台で連携して軌道を検測する。一方の第１移動台３上には、レーザー測距を行う公知の計測機である計測機（トータルステーション）２が搭載されている。他方の第２移動台７上には、２台のプリズム４、傾斜センサー５（図１を参照。）、傾斜センサー６（図１を参照。）等が搭載されている。

軌道検測装置１は、例外はあるが基本的には２本のレールの軌道変位を検測するため検測装置である。第１移動台３上の計測機２は、レーザー光をプリズム４へ投射し、その反射光を受信して、計測機２からプリズム４までの距離を計算して求めるものである。計測機２は、被測定物までの距離を測定するものであり、公知の光学式測量装置である。計測機２は、汎用の測量装置、特に、反射プリズムを用いて測距を行うレーザー測量装置を例に説明する。

このような計測機２は、例えば、トータルステーションが代表的なものであり、測量業界で利用されている。本発明の実施の形態では、このような汎用の光学装置、レーザー測量装置をそのまま利用して測量を行う。鉄道は、通常は２本以上のレールからなっているが、本実施の形態では、２本のレールＲ１、Ｒ２から成る鉄道を例に説明する。

［第２移動台７］
図１は、第２移動台７の外観を示す立体図である。第２移動台７上には、２台のプリズム４、傾斜センサー５、傾斜センサー６が搭載されている。プリズム４は、計測機２から投射されたレーザー光を反射するためのものである。プリズム４は、入射した光を平行に反射光として戻せるプリズムが入っているものであれば、任意の測量用のプリズムを用いることができる。

このプリズム４は、３６０°プリズムであると全方向からプリズムをとらえることができ、測距作業の効率が向上するため好ましい。本例では、限定しないが、プリズム４としては３６０度プリズムを用いて説明する。このような３６０度プリズムは、自動視準、自動追尾に良く利用されており、その構造、機能は公知であるので、測定原理等についての詳細な説明は省略する。３６０度プリズムの例としては、ソキア社製の３６０度プリズムATP1Sやライカ社製のミニ３６０度ピンポールプリズムＧＲＺ１０１等が例示できる。

傾斜センサー５と傾斜センサー６は、それが設置された台上面の水平からの傾斜角度を測定するものである。傾斜センサー５と傾斜センサー６は、任意の原理のものが利用できる。例えば、傾斜センサー５と傾斜センサー６は、ＭＥＭＳ技術を利用した傾斜センサー、電解液の傾きを利用した傾斜センサー等を利用することができる。第２移動台７は、一方のレールＲ１上を移動するアングル状部材７ａが配置されている。このアングル状部材７ａは、断面形状がＬ字形状である。

第２移動台７は、他方のレールＲ２上を移動する２つのアングル状部材７ｂ、７ｄを備えている。アングル状部材７ａとアングル状部材７ｂ、７ｄは、板部材である連結板材７ｃ、７ｅで連結されている。更に、２つのアングル状部材７ｂ、７ｄは、板状部材である反射台１０で相互に連結されている。一方のレールＲ１上を移動するアングル状部材７ａ、他方のレールＲ２上を移動する２つのアングル状部材７ｂ、７ｄ、これらを連結する板部材である連結板材７ｃ、７ｅ、更に、２つのアングル状部材７ｂ、７ｄを相互に連結する反射台１０は、一体であり、基台１５を構成する。

アングル状部材７ａは、レールＲ１に搭載されて移動するものであるから、円滑に移動するための転動部材を備えている。即ち、レールＲ１の頭頂面上を転動するローラー８ａ、及びレールＲ１の頭部側面を転動するローラー８ｂが、アングル状部材７ａの両端にそれぞれ配置されている。このためにアングル状部材７ａは、レールＲ１の頭頂面、及び頭部側面に案内（基準位置）として移動する。他方、アングル状部材７ｂ、７ｄには、他方のレールＲ２の頭頂面上を、転動するローラー８ｃ、８ｄがそれぞれ配置されている。

従って、基台１５は、レールＲ１の頭頂面及び頭部側面、更には、他方のレールＲ２の頭頂面に案内されて軌道上を移動することになる。連結板材７ｃの上には、傾斜センサー５が配置、固定されている。傾斜センサー５は、連結板材７ｃの傾きを検出する機器である。連結板材７ｅは、細長い板状の部材であり、その一端はアングル状部材７ａの側面に固定され、他端はアングル状部材７ｄの側面に固定されている。連結板材７ｃは、細長い板状の部材であり、その一端はアングル状部材７ａの側面に固定され、他端はアングル状部材７ｄの側面に固定されている。

連結板材７ｃと連結板材７ｅは平行である。連結板材７ｃと連結板材７ｅの間にはスライド機構９がある。アングル状部材７ａとアングル状部材７ｂ、７ｄは、それぞれその長手軸がレールＲ１とレールＲ２の軸と平行になるように配置されている。レールＲ１とレールＲ２は、通常、高低差がなく、平行に配置される。曲がり部分では、列車などの遠心力を吸収するために高低差を付ける。そのため、通常は、アングル状部材７ａとアングル状部材７ｂは、高低差がなく平行になる。

連結板材７ｃは、アングル状部材７ａとアングル状部材７ｂに固定されているので、通常の軌道面ではほぼ水平になり、傾斜センサー５の測定した傾斜角が０°になる。レールＲ１とレールＲ２に高低差ができると、アングル状部材７ａとアングル状部材７ｂは高低差ができ、従って、連結板材７ｃが傾き、傾斜センサー５がこの傾きの角度を測定する。傾斜センサー５は、測定した傾斜データ（角度データ）を計測機２又は電子計算機（図示せず。）へ送る。

[スライド機構９]
スライド機構９は、第２移動台７の基台１５上に搭載されたものである。スライド機構９は、レールＲ１の頭部側面とレールＲ２の頭部側面の間の距離を計測するための機構である。スライド機構９は、板状の第１リンク９ａ、第２リンク９ｂ、アングル状部材９ｃ、ローラー９ｄ等からなる。第１リンク９ａと第２リンク９ｂの一端は、互いに揺動自在に軸１１ａで連結されている。

第１リンク９ａのレールＲ１側は、アングル状部材７ａに、軸１１ｂで揺動自在に連結されている。他方の第２リンク９ｂのレールＲ２側は、軸１１ｃでアングル状部材９ｃに、揺動自在に連結されている。アングル状部材９ｃには、レールＲ２の頭部側面を転動するローラー９ｄが設けられている。以上の機構から理解されるように、スライド機構９は、レールＲ１とレールＲ２の頭部側面の幅の変化に従って、軸１１ａを中心に揺動することになる。

第１リンク９ａ上と第２リンク９ｂ上にはそれぞれ傾斜センサー６を備えている。傾斜センサー６は、第１リンク９ａと第２リンク９ｂの傾き角度を検出する機器である。ローラー８ｂとローラー９ｄは、レールＲ１とレール２の内軌道面を揺動する。アングル状部材９ｃは反射台１０に固定されない。アングル状部材９ｃの上面は、反射台１０とレールＲ２にスライド自在である（図３を参照。）。第１リンク９ａと第２リンク９ｂは、レールＲ１、Ｒ２の頭部側面（内軌道面）へローラー８ｂとローラー８ｄを押し寄せる働きをする。

このためにレールＲ１、Ｒ２は常に一定の間隔を有するので、レールＲ１の頭部側面とレールＲ２の頭部側面の間の距離は一定であり、傾斜センサー６で測定した値も一定になる。レールＲ１、Ｒ２に軌間変位があると、それに従って、第１リンク９ａと第２リンク９ｂが変化し、傾斜センサー６で測定した値も変化する。傾斜センサー６は測定した傾斜データ（角度データ）を計測機２又は電子計算機（図示せず。）へ送る。反射台１０の上にプリズム４が固定される。

具体的には、反射台１０の上面にプリズム４用のピンポール４ａが固定され、このピンポール４ａにプリズム４が固定される。アングル状部材７ａの上面にプリズム４用のピンポール４ａが固定され、このピンポール４ａにプリズム４が固定される。この２個のプリズム４は、反射台１０とアングル状部材７ａの中央部に固定される。第１移動台３は計測機２を搭載してレールＲ１とレール２を移動するものであり、任意の台車を利用することができる。

本例では、第１移動台３は、第２移動台７と略同じ構造のものを利用するので詳細な説明は省略する。第１移動台３は、スライド部を有しない。計測機２は、レーザー光を発光し、反射光を受光するレーザー光発振受信部（図示せず。）を有する。レーザー光発振受信部は、レーザー光を被測定物へ視準する視準機能を備えている。また、計測機２は、計測機２から反射点までの距離を計算して、この距離に関する距離データを出力する計算手段（図示せず。）を有する。計算手段は、計測機２で測定したプリズム４までの角度と距離を測定する。

また、計測機２は、計算手段に測定結果若しくは計算結果、計算手段の計算に必要なデータを格納するためのメモリ手段（図示せず。）を有する。計測機２は、計測機２を鉛直方向の上下、及び左右旋回させてレーザー照射方向を設定するモータドライブ機構（図示せず。）と、前記計算手段からなる本体を有する。計測機２は、このモータドライブ機構を用いて、レーザー光発振受信部のレーザー光の照射角度を指定された水平角・高度角に設定する角度設定機能（図示せず。）を有する。

計測機２の本体は第１移動台３の上に搭載される。又は、第１移動台３の上に支持脚を設置し、この支持脚に計測機２の本体を支持固定しても良い。計測機２は、通信手段（図示せず。）と接続され、計測機２の計算手段で計算した結果及び／又はレーザー照射方向等を示す出力データを、他の電子計算機へ送信する。電子計算機は、この出力データを、計測機２の通信手段とデータ通信している電子計算機の通信手段を介して受信する。

通信手段は、電子計算機に無線又は有線の接続手段で接続される。計測機２は、プリズム４で反射した反射光を、レーザー光発振受信部で受信する。計測機２と電子計算機との通信は、無線通信、有線通信等の任意の既知の通信方式を採用することができる。光学装置から出力された距離データと照射角度データは、計測機２に接続された通信手段により、電子計算機へ送信される。電子計算機は、計測機２から送信されてきた距離データと照射角度データ等のデータを受信して、電子計算機のメモリ（図示せず。）に格納する。

電子計算機は、傾斜センサー５と傾斜センサー６と通信する機能を有する。電子計算機は、傾斜センサー５と傾斜センサー６から傾斜角度データを受信する。電子計算機は、蓄積された複数の距離データ、照射角度データ、傾斜角度データ等のデータを用いて、経時的な軌道変位量を計算する。本発明は、計測機２の発明を要旨とするものではく、かつこの構造、機能は公知技術であるので、計測機２の詳細な機能、構造の説明、測定原理の説明は省略する。

〔検測〕
本発明の実施の形態の軌道検測装置１を用いて複数レールの軌道変位を検測する手順を説明する。まず、軌道検測装置１を用意する。図５に図示したように、第１移動台３に計測機２を搭載し、第２移動台７にプリズム４、傾斜センサー５，６（図中に図示せず。）を搭載して、レールＲ１，Ｒ２の上に設置する。この設置した概要を図５に図示している。図５の中では、参照番号Ｓでまくら木を表す。

図５に図示したように、第１移動台３、第２移動台７が停止している位置は、それぞれ開始位置とする。この状態で、軌道検測装置１による検測を開始する。検測開始時、計測機２は、稼働し、自己位置を算出する。計測機２は、自己位置を算出するとき、その絶対座標又は相対座標を利用することができる。計測機２は自己位置を検測開始時１回だけ取得し、２回目以後は最初座標との相対値を利用して計算することができる。

計測機２の自己位置を特定する検測方法は、既知の技術であり、その詳細な説明は省略する。次に、計測機２は、プリズム４へレーザー光を投射し、その反射光を受信する。プリズム４が各レールの毎に用意され、各レールの上になるように設置される。本例では、レールが２本あるので、プリズム４が２個になる。まず、計測機２は、矢印ａ１で示すように、レールＲ１上に設置されているプリズム４を選択して、計測する。

この計測時、傾斜センサー５、６で測定したデータは、計測機２又は電子計算機へ送信する（以下同様である。）。そして、第２移動台７は、レールＲ１，Ｒ２上を前進させて、停止位置に停止する。この移動の様子を図５の中では太い矢印ａ２で図示している。この移動時には、計測機２は、選択されたプリズム４を追尾しながら計測する。第２移動台７の移動距離は所定距離に設定する。この所定距離は、１０ｍ、５０ｍ、１００ｍ等のような所定間隔である。検測する軌道変位の種類、レールの設置状況等によって、この移動距離を変更することができる。

この計測時、計測機２は、プリズム４のＸ、Ｙ、Ｚの座標計算をしてレールＲ１の座標を求めていく。計算結果は、計測機２内のメモリ手段又は計測機２と通信可能状態の電子計算機のメモリ手段に格納される。このＸ、Ｙ、Ｚの座標は、プリズム４の絶対座標又は相対座標である。第２移動台７が目的地の停止位置に達すると、第２移動台７が停止、計測機２は他のプリズム４（反対側のプリズム）に焦点を移す。そして、該プリズム４の追尾を開始し、計測を開始する。

本例では、計測機２はレールＲ２上のプリズム４に切り替えて計測を開始する。この様子を図６（ａ）に矢印ａ３で示している。そして、第１移動台３を開始位置から第２移動台７へ前進移動させて、第２移動台７の近くに停止させる。この移動の様子を、図６（ｂ）に矢印ａ４で示している。この移動中には、同じく、選択したプリズム４を追尾しながら測定を行う。

この様子を図６（ｂ）に矢印ａ５で示している。第１移動台３は第２移動台７の近くの目的地の停止位置に達し停止すると、計測機２は焦点をレールＲ１上のプリズム４に切り替える。この様子を図６（ｃ）に矢印ａ６で示している。そして、計測機２は、自己位置を算出する。そして、第２移動台７を前進させながら計測を行う。上記の計測の手順を繰り返す。図７には、レールＲ２の位置を算出するとき、計算の基準となる基点２０を示している。

基点２０は、図７（ａ）に図示したように、レールＲ２の頭部の頭頂面の接線と、レールＲ２の頭部の内側（レールＲ１側）の頭部側面の接線が交差する点になる。プリズム４の中心点となるプリズム中心２３がこの基点２０の真上になるように設置される。図７（ｂ）に図示したように、プリズム４とピンポール４ａの縦軸線２１はこの基点２０を通るように、プリズム４とピンポール４ａが設置される。プリズム中心２３はプリズム４の縦軸線２１と横軸線２２の交差点である。プリズム中心２３と基点２０の高低差である基準距離はｈ_０とする。

レールＲ１、Ｒ２は同じであり、その形状と寸法が分かれば、ローラー８ａ、８ｂ、プリズム４をアングル状部材７ａに設置し、基準距離ｈ_０を求めることができる。また、図７（ｂ）に図示したように、傾斜センサー軸線２４は、傾斜センサー５の軸線であり、縦軸線２１と直角を成す。連結板材７ｃが水平であるとき、傾斜センサー５の測定角度θが基本的に０°とする。連結板材７ｃに傾きがあると、傾斜センサー５がその傾きの角度θを測定する。この場合、図８に図示したように、基点２０と角度θ等を様式的に図示することができる。

以下、その軌道変位の計算に基準距離ｈ_０等を利用して軌道変位を求める計算例を示す。
〔レールＲ２の基点の軌間方向の補正量〕
連結板材７ｃが角度θだけ傾いていると、プリズム中心２３はプリズム中心２３’に移動する。縦軸線２１も角度θ傾いて縦軸線２１’になる。このとき、プリズム中心２３’から垂直に引いた軸線２５は、縦軸線２１’と角度θを有する。基点２６は角度θがあると点２６’になる。

このとき、基点２０の軌間方向の補正量ｔを次のように求める。

又は

θが小さい値の場合は、tanθとsinθがほぼ等しい値であるため、sinθで計算することができる。
反対側のレールＲ１の水準ｈは、次の式で求めることができる。

又は

ここで、Ｗ_Rはレールの軌間値で、本例の場合、レールＲ１とレールＲ２の間の軌間距離である（図２、図８を参照。）。Ｗ_Rの値は、狭軌の鉄道の場合１０６７ｍｍ、広軌の鉄道の場合１４３５ｍｍである。水準ｈはＷ_Rと比べ極端に小さいので、上述の式３、４のようにタンジェント又サインで近似することができる。
〔レールＲ２の基点の軌間方向の補正量〕
レールＲ２の基点の軌間方向の補正量は、レールＲ２の基点２０の軌間方向の補正量ｔが分かっているので、この値と、傾斜センサー５，６の測定角度を利用して、算出される。

図９には、この計算に利用される各基準点を図示している。基点２０は、上述の図７（ａ）で定義した点である。レールＲ１の基点２６は、基点２０と同じように、レールＲ１の頭部の頭頂面の接線と、レールＲ１の頭部の内側（レールＲ２側）の頭部側面の接線が交差する点になる。点Ｐ１は、軸１１ｂと第１リンク９ａの接続点である。点Ｐ２は、軸１１ｃと第２リンク９ｂの接続点である。点Ｐ３は、第１リンク９ａと第２リンク９ｂの接続点である。

点Ｐ１と点Ｐ３の間の距離はＬ₁（第１リンク９ａの長さ）、点Ｐ３と点Ｐ２の間の距離はＬ₂（第２リンク９ｂの長さ）である。角度θ１は、第１リンク９ａの角度であり、第１リンク９ａの上に設置された傾斜センサー６によって測定される。角度θ₂は、第２リンク９ｂの角度であり、第２リンク９ｂの上に設置された傾斜センサー６によって測定される。
図９（ａ）には、連結板材７ｃと傾斜センサー５は想像線で図示しており、傾斜センサー５で測定した角度は前述の通りθとして計算に用いる。

軌道変位がない場合、基点２０と点Ｐ１の相対関係は、図９（ｂ）に図示した通り、基点２０が点Ｐ１よりｈ₁だけ高く、その間の水平軸上の間隔はＷ₁になっている。同様に、基点２６と点Ｐ２の相対関係は、図９（ｂ）に図示した通り、基点２６が点Ｐ２よりｈ₂だけ高く、その間の水平軸上の間隔はＷ₂になっている。傾斜センサー５で角度θを測定したとき、言い換えると、レールＲ１とレールＲ２に高低差があると、レールＲ２の水平補正値Ｈと、高さ補正値Ｖは次の通り求める。ここで、θが小さく、サインを利用する。

点Ｐ１と点Ｐ３の水平距離Ｌ_P1-P3は次の式で求める。

点Ｐ１と点Ｐ３の高さ距離Ｈ_P1-P3は次の式で求める。

点Ｐ３と点Ｐ２の水平距離Ｌ_P3-P2は次の式で求める。

点Ｐ３と点Ｐ２の高さ距離Ｈ_P3-P2は次の式で求める。

これらの値を利用して、高低変位、通り変位、水準変位、平面性変位、軌間変位等の軌道変位を求める。軌道変位の計算方法は汎用の方法を利用するため詳細な説明は省略する。

このように、本発明の装置は、鉄道レールを計測するとき、被計測点の絶対座標を利用して計測することができるので、鉄道レールの絶対線形まで測定できるようになった。更に、本発明の装置は、軌道変位の５項目と同時に、鉄道レールの絶対線形が測定でき、鉄道レールとその軌道変位を絶対座標で管理することができる。軌道変位を絶対座標で管理すると、計測結果が正確に把握することができる。

従来は、計測距離が短くなると、管理値オーバーになっていた計測結果が管理値内の値になるという欠点があった。この欠点は、被検測点の座標をプリズム４を追尾しながら絶対値で求めていくので、鉄道レールの軌道をより正確に検測することができる。本発明の実施の形態の軌道検測装置１は、レールＲ１、Ｒ２を移動しながら検測し、検測結果データである傾斜データ、座標データを保存して処理する。

上述した電子計算機は、中央処理装置、主記憶手段、補助記憶手段（メモリ）、入出力装置を備えた汎用の電子計算機であり、デスクトップ型パソコン、ノートブック、タブレット端末等の任意の電子計算機を利用することができる。このように、本発明の装置は、従来の装置に比べ簡易になり、検測が簡単で、従来方法より正確である。

［測定例１］
本発明の軌道検測装置１による方法を検証するために、従来の軌道検測装置を用いて測定を行った。この測定では、株式会社カネコ（所在地：東京都杉並区）製の軌道変位測定器トラックマスターを用いた。この測定では、２本線の軌道の高低変位を測定した。特に、図１０に図示しているように、２軌道が交差する交差点の近傍を、矢印で示す測定方向に沿って測定した。測定結果は図１１のグラフに図示している。

図１１の横軸は、測定を行った測点を示しており、各測点は０．５ｍ間隔である。図１１の縦軸は、変位量をｍｍで表している。図１１に三角マーカーで表されるグラフは、２ｍ弦を用いた実測値である（以下、グラフ１という。）。図１１にダイアモンドマーカーで表されるグラフは、実測値を１０ｍ弦実測値に倍長変換して求められたものである（以下、グラフ２という。）。

グラフ１の測点ｎの値である変位量Ｘ_nからグラフ２の値Ｙ_n（測点Ｎの１０ｍ弦実測値に倍長変換するとき）は次の式を利用して求めている。

図１１に四角マーカーで表されるグラフは、グラフ２の各測定点の２１点移動平均線の変位量であり（以下、グラフ３という。）、その値Ｚ_nは次の式を利用して求めている。

この測定で２ｍ弦を用いた測定を行った。測定では、測点２７の１点が特異の値が測定された。図１１のグラフ１の測点２７は、「１３．９４ｍｍ」と、その前の測点２６の「−１．１２ｍｍ」、その後の測点２８の「−１．２ｍｍ」から大きくずれている。この測点２７は、図１０の図で、測点Ｎｏ２７として図示されており、２軌道の交差する点に当たる。このグラフ２とグラフ３は測点１９〜３５に当たる部分の値が、正と負の値を交互の取っており、明らかに不正確である。

まとめると、１点の特異測定値（乱れ）が１０ｍ区間の検測データに影響を与えている。仮に、この測点２７をその前後の測点の平均値とすると、図１２に図示したグラフにある。図１２のグラフから分かるように、グラフ１の実測値に特異点が無い場合、グラフ２とグラフ３は共に緩やかな曲線となっている。この測定例１では、測定時の座標を計算に誤差が出るために特異点が発生し、従って、倍長変換の演算式に起因する特異データは積み重なって、１０ｍ区間のデータに影響が出ている。

本発明の技術は、プリズムを追尾しながらリアルタイムで測定しているので、座標はそれに従って連続的に求められ、特異点が発生しない。従って、上述の測定例１で発生したように、座標に起因する特異点が発生しないし、それに伴って１０ｍ弦変位量が正確に求められる。

本発明は、鉄道の分野に利用するとよい。

１…軌道検測装置
２…計測機
３…第１移動台
４…プリズム
４ａ…ピンポール
５,６…傾斜センサー
７…第２移動台
７ａ,７ｂ,７ｄ…（Ｌ字形状の）アングル状部材
７ｃ,７ｅ…連結板材
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…ローラー
９…スライド部
９ａ…第１リンク
９ｂ…第２リンク
９ｃ…アングル状部材
９ｄ…ローラー
１０…反射台
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…軸
１５…基台
２０，２６…基点
２３…プリズム中心
Ｒ１,Ｒ２…レール
Ｓ…まくら木

Claims (5)

1. 複数本のレールからなる鉄道軌道の変位を検測するための軌道検測方法において、
   光線を投射して前記光線の反射光を受信して距離を測量するための計測機を、前記レール上を移動するための第１移動手段に搭載し、
   前記光線を反射するための反射手段及び、前記複数本の前記レールのレール頭頂部の高低、又は、前記複数本の前記レールのレール頭部内側面間の間隔を検出するための傾斜検出手段を、前記レール上を移動するための第２移動手段に搭載し、
   前記第１移動手段と第２移動手段が前記レール上で所定距離を離れて位置したとき、前記計測機が投射した前記光線が前記反射手段に反射し、前記反射光として前記計測機に受信することで、前記反射手段までの距離を計測し、
   前記傾斜検出手段は、前記レールの傾きを測定し、
   前記計測された前記距離と前記傾きを用いて前記変位を検測する
   ことを特徴とする軌道検測方法。
2. 請求項１に記載の軌道検測方法において、
   前記反射手段は、第１反射手段と第２反射手段からなり、
   前記第１反射手段と前記第２反射手段は、各前記レール頭頂部の上にそれぞれ位置するように、前記第２移動手段に搭載され、
   前記第１移動手段を所定位置に停止させて、前記第２反射手段を前記第１反射手段から所定距離離れるまでに移動させながら、前記計測機は前記第１反射手段までの距離を計測し、かつ、前記傾斜検出手段の計測値を受信し、
   その後、前記第２移動手段を停止させて、前記第１反射手段を前記第２反射手段までに移動させながら、前記計測機は前記第２反射手段までの距離を計測し、かつ、前記傾斜検出手段の計測値を受信し、
   前記計測された前記距離と前記傾きを用いて前記軌道変位を検測する
   ことを特徴とする軌道検測方法。
3. 請求項１又は２に記載の軌道検測方法において、
   前記傾斜検出手段は、第１傾斜検出手段と第２傾斜検出手段からなり、
   前記第１傾斜検出手段は、前記レールの上に、前記レールの長手方向軸線と垂直に配置され、前記鉄道レールの高さの傾きを検出するための検出手段であり、
   前記第２傾斜検出手段は、前記レールの間の軸間を計測するための検出手段であり、前記レールの頭部側面とそれに対向する前記レールの頭部側面の間に配置され、前記軸間の距離に応じて傾斜するリンク上に配置されたものである
   ことを特徴とする軌道検測方法。
4. 請求項１ないし３から選択される１項に記載の軌道検測方法において、
   前記軌道変位は、前記レールの高低変位、通り変位、水準変位、平面性変位、及び軌間変位の中から選択される１以上の変位である
   ことを特徴とする軌道検測方法。
5. 複数本のレールの軌道変位を検測するための軌道検測装置において、
   光線を投射して前記光線の反射光を受信して測量するための計測機と、
   前記計測機を搭載し、前記レール上を移動するための第１移動手段（３）と、
   一方の前記レールの頭頂面と内軌側面を基準として移動する第１移動部材（７ａ）と、他方の前記レールの頭頂面を基準として移動する第２移動部材（７ｂ，７ｄ，１０）と、前記第１移動部材（７ａ）と前記第２移動部材（７ｂ，７ｄ，１０）を連結する連結部材（７ｃ，７ｅ）とからなる基台（１５）と、
   一端が前記第１移動部材（７ａ）に揺動自在に連結された第１リンクと、一端が前記第１リンクの他端が揺動自在に連結され、他端が第３移動部材（９ｃ，９ｄ，１１ｃ）に揺動自在に連結され、前記他方のレールの頭側面に案内され移動する第２リンクとからなるリンク機構（９）と、
   前記第１移動部材上に搭載され前記光線を反射するための第１反射手段と、
   前記第２移動部材上に搭載され前記光線を反射するための第２反射手段と、
   前記基台（１５）の傾斜を計測する第１傾斜検出手段（５）と、及び、
   前記第１リンク及び前記第２リンクに配置された第２傾斜検出手段（６）と
   からなることを特徴とする軌道検測装置。

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