JP2017090406A - トロリ線の摩耗分析装置、摩耗分析方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】現在と過去のトロリ線の摩耗値の測定位置のずれを補正すること。【解決手段】トロリ線の各種測定値と、トロリ線の各種測定値のうち、トロリ線の動的偏位から算出されるトロリ線の動的偏位の差分値とを含む前記トロリ線に関するパラメータを受け、動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後、動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用したパラメータを出力する動的偏位分析部と、動的偏位の差分値に対してＤＴＷが適用されたパラメータを受け、パラメータのうち、トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する摩耗値分析部と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、トロリ線の摩耗分析装置、摩耗分析方法、およびプログラムに関する。

鉄道車両に電力を供給するトロリ線は、重要な設備であるため、鉄道車両の消耗状況などの測定を行う特別な車両（以下、検測車）によって残存直径値（以下、摩耗値とも呼ぶ）等を定期的に測定することで適切に管理されている。この管理には、例えば、横軸を距離とし、縦軸を摩耗測定値（あるいはトロリ線の偏位計測値）とする折れ線グラフデータが用いられる。

しかしながら、トロリ線の摩耗値の測定には、検測車の車輪の空転や、外気温の変化によるトロリ線の膨張・伸縮等の影響のため、定期的に測定する度に現在のトロリ線データと過去のトロリ線データとの測定位置にずれが生じてしまう問題があることが知られている。そのため、トロリ線を適切に管理するためには、測定位置のずれを補正する必要がある。

特許文献１は、過去のトロリ線データと現在のトロリ線データとを、トロリ線偏位画像に基づいて走行位置を正確に一致させることを可能としたトロリ線データ比較装置を開示している。

特開２０１３−４４６９４号公報

特許文献１が開示するトロリ線データ比較装置は、現在、および過去のトロリ線偏位画像に基づいて、測定位置のずれを補正している。しかしながら、トロリ線の偏位量を用いて位置を補正した場合、目的とする摩耗値の値が十分な精度で補正されるとは限らない。そのため、特許文献１が開示するトロリ線データ比較装置は、偏位そのものの測定位置を補正することには適しているが、摩耗値の位置補正に十分な精度を有しているとは限らない可能性がある。

本発明の目的は、上記の問題に鑑み、現在と過去のトロリ線の摩耗値の測定結果に生じる測定位置のずれを補正する、トロリ線の摩耗分析装置、摩耗分析方法、およびプログラムを提供することにある。

本発明の態様によるトロリ線の摩耗分析装置は、トロリ線の各種測定値と、該トロリ線の各種測定値のうち、前記トロリ線の動的偏位から算出される前記トロリ線の動的偏位の差分値とを含む前記トロリ線に関するパラメータを受け、前記動的偏位の差分値に対して動的時間伸縮法：Dynamic Time Warping（以下、ＤＴＷ）を適用した後、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した前記パラメータを出力する動的偏位分析部と、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷが適用された前記パラメータを受け、前記パラメータのうち、前記トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する摩耗値分析部と、を備える。

本発明の別の態様によるトロリ線の摩耗分析方法は、トロリ線の各種測定値と、該トロリ線の各種測定値のうち、前記トロリ線の動的偏位から算出される前記トロリ線の動的偏位の差分値とを含む前記トロリ線に関するパラメータを受け、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した前記パラメータを出力し、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷが適用された前記パラメータを受け、前記パラメータのうち、前記トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する。

本発明のさらに別の態様によるトロリ線の摩耗分析プログラムは、トロリ線の各種測定値と、該トロリ線の各種測定値のうち、前記トロリ線の動的偏位から算出される前記トロリ線の動的偏位の差分値とを含む前記トロリ線に関するパラメータを受け、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した前記パラメータを出力する処理と、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷが適用された前記パラメータを受け、前記パラメータのうち、前記トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する処理とを、コンピュータに実行させる。

本発明によれば、現在と過去のトロリ線の摩耗値の測定結果に生じる測定位置のずれを補正することができる。

ＤＴＷを説明するための概念図である。 トロリ線の動的偏位を説明するための模式図である。 トロリ線の動的偏位を説明するためのグラフである。 トロリ線の動的偏位の差分値（傾き）を説明するためのグラフである。 ４つの異なる時期に測定したトロリ線の摩耗値を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るトロリ線の摩耗分析装置の構成を示すブロック図である。 図５に示したトロリ線に対応するトロリ線の動的偏位を示すグラフである。 図７に示した動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した、トロリ線の動的偏位を示すグラフである。 トロリ線の動的偏位の差分値（傾き）に対してＤＴＷを適用したトロリ線の摩耗値を示すグラフである。 トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後に、トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷを適用したトロリ線の摩耗値を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るトロリ線の摩耗分析装置の動作を示すフローチャートである。

［ＤＴＷ（Dynamic Time Warping:動的時間伸縮法）の概念］
まず、図１を参照して、本発明において、現在と過去の測定結果（計測波形）に生じた測定位置のずれを補正するために用いるＤＴＷの概念について説明する。図１は、ＤＴＷの概念を示す概念図である。図１において、横軸は位置を示し、縦軸は計測値を示している。

ＤＴＷとは、２つの波形の特徴のある部分を、それぞれの波形を伸長させることで２つの波形を一致させる手法である。特徴のある部分とは、概念としては波形の凹凸等すなわち、波形の変化を捉えやすい部分のことである。また、ＤＴＷは、波形の特徴のある部分に注目して波形を伸長させる手法であるため、変化の小さい波形に適用するよりも、変化の大きい波形に適用したほうが効果の大きい手法でもある。

図１の上図は、第１波形３１と、第２波形３２とを示している。

第１波形３１において、点Ａ、および点Ｃは最大値であり、点Ｂは最小値である。第２波形３２において、点Ａ’、および点Ｃ’は最大値であり、点Ｂ’は最小値である。

第１波形３１、および第２波形３２に対してＤＴＷを適用すると、ＤＴＷは、点Ａと点Ａ’、点Ｂと点Ｂ’、および点Ｃと点Ｃ’とを一致させるように、それぞれの波形を伸長させる。

図１の下図は、第１波形３１、および第２波形３２に対してＤＴＷを適用した、第１波形３１’と、第２波形３２’とを示している。

第１波形３１’と、第２波形３２’において、点Ａと点Ａ’、点Ｂと点Ｂ’、および点Ｃと点Ｃ’は、ほぼ同じ位置を示している。つまり、ＤＴＷは、位置の異なる２つの波形である第１波形３１と、第２波形３２との位置を一致させることができる。

このようなＤＴＷを適用することにより、現在と過去のトロリ線の摩耗値の測定結果に生じた測定位置のずれを補正することができる。

具体的には、後述するように、本発明は、検測によって得られたトロリ線の動的偏位から算出することのできる動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用することで比較的大きな測定位置のずれを補正することができる。そして、本発明は、比較的大きな測定位置のずれを補正した後に、トロリ線の摩耗値に対してさらにＤＴＷを適用することで比較的小さな測定位置のずれを補正することができる。

したがって、以下では、本発明の実施形態を説明する前に、本発明において、ＤＴＷを適用する対象であるトロリ線の動的偏位の差分値、およびトロリ線の摩耗値について説明する。

［トロリ線の動的偏位の差分値］
図２を参照して、検測によって得られたトロリ線の動的偏位、およびトロリ線の動的偏位の差分値について説明する。図２は、鉄道車両が通過する空間の上部にトロリ線を張った様子を上部から見た模式図である。

図２は、第１トロリ線２１ａ、第２トロリ線２１ｂ、第３トロリ線２１ｃ、および第１保持部２２ａ、第２保持部２２ｂ、第３保持部２２ｃ、第４保持部２２ｄ、第５保持部２２ｅ、第６保持部２２ｆ、第７保持部２２ｇ、および第８保持部２２ｈを示している。図２において、原点Ｏは鉄道車両が備えているパンタグラフの中心であり、横方向（図の左右方向）は鉄道車両の進行方向、および縦方向（図の上下方向）は鉄道車両の幅方向である。

第１保持部２２ａ〜第８保持部２２ｈはそれぞれ、鉄道車両が通過する空間の上部にパンタグラフと接触するように、第１トロリ線２１ａ〜第３トロリ線２１ｃを保持（吊架）している。

具体的には、第１保持部２２ａと、第６保持部２２ｆとは、第１区間１１において、鉄道車両の進行方向に対して傾きが負となるように第１トロリ線２１ａを保持している。

第３保持部２２ｃと、第６保持部２２ｆとは、第２区間１２において、鉄道車両の進行方向に対して傾きが正となるように第２トロリ線２１ｂを保持している。

第３保持部２２ｃと、第８保持部２２ｈとは、第３区間１３において、鉄道車両の進行方向に対して傾きが負なるように第３トロリ線２１ｃを保持している。つまり、それぞれの区間の境目は、トロリ線の傾きの正負が反転する変曲点となっている。

ここで、動的偏位とは、パンタグラフの中心から縦方向へのトロリ線の偏位のことをいう。図２においては、第１トロリ線２１ａ〜第３トロリ線２１ｃの動的偏位を動的偏位２３として示している。このようなトロリ線の動的偏位は、トロリ線の摩耗値と同様、検測によって得ることができる。

次に、図３を参照して、動的偏位２３について説明する。

図３は、第１トロリ線２１ａ〜第３トロリ線２１ｃの動的偏位２３の測定値をグラフ化した動的偏位グラフ３０を示している。図３において、横軸はトロリ線の動的偏位の測定位置であり、縦軸はトロリ線の動的偏位の大きさである。

動的偏位グラフ３０は、第１区間１１において、負の傾きを有する一次関数のように変化している。また、動的偏位グラフ３０は、第２区間１２において、正の傾きを有する一次関数のように変化している。さらに、動的偏位グラフ３０は、第３区間１３において、負の傾きを有する一次関数のように変化している。つまり、動的偏位グラフ３０は、それぞれの区間の境目においてグラフの傾きの正負が反転している。また、動的偏位グラフ３０は、ノイズが小さく、かつ変化が小さいグラフである。

したがって、変化の大きいグラフを得るために、動的偏位グラフ３０に基づいてトロリ線の動的偏位の差分値（傾き）を算出する。動的偏位の差分値とは、ある測定位置の動的偏位と、それに隣接する測定位置の動的偏位の差分である。トロリ線の動的偏位の差分値は、検測されたトロリ線の動的偏位に基づいて、コンピュータ等で算出することができる。

次に、図４を参照して、動的偏位の差分値について説明する。

図４は、図３に示した動的偏位グラフ３０の差分値をグラフ化した動的偏位差分値グラフ４０を示している。動的偏位差分値グラフ４０は、例えば、動的偏位グラフ３０に基づいて、コンピュータ等で生成することができる。図４において、横軸は測定位置であり、縦軸は動的偏位の差分値の大きさである。

動的偏位差分値グラフ４０は、動的偏位グラフ３０が同一の区間では傾きが一定であるため、通常、同一の区間では連続した正、または負の一定値を示す。しかしながら、動的偏位差分値グラフ４０は、動的偏位グラフ３０が各区間の境目においてグラフの傾きが反転するため、正負の値が反転する。

すなわち、動的偏位差分値グラフ４０は、各区間の境目において正負が反転していることから変化が大きいため、ＤＴＷを適用することによって、測定位置のずれを補正する大きな効果があることを期待できる。

［トロリ線の摩耗値］
次に、現在と過去のトロリ線の摩耗値の測定位置のずれについて具体的に説明する。

図５は、同一の区間のトロリ線を４つの異なる時期に測定した摩耗値を示している。図５において、横軸は測定位置（距離）であり、縦軸は摩耗値を示している。

第１摩耗値波形５１と、第２摩耗値波形５２と、第３摩耗値波形５３と、および第４摩耗値波形５４とは、それぞれ異なる時期に測定した同一の区間のトロリ線の摩耗値を示すグラフである。

図５を参照すると、第２摩耗値波形５２上の点Ｐと、第４摩耗値波形５４上の点Ｐ’とは、下方に大きく突出しているため、同じ測定位置の測定値であると考えられる。

しかしながら、第１摩耗値波形５１〜第４摩耗値波形５４は、変化が大きく複数の凹凸を有した波形であり、かつ点Ｐと点Ｐ’との間の距離が大きいため、測定位置のずれを補正するためにＤＴＷを適用すると、異なる測定位置の凹凸を一致させてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、まず、トロリ線の動的偏位の差分値（傾き）に対してＤＴＷを適用することで、比較的大きなトロリ線の摩耗値の測定位置のずれを補正する。そして、本発明は、トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後に、トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷを適用することでトロリ線の摩耗値の比較的小さな測定位置のずれを補正する。

すなわち、本発明は、２段階に分けてＤＴＷを適用することによって、トロリ線の摩耗値の測定位置のずれを補正する。

以下、本発明の実施形態に係るトロリ線の摩耗分析装置について説明する。

［トロリ線の摩耗分析装置］
次に、図６を参照して、本発明の実施形態に係るトロリ線の摩耗分析装置について説明する。図６は、摩耗分析装置１の構成を示すブロック図である。

摩耗分析装置１は、動的偏位分析部２と、摩耗値分析部３とを備えている。また、摩耗分析装置１は、測定位置のずれの補正結果を表示するための表示部（図示しない）を備えていてもよい。さらに、摩耗分析装置１は、外部からトロリ線の各種の測定値を得るために、データ読取り部（図示しない）を備えていてもよい。この場合、データ読取り部は、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、およびＭＯ（Magneto-Optical）ディスク等の記憶媒体が保持するデータを読み取ることができる。なお、トロリ線の摩耗分析装置１は、インターネット等のネットワークと接続可能な通信部を備え、通信部を介してトロリ線の各種測定値を取得してもよい。

動的偏位分析部２は、トロリ線の各種測定値と、トロリ線の各種測定値のうちトロリ線の動的偏位から算出されるトロリ線の動的偏位の差分値とを含むトロリ線に関するパラメータを受けるとともに、トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用する。また、動的偏位分析部２は、トロリ線の動的偏位を受け、トロリ線の動的偏位の差分値を算出し、ＤＴＷを適用してもよい。

以下、図７を参照して、トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用することによる効果を具体的に説明する。

図７は、図５に示した第１摩耗値波形５１〜第４摩耗値波形５４に対応する第１動的偏位７１、第２動的偏位波形７２、第３動的偏位波形７３、および第４動的偏位７４を示している。図７を参照すると、第１動的偏位７１〜第３動的偏位７３の測定位置は比較的一致しているが、第４動的偏位７４の測定位置が大きくずれている。

動的偏位分析部２は、図７に示したような第１動的偏位７１〜第４動的偏位７４に基づいて算出することのできる第１動的偏位７１〜第４動的偏位７４の差分値に対してＤＴＷを適用する。

図８は、動的偏位分析部２が、第１動的偏位７１〜第４動的偏位７４の差分値に対してＤＴＷを適用した、第１動的偏位波形７１’、第２動的偏位波形７２’、第３動的偏位波形７３’、および第４動的偏位波形７４’を示している。

第１動的偏位７１’〜第４動的偏位７４’は、第１動的偏位７１〜第４動的偏位７４に比べて、それぞれの測定位置がより近づいている。

すなわち、動的偏位分析部２は、第１動的偏位７１〜第４動的偏位７４の差分値に対してＤＴＷを適用することで、第１動的偏位７１〜第４動的偏位７４の測定位置のずれを補正することができる。

ここで、図９を参照して、動的偏位分析部２が動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後の、トロリ線の摩耗値の測定位置について説明する。

図９は、動的偏位分析部２が第１動的偏位波形７１〜第４動的偏位波形７４の差分値に対してＤＴＷを適用した後のトロリ線の摩耗値である第１摩耗値波形５１’、第２摩耗値波形５２’、第３摩耗値波形５３’、および第４摩耗値波形５４’を示している。

第１摩耗値波形５１’〜第４摩耗値波形５４’は、図５に示した第１摩耗値５１〜第４摩耗値５４と比較すると、点Ｐと点Ｐ’との間の距離がより近づいている。

すなわち、動的偏位分析部２は、第１動的偏位波形７１〜第４動的偏位波形７４の差分値にＤＴＷを適用することにより、比較的大きなトロリ線の摩耗値の測定位置のずれを補正することができる。

摩耗値分析部３は、動的偏位分析部２によってＤＴＷが適用されたパラメータに対して、トロリ線の各種測定値のうち、トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する。

以下、図１０を参照して、トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後に、トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷを適用することによる効果を具体的に説明する。

図１０は、摩耗値分析部３が図９に示した第１摩耗値波形５１’〜第４摩耗値波形５４’に対してＤＴＷを適用したトロリ線の摩耗値である第１摩耗値波形５１’’、第２摩耗値波形５２’’、第３摩耗値波形５３’’、および第４摩耗値波形５４’’を示している。

図１０を参照すると、第１摩耗値波形５１’’〜第４摩耗値波形５４’’において、点Ｐと点Ｐ’の測定位置はほぼ一致しており、かつ波形の凹凸もほぼ一致している。

すなわち、摩耗値分析部３は、第１摩耗値波形５１’〜第４摩耗値波形５４’に対してＤＴＷを適用することにより、トロリ線の摩耗値の測定位置のずれをさらに補正することができる。

上述の通り、トロリ線の摩耗分析装置１は、最初にトロリ線の動的偏位の差分値へＤＴＷを適用し、続いてトロリ線の摩耗値に対してＤＴＷを適用することによって、トロリ線の摩耗値の測定位置のずれを補正することができる。すなわち、摩耗分析装置１は、２段階に分けてＤＴＷを適用することで、現在と過去のトロリ線の摩耗値の測定結果に生じる測定位置のずれを適切に補正することができる。

［摩耗分析装置の動作］
次に、図１１を参照して、摩耗分析装置１の動作について説明する。図１１は、摩耗分析装置１の動作を示すフローチャートである。

最初に、動的偏位分析部２は、外部からトロリ線に関するパラメータを受ける（ステップＳ１０１）。

次に、動的偏位分析部２は、外部から受けたトロリ線に関するパラメータのうち、トロリ線の動的偏位の差分値（傾き）に対して、ＤＴＷを適用する（ステップＳ１０２）。

続いて、摩耗値分析部３は、トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後のパラメータにうち、トロリ線の摩耗値に対して、ＤＴＷをさらに適用する（ステップＳ１０３）。

また、動的偏位分析部２と、摩耗値分析部３とは、それぞれＤＴＷを適用した後に、その結果を外部の表示部へ出力してもよい。この場合、摩耗分析装置１の操作者等は、表示部を確認することで視覚的にトロリ線の摩耗値の測定位置の補正の様子を確認することができる。

なお、上述した摩耗分析装置１を構成する各部は、ハードウエアによって実現してもよいし、ソフトウエアによって実現してもよい。また、各部は、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせによって実現してもよい。

例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が、読み取り可能な記憶媒体が保持するプログラムを読み出すことによって、コンピュータをトロリ線の摩耗分析装置として動作させてもよい。記憶媒体を例示すると、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、および半導体メモリ等である。また、プログラムは、ＣＰＵが読み取り可能な記憶媒体が保持しているだけでなく、ネットワークに接続された記憶装置が保持していてもよい。

１・・・摩耗分析装置
２・・・動的偏位分析部
３・・・摩耗値分析部
１１・・・第１区間
１２・・・第２区間
１３・・・第３区間
２１ａ〜２１ｃ・・・第１トロリ線〜第３トロリ線
２２ａ〜２２ｈ・・・第１保持部〜第８保持部
３０・・・動的偏位グラフ
３１・・・第１波形
３２・・・第２波形
４０・・・動的偏位差分値グラフ
５１・・・第１摩耗値波形
５２・・・第２摩耗値波形
５３・・・第３摩耗値波形
５４・・・第４摩耗値波形
７１・・・第１動的偏位波形
７２・・・第２動的偏位波形
７３・・・第３動的偏位波形
７４・・・第４動的偏位波形

Claims (6)

1. トロリ線の各種測定値と、該トロリ線の各種測定値のうち、前記トロリ線の動的偏位から算出される前記トロリ線の動的偏位の差分値とを含む前記トロリ線に関するパラメータを受け、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した前記パラメータを出力する動的偏位分析部と、
   前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷが適用された前記パラメータを受け、前記パラメータのうち、前記トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する摩耗値分析部と、を備える、トロリ線の摩耗分析装置。
2. 前記動的偏位分析部、および前記摩耗値分析部が適用したＤＴＷの結果を表示する
   表示部を備える、請求項１に記載のトロリ線の摩耗分析装置。
3. トロリ線の各種測定値と、該トロリ線の各種測定値のうち、前記トロリ線の動的偏位から算出される前記トロリ線の動的偏位の差分値とを含む前記トロリ線に関するパラメータを受け、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した前記パラメータを出力し、
   前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷが適用された前記パラメータを受け、前記パラメータのうち、前記トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する、トロリ線の摩耗分析方法。
4. 前記トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した結果と、前記トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後に、前記トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷを適用した結果を表示する、請求項３に記載のトロリ線の摩耗分析方法。
5. トロリ線の各種測定値と、該トロリ線の各種測定値のうち、前記トロリ線の動的偏位から算出される前記トロリ線の動的偏位の差分値とを含む前記トロリ線に関するパラメータを受け、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後、前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した前記パラメータを出力する処理と、
   前記動的偏位の差分値に対してＤＴＷが適用された前記パラメータを受け、前記パラメータのうち、前記トロリ線の摩耗値に対してＤＴＷをさらに適用する処理とを、コンピュータに実行させる、トロリ線の摩耗分析プログラム。
6. 前記トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した結果と、前記トロリ線の動的偏位の差分値に対してＤＴＷを適用した後に、前記トロリ線の摩耗値にＤＴＷを適用した結果を表示する処理を、前記コンピュータに実行させる、請求項５に記載のトロリ線の摩耗分析プログラム。