JP2018044816A

JP2018044816A - 碍子検出装置及び碍子検出方法

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Publication number: JP2018044816A
Application number: JP2016178543A
Authority: JP
Inventors: 亀山　悟; Satoru Kameyama; 悟亀山; 勇介渡部; Yusuke Watabe
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2036-09-13
Also published as: CN109716057A; WO2018051738A1; JP6311757B2; TWI641515B; TW201811588A; MY178813A

Abstract

【課題】簡素な構成でコストを抑制しつつ碍子の検出を行うことを可能とした碍子検出装置及び碍子検出方法を提供する。【解決手段】車両の屋根上に設置されて少なくとも架線までの距離及び角度を取得する一軸走査型の測域センサ２と、測域センサ２によって取得したデータに基づいてトロリ線４の高さ及び偏位を検出する架線位置算出部３ａを有する演算装置３とを備える碍子検出装置において、演算装置３が、測域センサ２によって取得したデータのデータ点数に基づいて碍子を検出する架線周囲データ点数計測部３ｂおよび碍子判定処理部３ｃを有する構成とした。【選択図】図３

Description

本発明は、碍子検出装置及び碍子検出方法に関する。

電気鉄道の設備としては、主に架線（以下、トロリ線）と軌道（以下、レール）とが挙げられる。これらはそれぞれ鉄道を運行するにあたり重要な保守設備となっている。

トロリ線は、電気鉄道車両を運用していく中で電気鉄道車両が通過するたびに集電装置と接触する。そのためトロリ線は徐々に摩耗していき、交換をしない場合は最終的に破断して事故を招くおそれがある。また、レールは、電車の運行によって曲がり、ゆがみ、傷、摩耗等が発生し、これらの進行を放置してしまうと電気鉄道車両の脱線など事故を招くおそれがある。

このようなことから、トロリ線やレールの摩耗等による要注意箇所を迅速に把握し、これに対応するために、トロリ線やレールの要注意箇所の位置（例えば、ある地点から何キロ走行した位置に要注意箇所が存在する等）の情報を特定することは保守管理の面から重要な事項となっている。

トロリ線やレール等の設備の保守を行う場合、保守専用車両や軌陸車などが用いられており、検測した結果、要注意箇所が検出された場合はそのデータを取得したときの車両の位置から要注意箇所の位置を推定することが行われている。

ここで、車両の位置は地上に設置された支持物の位置を検知することで把握することができ、この場合、支持物の検知は非常に重要となる。支持物は、トンネル区間と明かり区間とで形状が異なり、トンネル区間では支持物と架線の間に絶縁のための碍子が設けられている。つまり、トンネル区間においては碍子を検出することで間接的に支持物を検出することができる。

従来、碍子を検出する技術として、検測車の屋根の上部にレーザ光源及びビデオカメラを設置し、レーザ光源からの光束をトロリ線、剛体トロリ線、及び碍子をカバーする幅で発生させることによって得られるスリット像をビデオカメラによって撮像し、画像処理を行うことで碍子を検出する剛体架線支持碍子の検出装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

一方、車両の屋根上に設置された測域センサによりトロリ線を測定し、得られた測定結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さや偏位等を算出するようにしたトロリ線検測装置も知られている（例えば、下記特許文献２参照）。

特開２００５−１４７８７９号公報特開２０１０−２４３４１６号公報

ここで、従来の碍子検出装置は、レーザ光源、高感度カメラ及び演算装置が必要となるなど、コストが掛かるという問題があった。

そこで本発明は、簡素な構成でコストを抑制しつつ碍子の検出を行うことを可能とした碍子検出装置及び碍子検出方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る碍子検出装置は、
車両の屋根上に設置されて少なくとも架線までの距離及び角度のデータを取得する一軸走査型の測域センサと、
前記測域センサによって取得したデータに基づいて架線の高さ、偏位を検出する架線位置算出部を有する演算装置と
を備え、
前記演算装置が、前記測域センサによって取得したデータからデータ点数を求め、得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する碍子検出部を備える
ことを特徴とする。

また、第２の発明に係る碍子検出装置は、
前記碍子検出部が、
前記架線位置算出部により算出した架線の位置データに基づいて碍子の検出を実行する領域である碍子検出領域を決定し、当該碍子検出領域内の前記データ点数を求める架線周囲データ点数計測部と、
前記データ点数に基づいて碍子の有無を判定する碍子判定処理部と
を有することを特徴とする。

また、第３の発明に係る碍子検出装置は、
前記碍子判定処理部が、所定ライン分の前記碍子検出領域内のデータ点数の中央値及び標準偏差に基づいて決定した所定値よりも前記データ点数が大きいときに碍子ありと判定する
ことを特徴とする。

また、第４の発明に係る碍子検出方法は、
車両の屋根上に設置された測域センサにより取得した前記車両上方にある構造物までの距離及び角度のデータを取得し、
前記データからデータ点数を求め、
得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する
ことを特徴とする。

また、第５の発明に係る碍子検出方法は、
前記位置データに基づいて碍子の検出を実行する領域である碍子検出領域を決定し、
当該碍子検出領域内から前記データ点数を求め、
前記データ点数に基づいて碍子の有無を判定する
ことを特徴とする。

また、第６の発明に係る碍子検出方法は、
所定ライン分の前記碍子検出領域内のデータ点数の中央値及び標準偏差に基づいて決定した所定値よりも前記データ点数が大きいときに碍子ありと判定する
ことを特徴とする。

本発明に係る碍子検出装置及び碍子検出方法によれば、簡素な構成でコストを抑制しつつ碍子の検出を行うことができる。

図１（ａ）は本発明の実施例に係る碍子検出装置の適用例を模式的に示す正面図、図１（ｂ）は本発明の実施例に係る碍子検出装置の適用例を模式的に示す側面図である。碍子の一例を示す斜視図である。本発明の実施例１に係る碍子検出装置の構成を示すブロック図である。剛体架線を真下から見た例を示す説明図である。図４に示す碍子の検出例を示す説明図である。碍子が存在する箇所を真下から見た例を示す説明図である。図６に示す碍子の検出例を示す説明図である。本発明の実施例１に係る碍子検出処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明に係る碍子検出装置及び碍子検出方法について説明する。
なお、本明細書では、以下の通り用語を定義する。
「偏位」＝鉄道専門用語で、パンタグラフがトロリ線に接触する位置でパンタグラフの中央からの距離。
「ライン」＝測域センサで枕木方向に対してスキャンしたときに得られる測定面。例えば測域センサが２５Ｈｚで測定する際、１秒間に得られるライン数は２５ラインとなる。

以下、図１から図８を用いて本発明の実施例に係る碍子検出装置及び碍子検出方法の詳細を説明する。

図１に示すように、本実施例に係る碍子検出装置は、車両１の屋根上にトロリ線４を測定可能に設置された測域センサ２と、車両１の内部に設置された演算装置３とを備えて構成されている。
また、図２に碍子の一例を示す。図２において、５は支持物、６は碍子、７は支持サドル、８は剛体架線である。

測域センサ２は、レーザ光を車両１の進行方向に平行な軸周りで放射線状に投光し、その反射光を受光することによって測定対象物までの距離を測定するものである。本実施例では、測域センサ２は図１に示す測定範囲Ａ（スキャン角度２７０°）を１０８０ステップでスキャンするものとし、これにより角度分解能ωは０．２５°となっている。

演算装置３は測域センサ２による測定結果に基づいてトロリ線４の高さＤ_Hや偏位Ｄ_B等を算出する。図３に示すように、演算装置３は、架線位置算出部３ａ、架線周囲データ点数計測部３ｂ、碍子判定処理部３ｃ及びメモリ３ｄを備えている。

架線位置算出部３ａは、測域センサ２により図１に示す測定範囲Ａをスキャンして得られるデータ（角度・距離。以下、測域センサデータという）を取得し、この測域センサデータを基に架線位置を算出する。ここで、図１中に示す符号Ｂは、架線位置を算出する際、測定範囲Ａ内に、トロリ線４の高さ方向及び水平方向の偏位に基づいて設定される架線検出領域である。なお、架線位置の計測は既知の手法（例えば、上記特許文献２の段落００３２〜００５６等参照）を用いるものとし、ここでの詳細な説明は省略する。

架線周囲データ点数計測部３ｂは、架線位置算出部３ａで求めた架線位置を基準として、高さ、偏位の範囲を指定して碍子検出領域Ｃ（図２参照）を決定し、架線位置データからこの碍子検出領域Ｃ内のレーザデータ数（以下、データ点数と称する）を計測して、図５及び図７に示すような剛体架線８まで含めた塊のデータ点数を求める。この処理は、所定のライン分（例えば、数千ライン分）のスキャンデータに対してまとめて行う。
なお、碍子検出領域Ｃは剛体架線８の位置や形状、及び天井までの距離に応じて、例えば、トロリ線４の位置を（０，０）として相対的に原点（ｘ₀，ｙ₀）を指定するとともに幅Ｗ及び高さＨを設定することにより決定する。なお、ｘ₀及び幅Ｗは碍子検出領域Ｃの偏位方向の範囲内に少なくとも碍子６が含まれるように設定し、ｙ₀及び高さＨは碍子検出領域Ｃの上下方向の範囲がトロリ線４よりも低い位置から碍子６よりも高くかつ天井よりも低い位置までの範囲となるように設定するものとする。

碍子判定処理部３ｃは、架線周囲データ点数計測部３ｂで求めたデータ点数に基づいて碍子６を検出する。すなわち、碍子検出領域Ｃ内のデータ点数は、図４及び図５に示すように剛体架線８のみの場合（碍子６が存在しない場合）にトロリ線４の周囲で得られるデータ点数に対し、図６及び図７に示すように碍子６が存在する場合にトロリ線４の周囲で得られるデータ点数が多くなる傾向がある。碍子判定処理部３ｃではこの傾向を利用して碍子６を検出する。
具体的には、所定のライン分の碍子検出領域Ｃ内にあるデータ点数の中央値ｍ及び標準偏差ｓを求める。判定するラインをｉ番目のライン、ｉ番目のラインのデータ点数をＤｉとすると、下式（１）を満たすとき、ｉ番目のラインには碍子６があると判定する。
Ｄｉ＞ｍ＋(decision coefficient)×ｓ …（１）
ここで、decision coefficientは碍子判定に使用する係数である。
また、図４及び図６中のＬはラインを示している。

メモリ３ｄは各種データを記憶する。

次に、図８を用いて本実施例に係る碍子検出装置による処理について簡単に説明する。
図８に示すように、本実施例において碍子６の検出を行う際は、まず、測域センサ２によって取得した距離データを収集し（ステップＳ１）、架線位置算出部３ａにより収集した距離データに基づいてトロリ線４の位置を算出する（ステップＳ２）。続いて、架線位置算出部３ａにより算出したトロリ線４の位置に基づいて架線周囲データ点数計測部３ｂによりトロリ線４の周囲のデータ点数を計測し（ステップＳ３）、計測した所定のライン分のデータ点数に基づいて碍子判定処理部３ｃにより碍子６を検出する（ステップＳ４）。

このように構成される本実施例に係る碍子検出装置及び碍子検出方法によれば、一軸走査型の測域センサ２を用いた簡易的な装置で得られたトロリ線４の偏位、高さを基に、当該トロリ線４の周囲のデータ点数を計測し、その値が他のラインのデータ点数よりも大きな値であるとき、そのラインには碍子６があると判定することにより碍子６を検出し、間接的に支持物５を検出することが可能となる。

ここで、従来の手法では、レーザスリット光を照射し、レーザ光で映し出された碍子部の形状を、カメラを使って測定する、いわゆる光切断法の考え方を用いている。しかし、この手法では、カメラとレーザの二台構成が必要となり、コストがかかるとともに装置構成が煩雑になるという問題があった。

これに対し、本実施例に係る碍子検出装置及び碍子検出方法ではスキャン式レーザ（測域センサ２）一台という簡素な構成で、コストを抑制しつつ碍子６の検出を行うことができるという利点がある。さらに、トロリ線４の高さを、碍子６の検出に用いた測域センサ２で測定することができるという利点もある。

本発明は、碍子検出装置及び碍子検出方法に適用することができる。

１…車両、２…測域センサ、３…演算装置、３ａ…架線位置算出部、３ｂ…架線周囲データ点数計測部、３ｃ…碍子判定処理部、３ｄ…メモリ、４…トロリ線、５…支持物、６…碍子、７…支持サドル、８…剛体架線、Ａ…測定範囲、Ｂ…検出範囲、Ｃ…碍子検出領域、Ｄ_B…トロリ線の偏位、Ｄ_H…トロリ線の高さ、Ｌ…ライン、Ｈ…碍子検出領域の高さ、Ｗ…碍子検出領域の幅

上記の課題を解決するための第１の発明に係る碍子検出装置は、
車両の屋根上に設置されて少なくとも架線までの距離及び角度のデータを取得する一軸走査型の一台の測域センサと、
前記測域センサによって取得したデータに基づいて架線の高さ、偏位を検出する架線位置算出部を有する演算装置と
を備え、
前記測域センサが、レーザ光を前記車両の進行方向に平行な軸周りで放射線状に投光し、その反射光を受光することによって測定対象物までの距離を測定し、
前記演算装置が、前記測域センサによって取得したデータからデータ点数を求め、得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する碍子検出部を備える
ことを特徴とする。

また、第２の発明に係る碍子検出装置は、
車両の屋根上に設置されて少なくとも架線までの距離及び角度のデータを取得する一軸走査型の測域センサと、
前記測域センサによって取得したデータに基づいて架線の高さ、偏位を検出する架線位置算出部を有する演算装置と
を備え、
前記演算装置が、前記測域センサによって取得したデータからデータ点数を求め、得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する碍子検出部を有し、
前記碍子検出部が、
前記架線位置算出部により算出した架線の位置データに基づいて碍子の検出を実行する領域である碍子検出領域を決定し、当該碍子検出領域内の前記データ点数を求める架線周囲データ点数計測部と、
前記データ点数に基づいて碍子の有無を判定する碍子判定処理部と
を有することを特徴とする。

また、第４の発明に係る碍子検出方法は、
車両の屋根上に設置され、前記車両の進行方向に平行な軸周りで放射線状にレーザ光を投光する一台の測域センサにより取得した前記車両上方にある構造物までの距離及び角度のデータを取得し、
前記データからデータ点数を求め、
得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する
ことを特徴とする。

また、第５の発明に係る碍子検出方法は、
前記データを基に架線の位置データを算出し、
前記位置データに基づいて碍子の検出を実行する領域である碍子検出領域を決定し、
当該碍子検出領域内から前記データ点数を求め、
前記データ点数に基づいて碍子の有無を判定する
ことを特徴とする。

また、第６の発明に係る碍子検出方法は、
車両の屋根上に設置された測域センサにより取得した前記車両上方にある構造物までの距離及び角度のデータを取得し、
前記データからデータ点数を求め、
得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する碍子検出方法であって、
前記データを基に架線の位置データを算出し、
前記位置データに基づいて前記碍子の検出を実行する領域である碍子検出領域を決定して当該碍子検出領域内から前記データ点数を求め、
所定ライン分の前記碍子検出領域内のデータ点数の中央値及び標準偏差に基づいて決定した所定値よりも前記データ点数が大きいときに碍子ありと判定することにより、前記データ点数に基づいて前記碍子の有無を判定する
ことを特徴とする。

Claims

車両の屋根上に設置されて少なくとも架線までの距離及び角度のデータを取得する一軸走査型の測域センサと、
前記測域センサによって取得したデータに基づいて架線の高さ、偏位を検出する架線位置算出部を有する演算装置と
を備え、
前記演算装置が、前記測域センサによって取得したデータからデータ点数を求め、得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する碍子検出部を備える
ことを特徴とする碍子検出装置。
前記碍子検出部が、
前記架線位置算出部により算出した架線の位置データに基づいて碍子の検出を実行する領域である碍子検出領域を決定し、当該碍子検出領域内の前記データ点数を求める架線周囲データ点数計測部と、
前記データ点数に基づいて碍子の有無を判定する碍子判定処理部と
を有することを特徴とする請求項１記載の碍子検出装置。
前記碍子判定処理部が、所定ライン分の前記碍子検出領域内のデータ点数の中央値及び標準偏差に基づいて決定した所定値よりも前記データ点数が大きいときに碍子ありと判定する
ことを特徴とする請求項２記載の碍子検出装置。
車両の屋根上に設置された測域センサにより取得した前記車両上方にある構造物までの距離及び角度のデータを取得し、
前記データからデータ点数を求め、
得られた前記データ点数に基づいて碍子を検出する
ことを特徴とする碍子検出方法。
前記位置データに基づいて碍子の検出を実行する領域である碍子検出領域を決定し、
当該碍子検出領域内から前記データ点数を求め、
前記データ点数に基づいて碍子の有無を判定する
ことを特徴とする請求項４記載の碍子検出方法。
所定ライン分の前記碍子検出領域内のデータ点数の中央値及び標準偏差に基づいて決定した所定値よりも前記データ点数が大きいときに碍子ありと判定する
ことを特徴とする請求項５記載の碍子検出方法。