JP2018105751A

JP2018105751A - 波形データの異常値判定方法及びこの方法を用いた異常値判定システム

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Publication number: JP2018105751A
Application number: JP2016253217A
Authority: JP
Inventors: 田中　博文; Hirobumi Tanaka; 博文田中; 山本　修平; Shuhei Yamamoto; 修平山本; 洋友坪川; Hirotomo Tsubokawa
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: JP6678567B2

Abstract

【課題】検測データに含まれる光飛びなどに起因する異常値を検出して、さらにこの異常値を補間することができる異常値判定方法及び異常値判定システムを提供する。【解決手段】波形データ及び補助データのうち少なくとも波形データを取得するデータ取得工程と、前記波形データの異常値を検出する異常値検出工程と、前記異常値検出工程で前記波形データに異常値が観測された場合に補助データの異常値を検出する補助データ異常値検出工程とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、経時変化する波形データの異常値判定方法及びこの方法を用いた異常値判定システムに関し、特に、軌道検測で得られた軌道変位データの異常値判定方法及びこの方法を用いた異常値判定システムに関する。

従来、鉄道の軌道の保守管理を目的として、定期的に専用の軌道検測車両等を用いて、軌道変位データ等の波形データを取得し、当該軌道検測データ等に含まれる著大値を検出して、軌道に鉄道車両の走行安全を脅かすような不整や鉄道車両の乗り心地を低下させるような不整が生じていないかの確認を行っている。

軌道検測は、特許文献１に記載されているように、例えば軌道（レール）に対してレーザー光を照射し、軌道（レール）からの反射光を受光する光学センサ等を用い、照射から受光までの時間から軌道の変位量を求める方法が知られている。このようにして得られた軌道変位データと管理値の照査によって軌道不整の大きな箇所や軌道不整が急進している箇所を抽出することで軌道整備の実施を検討している。また、軌道変位データの検測は、在来線の場合は専用の軌道検測車を用いて年に数回程度の頻度で行われていたところ、近年では営業車両に搭載可能な軌道検測装置によって一日に数回程度の高頻度で検測を行うことが可能となってきている。

特開２０１５−１７５７３５号公報

しかし、このような軌道検測の方法によると、まれに正常にレーザー光が軌道（レール）を検出することができず、軌道変位データに異常値が記録されることがあり、この現象を「光飛び」と称している。光飛びは種々の原因によって生じることが知られているが、例えば、軌道（レール）の近傍に雑草が生えたことによりレーザー光の照射経路が遮断される場合や、降雨などによってレーザー光の照射窓あるいは受光窓が遮断される場合、さらには太陽光がレーザー光の軌道（レール）から反射光に影響を与える場合などがある。

また、従来の光飛びに対する対処方法は、図５（ａ）に示すように、軌道変位データに異常値が発生した場合には、測定時には何らかの処理を行わずそのままの数値を記録するか、後処理によって軌道変位データに含まれる異常値を平滑化する処理がなされている。具体的には、後処理によって軌道変位データに含まれる異常値を移動平均フィルタ等を用いて平滑化する処理が行われている。しかし、図５（ｂ）に示すように、平滑化を行うと、局所的な軌道変位をなましてしまい、実際の軌道形状と異なる軌道変位データで軌道を管理している可能性がある。

さらに、その他の対処方法としては、軌道変位データに異常値が含まれるままでは正常な軌道変位データが得られないため、異常値が発生した区間を欠測として取り扱わざるを得ず、光飛びによる異常値であるかの判定の後、異常値が発生している区間を欠測として取り扱うデータ処理が行われているが、この処理は非常に煩雑であり、一日に数回程度の高頻度の検測によってデータ処理の対象が多くなることでデータ処理が更に煩雑となることが懸念されている。

そこで、本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、軌道変位データに含まれる光飛びなどに起因する異常値を検出して、さらにこの異常値を補間することができる異常値判定方法及び異常値判定システムを提供することを目的とする。

本発明に係る波形データの異常値判定方法は、波形データ及び補助データのうち少なくとも波形データを取得するデータ取得工程と、前記波形データに含まれる異常値を検出する異常値検出工程と、前記異常値検出工程で前記波形データに異常値が観測された場合に補助データの異常値を検出する補助データ異常値検出工程とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る波形データの異常値判定方法において、前記補助データは、前記波形データの検出不良の影響を受けないデータ、又はレーザー光の光飛びの状況を判定したデータ（光飛び判定データ）を用いると好適である。

また、本発明に係る波形データの異常値判定方法において、前記補助データ異常値検出工程で補助データに異常値が含まれないと判定された後、前記波形データの異常値を補間する補間工程を備えると好適である。

また、本発明に係る波形データの異常値判定方法において、前記補間工程は、前記波形データの前後の正常値を用いて直線又はスプライン曲線、あるいはサイン半波長曲線で補間を行うと好適である。

また、本発明に係る波形データの異常値判定方法において、前記異常値検出手段は、複数回取得された波形データのうち、それぞれの波形データの微分の傾きを算出し、当該傾きの急激な変化の有無を判定すると好適である。

また、本発明に係る波形データの異常値判定システムは、波形データ及び補間データのうち少なくとも波形データを取得するデータ取得手段と、前記波形データの異常値を検出する異常値検出手段と、前記異常値検出手段で前記波形データに異常値が観測された場合に補助データの異常値を検出する補助データ異常値検出手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る波形データの異常値判定システムにおいて、前記補助データは、前記波形データの検出不良の影響を受けないデータ、又はレーザー光の光飛びの状況を判定したデータ（光飛び判定データ）を用いると好適である。

また、本発明に係る波形データの異常値判定システムにおいて、前記補助データ異常値検出手段で補助データに異常値が含まれないと判定された後、前記波形データの異常値を補間する補間手段を備えると好適である。

また、本発明に係る波形データの異常値判定システムにおいて、前記補間手段は、前記波形データの前後の正常データを用いて直線又はスプライン曲線、あるいはサイン半波長曲線で補間を行うと好適である。

また、本発明に係る波形データの異常値判定システムにおいて、前記異常値検出工程は、複数回取得された波形データのうち、それぞれの波形データの微分の傾きを算出し、当該傾きの急激な変化の有無を判定すると好適である。

本発明に係る波形データの異常値判定方法及び異常値判定システムによれば、軌道変位データなどの波形データの著大値が、鉄道車両の走行安全性や乗り心地に影響する著大なものか、あるいは光飛びなどに起因する異常なものであるかを判別することができ、異常値であると判定された場合にその異常値を適切に補間することができ、データ処理の対象が大量になった場合であっても簡易かつ容易にデータ処理を行うことができる。

本実施形態に係る異常値判定システムの概要図。本実施形態に係る異常値判定システムのデータ処理のフロー図。本実施形態に係る異常値判定システムの異常検出手段及び補助データ異常値検出手段の具体例を示した図。本実施形態に係る異常値判定システムの補間手段の具体例を示した図。従来のデータの後処理方法を説明するための図。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る異常値判定システムの概要図であり、図２は、本実施形態に係る異常値判定システムのデータ処理のフロー図であり、図３は、本実施形態に係る異常値判定システムの異常値検出手段及び補助データ異常値検出手段の具体例を示した図であり、図４は、本実施形態に係る異常値判定システムの補間手段の具体例を示した図であり、図５は、従来のデータの後処理方法を説明するための図である。

図１に示すように、本実施形態に係る判定システム１は、営業車両又は専用の軌道検測車両に設置された検測装置２によって検測された軌道変位等の検測データを処理する処理装置３と、処理装置３の処理結果を出力する出力装置４とを備えている。

検測装置２は、営業車両又は専用の軌道検測車両に取り付けて軌道上を走行させることで、軌道の形状を連続的に検測することができる装置であり、具体的には軌道の高低変位・左、高低変位・右、通り変位・左、通り変位・右、軌間変位、水準変位、平面性変位及びその他の測定項目を測定することができる。なお、検測装置２の詳細は、従来周知の検測装置２を用いることができるので、詳細な説明は省略するが、レーザー変位センサや加速度センサなどの複数のセンサを備え、正矢法、偏心矢法又は慣性正矢法、慣性測定法を用いて検測すると好適である。また、手押し式の簡易な軌道検測装置やレール凹凸連続測定装置によって検測することも可能である。

処理装置３は、処理プログラム（例えば、軌道変位データ等の波形データの急進箇所抽出処理方法）を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、処理プログラムを格納するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの処理に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）とを備えている。

出力装置４は、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置のような画像表示装置、又は、インクジェットプリント方式又はレーザプリント方式の印刷装置を備えると好適である。

次に、本実施形態に係る波形データの異常値判定方法を用いた異常値判定システムの動作について説明を行う。図２に示すように、データ取得手段としての検測装置２で検測された波形データを処理装置３に入力して波形データの処理を開始する。なお、波形データは、軌道変位データのうち、軌間変位についてのデータ処理を行う場合について説明を行う。

まず、異常値検出手段（Ｓ１０１）において、軌間変位の波形データのうち、著大値となる波形データに含まれる異常値の有無を確認する。具体的には、図３（ａ）に示すように、所定の閾値を超過した箇所があった場合にこれを異常値として検出する。波形データに異常値が含まれない場合には、データ処理は終了する。

次に、波形データに異常値が検出された場合、補助データ異常値検出手段（Ｓ１０２）において、軌間変位とは異なるデータで、検出不良となる光飛びの影響を受けないデータについて異常値の有無を確認する。具体的には、検測装置２が検測する波形データ（軌道の高低変位・左、高低変位・右、通り変位・左、通り変位・右、軌間変位、水準変位、平面性変位及びこれらの波形データを出力するための変位センサの中間処理センサ、並びにその他の測定項目）のうち、例えば水準変位や平面性変位又は車体加速度等を補助データとして用いることができる。

このとき、図３（ｂ）に示すように、補助データにおいても、軌間変位の波形データにおいて著大値となった箇所と同じ箇所に著大値があった場合には、当該波形データに示された著大値は軌道の異常に起因するものと判定し、波形データの異常を警告する（Ｓ１０４）。波形データの異常の警告は、出力装置４に表示されることによって行われる。

一方で、図３（ｃ）に示すように、補助データにおいて、軌間変位の波形データにおいて著大値となった箇所と同じ箇所に著大値が無い場合には、当該波形データに示された著大値は、光飛びなどに起因する異常値であると判定する。

また、補助データには、軌間変位を測定するために使用しているレーザー変位センサのレーザー光の光飛びの状況を判定したデータ（光飛び判定データ）を用いることができる。

このとき、図３（ｄ）に示すように、当該補助データにおいて、軌間変位の波形データにおいて、著大値となった箇所と同じ箇所に光飛び判定の情報が無かった場合には、当該波形データに示された著大値は軌道の異常に起因するものと判定し、波形データの異常を警告する（Ｓ１０４）。

一方で、図３（ｅ）に示すように、補助データにおいて、軌間変位の波形データにおいて著大値となった箇所と同じ箇所に光飛び判定の情報があった場合には、当該波形データに示された著大値は、光飛びなど等に起因する異常値であると判定する。

さらに、光飛びと判定された波形データは、波形データの補間手段（Ｓ１０３）において、著大値の補間を行う。具体的には、図４に示すように、著大値となる始点と終点との間を異常区間として認識したのち、この異常区間に含まれる異常データ（著大値データ）を削除して欠測とする。その後、異常区間の始点と終点は正常なデータであると仮定し、異常区間の始点及び終点のデータを用いて直線又はスプライン曲線あるいはサイン半波長曲線によって補間する。これは、検測の対象となる軌道は、所定の剛性を有していることから一定以上には変形しないので、異常区間の始点と終点の間の範囲内で補間を行うことを前提としている。

このように、本実施形態に係る異常値判定方法を用いた異常値判定システム１は、著大値を有する波形データが実際に著大な軌道変位が発生したことを示すデータであるのか、実際には著大な軌道変位は発生しておらず、光飛びなどに起因する異常なものであるかを判定することができる。また、光飛びと判定された場合に、著大値を補間する補間手段を備えているので、一日に数回程度の高頻度の検測を行って、データ処理の対象が大量になった場合であっても簡易かつ確実に波形データの補間を行うことができる。

なお、本実施形態に係る異常値判定方法を用いた異常値判定システムでは、異常値判定手段において、波形データの異常の有無を閾値の超過によって判定を行った例について説明を行ったが、例えば閾値の判定に加え、前後のデータと比較して急激な変化を自己の波形の微分の傾きによって算出し、当該傾きの急激な変化を判定の手段として用いても構わない。

また、本実施形態に係る異常値判定方法及びこの異常値判定方法を用いた異常値判定システムでは、波形データが軌道検測で得られた波形データである場合について説明を行ったが、定期的に測定される波形データであれば軌道検測のデータに限らずあらゆるデータの判定処理に用いることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１異常値判定システム
２検測装置
３処理装置
４出力装置

Claims

波形データ及び補助データのうち少なくとも波形データを取得するデータ取得工程と、
前記波形データに含まれる異常値を検出する異常値検出工程と、
前記異常値検出工程で前記波形データに異常値が観測された場合に補助データの異常値を検出する補助データ異常値検出工程とを備えることを特徴とする波形データの異常値判定方法。
請求項１に記載の波形データの異常値判定方法において、
前記補助データは、前記波形データの検出不良の影響を受けないデータあるいはレーザー光の光飛びの状況を判定したデータを用いることを特徴とする波形データの異常値判定方法。
請求項１又は２に記載の波形データの異常値判定方法において、
前記補助データ異常値検出工程で補助データに異常値が含まれないと判定された後、前記波形データの異常値を補間する補間工程を備えることを特徴とする波形データの異常値判定方法。
請求項３に記載の波形データの異常値判定方法において、
前記補間工程は、前記波形データの前後の正常値を用いて直線又はスプライン曲線あるいはサイン半波長曲線で補間を行うことを特徴とする波形データの異常値判定方法。
請求項１に記載の波形データの異常値判定方法において、
前記異常値検出工程は、複数回取得された波形データのうち、それぞれの波形データの微分の傾きを算出し、当該傾きの急激な変化の有無を判定することを特徴とする波形データの異常値判定方法。
波形データ及び補助データのうち少なくとも波形データを取得するデータ取得手段と、
前記波形データの異常値を検出する異常値検出手段と、
前記異常値検出手段で前記波形データに異常値が観測された場合に補助データの異常値を検出する補助データ異常値検出手段とを備えることを特徴とする波形データの異常値判定システム。
請求項６に記載の波形データの異常値判定システムにおいて、
前記補助データは、前記波形データの検出不良の影響を受けないデータあるいはレーザー光の光飛びの状況を判定したデータを用いることを特徴とする波形データの異常値判定システム。
請求項６又は７に記載の波形データの異常値判定システムにおいて、
前記補助データ異常値検出手段で補助データに異常値が含まれないと判定された後、前記波形データの異常値を補間する補間手段を備えることを特徴とする波形データの異常値判定システム。
請求項８に記載の波形データの異常値判定システムにおいて、
前記補間手段は、前記波形データの前後の正常データを用いて直線又はスプライン曲線あるいはサイン半波長曲線で補間を行うことを特徴とする波形データの異常値判定システム。
請求項６に記載の波形データの異常値判定システムにおいて、
前記異常値検出手段は、複数回取得された波形データのうち、それぞれの波形データの微分の傾きを算出し、当該傾きの急激な変化の有無を判定することを特徴とする波形データの異常値判定システム。