JP2021525192A - 軌道のレールの実際位置を求めるための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、レール走行車両（１）上に配置された、軌道（３）および隣接する設備（１０，１１）の位置を検出するための光学的なセンサ装置（７）を用いて、軌道（３）のレール（２）の実際位置を求めるための方法に関する。この場合、センサ装置（７）を用いて、１つの軌道区分（２４）のために、軌道（３）の延在形状および隣接する設備（１０，１１）、特に架空線設備（１０）の延在形状を暫定的な実際データとして検出し、少なくとも１つの隣接する設備（１０，１１）の検出された延在形状を、設定された幾何学形状を有する延在形状に変換することにより、評価装置（２３）において暫定的な実際データを補正された実際データに変換することが規定されている。さらに、本発明は、この方法を実施するためのシステムに関する。

Description

本発明は、軌道および隣接する設備の位置検出のための、レール車両上に配置された光学的なセンサ装置を用いて、軌道のレールの実施位置を求めるための方法に関する。さらに本発明は、方法を実施するためのシステムに関する。

軌道上部構造（Gleisoberbau）の保守のために、定期的な点検が必要である。劣化を判断し、場合によっては保守措置のための基準量を導き出すために、軌道の現在位置が規則的な間隔で測定される。これは、通常、軌道測定車両により行われ、軌道測定車両には、複数の測定システムが配置されている。軌道の表面輪郭およびその周囲を検出するために、特別な光学的なセンサ装置が使用される。

オーストリア国特許出願公開第５１４５０２号明細書には、軌道定点の位置を求めるために軌道に沿って連続的に運動するレーザスキャナが使用される測定システムが記載されている。検出された定点マーカに対する間隔に基づき、レール走行装置を用いて走査された軌道の現在位置が目標位置に関連して評価される。

オーストリア国特許出願公開第５１８６９２号明細書も、レール車両に配置されたレーザスキャナを開示している。このレーザスキャナを用いて、軌道の走行中に、この軌道の表面輪郭および軌道の周囲を検出する。結果として、それぞれの点座標が、まずレーザスキャナと一緒にガイドされる座標システムに関連付けられている点群が生じる。

したがって、軌道および軌道の周囲のこのような検出時に、この一緒にガイドされる座標システムの運動も定置または慣性の基準システムに関して検出する必要性が生じる。具体的には、曲線（Bogen）補正、高低変位（Laengshoehe）補正およびカント（Ueberhoehung）補正が行われなければならない。なぜならば、レーザスキャナは、軌道曲線を通過中に、レール車両と一緒に運動するからである。曲線走行中の位置変更は、たとえば慣性測定ユニットを用いて検出される。

本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式のレール車両のために、先行技術に対する改善を提供することにある。

本発明によれば、この課題は、請求項１および請求項１３に記載の特徴によって解決される。本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。

センサ装置を用いて、１つの軌道区分のために、軌道の延在形状および隣接する設備、特に架空線設備の延在形状を暫定的な実測データとして検出し、少なくとも１つの隣接する設備の検出された延在形状を、設定された幾何学形状を有する延在形状に変換することにより、評価装置において暫定的な実際データを補正された実際データに変換することが規定されている。この形式で、既知の幾何学的形状を有する既存のインフラ設備の一緒に検出された位置データを使用し、これにより、データ補正を実施することができる。データ検出中のセンサ装置の運動により発生する実際データの歪みは、付加的な手間なしに補償される。したがって、センサ装置またはレール車両の運動の別個の検出は不要である。

支柱ブラケットにおける２つの取付け位置の間での架空線設備の架線の検出された延在形状のために、直線を幾何学形状として設定すると、実際データの変換にとって有利である。架線内のプリロードにより、架線は風が吹いた場合またはパンタグラフによって荷重が加えられた場合でもその形状を維持し、直線状の延在形状からの僅かなずれは無視することができる。

支柱ブラケットにおけるそれぞれの取付け位置を自動的に検出するためには、架線の検出された延在形状のために最大の曲率を有する位置を求めると有利である。通常は、取付け位置において架線の方向変更が行われるので、架線は水平方向の平面内でジグザグ形に延びている。これにより、パンタグラフの黒鉛すり板に溝が入ることが回避される。架空線設備のこの特徴は、検出された架線の延在形状に基づいて、取付け位置または支柱ブラケットの位置を規定するために、使用することができる。

方法の精度をさらに向上させるために、架線の延在形状を、架線エッジの延在形状として検出すると、有意である。このことは、特に高解像度のセンサ装置の使用時に有利である。特に、架線下エッジが、たとえば水平方向の回転軸線を有するレーザスキャナを用いて正確に検出される。

別の有利なバリエーションは、暫定的な実際データを補正された実際データに変換するために、検出されたプラットフォームエッジについて直線を幾何学形状として設定することを規定している。各駅の領域では、外部要因の影響を受けないインフラ設備を、データ変換を実施するために使用することができる。

２つの支柱先端部の間に非常時給電ラインが存在している場合、この非常時給電ラインも、データ変換を実施するために有利に使用される。非常時給電ラインのために、懸垂曲線が幾何学的形状として設定される。この形式で、少なくとも横方向での検出された軌道延在形状の十分な補正が実施可能である。

別の改善時に、軌道に沿ったレール車両の走行中に、センサ装置を用いて、軌道軸線に対してほぼ横方向に延びる表面プロフィールを検出し、これに基づいて暫定的な実際データとして、軌道および隣接する設備の点群を保存する。対応するデータの処理のために、高速なデータ変換を可能にする効率的なアルゴリズムが知られている。また、データ量を減らすために、抽出法を使用することができる。たとえば、レールおよび架線の表面点だけがさらに処理される。点群の保存は、効率的なデータ処理を確保するために、評価ユニットにおいて行われると有利である。

点群に基づいて、評価装置において調整されたアルゴリズムを用いて、架線およびレールの表面点を抽出すると有利である。これは、たとえば、自動パターン認識によって、または点群のセマンティックセグメンテーションによって生じる。これにより、暫定的な実際データを補正された実際データに変換するために、計算の手間が減少する。

方法の１つの変化形では、評価装置は、対応する支柱ブラケットにおける架線のそれぞれの取付け位置のために、絶対的な位置を設定する。したがって、センサ装置を用いて検出された対応する取付け位置の座標は、正しい位置で定置の座標システムに変換可能である。これは、有利には、データ変換の途中で生じる。結果として、修正された実際データは全て、検出された延在形状の正しい絶対的な位置を再現している。

これ対して代替的に、または精度を向上させるために、センサ装置を用いて、軌道の隣に配置された少なくとも１つの定点マーカを検出すると有意である。この形式で、検出された延在形状の絶対的な位置を特定するために、別の基準が使用される。この場合に、架空線設備の既に検出された取付け位置は、対応する支柱に取り付けられた定点マーカのおおよその位置を示す。

方法の１つの変化形は、レール車両に配置された慣性測定ユニット(ＩＭＵ)またはクリノメータにより、軌道のカントが検出されることを規定している。この測定装置は、有利には、レール走行装置に配置されている。これより検出されたカント値は、実績データの補正に加えて、保守措置の計画および実施のために使用することができる。

軌道の実際位置を求める場合の精度を高めるために、軌道の延在形状を、レールエッジの延在形状として検出すると、有意である。このために、たとえば、評価装置にパターン認識ソフトが備えられており、これにより、検出された実際データを予め設定されたレールプロフィールと比較してレールエッジ延在形状を決定することができる。

上述の１つの方法を実施するための本発明に係るシステムは、センサ装置が、軌道の延在形状および隣接する設備の延在形状を検出するように調整されており、検出工程により得られた暫定的な実際データが評価装置に供給され、評価装置が、少なくとも１つの隣接する設備の検出された延在形状を設定された幾何学形状を有する延在形状に変換することにより補正された実際データを計算するように調整されていることを規定している。このようなシステムは、データ検出中に発生するセンサ装置の運動を補償するための付加的な測定装置を必要としない。

このシステムの有利な１つの特徴は、軌道カントを検出するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）またはクリノメータがレール走行装置に配置されていることを規定している。ＩＭＵの運動は３次元空間において正確に検出され、定置基準システムに対して連続して位置を求めるために役立つ。これにより、ＩＭＵおよびクリノメータは、軌道カントの正確な測定値を供給する。

システムの１つの変化形は、光学的なセンサ装置が、特に水平方向に位置調整された回転軸線を有するレーザスキャナを含むことを規定する。これにより、軌道延在形状および隣接するインフラ施設の高解像度の位置データを、レール車両の走行中に効率的な形式で検出可能である。

本発明を以下に例示的な形式で添付の図面を参照しながら説明する。

センサ装置を有するレール車両を概略的に示す側面図である。 検出すべき軌道区分を上から概略的に示す平面図である。 検出された一時的な実際データを点群として概略的に示す図である。 補正された実際データを点群として概略的に示す図である。 点群の概略的な斜視図である。

図１は、軌道３のレール２の実際位置を求めるための、簡略的に図示されたレール車両１の前方区分を示している。このレール車両１は、たとえば測定車両、保守車両または測定技術的な補助装置を備えたその他のレール車両である。レール走行車両１は、レール走行装置４を用いて軌道３上を走行可能であり、車両構造６を含む車両フレーム５を有している。車両構造６の前面には、センサ装置７が配置されている。このセンサ装置７は、たとえばレーザスキャナ８を備えている。レーザビームは、車両長手方向に位置調整された回転軸線９を中心として回転し、タイミング制御された時間間隔で、隣接する設備１０，１１と一緒に軌道３の表面点に対する距離を測定する。

車両構造６上には、レール車両１に架空線設備１０（Oberleitungsanlage）を介してエネルギを供給するためのパンタグラフ１２が配置されている。架空線設備１０は、架線１３およびちょう架線１４を含む。規則的な間隔で取付け位置１５が配置されており、架線１３は取付け位置１５において支柱１７のそれぞれ１つの支柱ブラケット１６に取り付けられている。支柱ブラケット１６の間で、架線１３はハンガ１８を用いてちょう架線１４に懸架されている。さらに、支柱先端部から支柱先端部へといわゆる非常時給電ライン（Spitzenleitung）１９が延びている。

軌道または架空線設備１０の絶対的な位置を記録するために、通常は定点マーカ２０が使用される。定点マーカ２０はたとえば支柱１７に取り付けられている。配置図に、この定点マーカ１７の正確な位置が記録される。本発明のためには、さらに、取付け位置１５のために絶対的な位置座標が測定され記録されていると有利である。

軌道カントを検出するために、レール走行装置４は、測定フレーム２１を備えている。測定フレーム２１には、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２２が配置されている。測定フレーム２１は車軸に直接に連結されているので、測定フレーム２１は、相対運動なしに軌道延在形状に従う。これに対して代替的には、軌道カントを検出するためにクリノメータが機能することができる。さらに、レール車両１には、測定結果のデータ処理のための評価装置２３が配置されている。

図２は、本発明の教示を具体的に示すために、過度に強調された曲線曲率または座屈（Verwerfung）を有する軌道区分２４を上から見た平面図で示している。この軌道区分２４の走行時に、レーザスキャナ８は、軌道３の表面プロフィール、架空線設備１０およびたとえばプラットフォーム１１のような別の設備の表面プロフィールを検出する。具体的には、検出された各点のために、センサ装置７の基準システム内の座標が検出され、この結果、軌道区分２４全体のために１つの点群２５が形成される。

センサ装置７の基準システムが、データ検出中に車両フレームと一緒に運動するので、点群２５は、当初は図３に図示されているように歪んでいる。レーザスキャナ８の回転軸線９が軌道軸線２６に対してほぼ接線方向に延びているので、レール２はほぼ直線に見える。軌道３の実際に存在する曲線曲率のために、検出された別の全ての設備１０，１１が湾曲されて検出され、暫定的に測定されたこの外見上の曲率は、軌道３の曲線曲率に関連付けられる。特に、架線１３の記録された外見上の曲率は、本来の軌道曲率に関連付けられる。さらに、３次元の空間における架線１３の延在形状の記録により、軌道３の長手方向の縦断勾配が検出される。

センサ装置７を用いて検出された暫定的な実際データは、補正された実際データへの変換を実施するために、評価装置２３に供給される。このために、まず、架線１３の取付け位置１５が求められる。ジグザグ形の配置に基づいて、これは、最大の曲率を有する位置である。別の方法のために、架線１３が取付け位置１５の間で直線の形で延びているという設定が行われる。風荷重またはパンタグラフ１２の接触力による僅かなずれは、通常、無視することができる。精度を向上するために、これらの影響因子を測定し、計算上の補正が行われる。

暫定的に、架線１３の延在形状を示す点群２５の点は、折れ線（Polygonzug）を形成している。データ変換時に、この折れ線は、１つの共通の基準システムにおいて設定された直線に沿って位置調整される。折れ線の各セグメント（区間）が計算によってずらされ、回転される。さらに、点群２５のうちの、各セグメントに対する垂直平面上に位置する全ての点が、対応して一緒にずらされかつ一緒に回転される。この形式により、点群２５の全ての点が変換され、結果として補正された実際データが存在する。したがって、図４に図示された変換された点群は、軌道３の本来の曲率を再現している。

検出された別の延在形状は、対応する方法で、架線の延在形状の代わりに実際データを変換するために参照することができる。たとえば、プラットフォーム１１の検出されたエッジ２７のために、幾何学的形状として直線を設定することができる。または、支柱１７から支柱１７までの非常時給電ライン１９のために、下向きに垂れ下がった懸垂曲線（Seilkurve）が設定される。検出された複数の設備１０，１１のためにも、対応する幾何学的形状を設定することができる。データ変換中の折れ線セグメントの位置調整のために、全ての設定に最も一致する最適解が求められる。

方法の別の改善は、配置図に記載されている架線１３の取付け位置１５の絶対的な座標がデータ変換時に使用されることを規定している。これらの基準点は、共通の基準システムにおいて、架線１３の外見上の延在形状の位置調整のためにそれぞれの直線の位置を規定する。その場合、結果として得られる補正された実際データは、正しい曲率を再現するだけでなく、地形における正しい位置も再現する。

絶対的な位置を規定するために、定点マーカ２０が点群２５に含まれている場合、定点マーカ２０も参照することもできる。点群２５における対応する表面点の認識は、架空線設備１０またはプラットフォーム１１のエレメントの場合と同様に、セマンティックセグメンテーションまたはパターン認識により行われる。

データ変換の監視のために、点群２５をモニタ２７に表示することができる。図４は、検出された軌道区分２４の点群２５を、暫定的な実際データを用いて中心視野で示している。

Claims (15)

1. レール走行車両（１）上に配置された、軌道（３）および隣接する設備（１０，１１）の位置を検出するための光学的なセンサ装置（７）を用いて、前記軌道（３）のレール（２）の実際位置を求めるための方法であって、
   前記センサ装置（７）を用いて、１つの軌道区分（２４）のために、前記軌道（３）の延在形状および前記隣接する設備（１０，１１）、特に架空線設備（１０）の延在形状を暫定的な実際データとして検出し、少なくとも１つの隣接する設備（１０，１１）の検出された延在形状を、設定された幾何学形状を有する延在形状に変換することにより、評価装置（２３）において前記暫定的な実際データを補正された実際データに変換することを特徴とする、方法。
2. 支柱ブラケット（１６）における２つの取付け位置（１５）の間での前記架空線設備（１０）の架線（１３）の検出された前記延在形状のために、直線を幾何学形状として設定する、請求項１記載の方法。
3. 前記架線（１３）の検出された前記延在形状のために最大の曲率を有する位置を求めることにより、１つの支柱ブラケット（１６）におけるそれぞれの前記取付け位置（１５）を検出する、請求項２記載の方法。
4. 前記架線（１３）の前記延在形状を、架線エッジの延在形状として検出する、請求項２または３記載の方法。
5. 検出されたプラットフォームエッジ（２７）のために、直線を幾何学形状として設定する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. ２つの支柱先端部の間の非常時給電ライン（１９）のために、懸垂曲線を幾何学的な形状として設定する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記センサ装置（７）を用いて、前記軌道（３）に沿った前記レール車両（１）の走行中に、前記軌道軸線（２６）に対してほぼ横方向に延びる表面プロフィールを検出し、該検出に基づいて暫定的な実際データとして、前記軌道（３）および前記隣接する設備（１０，１１）の点群（２５）を保存する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記評価装置（２３）において調整されたアルゴリズムを用いて、前記点群（２５）から前記架線（１３）および前記レール（２）の表面点を抽出する、請求項７記載の方法。
9. 前記評価装置（２３）は、対応する支柱ブラケット（１６）における前記架線（１３）のそれぞれの取付け位置（１５）のために、絶対的な位置を設定する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記センサ装置（７）を用いて、前記軌道（３）の隣に配置された少なくとも１つの定点マーカ（２０）を検出する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 前記レール車両（１）に配置された慣性測定ユニット（２２）またはクリノメータにより、前記軌道（３）のカントを検出する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 前記軌道（３）の前記延在形状を、レールエッジの延在形状として検出する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を実施するためのシステムであって、
    センサ装置（７）が、軌道（３）の延在形状および隣接する設備（１０，１１）の延在形状を検出するように調整されており、検出工程により得られた暫定的な実際データが評価装置（２３）に供給され、該評価装置（２３）が、少なくとも１つの隣接する設備（１０，１１）の検出された延在形状を設定された幾何学形状を有する延在形状に変換することにより補正された実際データを計算するように調整されていることを特徴とする、方法を実施するためのシステム。
14. レール車両（１）において、軌道カントを検出するための慣性測定ユニット（２２）またはクリノメータがレール走行装置（４）に配置されている、請求項１３記載のシステム
15. 前記光学的なセンサ装置（７）はレーザスキャナを含む、請求項１３または１４記載のシステム。

Images