JP3292319B2 - 線路形状計測装置と計測方法 - Google Patents
線路形状計測装置と計測方法Info
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- JP3292319B2 JP3292319B2 JP01930293A JP1930293A JP3292319B2 JP 3292319 B2 JP3292319 B2 JP 3292319B2 JP 01930293 A JP01930293 A JP 01930293A JP 1930293 A JP1930293 A JP 1930293A JP 3292319 B2 JP3292319 B2 JP 3292319B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は線路の曲率半径と，傾斜
角或いは両軌道レールの高さ方向の差等のカント量とを
含めた線路の形状を自動的に計測する装置とその方法に
関する。従って，線路のカーブ部分のカント量たる傾斜
等の情報を刻々と得つつ，列車を効率よく運行すると共
に乗客の乗り心地の向上を図る場合等に利用可能であ
る。
角或いは両軌道レールの高さ方向の差等のカント量とを
含めた線路の形状を自動的に計測する装置とその方法に
関する。従って，線路のカーブ部分のカント量たる傾斜
等の情報を刻々と得つつ，列車を効率よく運行すると共
に乗客の乗り心地の向上を図る場合等に利用可能であ
る。
【０００２】
【従来の技術】線路は直線部とカーブの部分とから成っ
ている。直線部においては列車の速度に特別な制限は存
在しないが，カーブ部分においては列車の遠心力のため
に，線路のカント量によってその速度が制限される。ひ
とつの線路上を運行速度の速い列車も，運行速度の遅い
列車も通過するため，カーブ部の線路のカント量は一般
に遅い列車にあわせて小さな値に設定されている。この
ため，乗客にたいする遠心力の影響からくる乗りごごち
から，運行速度の速い列車がそのカーブ部を通過する際
にも速度を小さめに設定している。また，線路のカーブ
部の開始位置を自動的に正確に予測することができず，
カーブ部に差し掛かる前に速度を低下させるが，列車の
安全性の観点から早目に速度を低下させている。
ている。直線部においては列車の速度に特別な制限は存
在しないが，カーブ部分においては列車の遠心力のため
に，線路のカント量によってその速度が制限される。ひ
とつの線路上を運行速度の速い列車も，運行速度の遅い
列車も通過するため，カーブ部の線路のカント量は一般
に遅い列車にあわせて小さな値に設定されている。この
ため，乗客にたいする遠心力の影響からくる乗りごごち
から，運行速度の速い列車がそのカーブ部を通過する際
にも速度を小さめに設定している。また，線路のカーブ
部の開始位置を自動的に正確に予測することができず，
カーブ部に差し掛かる前に速度を低下させるが，列車の
安全性の観点から早目に速度を低下させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】然しながら，上述の如
くカーブ部において列車の速度を大きくすることができ
ないと列車の運行を効率的に行なうことが不可能であ
り，また，カーブ部の開始点の正確な予測ができないこ
とはやはり効率的な運行の妨げになっていた。依って本
発明は，乗客の乗り心地を保持しつつ，列車の効率的な
運行を達成することを目的とする。
くカーブ部において列車の速度を大きくすることができ
ないと列車の運行を効率的に行なうことが不可能であ
り，また，カーブ部の開始点の正確な予測ができないこ
とはやはり効率的な運行の妨げになっていた。依って本
発明は，乗客の乗り心地を保持しつつ，列車の効率的な
運行を達成することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑みて本発明
は，線路上を走行する列車の速度を検出する速度検出器
と，前記列車の加速度を検出する加速度検出器と，前記
列車の本体である箱体に搭載されて該箱体の角速度を検
出する角速度検出器と，前記箱体を支える列車のシャー
シ上において箱体が上下に変位する変位量を検出する変
位量検出器と，列車速度と列車加速度と箱体角速度と線
路傾斜角度と箱体変位量とを関係付ける式に前記各検出
器から出力される検出データを代入することによって前
記線路のカント量を算出する演算装置とを具備すること
を特徴とする線路形状計測装置を提供する。
は，線路上を走行する列車の速度を検出する速度検出器
と，前記列車の加速度を検出する加速度検出器と，前記
列車の本体である箱体に搭載されて該箱体の角速度を検
出する角速度検出器と，前記箱体を支える列車のシャー
シ上において箱体が上下に変位する変位量を検出する変
位量検出器と，列車速度と列車加速度と箱体角速度と線
路傾斜角度と箱体変位量とを関係付ける式に前記各検出
器から出力される検出データを代入することによって前
記線路のカント量を算出する演算装置とを具備すること
を特徴とする線路形状計測装置を提供する。
【０００５】また，線路上を走行する列車の速度を検出
する速度検出器と，前記列車の加速度を検出する加速度
検出器と，前記列車の本体である箱体に搭載されて該箱
体の角速度を検出する角速度検出器と，前記箱体を支え
る列車のシャーシ上において該箱体が上下に変位する変
位量を検出する変位量検出器とから刻々と各検出データ
を演算装置に送信し，列車速度と列車加速度と箱体角速
度と箱体変位量と線路傾斜角度とを関係付ける式に前記
各検出データを代入することによって前記線路のカント
量を刻々と算出することを特徴とする線路形状計測方法
を提供する。
する速度検出器と，前記列車の加速度を検出する加速度
検出器と，前記列車の本体である箱体に搭載されて該箱
体の角速度を検出する角速度検出器と，前記箱体を支え
る列車のシャーシ上において該箱体が上下に変位する変
位量を検出する変位量検出器とから刻々と各検出データ
を演算装置に送信し，列車速度と列車加速度と箱体角速
度と箱体変位量と線路傾斜角度とを関係付ける式に前記
各検出データを代入することによって前記線路のカント
量を刻々と算出することを特徴とする線路形状計測方法
を提供する。
【０００６】
【作用】前者の装置によれば，検出された加速度は，重
力加速度と，線路傾斜角度と，箱体の上下変位量と，遠
心加速度（列車の速度ｘ角速度）との関数であるため，
列車の走行中においても演算装置によってその関係式を
使用して線路のカント量たる傾斜角が正確に求まる。
力加速度と，線路傾斜角度と，箱体の上下変位量と，遠
心加速度（列車の速度ｘ角速度）との関数であるため，
列車の走行中においても演算装置によってその関係式を
使用して線路のカント量たる傾斜角が正確に求まる。
【０００７】後者の方法によれば，速度検出器，加速度
検出器，角速度検出器，変位量検出器の各検出器によっ
て検出データが刻々と演算装置に送信されれば，列車速
度と列車加速度と箱体角速度と箱体変位量と線路傾斜角
度とを関係付ける式により，列車の走行中においても演
算装置は線路の正確なカント量を刻々と求めることがで
きる。
検出器，角速度検出器，変位量検出器の各検出器によっ
て検出データが刻々と演算装置に送信されれば，列車速
度と列車加速度と箱体角速度と箱体変位量と線路傾斜角
度とを関係付ける式により，列車の走行中においても演
算装置は線路の正確なカント量を刻々と求めることがで
きる。
【０００８】
【実施例】以下，本発明を添付図面に示す実施例に基づ
き更に詳細に説明する。図１は本発明に係る線路の形状
を計測する装置構成図を示す。大きく分けて，検出部１
０とその検出結果のデータを用いて線路の傾斜角φで代
表されるカント量と，線路の曲率半径Ｒとを演算によっ
て求める演算装置部２０とがある。
き更に詳細に説明する。図１は本発明に係る線路の形状
を計測する装置構成図を示す。大きく分けて，検出部１
０とその検出結果のデータを用いて線路の傾斜角φで代
表されるカント量と，線路の曲率半径Ｒとを演算によっ
て求める演算装置部２０とがある。
【０００９】まず検出部１０は，図３に示す線路１６上
を走行する列車１２の速度Ｖを検出する速度検出器３０
を有している。この速度検出器３０は，一般の列車に装
備されている速度計等で構成される。また，図２に示す
ように列車１２に固定された直交Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方
向の加速度αＸ，αＹ，αＺを検出するＸ方向加速度検
出器３０Ｘ，Ｙ方向加速度検出器３０Ｙ，Ｚ方向加速度
検出器３０Ｚを有している。更に，各軸回りの角速度ω
Ｘ，ωＹ，ωＺを検出する角速度検出器３２Ｘと３２Ｙ
と３２Ｚを有している。また更に，図４と図５において
説明するように列車１２の箱体１２Ａの各所の上下変位
を検出する変位量検出器３４を有している。
を走行する列車１２の速度Ｖを検出する速度検出器３０
を有している。この速度検出器３０は，一般の列車に装
備されている速度計等で構成される。また，図２に示す
ように列車１２に固定された直交Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方
向の加速度αＸ，αＹ，αＺを検出するＸ方向加速度検
出器３０Ｘ，Ｙ方向加速度検出器３０Ｙ，Ｚ方向加速度
検出器３０Ｚを有している。更に，各軸回りの角速度ω
Ｘ，ωＹ，ωＺを検出する角速度検出器３２Ｘと３２Ｙ
と３２Ｚを有している。また更に，図４と図５において
説明するように列車１２の箱体１２Ａの各所の上下変位
を検出する変位量検出器３４を有している。
【００１０】一方，演算装置２０は，マイクロコンピュ
ータによって構成される。検出部１０による各検出デー
タを入出力装置２２を介して取り入れ，ＲＯＭメモリ２
６にストアされている後述の演算プログラムを中央演算
処理装置（ＣＰＵ）２４によって制御しながら線路１６
の傾斜角φと曲率半径Ｒを算出する。この傾斜角φと曲
率半径Ｒとは外部のディスプレイ等に出力してもよく，
また，ＲＡＭメモリ２８に一時的にストアしてもよい。
ータによって構成される。検出部１０による各検出デー
タを入出力装置２２を介して取り入れ，ＲＯＭメモリ２
６にストアされている後述の演算プログラムを中央演算
処理装置（ＣＰＵ）２４によって制御しながら線路１６
の傾斜角φと曲率半径Ｒを算出する。この傾斜角φと曲
率半径Ｒとは外部のディスプレイ等に出力してもよく，
また，ＲＡＭメモリ２８に一時的にストアしてもよい。
【００１１】次に，上記の装置によって各データを検出
し，そのデータを使用して，まず，列車全体が剛体であ
ると考えた場合の線路１６の傾斜角φを検出する手法に
ついて説明する。この場合は，列車１２の何処に各検出
器が取り付けられていても以下の方法が適用できる。図
２は，線路１６が水平面に対して角度φだけ傾斜してい
る軌道上を列車１２が通過中の状態を模式的に示してい
る。また，図３は，列車１２が線路１６上を通過中の平
面図である。単位質量に対するＹ軸方向の力の釣合いか
ら次式（１）が求まる。
し，そのデータを使用して，まず，列車全体が剛体であ
ると考えた場合の線路１６の傾斜角φを検出する手法に
ついて説明する。この場合は，列車１２の何処に各検出
器が取り付けられていても以下の方法が適用できる。図
２は，線路１６が水平面に対して角度φだけ傾斜してい
る軌道上を列車１２が通過中の状態を模式的に示してい
る。また，図３は，列車１２が線路１６上を通過中の平
面図である。単位質量に対するＹ軸方向の力の釣合いか
ら次式（１）が求まる。
【００１２】 αＹ＝Ｇ・ｓｉｎφ−Ｖ・ωＺ’・ｃｏｓφ ・・・（１） ここで，Ｇは重力加速度である。また、鉛直軸をＺ’と
し、この軸Ｚ’回りの角速度をωＺ’としている。 ωＺ＝ωＺ’・ｃｏｓφ故 αＹ＝Ｇ・ｓｉｎφ−Ｖ・ωＺ ・・・（２） この式（２）を使用すると，傾斜角φは，Ｙ軸方向検出
加速度αＹ，Ｚ軸回りの角速度ωＺ，及び列車の速度Ｖ
の各検出データによって次式（３）で表される。
し、この軸Ｚ’回りの角速度をωＺ’としている。 ωＺ＝ωＺ’・ｃｏｓφ故 αＹ＝Ｇ・ｓｉｎφ−Ｖ・ωＺ ・・・（２） この式（２）を使用すると，傾斜角φは，Ｙ軸方向検出
加速度αＹ，Ｚ軸回りの角速度ωＺ，及び列車の速度Ｖ
の各検出データによって次式（３）で表される。
【００１３】
【数１】 φ ＝ ｓｉｎ−１（（αＹ＋Ｖ・ωＺ）／Ｇ） ・・・（３）
【００１４】以上とは異なり，現実の列車は図４と図５
に示すようにシャーシ１２Ｂの上にいくつかのばね部材
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられ，列車の本体である
箱体１２Ａがこのばね部材に支えられる構造になってい
る。各検出器はこの箱体１２Ａ内に搭載されることが多
い。以下ではこの現実の列車１２の構造を考慮し，正確
なカント量φ０を検出する手法を説明する。
に示すようにシャーシ１２Ｂの上にいくつかのばね部材
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられ，列車の本体である
箱体１２Ａがこのばね部材に支えられる構造になってい
る。各検出器はこの箱体１２Ａ内に搭載されることが多
い。以下ではこの現実の列車１２の構造を考慮し，正確
なカント量φ０を検出する手法を説明する。
【００１５】列車１２の箱体１２Ａはその四隅において
ばね部材Ｃ１からＣ４によって弾性支持されている。列
車１２の前後に各一対のばね部材Ｃ１とＣ３，Ｃ２とＣ
４が配設されている。走行中に図のように列車が傾いた
とすると，例えば，列車の後部のばね部材Ｃ１，Ｃ３の
各上下方向の変位はｈ１とｈ３であり，その差ｈ３−ｈ
１を両ばね部材Ｃ１とＣ３の間の距離寸法Ｂで割ると，
列車１２の後部におけるシャーシ１２Ｂに対する箱体１
２Ａの傾き角度δφが求まる。ここでは箱体１２Ａその
ものの変形までは考慮していないので，列車１２の前部
のばね部材Ｃ２とＣ４間の上下変位差に基づいてその傾
き角度を求めても，上記の後部の上下変位差に基づいて
求めた場合と同じである。
ばね部材Ｃ１からＣ４によって弾性支持されている。列
車１２の前後に各一対のばね部材Ｃ１とＣ３，Ｃ２とＣ
４が配設されている。走行中に図のように列車が傾いた
とすると，例えば，列車の後部のばね部材Ｃ１，Ｃ３の
各上下方向の変位はｈ１とｈ３であり，その差ｈ３−ｈ
１を両ばね部材Ｃ１とＣ３の間の距離寸法Ｂで割ると，
列車１２の後部におけるシャーシ１２Ｂに対する箱体１
２Ａの傾き角度δφが求まる。ここでは箱体１２Ａその
ものの変形までは考慮していないので，列車１２の前部
のばね部材Ｃ２とＣ４間の上下変位差に基づいてその傾
き角度を求めても，上記の後部の上下変位差に基づいて
求めた場合と同じである。
【００１６】このばねを有する現実の列車の場合，図２
を基に求めた線路１６の傾斜角φは実際には図４に示す
列車１２の箱体１２Ａの水平線に対する傾斜角に過ぎな
い。従って，これを補正する必要があり，実際の線路１
６の傾斜角φ０は下記の式（４）によって求める。 φ０＝φ−δφ ＝φ−（ｈ３−ｈ１）／Ｂ ・・・（４）
を基に求めた線路１６の傾斜角φは実際には図４に示す
列車１２の箱体１２Ａの水平線に対する傾斜角に過ぎな
い。従って，これを補正する必要があり，実際の線路１
６の傾斜角φ０は下記の式（４）によって求める。 φ０＝φ−δφ ＝φ−（ｈ３−ｈ１）／Ｂ ・・・（４）
【００１７】以上によって線路１６の正確な傾斜角が求
められる。次に線路１６のカーブ部の曲率半径Ｒにつき
次式が成立する。 Ｖ＝Ｒ・ωＺ’ ＝Ｒ・ωＺ／ｃｏｓφ０ ∴Ｒ＝（Ｖ／ωＺ）・ｃｏｓφ０ ・・・（５） 上記式（５）によって曲率半径Ｒが算出できる。
められる。次に線路１６のカーブ部の曲率半径Ｒにつき
次式が成立する。 Ｖ＝Ｒ・ωＺ’ ＝Ｒ・ωＺ／ｃｏｓφ０ ∴Ｒ＝（Ｖ／ωＺ）・ｃｏｓφ０ ・・・（５） 上記式（５）によって曲率半径Ｒが算出できる。
【００１８】また，レールの間隔をＷとすると，レール
の高さの差ｈは次式（６）で表される。このｈもカント
量の一つであり，角度φ０の代わりに，又は，角度φ０
と共に算出することもある。 ｈ＝Ｗ・ｓｉｎφ０ ・・・（６）
の高さの差ｈは次式（６）で表される。このｈもカント
量の一つであり，角度φ０の代わりに，又は，角度φ０
と共に算出することもある。 ｈ＝Ｗ・ｓｉｎφ０ ・・・（６）
【００１９】上述したＲＯＭメモリ２６にストアされて
いる線路のカント量と曲率半径の演算プログラムについ
て図６を参照しながら説明する。ステップ４０において
演算カウント数ｉの初期値を０にセットする。
いる線路のカント量と曲率半径の演算プログラムについ
て図６を参照しながら説明する。ステップ４０において
演算カウント数ｉの初期値を０にセットする。
【００２０】ステップ４２において演算を行う時間間隔
Δｔの経過を待ち，時間経過後にステップ４４において
演算カウント数ｉを１だけ増加させる。そしてステップ
４６において，列車の速度Ｖｉと，検出部１０によって
検出された加速度αＹｉと，角速度ωＺｉと，箱体１２
Ａの上下変位量ｈ１ｉ，ｈ３ｉを読み込む。
Δｔの経過を待ち，時間経過後にステップ４４において
演算カウント数ｉを１だけ増加させる。そしてステップ
４６において，列車の速度Ｖｉと，検出部１０によって
検出された加速度αＹｉと，角速度ωＺｉと，箱体１２
Ａの上下変位量ｈ１ｉ，ｈ３ｉを読み込む。
【００２１】その後ステップ４８においては，ステップ
４６において読み込んだカウント数ｉに対応する速度Ｖ
ｉ，加速度αＹｉと角速度ωＺｉ，上下変位量ｈ１ｉ，
ｈ３ｉをそれぞれ式（３）と式（４）と式（５）のＶ，
αＹ，ωＺ，ｈ１，ｈ３に代入することにより傾斜角φ
０と曲率半径Ｒを算出する。この他必要ならば上述の高
さの差ｈを算出してもよい。ステップ５０においては，
この結果をＲＡＭメモリ２８等にストアする。ステップ
５２においては，上記のステップ４２からステップ５０
の手順によって更に次のカウント数ｉに対する演算を繰
り返すか否かを判定する。
４６において読み込んだカウント数ｉに対応する速度Ｖ
ｉ，加速度αＹｉと角速度ωＺｉ，上下変位量ｈ１ｉ，
ｈ３ｉをそれぞれ式（３）と式（４）と式（５）のＶ，
αＹ，ωＺ，ｈ１，ｈ３に代入することにより傾斜角φ
０と曲率半径Ｒを算出する。この他必要ならば上述の高
さの差ｈを算出してもよい。ステップ５０においては，
この結果をＲＡＭメモリ２８等にストアする。ステップ
５２においては，上記のステップ４２からステップ５０
の手順によって更に次のカウント数ｉに対する演算を繰
り返すか否かを判定する。
【００２２】以上の説明例は本発明の原理を理解し易く
説明したものであり，本発明の実際の適用には以下の様
な態様がある。以上において説明した角速度検出器３２
Ｘ，３２Ｙ，３２Ｚがジャイロスコープであり，これと
加速度計とを有した，所謂，慣性センサによって検出部
１０の一部が構成されている場合に，マイクロコンピュ
ータからなる演算装置２０が，列車１２の走行中に上記
慣性センサと速度計３０と変位量検出器３４とから受信
する各検出データを基に上記カント量を刻々と演算する
際に，ジャイロのドリフトによる慣性センサの基準のズ
レを補正しつつ正確なカント量を算出する手法について
説明する。
説明したものであり，本発明の実際の適用には以下の様
な態様がある。以上において説明した角速度検出器３２
Ｘ，３２Ｙ，３２Ｚがジャイロスコープであり，これと
加速度計とを有した，所謂，慣性センサによって検出部
１０の一部が構成されている場合に，マイクロコンピュ
ータからなる演算装置２０が，列車１２の走行中に上記
慣性センサと速度計３０と変位量検出器３４とから受信
する各検出データを基に上記カント量を刻々と演算する
際に，ジャイロのドリフトによる慣性センサの基準のズ
レを補正しつつ正確なカント量を算出する手法について
説明する。
【００２３】まず，列車１２の停止時においては加速度
計３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚの出力値によって慣性センサ
の初期姿勢角度が算出される。この姿勢角度を表現する
ための座標系につき図７を参照して説明する。
計３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚの出力値によって慣性センサ
の初期姿勢角度が算出される。この姿勢角度を表現する
ための座標系につき図７を参照して説明する。
【００２４】計測基準点Ｏを通る水平面Ｈ内に互いに直
交する軸Ｎと軸Ｗをとり，鉛直方向にＶ軸をとる。軸Ｎ
は計測の方位基準となるもので，真北にとることが多
い。Ｘ, Ｙ，Ｚ軸は慣性センサ，即ち，列車１２に固定
の直交座標系であり，列車１２の移動する方向をＸ軸と
している。列車１２の姿勢は角度θ0 ，φ0 ，ψ0 で表
現される。添字Ｏが付与されているのは初期値であるこ
とを示し，移動後は添字は付さない。ピッチ角θ0 は，
Ｘ軸を含んで水平面Ｈに垂直な面と該水平面Ｈとの交線
とＸ軸とのなす角であり，この交線とＮ軸とのなす角が
方位角ψ0 であり，Ｙ軸を含んで水平面Ｈに垂直な面と
該水平面Ｈとの交線とＹ軸とのなす角がロール角φ0 で
ある。
交する軸Ｎと軸Ｗをとり，鉛直方向にＶ軸をとる。軸Ｎ
は計測の方位基準となるもので，真北にとることが多
い。Ｘ, Ｙ，Ｚ軸は慣性センサ，即ち，列車１２に固定
の直交座標系であり，列車１２の移動する方向をＸ軸と
している。列車１２の姿勢は角度θ0 ，φ0 ，ψ0 で表
現される。添字Ｏが付与されているのは初期値であるこ
とを示し，移動後は添字は付さない。ピッチ角θ0 は，
Ｘ軸を含んで水平面Ｈに垂直な面と該水平面Ｈとの交線
とＸ軸とのなす角であり，この交線とＮ軸とのなす角が
方位角ψ0 であり，Ｙ軸を含んで水平面Ｈに垂直な面と
該水平面Ｈとの交線とＹ軸とのなす角がロール角φ0 で
ある。
【００２５】慣性センサ，即ち，列車の上記定義による
ピッチ角θ0 ，ロール角φ0 は以下の如く演算される。
所定の方向Ｎ（例えば北方向）に対する方位角ψ0 は０
とする。 θ0 ＝ｔａｎー1 （αＸ／Ｇ） φ0 ＝ｔａｎー1 （αＹ／Ｇ） ここで， Ｇ ＝（αＸ2 ＋αＹ2 ＋αＺ2 ）1/2 である。
ピッチ角θ0 ，ロール角φ0 は以下の如く演算される。
所定の方向Ｎ（例えば北方向）に対する方位角ψ0 は０
とする。 θ0 ＝ｔａｎー1 （αＸ／Ｇ） φ0 ＝ｔａｎー1 （αＹ／Ｇ） ここで， Ｇ ＝（αＸ2 ＋αＹ2 ＋αＺ2 ）1/2 である。
【００２６】また，列車１２の走行中においてはジャイ
ロスコープの各出力値を基に，次式（７）で表される方
向余弦マトリクスの各エレメントを用いると走行中のピ
ッチ角θ，ロール角φ，方位角ψは下記式（８），
（９），（１０）のように演算される。
ロスコープの各出力値を基に，次式（７）で表される方
向余弦マトリクスの各エレメントを用いると走行中のピ
ッチ角θ，ロール角φ，方位角ψは下記式（８），
（９），（１０）のように演算される。
【００２７】
【数２】
【００２８】 θ＝ｔａｎ-1（Ｂ31／（Ｂ32 2 ＋Ｂ33 2 ）1/2 ） ・・・（８） φ＝ｔａｎ-1（Ｂ32／Ｂ33） ・・・（９） ψ＝ｔａｎ-1（Ｂ21／Ｂ11） ・・・（１０）
【００２９】然しながら，既述の如くジャイロドリフト
による基準のズレがあるため，正確な角度を求めるため
にはそのドリフトの補正を行う必要がある。ドリフトレ
ートは例えば１０°／ｈのように表される。即ち，１時
間に１０°だけ基準がずれるのであり，計測時間が長い
程そのズレが大きくなる。上記ピッチ角θ，ロール角
φ，方位角ψに対するドリフトレートは，慣性センサを
列車１２に搭載して線路のカント量を計測する前に予め
較正しておいて，それぞれＤθ，Ｄφ，Ｄψとする。
による基準のズレがあるため，正確な角度を求めるため
にはそのドリフトの補正を行う必要がある。ドリフトレ
ートは例えば１０°／ｈのように表される。即ち，１時
間に１０°だけ基準がずれるのであり，計測時間が長い
程そのズレが大きくなる。上記ピッチ角θ，ロール角
φ，方位角ψに対するドリフトレートは，慣性センサを
列車１２に搭載して線路のカント量を計測する前に予め
較正しておいて，それぞれＤθ，Ｄφ，Ｄψとする。
【００３０】上記式（８），（９），（１０）によって
各角度の組を演算する際に，演算装置としてのマイクロ
コンピュータ２０の内蔵発振器の発振周波数を基準とし
たタイマー装置によって経過時間ｔを出力し，上記のド
リフトレートにこの時間ｔを掛けて求めたドリフト分を
加える補正を行う。即ち，次の補正を行うのである。 θ’＝θ＋Ｄθ・ｔ φ’＝φ＋Ｄφ・ｔ ψ’＝ψ＋Ｄψ・ｔ
各角度の組を演算する際に，演算装置としてのマイクロ
コンピュータ２０の内蔵発振器の発振周波数を基準とし
たタイマー装置によって経過時間ｔを出力し，上記のド
リフトレートにこの時間ｔを掛けて求めたドリフト分を
加える補正を行う。即ち，次の補正を行うのである。 θ’＝θ＋Ｄθ・ｔ φ’＝φ＋Ｄφ・ｔ ψ’＝ψ＋Ｄψ・ｔ
【００３１】この各補正式の左辺の角度θ’，φ’，
ψ’がドリフト補正された慣性センサの姿勢角である。
この正確に求められた姿勢角度を基に水平面を判断し，
図２から図６を用いて説明した場合と異なり，列車１２
に固定された直交Ｘ，Ｙ，Ｚ軸ではなくＮ軸とＷ軸が水
平面内に存在し，空間に対して回転しない直交Ｎ，Ｗ，
Ｖ軸の各軸方向について，既述の式（４）や式（５）を
たてたのと同様に式をたて，カント量や曲率半径を演算
する。
ψ’がドリフト補正された慣性センサの姿勢角である。
この正確に求められた姿勢角度を基に水平面を判断し，
図２から図６を用いて説明した場合と異なり，列車１２
に固定された直交Ｘ，Ｙ，Ｚ軸ではなくＮ軸とＷ軸が水
平面内に存在し，空間に対して回転しない直交Ｎ，Ｗ，
Ｖ軸の各軸方向について，既述の式（４）や式（５）を
たてたのと同様に式をたて，カント量や曲率半径を演算
する。
【００３２】こうして正確な線路形状のデータが得られ
るが，このデータの他に，線路のカーブの開始点を列車
１２の走行中に予め正確に予測すべく，各駅の所定の場
所に次のカーブ位置までの計測基準点であることを知ら
せる発光体を設け，また，列車１２の下部にはこの発光
体の光信号を検知する光センサーが設けられている。こ
の光センサーによって計測基準点を検知すれば，その点
から所定の距離の所がカーブの開始点であることが判明
するため，そのカーブ開始点の直前まで高速運行がで
き，その後運行速度を低下させることができる。そのた
め効率的な運行が可能となる。また，記述の如く正確に
求めた線路１６のカント量を基に，低下させるべき列車
の速度を無駄のない速度に調節することができる。更に
は，正確に求めたカント量に基づいて，線路のカーブ部
での遠心力の影響による乗客の乗り心地を向上させるべ
く，ここに開示しない手段によって列車の箱体１２Ａを
適宜な傾斜角度に強制的に振ることが可能となる。
るが，このデータの他に，線路のカーブの開始点を列車
１２の走行中に予め正確に予測すべく，各駅の所定の場
所に次のカーブ位置までの計測基準点であることを知ら
せる発光体を設け，また，列車１２の下部にはこの発光
体の光信号を検知する光センサーが設けられている。こ
の光センサーによって計測基準点を検知すれば，その点
から所定の距離の所がカーブの開始点であることが判明
するため，そのカーブ開始点の直前まで高速運行がで
き，その後運行速度を低下させることができる。そのた
め効率的な運行が可能となる。また，記述の如く正確に
求めた線路１６のカント量を基に，低下させるべき列車
の速度を無駄のない速度に調節することができる。更に
は，正確に求めたカント量に基づいて，線路のカーブ部
での遠心力の影響による乗客の乗り心地を向上させるべ
く，ここに開示しない手段によって列車の箱体１２Ａを
適宜な傾斜角度に強制的に振ることが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明した本発明に係る計測装置と計
測方法によれば，以下の利点が得られる。 １．列車の箱体の上下変位を考慮して線路形状を正確
に，かつ３次元的に計測できる。 ２．列車が走行している時に計測するため，土木的な測
量と異なり，列車の負荷条件並びに速度条件下における
線路形状が計測できる。 ３．従って，列車の運動特性と線路形状との相関関係が
判る。 ４．従って，安全に効率よく列車の加減速を行い，列車
の運行速度を可及的に許容速度に近づけ，高速運行を実
現することが可能になると共に，乗客の乗り心地を向上
させる工夫がなされうる。 ５．列車の走行中に線路形状がリアルタイムに計測でき
る。 ６．線路形状を時系列に並べた保守管理データが得られ
る。
測方法によれば，以下の利点が得られる。 １．列車の箱体の上下変位を考慮して線路形状を正確
に，かつ３次元的に計測できる。 ２．列車が走行している時に計測するため，土木的な測
量と異なり，列車の負荷条件並びに速度条件下における
線路形状が計測できる。 ３．従って，列車の運動特性と線路形状との相関関係が
判る。 ４．従って，安全に効率よく列車の加減速を行い，列車
の運行速度を可及的に許容速度に近づけ，高速運行を実
現することが可能になると共に，乗客の乗り心地を向上
させる工夫がなされうる。 ５．列車の走行中に線路形状がリアルタイムに計測でき
る。 ６．線路形状を時系列に並べた保守管理データが得られ
る。
【図１】図１は本発明に係る線路の形状を計測する装置
構成図である。
構成図である。
【図２】図２は本発明説明のための列車と線路の断面図
である。
である。
【図３】図３は線路と列車の平面図である。
【図４】図４は本発明説明のための列車と線路の断面図
である。
である。
【図５】図５は本発明説明のための列車の側面図であ
る。
る。
【図６】図６は線路のカント量と曲率半径の演算用プロ
グラムフロー図である。
グラムフロー図である。
【図７】図７は本発明に係る第２実施例の説明図であ
る。
る。
１０ 検出部 １２ 列車 １２Ａ 箱体 １２Ｂ シャーシ １６ 線路 ２０ 演算装置（マイクロコンピュータ） ３０ 速度検出器 ３０Ｘ，３０Ｙ，３０Ｚ 加速度検出器 ３２Ｘ，３２Ｙ，３２Ｚ 角速度検出器 ３４ 箱体の上下変位量検出器 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ ばね部材 Ｒ 線路の曲率半径 φ０ 線路の真の角度カント量
フロントページの続き (72)発明者 江崎 浩康 名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東 海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 高木 博 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プ レシジョン株式会社内 (72)発明者 斉藤 一晶 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プ レシジョン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−275913（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−82665（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−27115（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−126254（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−121273（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 9/00 B61F 5/00
Claims (4)
- 【請求項１】 線路上を走行する列車の速度を検出する
速度検出器と，前記列車の加速度を検出する加速度検出
器と，前記列車の本体である箱体に搭載されて該箱体の
角速度を検出する角速度検出器と，前記箱体を支える列
車のシャーシ上において箱体が上下に変位する変位量を
検出する変位量検出器と，列車速度と列車加速度と箱体
角速度と線路傾斜角度と箱体変位量とを関係付ける式に
前記各検出器から出力される検出データを代入すること
によって前記線路のカント量を算出する演算装置とを具
備することを特徴とする線路形状計測装置。 - 【請求項２】 上記装置に対して線路のカーブの開始点
を検出するための基準位置信号検知器を更に具備してな
る請求項１に記載の線路形状計測装置。 - 【請求項３】 線路上を走行する列車の速度を検出する
速度検出器と，前記列車の加速度を検出する加速度検出
器と，前記列車の本体である箱体に搭載されて該箱体の
角速度を検出する角速度検出器と，前記箱体を支える列
車のシャーシ上において該箱体が上下に変位する変位量
を検出する変位量検出器とから刻々と各検出データを演
算装置に送信し，列車速度と列車加速度と箱体角速度と
箱体変位量と線路傾斜角度とを関係付ける式に前記各検
出データを代入することによって前記線路のカント量を
刻々と算出することを特徴とする線路形状計測方法。 - 【請求項４】 前記角速度検出器がジャイロスコープで
あり，該ジャイロスコープと前記加速度検出器とを収容
していると共に前記列車の箱体に搭載されている慣性セ
ンサから刻々と送信される各検出データを前記演算装置
によって演算処理して前記列車のカント量を算出する場
合に行う前記慣性センサの姿勢の演算に対して刻々とド
リフト補正を行い，このドリフト補正演算による慣性セ
ンサの姿勢を基準として前記列車の速度と列車加速度と
箱体角速度と箱体変位量と線路傾斜角度とを関係付ける
式に前記各検出データを代入することによって前記線路
のカント量を刻々と算出して成る請求項３に記載の線路
形状計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01930293A JP3292319B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 線路形状計測装置と計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01930293A JP3292319B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 線路形状計測装置と計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207830A JPH06207830A (ja) | 1994-07-26 |
| JP3292319B2 true JP3292319B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=11995630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01930293A Expired - Fee Related JP3292319B2 (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 線路形状計測装置と計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3292319B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3720259B2 (ja) * | 2000-12-25 | 2005-11-24 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 鉄道軌道の曲線形状データ取得装置 |
| JP5675405B2 (ja) * | 2011-02-08 | 2015-02-25 | 三菱重工業株式会社 | 軌道系交通車両及びその車体姿勢制御装置 |
| JP6495663B2 (ja) * | 2015-01-13 | 2019-04-03 | 株式会社東芝 | 列車制御装置、列車制御方法及びプログラム |
| CN107339923B (zh) * | 2017-08-18 | 2024-01-19 | 余阳 | 测量尺及测量方法 |
| WO2020209361A1 (ja) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | 株式会社サタケ | 篩い分け装置の運転監視システム |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP01930293A patent/JP3292319B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06207830A (ja) | 1994-07-26 |
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