JP3300883B2 - トロリ線の高さ測定方法及びその装置 - Google Patents

トロリ線の高さ測定方法及びその装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電気鉄道におい
て、架空電車線路のトロリ線が線路上で架設されている
高さを、走行する車両上から連続的に測定する方法とそ
の装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は電気鉄道における架線の設備状況
の例である。架線は通常、卜ロリ線1を上部の吊架線1
8から吊り下げた構造である。レール20の上面からの
卜ロリ線1の高さは場所により変化する。そこで、トロ
リ線1の高さを管理するために、レール20上で車両1
6を走行させながら、この車両上から連続的に高さを測
定することが行われる。その方法として、従来パンタグ
ラフ19を使用する方法が一般的であった。図6にはそ
の方法を示す。バンタグラフ19をトロリ線1に接触さ
せておくと、トロリ線1の高さに応じてパンタグラフ1
9が伸縮し、それに伴ってパンタグラフの主軸21が回
転する。この回転量を絶縁性のロッド22を介して、ポ
テンショメータ23で検出し、高さを算出する方法であ
【0003】この方法は測定原理や機構が単純であり、
安定した測定が行える利点があったが、バンタグラフが
必要なことと、パンタグラフによってトロリ線が静的な
高さから押し上げられ、正確な測定が行えないという問
題点があった。
【0004】また、トロリ線の高さを非接触で光学的に
測定する方法として、これまで図7に示す方法が使用さ
れている。同図において、車両16の屋根の上に設けら
れた投光器2はレーザ光源を持ち、トロリ線1に対して
一定の角度θをもって投光する。受光用カメラ3は、投
光器2に対向する位置に配置され、トロリ線の標準高さ
H0で、レーザ光のトロリ線1からの正反射光を受光す
るようになっている。受光用カメラ3には、受光素子列
4が組み込まれており、受光した位置によってトロリ線
の高さを検出する方法である。
【0005】この方法は、パンタグラフを必要とせずに
トロリ線の高さを非接触で測定できる利点があるが、ト
ロリ線の高さが標準高さH0から大きく変化して、例え
ばHhの状態になると、トロリ線に対する投光の角度θ
と受光の角度θ’が一致しなくなる。こうなると、受光
用カメラ3に正反射光が得られなくなって、受光量が大
きく減衰することと、受光用カメラ3からトロリ線1上
の反射点までの距離が変化してカメラレンズの焦点がず
れてくることにより、正確な測定に支障を来すという問
題点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、ト
ロリ線の高さを線路上を走行する車両上から光学的に非
接触で測定する方法と装置であって、トロリ線の高さの
変化が大きい区間で、トロリ線の高さが標準位置から大
きく変化しても、卜ロリ線に対する投光と受光の角度が
一致し、常に受光用カメラに正反射光が得られ、また受
光用カメラからトロリ線までの光学系の距離が変化しな
いものを提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明においては、直線
状のスリット光をトロリ線に照射し、トロリ線からの反
射光を移動可能なミラーを介して受光用カメラに導く構
成とすることにより、上記課題を解決するものである。
その光学系を図1に示す。
【0008】投光器2の光源から、トロリ線1を横断す
る直線状スリット光をトロリ線1に対して一定の角度θ
をなすように下方から線路の延長方向に沿う方向で照射
する。トロリ線1の摺動面からの正反射光を含む反射光
をミラー5を介して受光用カメラ3で受光する。受光用
カメラ3の内部に、二次元の光電変換素子列4を組み込
むことにより、反射光によるトロリ線1の画像信号を得
ることができる。ミラー5は移動手段であるサーボ機構
6により線路の延長方向に移動可能とする。
【0009】光電変換素子列4により得られたトロリ線
1からの反射光の画像は、図2に示すようになる。ミラ
ー5の位置が、トロリ線1の高さに対応している場合に
は、図2(a)のように、正反射光による明るい点10
の位置が、画像の高さ方向の中央にあるが、ミラー5の
位置が対応しないと、それが図2の(b)や(c)に示す
ように、中央から上下方向にずれてくる。
【0010】図2の画像の中で、9はミラー5の映像、
10はトロリ線1上の輝点の映像である。トロリ線1の
ある位置A〜A’の線上の明るさのレべルLの分布は図
2(d)に示す分布曲線8のようになる。そこで、この
画像信号を図1の信号処理器7に入力し、二次元画像の
中の明るい点10、即ち正反射光の位置が上下方向で画
像の中央位置からずれている量を算出して、その位置を
画像の中央位置に合わせるようにミラー5の位置をサー
ボ機構6により調整する。いま、高さ位置H0をトロリ
線1の標準高さ位置、位置X0をトロリ線1の標準高さ
位置における正反射光を二次元画像の中央に配置するミ
ラー5の位置とすると、測定点のミラー5の位置X1
が、位置X0から移動した量xを検出することにより、
トロリ線1の測定点における高さH1が、標準高さH0か
ら変化した高さ変化量hを算出することができる。
【0011】本発明の測定方法によれば、下方から投光
器2で線路に沿う方向にトロリ線1を照射し、その正反
射光をミラー5を介して受光用カメラ3に導くため、投
受光の角度αとミラーの角度を適切に設定することによ
り、トロリ線の高さが変化しても投光と受光の角度αは
常に等しく一定に保たれる。また、受光用カメラ3から
トロリ線1までの光路距離を一定にすれば、受光用カメ
ラ3のレンズの距離調節が不要である。そのため、測定
可能な卜ロリ線1の高さの範囲を大きく設定することか
できる。
【0012】
【発明の実施の形態】図3には本発明の一実施例を示
す。測定用機器を収納した匡体13を車両16の屋根上
に搭載し、車内に設置した記録装置14にケーブル15
で結線してある。
【0013】匡体13の内の投光器2から、トロリ線1
を横断する方向のスリット光をトロリ線1の摺動面に照
射し、この摺動面からの正反射光を受光ミラー11と折
り返しミラー12を介して受光用カメラ3に受光する。
この反射光を受光用カメラ3内の光電変換素子列4によ
り画像信号に変換し、これを信号処理装置7で処理し、
記録装置14への出力とサーボ機構6の制御を行う構成
になっている。
【0014】トロリ線1と照射光のなす角度θ(α)を
60度とすれば、図1に示す構成のように、ミラー5を
1枚のみ介するだけで、受光用カメラ3から卜ロリ線1
までの光路距離を一定に保つことができる。しかし、ト
ロリ線1の高さの変動範囲が大きくなると、ミラー5の
移動範囲も大きくなるため、装置が大型になってしま
う。
【0015】そこで、図3の実施例では、トロリ線と照
射光のなす角度θを60度より大きくして、ミラー11
の移動範囲を小さくしている。そして、受光用カメラ3
から卜ロリ線1までの光路長を一定にするため、折り返
しミラー12を設け、その位置もサーボ機構6で制御し
ている。受光ミラー11と折り返しミラー12は、それ
らの移動量が一定の関係を保ちながら連動して移動する
ようになっている。
【0016】図3の実施例における受光ミラー11と折
り返しミラー12の移動量を図4に示す。トロリ線1の
標準位置H0からの高さ変化量をhとし、正反射光が得
られる受光ミラーの移動量をxとすると、xは次式で表
される。 x=2hcotθ また、それに対応する折り返しミラー12の移動量y
は、次式となる。 y=h(1−cosθ)/sinθ そこで、xとyの間には、次の関係が得られる。 y/x=−(1−1/cosθ)/2
【0017】実際には逆に、この関係を保ちながら、受
光ミラー11と折り返しミラー12を移動して、トロリ
線からの正反射光をミラーの中央位置に得られるように
制御した時に、受光ミラー11の移動量xからトロリ線
の高さ変化量hを、次式によって求めるようになってい
る。 h=xtanθ/2
【0018】また、ある画面で、トロリ線1上の正反射
光の位置が、標準位置から図4のsだけずれていた場合
には、その時の受光ミラー11の位置X1から算出され
るトロリ線1の高さ変化量hに次式の補正量zを加える
ようになっている。 z=stanθ/2
【0019】二次元画像の中には、トロリ線1の他に、
トロリ線より上部にある電線や構造物が明るい像として
捕らえられる。しかし、卜ロリ線はそれらの設備の中で
最も低い位置にあるため、二次元画像の中では最も上の
部分に現れる。そのため、トロリ線1を他の電線や構造
物から容易に区別して検出することができる。
【0020】また、投光器2の光源を単色光の光源と
し、受光用カメラ3には投光器2の照射光の波長近傍の
光のみを透過させる光学フィル夕ーを取り付けることに
より、他の波長の光と区別するようにすれば、昼間でも
正確にトロリ線の高さ測定を行うことができる。
【0021】また、二次元画像の中で、明るい点の左右
方向の位置から卜ロリ線1の水平方向のジグザグ偏位を
算出することもできるようになっている。
【0022】
【発明の効果】本発明の測定方法によれば、卜ロリ線の
高さ変化が大きな線路においても、トロリ線の静的な高
さを走行車両上で連続的に測定することが可能となり、
トロリ線設備の管理が容易となって、列車運行の保安度
が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の基本的構成を示し、トロリ線の高
さ測定原理の説明図である。
【図2】 図1のITV画像の例を示し、トロリ線の高
さにより輝点の位置が画像内において変化することの説
明図である。
【図3】 この発明の実施例を示し、トロリ線の高さ変
動範囲が大きい場合における実際の構成である。
【図4】 この発明の図3の実施例において、トロリ線
の高さ変化に対応する受光ミラーと折り返しミラーの移
動量を示す。
【図5】 電気鉄道における架空トロリ線の架設構造と
パンタグラフの説明図である。
【図6】 トロリ線の高さを車両上から測定する従来の
第1の測定原理の説明図である。
【図7】 トロリ線の高さを車両上から測定する従来の
第2の測定原理の説明図である。
【符号の説明】
1:トロリ線 2:投光器 3:受光用カメラ 4:二次元の光電変換素子列 5:ミラー 6:サーボ機構 7:信号処理装置 8:画像内の明るさの分布曲線 9:画像内のミラーの映像 10:トロリ線の輝点の映像 11:受光ミラー 12:折り返しミラー 13:匡体 14:記録装置 15:信号ケーブル 16:鉄道車両 17:架線の支持物 18:架線の吊架線 19:パンタグラフ 20:レール 21:パンタグラフの主軸 22:絶縁性のロッド 23:ポテンショメー夕 H0:トロリ線の標準高さ位置 H1:トロリ線の高さ変化位置 H2:トロリ線の別の高さ変化位置 X0:トロリ線の標準高さに対応したミラーの位置 X1:トロリ線の高さ変化に対応したミラーの位置 α:トロリ線と照射光または正反射光のなす角度 A〜A’:映像内のトロリ線位置の中心線 L:A〜A’線上の明るさの信号強度 θ:トロリ線と照射光または正反射光のなす角度 h:トロリ線の標準位置からの高さ変化量 x:トロリ線の高さ変化に対応した受光ミラーの移動量 y:トロリ線の高さ変化に対応した折り返しミラーの移
動量 s:トロリ線の正反射光の標準位置からのずれ z:受光ミラーから求めたトロリ線高さに対する補正量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−55433(JP,A) 特開 平6−258030(JP,A) 特開 平10−246627(JP,A) 特開 昭57−26705(JP,A) 特開 昭58−142210(JP,A) 特開 昭52−88363(JP,A) 実開 平5−14815(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象であるトロリ線の下方をこのト
    ロリ線に沿って移動する車両上の投光器から直線状のス
    リッ卜光をトロリ線を横断するように照射するステップ
    と、 前記スリッ卜光のトロリ線からの反射光を、前記車両上
    のトロリ線の下方位置に設けられたミラーに受け、同車
    両上のトロリ線の下方位置に設けられた受光用カメラに
    向けて反射させるステップと、 この反射光を、前記カメラ内の光電変換素子列に受け
    て、反射光の二次元画像信号を得るステップと、 この二次元画像信号を信号処理器に取り込み、二次元画
    像の中の前記トロリ線からの正反射光の位置を、予め設
    定された一定位置に常時保つように、前記ミラーの位置
    を前記投光器に対して標準位置から接近あるいは離反す
    る方向に移動させるべくミラー移動手段を制御するステ
    ップと、 前記ミラーの標準位置からの距離からトロリ線の高さを
    前記信号処理器で算出するステップとを含むことを特徴
    とするトロリ線の高さ測定方法。
  2. 【請求項2】 前記投光器からのスリッ卜光を単色光と
    し、前記受光用カメラに取り付けられた光学フィル夕ー
    でスリット光の波長近傍の光のみを受光用カメラに透過
    させることにより、昼間でも測定可能としたことを特徴
    とする請求項1に記載のトロリ線の高さ測定方法。
  3. 【請求項3】 測定対象であるトロリ線の下方をこのト
    ロリ線に沿って移動自在の車両上に搭載されるトロリ線
    の高さ測定装置であって、 前記トロリ線の下方に配置され、トロリ線を横断する方
    向の直線状のスリッ卜光を照射する投光器と、 前記投光器に隣接して前記トロリ線の下方に配置され、
    前記スリッ卜光のトロリ線からの反射光を受けて、これ
    を反射させるミラーと、 このミラーの反射光を受光して内部の光電変換素子列で
    反射光の二次元画像信号を得る受光用カメラと、 前記トロリ線の高さの変化に伴って移動するトロリ線か
    らの正反射光の照射位置に追従するように前記ミラーを
    移動させるミラー移動手段と、 前記カメラの二次元画像信号を取り込み、この二次元画
    像の中の前記トロリ線からの正反射光の位置を、予め設
    定された一定位置に常時保つように、前記ミラーを移動
    させるべくミラー移動手段を制御し、かつミラーの標準
    位置からの距離からトロリ線の高さを算出する信号処理
    器と、 この信号処理器からのトロリ線の高さ情報を記憶する記
    憶装置とを具備することを特徴とするトロリ線の高さ測
    定装置。
  4. 【請求項4】 前記投光器が単色光を照射する投光器で
    あり、前記受光用カメラには投光器の照射光の波長近傍
    の光のみを透過させる光学フィル夕ーが取り付けられ、
    昼間でも測定可能とされていることを特徴とする請求項
    3に記載のトロリ線の高さ測定装置。
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JP5245445B2 (ja) * 2008-02-15 2013-07-24 株式会社明電舎 渡り線測定装置
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