JP4183978B2 - 軌道保守装置および軌道の位置を検出する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌道台車により軌道上で移動可能な機械フレームと、機械フレームに調節可能に接続されて、フランジ付きローラにより軌道上で移動可能な軌道追跡ユニットとを備える軌道保守装置に関し、さらに軌道位置を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプの軌道保守装置、および所望の軌道位置を検出する方法は、欧州特許公報第０ ８０６ ５２３ Ａ１号から既に知られている。レーザスキャナを用いることにより、軌道位置を追跡する軌道上昇ユニットの位置が、装置の機械フレームに対して測定され、その結果、機械フレーム自体の位置は、測地学的に測定された固定点であって、軌道の絶対的な位置を画定する固定点により決定される。
【０００３】
ドイツ特許公報第４１ ０２ ８７１ Ｃ２号によれば、軌道台車によって軌道上に支持される装置の機械フレームに関して、軌道上で転動する測定アクスルまたは軌道追跡ユニットの変位を軌道保守装置上で測定することも知られている。
【０００４】
欧州特許公報第１ ０２８ ３２５号には、軌道上で互いに独立して移動可能であり、測定される軌道部分の端点に配置された２台の測定車両を用いて軌道を測定する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、軌道の位置を正確、迅速かつ確実に検出できる特定の種類の装置および方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段・作用・効果】
本発明によれば、この目的は、冒頭に記載したタイプの装置であって、機械フレームが、アンテナセンターを備えたアンテナを有する衛星受信機に接続され、軌道追跡ユニットに対するアンテナセンターの相対的位置を以下のパラメータに関して、つまり横断方向の軌道の傾斜、装置の長手方向に垂直に延在する横断方向の変位、および垂直距離に関して、検出するために測定装置が設けられ、計算により、アンテナセンターを軌道追跡ユニットの基準点に対して変位させるために計算ユニットが設けられた装置を用いて達成される。
【０００７】
本発明によるこれらの特徴により、衛星受信機を装置上に配置しても、アンテナセンターを軌道軸線に対して確実に正確に平行に案内することが可能であり、衛星受信機は、最適な受信を行うために優先して配置される。
【０００８】
本発明のその他の利点および特徴は、従属請求項および図面から明白になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明について、図示の実施態様に関して以下にさらに詳細に説明する。
【００１０】
図１および図２に見られる軌道保守装置１は、機械フレーム２を備え、この機械フレーム２は、軌道台車３により軌道４上に支持され、運転台または操作台５および電源ユニット６を設けられる。装置１は、装置とは独立して軌道４上で移動可能な衛星車両７を装備され、この衛星車両を用いて、軌道４の既存位置を矢印８で示される動作方向に測定するように設計される。（これは、たとえば欧州特許公報第１ ０２８ ３２５ Ａ２号から既に知られており、したがって、詳細な説明はこの点では不要であると考えられる。）
【００１１】
動作方向に見て装置１の前方にある軌道台車３の前には、フランジ付きローラ１０により軌道４上に支持される軌道追跡ユニット９が存在する。前記軌道追跡ユニット９は、本質的に軌道上測定アクスル１１として設計され、この軌道上測定アクスル１１は、機械フレーム２に枢着され、駆動装置（空間がないため図示しない）により機械フレーム２に調節可能に接続され、駆動装置により、装置１の操作開始時に、軌道上に配置され、つまり軌道４のレール１２上に降ろされる。機械フレーム２の軌道追跡ユニット９の真上には、アンテナセンター１５を備えるアンテナ１４を有し、衛星を介して送信される地球外位置信号（ＧＰＳ信号）を受信するために使用される衛星受信機１３が固定される。レーザ受信機２８はレーザ送信機２９に接続し、測定線３０を生成するのに役立つ。
【００１２】
装置１上には、軌道追跡ユニット９に対するアンテナセンター１５の相対的な位置を検出するために測定装置１６がさらに設けられる。この測定装置１６はレーザスキャナ１７として設計され、このレーザスキャナ１７は、機械フレーム２の下側２７に接続され、装置の横断方向に延在する走査平面１８を備え、基点１９を有する。基点１９は、測定装置１６の光心２４を形成し、測定装置１６は、装置の長手方向に関して軌道追跡ユニット９の上に配置される。追跡ユニット９の測定アクスル１１上には、レーザスキャナ１７の真下にレーザスキャナ１７により走査されるために走査目標２０が配置され、このレーザスキャナ１７は、装置の横断方向に延在する直線縁部２１として設計され、フランジ付きローラ１０の間の中心に配置される。直線縁部２１は、やはりフランジ付きローラ１０の間の中心に配置された基準点２２を備え、この基準点は、直線縁部２１から垂直方向に突出するピン２３の形状を有する。
【００１３】
図３、図４および図５に関してさらに詳細に説明するように、軌道追跡ユニット９に対するアンテナセンター１５の位置は、横断方向の軌道の傾斜β、装置の長手方向に垂直に延在する横断方向の変位ｄ、および垂直方向の距離ａのパラメータに関して検出される。軌道４を追跡することにより軌道の位置を検出する本発明による方法では、アンテナセンター１５は、前記のパラメータを考慮した計算により、装置１上に設けられた計算ユニット２５によって軌道追跡ユニット９の基準点２２に対して変位される。つまり、装置１の機械フレーム２上に位置する、衛星受信機１３のアンテナセンター１５の位置は、軌道４上で転動する軌道追跡ユニット９の基準点２２に対して設定され、その結果、位置信号（ＧＰＳ信号）を使って座標上のアンテナセンター１５の位置を決定することにより、軌道追跡ユニット９の領域における絶対的な追跡位置座標も自動的に登録される。
【００１４】
図３は、測定アクスル１１に対する機械フレーム２の傾斜を測定する過程を示す。原則として、軌道台車３のばね懸垂のために、機械フレーム２の横断方向の傾斜は、横断方向の軌道の傾斜βに実際に対応する測定軸線１１の傾斜とは異なる。こうした異なる横断方向の傾斜は、レーザスキャナ１７の走査平面１８の基点１９にゼロ点を有するＸＹ座標系を構成することにより、レーザスキャナ１７を用いて決定される。次に、装置の横断方向に対する２つの外側レーザビームであって、直線縁部２１または前記レーザビームの目標点に衝突するレーザビームの座標ｘｉ、ｙ１、およびｘ２、ｙ２を座標系内で計算することができる。これで、やはり計算により、フレームの傾斜αが分かる。この角度測定値αは、機械フレーム２と測定アクスル１１との間の相対的角度を指示するだけなので、絶対的なフレームの傾斜（水平線に対する）を決定する必要がある。このため、横断方向の軌道の傾斜βに対応する測定アクスル１１の横断方向の傾斜は、測定アクスル１１上に取り付けられた傾斜計２６により測定される。次に、フレームの傾斜αをこの値βから差し引くと、絶対的なフレーム傾斜が得られる。
【００１５】
次に、図４に関して、測定アクスル１１と機械フレーム２との間の距離および高さを計算する過程を説明する。約０．０５°の方位分解能を有するレーザスキャナ１７は、走査した縁部２１までの角度および距離の値を各々のステップに供給する。これで、基準点２２を形成し、直線縁部２１の中心に突出するピン２３は、レーザスキャナ１７により明確に特定され、起点１９に対するピン２３の水平方向および垂直方向の位置を決定することができる。その後のシーケンスでは、機械フレーム２と測定アクスル１１との間の水平方向および垂直方向両方の距離は、ピン２３の位置から設定することができる。基準点２２を発見するために、特定の走査は、中心領域において最小距離を示すレーザ１７のすべての距離測定から選択する。この走査は、機械フレームがＸ軸を形成し、ゼロ点がレーザスキャナ１７の基点１９内に存在するＸＹ座標系における距離ａおよび角度δに特徴がある。したがって、基準点２２は、前記の値ａおよびδを使って座標に関して固定される。
【００１６】
前記の座標系は、最初に、フレームが傾斜している量だけ水平線から回転されるので、ゼロ点までの垂直高さおよび水平距離を計算するために、計算により、全体の座標系をフレームの傾斜量だけ水平状に回転させる必要がある。図５の略図から、本発明による測定方法の本質的なパラメータを見ることができる。装置１を始動した時、または操作を開始する前、以下の定数を決定する：
ｈ＝レーザスキャナ１７の基点１９上にある衛星受信機１３のアンテナセンター１５の垂直距離、
ｄ＝アンテナ１４またはアンテナセンター１５とレーザスキャナ１７の基点１９との間の水平距離、
ｂ＝レール１２の内側縁部と直線縁部２１上の基準点２２との間の距離、および
ｃ＝レール１２上の直線縁部２１または基準点２２の垂直距離。
【００１７】
図３および図４を用いて説明した測定および計算では、以下の結果が得られる：
α＝機械フレーム２の（相対的）横断方向傾斜、
β＝測定アクスル１１の横断方向の傾斜に対応する軌道４の横断方向の傾斜、δ＝レーザスキャナ１７がピン２３または基準点２２を検出する角度、およびａ＝スキャナの基点１９と直線縁部２１上の基準点２２との間でレーザスキャナ１７が測定する距離。
【００１８】
これらデータの総計から、ＧＰＳアンテナ１４と、軌道追跡ユニット９とレール１２との接点との間の垂直方向および水平方向の距離が計算により決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により設計され、軌道追跡ユニットを有する軌道保守装置の側面図を示す。
【図２】 図１の断面線ＩＩによる軌道の長手方向における装置の略断面図を示す。
【図３】 本発明による方法の様々なステップの線図を示す。
【図４】 本発明による方法の様々なステップの線図を示す。
【図５】 本発明による方法の様々なステップの線図を示す。
【符号の説明】
１ 軌道保守装置
２ 機械フレーム
４ 軌道
９ 軌道追跡ユニット
１０ フランジ付きローラ
１１ 測定アクスル
１２ レール
１３ 衛星受信機
１４ アンテナ
１５ アンテナセンター
１６ 測定装置
１７ レーザスキャナ
１８ 走査平面
１９ 基点
２０ 走査目標
２１ 直線縁部
２２ 基準点
２３ ピン
２４ 光心
２５ 計算ユニット
２６ 傾斜計
２７ 機械フレームの下側
２８ レーザ受信機

Claims (8)

1. 軌道台車（３）により軌道（４）上で移動可能な機械フレーム（２）と、前記機械フレームに調節可能に接続されると共にフランジ付きローラ（１０）により軌道（４）上で移動可能な軌道追跡ユニット（９）とを備える軌道保守装置（１）において、
   前記機械フレーム（２）が、アンテナセンター（１５）を備えるアンテナ（１４）を有する衛星受信機（１３）に接続され、
   機械フレーム（２）に設けられた測定装置（１６）及び軌道追跡ユニット（９）に設けられた傾斜計（２６）が、横断方向の軌道の傾斜（β）、前記装置の長手方向に垂直に延在する横断方向の変位（ｄ）、および垂直距離（ａ）のパラメータに関して、前記軌道追跡ユニット（９）に対するアンテナセンター（１５）の相対的な位置を検出するために設けられ、
   計算ユニット（２５）が、前記軌道追跡ユニット（９）の基準点（２２）に対して前記アンテナセンター（１５）の計算された位置を決定するために設けられたことを特徴とする装置。
2. 前記測定装置（１６）が、前記機械フレーム（２）に接続されたレーザスキャナであって、前記装置の横断方向に延在し基点（１９）を有する走査平面（１８）を備えたレーザスキャナ（１７）、として設計されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記装置の横断方向に延在し前記レーザスキャナ（１７）により走査されるために設けられた走査目標（２０）が、前記軌道追跡ユニット（９）の前記フランジ付きローラ（１０）間の中心に配置され、
   前記走査目標が、同様に前記フランジ付きローラ（１０）間の中心に配置される前記基準点（２２）を備えることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記走査目標（２０）が直線縁部（２１）として設計され、
   前記基準点（２２）が、前記直線縁部（２１）から突出するピン（２３）として設計されたことを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記測定装置（１６）の光心（２４）が、前記装置の長手方向に対して、前記軌道追跡ユニット（９）の上であって、前記機械フレーム（２）の下側（２７）に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
6. 前記軌道追跡ユニット（９）が、測定線（３０）を形成するためにレーザ受信機（２８）に接続された測定アクスル（１１）であって、前記装置（１）の動作方向に関して前方の軌道台車（３）の前において前記機械フレーム（２）に枢着される測定アクスル（１１）として設計されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記衛星受信機（１３）の前記アンテナ（１４）が、前記軌道追跡ユニット（９）上の前記機械フレーム（２）に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 請求項１記載の装置（１）により、軌道（４）を追跡することによって軌道の位置を検出する方法にして、
   前記衛星受信機（１３）は、地球外位置信号を受信するために設けられた衛星受信機であり、
   前記地球外位置信号を用いて前記アンテナセンター（１５）の座標上の位置を設定することにより、前記軌道追跡ユニット（９）の領域における絶対的な軌道位置座標が、自動的に登録されるようにしたことを特徴とする方法。

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