JP4914785B2 - 車両走行動揺/騒音解析システム、車両走行動揺/騒音解析方法および車両走行騒音解析方法 - Google Patents

車両走行動揺/騒音解析システム、車両走行動揺/騒音解析方法および車両走行騒音解析方法 Download PDF

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この発明は、車両走行動揺/騒音解析システム、車両走行動揺/騒音解析方法、車両走行騒音解析システムおよび車両走行騒音解析方法に関し、特に、鉄道車両の走行試験において軌道の状態を動的動揺測定および/または車両内部の騒音測定で記録解析するのに適用して好適なものである。
鉄道車両の走行試験において軌道の状態を動的動揺測定で記録解析することは、軌道の状態を正確に把握し、状態が悪い場合には適切な処置を施すことで軌道を良好な状態に維持し、乗客の乗り心地を良くしたり、車両の安全運転を実現する上で重要である。一方、詳細は明らかではないが、最近、車両の内部で測定した騒音波形からレール波状摩耗の発生箇所の検出ができる可能性が示唆されている(非特許文献1参照。)。ここで、レール波状摩耗とは、レール頭頂面に発生する波高が0.1〜1mm程度、波長が数cmから数十cm程度の周期的な摩耗をいう。
この動的動揺測定あるいは騒音測定では、軌道上の車両の位置(所定の基準点からの距離)を正確に測定する必要がある。言い換えると、車両の動揺測定値あるいは騒音測定値が軌道のどの位置のものであるかを正確に測定する必要がある。
新幹線や在来線特急列車などでは、車両の車軸や車輪から得られる回転パルスと車輪径とから走行距離を算出することで軌道上の位置あるいは距離を正確に測定することができるが、在来線普通列車などの大部分の列車や電車などでは、そのための設備を有していないのが実情であり、この方法を用いることはできない。
そこで、在来線普通列車などの多くの列車または電車では、走行中の車両の振動加速度波形をレコーダーの記録紙に記録しながら、線路に沿って設けられた、路線の起点(0キロメートル)からの距離を示すキロポスト(キロ程ともいう)地点を通過する毎に計測者がマーカ信号を入れ、記録紙にその地点情報を書き込む方法がとられている。
特開2001−287647号公報(特許文献1)には、鉄道車両の走行中に生じる振動加速度を検出し、記録する列車動揺記録装置が開示されている。この装置では、上下および左右加速度変換器の出力をそれぞれA/D変換器によってA/D変換し、その出力からCPUなどにより車両の上下および左右方向の振動加速度値を、速度発電機の出力パルスに同期してまたは一定時間毎にリアルタイムで算出する。また、測定開始時キロ程および速度発電機の出力パルスに基づいてキロ程および列車速度を算出する。そして、算出された上下および左右方向の振動加速度値に基づいて上下および左右方向の振動加速度の波形を、算出されたキロ程および列車速度とともに、リアルタイムでプリンタにプリントさせる。
また、特開2004−168216号公報(特許文献2)には、GPS(Global Positioning System)測位による列車走行情報検出装置および方法が開示されている。これによれば、複数の鉄道車両からなる列車に分散配置された複数のGPSアンテナと、このGPSアンテナに接続されるGPS受信機と、このGPS受信機に接続される列車位置検知装置と、この列車位置検知装置に3次元線路マップとGPSアンテナ設置位置情報とを格納する記憶装置と、上記のGPS受信機、列車位置検知装置を含む列車位置検知システム間を接続する車内LANとを備え、GPSアンテナ設置位置情報に基づき、列車位置検知装置が列車上の全てのGPS受信機がそれぞれ少なくとも2機の衛星からのGPS信号を受信して測位計算を行うことにより、列車全体の在線位置と向きとを把握する。しかしながら、この特許文献2には、車両走行動揺/騒音測定については、何ら開示も示唆もされていない。
また、特開2004−98878号公報(特許文献3)には、列車動揺(縦揺れ、横揺れ)の時間変化を測定する測定装置と、列車に設けられ、位置情報、時間情報、速度情報を出力するGPS装置と、軌道上の複数の基準位置情報を格納したデータベースと、測定装置からの測定データ、GPS装置からの位置情報、時間情報、速度情報が入力されるデータ処理装置とを備え、前記データ処理装置は、GPS装置からの位置情報、時間情報、速度情報と、データベースに格納された基準位置情報に基づき時間に対する列車の走行キロ程を求め、列車動揺が基準値を超えた時間を前記走行キロ程の時間に対応させ、列車動揺が基準値を超えた箇所を特定する列車動揺箇所検出システムが開示されている。しかしながら、この特許文献3には、車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により車両の位置情報を補正することについては、何ら開示も示唆もされていない。
また、実願平4−79612号(実開平6−43516号公報)(特許文献4)には、車両の移動距離を検出するために加速度センサを設け、この加速度センサで検出された加速度を位置検出部に入力し、この位置検出部で積分して車両の速度を算出し、この車両の速度を再び積分して車両の移動距離を算出することにより車両の現在位置を検出する位置検出装置が開示されている。しかしながら、この特許文献4には、車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により車両の位置情報を補正することについては、何ら開示も示唆もされていない。
また、特開2004−231100号公報(特許文献5)には、駅やトンネルなどの障害物によってGPS測位手段の出力が不能となる直前の車両のGPS位置情報と各障害物のGPS位置情報とを比較して、各障害物から車両に最も近い最短距離を求め、この最短距離がGPS測位手段の測位誤差より小さいことを条件として各障害物の中からこの最短距離にあるものを特定障害物として特定し、この特定障害物の位置情報に基づいて、車両の車輪に取り付けた速度発電機から出力される距離パルスを用いて求められる車両の走行距離を補正し、この補正に軌道情報データベースを用いる軌道走行車両の位置検知システムが開示されている。この特許文献5には、駅やトンネルなどの障害物によってGPS測位手段の出力が不能となる直前の車両のGPS位置情報と各障害物のGPS位置情報とを用いて車両の位置情報を補正することが記載されているが、この車両のGPS位置情報はGPSにより取得されるものであり、車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により車両の位置情報を補正することについては、何ら開示も示唆もされていない。
交通安全環境研究所研究発表会講演概要 Vol.2005, Page.163-168(2005) 特開2001−287647号公報 特開2004−168216号公報 特開2004−98878号公報 実願平4−79612号(実開平6−43516号公報) 特開2004−231100号公報
走行中の振動加速度波形をレコーダーの記録紙に記録しながら、キロ程地点を通過する毎に、計測者が記録紙にその地点情報を書き込む方法は、5〜10mの位置あるいは距離の誤差が生じるのを避けることができないことや、計測者によって地点情報を書き込むタイミングがばらついたりすることにより、車両の位置あるいは距離を正確に測定することが困難である。また、改修工事などにより線路が短くなったり、長くなったりすることにより、キロ程のないB区間やキロ程が重複するW区間が発生するが、この場合にも、やはり車両の位置あるいは距離を正確に測定することが困難である。これに加えて、特に長距離を走行する場合には、計測者は地点情報を書き込む作業を長時間続けなければならず、計測者に過度の負担がかかるという問題がある。また、この測定には、キロ程通過を知らせる計測者と記録紙に地点情報を書き込む計測者との二人が必要であるため、手間がかかり、コストが高くつくという問題がある。
また、特許文献1に開示された列車動揺記録装置および特許文献5に開示された軌道走行車両の位置検知システムでは、車両の車軸や車輪の回転パルスを得るための設備が必要であるため、すでに述べたように、そのための設備を有していない在来線普通列車などに適用することはできない。
さらに、特許文献3、5に開示されたシステムでは、トンネルや屋根付き駅舎や地下軌道などのGPS信号の受信不能区間がある場合に、車両の動揺測定値を高い位置精度または距離精度で正確に得ることができることは困難である。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、鉄道車両の走行試験において動揺測定値および/または騒音測定値を高い位置精度または距離精度で正確に得ることができ、しかも計測者に負担をかけることなく、低コストで試験を行うことができる車両走行動揺/騒音解析システム、車両走行動揺/騒音解析方法、車両走行騒音解析システムおよび車両走行騒音解析方法を提供することである。
上記課題を解決するために、第1の発明は、
軌道上を走行する車両の内部に設置される、当該車両の少なくとも左右方向および上下方向の加速度を検出する加速度センサーならびに騒音計と、
上記車両の内部に設置されるGPSアンテナおよびGPS受信機とを有し、
上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信するGPS信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺/騒音解析システムである。
第2の発明は、
軌道上を走行する車両の内部に設置される、当該車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する3軸加速度センサーならびに騒音計と、
上記車両の内部に設置されるGPSアンテナおよびGPS受信機とを有し、
上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信するGPS信号により取得される位置情報と上記3軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺/騒音解析システムである。
第3の発明は、
軌道上を走行する車両の内部に当該車両の少なくとも左右方向および上下方向の加速度を検出する加速度センサーと騒音計とGPSアンテナおよびGPS受信機とを設置し、
上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信する信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺/騒音解析方法である。
第4の発明は、
軌道上を走行する車両の内部に当該車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する3軸加速度センサーと騒音計とGPSアンテナおよびGPS受信機とを設置し、
上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信する信号により取得される位置情報と上記3軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺/騒音解析方法である。
第5の発明は、
軌道上を走行する車両の内部に設置される騒音計と、
上記車両の内部に設置されるGPSアンテナおよびGPS受信機とを有し、
上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信するGPS信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行騒音解析システムである。
第6の発明は、
軌道上を走行する車両の内部に騒音計とGPSアンテナおよびGPS受信機とを設置し、
上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信する信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行騒音解析方法である。
第1および第3の発明において、加速度センサーとしては、車両の左右方向および上下方向の加速度を検出する2軸加速度センサーを用いても、車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する3軸加速度センサーを用いてもよい。
第2および第4の発明においては、典型的には、GPS信号により取得される位置情報を、車両の前後方向の加速度を2回積分することにより得られる位置情報により補完するようにする。
第5および第6の発明においては、必要に応じて、少なくとも車両の前後方向の加速度を検出する加速度センサーを用い、この加速度センサーにより測定される車両の前後方向の加速度を2回積分することにより得られる位置情報により、GPS信号により取得される位置情報を補完するようにしてもよい。
第1〜第6の発明において、騒音計としては、各種のものを用いることができ、必要に応じて選択される。この騒音計の周波数重み特性は、A特性、C特性、FLAT特性などのいずれであってもよい。A特性で測定した値は音の大きさの感覚に比較的近いことがわかっており、騒音レベルの測定には一般的にA特性が使われている。FLAT特性は周波数特性が平坦であるため、音圧レベルを測定したり、騒音計の出力を周波数分析したりする場合に使われることが多い。C特性も周波数特性がほぼ平坦であるが、FLAT特性と比較すると31.5Hz以下の低い周波数成分および8kHz以上の高い周波数成分の影響を小さくした測定ができるため、不要な低い周波数成分や高い周波数成分の多い音の音圧レベルの測定にはC特性が使われることが多い。
好適には、車両が駅に停止している時の駅停止信号および車両が構造物を通過する時の構造物信号の両方により車両の位置情報を補正する。また、好適には、車両の位置情報を補正する際に、予め作成された線路データベースおよび/または位置補正データベースを用いる。駅停止信号および/または構造物信号の発生にはスイッチボックスを用いることができる。また、典型的には、軌道上の選択された位置の緯度および経度をGPS受信機により取得し、その近似地点を車両が通過した時に車両の位置情報を補正する。
車両には、およそ軌道上を走行するものである限り、全てのものが含まれる。具体的には、列車、電車(地下鉄電車を含む)、モノレール、新交通システム、ジェットコースター、リフト、ケーブルカーなどの車両である。
この発明によれば、GPSアンテナによりGPS受信機が受信するGPS信号により取得される位置情報に基づいて車両の位置情報を補正し、あるいは、GPSアンテナによりGPS受信機が受信するGPS信号により取得される位置情報と3軸加速度センサーにより検出される車両の前後方向の加速度とに基づいて車両の位置情報を補正することに加えて、車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により車両の位置情報を補正するようにしていることにより、B区間またはW区間の有無にかかわらず、鉄道車両の走行試験において動揺測定値および/または騒音測定値を高い位置精度または距離精度で正確に得ることができ、しかもキロ程を通過する毎に計測者が記録紙にその地点情報を書き込む作業が不要となるため計測者に負担をかけることがなく、コストも低く抑えることができる。特に、GPSアンテナによりGPS受信機が受信するGPS信号により取得される位置情報と3軸加速度センサーにより検出される車両の前後方向の加速度とに基づいて車両の位置情報を補正することにより、トンネルや屋根付き駅舎や地下軌道などのGPS信号の受信不能区間があっても、動揺測定値および/または騒音測定値を高い位置精度または距離精度で正確に得ることができる。
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1はこの発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムの構成を示すブロック図である。
図1に示すように、この車両走行動揺/騒音解析システムは、軌道上を走行する車両の3軸方向(前後方向、左右方向、上下方向)の加速度を計測するための3軸加速度センサー11と、車両の内部の騒音を測定するための騒音計12と、車両の位置をGPS測位により計測するためのGPSアンテナ13およびGPS受信機14とを有する。3軸加速度センサー11からは、車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度がアナログ電気信号としてそれぞれ出力される。3軸加速度センサー11の出力は加速度アンプ15により増幅され、車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度信号としてそれぞれ出力される。これらの加速度信号はA/DおよびI/Oカード16によりA/D変換およびI/O変換された後、コンピュータ17に送られてデータ処理が行われる。一方、騒音計12からは騒音信号(AC信号)および騒音レベル信号(DC信号)がアナログ電気信号としてそれぞれ出力され、これらの出力は騒音アンプ18により増幅されてA/DおよびI/Oカード16によりA/D変換およびI/O変換された後、コンピュータ17に送られてデータ処理が行われる。
コンピュータ17のハードディスクには、収録解析ソフトに加えて、後述の線路データベースや位置補正データベースが格納される。そして、コンピュータ17のディスプレイには、後述するように、測定条件設定、センサー設定、線路情報設定、解析条件設定用の画面や、動揺加速度種別、動揺波形表示、騒音信号表示、騒音レベル信号表示、時間表示、距離表示、速度グラフ、構造物表示、マーカ、グラフ表示選択(1軸重ね書き、2軸、3軸表示)、測定条件、グラフ表示時間、データベース名、GPSデータ、駅停止などを表示することができるようになっている。コンピュータ17は必要に応じてLAN接続される。また、このコンピュータ17には、必要に応じてプリンタが接続される。
一方、GPS受信機14は、GPSアンテナ13により、人工衛星から送信されるGPS信号を受信する。このGPS受信機14の出力はGPSアンプ19により増幅される。このGPSアンプ19の出力はコンピュータ17に送られてデータ処理が行われる。このGPSアンプ19と上記の加速度アンプ15および騒音アンプ18とは、これらに電源を供給するバッテリー20とともに、信号変換ボックス21に内蔵されている。
この車両走行動揺/騒音解析システムはさらに、手動でスイッチ操作が可能なスイッチボックス22を有する。このスイッチボックス22の出力、すなわちスイッチ信号はA/DおよびI/Oカード16によりA/D変換およびI/O変換された後、コンピュータ17に送られてデータ処理が行われる。
この車両走行動揺/騒音解析システムの実際の構成例を図2に示す。図2に示すように、この例では、コンピュータ17としてノート型パーソナルコンピュータ(例えば、B5サイズのものであるが、これに限定されるものではない)が用いられ、これが収納ケース23に収納される。符号17aはディスプレイを示す。収納ケース23は、特に限定されるものではないが、例えば、バッグやアルミニウム製ケースが用いられる。ノート型パーソナルコンピュータとしては、各種のものを用いることができるが、例えば、DOS/V機でOSがWindows(登録商標)XP、ハードディスク容量が40GB以上、1.1GHzのCPU、RAM容量が1MB以上のものが用いられる。このノート型パーソナルコンピュータのカードスロットには、A/DおよびI/Oカード16が装着される。収納ケース23には、ケース内面に設けられたポケット部など(図示せず)に、3軸加速度センサー11、騒音計12、GPSアンテナ13、GPS受信機14、信号変換ボックス21およびスイッチボックス22も収納される。計測時には、例えば、3軸加速度センサー11、騒音計12、GPSアンテナ13およびスイッチボックス22を収納ケース23の外に出し、GPS受信機14および信号変換ボックス21は収納ケース23のポケット部などに収納したままとし、また、ノート型パーソナルコンピュータのカードスロットにA/DおよびI/Oカード16を装着しておく。スイッチボックス22は、状態スイッチ22a、駅停止スイッチ22b、測定LED22c、衛星LED22dおよび騒音解析除外スイッチ22eを有する。符号24〜27は各電子機器間を接続するケーブルを示す。収納ケース23を閉めた状態を図3に示す。
3軸加速度センサー11の一例を挙げると、次のとおりである。
センサー方式 3軸静電容量型IC加速度
測定範囲(定格容量) ±20m/s2
周波数特性 DC〜10Hz(+0.5〜−3dB)
測定誤差 ±0.5%以下
アライメント誤差 ±1度以下
外形寸法 20mm角、ケーブル直出し20cm
質量 75g(ケーブル含む)
騒音計12として普通騒音計の一例を挙げると、次のとおりである。
測定機能 騒音レベル、等価騒音レベル、単発騒音暴露レベル、騒音レ ベルの最大値および最小値、時間率騒音レベル
測定時間 10秒、1、5、10、15、30分、1、8、24時間お よび手動(最長200時間)
リニアリティレンジ 100dB
レベルレンジ切替器 10dBステップ6段階
測定周波数範囲 20〜8000Hz
実効値検出回路 デジタル演算方式、時間重み特性:Fast、Slow
校正 内蔵発振器(1kHzの正弦波)による電気的校正
デジタル演算 サンプリング周期20.8μs(等価騒音レベル、単発騒音 暴露レベル、騒音レベルの最大値および最小値)、100m s(時間率騒音レベル)
出力端子 交流/直流出力端子
外形寸法 約260×76×33mm
質量 約400g(電池含む)
信号変換ボックス21ならびにA/DおよびI/Oカード16の一例を挙げると、次のとおりである。
加速度アンプ
出力電圧 ±3V/±10m/s2
応答周波数 DC〜8Hz(+0.5〜−3dB)
ソフト対応時 0.3〜8Hz
A/D変換
分解能 12bit
サンプリング速度 10μs〜0.1s
GPSアンプ
スタート時間 40s
取得衛星数 最大15個
算出間隔 1s
インターフェース USB
騒音アンプ
出力電圧 ±3V/±1V
応答特性 DC〜3kHz、F特性+0.5〜−3dB
(ソフト対応時DC成分を除く)
バッテリー DC6Vバッテリー1個(予備1個)
消費電流約280mA(約10時間稼働可)
外形寸法 幅180mm、奥行120mm、
高さ30mm
GPSアンテナ13の寸法の一例を挙げると、幅42mm、奥行51mm、高さ14mmである。
スイッチボックス22の一例を挙げると、次のとおりである。
状態スイッチ 押しボタン(状態マーク)
1回押すと0.5sのパルス波発生
駅停止スイッチ シーソースイッチまたはスライドスイッチ
オンで赤色LED点灯
測定LED 測定時緑色LED点灯
衛星LED GPS衛星の取得個数で黄色LED点灯
測定準備時4個以上取得で点灯
測定時は3個以上で点灯
騒音解析除外スイッチ 押しボタン
押している間、オンとなる
外形寸法 幅55mm、奥行95mm、高さ18mm
この車両走行動揺/騒音解析システムでは、3軸加速度センサー11により取得される車両走行時における3軸方向、すなわち前後方向、左右方向および上下方向の加速度信号ならびに騒音計12により取得される車両走行時における車内の騒音信号および騒音レベル信号の計測、収録、解析、表示を行うことができるようになっている。走行時の車両の速度、距離を同時に測定するため、GPS受信機14の信号を記憶、解析する。
測定中は、駅停止時の、スイッチボックス22の駅停止スイッチ22bのスイッチ操作(オン/オフ)を行い、測定位置を補正する。また、スイッチボックス22の状態スイッチ22aを使用して位置(距離)のマーキングを行う。また、騒音解析除外スイッチ22eを使用して、騒音解析を除外する部分を指定する。
測定中は、3軸加速度信号、定時間毎の瞬時瞬時の騒音信号、トレンド信号としての騒音レベル信号、速度、スイッチ状態などをリアルタイムで表示する。波形表示は、直近の波形を右端にして表示する。
収録したデータは、再生し、線路データベースを元に、GPSデータを使用し、距離、位置換算を行うことができる。また、位置補正データベースを元に、各種の位置補正計算を行うことができる。
収録したデータのうち騒音レベル信号はトレンドデータとして解析、表示を行うことができ、各瞬時瞬時の騒音信号は周波数解析(FFT(高速フーリエ変換)解析)を行い、周波数変化のトレンドデータとして解析、表示を行うことができる。解析されたパワースペクトラムは、定帯域成分データまたは1/3オクターブ成分データとして区分し、各区分データのエネルギー値のトレンドデータとして解析、表示を行うことができる。
収録したデータは、再生し、異常加速度の発生あるいは異常騒音の発生の判定などを行うことができる。異常値として判定するレベルを設定することができ、異常と判定したレベル値、位置、速度などを表示することができる。また、例えば、指定された判定レベルを超えた騒音レベル信号が測定された場合、その瞬時の騒音信号を収録し、表示することができる。また、判定リスト出力を行うこともできる。また、所定距離毎(所定距離は設定可能)の平均騒音、最大騒音を判定し、リストファイルとすることもできる。
収録したデータは、必要に応じて、LANを介して、ファイルの共有化を行うことができる。
再生時の表示は、横軸を時間軸と距離軸とから選択することができ、距離軸表示の場合は、線路データベースの構造物表示を行う。
表示したデータは、コンピュータ17にプリンタを接続することにより、プリントすることができる。
線路データベースは次のようにして作成する。
振動データおよび/または車内騒音データを収録する路線の構造物をデータベースとして作成する。
路線の距離、位置、状態名をデータベースとし、入力する。
路線名の設定、W、Bの距離の設定を必要に応じて行う。
データベースは構造物の区分、名称、距離からなる。
駅、橋梁などは、開始距離と終端距離との2つを入力する。
構造物は、駅、トンネル、橋梁、踏切、ポイントなどからなる。
例えば、次のような入力となる。
試験名 試験路線名
開始距離 測定時モニター開始距離
積算方向 測定時モニター距離の積算方向(+または−)
路線名 路線
開始、終了点 開始距離値、終了距離値
WB値
W 接続値始め値、終わり値
B 接続値始め値、終わり値

駅 名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
駅 名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
駅 名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
構造物、路盤
トンネル 名称、開始距離、終了距離
トンネル 名称、開始距離、終了距離
トンネル 名称、開始距離、終了距離
橋梁 名称、開始距離、終了距離
橋梁 名称、開始距離、終了距離
その他 名称、開始距離、終了距離
その他 名称、開始距離、終了距離
踏切、ポイント
踏切 名称、距離
踏切 名称、距離
踏切 名称、距離
ポイント 名称、距離
ポイント 名称、距離
その他 名称、距離
その他 名称、距離

路線名 路線
開始、終了点 開始距離値、終了距離値
WB値
W 接続値始め値、終わり値

駅 名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
構造物、路盤
トンネル 名称、開始距離、終了距離
橋梁 名称、開始距離、終了距離
その他 名称、開始距離、終了距離
踏切、ポイント
踏切 名称、距離
ポイント 名称、距離
その他 名称、距離
路線終了
図4に線路情報設定のための入力画面の一例を示す。
走行位置(距離)を補正するための位置補正データベースは次のようにして作成する。
位置補正データは、次の3種を入力することができる。
(1)駅停止位置データ
(2)構造物位置データ(トンネル出口、5キロ点など)
(3)緯度経度位置データ
(1)の場合は、スイッチボックス22の駅停止スイッチ22bが押された時点の位置を駅停止位置として補正する。
(2)の場合は、スイッチボックス22の状態スイッチ22aが押された時点の位置をマーク位置として補正する。
(3)の場合は、緯度経度に一番近いGPSのデータが最初に検出された位置を判定し、緯度経度位置として補正する。
例えば、次のような入力となる。
試験補正名 位置補正名

路線名 路線
開始、終了点 開始距離値、終了距離値
駅停止
駅 名称、停止位置
駅 名称、停止位置
マーキング
マーク 名称、マーク位置
マーク 名称、マーク位置
緯度経度
緯度経度 名称、緯度、経度、緯度経度位置
緯度経度 名称、緯度、経度、緯度経度位置

路線名 路線
開始、終了点 開始距離値、終了距離値
駅停止
駅 名称、停止位置
駅 名称、停止位置
マーキング
マーク 名称、マーク位置
マーク 名称、マーク位置
緯度経度
緯度経度 名称、緯度、経度、緯度経度位置
緯度経度 名称、緯度、経度、緯度経度位置
路線終了
次に、GPS受信機14による緯度、経度の測定方法について説明する。
まず、GPS受信機14を動作させ、現在位置の緯度経度を表示する。また、位置補正データベースのための緯度経度データを取得する。表示は、「XXX度XX分XXX」、で表示される。
次に、測定、収録条件の設定について説明する。
信号データの測定、収録を行うための各種条件を例えば以下のように設定する。
次のように、収録(ファイル)を行うための登録項目を設定する。
・試験名 (ファイル名)
・試験日、時間
・試験者名
・試験車両 車両名、編成、号車
・試験路線 路線名、始発駅、終着駅
・試験コメント 気象条件など
・センサー設置 設置位置など
図5に測定条件設定のための入力画面の一例を示す。
データベースについては、使用するデータベースを選択し、ファイル名を設定する。具体的には、使用する線路データベースを選択し、ファイル名を設定し、あるいは、使用する位置補正データベースを選択し、ファイル名を設定する。
測定、モニター条件の設定を例えば以下のように行う。
測定時の、3軸加速度センサー11の条件、騒音計12の条件、モニター画面の条件、異常値判定の条件、GPS測定の条件などを設定する。
使用する3軸加速度センサー11の条件を例えば次のように設定する。
・センサー感度 使用するセンサー感度値の設定。
センサーの仕様書より1V当たりの感度値を設定。
(例えば付属センサーの感度値がデフォルトとして設定)
・出力ゼロ点 初期ゼロ位置での、ゼロ点の測定設定。
自動測定または数値設定。
(測定開始時に自動的にオフセットを取るようにできる)
・警報値判定レベル 加速度(前後、左右、上下)が警報を発する各レベルの設定。
(デフォルトとして、例えば「2.4m/s2 」が設定)
警報は、測定時にモニター値が赤表示となり、ブザーが鳴る。
図6に3軸加速度センサー11の設定のための入力画面の一例を示す。前後加速度、左右加速度および上下加速度の感度および出力ゼロ値、前後警報レベル、左右警報レベル、上下警報レベルはいずれもm/s2 を単位とする。
使用する騒音計12の条件を例えば次のように設定する。
・騒音計レンジ 使用する騒音計レンジを設定。
20〜80dB、20〜90dB、20〜100dB、
20〜110dB、30〜120dB、40〜130dB、よ り選択。
・周波数特性 A特性、C特性、FLAT特性より選択。
・動特性 Fast特性、Slow特性より選択。
・警報値判定レベル 騒音レベルが警報を発するレベル(dB)の設定。
(デフォルトとして、例えば「80dB」が設定)
警報は、測定時にモニター値が赤表示となり、ブザーが鳴る。
騒音レベル測定の条件を例えば次のように設定する。
騒音レベル信号の測定、判定条件を設定する。
騒音レベル信号は0.1s毎にサンプリングする。
・騒音レベル判定レベル 騒音レベルが判定レベルを越えるレベル(dB値)の設定。
(デフォルトとして、84dBとする)
騒音測定条件を例えば次のように設定する。
騒音信号の測定、判定条件を設定する。
騒音信号は0.0001s毎にサンプリングし、1024サンプルする。
これを1区間サンプルとする。
・騒音信号測定間隔 騒音信号をサンプルする測定時間間隔を設定。
5〜600sで設定(5s単位で)
(デフォルトとして、10sとする)
・騒音取込判定レベル 騒音レベルが判定を超える時、騒音信号の取込を行う。
そのレベル(dB値)の設定。
(デフォルトとして、92dBとする)
速度信号の各種条件を例えば次のように設定する。
・速度、位置取り込み 速度、位置情報の取り込み方法は、GPSを選択。
GPS信号より速度、距離を取り込む。
(GPSデータを取得できない場合は、最終データの速度で
走行したものとして距離換算する)
・GPSポート GPS信号を接続するUSBのポート番号の設定。
(デフォルトは、例えば「4」に設定)
・GPS使用地区 測定を行う地域の設定。
(デフォルトは、例えば「北海道」に設定)
測定時にモニター表示する条件を例えば次のように設定する。
・加速度軸 加速度の縦軸表示を±1、±2、±5m/s2 から選択。
(デフォルトは、例えば「±2」に設定)
・速度軸 速度の縦軸表示を0〜100、0〜160km/hから選択。
(デフォルトは、例えば「0〜160」に設定)
・騒音レベル軸 騒音レベルの縦軸表示を60〜90dB、70〜100dB、 80〜110dBから選択。
(デフォルトは、60〜90dBに設定)
・騒音信号軸 騒音信号の縦軸表示を設定。
−X.X〜+X.XVで設定
(デフォルトは、−0.2〜+0.2Vとする)
測定時に表示する(リアルタイムモニター)画面の各種条件を例えば次のように設定する。表示信号は、例えば、加速度信号、騒音レベル信号、騒音信号、速度データ、スイッチデータなどとする。
・表示グラフ数 表示数を1、2、3より選択。
表示数を1とした場合は、3信号を重ねて表示する。
(デフォルトは、例えば「2」に設定)
・表示横軸設定 横軸は表示幅が、10、20、30sより選択。
(デフォルトは、例えば「20」に設定)
これらの設定は、測定、収録中も変更することができる。
騒音信号の横軸は、全サンプリング時間とする。
表示は、サンプリングが終了し次第行い、次のサンプリングが行われるまで、表示が書き変わるまで維持される。
データの測定あるいは収録は例えば以下のように行う。
データ収録の開始操作を行うと、測定を開始し、データをハードディスクへ収録する。測定中の生の波形がリアルタイムに表示される。表示信号数、表示時間幅は変更することができる。
同時判定を行う場合には、判定値を超える信号が測定、解析された際、警報が出る。警報点の発生時点も記憶される。
測定は、終了操作を行うまで続けられる。
測定中は、駅での停止時(ゼロkm/h時)に、スイッチボックス22の駅停止スイッチ22bをオンとし、出発時にオフとする。また、任意の時点で、マーキングのためにスイッチボックス22の状態スイッチ22aを押すなどする。
また、スイッチボックス22の騒音解析除外スイッチ22eを使用して、対向列車通過時の音、ドア開閉時の音などの突発的な音が発生した時のように、騒音解析より除外したいところを指定する。具体的には、騒音解析除外スイッチ22eの2度押しで騒音解析除外信号を入れる。
騒音レベル信号は測定され、収録されるとともに、リアルタイムに、右方向に流れる波形としてモニターされる。
騒音波形は、定時間毎に測定、収録され、その都度表示される。また、判定レベルを超えた場合の測定、収録波形も表示される。
速度、距離の解析には、GPS信号を使用する。衛星信号を受信することができるところでは正確な速度、距離が表示されるが、受信することができないところでは直近の受信値が表示され続ける。走行距離は、直近の速度で走り続けた場合の距離で表示される。収録後の解析時には、線路データベース、位置補正データベースを使用して、補正計算を行うことができる。
データの再生、解析は例えば以下のように行う。
加速度信号の解析における各種条件の設定を次のように行う。
・速度、位置取り込み 速度、距離の計算方法にGPSを選択。
・位置補正 位置(距離)の計算をするに当たり、どの補正を有効にするか を選択。
駅停止信号による補正をするか、しないかを選択する。
構造物信号による補正をするか、しないかを選択する。
緯度経度データによる補正をするか、しないかを選択する。
・解析方法 加速度信号の解析方法を立ち上がり方向のP−P値、立ち下が り方向のP−P値、ゼロクロスP−P値(両方向の意味)より 選択。
(デフォルトは、例えば「ゼロクロスP−P値」に設定)
・警報レベル 加速度信号の警報判定レベルを設定。
(加速度が、設定された判定レベルを超えた場合、警報値とし て判定する)
警報発生時の時刻、位置、発生軸、数値を表示し、記憶する。 (デフォルトとして、例えば「2.4m/s2 」が設定)
騒音レベルの解析における各種条件の設定を次のように行う。
・判定レベル 騒音レベル信号の判定レベルを設定。
(騒音レベルが、設定された判定レベルを超えた場合、判定値 として抽出する)
判定発生時の時刻、位置、数値を表示し、記憶する。
(デフォルトとして、84dBに設定)
・解析距離 騒音レベルを解析する間隔距離を設定する。
100m単位で、100mから1kmまで設定できるものとす る。
距離間隔毎の、最大値、平均値を算出し、ファイルとする。
(デフォルトは、100mに設定)
距離はキロ程を基本とし、端の値はそれも1つの単位としてフ ァイル化する。
例えば、2340mから始まった場合、始めのキロ程は230 0mとする。
騒音信号の解析における各種条件の設定を次のように行う。
騒音信号のパワースペクトラムのエネルギー成分の分布を解析するため、設定される帯域毎のエネルギーを積分し、求める。
そのための、帯域の設定方法の選択、帯域幅の設定を行う。
・帯域選択 パワースペクトラムのエネルギー成分の分布を解析する帯域
設定法を選択する
(1/1オクターブ、1/3オクターブ、任意、から選択)
・帯域設定 積分する帯域を設定する。
最大5つの帯域幅を設定する。積分する上下の周波数を設定す る。
騒音レベルおよび騒音信号の解析結果の表示として、次の3つの表示ができる。
・騒音レベル信号のトレンドグラフ表示
・騒音信号のパワースペクトラム表示
・騒音信号の周波数帯域成分のトレンドグラフ表示
図7に解析条件設定のための入力画面の一例を示す。前後警報レベル、左右警報レベル、上下警報レベル、判定レベルのランク1〜3はいずれもm/s2 を単位とする。
取得した波形データを再生または解析して表示するための各種条件を次のように設定する。表示信号は、加速度信号、騒音レベル信号、騒音信号、速度データ、スイッチデータ、構造物などとする。
・DC成分処理 加速度の表示データを、DC〜0.3Hzまでの成分を除去し て表示するか、生データのまま表示するかを選択。
(デフォルトとして、例えば「生データ」に設定)
・表示グラフ数 表示数を1、2、3より選択。
表示数を1とした場合は、3信号まで重ねて表示することがで きる。
・加速度軸 加速度の表示幅を、最小値、最大値、目盛値で設定。
・速度軸 速度の表示幅を、最小値、最大値、目盛値で設定。
・表示選択 重ね表示の信号選択、上下位置の表示選択。
・表示線色 グラフの表示線の色を設定。
・表示横軸選択 横軸の表示軸を時間軸、距離軸より選択。
・時間軸 時間の表示幅を最小値、最大値、目盛値、補助目盛値で設定。
・距離軸 距離の表示幅を最小値、最大値、目盛値、補助目盛値で設定。
路線名も選択する。
W区間の場合は、測定時間の早い位置の方が選択される。
・構造物表示 距離軸表示の場合、状態グラフ部分に、駅以外に構造物の表示 を行うかを選択。
図8に表示条件設定のための入力画面の一例を示す。
取得した波形データ、解析データは、トレンドデータとして、グラフ表示する。
表示する横軸は、時間軸、距離軸から選択する。例えば、距離軸表示の場合、路線のキロポストどおりに距離軸を表示する。また、路線の連結や、B、Wのずれも加味し、グラフ表示する。時間軸表示時の最下部の表示信号は状態信号あるいは騒音解析除外信号とする。
解析条件、表示条件の各種を変更し、グラフ表示する。
また、線路データベースを変更して解析することもできる。
距離軸表示の場合、グラフ左端位置の路線名を、表示画面上に表示路線名として表示する。
なお、データを再生、表示する場合、データベースでの補正をオフとし、横軸を時間軸とすれば、測定時の生波形表示と同じになる。
また、再生データの表示が不可解な場合、この条件で再生すると、駅停止信号、構造物信号が正常にオンとならなかったり、位置補正データベースが間違っていたり、ということを判断することができる。
騒音波形表示およびパワースペクトラム表示については、指定した周波数帯域成分のトレンドグラフ表示において、グラフ上の一部を指定する(ダブルクリック)と、その部分の収録騒音波形、または、パワースペクトラムが表示される。
表示の縦軸の条件などは設定できるものとする。
取得した波形データの再生画面の右下に警報データが表示される。この表示枠内の1つの警報データをダブルクリックすると、その警報発生部分前後の波形を拡大表示する。拡大表示は、時間軸の場合は前後10秒間を、距離軸の場合は前後400mを表示する。警報値の発生部位にマークが出て、値が表示される。位置選択バーで表示位置を設定することができる。左右矢印をクリックすると、その前後の波形に表示がシフトされる。
収録されたデータは再生表示し、駅停止スイッチ、状態スイッチ(キロポストスイッチ)の削除、追加を行うことができる。再生し、スイッチ信号が不足であったり、間違いであったりした部分は編集することができる。時間軸表示時の最下部の表示信号、騒音解析除外信号を編集することができる。
収録したデータより解析、判定した警報点のデータは、発生時の路線、地点の値とともに一覧表示する。解析されたリストは、コンピュータ17にプリンタを接続することにより、プリントすることができる。振幅値の判定は、0.3〜8Hzの成分に対して判定される。
取得したデータはコンピュータ17のハードディスクに保存する。保存したデータは必要に応じて再生可能である。波形データのファイルはバイナリ形式とする。収録したバイナリファイルはCSVファイルへ同名で変換することができる。
次に、この車両走行動揺/騒音解析システムの使用方法を車両走行動揺解析を行う場合について具体的に説明する。図9にこの使用方法のフローチャートを示す。
まず、コンピュータ17の電源を入れ、収録解析ソフトを起動する。起動後、使用する線路データベースおよび位置補正データベースの選択、測定条件設定、3軸加速度センサー11の条件設定、解析条件設定、表示条件設定などを行う。
次に、GPS受信機14および信号変換ボックス21の電源を入れ、GPSアンテナ13を静止状態に置いて人工衛星から送信されるGPS信号を受信する。このとき、駅停止スイッチ22bはオフとする。
次に、動揺測定を行う試験路線の出発駅において、この車両走行動揺/騒音解析システムを収納した収納ケース23を計測者が手に持って試験列車の車両に乗り込む。そして、車内の所定位置にGPSアンテナ13を設置する。また、3軸加速度センサー11を車両の床に固定する。この固定には、接着剤や両面テープなどを用いてもよいし、3軸加速度センサー11の底面を鉄板などの十分に重いベース板(例えば、幅50mm、奥行50mm、高さ10mm)に両面テープなどにより貼り付け、これをベース板を下にして床面に置くだけでもよい。この3軸加速度センサー11の3軸は、それぞれ車両の前後方向、左右方向および上下方向に一致するようにアライメントを行う。このとき、駅停止スイッチ22bはオンとする。
次に、試験列車が出発駅を発車した時、駅停止スイッチ22bをオフとする。
次に、列車走行中に線路構造物を通過する毎に状態スイッチ22aをオンとする。線路構造物は通過駅、踏切、ポイント、トンネル入口および出口、キロポストなどである。
途中の駅に停車した時に駅停止スイッチ22bをオンとし、その駅を発車した時に駅停止スイッチ22bをオフとする。
こうして列車が終点駅に到着し、停止した時、駅停止スイッチ22bをオンとする。
図10〜図14にリアルタイムモニター測定画面の一例を示し、図10は画面の全体構成、図11は図10の表示部Aの詳細、図12は図10の表示部Bの詳細、図13は図10の表示部Cの詳細、図14は図10の表示部Dの詳細を示す。また、図15〜図19に動揺測定結果の第1の例を示し、図15は画面の全体構成、図16は図15の表示部Aの詳細、図17は図15の表示部Bの詳細、図18は図15の表示部Cの詳細、図19は図15の表示部Dの詳細を示す。ただし、この第1の例では、函館本線(札幌−砂川)札幌駅出発より岩見沢方面310km付近まではGPSデータを取得できず、GPSデータのみで速度表示、走行距離計算を行った(駅データベースでの換算あり)。図20〜図24に動揺測定結果の第2の例を示し、図20は画面の全体構成、図21は図20の表示部Aの詳細、図22は図20の表示部Bの詳細、図23は図20の表示部Cの詳細、図24は図20の表示部Dの詳細を示す。ただし、この第2の例では、GPSデータ、前後加速度信号よりの変換値の両方を使用し、速度表示、走行距離計算を行った(駅データベースでの換算あり)。図25〜図29に動揺測定結果の第3の例を示し、図25は画面の全体構成、図26は図25の表示部Aの詳細、図27は図25の表示部Bの詳細、図28は図25の表示部Cの詳細、図29は図25の表示部Dの詳細を示す。ただし、この第3の例では、ある路線(○○線とする)(A駅−R駅)B駅の先よりP駅の手前までは地下部分であり、GPSデータのみで速度表示、走行距離計算を行った(駅データベースでの換算あり)。図30〜図34に動揺測定結果の第4の例を示し、図30は画面の全体構成、図31は図30の表示部Aの詳細、図32は図30の表示部Bの詳細、図33は図30の表示部Cの詳細、図34は図30の表示部Dの詳細を示す。ただし、この第4の例では、GPSデータ、前後加速度信号よりの変換値の両方を使用し、速度表示、走行距離計算を行った(駅データベースでの換算あり)。また、図35に警報値発生表の一例を、図36に判定値分布表の一例を示す。
図37A、B、CおよびDを参照して、この車両走行動揺/騒音解析システムにおいて車両の位置または距離をGPS信号により補正する方法の具体例について説明する。ここで、図37AはGPS速度グラフ(単位はkm/h)であり、実線のグラフはGPS受信信号から算出した速度信号、点線のグラフは受信不能区間、a、bは駅停止スイッチ22bによるスイッチ信号の入力位置である。図37Bは前後加速度信号の積分により得られる加速度積分速度グラフ(単位はkm/h)であり、点線の縦線c、dはそれぞれトンネルの入口、出口の位置を示す。図37Cは、図37Aにおける受信不能区間の速度を、図37Bに示す加速度積分速度グラフにおけるc−d区間の速度データを用いて補完したGPS速度グラフ(単位はkm/h)であり、トンネルによる受信不能区間でもGPS速度グラフが得られていることがわかる。図37Dは、駅などの各種の構造物を含む線路データベースeおよび各構造物に対応する状態スイッチ22aによるスイッチ信号(トリガー信号)fを示す。図37Cに示すようにしてGPS速度グラフを補完するとともに、線路データベースeおよびスイッチ信号fを用いて位置あるいは距離を補正することで、受信不能区間があっても、車両の位置あるいは距離を正確に求めることができる。
次に、この車両走行動揺/騒音解析システムの使用方法を車両走行騒音解析を行う場合について具体的に説明する。この場合のフローチャートは図9と同様である。
まず、コンピュータ17の電源を入れ、収録解析ソフトを起動する。起動後、使用する線路データベースおよび位置補正データベースの選択、測定条件設定、3軸加速度センサー11の条件設定、騒音計12の条件設定、解析条件設定、表示条件設定などを行う。
次に、GPS受信機14および信号変換ボックス21の電源を入れ、GPSアンテナ13を静止状態に置いて人工衛星から送信されるGPS信号を受信する。このとき、駅停止スイッチ22bはオフとする。
次に、騒音測定を行う試験路線の出発駅において、この車両走行動揺/騒音解析システムを収納した収納ケース23を計測者が手に持って試験列車の車両に乗り込む。そして、車内の所定位置にGPSアンテナ13を設置し、3軸加速度センサー11を車両の床に固定し、車内の左右方向および前後方向の中心位置で床面からの高さ1.2〜1.6m(JIS E 4021に準じた)の位置にマイクロフォンの先端部が位置するように騒音計12を設置する。このとき、駅停止スイッチ22bはオンとする。
次に、試験列車が出発駅を発車した時、駅停止スイッチ22bをオフとする。
次に、列車走行中に線路構造物を通過する毎に状態スイッチ22aをオンとする。線路構造物は通過駅、踏切、ポイント、トンネル入口および出口、キロポストなどである。
途中の駅に停車した時に駅停止スイッチ22bをオンとし、その駅を発車した時に駅停止スイッチ22bをオフとする。
こうして列車が終点駅に到着し、停止した時、駅停止スイッチ22bをオンとする。
対向列車通過時の音、ドア開閉時の音などの突発的な音が発生した時のように騒音解析より除外したいところで、必要に応じて騒音解析除外スイッチ22eを押して騒音解析除外信号を入れる。
図38にリアルタイムモニター測定画面の一例を示す。
次に、この車両走行動揺/騒音解析システムにより取得される車内騒音測定データに基づいてレール波状摩耗の発生箇所を特定し、この部分のレール削正を行ってレール波状摩耗を解消する方法について説明する。本発明者らの知見によれば、レール波状摩耗に関しては加速度データより車内騒音測定データの方が相関が強く、したがって車内騒音測定はレール波状摩耗の検出に有効であることがわかっている。
図39に、津軽海峡線の青函トンネル内で車内騒音測定を行った結果を示し、横軸は距離、縦軸は騒音(音圧レベル)データを示す。ただし、このデータは、車内の左右方向および前後方向の中心位置で床面からの高さ1.2〜1.6mの位置に騒音計を設置し、この騒音計により測定される騒音波形をレコーダーの記録紙に記録しながら、線路に沿って設けられたキロ程地点を通過する毎に計測者がマーカ信号を入れ、記録紙にその地点情報を書き込む方法により得られたものである。騒音計のレベルレンジは60〜160dB、周波数特性はA特性、動特性はSlow(1秒間平均値)、チャート速度は4mm/s(列車速度140km/hの場合)である。
図39中、騒音波形に沿って記入された数字は音圧(dB)を示す。図39において、騒音が一定値(ここでは80dBとする)を超える箇所を全て抽出し、その中から優先順位を付けて削正箇所を選定する。優先順位の付け方としては、騒音波形の両矢印を付けた曲線部分(削正判定時に着目する曲線部分)においてこの部分全体が80dB以上となる箇所から順序を付けてレール削正を行う。
次に、この方法により削正箇所を選定してレール削正を行い、その効果について検証を行った結果について説明する。図40は、津軽海峡線の下り線の青函トンネル内海底中央部付近のレール削正前における車内騒音測定の結果を示す。図40において、2本の直線の間にある騒音80dB以上の区間(42500〜44050kmの区間)を施工区間として選定した。
こうして選定された区間において1頭式レール削正機によりレール削正を行った。レール削正において波状摩耗の削正量に最も影響が出るのは施工回数の設定であるが、予めレール頭頂面粗さ測定器(株式会社原田製作所 レール踏面凹凸測定器 HTRF−8)によりレール頭頂面の粗さを測定した結果、レール波状摩耗除去に有効で効率的な施工回数は3回であることがわかっているため、3回削正とした。
図41に、津軽海峡線の下り線の青函トンネル内海底中央部付近のレール削正後における車内騒音測定の結果をレール削正前における車内騒音測定の結果と併せて示す。図41から明らかなように、1頭式レール削正機によりレール削正を行った区間の大部分では騒音は80dBより大幅に低下しており、レール頭頂面に発生した波状摩耗の削正による車内騒音の低減の効果が顕著に現れている。
図42は、青函トンネル内上下線8箇所15測点について、レール頭頂面の粗さ(レールの凹凸)の測定を行い、それらの最大値を求めて代表値とする方法で、同区間における数箇所(3〜10箇所)の粗さ指数(一定の弦長の中点における粗さの最大値)と車内騒音との関係をグラフにしたものである。図42より、粗さ指数とトンネル通過時の車内騒音との関係は比較的良好な相関関係にあり、波状摩耗が発生し、粗さ指数が大きくなるにつれて騒音が大きくなる比例関係にあることが明確に示されている。特に粗さ指数10(弦長10cm)が60以下では騒音は70dB前半と抑えられているが、粗さ指数10が100を超える箇所では騒音は80dBを超えていることから、粗さ指数10の60あるいは100は、騒音を80dBより低く抑える上で一つの目安となる数字と考えられる。レール波状摩耗の波長が概ね4〜7cmであること、粗さ指数10、粗さ指数20(弦長20cm)ともに同様の傾向を示していることから、粗さ指数10の値のみでレール波状摩耗の発生を把握することができると考えられる。
以上のように、この第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによれば、軌道上を走行する車両の動揺測定および/または騒音測定を高い位置精度または距離精度で正確に行うことができる。この動揺測定および/または騒音測定の結果から軌道の状態を把握し、異常動揺値および/または異常騒音値が測定された場合などには適宜補修などの適切な処置を施してから、動揺測定および/または騒音測定を再度行って処置の効果を確認することにより、軌道を良好な状態に維持することができ、乗客の乗り心地を良くし、あるいは、車両の安全運転を実現することができる。例えば、この車両走行動揺/騒音解析システムによる車内騒音測定によりレール波状摩耗が発生している区間を把握し、その区間においてレール削正を行ってレール波状摩耗を解消することにより、乗客の乗り心地を良くすることができる。また、車両に回転パルスを得るための設備を設ける必要がないため、この設備を有していない在来線普通列車などの動揺解析および/または騒音解析を低コストで行うことができる。さらに、この車両走行動揺/騒音解析システムによれば、一人の計測者で負担なく測定を簡単に行うことができる。
加えて、この車両走行動揺/騒音解析システムは、車両の改善などにも活用することができる。すなわち、営業車両での動揺測定データおよび/または騒音測定データは、軌道の保守管理のためだけでなく、乗り心地を良くするための車両の改善などのためにも必要であり、車両上で計測した動揺測定データおよび/または騒音測定データの解析には、地上の軌道状態を考慮に入れる必要があり、走行経路に対応する位置の正確な把握が必要となる。車両側の乗り心地向上策としては、車両に生じる加速度は車両や編成列車の運動特性や速度や加減速度によって変化するので、車両に不要な加速度が生じないように台車および車体の設計(改造)や台車の軽量化やバネ下質量の削減などの改善が考えられる。また、車両保守面では、車輪踏面、車輪径の管理などが考えられる。
図43はこの発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムの構成を示すブロック図である。
図43に示すように、この車両走行騒音解析システムは、3軸加速度センサー11および加速度アンプ15を有していないことを除いて、第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムと同様な構成を有する。
この車両走行騒音解析システムの機能は、第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムの騒音解析機能と基本的に同様である。また、この車両走行騒音解析システムの使用方法も、第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにより騒音解析を行う場合と同様である。
この車両走行騒音解析システムを用いて津軽海峡線の青函トンネル内で車内騒音測定を行った結果を図44〜図48に示す。図44は画面の全体構成、図45は図44の表示部Aの詳細、図46は図44の表示部Bの詳細、図47は図44の表示部Cの詳細、図48は図44の表示部Dの詳細を示す。
この第2の実施形態による車両走行騒音解析システムによれば、軌道上を走行する車両の騒音測定を高い位置精度または距離精度で正確に行うことができる。この騒音測定の結果から軌道の状態を把握し、異常騒音値が測定された場合などには適宜補修などの適切な処置を施してから、騒音測定を再度行って処置の効果を確認することにより、軌道を良好な状態に維持することができ、乗客の乗り心地を良くし、あるいは、車両の安全運転を実現することができる。例えば、この車両走行騒音解析システムによる車内騒音測定によりレール波状摩耗が発生している区間を把握し、その区間においてレール削正を行ってレール波状摩耗を解消することにより、乗客の乗り心地を良くすることができる。また、車両に回転パルスを得るための設備を設ける必要がないため、この設備を有していない在来線普通列車などの騒音解析を低コストで行うことができる。さらに、この車両走行騒音解析システムによれば、一人の計測者で負担なく測定を簡単に行うことができる。
加えて、この車両走行騒音解析システムは、車両の改善などにも活用することができる。すなわち、営業車両での騒音測定データは、軌道の保守管理のためだけでなく、乗り心地を良くするための車両の改善などのためにも必要であり、車両上で計測した騒音測定データの解析には、地上の軌道状態を考慮に入れる必要があり、走行経路に対応する位置の正確な把握が必要となる。車両側の乗り心地向上策としては、車両に生じる加速度は車両や編成列車の運動特性や速度や加減速度によって変化するので、車両に不要な加速度が生じないように台車および車体の設計(改造)や台車の軽量化やバネ下質量の削減などの改善が考えられる。また、車両保守面では、車輪踏面、車輪径の管理などが考えられる。
図49はこの発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムの構成を示すブロック図である。
図49に示すように、この車両走行騒音解析システムは、スイッチボックス22が、状態スイッチ、駅停止スイッチ、測定LED、衛星LEDおよび騒音解析除外スイッチに加えて騒音解析指令スイッチを有することを除いて、第2の実施形態による車両走行騒音解析システムと同様な構成を有する。この騒音解析指令スイッチは、騒音解析を特に指令する部分を指定する際に使用する。この騒音解析指令スイッチとしては、例えば押しボタンが用いられ、この場合、この押しボタンを押している間スイッチがオンとなる。
この車両走行騒音解析システムの機能は、第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムの騒音解析機能と基本的に同様である。また、この車両走行騒音解析システムの使用方法も、第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにより騒音解析を行う場合と同様である。
この車両走行騒音解析システムを用いて津軽海峡線の青函トンネル内で車内騒音測定を行った。騒音計12として用いた普通騒音計により取得された騒音信号(AC信号)および騒音レベル信号(DC信号)をコンピュータ17に取り込み、収録、解析を行った。測定結果を図50〜図61に示す。ここで、図50〜図54は騒音レベル信号のトレンドグラフ表示(横軸は時間)であり、図50は画面の全体構成、図51は図50の表示部Aの詳細、図52は図50の表示部Bの詳細、図53は図50の表示部Cの詳細、図54は図50の表示部Dの詳細を示す。図55〜図59は騒音信号の周波数成分のトレンドグラフ表示であり、図55は画面の全体構成、図56は図55の表示部Aの詳細、図57は図55の表示部Bの詳細、図58は図55の表示部Cの詳細、図59は図55の表示部Dの詳細を示す。ただし、列車速度から周波数=単位距離を算出し(1km/h)、帯域を指定する周波数帯=距離帯(この場合、150〜220m)の騒音エネルギーを解析した。図60は騒音信号のパワースペクトラム表示、図61は騒音信号のパワースペクトラム密度表示である。これらのパワースペクトラムおよびパワースペクトラム密度は、騒音解析指令スイッチのオン区間で周波数解析を行うことにより得たものである。
この第3の実施形態による車両走行騒音解析システムによれば、第2の実施形態による車両走行騒音解析システムと同様な利点を得ることができる。
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた仕様、数値、構成、機能などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる仕様、数値、構成、機能などを用いてもよい。
具体的には、必要に応じて、コンピュータ17として、ノート型パーソナルコンピュータの代わりにデスクトップ型パーソナルコンピュータを用いてもよい。さらには、コンピュータ17の代わりに、例えば、携帯情報端末、すなわちPDA(Personal Digital Assistance)あるいは携帯電話を用いることも可能である。
また、例えば、騒音計12で取得した騒音データを無線通信または有線通信により外部のコンピュータの処理/制御装置に送信し、この処理/制御装置で所定の解析を行うようにしてもよい。
また、騒音信号の周波数解析や、解析されたパワースペクトラムの解析の方法は、第1の実施形態で挙げた方法に限定されるものではなく、必要に応じて他の方法を用いてもよい。
さらに、レール削正に用いるレール削正機は、1頭式レール削正機に限定されるものではなく、多頭式レール削正機(例えば、6、8、16、24、48頭式のレール削正機)であってもよい。
また、レール波状摩耗は、車内上下加速度を測定し、この加速度データをウェーブレット解析することにより検出することも可能である。
この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムを示すブロック図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムの実際の構成例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムの実際の構成例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにおける線路情報設定のための入力画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにおける測定条件設定のための入力画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにおけるセンサー設定のための入力画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにおける解析条件設定のための入力画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにおける表示条件設定のための入力画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムの使用方法を説明するためのフローチャートである。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定中のリアルタイムモニター画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定中のリアルタイムモニター画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定中のリアルタイムモニター画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定中のリアルタイムモニター画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定中のリアルタイムモニター画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第1の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第1の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第1の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第1の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第1の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第2の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第2の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第2の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第2の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第2の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第3の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第3の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第3の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第3の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第3の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第4の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第4の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第4の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第4の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる動揺測定結果の第4の例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにより得られる警報値発生表の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにより得られる判定値分布表の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムの使用方法を説明するための略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによる車内騒音測定中のリアルタイムモニター画面の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによりレール削正前車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第1の実施形態による車両走行動揺/騒音解析システムによりレール削正後車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 レール頭頂上面の粗さ指数と車内騒音との関係を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムを示すブロック図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムを示すブロック図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第2の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムを示すブロック図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。 この発明の第3の実施形態による車両走行騒音解析システムにより車内騒音測定を行った結果の一例を示す略線図である。
符号の説明
11…3軸加速度センサー、12…騒音計、13…GPSアンテナ、14…GPS受信機、15…加速度アンプ、16…A/DおよびI/Oカード、17…コンピュータ、17a…ディスプレイ、18…騒音アンプ、19…GPSアンプ、20…バッテリー、21…信号変換ボックス、22…スイッチボックス、22a…状態スイッチ、22b…駅停止スイッチ、22c…測定LED、22d…衛星LED、22e…騒音解析除外スイッチ、23…収納ケース、24〜27…ケーブル

Claims (6)

  1. 軌道上を走行する車両の内部に設置される、当該車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する3軸加速度センサーならびに騒音計と、
    上記車両の内部に設置されるGPSアンテナおよびGPS受信機とを有し、
    上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信するGPS信号により取得される位置情報と上記3軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置を補正し、
    上記騒音計により上記車両の内部の騒音を測定することにより取得される騒音レベル信号および/または騒音波形に基づいて上記軌道の波状摩耗を検出するようにした
    ことを特徴とする車両走行動揺/騒音解析システム。
  2. 上記GPS信号により取得される位置情報を、上記車両の前後方向の加速度を2回積分することにより得られる位置情報により補完することを特徴とする請求項1記載の車両走行動揺/騒音解析システム。
  3. 上記車両の位置を補正する際に線路データベースおよび/または位置補正データベースを用いることを特徴とする請求項1または2記載の車両走行動揺/騒音解析システム。
  4. 上記軌道上の選択された位置の緯度および経度を上記GPS受信機により取得し、その近似地点を上記車両が通過した時に上記車両の位置を補正する機能を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の車両走行動揺/騒音解析システム。
  5. 軌道上を走行する車両の内部に当該車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する3軸加速度センサーと騒音計とGPSアンテナおよびGPS受信機とを設置し、
    上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信する信号により取得される位置情報と上記3軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置を補正し、
    上記騒音計により上記車両の内部の騒音を測定することにより取得される騒音レベル信号および/または騒音波形に基づいて上記軌道の波状摩耗を検出するようにした
    ことを特徴とする車両走行動揺/騒音解析方法。
  6. 軌道上を走行する車両の内部に騒音計とGPSアンテナおよびGPS受信機とを設置し、
    上記GPSアンテナにより上記GPS受信機が受信する信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および/または上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の位置を補正し、
    上記騒音計により上記車両の内部の騒音を測定することにより取得される騒音レベル信号および/または騒音波形に基づいて上記軌道の波状摩耗を検出するようにした
    ことを特徴とする車両走行騒音解析方法。
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