JP5151279B2 - トロリー線の摩耗管理方法及び摩耗管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気鉄道における電力供給用のトロリー線の摩耗管理方法及び摩耗管理装置に関する。

トロリー線は、電気鉄道において、電車へ電力を供給するための電線である。このトロリー線は、電車が通過するたびにパンタグラフとの摩擦で磨耗する。更に、トロリー線とパンタグラフが瞬間的に離れてアーク放電が発生する箇所では、トロリー線に局所的な異常磨耗が発生する。この異常磨耗の箇所には、相乗してアーク放電が発生するため、磨耗の進行が早く、磨耗したトロリー線を交換しない場合、最終的にはトロリー線が破断して事故を招くことになる。そこで、トロリー線には摩耗限界が設けられており、トロリー線の残存直径を測定することにより磨耗量を求め、その磨耗量がトロリー線の磨耗限界を超えないように管理している。

現在のトロリー線の摩耗管理方法としては、電気検測車を用いてトロリー線の摺面幅を測定し、測定された摺面幅から残存直径を計算する方法や、マイクロメータを使用して、人手により残存直径を測定する方法等により実施されているが、一般的には、前者によることが多い。

前者の方法は、図４に示すように、トロリー線２１の摺面２１ａを、トロリー線２１の長さ方向に垂直な方向に光源２２からの光（あるいはレーザ光線）をスキャンし、摺面２１ａにより反射した光の始点と終点を受光器２３で検出し、検出した始点と終点の位置に基づいて摺面幅を測定し、その摺面幅を用いて残存直径ｈを計算している。この方法では、パンタグラフとの摩擦による磨耗によりトロリー線２１の摺面２１ａが平坦に削れ、磨耗が進むほどその幅が広くなることを利用して、トロリー線の残存直径を求めて、トロリー線の摩耗状態を管理している。この方法に使用する機器は、比較的大型となるため、電気検測車と呼ばれる専用車に搭載し、走行しながら反射光のデータを記録し、後で記録した反射光のデータに基づいて、トロリー線の残存直径を求めて、その磨耗状態を確認している。

ところが、摺面２１の荒れや水滴、油滴等の付着によって、反射光の始点、終点の位置がずれてしまい、本来の直径とはかけ離れた値を出力する場合があった。このような場合、データ異常と推定することにはなるが、それでも、無駄足覚悟で現地に出向いて、実際の残存直径を確認することになっている。

特開２００６−２４８４１２号公報 特開２００６−２５０７７６号公報

電気検測車を用いる現在のトロリー線の摩耗管理方法では、列車密度の低い区間は別として、ダイヤ編成上、短時間しか測定時間が取れない場合には、通常の列車運行速度において、測定を行うことが普通となっている。従って、光のスキャンタイムを可能な限り短くして、測定点同士の距離を短くするようにしているが、原理的に連続測定は不可能である。従って、通常ではないデータを検出しても、異常摩耗によるものなのか、検出系の異常によるものなのか、測定点同士が離れているため、その判定は困難なことが多い。そのため、どちらの異常であっても、現地確認作業を行わざるを得ないのが現状である。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、検出系による異常データを判別して、不要な現地確認作業を削除することができるトロリー線の摩耗管理方法及び摩耗管理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るトロリー線の摩耗管理方法は、
トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査し、前記摺面により反射した光の始点と終点とから前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求めて、トロリー線の摩耗状態を管理するトロリー線の摩耗管理方法において、
１ドラムに該当する区間のトロリー線の残存直径を複数計測しておき、
計測した複数の前記残存直径を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、
１ドラムに該当する区間毎に、複数の前記残存直径のデータに対して、不偏分散処理を行い、
各残存直径が、信頼度９９％の区間推定値内に有る場合には、正常データと判定し、信頼度９９％の区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るトロリー線の摩耗管理方法は、
トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査し、前記摺面により反射した光の始点と終点とから前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求めて、トロリー線の摩耗状態を管理するトロリー線の摩耗管理方法において、
１ドラムに該当する区間のトロリー線に対して、ｎ個の残存直径ｈ_i（ｉ＝１〜ｎ）を計測しておき、
計測したｎ個の前記残存直径ｈ _i を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、
１ドラムに該当する区間毎に、ｎ個の前記残存直径ｈ_iのデータを用いて、ｎ個の前記残存直径ｈ_iの平均ｈ_aveを求めると共に、不偏分散σ²＝Σ（ｈ_i−ｈ_ave）²／（ｎ−１）を求め、
各残存直径ｈ_iが、信頼度９９％の区間推定値μ［但し、ｈ_ave−２．５８×σ／√ｎ＜μ＜ｈ_ave＋２．５８×σ／√ｎ］の範囲内に有る場合には、正常データと判定し、上記区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るトロリー線の摩耗管理装置は、
トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査する光走査手段と、
前記摺面により反射した光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した前記摺面による反射光から、当該反射光の始点と終点とを求め、前記始点と前記終点から前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求める測定手段と、
前記測定手段により求めた残存直径を用いて、トロリー線の摩耗状態を管理する管理手段とを有するトロリー線の摩耗管理装置において、
前記管理手段は、
１ドラムに該当する区間のトロリー線において計測された複数の残存直径を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、１ドラムに該当する区間毎に、複数の前記残存直径のデータに対して、不偏分散処理を行い、
各残存直径が、信頼度９９％の区間推定値内に有る場合には、正常データと判定し、信頼度９９％の区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係るトロリー線の摩耗管理装置は、
トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査する光走査手段と、
前記摺面により反射した光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した前記摺面による反射光から、当該反射光の始点と終点とを求め、前記始点と前記終点から前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求める測定手段と、
前記測定手段により求めた残存直径を用いて、トロリー線の摩耗状態を管理する管理手段とを有するトロリー線の摩耗管理装置において、
前記管理手段は、
１ドラムに該当する区間のトロリー線において計測されたｎ個の残存直径ｈ_i（ｉ＝１〜ｎ）を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、１ドラムに該当する区間毎に、ｎ個の前記残存直径ｈ _i のデータを用いて、ｎ個の前記残存直径ｈ_iの平均ｈ_aveを求めると共に、不偏分散σ²＝Σ（ｈ_i−ｈ_ave）²／（ｎ−１）を求め、
各残存直径ｈ_iが、信頼度９９％の区間推定値μ［但し、ｈ_ave−２．５８×σ／√ｎ＜μ＜ｈ_ave＋２．５８×σ／√ｎ］の範囲内に有る場合には、正常データと判定し、上記区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とする。

本発明によれば、統計的処理により、検出系による異常データを判別して、不要な現地確認作業を削除することができる。

電車へ電力を供給するためのトロリー線１は、電柱４に設けられた振止金具５に支持されて、各電柱４間に架設されるものである（図１（ａ）参照）。なお、振止金具５は、曲引金具となることもある。通常は、ドラム単位で架設され、その後は、電気検測車等による定期点検により、その残存直径の計算、管理が行われる。そして、摩耗によるトロリー線１の張り替えは、定期点検により測定された残存直径により判定されており、従来は、電気検測車により、走行しながら、トロリー線１を不連続に測定する方法が主流であった。この場合、前述したように、ノイズの混入が避けられず、検出系による異常データが発生する場合があり、異常データであるかどうかの判定を含めて、測定の信頼性の向上が望まれていた。

本発明においても、スキャンタイムの関係から、トロリー線に対して不連続で測定を行うことになるため、後述する判定手順を用いなければ、通常では考えられないデータが検出されても、データの異常か、実際の異常摩耗か判定できない。そこで、上記課題を克服するため、本発明に係るトロリー線の摩耗管理装置においては、異常データであるかどうかの判定を、統計的手法を応用することにより、その判定の精度を向上させるようにしている。以下、図１〜図３を参照して、本発明に係るトロリー線の摩耗管理方法及び摩耗管理装置の一例を説明する。

本発明に係るトロリー線の摩耗管理装置は、図１（ａ）に示す摩耗測定装置と、図２に示すデータ処理装置を有するものである。

摩耗測定装置は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、トロリー線１の摺面１ａを、トロリー線１の長さ方向に垂直な方向に下方側から光を走査する光源２（光走査手段）と、摺面１ａにより反射した光を受光する受光器３（受光手段）とを、レール６上を走行する電車７の上部に有し、更に、受光器３で受光した光の画像データを記録する画像記録部８と画像記録部８に録画した画像データの画像処理を行う画像処理部９（測定手段）とを電車７の車内に有するものである。

画像記録部８では、例えば、光源２からの光を走査したときの時間をｔとし、時間ｔに対する受光器３の受光強度の変化を画像データとして記録する。この場合、光源２からの光が何も存在しない空間を走査しているときには、受光器３は何の光も受光せず、光源２からの光がトロリー線１の摺面１ａを走査しているときには、摺面１ａによる反射光を受光器３が受光することになり、摺面１ａの端部が受光した反射光の始点、終点として記録されることになる。

そして、画像処理部９では、画像記録部８に記録された画像データから、摺面１ａを光源２からの光が走査した際に生じた摺面１ａによる反射光の始点と終点とを検出し、検出した始点と終点から摺面１ａの幅を求め、求めた摺面１ａの幅に基づいて、トロリー線１の残存直径ｈを求めている。

トロリー線１の残存直径ｈを求める具体的な計算方法を、図１（ｂ）を参照して説明する。トロリー線１は、通常、円形断面であるので、その半径をｒとし、摺面１ａの幅をｄ、摺面１ａと摺面端部における法線となす角をθとすると、残存直径ｈは、次式で表される。
ｈ＝ｒ（１＋ｓｉｎθ） ・・・ （式１）
但し、θ＝ｃｏｓ^-1（ｄ／２ｒ）

このような計算方法により、トロリー線１の残存直径ｈが求められ、求めたトロリー線１の残存直径ｈのデータは、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとしてまとめられ、後述するデータ処理装置で用いるため、記録メディア１１に記録される。

そして、記録メディア１１に記録されたトロリー線１の残存直径ｈのデータ群は、図２に示すデータ処理装置を用いて、判定、管理されることになる。このデータ処理装置は、記録メディア１１に記録されたデータ群が蓄積されて、データベースが構築されるファイルサーバ１２と、測定された残存直径のデータ群を用いて、トロリー線の摩耗状態を管理するための判定手順を実施する検測処理端末１４（管理手段）と、検測処理端末１４の処理結果を表示する表示装置１５と、その処理結果を印刷するプリンタ１６とを有するものであり、ファイルサーバ１２、検測処理端末１４及びプリンタ１６は、スイッチングハブ１３を介してネットワークが構築されている。

なお、本実施例では、データ処理装置を摩耗測定装置とは独立した構成としているが、摩耗測定装置における画像処理部９に、データ処理装置の機能を担わせるようにしてもよい。

次に、データ処理装置における判定手順について説明する。

前述したように、トロリー線の張り替えは、通常ドラム単位で実施されるため、１ドラムに該当する区間のトロリー線の残存直径データを度数分布表で表すと、正規分布と考えて差し支えない状態を示す。

正規分布であれば、ｈ_iを個別の測定値、ｈ_aveを全測定値の平均値、ｎを測定値の数ととすると、不偏分散σは、次式で表される。
σ²＝Σ（ｈ_i−ｈ_ave）²／（ｎ−１） ・・・ （式２）

正規分布であれば統計上有意なデータは、信頼度９９％の範囲内に収まるため、これから外れたデータを異常摩耗ではなく、入力データ異常と判断することで、現地確認の回数を減らすことができる。

信頼度９９％の区間推定値μは、次式で表される。
ｈ_ave−２．５８×σ／√ｎ＜μ＜ｈ_ave＋２．５８×σ／√ｎ ・・・ （式３）
なお、信頼度（１−α）のもとで、母比率πを±ｘの精度で推定する場合、必要な標本の大きさ、つまり、測定値の数ｎは、以下の式で見積もることができる。
ｎ≧｛Ｚ（α／２）／ｘ｝²×π×（１−π） ・・・ （式４）
母比率πの値が事前に推定できない場合は、０．５と仮定することが通常行われ、信頼度９９％の場合で、精度±１０％とすれば、π＝０．５、ｘ＝０．１、α＝０．０１、Ｚ（α／２）＝Ｚ（０．００５）＝２．５８であるので、上記式４は、以下の通りとなる。
ｎ≧｛２．５８／０．１｝²×０．５×０．５＝１６６．４１
従って、測定値の数ｎは、１６７以上であることが望ましい。

上述した統計的手法を、本実施例のデータ処理装置に適用すると、図３に示す手順により、異常データの判定（測定データの信頼性確認）を行うことになる。

まず、１ドラムに該当する区間のトロリー線を測定した際に上記式１を用いて計算された残存直径ｈ_iのデータを入力する（ステップＳ１）。

入力された残存直径ｈ_iのデータに対して、上記式２を用いて、不偏分散処理を行う（ステップＳ２）。

各残存直径ｈ_iが、信頼度９９％の区間推定値μ内に有るかどうか判定する（ステップＳ３）。残存直径ｈ_iが、信頼度９９％の区間推定値μ内に有る場合には、正常データと判定し（ステップＳ４）、信頼度９９％の区間推定値μ内にない場合には、異常データと判定する（ステップＳ５）。

なお、異常データの中に異常摩耗が含まれる可能性が全くないとは言えないので、次回測定時に異常データが発生しないことを確認することは必要である。

本発明は、トロリー線の摩耗管理に好適なものである。

本発明に係るトロリー線の摩耗管理方法及び装置の一例を説明する図であり、（ａ）は、トロリー線の摩耗測定装置を示す概略構成図、（ｂ）は、トロリー線の残存直径の測定を説明する図である。 本発明に係るトロリー線の摩耗管理方法及び装置において、図１（ａ）に示すトロリー線の摩耗測定装置で測定したデータを処理するデータ処理装置の一例を示す概略構成図である。 図２に示すデータ処理装置において実施される、本発明に係る摩耗管理手順を示すフローチャートである。 従来のトロリー線の摩耗管理方法において、トロリー線の残存直径の測定を説明する図である。

符号の説明

１ トロリー線
１ａ 摺面
２ 光源
３ 受光器
４ 電柱
５ 振止金具
６ レール
７ 電車
８ 画像記録部
９ 画像処理部
１１ 記録媒体
１２ ファイルサーバ
１３ スイッチングハブ
１４ 検測処理端末
１５ 表示装置
１６ プリンタ

Claims (4)

1. トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査し、前記摺面により反射した光の始点と終点とから前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求めて、トロリー線の摩耗状態を管理するトロリー線の摩耗管理方法において、
   １ドラムに該当する区間のトロリー線の残存直径を複数計測しておき、
   計測した複数の前記残存直径を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、
   １ドラムに該当する区間毎に、複数の前記残存直径のデータに対して、不偏分散処理を行い、
   各残存直径が、信頼度９９％の区間推定値内に有る場合には、正常データと判定し、信頼度９９％の区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とするトロリー線の摩耗管理方法。
2. トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査し、前記摺面により反射した光の始点と終点とから前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求めて、トロリー線の摩耗状態を管理するトロリー線の摩耗管理方法において、
   １ドラムに該当する区間のトロリー線に対して、ｎ個の残存直径ｈ_i（ｉ＝１〜ｎ）を計測しておき、
   計測したｎ個の前記残存直径ｈ _i を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、
   １ドラムに該当する区間毎に、ｎ個の前記残存直径ｈ_iのデータを用いて、ｎ個の前記残存直径ｈ_iの平均ｈ_aveを求めると共に、不偏分散σ²＝Σ（ｈ_i−ｈ_ave）²／（ｎ−１）を求め、
   各残存直径ｈ_iが、信頼度９９％の区間推定値μ［但し、ｈ_ave−２．５８×σ／√ｎ＜μ＜ｈ_ave＋２．５８×σ／√ｎ］の範囲内に有る場合には、正常データと判定し、上記区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とするトロリー線の摩耗管理方法。
3. トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査する光走査手段と、
   前記摺面により反射した光を受光する受光手段と、
   前記受光手段で受光した前記摺面による反射光から、当該反射光の始点と終点とを求め、前記始点と前記終点から前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求める測定手段と、
   前記測定手段により求めた残存直径を用いて、トロリー線の摩耗状態を管理する管理手段とを有するトロリー線の摩耗管理装置において、
   前記管理手段は、
   １ドラムに該当する区間のトロリー線において計測された複数の残存直径を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、１ドラムに該当する区間毎に、複数の前記残存直径のデータに対して、不偏分散処理を行い、
   各残存直径が、信頼度９９％の区間推定値内に有る場合には、正常データと判定し、信頼度９９％の区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とするトロリー線の摩耗管理装置。
4. トロリー線の摺面を、トロリー線の長さ方向に垂直な方向に光を走査する光走査手段と、
   前記摺面により反射した光を受光する受光手段と、
   前記受光手段で受光した前記摺面による反射光から、当該反射光の始点と終点とを求め、前記始点と前記終点から前記摺面の幅を求め、当該幅に基づいて、トロリー線の残存直径を求める測定手段と、
   前記測定手段により求めた残存直径を用いて、トロリー線の摩耗状態を管理する管理手段とを有するトロリー線の摩耗管理装置において、
   前記管理手段は、
   １ドラムに該当する区間のトロリー線において計測されたｎ個の残存直径ｈ_i（ｉ＝１〜ｎ）を、１ドラムに該当する区間毎に１群のデータとして記録し、１ドラムに該当する区間毎に、ｎ個の前記残存直径ｈ _i のデータを用いて、ｎ個の前記残存直径ｈ_iの平均ｈ_aveを求めると共に、不偏分散σ²＝Σ（ｈ_i−ｈ_ave）²／（ｎ−１）を求め、
   各残存直径ｈ_iが、信頼度９９％の区間推定値μ［但し、ｈ_ave−２．５８×σ／√ｎ＜μ＜ｈ_ave＋２．５８×σ／√ｎ］の範囲内に有る場合には、正常データと判定し、上記区間推定値内にない場合には、異常データと判定することを特徴とするトロリー線の摩耗管理装置。

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