JP5476776B2 - Trolley wire inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、測域センサを用いてトロリ線の高さ、変位を測定するトロリ線検測装置に関し、特に、測定時の誤差を低減し、精度の高い測定値を得ることができるトロリ線検測装置に関する。 The present invention relates to a trolley wire inspection device that measures the height and displacement of a trolley wire using a range sensor, and in particular, a trolley wire detector that can reduce measurement errors and obtain highly accurate measurement values. It relates to a measuring device.
電気車に電気を供給するための電線であるトロリ線は、レールからの高さや電力供給を受けるパンタグラフ上での偏位の範囲が決められていることから、その高さや偏位が所定範囲内に収まるようにトロリ線を保全する必要がある。これには、トロリ線の高さや偏位の測定が重要となる。 The trolley wire, which is an electric wire for supplying electricity to the electric vehicle, has a predetermined height within the specified range because the height from the rail and the range of displacement on the pantograph that receives power supply are determined. It is necessary to maintain the trolley wire so that it fits in the area. For this purpose, measurement of the height and displacement of the trolley wire is important.
従来、トロリ線を測定する方法としては例えば以下のようなものがある。第一に、パンタグラフのバネの部分にＬＥＤなどの光源を二個ずつ上下に設置し、パンタグラフからの相対位置を求める方法である（例えば、特許文献１参照）。第二に、パンタグラフのバネの位置に光を反射しやすいマーカを取り付けてラインセンサで撮影し、パターンマッチングにより相対位置を検出する方法である（例えば、特許文献２参照）。第三に、トロリ線にロータリエンコーダを取り付けたポリゴンミラーを介してレーザ光を当て、ポリゴンミラーからトロリ線までの距離と、ロータリエンコーダから読み取れる回転角度をもとに、ポリゴンミラーからの相対位置を求める方法である（例えば、特許文献３参照）。 Conventional methods for measuring trolley wires include the following. First, there is a method in which two light sources such as LEDs are installed one above the other on the spring portion of the pantograph, and the relative position from the pantograph is obtained (see, for example, Patent Document 1). Second, there is a method in which a marker that easily reflects light is attached to the position of the spring of the pantograph, the line sensor is used for photographing, and the relative position is detected by pattern matching (see, for example, Patent Document 2). Third, irradiate the trolley wire with a laser beam through a polygon mirror with a rotary encoder, and determine the relative position from the polygon mirror based on the distance from the polygon mirror to the trolley wire and the rotation angle that can be read from the rotary encoder. This is a method of obtaining (see, for example, Patent Document 3).
また、上述した第一ないし第三の方法のほかに、測域センサを用いてトロリ線の高さと偏位を求めることもできる。即ち、図１２に示すように、車両１の屋根上に車両１の進行方向に平行な軸周りでトロリ線４をスキャンするように測域センサ２を設置する一方、車両１の内部に演算装置３を設置する。そして、測域センサ２においてレーザ光によりセンサの周囲を扇状にスキャンして得た測定対象物までの距離とステップ角とに基づき演算装置３において演算処理を行い、トロリ線の高さ及び偏位を求める。
In addition to the first to third methods described above, the trolley line height and deflection can be obtained using a range sensor. That is, as shown in FIG. 12, while the
つまり、測域センサ２の正面を鉛直上方に向けて車両１に配置し、その車両１を走行させることで測域センサ２の設置場所からトロリ線４までの距離と角度を取得し、これらを演算装置３側で座標に変換することで、測域センサ２からトロリ線４までの高さと偏位を求めるのである。
That is, the distance and the angle from the place where the
しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では接触力を測定するために二箇所にＬＥＤやマーカを取り付ける必要がある。さらにパンタグラフの高さ・偏位・接触力が同時に得られるような計算を行っているため、高さと偏位のみを得たい場合には不要な計算が発生してしまうという問題があった。また、特許文献２に記載された構成では、まず時空画像を生成してからパターンマッチングを行うため、リアルタイムに高さや偏位を得ることが困難であるという問題があった。
However, in the configuration described in
一方、文献３や測域センサを用いた方法では直接的にトロリ線までの距離と角度が得られるため、最小限の計算でトロリ線までの高さや偏位が得られるという利点がある。しかし、図１２に示したように測域センサ４を用いてトロリ線４の高さを測定する際、第一にトロリ線４の形状による誤差が生じるという問題、第二に測域センサ２の精度による誤差が生じるという問題の二つの問題が生じるおそれがあった。
On the other hand, since the distance and angle to the trolley line can be obtained directly by the method using the
上記第一の問題は、図１３に示すように、測域センサ２は一定の微小な角度ごとに放射線状に周囲をスキャンように構成されているため、測域センサ２からの距離が近いトロリ線４Ａを測定する場合と、測域センサ２からの距離が遠いトロリ線４Ｂを測定する場合とでは、測域センサ２からの距離が遠いトロリ線４Ｂを測定する場合の方が測定誤差が大きくなる可能性が高いという問題である。これは、トロリ線４Ａ，４Ｂの大きさが同じ場合であっても測域センサ２からの距離によって測域センサ２による一回のスキャンでトロリ線４Ａ，４Ｂを検出できる回数が異なる場合があるためである。
As shown in FIG. 13, the first problem is that the
即ち、測域センサ２によるトロリ線４の高さ測定では、一回のスキャンで得られるトロリ線４Ａ，４Ｂの座標のうちその位置が最も低い座標をトロリ線４の座標とする。ところが、トロリ線４Ａ，４Ｂの検出箇所Ｐｉが中心からずれると、図１４に示すようにずれた分だけ最下点Ｐｊとの誤差が大きくなる。この誤差を低減するには、角度分解能の高い測域センサを用いる必要があった。
That is, in the measurement of the height of the
また、第二の問題は、測域センサ２そのものの精度によるものであり、この場合にも、より測定精度の高い測域センサを用いる必要があった。
The second problem is due to the accuracy of the
このようなことから本発明は、測域センサによる測定誤差を低減することを可能としたトロリ線検測装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a trolley line inspection device that can reduce measurement errors caused by a range sensor.
上記の課題を解決する第１の発明に係るトロリ線検測装置は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記検出範囲抽出手段において、前記検出範囲内にある測定対象物のみを抽出して求めた前記座標から、トロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角φを有するようにその設置角度を設定され、該傾斜角φをｒｍａｘ・ｓｉｎω＜ａ／ｃｏｓφ（ただし、ｒｍａｘは前記測域センサから前記トロリ線までの距離の最大値、ωは前記測域センサの角度分解能、ａは前記トロリ線の半径）とし、前記測域センサから前記トロリ線までの距離ｒが前記測域センサの測定可能距離を超えないものとすることを特徴とする。 A trolley wire inspection device according to a first invention for solving the above-mentioned problems includes a range sensor installed on a roof of a vehicle, and an arithmetic unit installed inside the vehicle, wherein the range sensor A trolley wire inspection device that determines the height and displacement of the trolley wire based on the detection result of the trolley wire , wherein the arithmetic device operates the range sensor; and the range sensor after converting the position of the measurement object measured in the orthogonal coordinates by a detecting range extraction means for obtaining the coordinates by extracting only the measurement object within the detection range set in advance, in the detection range extraction unit, wherein from obtained by extracting only the measurement object within a detection range the coordinates, comprising a trolley wire coordinate detecting means for detecting a trolley line candidate coordinates, and a log output means for outputting a trolley line coordinates in a specific format, The installation range sensor is set such that the scan plane has an inclination angle φ around an axis parallel to the vertical direction with respect to a plane orthogonal to the traveling direction of the vehicle, and the inclination angle φ is set to rmax. Sinω <a / cosφ (where rmax is the maximum value of the distance from the range sensor to the trolley line, ω is the angular resolution of the range sensor, and a is the radius of the trolley line), and the range sensor The distance r from the trolley line does not exceed the measurable distance of the range sensor .
上記の課題を解決する第２の発明に係るトロリ線検測装置は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とする。 A trolley wire inspection device according to a second invention for solving the above-mentioned problems comprises a range sensor installed on the roof of a vehicle, and an arithmetic unit installed inside the vehicle, wherein the range sensor A trolley wire inspection device that determines the height and displacement of the trolley wire based on the detection result of the trolley wire, wherein the arithmetic device operates the range sensor; and the range sensor After converting the position of the measurement object measured by the orthogonal coordinates, the detection range extraction means for extracting only the measurement object within the preset detection range and obtaining the coordinates, and one time by the range sensor comprising a trolley wire coordinate detecting means for detecting a trolley line candidate coordinates from coordinates of a plurality of the measurement object to be detected in a scan, and a log output means for outputting a trolley line coordinates in a particular format, the measurement zone Sen But wherein the the scan plane is set the installation angle to have a tilt angle with an axis parallel to the width direction of the vehicle with respect to a plane perpendicular to the traveling direction of the vehicle.
上記の課題を解決する第３の発明に係るトロリ線検測装置は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角を有するとともに、前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とする。 A trolley wire inspection device according to a third invention for solving the above-mentioned problems comprises a range sensor installed on the roof of a vehicle, and an arithmetic unit installed inside the vehicle, wherein the range sensor A trolley wire inspection device that determines the height and displacement of the trolley wire based on the detection result of the trolley wire, wherein the arithmetic device operates the range sensor; and the range sensor After converting the position of the measurement object measured by the orthogonal coordinates, the detection range extraction means for extracting only the measurement object within the preset detection range and obtaining the coordinates, and one time by the range sensor comprising a trolley wire coordinate detecting means for detecting a trolley line candidate coordinates from coordinates of a plurality of the measurement object to be detected in a scan, and a log output means for outputting a trolley line coordinates in a particular format, the measurement zone Sen However, the scan plane has an inclination angle about an axis parallel to the vertical direction with respect to a plane orthogonal to the traveling direction of the vehicle, and has an inclination angle about an axis parallel to the width direction of the vehicle. The installation angle is set.
上述した第１の発明に係るトロリ線検測装置によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、演算装置が、測域センサの操作を行う制御手段と、測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、検出範囲抽出手段において、検出範囲内にある測定対象物のみを抽出して求めた座標から、トロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、測域センサが、そのスキャン平面が車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角φを有するようにその設置角度を設定され、該傾斜角φをｒｍａｘ・ｓｉｎω＜ａ／ｃｏｓφ（ただし、ｒｍａｘは測域センサからトロリ線までの距離の最大値、ωは測域センサの角度分解能、ａはトロリ線の半径）とし、測域センサからトロリ線までの距離ｒが測域センサの測定可能距離を超えないものとするので、測域センサによる測定誤差を低減することができる。また、トロリ線を測定する領域を広くすることができるため、測域センサの角度分解能を変更することなく、一回のスキャンで一つのトロリ線を測定する回数を増加させることができ、測定値の精度が向上する。さらに、測域センサの測定可能距離内で確実にトロリ線の測定を行うことができる。 According to the trolley line inspection device according to the first invention described above, the range sensor installed on the roof of the vehicle and the arithmetic unit installed inside the vehicle are provided, and the detection result of the range sensor is displayed. a trolley wire detector device for determining the height and deflection of the trolley wire by the arithmetic unit on the basis the position of the arithmetic unit, and a control means for operating the range sensor, the measurement object measured by range sensor after converting into Cartesian coordinates, the detecting range extraction means for obtaining the coordinates by extracting only the measurement object within the detection range set in advance, the detection range extraction unit, only the measurement object within the detection range A trolley line coordinate detecting means for detecting trolley line candidate coordinates from the extracted coordinates, and a log output means for outputting the trolley line coordinates in a specific format . Progression The installation angle is set to have an inclination angle φ around an axis parallel to the vertical direction with respect to a plane orthogonal to the direction, and the inclination angle φ is set to rmax · sinω <a / cosφ (where rmax is a range sensor The maximum distance from the trolley line to the trolley line, ω is the angular resolution of the range sensor, a is the radius of the trolley line), and the distance r from the range sensor to the trolley line does not exceed the measurable distance of the range sensor since the, it is possible to reduce a measurement error due to range sensor. In addition, since the area for measuring the trolley line can be widened, the number of times one trolley line can be measured in one scan can be increased without changing the angular resolution of the range sensor. Improves accuracy. Furthermore, the trolley wire can be reliably measured within the measurable distance of the range sensor.
第２の発明に係るトロリ線検測装置によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、演算装置が、測域センサの操作を行う制御手段と、測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、測域センサが、そのスキャン平面が車両の進行方向に直交する面に対して車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたので、より角度分解能の高い測域センサを導入することなく、測域センサによる高さ方向の誤差を低減することができる。 According to the trolley wire inspection apparatus according to the second aspect of the present invention, the trolley line inspection apparatus includes a range sensor installed on the roof of the vehicle and an arithmetic unit installed inside the vehicle, based on the detection result of the range sensor. A trolley wire inspection device that determines the height and displacement of a trolley wire by an arithmetic device, wherein the arithmetic device orthogonally intersects the control means for operating the range sensor and the position of the measurement object measured by the range sensor. After converting into coordinates, only a measurement object within a preset detection range is extracted, and detection range extraction means for obtaining the coordinates, and a plurality of measurement objects detected in one scan by the range sensor comprising a trolley wire coordinate detecting means for detecting a trolley line candidate coordinates from the coordinates, and a log output means for outputting a trolley line coordinates in a particular format, range sensor is the scan plane orthogonal to the traveling direction of the vehicle surface On the other hand, since the installation angle is set so that it has an inclination angle around an axis parallel to the width direction of the vehicle, an error in the height direction by the range sensor can be achieved without introducing a range sensor with higher angular resolution. Can be reduced.
第３の発明に係るトロリ線検測装置によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、演算装置が、測域センサの操作を行う制御手段と、測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、測域センサが、そのスキャン平面が車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角を有するとともに、車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたので、測域センサの高さ方向の誤差を低減しつつ、トロリ線の測域センサによって測定される領域を広げることができる。 According to the trolley line inspection device according to the third aspect of the present invention, the trolley wire inspection device includes a range sensor installed on the roof of the vehicle and an arithmetic unit installed inside the vehicle, and is based on the detection result of the range sensor. A trolley wire inspection device that determines the height and displacement of a trolley wire by an arithmetic device, wherein the arithmetic device orthogonally intersects the control means for operating the range sensor and the position of the measurement object measured by the range sensor. After converting into coordinates, only a measurement object within a preset detection range is extracted, and detection range extraction means for obtaining the coordinates, and a plurality of measurement objects detected in one scan by the range sensor comprising a trolley wire coordinate detecting means for detecting a trolley line candidate coordinates from the coordinates, and a log output means for outputting a trolley line coordinates in a particular format, range sensor is the scan plane orthogonal to the traveling direction of the vehicle surface On the other hand, the installation angle is set to have an inclination angle around an axis parallel to the vertical direction and an inclination angle around an axis parallel to the width direction of the vehicle. The area measured by the range sensor of the trolley line can be expanded while reducing.
以下、図面を参照しつつ本発明に係るトロリ線検測装置の詳細を説明する。 Hereinafter, the details of the trolley wire inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１乃至図１４を用いて本発明に係るトロリ線検測装置の第一の実施例を説明する。
図１に示すように、本実施例に係るトロリ線検測装置は、車両１の屋根上にトロリ線４を測定可能に設置された測域センサ２と、車両１の内部に設置された演算装置３とを備えて構成されている。
A first embodiment of the trolley wire inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the trolley wire inspection device according to the present embodiment includes a
測域センサ２はレーザ光により測定領域Ａとしてその周囲を扇状にスキャンし、トロリ線４等の測定対象物までの距離とステップ角を演算装置３に出力するものであり、本実施例においては、図２に示すようにその正面を鉛直上方に向けるとともに、そのスキャン平面Ｓ（測域センサ２によってスキャンされる面）が車両１の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで角度φ（０°＜φ＜９０°）だけ傾斜するようにその設置角度を設定されている。また、本実施例では、測域センサ２は図１に示す測定範囲Ａ（スキャン角度２７０°）を１０８０ステップでスキャンするものとし、これにより角度分解能ωは０．２５°となっている。なお、図１中の符合Ｂは後述する検出範囲を示しており、図１（ｂ）及び図２においてはトロリ線４の直径を誇張して示している。また、図１（ｂ）において斜線を付した部分はトロリ線４と測定範囲Ａとが交差する面の例を示している。
The
本実施例では、上述したように測域センサ２をそのスキャン平面Ｓが車両１の進行方向に直交する面に対して斜めになるように配置することにより、トロリ線４に対するスキャン幅ｄ’が、測域センサ２のスキャン平面Ｓを車両１の進行方向に直交させた場合のスキャン幅ｄに比較して広くなっている。そのため、相対的に角度分解能を向上させることが可能となり、測定対象物の形状による誤差を解消することができる。
In the present embodiment, as described above, the
ここで、トロリ線４はその断面がほぼ円形である一方、パンタグラフに接する箇所、即ち測域センサ２によって位置を検出される面は平らになっているため、一つのトロリ線４に対して常に１スキャンで２回以上その位置の測定を行うことができれば十分な精度が得られると考えられる。
Here, the
図１及び図２に示すように測域センサ２を車両１の進行方向に直交する面に対して角度φだけ傾斜させて設置した場合のスキャン幅ｄ’［ｍｍ］は、従来のスキャン幅ｄ［ｍｍ］を用いて下式（１）のように表される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the scan width d ′ [mm] when the
以下に、一例として角度分解能ωの測域センサ２を用いて直径２ａのトロリ線４を検測する場合を考える。測域センサ２による測定対象物の位置測定は、図１３に示し上述したように測域センサ２と測定対象物との間の距離に大きく影響される。
As an example, consider the case where the
例えば、測域センサ２をそのスキャン平面Ｓが車両１の正面に対して平行するように設置した場合、一回のスキャンで常に２回以上トロリ線を検出するための条件式は、測域センサ２からこの測域センサ２によって測定されるトロリ線４の位置までの距離（以下、単に「測域センサ２からトロリ線４までの距離」という）ｒ［ｍｍ］を用いて下式（２）のように表せる。
For example, when the
例えば、測域センサ２の角度分解能をω＝０．２５°、トロリ線４の直径を２ａ＝１２．３７ｍｍとした場合、（２）式から、測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒは約ｒ＜１４１７．５ｍｍとなる。これに対し、トロリ線４は表１に示すようにレールから決まった高さと偏位に存在しなければならないことが定められている。
For example, when the angular resolution of the
表１に示すように、新幹線に使われるトロリ線４の場合は、レール面から最高５３００ｍｍの高さに敷設される。ここで、一例として新幹線の車高を３３６０ｍｍとすると、車両１の上部からトロリ線４までの高さは最高１９４０ｍｍとなる。つまり、新幹線にこの測域センサ２を載せてトロリ線４を検測する場合には、１スキャンにつき１回しか検出できない箇所があることが分かる。
As shown in Table 1, in the case of the
これに対し、本実施例に係るトロリ線検測装置を適用する場合は、測域センサ２からトロリ線４までの距離の最大値をｒmax［ｍｍ］とした場合に下式（３）を満たすようなφが存在すればその有効性が確認される。
On the other hand, when the trolley wire inspection device according to the present embodiment is applied, the following equation (3) is satisfied when the maximum value of the distance from the
一例として、測域センサ２の角度分解能をω＝０．２５°、トロリ線４の直径を２ａ＝１２．３７、測域センサ２からトロリ線４までの距離の上限をｒmax＝１９４０ｍｍとして上式を解くと、ｃｏｓφ＜０．７３０６…、即ちφ＞４３．０５…となる。従って、車両１の進行方向に直交する面に対して測域センサ２を例えば設置角度φ＝４５°で配置すれば、一回のスキャンで常に２回以上トロリ線４を測定することができることがわかる。このように、本実施例によれば測域センサ２による測定誤差を低減し、測定精度を向上させることが可能となる。
As an example, the angular resolution of the
なお、本実施例では、車両１の正面に対する測域センサ２の設置角度φを９０°に近づけるほどトロリ線４に対するスキャン範囲を広く採ることができる。しかし設置角度φを９０°に近づけると、図５に示すように、測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒ［ｍｍ］が大きくなってしまう。これに対し、測域センサ２は測定可能範囲が決まっており、測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒが測域センサ２の測定可能距離Ｒを越えないようにする必要がある。
In the present embodiment, the scanning range for the
例えば、測域センサ２の角度分解能がω＝０．２５°、測定可能距離がＲ＝４０９５ｍｍ、トロリ線４の偏位の限界がｗmax＝３００／ｃｏｓφ［ｍｍ］、車両１の上部からトロリ線４までの高さがｈ＝１９４０ｍｍである場合、測域センサ２の設置角度φは下式（４）の条件を満たす必要がある。
For example, the angular resolution of the
（４）式から、測域センサ２の設置角度の範囲はφ＜８５．２２８となる。このように、測域センサ２の角度分解能ω、トロリ線４の偏位の上限ｗmax、車両１の上部からトロリ線４までの高さの上限ｈmaxに応じて測域センサ２の設置角度φを調整するようにすればよい。
From the equation (4), the range of the installation angle of the
このように構成される測域センサ２に対し、演算装置３は測域センサ２による測定結果に基づいてトロリ線４の高さや偏位等を算出する部分である。この演算装置３には、図３に示すように制御部３１、第一メモリ３２、検出範囲抽出部３３、第二メモリ３４、トロリ線座標検出部３５、第三メモリ３６、ログ出力部３７が設けられている。
In contrast to the
制御部３１は測域センサ２の操作を行い、測域センサ２によって検出された測定対象物の距離・角度データは第一メモリ３２に格納される。検出範囲抽出部３３は、第一メモリ３２から取り出した距離・角度データに基づき、予め設定した検出範囲Ｂ内に存在する測定対象物の座標を対象物座標として抽出する。検出範囲Ｂは、測定範囲Ａ内に、トロリ線４の高さ方向及び水平方向の偏位に基づいて設定される。
The
より詳しくは、まず、測域センサ２から送られてきた距離・角度データの余弦ｘφ［ｍｍ］・正弦ｙφ［ｍｍ］を取り、測域センサ２にとっての直交座標に変換する。続いて、更にｘ＝ｘφｃｏｓφ［ｍｍ］、ｙ＝ｙφ［ｍｍ］により、測域センサ２によって取得した測定結果を実際の直交座標に変換する。その後、この座標が検出範囲Ｂ内に存在するか否かを判断し、検出範囲Ｂ内に存在する測定対象物の座標を対象物座標として出力する。検出範囲抽出部３３から出力された対象物座標は第二メモリ３４に格納される。
More specifically, first, the cosine x φ [mm] / sine y φ [mm] of the distance / angle data sent from the
トロリ線座標検出部３５は、第二メモリ３４から取り出した一回のスキャンで連続して得られる複数の対象物座標のうち、最もその位置が低い座標をトロリ線４の座標とみなし、これをトロリ線座標として出力する。なお、一回のスキャンで連続して測定対象物を検出した後に、間隔をおいて検出範囲Ｂ内で再度測定対象物を検出した際には、二度目に検出された測定対象物を新たなトロリ線とみなし、第二のトロリ線の座標として出力する。トロリ線座標検出部３５から出力されたトロリ線座標は第三メモリ３６に格納される。
The trolley line coordinate detection unit 35 regards the coordinate having the lowest position as the coordinates of the
ログ出力部３７は、第三メモリ３６から取り出したトロリ線座標を履歴データとして特定のフォーマットで出力する。そしてこのログ出力部３７から出力された履歴データをログＬとして保管する。
The
図４に示すように、本実施例に係るトロリ線検測装置によりトロリ線の測定を行う場合、演算装置３では、まず、制御部３１により測域センサ２を操作してトロリ線４の測定を開始し、測域センサ２によって求めた測定範囲Ａ内にある測定対象物までの距離及び角度のデータを取得する（ステップＰ１）。続いて、検出範囲抽出部３３、トロリ線座標検出部３５によりトロリ線４の判定を行い（ステップＰ２）、ログ出力部３７により履歴データを出力する（ステップＰ３）。上記ステップＰ１からステップＰ３の工程を測定終了まで繰り返す（ステップＰ４）。
As shown in FIG. 4, when measuring the trolley wire by the trolley wire inspection device according to the present embodiment, the
このように構成される本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、従来に比べてトロリ線４を測定する際のスキャン範囲を広く採ることができるため、一回のスキャンでトロリ線４を検出可能な回数が増加する。従ってより精度の高い測定値を得ることができる。また、測定結果の精度向上のために、より角度分解能の高い測域センサを導入する必要がなくなる。
According to the trolley wire inspection apparatus according to the present embodiment configured as described above, the
図６及び図７を用いて本発明に係るトロリ線検測装置の第２の実施例を説明する。本実施例は図１乃至図１４に示し上述した実施例１に係るトロリ線検測装置とは測域センサ２の設置角度が異なるものである。その他の構成は実施例１に係るトロリ線検測装置と概ね同様であり、以下、同一の作用を奏する部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。
A second embodiment of the trolley wire inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the trolley wire inspection apparatus according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 14 in that the installation angle of the
図６に示すように、本実施例において測域センサ２はそのスキャン平面Ｓが水平面に対して車両１の幅方向に平行な軸周りで角度θ（０＜θ＜９０°）だけ傾斜した状態となるように、換言すると、車両１の進行方向に直交する面に対して車両１の幅方向に平行な軸回りで角度（９０°−θ）だけ傾斜した状態となるように設置されている。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the
ここで、測域センサ２のセンサ固有誤差Ｅ［ｍｍ］は、常に測域センサ２のスキャン平面Ｓの方向に発生する。従って、測域センサ２を水平面に対して角度θだけ傾けたとき、高さ方向の誤差Ｅ’［ｍｍ］は下式（５）で表される。
Ｅ’＝Ｅｓｉｎθ ・・・（５）
Here, the sensor inherent error E [mm] of the
E ′ = Esinθ (5)
例えば測域センサ２のセンサ固有誤差をＥ＝±３０ｍｍ、測域センサ２の設置角度をθ＝４５°とすると、（５）式から高さ方向の誤差Ｅ’は下式（６）に示す値となる。
Ｅ’＝Ｅｓｉｎ４５°＝±２１．２１… ・・・（６）
For example, when the sensor specific error of the
E ′ = Esin45 ° = ± 21.21 (6)
即ち、本実施例では、測域センサ２の設置角度θを小さくすればするほど誤差を低減することができる。ただし、設置角度θを小さくすると図７に示すように測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒ［ｍｍ］が大きくなる。このため、設置角度θは車両１の上部からトロリ線４までの高さをｈ、測定可能距離をＲ、トロリ線４の偏位をｗとすると、下式（７）を満たす必要がある。
That is, in this embodiment, the error can be reduced as the installation angle θ of the
例えば測域センサ２の測定可能距離をＲ＝４０９５ｍｍ、車両の屋根からトロリ線４までの高さの限界をｈ＝１９４０ｍｍ、トロリ線４の偏位をｗ＝０ｍｍとすると、測域センサ２の設置角度θは（７）式より、θ＞２８．２７…となる。
For example, if the measurable distance of the
本実施例に係るトロリ線検測装置によるトロリ線４の検出手順を以下に示す。本実施例において、検出範囲抽出部３３では、第一メモリ３２から取り出した測定対象物の距離・角度データに対して、これの余弦ｘθ［ｍｍ］・正弦ｙθ［ｍｍ］を取り、測域センサ２にとっての直交座標に変換する。更にｘ＝ｘθ［ｍｍ］、ｙ＝ｙθｓｉｎθ［ｍｍ］により、実際の直交座標に変換する。その後、ｘ，ｙが検出範囲Ｂに入っていれば対象物座標、即ち、トロリ線の座標候補として第二メモリ３４に格納する。
The procedure for detecting the
このように構成される本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、測域センサ２の高さ方向の誤差を低減することができる。また、測定精度向上のためにより精度の高い測域センサ２を導入する必要がなくなる。
According to the trolley wire inspection apparatus according to the present embodiment configured as described above, errors in the height direction of the
図８乃至図１１を用いて本実施例に係るトロリ線検測装置の第３の実施例を説明する。
図８に示すように、本実施例は上述した実施例１及び実施例２の構成を組み合わせたものである。即ち、本実施例において測域センサ２は、そのスキャン平面Ｓが車両１の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸周りに角度φだけ傾斜しているとともに、水平面に対して車両１の幅方向に平行な軸周りに角度θだけ傾斜するようにその設置角度を設定されている。
A third embodiment of the trolley wire inspection apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 8, the present embodiment is a combination of the configurations of the first and second embodiments described above. In other words, in the present embodiment, the
以下に、測域センサ２の水平面に対する傾きθの範囲の数値例を示す。
Below, the numerical example of the range of inclination (theta) with respect to the horizontal surface of the
図９乃至図１１に示すように測定対象物（トロリ線４）の検出点Ｐをスキャン平面のｙθ軸に正射影した点をＱ、点Ｐと点Ｑを水平面Ｓ’に正射影した点をＰ’，Ｑ’とする。ここで、測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ＯＰをｒ［ｍｍ］、平面Ｓ’から検出点Ｐまでの距離ＰＰ’＝ＱＱ’をｈ［ｍｍ］、ＯＰ’をｐ［ｍｍ］とすると、測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ｒは下式（８）で表される。
ｒ2＝ｐ2＋ｈ2 ・・・（８）
As shown in FIGS. 9 to 11, Q is a point obtained by orthogonally projecting the detection point P of the measurement object (trolley line 4) onto the yθ axis of the scan plane, and a point obtained by orthogonally projecting the points P and Q onto the horizontal plane S ′. Let P ′, Q ′. Here, the distance OP from the
r 2 = p 2 + h 2 (8)
図１１からｈ＝ｐｃｏｓφｔａｎθであるから、これを（８）式に代入して測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ｒは下式（９）で表される。
Since h = p cos φ tan θ from FIG. 11, the distance r from the
ここで、測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ｒは、実施例１で示した（２）式から下式（１０）の関係を満たす必要がある。
Here, the distance r from the
以上をｃｏｓφについて整理すると、下式（１１）が得られる。 By arranging the above for cos φ, the following equation (11) is obtained.
ここで、ｃｏｓ2φ≧０であるから、上記不等式の右辺は０より大きくなる。従って、例えば測域センサ２からトロリ線４までの高さをｈ＝１９４０ｍｍ、測域センサ２の角度分解能をω＝０．２５°、トロリ線４の直径を２ａ＝１２．３７、トロリ線４の偏位をｗ＝０とすると、ｔａｎθ＞１．３６８６…、即ちθ＞５３．３８８５°が得られる。
Here, since cos 2 φ ≧ 0, the right side of the inequality is greater than zero. Therefore, for example, the height from the
また、測域センサ２の傾斜角φの範囲は、上記（１１）式から下式（１２）で与えられる（ただし、θ＞５３．３８８５°）。
The range of the inclination angle φ of the
測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒは、トロリ線４が最大偏位の位置にあるとき（例えば、ｗ＝３００ｍｍ）に最大となる。いま、図１０の平面Ｓを角度φだけ傾斜した座標系における座標（ｘ，ｙ）は、図９のパラメータを用いて下式（１３）のように表される。
The distance r from the
更に図９乃至図１１から下式（１４）が得られる。
ｒｓｉｎψｓｉｎθ＝ｈ ・・・（１４）
Further, the following formula (14) is obtained from FIGS.
rsinψsinθ = h (14)
これらをｘ＝３００ｍｍ、ｈ＝１９４０ｍｍとして整理すると測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒ［ｍｍ］は下式（１５）で表される。
When these are arranged as x = 300 mm and h = 1940 mm, the distance r [mm] from the
上記（１３）式においてｒが測域センサの測定可能距離Ｒを越えないように、例えばｒ＜１９４０ｍｍを満たすようにパラメータθ，φの範囲を求めると、最小のθとそれに対応するφはそれぞれθ＝５９°、φ＝６６°となる。 When the ranges of the parameters θ and φ are determined so that r does not exceed the measurable distance R of the range sensor in the above equation (13), for example, r <1940 mm, the minimum θ and the corresponding φ are respectively θ = 59 ° and φ = 66 °.
このように構成される本実施例に係るトロリ線検測装置において、検出範囲抽出部３３では、まず、測域センサ２から送られてきた距離ｒ、角度ψのデータから余弦ｘθ・正弦ｙθを取り、測域センサ２にとっての直交座標に変換する。次にｘφ＝ｘθ、ｙφ＝ｙθｃｏｓθにより、スキャン平面Ｓを設置角度θだけ傾斜させた直交座標に変換する。更に、ｘ＝ｘφｃｏｓφ−ｙφｓｉｎφ、ｙ＝ｒｓｉｎψｓｉｎθにより、実際の直交座標に変換する。その後、ｘ，ｙが検出範囲Ｂに入っていれば対象物座標、即ち、トロリ線４の座標候補として第二メモリ３４に格納する。
In the trolley wire inspection apparatus according to the present embodiment configured as described above, the detection
トロリ線４の偏位ｘ［ｍｍ］と高さｙ［ｍｍ］は最終的に図９乃至図１１に示すパラメータを用いて下式（１６）、（１７）で表される。
ｘ＝ｒｃｏｓψｃｏｓφ−ｒｓｉｎψｓｉｎφｃｏｓθ ・・・（１６）
ｙ＝ｒｓｉｎψｓｉｎθ ・・・（１７）
The displacement x [mm] and height y [mm] of the
x = r cos φ cos φ−r sin φ sin φ cos θ (16)
y = rsinψsinθ (17)
本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、測域センサの高さ方向の誤差を低減しつつ、測定範囲を広げることができる。また、上述した実施例２に比較して、角度分解能の高い測域センサを導入することなく、測域センサ２からトロリ線４までの距離が離れることによって、一回のスキャンでトロリ線４を検出できる回数が減る可能性を低減することができる。
According to the trolley wire inspection apparatus according to the present embodiment, the measurement range can be expanded while reducing the error in the height direction of the range sensor. Further, as compared with the second embodiment described above, the distance from the
上述した実施例２に係るトロリ線検測装置では、実施例１で述べた測域センサ２からトロリ線４までの距離により十分な測定精度を得られなくなる問題に対し、角度分解能の高い測域センサを用いることが必要となる。これに対し、本実施例に係るトロリ線検測装置は、実施例１と実施例２を組み合わせることにより、測域センサ２を交換することなく測域センサ２固有の誤差の影響を低減し、さらに測定範囲を拡張することを特徴とする。本実施例において、測域センサ２のスキャン平面Ｓによってスキャンされるトロリ線４の幅については実施例１と同様の議論ができ、測域センサ２の誤差については実施例２と同様の議論ができる。
In the trolley wire inspection device according to the second embodiment described above, the measurement range with high angular resolution is used to solve the problem that sufficient measurement accuracy cannot be obtained due to the distance from the
本発明は、測域センサを用いてトロリ線の高さ・偏位を測定するトロリ線検測装置に適用可能である。 The present invention is applicable to a trolley wire inspection device that measures the height and displacement of a trolley wire using a range sensor.
１ 車両
２ 測域センサ
３ 演算装置
３１ 制御部
３２ 第一メモリ
３３ 検出範囲抽出部
３４ 第二メモリ
３５ トロリ線座標検出部
３６ 第三メモリ
３７ ログ出力部
３８ ログ
４ トロリ線
Ａ 測定範囲
Ｂ 検出範囲
Ｓ スキャン平面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角φを有するようにその設置角度を設定され、該傾斜角φを
ｒｍａｘ・ｓｉｎω＜ａ／ｃｏｓφ
（ただし、ｒｍａｘは前記測域センサから前記トロリ線までの距離の最大値、ωは前記測域センサの角度分解能、ａは前記トロリ線の半径）
とし、前記測域センサから前記トロリ線までの距離ｒが前記測域センサの測定可能距離を超えないものとすることを特徴とするトロリ線検測装置。 A range sensor installed on the roof of the vehicle; and an arithmetic unit installed inside the vehicle, and the arithmetic unit determines the height and displacement of the trolley wire based on the detection result of the range sensor. A trolley wire inspection device to be obtained , wherein the arithmetic unit converts the position of the measurement object measured by the control means for operating the range sensor and the range sensor into orthogonal coordinates, and is set in advance Detection range extraction means for extracting only the measurement object within the detection range and obtaining its coordinates, and in the detection range extraction means, from the coordinates obtained by extracting only the measurement object within the detection range, Trolley line coordinate detection means for detecting trolley line candidate coordinates, and log output means for outputting trolley line coordinates in a specific format ,
The range sensor is set such that its scan plane has an inclination angle φ around an axis parallel to a vertical direction with respect to a plane orthogonal to the traveling direction of the vehicle, and the inclination angle φ is
rmax · sinω <a / cosφ
(Where rmax is the maximum value of the distance from the range sensor to the trolley line, ω is the angular resolution of the range sensor, and a is the radius of the trolley line)
The trolley line inspection device is characterized in that a distance r from the range sensor to the trolley line does not exceed a measurable distance of the range sensor .
前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とするトロリ線検測装置。 A range sensor installed on the roof of the vehicle; and an arithmetic unit installed inside the vehicle, and the arithmetic unit determines the height and displacement of the trolley wire based on the detection result of the range sensor. A trolley wire inspection device to be obtained, wherein the arithmetic unit converts the position of the measurement object measured by the control means for operating the range sensor and the range sensor into orthogonal coordinates, and is set in advance Detection range extraction means for extracting only the measurement object within the detection range and obtaining the coordinates thereof, and trolley line candidate coordinates from the coordinates of the plurality of measurement objects detected in one scan by the range sensor Trolley line coordinate detection means for detecting, and log output means for outputting the trolley line coordinates in a specific format,
And wherein the measuring area sensor, the scan plane is set the installation angle to have a tilt angle with an axis parallel to the width direction of the vehicle with respect to a plane perpendicular to the traveling direction of the vehicle Trolley line inspection device .
前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角を有するとともに、前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とするトロリ線検測装置。 A range sensor installed on the roof of the vehicle; and an arithmetic unit installed inside the vehicle, and the arithmetic unit determines the height and displacement of the trolley wire based on the detection result of the range sensor. A trolley wire inspection device to be obtained, wherein the arithmetic unit converts the position of the measurement object measured by the control means for operating the range sensor and the range sensor into orthogonal coordinates, and is set in advance Detection range extraction means for extracting only the measurement object within the detection range and obtaining the coordinates thereof, and trolley line candidate coordinates from the coordinates of the plurality of measurement objects detected in one scan by the range sensor Trolley line coordinate detection means for detecting, and log output means for outputting the trolley line coordinates in a specific format,
The range sensor has an inclination angle about an axis parallel to a vertical direction with respect to a plane whose scan plane is orthogonal to the traveling direction of the vehicle, and an inclination angle about an axis parallel to the width direction of the vehicle. A trolley wire inspection device characterized in that the installation angle is set so as to have.
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