JP5550532B2

JP5550532B2 - Speed measuring device

Info

Publication number: JP5550532B2
Application number: JP2010261920A
Authority: JP
Inventors: 憲治猪又; 正浩渡辺; 宏荒木; 貴久村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: JP2012112794A

Description

本発明は、車両等の移動体上に設けられ、路面に対する移動体の速度を計測する速度計測装置に関する。 The present invention relates to a speed measuring device that is provided on a moving body such as a vehicle and measures the speed of the moving body with respect to a road surface.

車両等の移動体上に設けられ、路面に対する移動体の速度を計測する対地速度検出装置として、特許文献１及び２の発明が知られている。 Patent Documents 1 and 2 are known as ground speed detection devices that are provided on a moving body such as a vehicle and measure the speed of the moving body with respect to a road surface.

特許文献１の発明は、電波を発生する送信機と、車両から軌道面に上記電波を放射するアンテナと、軌道面から得られる反射電力と送信電力の一部とを混合してドップラー信号成分を得る混合器と、この混合器の出力から、ある一定レベル以上の信号を検出しこれをパルスに変換するパルス発生器及びカウンターとを備え、パルス数とパルスの始点、終点時刻を計測することによって走行距離と所要時間を求め、これから車両の走行速度を導出するように構成される。 The invention of Patent Document 1 mixes a transmitter that generates radio waves, an antenna that radiates the radio waves from the vehicle to the track surface, and a reflected power obtained from the track surface and a part of the transmission power to generate a Doppler signal component. And a pulse generator and counter for detecting a signal above a certain level from the output of the mixer and converting it into a pulse, and measuring the number of pulses and the start and end times of the pulse. The travel distance and the required time are obtained, and the travel speed of the vehicle is derived therefrom.

特許文献２の発明は、路面との距離を測定する第１の対地距離センサと、この第１の対地距離センサと車両進行方向に平行に該第１の対地距離センサと所定距離を有して配され、第１の対地処理センサから所定距離離れた地点の路面との距離を測定する第２の対地距離センサと、第１の対地距離センサからの距離信号に基づいて、車両が進行する路面をトレースする第１の路面トレース手段と、第２の対地距離センサからの距離信号に基づいて、車両が進行する路面をトレースする第２の路面トレース手段と、第１の路面トレース手段によってトレースされた路面の特徴と、第２の路面トレース手段によってトレースされた路面の特徴を比較し、第１の対地距離センサが通過した場所を第２の対地距離センサが通過する時間差を検出する時間遅れ検出手段と、この時間遅れ検出手段によって検出された時間差と、第１の対地距離センサと第２の対地距離センサの所定距離から、車両の対地速度を検出する対地速度検出手段とを具備する。 The invention of Patent Document 2 has a first ground distance sensor for measuring a distance to a road surface, and a predetermined distance from the first ground distance sensor parallel to the first ground distance sensor and the vehicle traveling direction. A road surface on which the vehicle travels based on a distance signal from the second ground distance sensor that is disposed and measures a distance from a road surface at a predetermined distance from the first ground processing sensor, and a distance signal from the first ground distance sensor Is traced by the first road surface tracing means, the second road surface tracing means for tracing the road surface on which the vehicle travels, and the first road surface tracing means based on the distance signal from the second ground distance sensor. Comparing the characteristics of the road surface and the characteristics of the road surface traced by the second road surface tracing means, and detecting the time difference that the second ground distance sensor passes through the place where the first ground distance sensor passes And a ground speed detecting means for detecting a ground speed of the vehicle from a time difference detected by the time delay detecting means and a predetermined distance between the first ground distance sensor and the second ground distance sensor. .

計測した速度を用いることで、所定の基準点からの走行距離又は積算走行距離を計算することができる。 By using the measured speed, it is possible to calculate a travel distance or a cumulative travel distance from a predetermined reference point.

特開昭５８−２０６９９１号公報。JP 58-206991 A. 特開平６−１３８２２１号公報。JP-A-6-138221.

特許文献１の発明では、ドップラー信号に基づいて走行速度を決定しているので、車両が低速で移動している場合にはドップラー周波数が非常に低くなり、計測不能になる。そのため、特許文献１の発明では、低速移動は停止と判定され、積算走行距離に誤差が生じるという問題がある。 In the invention of Patent Document 1, since the traveling speed is determined based on the Doppler signal, when the vehicle is moving at a low speed, the Doppler frequency becomes very low and measurement becomes impossible. Therefore, in the invention of Patent Document 1, it is determined that low-speed movement is stopped, and there is a problem that an error occurs in the accumulated travel distance.

特許文献２の発明では、２つの対地距離センサのそれぞれは、その直下の路面との距離を計測しているので、取得される路面の特徴情報は限定的である。特許文献２の発明では、速度を計測する際に限定的な特徴情報しか使用できないことに起因して、誤差が生じるおそれがある。 In the invention of Patent Document 2, since each of the two ground distance sensors measures the distance from the road surface immediately below, the acquired road surface feature information is limited. In the invention of Patent Document 2, an error may occur due to the fact that only limited feature information can be used when measuring the speed.

本発明の課題は、以上の問題点を解決し、路面に対する移動体の速度を正確に計測することができる速度計測装置を提供することにある。 The subject of this invention is providing the speed measuring device which can measure the speed of the mobile body with respect to a road surface which solves the above problem and can measure correctly.

本発明の速度計測装置によれば、
路面に対する移動体の速度を計測する速度計測装置であって、上記速度計測装置は、
上記移動体に設けられ、上記路面断面の上部形状を表す路面形状データを取得する路面形状センサと、
上記路面形状センサによって取得された路面形状データを格納するメモリと、
上記メモリに格納された上記路面形状データに基づいて、上記移動体の速度を計算する演算手段とを備え、
上記路面形状センサは、上記路面に電波を放射し、上記路面形状センサからの距離が異なる上記路面上の複数の構造物の表面によって反射された各反射波の信号レベルを測定し、上記電波を放射してから上記各反射波が戻るまでの伝搬時間に基づいて上記路面形状センサから上記各構造物までの伝搬距離を測定し、上記伝搬距離の関数として表された上記信号レベルを上記路面形状データとして取得し、上記路面形状センサは、少なくとも第１及び第２の測定時間を含む複数の測定時間において上記路面形状データを取得し、上記第１の測定時間において第１の路面形状データを取得し、上記第２の測定時間において第２の路面形状データを取得し、
上記演算手段は、上記第１及び第２の路面形状データのそれぞれの伝搬距離を、上記路面に射影した水平距離に変換し、上記第１及び第２の路面形状データの一方を水平距離に関してずらしたときの上記第１の路面形状データと上記第２の路面形状データとの相互相関値を計算し、上記相互相関値が最大になるときの上記第１の路面形状データと上記第２の路面形状データとの水平距離の差を決定し、上記水平距離の差を上記第１及び第２の測定時間の差で除算して上記移動体の速度を計算することを特徴とする。
According to the speed measuring device of the present invention,
A speed measuring device that measures the speed of a moving body relative to a road surface, wherein the speed measuring device is
A road surface shape sensor that is provided in the moving body and acquires road surface shape data representing an upper shape of the road surface section;
A memory for storing road surface shape data acquired by the road surface shape sensor;
Calculation means for calculating the speed of the moving body based on the road surface shape data stored in the memory;
The road surface shape sensor radiates radio waves to the road surface , measures the signal level of each reflected wave reflected by the surfaces of a plurality of structures on the road surface at different distances from the road surface shape sensor, and transmits the radio waves. The propagation distance from the road surface shape sensor to each of the structures is measured based on the propagation time from when the reflected wave is returned to when the reflected wave returns, and the signal level expressed as a function of the propagation distance is measured as the road surface shape. Acquired as data, and the road surface shape sensor acquires the road surface shape data at a plurality of measurement times including at least the first and second measurement times, and acquires the first road surface shape data at the first measurement time. And acquiring the second road surface shape data in the second measurement time,
The calculation means converts each propagation distance of the first and second road surface shape data into a horizontal distance projected onto the road surface, and shifts one of the first and second road surface shape data with respect to the horizontal distance. the cross-correlation value between the first road shape data and the second road shape data is calculated, and the first road shape data and the second road surface when the cross-correlation value is maximized when the A difference in horizontal distance from the shape data is determined, and the speed of the moving body is calculated by dividing the difference in horizontal distance by the difference between the first and second measurement times.

本発明によれば、路面に対する移動体の速度を正確に計測することができる速度計測装置を提供することができる。さらに、計測された速度を積算することにより、所定の基準点からの積算走行距離を計算することができる。さらに、移動する経路が予めわかっている場合には、計算された積算走行距離から現在位置を特定することもできる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the speed measuring device which can measure the speed of the moving body with respect to a road surface correctly can be provided. Further, by integrating the measured speeds, the integrated travel distance from a predetermined reference point can be calculated. Further, when the moving route is known in advance, the current position can be specified from the calculated accumulated travel distance.

本発明の実施の形態１に係る速度計測装置を備えた車両１０の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the vehicle 10 provided with the speed measuring device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１の距離センサ１１の照射範囲１０１を示す、軌道の上面図である。It is a top view of an orbit showing the irradiation range 101 of the distance sensor 11 of FIG. 図１の距離センサ１１の詳細構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the distance sensor 11 of FIG. 図３の距離センサコントローラ２１によって発生される矩形波の送信信号の波形１１１と、図３のフィルタ２２を通過後の送信信号の波形１１２と、図３の包絡線検波器２７による検波後の受信信号の波形１１３とを示す図である。The waveform 111 of the transmission signal of the rectangular wave generated by the distance sensor controller 21 in FIG. 3, the waveform 112 of the transmission signal after passing through the filter 22 in FIG. 3, and the reception after detection by the envelope detector 27 in FIG. It is a figure which shows the waveform 113 of a signal. 図１の距離センサ１１による路面５の測定を示す図である。It is a figure which shows the measurement of the road surface 5 by the distance sensor 11 of FIG. 路面形状データが車両１０の移動に伴って変化する様子を示す図である。2 is a diagram showing how road surface shape data changes as a vehicle 10 moves. FIG. 異なる測定時間における路面形状データのピークの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the peak of the road surface shape data in different measurement time. 図１の演算装置１３によって実行される速度及び距離演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the speed and distance calculation process performed by the calculating device 13 of FIG. カルマンフィルタを用いたノイズ低減を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the noise reduction using a Kalman filter. 本発明の実施の形態２に係る速度計測装置の距離センサの照射範囲１０１，１０２を示す、軌道の上面図である。It is a top view of a track | orbit which shows the irradiation ranges 101 and 102 of the distance sensor of the speed measuring device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係る電波反射体４２を含む軌道の図である。It is a figure of the track | orbit including the electromagnetic wave reflector 42 which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態４に係る電波反射体５４を含む軌道の図である。It is a figure of the track | orbit including the electromagnetic wave reflector 54 which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５に係るエレベータ装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the elevator apparatus which concerns on Embodiment 5 of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る速度計測装置について説明する。各図にわたって、同様の構成要素は同じ参照番号で示す。図面中のＸＹＺ座標を参照する。 Hereinafter, a speed measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Similar components are denoted by the same reference numerals throughout the figures. Refer to the XYZ coordinates in the drawing.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る速度計測装置を備えた車両１０の構成を示す概略図である。実施の形態１の速度計測装置は、軌道上を走行する車両１０上に設けられ、路面に対する車両１０の速度を計測する。車両１０は、図１の＋Ｘ方向に進むものとする。軌道は、地面１、枕木２ａ〜２ｅ、レール３ａ及び３ｂ（図２を参照）、及び締結装置４ａ〜４ｊ（図２を参照）からなり、レール３ａ及び３ｂは締結装置４ａ〜４ｊによって枕木２ａ〜２ｅに固定されている。車両１０は、路面の形状（例えば、路面断面の上部形状）を表す路面形状データを取得する距離センサ１１と、路面形状データを格納するメモリ１２と、車両１０の速度及び積算走行距離を演算する演算装置１３と、演算結果を表示する表示装置１４と、距離センサ１１のためのタイミングパルス（以下、測定パルスという。）を周期的に発生する測定タイミング回路１５と、演算装置１３のためのタイミングパルス（以下、演算パルスという。）を周期的に発生する演算タイミング回路１６と、積算走行距離の基点を表す基点パルスを演算装置１３に入力するコントローラ１７とを備える。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle 10 provided with a speed measurement device according to Embodiment 1 of the present invention. The speed measurement device according to the first embodiment is provided on a vehicle 10 that travels on a track, and measures the speed of the vehicle 10 with respect to a road surface. It is assumed that the vehicle 10 proceeds in the + X direction in FIG. The track is composed of the ground 1, sleepers 2a to 2e, rails 3a and 3b (see FIG. 2), and fastening devices 4a to 4j (see FIG. 2). The rails 3a and 3b are sleepers 2a by the fastening devices 4a to 4j. It is fixed to ~ 2e. The vehicle 10 calculates a distance sensor 11 that acquires road surface shape data representing a road surface shape (for example, an upper shape of a road surface cross section), a memory 12 that stores the road surface shape data, a speed of the vehicle 10 and an integrated travel distance. An arithmetic device 13, a display device 14 for displaying the arithmetic result, a measurement timing circuit 15 that periodically generates a timing pulse for the distance sensor 11 (hereinafter referred to as a measurement pulse), and a timing for the arithmetic device 13 An arithmetic timing circuit 16 that periodically generates a pulse (hereinafter referred to as an arithmetic pulse) and a controller 17 that inputs a base point pulse that represents a base point of the accumulated travel distance to the arithmetic unit 13 are provided.

距離センサ１１は、車両１０の下面に設けられる。距離センサ１１は、電波を放射して軌道上のさまざまな構造物によって反射された複数の反射波を受信し、各反射波の信号レベルと、電波を放射してから各反射波が戻るまでの伝搬時間からわかる伝搬距離とを測定することで、路面形状データを取得する。伝搬距離は「伝搬時間×光速÷２」から得られる。ある伝搬距離における構造物からの反射波の信号レベルが高いことは、その構造物が、路面において特徴的な反射物（すなわち、枕木２ａ〜２ｅ及び締結装置４ａ〜４ｊなど）であることを示す。測定タイミング回路１５は、距離センサ１１に測定を開始するタイミング（測定時間）を指示するための測定パルスを周期的に発生する。メモリ１２は、距離センサ１１により測定パルス毎に測定された路面形状データのうち、少なくとも２つの測定時間における路面形状データ（すなわち、前回の路面形状データと最新の路面形状データ）を格納する。演算装置１３は、演算パルスが入力される毎に、メモリ１２に格納された路面形状データに基づいて、図８を参照して後述する速度及び距離演算処理を実行することで、車両１０の速度及び積算走行距離を演算する。コントローラ１７は、外部のリセットボタン（図示せず。）からのリセット信号等に応答して、積算走行距離の基点を表す基点パルスを生成して演算装置１３に入力する。 The distance sensor 11 is provided on the lower surface of the vehicle 10. The distance sensor 11 receives a plurality of reflected waves radiated by radio waves and reflected by various structures on the orbit, and the signal level of each reflected wave and the time from the emission of the radio waves to the return of each reflected wave. Road surface shape data is acquired by measuring the propagation distance known from the propagation time. The propagation distance is obtained from “propagation time × light speed ÷ 2”. A high signal level of the reflected wave from the structure at a certain propagation distance indicates that the structure is a characteristic reflector on the road surface (ie, sleepers 2a to 2e and fastening devices 4a to 4j). . The measurement timing circuit 15 periodically generates measurement pulses for instructing the distance sensor 11 to start measurement (measurement time). The memory 12 stores road surface shape data at at least two measurement times (that is, the previous road surface shape data and the latest road surface shape data) among the road surface shape data measured for each measurement pulse by the distance sensor 11. The calculation device 13 executes the speed and distance calculation processing described later with reference to FIG. 8 based on the road surface shape data stored in the memory 12 every time a calculation pulse is input, thereby the speed of the vehicle 10. And the total travel distance is calculated. In response to a reset signal or the like from an external reset button (not shown), the controller 17 generates a base point pulse representing the base point of the accumulated travel distance and inputs it to the arithmetic unit 13.

図２は、図１の距離センサ１１の照射範囲１０１を示す、軌道の上面図である。距離センサ１１は、その直下から前方までの範囲にわたって電波が照射されるように、特に締結装置４ａ〜４ｅのうちの複数個に電波が照射されるように、車両１０の進行方向に沿って斜め前方に向かって電波を放射する。距離センサ１１が電波を放射したとき、金属である締結装置４ａ〜４ｅから強い反射波が戻ってくる。締結装置４ａ〜４ｅの間隔は５０〜６０ｃｍ程度である。距離センサ１１からあまり遠方を照射すると、車両１０がカーブを走行時に電波が締結装置４ａ〜４ｅに当らなくなるので、例えば、距離センサ１１の直下のやや後方（例えば、−Ｘ方向に１０ｃｍ程度）から前方２ｍ程度までに電波を照射する。距離センサ１１は、レール３ａ（又は３ｂ）の真上ではなく、例えばレール３ａ，３ｂ間の中央付近において車両１０の下面に設置され、電波を、斜めから（すなわちＺ軸方向の成分を有して）締結装置４ａ〜４ｅに照射させる。これは、距離センサ１１をレール３ａ，３ｂの真上に設置すると、レール３ａ，３ｂからの反射波によって他の構造物からの反射波が隠蔽され、十分な路面形状データを取得できなくなるからである。距離センサ１１は、締結装置４ａ〜４ｅを十分観測できる程度に短い波長を有する電波を放射する。締結装置４ａ〜４ｅが直径４０〜５０ｍｍ程度のボルトを含む場合、電波の波長は１０〜３０ｍｍ程度が望ましい。距離センサ１１から放射される電波の偏波は、レール３ａ，３ｂの長手方向に対して直交しているものとする。これにより、レール３ａ，３ｂからの反射を抑えることができる。 FIG. 2 is a top view of the trajectory showing the irradiation range 101 of the distance sensor 11 of FIG. The distance sensor 11 is oblique along the traveling direction of the vehicle 10 so that radio waves are irradiated over a range from immediately below to the front, and particularly, a plurality of the fastening devices 4a to 4e are irradiated. Radio waves are emitted toward the front. When the distance sensor 11 radiates radio waves, strong reflected waves return from the fastening devices 4a to 4e that are metal. The interval between the fastening devices 4a to 4e is about 50 to 60 cm. If the distance sensor 11 irradiates too far away, the radio wave does not hit the fastening devices 4a to 4e when the vehicle 10 travels on a curve. For example, from slightly behind (for example, about 10 cm in the -X direction) directly below the distance sensor 11. Irradiate radio waves up to about 2m ahead. The distance sensor 11 is installed not on the rail 3a (or 3b) but on the lower surface of the vehicle 10 near the center between the rails 3a and 3b, for example. And irradiating the fastening devices 4a to 4e. This is because when the distance sensor 11 is installed directly above the rails 3a and 3b, the reflected waves from the other structures are concealed by the reflected waves from the rails 3a and 3b, and sufficient road surface shape data cannot be acquired. is there. The distance sensor 11 radiates radio waves having a wavelength short enough to sufficiently observe the fastening devices 4a to 4e. When the fastening devices 4a to 4e include bolts having a diameter of about 40 to 50 mm, the wavelength of the radio wave is preferably about 10 to 30 mm. It is assumed that the polarization of the radio wave radiated from the distance sensor 11 is orthogonal to the longitudinal direction of the rails 3a and 3b. Thereby, reflection from rails 3a and 3b can be suppressed.

図３は、図１の距離センサ１１の詳細構成を示すブロック図である。距離センサ１１は、距離センサコントローラ２１と、電波を放射するためのフィルタ２２、増幅器２３、及び送信アンテナ２４と、反射波を受信するための受信アンテナ２５、増幅器２６、包絡線検波器２７、及びアナログ・デジタル（ＡＤ）変換器２８と、クロック発振器２９とを備える。距離センサコントローラ２１は、クロック発振器２９から供給されるクロック信号に基づいて動作する。距離センサコントローラ２１は、ＰＬＬ（フェイズ・ロック・ループ）回路を内臓し（図示せず。）、供給されたクロック信号の周波数をＰＬＬ回路により逓倍することで高周波のクロック信号を生成して動作してもよい。距離センサコントローラ２１は、測定タイミング回路１５から測定パルスを受信する毎に路面の測定を行って路面形状データを生成し、メモリ１２に送る。 FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the distance sensor 11 of FIG. The distance sensor 11 includes a distance sensor controller 21, a filter 22 for radiating radio waves, an amplifier 23, and a transmission antenna 24, a reception antenna 25 for receiving reflected waves, an amplifier 26, an envelope detector 27, and An analog / digital (AD) converter 28 and a clock oscillator 29 are provided. The distance sensor controller 21 operates based on the clock signal supplied from the clock oscillator 29. The distance sensor controller 21 includes a PLL (phase lock loop) circuit (not shown), and operates by generating a high-frequency clock signal by multiplying the frequency of the supplied clock signal by the PLL circuit. May be. The distance sensor controller 21 measures the road surface every time it receives a measurement pulse from the measurement timing circuit 15, generates road surface shape data, and sends it to the memory 12.

距離センサコントローラ２１は、測定タイミング回路１５から測定パルスを受信したとき、まず、距離センサコントローラ２１のクロック信号に基づいて矩形波の送信信号を生成し、生成した送信信号をフィルタ２２に送る。フィルタ２２は矩形波の送信信号の高調波成分を取り出す。フィルタ２２は、例えば、２７〜２９ＧＨｚの成分を通過させるチェビシェフＩ型フィルタである。これにより、フィルタ２２は、２８ＧＨｚを中心周波数とするパルス波の送信信号を出力する。図４に、距離センサコントローラ２１によって発生される矩形波の送信信号の波形１１１と、フィルタ２２を通過後の送信信号の波形１１２とを示す。このように、矩形波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジでパルス波が形成される。フィルタ２２から出力されたパルス波の送信信号は、増幅器２３により所定の出力電力まで増幅され、送信アンテナ２４から放射される。送信アンテナ２４は、照射範囲１０１（図１及び図２を参照）に向かって電波を放射する指向性アンテナである。送信アンテナ２４から放射されたパルス波の電波は、地面１、枕木２ａ〜２ｅ、及び締結装置４ａ〜４ｅなどの軌道上の構造物により反射され、反射波は受信アンテナ２５で受信される。受信アンテナ２５で受信されたパルス波の受信信号は、増幅器２６により増幅されて包絡線検波器２７に送られる。包絡線検波器２７は、パルス波の受信信号を検波してその包絡線信号を生成する。図４に、包絡線検波器２７による検波後の受信信号の波形１１３を示す。受信信号は、電波を放射してから反射波が戻るまでの伝搬時間を含む、送信信号に対する遅延時間１１４が経過した後に受信される。包絡線検波器２７による検波後の受信信号は、ＡＤ変換器２８によってＡＤ変換され、距離センサコントローラ２１に送られる。距離センサコントローラ２１は、各反射波の信号レベルと、電波を放射してから各反射波が戻るまでの伝搬時間からわかる伝搬距離とを測定することで、路面形状データを生成する。距離センサ１１と軌道上の複数の構造物との間の異なる伝搬距離を考慮して、電波の照射範囲１０１内において最も近い構造物からの反射波と最も遠い構造物からの反射波とを受信するように、距離センサコントローラ２１は、所定時間にわたって受信信号の取り込みを継続する。前述のように、距離センサ１１の直下のやや後方から前方２ｍまでの照射範囲で電波を放射する場合には、受信信号の取り込みを継続する時間は、「２ｍ÷光速×２＝約１３ナノ秒」であるので、余裕をみて２０ナノ秒程度とする。距離センサ１１の内部回路における信号伝送時間は予め測定され、距離センサコントローラ２１は、路面形状データを生成するとき、電波の伝搬時間のみを考慮することができる。距離センサコントローラ２１は、最後に、生成された路面状態データをメモリ１２に送る。距離センサ１１は、測定タイミング回路１５から測定パルスを受信する毎に以上の処理を繰り返す。 When receiving the measurement pulse from the measurement timing circuit 15, the distance sensor controller 21 first generates a rectangular wave transmission signal based on the clock signal of the distance sensor controller 21, and sends the generated transmission signal to the filter 22. The filter 22 extracts a harmonic component of the rectangular wave transmission signal. The filter 22 is, for example, a Chebyshev I-type filter that passes components of 27 to 29 GHz. Accordingly, the filter 22 outputs a pulse wave transmission signal having a center frequency of 28 GHz. FIG. 4 shows a waveform 111 of a rectangular transmission signal generated by the distance sensor controller 21 and a waveform 112 of the transmission signal after passing through the filter 22. Thus, a pulse wave is formed by the rising edge and falling edge of the rectangular wave. The pulse wave transmission signal output from the filter 22 is amplified to a predetermined output power by the amplifier 23 and radiated from the transmission antenna 24. The transmission antenna 24 is a directional antenna that radiates radio waves toward the irradiation range 101 (see FIGS. 1 and 2). The pulse wave radiated from the transmitting antenna 24 is reflected by structures on the orbit such as the ground 1, the sleepers 2 a to 2 e, and the fastening devices 4 a to 4 e, and the reflected wave is received by the receiving antenna 25. The reception signal of the pulse wave received by the receiving antenna 25 is amplified by the amplifier 26 and sent to the envelope detector 27. The envelope detector 27 detects a received pulse wave signal and generates an envelope signal thereof. FIG. 4 shows a waveform 113 of the received signal after detection by the envelope detector 27. The reception signal is received after a delay time 114 with respect to the transmission signal has elapsed, including the propagation time from when the radio wave is emitted until the reflected wave returns. The reception signal after detection by the envelope detector 27 is AD converted by the AD converter 28 and sent to the distance sensor controller 21. The distance sensor controller 21 generates road surface shape data by measuring the signal level of each reflected wave and the propagation distance that is known from the propagation time from when each reflected wave returns after each radio wave is emitted. In consideration of different propagation distances between the distance sensor 11 and a plurality of structures on the orbit, the reflected wave from the nearest structure and the reflected wave from the farthest structure in the radio wave irradiation range 101 are received. As described above, the distance sensor controller 21 continues to capture the received signal for a predetermined time. As described above, when radio waves are radiated in the irradiation range from slightly behind the distance sensor 11 to 2 m ahead, the time for continuously receiving the received signal is “2 m ÷ light velocity × 2 = about 13 nanoseconds”. Therefore, the margin is set to about 20 nanoseconds. The signal transmission time in the internal circuit of the distance sensor 11 is measured in advance, and the distance sensor controller 21 can consider only the radio wave propagation time when generating road surface shape data. Finally, the distance sensor controller 21 sends the generated road surface condition data to the memory 12. The distance sensor 11 repeats the above process every time it receives a measurement pulse from the measurement timing circuit 15.

距離センサコントローラ２１は、例えばＦＰＧＡによって構成してもよい。 The distance sensor controller 21 may be configured by, for example, an FPGA.

図８は、図１の演算装置１３によって実行される速度及び距離演算処理を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing speed and distance calculation processing executed by the calculation device 13 of FIG.

ステップＳ１において、演算タイミング回路１６から演算パルスが入力される。演算装置１３は、演算パルスが入力される毎に、メモリ１２に格納された路面形状データから車両１０の速度を計算するとともに、演算パルスが入力された時点からの走行距離を計算し、計算された走行距離から積算走行距離を計算する。ステップＳ２において、前回の測定時間における路面形状データと、現在の測定時間における路面形状データとをメモリ１２から読み出し、演算装置１３に内蔵した一時メモリ（図示せず。）に格納する。ステップＳ３において、路面形状データの伝搬距離を、路面に射影した水平距離に変換する。 In step S <b> 1, a calculation pulse is input from the calculation timing circuit 16. The calculation device 13 calculates the speed of the vehicle 10 from the road surface shape data stored in the memory 12 every time a calculation pulse is input, and calculates the travel distance from the time when the calculation pulse is input. The total travel distance is calculated from the travel distance. In step S2, the road surface shape data at the previous measurement time and the road surface shape data at the current measurement time are read from the memory 12 and stored in a temporary memory (not shown) built in the arithmetic device 13. In step S3, the propagation distance of the road surface shape data is converted into a horizontal distance projected onto the road surface.

図５は、図１の距離センサ１１による路面５の測定を示す図である。図示の簡単化のために、地面１及び枕木２ａ〜２ｅをまとめて、路面５として示す。
図５を参照すると、距離センサ１１から電波を放射して路面からの反射波を受信することにより、距離センサ１１から締結装置４ｃ〜４ｅまでの伝搬距離１２１〜１２３が測定されている。
路面５から車両１０までの高さ１２４は、距離センサ１１がその直下の路面５（又は締結装置）からの反射波を受信したときの伝搬距離、すなわち伝搬距離の最小値からわかる。
Ｒを伝搬距離として、Ｈを路面５から車両１０までの高さ１２４とすると、距離センサ１１から軌道上の構造物までの水平距離（すなわち路面上に射影された距離）を次式により得ることができる。 FIG. 5 is a diagram showing measurement of the road surface 5 by the distance sensor 11 of FIG. For simplification of illustration, the ground 1 and the sleepers 2a to 2e are collectively shown as a road surface 5.
Referring to FIG. 5, the propagation distances 121 to 123 from the distance sensor 11 to the fastening devices 4c to 4e are measured by emitting radio waves from the distance sensor 11 and receiving reflected waves from the road surface.
The height 124 from the road surface 5 to the vehicle 10 can be found from the propagation distance when the distance sensor 11 receives the reflected wave from the road surface 5 (or fastening device) immediately below it, that is, the minimum value of the propagation distance.
When R is the propagation distance and H is the height 124 from the road surface 5 to the vehicle 10, the horizontal distance from the distance sensor 11 to the structure on the track (that is, the distance projected on the road surface) is obtained by the following equation. Can do.

数１により、伝搬距離１２１〜１２３は水平距離１２３〜１２７に変換される。水平距離１２３〜１２７は、路面５上の実際の距離に一致する。 According to Equation 1, the propagation distances 121 to 123 are converted into horizontal distances 123 to 127. The horizontal distances 123 to 127 coincide with the actual distance on the road surface 5.

図６は、路面形状データが車両１０の移動に伴って変化する様子を示す図である。図６の最上段のグラフは、伝搬距離（図５の伝搬距離１２１〜１２３）で表された路面形状データである。反射波のピーク１３１〜１３３は、距離センサ１１から締結装置４ｃ〜４ｅまでの伝搬距離と、電波を放射して締結装置４ｃ〜４ｅによって反射された各反射波の信号レベルとを示す。図６の上から２段目のグラフは、車両１０の移動に伴って反射波のピーク１３１〜１３３（それぞれ、参照番号１３４〜１３６で示す。）が変化する様子を示す。２段目のグラフもまた、最上段のグラフと同様に、伝搬距離で表された路面形状データを示す。２段目のグラフによれば、車両１０が移動するに応じて、伝搬距離が次第に短くなっていることがわかる。前述のように、伝搬距離の最小値は、路面５から車両１０までの高さ１２４である。演算装置１３は、伝搬距離の最小値を、演算装置１３に内蔵した不揮発性メモリ（図示せず。）に格納し、演算装置１３の動作中に常に更新する。演算装置１３は、電源投入時には、その不揮発性メモリから伝搬距離の最小値を読み出す。図６の３段目のグラフは、数１により伝搬距離から変換された水平距離（図５の水平距離１２５〜１２７）で表された路面形状データである。反射波のピーク１４１〜１４３は、最上段のグラフの反射波のピーク１３１〜１３３に対応し、距離センサ１１から締結装置４ｃ〜４ｅまでの水平距離と、電波を放射して締結装置４ｃ〜４ｅによって反射された各反射波の信号レベルとを示す。図６の最下段のグラフは、車両１０の移動に伴って反射波のピーク１４１〜１４３（それぞれ、参照番号１４４〜１４６で示す。）が変化する様子を示す。最下段のグラフもまた、３段目のグラフと同様に、水平距離で表された路面形状データを示す。伝搬距離は、車両１０の移動に対して非線形に変化するが、水平距離は線形に変化する。従って、車両１０が等速で移動する場合は、最下段のグラフに示すように反射波のピーク１４４〜１４６は直線になる。また、例えば、締結装置４ｃ〜４ｅが地面１に等間隔で配置されている場合、伝搬距離１２１〜１２３は均等にはならないが、水平距離１２５〜１２７は均等になる。 FIG. 6 is a diagram illustrating how the road surface shape data changes as the vehicle 10 moves. The uppermost graph in FIG. 6 is road surface shape data represented by a propagation distance (propagation distances 121 to 123 in FIG. 5). Reflected wave peaks 131 to 133 indicate the propagation distance from the distance sensor 11 to the fastening devices 4c to 4e and the signal levels of the reflected waves that radiate radio waves and are reflected by the fastening devices 4c to 4e. The second graph from the top in FIG. 6 shows how the reflected wave peaks 131 to 133 (indicated by reference numerals 134 to 136 respectively) change as the vehicle 10 moves. Similarly to the uppermost graph, the second graph also shows road surface shape data represented by the propagation distance. According to the second graph, it can be seen that the propagation distance gradually decreases as the vehicle 10 moves. As described above, the minimum value of the propagation distance is the height 124 from the road surface 5 to the vehicle 10. The arithmetic device 13 stores the minimum value of the propagation distance in a non-volatile memory (not shown) built in the arithmetic device 13 and constantly updates the arithmetic device 13 during operation. When the power is turned on, the arithmetic unit 13 reads the minimum value of the propagation distance from the nonvolatile memory. The graph in the third row in FIG. 6 is road surface shape data represented by a horizontal distance (horizontal distances 125 to 127 in FIG. 5) converted from the propagation distance by Equation 1. Reflected wave peaks 141 to 143 correspond to the reflected wave peaks 131 to 133 in the uppermost graph, and the horizontal distance from the distance sensor 11 to the fastening devices 4c to 4e and the fastening devices 4c to 4e by emitting radio waves. The signal level of each reflected wave reflected by is shown. The lowermost graph in FIG. 6 shows how the reflected wave peaks 141 to 143 (indicated by reference numerals 144 to 146, respectively) change as the vehicle 10 moves. The lowermost graph also shows road surface shape data expressed in the horizontal distance, like the third graph. The propagation distance changes nonlinearly with respect to the movement of the vehicle 10, but the horizontal distance changes linearly. Therefore, when the vehicle 10 moves at a constant speed, the reflected wave peaks 144 to 146 are straight as shown in the lowermost graph. For example, when the fastening devices 4c to 4e are arranged on the ground 1 at equal intervals, the propagation distances 121 to 123 are not equal, but the horizontal distances 125 to 127 are equal.

ステップＳ４において、水平距離を変数ｘとする前回の測定時間における路面形状データと現在の測定時間における路面形状データとの相互相関値Ｒ（ｘ）を計算し、相互相関値Ｒ（ｘ）を最大化する距離ｘを決定する。この距離ｘは、前回の測定時間と現在の測定時間との間に車両１０が移動した距離を表す。図７は、異なる測定時間における路面形状データのピークの変化を示す図である。図７の上段のグラフは、前回の測定時間における路面形状データ（反射波のピーク１５１〜１５３を含む。）を示し、図７の下段のグラフは、現在の測定時間における路面形状データ（反射波のピーク１５４〜１５６を含む。）を示す。図７において、例えば、反射波のピーク１５１，１５４は同じ締結装置４ｃからの反射波のピークを示し、反射波のピーク１５２，１５５は同じ締結装置４ｄからの反射波のピークを示し、反射波のピーク１５３，１５６は同じ締結装置４ｅからの反射波のピークを示す。図７の場合では、反射波のピーク１５１，１５４間の水平距離、反射波のピーク１５２，１５５間の水平距離、反射波のピーク１５３，１５６間の水平距離が、前回の測定時間と現在の測定時間との間に移動した距離である。具体的には、次式に示す相互相関値Ｒ（ｘ）を最大化する距離ｘを決定することにより、前回の測定時間と現在の測定時間との間に移動した距離を求める。 In step S4, the cross-correlation value R (x) between the road surface shape data at the previous measurement time and the road surface shape data at the current measurement time with the horizontal distance as a variable x is calculated, and the cross-correlation value R (x) is maximized. The distance x to be converted is determined. This distance x represents the distance traveled by the vehicle 10 between the previous measurement time and the current measurement time. FIG. 7 is a diagram illustrating changes in the peak of road surface shape data at different measurement times. The upper graph in FIG. 7 shows road surface shape data (including reflected wave peaks 151 to 153) at the previous measurement time, and the lower graph in FIG. 7 shows road surface shape data (reflected wave at the current measurement time). Of peaks 154 to 156). In FIG. 7, for example, reflected wave peaks 151 and 154 indicate the peak of the reflected wave from the same fastening device 4c, and reflected wave peaks 152 and 155 indicate the peak of the reflected wave from the same fastening device 4d. The peaks 153 and 156 indicate the peaks of the reflected waves from the same fastening device 4e. In the case of FIG. 7, the horizontal distance between the reflected wave peaks 151 and 154, the horizontal distance between the reflected wave peaks 152 and 155, and the horizontal distance between the reflected wave peaks 153 and 156 are the previous measurement time and the current measurement time. The distance traveled between the measurement times. Specifically, the distance moved between the previous measurement time and the current measurement time is determined by determining the distance x that maximizes the cross-correlation value R (x) expressed by the following equation.

ここで、Ａ（ｍ）は、前回の測定時間における、水平距離ｍで表された路面形状データであり、Ｂ（ｍ）は、現在の測定時間における、水平距離ｍで表された路面形状データである。Ｍは水平距離の最大値である。 Here, A (m) is road surface shape data represented by the horizontal distance m at the previous measurement time, and B (m) is road surface shape data represented by the horizontal distance m at the current measurement time. It is. M is the maximum horizontal distance.

ステップＳ５において、数２により決定された距離ｘを前回の測定時間と現在の測定時間との間の経過時間により除算して車両１０の速度を計算する。なお、前回の測定時間と現在の測定時間との間の経過時間は、測定タイミング回路１５の測定パルスの周期と同じである。ステップＳ６において、計算された速度に演算パルスの周期を乗算することにより演算パルスが入力されてからの走行距離を計算し、計算された走行距離を積算することで、基点（すなわち、コントローラ１７から基点パルスが入力されたときの車両１０の位置）からの積算走行距離を計算する。ステップＳ７において、速度及び積算走行距離を表示装置１４に表示させ、ステップＳ１に戻る。 In step S5, the speed x of the vehicle 10 is calculated by dividing the distance x determined by Equation 2 by the elapsed time between the previous measurement time and the current measurement time. The elapsed time between the previous measurement time and the current measurement time is the same as the period of the measurement pulse of the measurement timing circuit 15. In step S6, the calculated distance is calculated by multiplying the calculated speed by the period of the calculated pulse, and the travel distance from the input of the calculated pulse is calculated, and the calculated travel distance is integrated to obtain the base point (that is, from the controller 17). The total travel distance from the position of the vehicle 10 when the base pulse is input is calculated. In step S7, the speed and the accumulated travel distance are displayed on the display device 14, and the process returns to step S1.

車両１０の速度は、加速または減速により変動する。このとき、反射波のピークは、図６の最下段のグラフのように直線にはならない。しかし、本発明の実施の形態によれば、
前回の測定時間と現在の測定時間との間に移動した距離から速度及び走行距離を計算し、計算された走行距離を積算するので、途中で速度が変動していても関係なく、速度を計算する２つの測定時間毎に移動する距離は確定している。つまり、車両１０の速度の変動に関係なく、正確に積算走行距離を計算することができる。 The speed of the vehicle 10 varies due to acceleration or deceleration. At this time, the peak of the reflected wave does not become a straight line as in the lowermost graph of FIG. However, according to the embodiment of the present invention,
The speed and mileage are calculated from the distance traveled between the previous measurement time and the current measurement time, and the calculated mileage is integrated, so the speed is calculated regardless of whether the speed fluctuates in the middle. The distance traveled every two measurement times is fixed. That is, the accumulated travel distance can be accurately calculated regardless of the fluctuation of the speed of the vehicle 10.

実施の形態１では、パルス波の送信信号を用いて、距離センサ１１から軌道上の構造物までの伝搬距離を求めたが、ＦＭ−ＣＷ方式、スペクトル拡散方式、チャープパルス方式など、距離を測定できる他の方式を用いてもよい。 In the first embodiment, the propagation distance from the distance sensor 11 to the structure on the orbit is obtained using the transmission signal of the pulse wave, but the distance is measured by the FM-CW method, the spread spectrum method, the chirp pulse method, or the like. Other possible schemes may be used.

ここで、図６の最上段のグラフに示すしきい値１３７について補足する。距離センサ１１の電波の照射範囲１０１は、軌道の長手方向に対して横方向に多少は広がりを有する。そのため、距離センサ１１は、レール３ａ，３ｂより外側の構造物からの反射波を受信することもある。レール３ａ，３ｂより外側の構造物の伝搬距離の変化は、見かけ上、車両１０の速度より遅い。そのため、レール３ａ，３ｂより外側の構造物からの反射波に基づいて速度を計算すると、誤差が生じる。さいわい、レール３ａ，３ｂより外側の構造物は照射範囲１０１より外側にあるので、受信時の信号レベルは低い。よって、しきい値１３７を適切な値に設定し、そのような信号レベルが低い反射波に基づいて速度を計算しないようにしている。 Here, the threshold value 137 shown in the uppermost graph of FIG. 6 will be supplemented. The radio wave irradiation range 101 of the distance sensor 11 has a certain extent in the lateral direction with respect to the longitudinal direction of the orbit. Therefore, the distance sensor 11 may receive a reflected wave from a structure outside the rails 3a and 3b. The change in the propagation distance of the structure outside the rails 3 a and 3 b is apparently slower than the speed of the vehicle 10. Therefore, an error occurs when the velocity is calculated based on the reflected wave from the structure outside the rails 3a and 3b. Fortunately, since the structure outside the rails 3a, 3b is outside the irradiation range 101, the signal level at the time of reception is low. Therefore, the threshold value 137 is set to an appropriate value so that the velocity is not calculated based on such a reflected wave having a low signal level.

ところで、速度及び積算走行距離の誤差は、車体１０の振動による高さ１２４のずれ、距離センサ１１の受信雑音などがある。これらの誤差要因は、伝搬距離や水平距離の誤差として現れる。この誤差を低減するために、過去の数個の測定時間における路面形状データを使ってフィルタリングを行う。このフィルタリングにはカルマンフィルタが最適である。カルマンフィルタは、車両１０の動特性を用いてフィルタリングすることができる。移動平均フィルタを用いた場合には、突発的なノイズに影響を受ける。しかし、カルマンフィルタを使用すると、車両１０の動特性を越えるような突発的なノイズには影響を受けない。これらのことは一般的に知られたカルマンフィルタの特性であるが、本発明の実施の形態にとってカルマンフィルタが有利な点は以下にある。それは、いくつかの測定時間にわたる路面形状データのうちの両端の測定時間における路面形状データを使用できることということにある。速度及び積算走行距離の誤差を低減するためには、車両１０が移動する距離をなるべく広い時間にわたって測定することが望ましい。移動平均フィルタを用いた場合には両端の測定時間における路面形状データに誤差が残るが、カルマンフィルタは両端の測定時間における路面形状データの誤差を取り除いてくれる。図９は、カルマンフィルタを用いたノイズ低減を説明するための図である。ここでは、路面形状データの１つの反射波のピークに対してカルマルフィルタを適用した場合を示す。参照番号１６１の線は、カルマンフィルタ処理前の反射波のピークが時間的に変化する様子を示す。これは、車両１０が減速しているときの様子である。測定時間毎の反射波のピークを、反射波のピーク１６１の線上の丸印で示す。反射波のピーク１６１の水平距離の最大値及び最小値の差が、カルマンフィルタ処理前の変動幅１６２であるが、誤差を含んでいる。参照番号１６３の線は、カルマンフィルタ処理後の反射波のピークが時間的に変化する様子を示す。参照番号１６３の線では、両端の測定時間における路面形状データではノイズが抑圧され、カルマンフィルタ処理後の変動幅１６４によれば、誤差が低減していることがわかる。 By the way, the error of the speed and the accumulated travel distance includes a deviation of the height 124 due to the vibration of the vehicle body 10 and the reception noise of the distance sensor 11. These error factors appear as errors in propagation distance and horizontal distance. In order to reduce this error, filtering is performed using road surface shape data in the past several measurement times. The Kalman filter is optimal for this filtering. The Kalman filter can be filtered using the dynamic characteristics of the vehicle 10. When a moving average filter is used, it is affected by sudden noise. However, when the Kalman filter is used, it is not affected by sudden noise that exceeds the dynamic characteristics of the vehicle 10. Although these are generally known characteristics of the Kalman filter, the Kalman filter is advantageous to the embodiments of the present invention as follows. That is, road surface shape data at the measurement times at both ends of road surface shape data over several measurement times can be used. In order to reduce errors in speed and accumulated travel distance, it is desirable to measure the distance traveled by the vehicle 10 over as wide a time as possible. When the moving average filter is used, an error remains in the road surface shape data at the measurement times at both ends, but the Kalman filter removes the error in the road surface shape data at the measurement times at both ends. FIG. 9 is a diagram for explaining noise reduction using a Kalman filter. Here, a case where a Kalmar filter is applied to one reflected wave peak of road surface shape data is shown. The line of reference number 161 shows how the peak of the reflected wave before the Kalman filter processing changes with time. This is a situation when the vehicle 10 is decelerating. The peak of the reflected wave for each measurement time is indicated by a circle on the line of the reflected wave peak 161. The difference between the maximum value and the minimum value of the horizontal distance of the peak 161 of the reflected wave is the fluctuation range 162 before the Kalman filter processing, but includes an error. The line with the reference number 163 shows how the peak of the reflected wave after the Kalman filter processing changes with time. In the line of reference number 163, it can be seen that noise is suppressed in the road surface shape data at the measurement times at both ends, and the error is reduced according to the fluctuation range 164 after the Kalman filter processing.

以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、地面１、枕木２ａ〜２ｅ、締結装置４ａ〜４ｊなど、軌道上の構造物に電波を斜めから照射し、これらの構造物によって反射された各反射波の信号レベルと、距離センサ１１からこれらの構造物までの伝搬距離とを含む路面形状データを取得し、水平距離で表された路面形状データを求め、その水平距離で表された路面形状データの時間的な変化から、少ない誤差で車両１０の速度を計測することができ、さらに、少ない誤差で車両１０の積算走行距離を計算することができる。本発明の実施の形態１によれば、車両１０の速度が非常に低速であっても、正確に速度及び積算走行距離を求めることができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, radio waves are applied obliquely to structures on the track such as the ground 1, the sleepers 2a to 2e, and the fastening devices 4a to 4j, and these structures are used. Road surface shape data including the signal level of each reflected wave reflected and the propagation distance from the distance sensor 11 to these structures is obtained, road surface shape data represented by a horizontal distance is obtained, and represented by the horizontal distance. The speed of the vehicle 10 can be measured with a small error from the temporal change of the road surface shape data, and the integrated travel distance of the vehicle 10 can be calculated with a small error. According to Embodiment 1 of the present invention, even if the speed of the vehicle 10 is very low, the speed and the accumulated travel distance can be obtained accurately.

また、本発明の実施の形態１によれば、レール３ａ，３ｂの長手方向に対して直交する偏波を有する電波を放射することで、レール３ａ，３ｂからの強い反射を抑えることができ、伝搬距離を確実に求めることができ、少ない誤差で車両１０の速度を計測することができる。 Further, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to suppress strong reflection from the rails 3a and 3b by radiating radio waves having a polarization orthogonal to the longitudinal direction of the rails 3a and 3b. The propagation distance can be obtained reliably, and the speed of the vehicle 10 can be measured with a small error.

また、本発明の実施の形態１によれば、波長１０〜３０ｍｍの電波を用いることで、締結装置４ａ〜４ｊで電波が強く反射し、伝搬距離を確実に求めることができ、少ない誤差で車両１０の速度を計測することができる。 Further, according to the first embodiment of the present invention, by using radio waves having a wavelength of 10 to 30 mm, radio waves are strongly reflected by the fastening devices 4a to 4j, and the propagation distance can be obtained reliably, and the vehicle can be obtained with a small error. Ten speeds can be measured.

ところで、車両１０の速度を計測するとき、従来技術では、よくドップラー周波数が利用されている。しかし、本質的には、ドップラー速度計の電波を地面１に斜めから照射するとき、ドップラー速度計の遠方からの反射波と近傍からの反射波ではドップラー周波数が異なるので、反射波は複数の周波数成分が混じったドップラー信号となる。このようなドップラー信号は非常に複雑な波形を有し、このようなドップラー信号から速度を計算すると大きな誤差が生じるという問題がある。本発明の実施の形態１は、ドップラー周波数を一切利用せず、パルス波の電波を放射することで路面形状データを取得し、距離センサ１１で取得した路面形状データの時間的な変化から車両１０の速度を計算するので、少ない誤差で車両１０の速度を計測することができ、さらに、少ない誤差で車両１０の積算走行距離を計算することができる。 By the way, when measuring the speed of the vehicle 10, the Doppler frequency is often used in the prior art. However, in essence, when the Doppler velocimeter is irradiated obliquely onto the ground 1, the reflected wave from a distance from the far side of the Doppler velocimeter differs from the reflected wave from the vicinity. It becomes a Doppler signal with mixed components. Such a Doppler signal has a very complicated waveform, and there is a problem that a large error occurs when the velocity is calculated from such a Doppler signal. In the first embodiment of the present invention, road surface shape data is acquired by radiating pulse wave waves without using any Doppler frequency, and the vehicle 10 is obtained based on temporal changes in the road surface shape data acquired by the distance sensor 11. Therefore, the speed of the vehicle 10 can be measured with a small error, and the integrated travel distance of the vehicle 10 can be calculated with a small error.

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る速度計測装置の距離センサの照射範囲１０１，１０２を示す、軌道の上面図である。軌道のカーブが非常に急峻な線区では誤差が増大する。レール３ａ，３ｂ間の中央（すなわち、距離センサ１１を設ける位置）と、レール３ａの近傍の位置（すなわち、距離センサ１１による電波の照射範囲１０１）では、円弧の長さが異なるためである。この問題に対処するために、２つの速度計測装置を車両に設け、一方の速度計測装置により、レール３ａの近傍の照射範囲１０１に電波を放射し、他方の速度計測装置により、レール３ｂの近傍の照射範囲１０２に電波を放射し、２つの速度計測装置によってそれぞれ計測された速度の平均をとる。実施の形態２によれば、レール３ａ，３ｂのカーブが非常に急峻な線区であっても誤差を低減することができる。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 10 is a top view of the trajectory showing irradiation ranges 101 and 102 of the distance sensor of the speed measurement device according to the second embodiment of the present invention. The error increases in a line section having a very steep orbit curve. This is because the arc length is different between the center between the rails 3a and 3b (that is, the position where the distance sensor 11 is provided) and the position near the rail 3a (that is, the radio wave irradiation range 101 by the distance sensor 11). In order to cope with this problem, two speed measurement devices are provided in the vehicle, one speed measurement device radiates radio waves to the irradiation range 101 near the rail 3a, and the other speed measurement device near the rail 3b. A radio wave is radiated to the irradiation range 102, and the average of the velocities measured by the two velocity measuring devices is taken. According to the second embodiment, the error can be reduced even when the curves of the rails 3a and 3b are very steep line sections.

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る電波反射体４２を含む軌道の図である。軌道が道路４１と交差する場合（踏切等）、道路４１と交差している軌道の部分には枕木２及び締結装置を露出させることができないので、十分な路面形状データを取得することができない。実施の形態３では、道路４１と交差している軌道の部分のレール３ａ，３ｂ間において、レール３ａ，３ｂに沿って所定間隔で電波反射体４２を並べている。実施の形態１では、通常の軌道上の構造物（例えば締結装置４ａ〜４ｅ）に電波を放射していたが、実施の形態３では、電波を反射させるための電波反射体４２を特に配置しておくものである。電波反射体４２は、三角柱形のくぼみを持った金属などで構成できるが、その他、電波を強く反射させるものであれば任意の材料及び構造物を使用することができる。以上説明したように、実施の形態３によれば、踏み切りなどにおいて枕木や締結装置が見えない状態であっても、正確に車両の速度を計測することができる。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a diagram of a trajectory including the radio wave reflector 42 according to the third embodiment of the present invention. When the track intersects the road 41 (such as a railroad crossing), the sleeper 2 and the fastening device cannot be exposed at the portion of the track intersecting the road 41, and therefore sufficient road surface shape data cannot be acquired. In the third embodiment, the radio wave reflectors 42 are arranged at predetermined intervals along the rails 3a and 3b between the rails 3a and 3b of the track intersecting the road 41. In the first embodiment, radio waves are radiated to structures on normal tracks (for example, the fastening devices 4a to 4e). However, in the third embodiment, a radio wave reflector 42 for reflecting radio waves is particularly arranged. It is something to keep. The radio wave reflector 42 can be made of a metal having a triangular prism-shaped depression or the like, but any other material and structure can be used as long as it strongly reflects radio waves. As described above, according to the third embodiment, the speed of the vehicle can be accurately measured even in a state where the sleepers and the fastening device are not visible at a crossing or the like.

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係る電波反射体５４を含む軌道の図である。実施の形態１〜５では、距離センサを車両１０の下面に設置し、路面に電波を照射して路面に対する車両１０の速度を計測した。本発明の実施の形態の距離センサに求められる要件は、距離センサの進行方向と、距離センサにより電波が照射される面とが平行であればよい。従って、例えば、車両１０の横に距離センサを設置し、さらに、車両１０の横に車両１０からそれぞれ等距離に位置するように、複数の電波反射体５４を車両１０の進行方向（軌道５１，５２の長手方向）に沿って周期的に並べて設置してもよい。電波反射体５４は、三角柱形のくぼみを持った金属などで構成できるが、その他、電波を強く反射させるものであれば任意の材料及び構造物を使用することができる。電波反射体５４は、支柱５５の上に設けられてもよく、又は、トンネル５３等の壁面に設けられてもよい。また、車両１０の天井に距離センサを設置し、トンネル５３の天井に複数の電波反射体５４を車両１０の進行方向に沿って周期的に並べて設置してもよい。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 12 is a diagram of a trajectory including the radio wave reflector 54 according to the fourth embodiment of the present invention. In the first to fifth embodiments, the distance sensor is installed on the lower surface of the vehicle 10, and the speed of the vehicle 10 relative to the road surface is measured by irradiating the road surface with radio waves. The requirements for the distance sensor according to the embodiment of the present invention are only required if the traveling direction of the distance sensor and the surface irradiated with the radio wave by the distance sensor are parallel. Therefore, for example, a distance sensor is installed on the side of the vehicle 10, and the plurality of radio wave reflectors 54 are arranged on the side of the vehicle 10 at an equal distance from the vehicle 10. (Longitudinal direction of 52) may be periodically arranged. The radio wave reflector 54 can be made of a metal having a triangular prism-shaped depression, but any other material and structure can be used as long as it strongly reflects radio waves. The radio wave reflector 54 may be provided on the column 55 or may be provided on a wall surface of the tunnel 53 or the like. In addition, a distance sensor may be installed on the ceiling of the vehicle 10, and a plurality of radio wave reflectors 54 may be periodically arranged on the ceiling of the tunnel 53 along the traveling direction of the vehicle 10.

実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係るエレベータ装置の構成を示す概略図である。実施の形態１〜６では軌道上を走行する車両１０を例にとったが、本発明の実施の形態は、軌道上を移動する移動体であるならば任意の装置に適用可能であり、図１３に示すようにエレベータ装置に適用することもできる。図１３のエレベータ装置は、壁面６１及び周期的に設けられた複数の鉄骨６２を含む昇降路（図示の簡単化のために１つ壁面のみを示す。）と、昇降路内をロープ６４によって昇降するかご６３とを備えて構成される。かご６３は、実施の形態１等と同様に構成された速度計測装置を備え、その距離センサにより壁面６１及び鉄骨６２に電波を放射する（照射範囲１０３）。かご６３の距離センサから電波を放射して壁面６１及び鉄骨６２によって反射された各反射波の信号レベルと、距離センサから壁面６１及び鉄骨６２までの伝搬距離とを測定することで、路面形状データを取得する。鉄骨６２によって、反射波にピークが生じる。壁面６１には、実施の形態３，４と同様に、電波を反射させるための電波反射体を特に配置してもよい。 Embodiment 5 FIG.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of an elevator apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In the first to sixth embodiments, the vehicle 10 traveling on the track is taken as an example, but the embodiment of the present invention can be applied to any device as long as it is a moving body that moves on the track. It can also be applied to an elevator apparatus as shown in FIG. The elevator apparatus of FIG. 13 is lifted and lowered by a hoistway (only one wall is shown for simplification of illustration) including a wall surface 61 and a plurality of steel frames 62 provided periodically, and a rope 64 in the hoistway. A basket 63 is provided. The car 63 includes a speed measurement device configured in the same manner as in the first embodiment, and radiates radio waves to the wall surface 61 and the steel frame 62 by the distance sensor (irradiation range 103). By measuring the signal level of each reflected wave radiated from the distance sensor of the car 63 and reflected by the wall surface 61 and the steel frame 62 and the propagation distance from the distance sensor to the wall surface 61 and the steel frame 62, road surface shape data To get. The steel frame 62 causes a peak in the reflected wave. As with the third and fourth embodiments, a radio wave reflector for reflecting radio waves may be particularly arranged on the wall surface 61.

本発明の実施の形態は、軌道上を移動する移動体に限定されず、距離センサによって路面形状データを取得可能であるならば、任意の路面と任意の移動体に適用可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to a moving body moving on a track, and can be applied to any road surface and any moving body as long as road surface shape data can be acquired by a distance sensor.

本発明によれば、路面に対する移動体の速度を正確に計測することができる速度計測装置を提供することができる。さらに、計測された速度を積算することにより、所定の基準点からの積算走行距離を計算することができる。さらに、移動する経路が予めわかってい ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the speed measuring device which can measure the speed of the moving body with respect to a road surface correctly can be provided. Further, by integrating the measured speeds, the integrated travel distance from a predetermined reference point can be calculated. In addition, the route to travel is known in advance.

電波を放射して路面上の構造物から反射される反射波から路面形状データを取得し、取得される路面形状データの時間的な変化から車両の移動距離を計測するので、移動体の速度を正確に計測することができる。また、車両の速度が非常に低速であっても、正確に速度を求められる。 The road surface shape data is acquired from the reflected wave that is emitted from the structure on the road surface by radiating radio waves, and the moving distance of the vehicle is measured from the temporal change of the acquired road surface shape data. Accurate measurement is possible. Even if the speed of the vehicle is very low, the speed can be obtained accurately.

レールの枕木や締結装置に電波を照射し、枕木や締結装置からの強い反射波を受信することで、移動体の速度を確実に求めることができ、少ない誤差で移動体の速度を計測することができる。 By radiating radio waves to the rail sleepers and fastening devices and receiving strong reflected waves from the sleepers and fastening devices, it is possible to reliably determine the speed of the moving body and to measure the speed of the moving body with less error Can do.

レールの長手方向に対して直交する偏波を有する電波を放射することで、レールからの強い反射を抑えることができ、移動体の速度を確実に求めることができ、少ない誤差で移動体の速度を計測することができる。 By radiating radio waves with polarized waves orthogonal to the longitudinal direction of the rail, strong reflection from the rail can be suppressed, the speed of the moving body can be obtained reliably, and the speed of the moving body can be obtained with less error. Can be measured.

波長１０〜３０ｍｍの電波を用いることで、締結装置で電波が強く反射し、移動体の速度を確実に求めることができ、少ない誤差で移動体の速度を計測することができる。
る場合には、計算された積算走行距離から現在位置を特定することもできる。 By using a radio wave having a wavelength of 10 to 30 mm, the radio wave is strongly reflected by the fastening device, the speed of the moving body can be obtained reliably, and the speed of the moving body can be measured with a small error.
The current position can also be specified from the calculated accumulated travel distance.

１地面、２，２ａ〜２ｅ枕木、３ａ，３ｂレール、４ａ〜４ｊ締結装置、５路面、１０車両、１１距離センサ、１２メモリ、１３演算装置、１４表示装置、１５測定タイミング回路、１６演算タイミング回路、１７コントローラ、２１距離センサコントローラ、２２フィルタ、２３，２６増幅器、２４送信アンテナ、２５受信アンテナ、２７包絡線検波器、２８ＡＤ変換器、２９クロック発振器、４１道路、４２電波反射体、５１，５２軌道、５３トンネル、５４電波反射体、５５支柱、６１壁面、６２鉄骨、６３かご、６４ロープ、１０１〜１０３電波の照射範囲、１１１距離センサコントローラ２１によって発生される矩形波の送信信号の波形、１１２フィルタ２２を通過後の送信信号の波形、１１３包絡線検波器２７による検波後の受信信号の波形、１１４遅延時間、１２１〜１２３伝搬距離、１２４路面５から車両１０までの高さ、１２５〜１２７水平距離、１３１〜１３６反射波のピーク、１４１〜１４６反射波のピーク、１５１〜１５６反射波のピーク、１６１カルマンフィルタ処理前の反射波のピーク、１６２カルマンフィルタ処理前の変動幅、１６３カルマンフィルタ処理後の反射波のピーク、１６４カルマンフィルタ処理後の変動幅。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ground, 2, 2a-2e Sleeper, 3a, 3b Rail, 4a-4j Fastening device, 5 Road surface, 10 Vehicle, 11 Distance sensor, 12 Memory, 13 Arithmetic device, 14 Display device, 15 Measurement timing circuit, 16 Arithmetic timing Circuit, 17 controller, 21 distance sensor controller, 22 filter, 23, 26 amplifier, 24 transmitting antenna, 25 receiving antenna, 27 envelope detector, 28 AD converter, 29 clock oscillator, 41 road, 42 radio wave reflector, 51 , 52 orbit, 53 tunnel, 54 radio wave reflector, 55 strut, 61 wall surface, 62 steel frame, 63 cage, 64 rope, 101 to 103 radio wave irradiation range, 111 distance sensor controller 21 of rectangular wave transmission signal Waveform, 112 Transmission signal after passing through filter 22 Waveform, 113 Waveform of received signal after detection by envelope detector 27, 114 delay time, 121-123 propagation distance, 124 height from road surface 5 to vehicle 10, 125-127 horizontal distance, 131-136 of reflected wave Peak, 141-146 Reflected wave peak, 151-156 Reflected wave peak, 161 Reflected wave peak before Kalman filter processing, 162 Fluctuation width before Kalman filter processing, 163 Reflected wave peak after Kalman filter processing, 164 After Kalman filter processing Fluctuation range.

Claims

A speed measuring device that measures the speed of a moving body relative to a road surface, wherein the speed measuring device is
A road surface shape sensor that is provided in the moving body and acquires road surface shape data representing an upper shape of the road surface section;
A memory for storing road surface shape data acquired by the road surface shape sensor;
Calculation means for calculating the speed of the moving body based on the road surface shape data stored in the memory;
The road surface shape sensor radiates radio waves to the road surface , measures the signal level of each reflected wave reflected by the surfaces of a plurality of structures on the road surface at different distances from the road surface shape sensor, and transmits the radio waves. The propagation distance from the road surface shape sensor to each of the structures is measured based on the propagation time from when the reflected wave is returned to when the reflected wave returns, and the signal level expressed as a function of the propagation distance is measured as the road surface shape. Acquired as data, and the road surface shape sensor acquires the road surface shape data at a plurality of measurement times including at least the first and second measurement times, and acquires the first road surface shape data at the first measurement time. And acquiring the second road surface shape data in the second measurement time,
The calculation means converts each propagation distance of the first and second road surface shape data into a horizontal distance projected onto the road surface, and shifts one of the first and second road surface shape data with respect to the horizontal distance. the cross-correlation value between the first road shape data and the second road shape data is calculated, and the first road shape data and the second road surface when the cross-correlation value is maximized when the A speed measuring apparatus that determines a difference in horizontal distance from shape data, and calculates the speed of the moving body by dividing the difference in horizontal distance by the difference between the first and second measurement times.

The speed measuring apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic means applies a Kalman filter to road surface shape data at a plurality of measurement times.

The speed measuring device according to claim 1, wherein the road surface is a railroad track including a sleeper and a fastening device.

The road surface is a railroad track including a rail, and the road surface shape sensor radiates a radio wave having a polarization orthogonal to the longitudinal direction of the rail. The speed measuring device according to any one of the above.

The speed measurement device according to claim 1, wherein the road surface shape sensor emits a radio wave having a wavelength of 10 to 30 mm.

The calculation means calculates a travel distance for a predetermined time based on the calculated speed, and calculates the cumulative travel distance of the moving body from a predetermined reference point by integrating the calculated travel distance. The speed measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein