JP6236688B2 - Overhead inspection system using time series filter processing - Google Patents

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Description

本発明は、距離データに対して時系列フィルタ処理を用いて架線類の偏位などを検査・測定するための架線類検測装置に関するものである。   The present invention relates to an overhead wire inspection device for inspecting and measuring the displacement of overhead wires using time-series filter processing on distance data.

非特許文献1(北川源四郎,"モンテカルロ・フィルタおよび平滑化について," 数理統計,第44巻,第1号,pp. 31-48,1996)では、時系列フィルタであるモンテカルロ・フィルタ(パーティクルフィルタと呼ばれる手法と同様の手法である。以後パーティクルフィルタという)の提案を行っている。   In Non-Patent Document 1 (Genshiro Kitagawa, “Monte Carlo Filter and Smoothing,” Mathematical Statistics, Vol. 44, No. 1, pp. 31-48, 1996), the Monte Carlo filter (particle filter) is a time series filter. This is a method similar to the method called “.” (Hereinafter referred to as “particle filter”).

ここで、パーティクルフィルタについて、図1に基づき説明する。
先ず、図1上段は横軸が状態、縦軸が確率を示す確率密度分布である。本手法では状態は場合によって変わるが(架線の偏位・摩耗の開始位置・摩耗の幅×架線の本数)、どれも多次元になるため、ここでは簡単のため1次元の概念図にして説明している(例えば架線偏位における確率を表す関数とみなせる)。図1上段左は、状態(架線位置、摩耗幅など)の確率密度分布が一様分布であり、図1上段中央は、事後分布に状態遷移モデルをかけて状態の分布を算出している。
Here, the particle filter will be described with reference to FIG.
First, the upper part of FIG. 1 is a probability density distribution in which the horizontal axis indicates the state and the vertical axis indicates the probability. In this method, the state changes depending on the situation (overlapping line deflection, wear start position, wear width x number of overhead lines), but all of them are multi-dimensional. (For example, it can be regarded as a function representing the probability of overhead line deviation). The upper left of FIG. 1 shows a uniform probability density distribution of states (overhead position, wear width, etc.), and the upper center of FIG. 1 calculates the state distribution by applying a state transition model to the posterior distribution.

次に、図1中段は、確率密度分布を離散化して表示したものになる。確率密度分布のような連続関数は数式で表せない場合は計算が不可能であるが、離散化・近似を行うことで元の確率密度分布に近しい値を算出することが出来る。これを図中では、「確率密度分布の近似」と示している。
ここではモンテカルロ法(連続関数の積分値を求める代わりに離散化した値の積和で近似する手法)を用いて離散化している。要は確率密度分布において高い値を示す箇所では密に離散化を、低い箇所では疎に離散化を行う。
Next, the middle part of FIG. 1 shows the probability density distribution displayed in a discrete manner. A continuous function such as a probability density distribution cannot be calculated when it cannot be expressed by a mathematical expression, but a value close to the original probability density distribution can be calculated by discretization and approximation. This is shown as “approximation of probability density distribution” in the figure.
Here, it is discretized using the Monte Carlo method (a method of approximating with a product sum of discretized values instead of obtaining an integral value of a continuous function). In short, the discretization is performed densely at locations showing a high value in the probability density distribution and sparsely discretized at low locations.

図1中段左では確率密度分布が一様分布だったため等間隔に離散化を行っている。またこの離散化した際に表現した点の事を粒子(パーティクル)と呼ぶ。
図1下段では中段で得られた離散化した粒子に対して、尤もらしいどうかの評価を行う。これには観測データ(例えば架線偏位の情報が観測されたデータ)を用いる。ここで粒子が尤もらしければ高い値を、尤もらしくなければ低い値を与える。これを尤度という。観測データにより尤度が算出される(事後分布)。
In the middle left of Fig. 1, the probability density distribution is uniform, so discretization is performed at regular intervals. Further, the points expressed when discretized are called particles.
The lower part of FIG. 1 evaluates whether the discretized particles obtained in the middle part are likely. For this, observation data (for example, data in which information on overhead line deviation is observed) is used. Here, a high value is given if the particle is plausible, and a low value is given if it is not plausible. This is called likelihood. Likelihood is calculated from the observed data (posterior distribution).

全粒子に対して尤度評価を行うことで事後確率(事後分布)が得られる。これは最初に与えられた確率密度分布を事前確率とすると、尤度を用いてベイズの定理で事後確率が求められるためである。よって下段の図は事後確率を表す。
これが左→中→右と、時刻とともに変わる観測データに合わせて変わっていく様子を示したのが図1である。実際には右で終わるのではなく、時刻分この処理が行われる。これを図中では、「繰り返し」と説明している。
A posteriori probability (posterior distribution) is obtained by performing likelihood evaluation on all particles. This is because if the probability density distribution given first is the prior probability, the posterior probability is obtained by Bayes' theorem using likelihood. Therefore, the lower figure shows the posterior probability.
Figure 1 shows how this changes from left to middle to right as observation data changes with time. Actually, it does not end on the right, but this process is performed for the time. This is described as “repeat” in the figure.

なお、「図1上段中央は、事後分布に状態遷移モデルをかけて状態の分布を算出している。」と説明したが、ここで、「状態遷移モデル」とは、例えば架線偏位がx1という位置であったら次の時刻にはx2という位置になる確率、の事であり、前時刻の事後分布に対して状態遷移モデル(状態遷移確率、状態遷移方程式とも言う)を用いる事で、新しい(現時刻の)事前分布を得ることが出来る。   Note that “the state center is calculated by applying the state transition model to the posterior distribution in the upper center of FIG. 1”. Here, the “state transition model” means, for example, an overhead line displacement of x1. If it is the position, it is the probability that it will be the position of x2 at the next time, and it is new by using a state transition model (also referred to as state transition probability, state transition equation) for the posterior distribution of the previous time A prior distribution (of the current time) can be obtained.

ちなみに実際に得られる事前分布は離散化されたものであり、図1で言うと処理的には左下段の事後分布を使用し、中の中段の事前分布を得るという事になる。上段はもしこの事前分布を連続関数(確率密度分布)で表すとどうなるかというイメージ図になる。   Incidentally, the prior distribution actually obtained is discretized. In FIG. 1, the lower left posterior distribution is used in terms of processing, and the middle middle prior distribution is obtained. The upper diagram is an image of what happens if this prior distribution is expressed by a continuous function (probability density distribution).

特許文献1(特開2010‐243417,「トロリ線検測装置」)では、測域センサを使って架線を検測するためのセンサの設置方法の改善と、それによるトロリ線の検出について提案を行っている。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-243417, “Trolley Line Inspection Device”) proposes an improvement in the method of installing a sensor for detecting overhead lines using a range sensor and detection of the trolley line thereby. Is going.

特許文献2(特開2010‐243416,「トロリ線検測装置及び検測方法」)では、連続している架線検出のために、直線性を見たり探索範囲を限定したりすることで、架線検出の精度を向上している。   In Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-243416, “trolley wire inspection device and inspection method”), in order to detect a continuous overhead wire, the linearity is viewed or the search range is limited, thereby providing an overhead wire. The accuracy of detection has been improved.

特開2010―243417JP 2010-243417 A 特開2010―243416JP2010-243416

北川源四郎,"モンテカルロ・フィルタおよび平滑化について," 数理統計,第44巻,第1号,pp. 31-48,1996Genshiro Kitagawa, "Monte Carlo Filter and Smoothing," Mathematical Statistics, Vol. 44, No. 1, pp. 31-48, 1996

非特許文献1の方法は、本発明と関連があるパーティクルフィルタの論文である。本発明ではこのパーティクルフィルタを応用して架線検測を行う。   The method of Non-Patent Document 1 is a paper on particle filters related to the present invention. In the present invention, this particle filter is applied to perform overhead wire inspection.

特許文献1の方法では、センサの配置方法について議論されているが、架線の検出方法自体は計測データの最下点を使用するものであり、複数架線が存在する場合や渡り線が存在する場合に頑健な手法とはいえず、またノイズの影響に左右される。   The method of Patent Document 1 discusses the sensor placement method, but the overhead line detection method itself uses the lowest point of the measurement data, and there are multiple overhead lines or crossover lines. It is not a very robust method and depends on the influence of noise.

特許文献2の方法では、架線を数ライン分まとめて処理し、その接続性を見ることで高精度に架線の検測ができるが、決定論的な手法であること、数ラインまとめる場合の区切り方によっても結果が変わってしまう事が問題である。   In the method of Patent Document 2, overhead lines can be processed together for several lines and the connectivity can be checked to check the overhead lines with high accuracy. It is a problem that the result changes depending on the direction.

上記課題を解決する本発明の請求項1に係る架線類検測装置は、確率論的時系列フィルタを用いた距離データ処理により電車上の架線類を高精度に計測する架線類検測装置において、前記電車上面に配置された測距センサにより取得された前記架線類の偏位・架線幅・高さを含む距離データを入力する距離データ入力部と、前記架線類の偏位・架線幅・高さのランダムな値を持つパーティクルを用意するパーティクル初期化部と、前記パーティクル初期化部により用意されたパーティクル及び前記距離データ入力部で入力された前時刻の距離データを使用して尤度関数に基づき尤度値を計算する尤度計算部と、前記尤度計算部で計算された尤度値に基づき、尤度値の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行うリサンプリング部と、前記リサンプリング部でリサンプリングした前記パーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させて新たなパーティクルを作成する状態遷移部と、から構成することを特徴とする。   The overhead line inspection device according to claim 1 of the present invention that solves the above-described problem is an overhead wire inspection device that accurately measures overhead lines on a train by distance data processing using a stochastic time series filter. A distance data input unit for inputting distance data including deviation, overhead line width, and height of the overhead lines obtained by a distance measuring sensor disposed on the upper surface of the train; and deviation, overhead line width, A likelihood function using a particle initialization unit that prepares particles having random height values, particles prepared by the particle initialization unit, and distance data of the previous time input by the distance data input unit And a resampling unit that performs resampling so that particles having a high likelihood value are selected with a high probability based on the likelihood value calculated by the likelihood calculating unit. A sampling unit, characterized in that it consists of a state transition unit for creating a new particle is varied based on the parameters of the particles resampled to the state transition model by the resampler.

上記課題を解決する本発明の請求項2に係る架線類検測装置は、請求項1において、前記架線類は、単一又は複数の架線であることを特徴とする。   The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 2 of the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in claim 1, the overhead lines are single or a plurality of overhead lines.

上記課題を解決する本発明の請求項3に係る架線類検測装置は、請求項2において、前記架線類は、吊架線を含むことを特徴とする。   The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 3 of the present invention that solves the above-described problems is characterized in that, in claim 2, the overhead lines include a suspension line.

上記課題を解決する本発明の請求項4に係る架線類検測装置は、請求項2又は3において、前記架線類は、渡り線を含むことを特徴とする。   The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 4 of the present invention for solving the above-described problems is characterized in that, in claim 2 or 3, the overhead lines include a crossover.

上記課題を解決する本発明の請求項5に係る架線類検測装置は、請求項1において、前記尤度関数は、前記架線類領域の前後の距離データの差分の絶対値と、前時刻の前記架線類の偏位・架線幅・高さと現時刻の前記架線類の偏位・架線幅・高さの差とに基づくことを特徴とする。   The overhead line inspection / measurement apparatus according to claim 5 of the present invention for solving the above-mentioned problem is that, in claim 1, the likelihood function includes an absolute value of a difference between distance data before and after the overhead line area, and a previous time It is based on the deviation / overhead width / height of the overhead lines and the difference between the deflection / overhead width / height of the overhead lines at the current time.

(1) 前ラインの距離情報を使用した予測による架線類、即ち、単一又は複数の架線、吊架線・架線、吊架線・架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線類、即ち、単一又は複数の架線、吊架線・架線、吊架線・架線・吊架線・渡り線情報を状態遷移方程式として利用した架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線類、即ち、単一又は複数の架線、吊架線・架線、吊架線・架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(1) Predicted overhead lines using distance information of the previous line, that is, single or multiple overhead lines, suspension lines / overhead lines, suspension lines / overhead lines / suspended lines / crossover lines can be measured.
(2) Inspection of overhead lines, suspension lines, and crossover lines using the state transition equations using previously measured overhead lines, that is, single or multiple overhead lines, suspension lines and overhead lines, and suspension line, overhead lines, suspension lines, and transition lines information Measurement is possible.
(3) Overhead lines using prediction based on probability theory, that is, single or multiple overhead lines, suspension lines / overhead lines, suspension lines / overhead lines / suspended lines / crossover lines can be measured.

パーティクルフィルタの概要図である。It is a schematic diagram of a particle filter. 本発明の第1〜4の実施例に係る架線類検測装置のフローチャートである。It is a flowchart of the overhead wire inspection apparatus which concerns on the 1st-4th Example of this invention. 本発明の第1〜4の実施例に係る架線類検測装置のブロック図である。It is a block diagram of an overhead wire inspection apparatus according to first to fourth embodiments of the present invention. 前ラインと次ラインとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the previous line and the next line. 測距センサにより時系列的に取得される距離データのイメージ図である。It is an image figure of the distance data acquired by a ranging sensor in time series.

電車上面から測距センサを用いて取得した1ラインの距離データを用いて、架線類の軌跡を正確に計測したいという要望がある。ここで、架線類とは、本発明においては、単一又は複数の架線を意味する他、更に、吊架線、渡り線を含めた意味で使用する。   There is a desire to accurately measure the trajectory of overhead lines using distance data of one line acquired from a train upper surface using a distance measuring sensor. Here, in the present invention, the overhead line means a single or a plurality of overhead lines, and further includes a suspended overhead line and a crossover line.

しかしながら距離データには様々なものが計測されることや、計測誤差が大きい事から単純な処理で架線のみを検出することは困難である。特許文献1,2のように距離データから架線を検出する手法はあるが、前述のとおり問題がある。   However, it is difficult to detect only the overhead line by simple processing because various data are measured as distance data and the measurement error is large. Although there are methods for detecting overhead lines from distance data as in Patent Documents 1 and 2, there are problems as described above.

そこで、本発明では、架線の特徴である「架線領域の前後で距離が大きく変わる」「架線領域は前ラインの偏位や高さから大幅に変化しない」といった情報を用いて架線偏位およびその高さの距離データ処理を用いた計測を行う。   Therefore, in the present invention, the information on the overhead wire displacement and the information on the characteristics of the overhead wire, such as “the distance greatly changes before and after the overhead wire region” and “the overhead wire region does not change significantly from the deviation or height of the previous line”. Performs measurement using height distance data processing.

まず「架線領域は前ラインの偏位や高さから大幅に変化しない」という特徴があることから、非特許文献1の追跡に有効な時系列フィルタであるパーティクルフィルタを用いて架線の偏位・高さを推定する。   First, since there is a feature that “the overhead line area does not change significantly from the deviation or height of the previous line”, the deviation of the overhead line is detected using a particle filter that is a time series filter effective for the tracking of Non-Patent Document 1. Estimate the height.

パーティクルフィルタの特徴として時系列情報を用いた予測が行えること、決定論ではなく確率論を扱えることが挙げられる。
時系列情報を用いた予測には状態遷移確率が導入できるため、上記の特徴に加えて過去の計測によって既知となっている情報を確率モデルとして使用できる(図1)。
As a feature of the particle filter, prediction using time series information can be performed, and probability theory can be handled instead of determinism.
Since the state transition probability can be introduced into the prediction using the time series information, in addition to the above features, information known by past measurement can be used as a probability model (FIG. 1).

パーティクルフィルタでは確率密度分布をサンプリングにより離散化して扱うことにより計算困難性を解消している。
このサンプリング点をパーティクルと呼ぶ。各パーティクルがどれだけ最適解として尤もらしいかを尤度計算によって求めている。
In the particle filter, calculation difficulty is eliminated by discretizing the probability density distribution by sampling.
This sampling point is called a particle. How likely each particle is as an optimal solution is obtained by likelihood calculation.

この際尤度関数をどのように設定するかが非常に重要となる。
本発明では複数の要素を考慮した尤度関数を用いることで尤もらしさを計算する。まずパーティクルフィルタの状態ベクトルは測距センサで取得された1ライン中の架線の偏位、架線の幅、架線高さの3次元ベクトルとする。
At this time, how to set the likelihood function is very important.
In the present invention, the likelihood is calculated by using a likelihood function considering a plurality of elements. First, the state vector of the particle filter is a three-dimensional vector of the displacement of the overhead line in one line, the width of the overhead line, and the height of the overhead line acquired by the distance measuring sensor.

次に尤度関数として、架線領域の前後で距離データが大きく変わること、架線領域および高さは前ラインの偏位から大幅に変化しないことを考慮した尤度関数を設定した。   Next, as a likelihood function, a likelihood function was set in consideration of the fact that the distance data greatly changes before and after the overhead line region, and that the overhead line region and height do not change significantly from the deviation of the previous line.

つまり、尤度関数は、架線領域の前後の距離データの差分の絶対値と、前時刻(前ライン)の偏位、架線の幅、架線高さと現時刻(現ライン)の偏位、架線の幅、架線高さの差(架線幅以内であればあるほど高い値にする。それより離れた場合は0)とに基づく。   That is, the likelihood function is the absolute value of the difference between the distance data before and after the overhead line area, the deviation of the previous time (previous line), the overhead line width, the overhead line height and the deviation of the current time (current line), the overhead line Based on the difference between the width and the overhead line height (the higher the value is within the overhead line width, 0 when the distance is greater).

具体的には、この2つを組み合わせて尤度関数としている。現状ではそれぞれの値を全て和算したものを用いているが、場合によって各項目の重みを大きくするといった処理(重み付け和)をしている。尤度値は尤度と同じである。
また、架線の形状は大幅には変化が無いことが分かっていることから、偏位情報は前ライン情報を用いて次ラインのおおまかな偏位が推測できる。この情報を用いて状態遷移モデルを定義することで高精度な推定が可能になると考えられる。
Specifically, the two are combined into a likelihood function. At present, the sum of all the values is used, but depending on the case, processing (weighted sum) is performed to increase the weight of each item. The likelihood value is the same as the likelihood.
In addition, since it is known that the shape of the overhead wire does not change significantly, it is possible to estimate a rough displacement of the next line using the previous line information as the displacement information. By using this information to define a state transition model, high-precision estimation is possible.

具体的には現状では2つのケースと手法を考えている。
1つは架線の推移が全く分からない場合の「ランダムウォーク」という手法である。これはランダムに状態遷移させようという手法である。パーティクルフィルタはよくこの方法が用いられる。架線検測では架線偏位は大幅には変化しない事が分かっているので、変化可能な範囲内でランダムウォークをさせる。
Specifically, we currently consider two cases and methods.
One is a method called “random walk” in which the transition of the overhead line is not known at all. This is a technique for randomly changing the state. This method is often used for particle filters. It is known that the overhead line deviation does not change significantly in the overhead line inspection, so a random walk is performed within the changeable range.

もう1つは事前に架線の形状と自己位置が既知の場合である。この場合、架線の偏位が次の時刻でどこに来るかがほぼ分かっているため、その情報を状態遷移モデルとして使用する。   The other is a case where the shape and self-position of the overhead wire are known in advance. In this case, since it is almost known where the deviation of the overhead line will come at the next time, the information is used as a state transition model.

本発明では、図1にあるような確率密度分布を利用することで、前ラインでの推定(もっとも確率が高かった事例)に誤差が存在した場合でも、次ラインの推定には誤差の生じた結果以外の情報も用いる事ができるため、特許文献1,2のような決定論的なアプローチと比べ毎ラインのロバストな推定が可能になる。   In the present invention, by using the probability density distribution as shown in FIG. 1, even if there is an error in the estimation on the previous line (the case with the highest probability), an error has occurred in the estimation of the next line. Since information other than the result can also be used, robust estimation of each line is possible as compared with the deterministic approaches such as Patent Documents 1 and 2.

ここで、前ライン、次ラインとは、図4に示すように、前時刻のデータ、次時刻のデータと同じ意味である。即ち、図4は、測距センサで得られたラインデータを時刻順に並べたグラフであり、本発明の説明において前ライン、次ラインとは例えば時刻tで得られたラインデータに対して、時刻t−1で得られたデータ、時刻t+1で得られたデータの事を指す。   Here, the previous line and the next line have the same meaning as the data at the previous time and the data at the next time, as shown in FIG. That is, FIG. 4 is a graph in which the line data obtained by the distance measuring sensor is arranged in order of time. In the description of the present invention, the previous line and the next line are, for example, the time for the line data obtained at time t. Data obtained at t−1, data obtained at time t + 1.

また、本発明では、特許文献2のように「架線の検出」→「連続性の確認」というアプローチではなく、「連続性のある領域で架線を抽出」ということを行うため誤検出の低減、検出精度の向上が可能である。   Further, in the present invention, instead of the approach of “detection of overhead lines” → “confirmation of continuity” as in Patent Document 2, “extraction of overhead lines in a continuous area” is performed, so that false detection is reduced. Detection accuracy can be improved.

前述した図1の説明で「モンテカルロ法」「パーティクル」という単語を使用した。これらの方法を用いて時系列データを処理する時系列フィルタの事を「パーティクルフィルタ」もしくは「モンテカルロフィルタ」と言う。
事後分布から事前分布を求める方法に「重点サンプリング法」「マルコフ連鎖モンテカルロ法」など様々な派生があるが、基本的に図1の流れで処理をする手法は全て「パーティクルフィルタ」「モンテカルロフィルタ」と言う。
In the description of FIG. 1 described above, the words “Monte Carlo method” and “particle” are used. A time-series filter that processes time-series data using these methods is called a “particle filter” or a “Monte Carlo filter”.
There are various derivations in the method of obtaining the prior distribution from the posterior distribution, such as "important sampling method" and "Markov chain Monte Carlo method", but basically all the methods of processing in the flow of Fig. 1 are "particle filter" and "Monte Carlo filter" Say.

全く同じ概念のものであるが、近年ではパーティクルフィルタと呼ばれる事が多い手法である。そのため本発明でもパーティクルフィルタと呼ぶ。非特許文献1ではモンテカルロフィルタと呼んでいたため、同様のものであるという説明を加えたが、全く同一の概念である。ちなみに本発明では「重点サンプリング」という方法を事前分布を得るために用いている。   Although the concept is exactly the same, it is a technique often called a particle filter in recent years. Therefore, it is also called a particle filter in the present invention. In Non-Patent Document 1, since it was called a Monte Carlo filter, it was explained that it was the same, but the concept is exactly the same. Incidentally, in the present invention, a method called “important sampling” is used to obtain a prior distribution.

また時系列フィルタにも様々な物があるが、ここで使用している「パーティクルフィルタ」はその中の1つである。また「パーティクルフィルタ」は確率論的アプローチを取る手法のため、確率論的時系列フィルタという呼び方もできる。そこで請求の範囲でそのような名前を使用した。ちなみに確率論的時系列フィルタには他にも「カルマンフィルタ」などがあるが、本発明ではパーティクルフィルタのみを使用している。   There are various types of time series filters, and the “particle filter” used here is one of them. In addition, the “particle filter” is a probabilistic approach, so it can be called a probabilistic time series filter. So we used such names in the claims. Incidentally, other probabilistic time series filters include a “Kalman filter”, but the present invention uses only a particle filter.

ここで、「決定論」と「確率論」について、簡単に対比すると以下の通りである。雲が上空に30%ある状態を「晴れ」と説明するのが決定論、「30%の雲がある晴れ」と説明するのが確率論である。○×だけでなくその程度も考慮する事ができるのが確率論的アプローチの優位性である。
「決定論では、「架線の抽出」→「連続性の確認」」となる。これが問題なのは、本当に正しいかどうか分からなくても「この箇所は架線だ」という決定論を毎時刻行い、後からそれが連続していたから正しいという判断をしている事である。
Here, “determinism” and “probability theory” can be briefly compared as follows. Deterministic is to explain the state where the clouds are 30% in the sky as “clear”, and probability theory is to explain that it is “clear with 30% clouds”. The advantage of the probabilistic approach is that not only XX but also the degree can be considered.
“In determinism,“ extract overhead lines ”→“ confirm continuity ”. The problem is that even if you don't know if it's really correct, you run a determinism that says "This part is an overhead line" every time, and later decide that it is correct because it was continuous.

どこか1時刻でも間違っていた場合や何かしらの理由で架線が撮像できなかった場合、連続性が途切れてしまい、誤認識する事になる。
それに対して確率論では各時刻で架線らしい領域とその尤もらしさを評価している。
If it is wrong somewhere at one time, or if the overhead line cannot be imaged for some reason, the continuity is interrupted, resulting in erroneous recognition.
On the other hand, the probability theory evaluates the area that seems to be an overhead line at each time and its likelihood.

前述の決定論的手法だとある1箇所を架線として判定するが、確率論的手法だと複数箇所の(本発明で言えば各パーティクルの)尤もらしさを用いるので、ある1点の結果に左右されない判定を行うことができる。
ここでは1つの測距センサを用いる事を前提に説明をしたが、誤差が大きい事から複数の測距センサを併用した場合にも同様の考えで架線検測を行うことが可能である。
In the case of the deterministic method described above, a certain point is determined as an overhead line, but in the case of the probabilistic method, the likelihood (of each particle in the present invention) of multiple points is used. Judgment that is not performed can be made.
Here, the description has been made on the assumption that one distance measuring sensor is used. However, since the error is large, it is possible to perform overhead wire inspection with the same idea even when a plurality of distance measuring sensors are used together.

測距センサにより、偏位を見つけるのは特許文献1のような手法、つまり背景よりも架線の方が距離が近いという情報を使用する事を考えている。「架線領域の前後で距離が大きく変わる」「架線領域は前ラインの偏位や高さから大幅に変化しない」この情報を満たすのは架線のみであるので、偏位の測定は測距センサで可能である。   The method of finding a deviation by a distance measuring sensor is based on a technique as in Patent Document 1, that is, using information that the overhead line is closer to the background than the background. “The distance changes greatly before and after the overhead line area” “The overhead line area does not change significantly from the deviation or height of the previous line” Only the overhead line satisfies this information, so the deviation sensor is used to measure the deviation. Is possible.

(1) 基本的な考え方(実施例1)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた距離データ処理により架線の偏位・架線幅・高さを高精度に計測する架線類検測装置を提供することである。
以下の実施例では、一例として、測距センサ(図示省略)を電車屋根上に鉛直上方を見上げるように設置し、架線を横切るように枕木方向に沿って距離を計測することにより1ライン分の距離データを取得し、図5に示すように、取得した1ライン分の距離データを時系列に並べることにより、架線偏位・架線高さを時系列的に求める。
(1) Basic concept (Example 1)
An object of the present invention is to provide an overhead wire inspection device that measures the displacement, overhead wire width, and height of overhead wires with high accuracy by distance data processing using a time series filter.
In the following embodiment, as an example, a distance measuring sensor (not shown) is installed on the roof of the train so as to look up vertically upward, and the distance is measured along the sleeper direction so as to cross the overhead line. The distance data is acquired, and as shown in FIG. 5, the obtained distance data for one line is arranged in time series, thereby obtaining the overhead line deviation and the overhead line height in time series.

図5は、時刻(t−1),t,(t+1)において、測距センサで時系列的に取得した距離データを示すものである。
測距センサから架線1までの高さは、摩耗幅Aまでの高さがLとなり、摩耗幅以外の架線幅Bまでの高さがL+αとなる。αが十分に小さいときには、摩耗幅Aまでの高さLは、摩耗幅以外のまでの高さL+αに略等しい。
FIG. 5 shows distance data acquired in time series by the distance measuring sensor at times (t−1), t, and (t + 1).
As for the height from the distance measuring sensor to the overhead line 1, the height to the wear width A is L, and the height to the overhead line width B other than the wear width is L + α. When α is sufficiently small, the height L up to the wear width A is substantially equal to the height L + α up to other than the wear width.

背景領域は、理論的には距離無限大となる。基準点Cからの磨耗幅A又は架線幅Bの中心Eまでの距離(枕木方向)が偏位Dとなる。
なお、測距センサは、1台で距離情報を取得できるため、架線類の高さを求められる。
The background area is theoretically infinite distance. A distance (direction of sleepers) from the reference point C to the center E of the wear width A or the overhead line width B is the deviation D.
In addition, since the distance sensor can acquire distance information with one unit, the height of overhead lines is required.

本実施例に係る装置構成例を図3に示す。
本実施例による架線類検測装置は、距離データ入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
FIG. 3 shows an apparatus configuration example according to this embodiment.
The overhead line inspection device according to the present embodiment includes a distance data input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit 60.

距離データ入力部10では、測距センサで時系列的に取得した1ライン分の距離データを入力し、記憶部20へ保管する。距離データには、架線偏位・架線幅・高さの情報が含まれる。
記憶部20では、距離データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the distance data input unit 10, distance data for one line acquired in time series by the distance measuring sensor is input and stored in the storage unit 20. The distance data includes information on overhead line displacement, overhead line width, and height.
The storage unit 20 stores various parameter data such as distance data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位・架線幅・架線高さ)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。パーティクルフィルタの状態ベクトルは測距センサで取得された1ライン中の架線の偏位、架線の幅、架線高さの3次元ベクトルである。   The particle initialization unit 30 sets random parameters (overhead deflection, overhead line width, overhead line height) in a range and density set for a certain number of particles, and the range, density, and parameters of each particle are stored in the storage unit 20. store. The state vector of the particle filter is a three-dimensional vector of the displacement of the overhead line in one line, the width of the overhead line, and the height of the overhead line acquired by the distance measuring sensor.

尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
The likelihood calculating unit 40 calculates the likelihood using the parameter and distance data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.

リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、架線偏位・架線幅・架線高さを高精度に計測したことになる。
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.
The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the new particles that were created, as a probability theory, overhead line displacement, overhead line width, and overhead line height were measured with high accuracy.

ここで、初期状態での事前分布は通常未知である。そのため図1の左のように、確率密度分布は一様分布と仮定するのが一般的である。
この一様分布をパーティクル初期化部30によりランダムな値をもつパーティクルで表現し、各パーティクルに対して距離データを用いて尤度計算部40により尤度を計算し、リサンプリング部50により事後分布を作成するというのが本実施例の手順である。
Here, the prior distribution in the initial state is usually unknown. Therefore, as shown on the left of FIG. 1, it is common to assume that the probability density distribution is a uniform distribution.
This uniform distribution is expressed by particles having a random value by the particle initialization unit 30, the likelihood is calculated by the likelihood calculation unit 40 using distance data for each particle, and the posterior distribution is calculated by the resampling unit 50. Is the procedure of this embodiment.

なお、「パーティクルフィルタ」とは、図1により説明した通り、モンテカルロ法とパーティクルを使い、時系列データを時刻毎に処理することである。よって図2のフローチャートで示す流れはパーティクルフィルタの流れそのものになる。
また、「時系列フィルタを用いた距離データ処理」は、尤度計算を行う際に観測データ(距離データ)を用いる部分にある。
The “particle filter” is to process time-series data for each time using the Monte Carlo method and particles as described with reference to FIG. Therefore, the flow shown in the flowchart of FIG. 2 becomes the flow of the particle filter itself.
Further, “distance data processing using a time series filter” is a portion in which observation data (distance data) is used when likelihood calculation is performed.

本実施例によるフローチャートを図2に示す。
先ず、測距センサにより時系列的に取得された1ラインの距離データを画像入力部10により入力する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(架線偏位・架線幅・架線高さ)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
A flowchart according to this embodiment is shown in FIG.
First, one line of distance data acquired in time series by the distance measuring sensor is input by the image input unit 10 (step S1).
Next, the particle initialization unit 30 prepares particles having random values in the ranges and densities set in the respective parameters (overhead line displacement, overhead line width, overhead line height) (step S2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。
Subsequently, based on the likelihood function, the likelihood of each particle is calculated by the likelihood calculating unit 40 using the parameter and distance data of each particle (step S3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、測距センサによる時系列的な距離データの取得が終了するまで(ステップS5)、次の新たに取得された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the acquisition of time-series distance data by the distance measuring sensor is completed (step S5), the next newly acquired one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例1によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前ラインの距離情報を使用した予測による架線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線情報を状態遷移方程式として利用した架線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線検測が可能である。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Overhead inspection by prediction using distance information of the previous line is possible.
(2) Overhead inspection using the overhead line information measured in the past as a state transition equation is possible.
(3) Overhead inspection using prediction based on probability theory is possible.

(2) 基本的な考え方(実施例2)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた距離データ処理により複数架線の偏位・高さを高精度に計測する架線類検測装置を提供することである。
(2) Basic concept (Example 2)
An object of the present invention is to provide an overhead wire inspection device that measures the displacement and height of a plurality of overhead wires with high accuracy by distance data processing using a time series filter.

実施例1との違いは、単一の架線ではなく複数架線にも対応できる点である。
実施例1では架線偏位・架線幅・架線高さを同時に求めるため、各パーティクルは3次元のパラメータを保持していたが、架線が複数になる事でこのパラメータを変更する必要がある。
The difference from the first embodiment is that a plurality of overhead lines can be handled instead of a single overhead line.
In the first embodiment, each particle holds a three-dimensional parameter in order to obtain the overhead line displacement, the overhead line width, and the overhead line height at the same time. However, it is necessary to change this parameter when there are a plurality of overhead lines.

具体的には架線が架線1a、架線1bの2本の場合、架線1aの偏位、架線1aの幅、架線1aの高さ、架線1aと架線1bの距離(架線1aの偏位と架線1bの偏位の偏差)、架線1bの幅、架線1bの高さの6次元パラメータになる。   Specifically, when there are two overhead wires 1a and 1b, the displacement of the overhead wire 1a, the width of the overhead wire 1a, the height of the overhead wire 1a, the distance between the overhead wire 1a and the overhead wire 1b (the displacement of the overhead wire 1a and the overhead wire 1b). Deviation), the width of the overhead line 1b, and the height of the overhead line 1b.

事前にある程度分かっている2本の架線の幅の情報を用いることで、架線が1本しか無かった場合よりも高精度な認識が可能になるだけでなく、架線の本数が変化する場合にもパーティクルの次元を変更することで柔軟に対応できるようになる。
尤度は、実施例1で用いたものを全架線の本数分に対応をさせることで尤度計算を実現する。
Using information on the widths of two overhead lines, which are known to some extent in advance, not only enables more accurate recognition than if there was only one overhead line, but also when the number of overhead lines changes It becomes possible to respond flexibly by changing the dimension of the particles.
Likelihood calculation is realized by associating the one used in Example 1 with the number of all overhead lines.

本実施例に係る装置構成は、図3に示す実施例1と同様である。
そのため、本発明による架線類検測装置は、距離データ入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
The apparatus configuration according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
Therefore, the overhead line inspection device according to the present invention includes a distance data input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit 60.

距離データ入力部10では、測距センサで時系列的に取得した1ライン分の距離データを入力し、記憶部20へ保管する。距離データには、架線偏位・架線幅・高さの情報が含まれる。
記憶部20では、距離データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the distance data input unit 10, distance data for one line acquired in time series by the distance measuring sensor is input and stored in the storage unit 20. The distance data includes information on overhead line displacement, overhead line width, and height.
The storage unit 20 stores various parameter data such as distance data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の高さ)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。架線が2本の場合、パーティクルフィルタの状態ベクトルは測距センサで取得された1ライン中の架線の偏位、架線の幅、架線高さの6次元ベクトルである。   The particle initialization unit 30 sets random parameters (distance of the overhead line, distance of multiple overhead lines, overhead line width for the number of overhead lines, height for the number of overhead lines) in a range / density set for a fixed number of particles. The range, density, and parameters of each particle are stored in the storage unit 20. When there are two overhead lines, the state vector of the particle filter is a 6-dimensional vector of the displacement of the overhead line, the width of the overhead line, and the height of the overhead line in one line acquired by the distance measuring sensor.

尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
The likelihood calculating unit 40 calculates the likelihood using the parameter and distance data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.

リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の高さを高精度に計測したことになる。
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.
The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the created new particles, as the probability theory, the overhead line displacement, the distance between a plurality of overhead lines, the overhead line width for the number of overhead lines, and the height for the number of overhead lines are measured with high accuracy.

本実施例によるフローチャートは、図2に示す実施例1と同様である。
先ず、測距センサにより時系列的に取得された1ラインの距離データを画像入力部10により入力する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(架線偏位や複数本ある架線の距離、架線本数分の架線幅、架線本数分の高さ)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
The flowchart according to this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
First, one line of distance data acquired in time series by the distance measuring sensor is input by the image input unit 10 (step S1).
Next, particles having a random value in a range and density set in each parameter (overhead deflection, distance of a plurality of overhead lines, overhead line width for the number of overhead lines, height for the number of overhead lines) are initialized by the particle initialization unit 30. (Step S2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。
Subsequently, based on the likelihood function, the likelihood of each particle is calculated by the likelihood calculating unit 40 using the parameter and distance data of each particle (step S3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、測距センサによる時系列的な距離データの取得が終了するまで(ステップS5)、次の新たに取得された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the acquisition of time-series distance data by the distance measuring sensor is completed (step S5), the next newly acquired one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例2によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前ラインの距離情報を使用した予測による複数架線検測が可能である。
(2) 過去に計測した複数架線情報を状態遷移方程式として利用した複数架線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた複数架線検測が可能である。
As described above, according to the second embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Multi-line inspection by prediction using distance information of previous line is possible.
(2) Multi-line inspection using multi-line information measured in the past as a state transition equation is possible.
(3) Multiple overhead inspection using prediction based on probability theory is possible.

(3) 基本的な考え方(実施例3)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた距離データ処理により複数架線の偏位・高さ及び吊架線の偏位・高さを高精度に計測する架線類検測装置を提供することである。
実施例2との違いは、架線のみではなく吊架線にも対応できることである。
(3) Basic concept (Example 3)
An object of the present invention is to provide an overhead wire inspection device that accurately measures the displacement / height of a plurality of overhead wires and the displacement / height of a suspension wire by distance data processing using a time series filter. .
The difference from Example 2 is that it can respond not only to overhead lines but also to suspended overhead lines.

実施例2ではパーティクルのパラメータは1本の架線につき3次元のパラメータを保持していたが、本実施例では吊架線の偏位・幅・高さが加わるため1本の架線・吊架線につき6次元のパラメータを保持することになる。
尤度は、実施例2で用いたものに、背景よりも吊架線の距離が近い傾向があることを考慮した尤度関数を加えて、尤度計算を実現する。つまり、尤度関数は、架線と吊架線との間の距離データと架線と背景との間の距離データとにも基づく。
In the second embodiment, the particle parameters are maintained as three-dimensional parameters for one overhead wire. However, in this embodiment, the displacement, width, and height of the suspension wire are added. It will hold the dimension parameters.
Likelihood calculation is realized by adding a likelihood function to the likelihood used in Example 2 in consideration of a tendency that the distance of the suspension line is closer than the background. That is, the likelihood function is also based on the distance data between the overhead line and the suspension line and the distance data between the overhead line and the background.

本実施例に係る装置構成は、図3に示す実施例1と同様である。
そのため、本実施例による架線類検測装置は、距離データ入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
The apparatus configuration according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
Therefore, the overhead line inspection device according to the present embodiment includes a distance data input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit 60.

距離データ入力部10では、測距センサで時系列的に取得した1ライン分の距離データを入力し、記憶部20へ保管する。距離データには、架線偏位・架線幅・高さ及び吊架線の偏位・幅・高さの情報が含まれる。
記憶部20では、距離データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
In the distance data input unit 10, distance data for one line acquired in time series by the distance measuring sensor is input and stored in the storage unit 20. The distance data includes information on the displacement, width, and height of the overhead wire and the displacement, width, and height of the suspension wire.
The storage unit 20 stores various parameter data such as distance data, particle data, and state transition probabilities.

パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位・架線幅・架線高さ、吊架線偏位・吊架線幅・吊架線高さ)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。1本の架線・吊架線の場合、パーティクルフィルタの状態ベクトルは測距センサで取得された1ライン中の6次元のパラメータを保持することになる。
尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
The particle initialization unit 30 sets random parameters (overhead deflection, overhead wire width, overhead wire height, suspension wire deflection, suspension wire width, suspension wire height) within the range and density set for a certain number of particles. The range / density / parameter of each particle is stored in the storage unit 20. In the case of a single overhead line / suspended line, the state vector of the particle filter holds 6-dimensional parameters in one line acquired by the distance measuring sensor.
The likelihood calculating unit 40 calculates the likelihood using the parameter and distance data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.

リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.

状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、架線偏位・架線幅・架線高さ、吊架線偏位・吊架線幅・吊架線高さを高精度に計測したことになる。   The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the newly created particles, as the probability theory, the overhead line deviation, the overhead line width, the overhead line height, the suspension line deviation, the suspension line width, and the suspension line height are measured with high accuracy.

本実施例によるフローチャートは、図2に示す実施例1と同様である。
先ず、測距センサにより時系列的に取得された1ラインの距離データを画像入力部10により入力する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(架線偏位・架線幅・架線高さ、吊架線偏位・吊架線幅・吊架線高さ)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
The flowchart according to this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
First, one line of distance data acquired in time series by the distance measuring sensor is input by the image input unit 10 (step S1).
Next, particles having a random value in the range and density set in each parameter (overhead deflection, overhead line width, overhead line height, suspension line deviation, suspension line width, and suspension line height) are initialized by the particle initialization unit 30. (Step S2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。
Subsequently, based on the likelihood function, the likelihood of each particle is calculated by the likelihood calculating unit 40 using the parameter and distance data of each particle (step S3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、測距センサによる時系列的な距離データの取得が終了するまで(ステップS5)、次の新たに取得された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the acquisition of time-series distance data by the distance measuring sensor is completed (step S5), the next newly acquired one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例3によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前ラインの距離情報を使用した予測による架線・吊架線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線・吊架線情報を状態遷移方程式として利用した架線・吊架線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線・吊架線検測が可能である。
As described above, according to the third embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Overhead / suspended line inspection by prediction using distance information of the previous line is possible.
(2) It is possible to perform overhead / suspended line inspection using information on overhead lines / suspended lines measured in the past as a state transition equation.
(3) Overhead / suspended line inspection using prediction based on probability theory is possible.

(4) 基本的な考え方(実施例4)
本発明の目的は、時系列フィルタを用いた距離データ処理により複数架線の偏位・高さ、吊架線の偏位・高さ及び渡り線の偏位・高さを高精度に計測する架線類検測装置を提供することである。
(4) Basic concept (Example 4)
The object of the present invention is to measure the displacement / height of a plurality of overhead wires, the displacement / height of a suspension wire and the displacement / height of a jumper wire with high accuracy by distance data processing using a time series filter. It is to provide an inspection device.

実施例3との違いは、架線・吊架線のみではなく渡り線にも対応できることである。
実施例3ではパーティクルのパラメータは1本の架線・吊架線につき6次元のパラメータを保持していたが、本例では渡り線の偏位・幅・高さが加わるため1本の架線・吊架線につき6次元のパラメータに、渡り線が存在した場合さらに3次元のパラメータを加えた9次元のパラメータを保持することになる。
The difference from Example 3 is that it can cope not only with an overhead wire / suspended overhead wire but also with a jumper wire.
In Example 3, the particle parameters were maintained as 6-dimensional parameters for each overhead wire / suspension wire. However, in this example, the displacement / width / height of the jumper wire is added, so that one overhead wire / suspension wire is added. If there is a crossover line in addition to a 6-dimensional parameter, a 9-dimensional parameter is added by adding a 3-dimensional parameter.

尤度は、実施例3で用いたものに、背景よりも渡り線の距離が近い傾向があることを考慮した尤度関数を加えて、尤度計算を実現する。つまり、尤度関数は、架線と渡り線との間の距離データと架線と背景との間の距離データとにも基づく。   Likelihood calculation is realized by adding a likelihood function to the likelihood used in the third embodiment in consideration of a tendency that the distance of the crossover line is closer than the background. That is, the likelihood function is also based on the distance data between the overhead line and the crossover line and the distance data between the overhead line and the background.

本実施例に係る装置構成は、図3に示す実施例1と同様である。
そのため、本実施例による架線類検測装置は、距離データ入力部10、記憶部20、パーティクル初期化部30、尤度計算部40、リサンプリング部50、状態遷移部60、より構成する。
The apparatus configuration according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
Therefore, the overhead line inspection device according to the present embodiment includes a distance data input unit 10, a storage unit 20, a particle initialization unit 30, a likelihood calculation unit 40, a resampling unit 50, and a state transition unit 60.

距離データ入力部10では、測距センサで時系列的に取得した1ライン分の距離データを入力し、記憶部20へ保管する。距離データには、架線偏位・架線幅・高さ、吊架線偏位・吊架線幅・吊架線高さ、渡り線偏位・渡り線幅・渡り線高さの情報が含まれる。   In the distance data input unit 10, distance data for one line acquired in time series by the distance measuring sensor is input and stored in the storage unit 20. The distance data includes information on the overhead wire displacement / overhead wire width / height, suspension wire displacement / suspension wire width / suspension wire height, and crossover wire displacement / overhead wire width / overhead wire height.

記憶部20では、距離データ、パーティクルデータ、状態遷移確率などの種々のパラメータデータを保管する。
パーティクル初期化部30では、一定数のパーティクルに設定した範囲・密度でランダムなパラメータ(架線偏位・架線幅・架線高さ、吊架線偏位・吊架線幅・吊架線高さ、渡り線偏位・渡り線幅・渡り線高さ)を設定し、範囲・密度・各パーティクルのパラメータを記憶部20に保管する。
The storage unit 20 stores various parameter data such as distance data, particle data, and state transition probabilities.
In the particle initialization unit 30, random parameters (overhead line deviation, overhead line width, overhead line height, suspension line deviation, suspension line width, suspension line height, crossover line deviation, with a range and density set for a certain number of particles are set. Position, crossover line width, crossover line height) are set, and the range, density, and parameters of each particle are stored in the storage unit 20.

尤度計算部40では、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて尤度を計算し、各パーティクルに与えられた尤度を記憶部20に保管する。
リサンプリング部50では、尤度に基づき、尤度の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行う。
The likelihood calculating unit 40 calculates the likelihood using the parameter and distance data of each particle based on the likelihood function, and stores the likelihood given to each particle in the storage unit 20.
The resampling unit 50 performs resampling so that particles having a high likelihood are selected with a high probability based on the likelihood.

リサンプリングしたパーティクルは記憶部20で保管し、リサンプリングに使用したパーティクルは消去する。
状態遷移部60は、リサンプリングしたパーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させ新たなパーティクルを作成し、記憶部20で保管する。作成した新たなパーティクルによれば、確率論として、架線偏位・架線幅・架線高さ、吊架線偏位・吊架線幅・吊架線高さ、渡り線偏位・渡り線幅・渡り線高さを高精度に計測したことになる。
The resampled particles are stored in the storage unit 20, and the particles used for the resampling are deleted.
The state transition unit 60 changes the parameters of the resampled particles based on the state transition model, creates new particles, and stores them in the storage unit 20. According to the new particles that were created, the probability theory includes overhead wire displacement, overhead wire width, overhead wire height, suspension wire deflection, suspension wire width, suspension wire height, crossover wire displacement, transit wire width, and transit wire height. This means that the thickness was measured with high accuracy.

本実施例によるフローチャートは、図2に示す実施例1と同様である。
先ず、測距センサにより時系列的に取得された1ラインの距離データを画像入力部10により入力2する(ステップS1)。
次に、各パラメータ(架線偏位・架線幅・架線高さ、吊架線偏位・吊架線幅・吊架線高さ、渡り線偏位・渡り線幅・渡り線高さ)に設定した範囲・密度でランダムな値をもつパーティクルをパーティクル初期化部30で用意する(ステップS2)。
The flowchart according to this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
First, one line of distance data acquired in time series by the distance measuring sensor is input 2 by the image input unit 10 (step S1).
Next, the range set for each parameter (overhead wire deflection, overhead wire width, overhead wire height, suspension wire displacement, suspension wire width, suspension wire height, crossover wire displacement, crossover wire width, crossover wire height) Particles having a random density value are prepared by the particle initialization unit 30 (step S2).

引き続き、尤度関数に基づき、各パーティクルのパラメータと距離データを用いて、各パーティクルの尤度を尤度計算部40により計算する(ステップS3)。
そして、尤度に基づいてリサンプリング処理をリサンプリング部50により行い、リサンプリング後のパーティクルに状態遷移モデルを用いることで状態遷移部60により新たなパーティクルを作成する(ステップS4)。
Subsequently, based on the likelihood function, the likelihood of each particle is calculated by the likelihood calculating unit 40 using the parameter and distance data of each particle (step S3).
Then, a resampling process is performed by the resampling unit 50 based on the likelihood, and a new particle is created by the state transition unit 60 by using the state transition model for the resampled particles (step S4).

その後、測距センサによる時系列的な距離データの取得が終了するまで(ステップS5)、次の新たに取得された1ラインの画像データを入力し(ステップS6)、ステップS3に戻る。   Thereafter, until the acquisition of time-series distance data by the distance measuring sensor is completed (step S5), the next newly acquired one-line image data is input (step S6), and the process returns to step S3.

このように説明したように、実施例4によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前ラインの距離情報を使用した予測による架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(2) 過去に計測した架線・吊架線・渡り線情報を状態遷移方程式として利用した架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
(3) 確率論にもとづく予測を用いた架線・吊架線・渡り線検測が可能である。
As described above, according to the fourth embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Overhead, suspended and crossover lines can be inspected by prediction using distance information of the previous line.
(2) Overhead line, suspension line, and crossover line measurement using the information of overhead lines, suspension lines, and crossover lines measured in the past as state transition equations is possible.
(3) Overhead, suspended and crossover inspections using prediction based on probability theory are possible.

本発明は、時系列フィルタ処理を用いて架線類の偏位などを検査・測定するための架線類検測装置架線類検測装置として広く産業上利用可能なものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is widely applicable industrially as an overhead wire inspection device for inspecting and measuring overhead wire displacement using time series filtering.

10 距離データ入力部
20 記憶部
30 パーティクル初期化部
40 尤度計算部
50 リサンプリング部
60 状態遷移部
10 distance data input unit 20 storage unit 30 particle initialization unit 40 likelihood calculation unit 50 resampling unit 60 state transition unit

Claims (5)

確率論的時系列フィルタを用いた距離データ処理により電車上の架線類を高精度に計測する架線類検測装置において、
前記電車上面に配置された測距センサにより取得された前記架線類の偏位・架線幅・高さを含む距離データを入力する距離データ入力部と、
前記架線類の偏位・架線幅・高さのランダムな値を持つパーティクルを用意するパーティクル初期化部と、
前記パーティクル初期化部により用意されたパーティクル及び前記距離データ入力部で入力された前時刻の距離データを使用して尤度関数に基づき尤度値を計算する尤度計算部と、
前記尤度計算部で計算された尤度値に基づき、尤度値の高いパーティクルが高い確率で選ばれるようにしたリサンプリングを行うリサンプリング部と、
前記リサンプリング部でリサンプリングした前記パーティクルのパラメータを状態遷移モデルに基づいて変化させて新たなパーティクルを作成する状態遷移部と、から構成することを特徴とする架線類検測装置。
In an overhead line inspection device that measures the overhead lines on a train with high accuracy by distance data processing using a stochastic time series filter,
A distance data input unit for inputting distance data including displacement, overhead line width, and height of the overhead lines obtained by a distance measuring sensor disposed on the upper surface of the train;
A particle initialization unit for preparing particles having random values of the displacement, overhead line width, and height of the overhead lines;
A likelihood calculation unit that calculates a likelihood value based on a likelihood function using the particle prepared by the particle initialization unit and the distance data of the previous time input by the distance data input unit;
Based on the likelihood value calculated by the likelihood calculation unit, a resampling unit that performs resampling so that particles with a high likelihood value are selected with a high probability;
An overhead line inspection and measurement apparatus comprising: a state transition unit configured to change a parameter of the particles resampled by the resampler based on a state transition model to create a new particle.
前記架線類は、単一又は複数の架線であることを特徴とする請求項1記載の架線類検測装置。   The overhead line inspection device according to claim 1, wherein the overhead lines are single or a plurality of overhead lines. 前記架線類は、吊架線を含むことを特徴とする請求項2記載の架線類検測装置。   The overhead line inspection device according to claim 2, wherein the overhead lines include a suspended overhead line. 前記架線類は、渡り線を含むことを特徴とする請求項2又は3記載の架線類検測装置。   The overhead line inspection device according to claim 2 or 3, wherein the overhead lines include crossovers. 前記尤度関数は、前記架線類領域の前後の距離データの差分の絶対値と、前時刻の前記架線類の偏位・架線幅・高さと現時刻の前記架線類の偏位・架線幅・高さの差とに基づくことを特徴とする請求項1記載の架線類検測装置。   The likelihood function includes the absolute value of the difference between the distance data before and after the overhead line area, the deviation of the overhead line at the previous time, the overhead line width, the height, and the deviation of the overhead line at the current time, the overhead line width, The overhead wire inspection device according to claim 1, wherein the overhead wire inspection device is based on a difference in height.
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