JP6249529B2

JP6249529B2 - 移動体の長さ補正装置とその長さ補正プログラム

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Publication number: JP6249529B2
Application number: JP2014170627A
Authority: JP
Inventors: 徳蔵宮地; 菊地　勝浩; 勝浩菊地
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-08-25
Also published as: JP2016045128A

Description

この発明は、移動体の長さを補正する移動体の長さ補正装置、及び移動体の長さを補正する移動体の長さ補正プログラムに関する。

列車が高速で走行すると、地上の構造物や沿線環境あるいは対向列車に対して急な圧力変動（列車通過時圧力変動）が生じる。このような列車通過時圧力変動の圧力波形を実験的、数値的あるいは理論的に解析するために、列車先頭部及び列車後尾部を直方体に矩形近似したモデル（矩形列車）が用いられる。例えば、線路付近に圧力計や低周波音レベル計などのセンサをただ一つ設置して得られた列車通過時圧力変動の圧力波形から列車速度を算出する手法がある。例えば、矩形列車の先頭部と後尾部とが観測点の横を通過する際に、圧力変動がゼロになることを利用して、移動体の速度を簡易に演算する簡易速度計測方法がある。このような簡易速度計測方法では、列車の簡易モデルとして矩形列車を用いる場合には、矩形列車の長さとして列車の長さが通常用いられている。

従来の移動体の速度測定装置は、移動体の長さを補正する補正部と、移動体が通過するときに発生する圧力変動と補正後の移動体の長さとに基づいて、この移動体の速度を演算する速度演算部とを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の移動体の速度測定装置では、移動体の先頭部及び後尾部の断面積分布重心に基づいて、この移動体の長さを補正部が補正している。従来の移動体の速度測定装置では、移動体の先頭部が通過点を通過するときに発生する圧力変動と、この移動体の後尾部がこの通過点を通過するときに発生する圧力変動との発生時間差及び補正後の移動体の長さに基づいて、この移動体の速度を速度演算部が演算している。

このような１台のセンサを用いた簡易速度計測手法は、以下のような状況において実用化が望まれている。トンネル微気圧波の測定では、列車のトンネル突入速度と放射された微気圧波のピーク値との関係が調べられる。微気圧波の現状把握などを目的とした簡易測定では、作業工程や測定機器の台数を限定した規模の小さいものが望まれる。上り方向及び下り方向の列車の微気圧波を簡易測定するためには、少なくとも２台の微気圧波計をトンネルの一方の坑口Ａと他方の坑口Ｂの両坑口付近の線路外に設置する必要がある。この場合に、速度測定において、センサ設置のための線路内作業が必要ない測定方法があれば、作業性、経済性及び安全性などに優れた簡易測定が可能になる。

例えば、坑口Ａから坑口Ｂに向かう列車による微気圧波は、坑口Ｂ付近に設置した微気圧波計によって測定され、このときの列車のトンネル突入速度は坑口Ａ付近の列車速度である。一方、例えば、坑口Ｂから坑口Ａに向かう列車による微気圧波は、坑口Ａ付近に設置した微気圧波計によって測定され、このときの列車のトンネル突入速度は坑口Ｂ付近の列車速度である。坑口Ａ又は坑口Ｂに設置した微気圧波計による列車通過時圧力変動の波形を用いて、この列車速度を正確に測定することができれば、速度計測用の新たなセンサの設置を省略することができる。

特開2005-283495号公報

現在の新幹線車両のように、列車の先頭部や後尾部が長い場合には、矩形列車の長さと実際の列車の長さの空気力学的な関係は明らかでない。そのため、矩形列車の長さは、通常、列車の実際の長さと等しいとしている。しかし、列車の先頭部や後尾部が長い場合には、空気力学的な特性が実際の現象と異なることがあり、列車長さと等しい長さの矩形列車モデルを用いた解析結果やそれに基づく計測手法の精度が低くなってしまう問題点がある。

この発明の課題は、実際の移動体の長さを空気力学的な長さに補正することによって計測精度を向上させることができる移動体の長さ測定装置とその長さ測定プログラムを提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図４に示すように、移動体（１）の長さ（Ｌ₀）を補正する移動体の長さ補正装置であって、前記移動体の前部（１ａ）の断面積変化率の重心（Ｇ_n）と、この移動体の後部（１ｂ）の断面積変化率の重心（Ｇ_t）との間の距離を、この移動体の空気力学的長さ（Ｌ _a ）として補正する長さ補正部（１０）と、前記移動体の前部が通過点（Ｐ）を通過するときに発生する圧力変動（ｐ _A ）がゼロとなる時刻（ｔ _A ）と、この移動体の後部がこの通過点を通過するときに発生する圧力変動（ｐ _B ）がゼロとなる時刻（ｔ _B ）との時間差（ΔＴ）と、前記空気力学的長さとに基づいて、この移動体の速度（Ｕ _a )を演算する速度演算部（１４)とを備える移動体の長さ補正装置（５)である。

請求項２の発明は、図１〜図５に示すように、移動体（１）の長さ（Ｌ₀）を補正する移動体の長さ補正プログラムであって、前記移動体の前部（１ａ）の断面積変化率の重心（Ｇ_n）と、この移動体の後部（１ｂ）の断面積変化率の重心（Ｇ_t）との間の距離を、この移動体の空気力学的長さ（Ｌ _a ）として補正する長さ補正手順（Ｓ１４０）と、前記移動体の前部が通過点（Ｐ）を通過するときに発生する圧力変動（ｐ _A ）がゼロとなる時刻（ｔ _A ）と、この移動体の後部がこの通過点を通過するときに発生する圧力変動（ｐ _B ）がゼロとなる時刻（ｔ _B ）との時間差（ΔＴ）と、前記空気力学的長さとに基づいて、この移動体の速度（Ｕ _a ）を演算する速度演算手順（Ｓ１６０）とをコンピュータに実行させる移動体の長さ補正プログラムである。

この発明によると、実際の移動体の長さを空気力学的な長さに補正することによって計測精度を向上させることができる。

この発明の実施形態に係る移動体の長さ補正装置の構成図である。この発明の実施形態に係る移動体の長さ補正装置による圧力変動波形生成部が生成する圧力変動波形を模式的に示すグラフである。この発明の実施形態に係る移動体の長さ補正装置の長さ補正部による補正処理を示す概念図であり、（Ａ）は実際の移動体を模式的に示す側面図であり、（Ｂ）は実際の移動体の長さを補正した矩形列車モデルの移動体を模式的に示す側面図であり、（Ｃ）は実際の移動体の周囲に形成される圧力場を模式的に示すグラフである。この発明の実施形態に係る移動体の長さ補正装置の長さ補正部によって演算される空気力学的長さと移動体の断面積変化率の重心との関係を模式的に示す側面図であるこの発明の実施形態に係る移動体の長さ補正装置の動作を説明するためのフローチャートである。この発明の実施例に係る移動体の長さ補正装置による空気力学的長さによって算出した算出速度と実際の移動体の長さによって算出した参照速度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１に示す列車１は、軌道２に沿って移動する移動体である。列車１は、例えば、300km/h以上の高速で走行する鉄道車両を編成した新幹線列車などである。列車１は、この列車１の先頭車両の前部を構成する先頭部１ａと、この列車１の後尾車両の後部を構成する後尾部１ｂとを備えている。列車１は、長い流線形の先頭部１ａ及び後尾部１ｂを備えており、空気抵抗及び微気圧波の低減を図るために先頭部１ａ及び後尾部１ｂが所定の形状に形成されている。

軌道２は、列車１が走行する通路（移動経路）である。軌道２は、図１に示すように、二本の本線で構成された複線であり、上り本線となる線路２ａと、下り本線となる線路２ｂとを備えている。構造物３は、列車１が通過する固定構造物である。構造物３は、例えば、山腹などの地中を貫通して列車１を通過させるトンネルなどの固定構造物である。構造物３は、列車１が突入及び退出する出入口となる構造物出入口（トンネル坑口）３ａなどを備えている。

圧力変動測定装置４は、列車１が通過するときに発生する圧力変動ｐ_A，ｐ_Bを測定する手段である。圧力変動測定装置４は、構造物３内（トンネル区間）以外の明かり区間の軌道２に１つ設置されている。圧力変動測定装置４は、列車１が通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動を測定する圧力センサ（圧力計）又はマイクロホンなどである。圧力変動測定装置４は、軌道２から所定の距離だけ離してこの軌道２の近くに配置されている。圧力変動測定装置４は、列車１が通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動（列車通過時圧力変動）ｐ_A，ｐ_Bに応じた圧力変動信号（圧力変動情報）を長さ補正装置５に出力する。

長さ補正装置５は、列車１の長さＬ₀を補正する装置である。長さ補正装置５は、実際の列車１の長さＬ₀を空気力学的長さＬ_aに補正するとともに、この空気力学的長さＬ_aに基づいて列車１の速度を演算する。長さ補正装置５は、図１に示すように、信号処理部６と、圧力変動情報記憶部７と、圧力変動波形生成部８と、圧力変動波形情報記憶部９と、長さ補正部１０と、補正情報記憶部１１と、補正情報入力部１２と、補正長さ情報記憶部１３と、速度演算部１４と、速度情報記憶部１５と、プログラム記憶部１６と、表示部１７と、制御部１８などを備えている。長さ補正装置５は、例えば、パーソナルコンピュータなどによって構成されており長さ補正プログラムに従って所定の処理を実行する。

信号処理部６は、圧力変動測定装置４の出力信号を処理する手段である。信号処理部６は、圧力変動測定装置４が出力する圧力変動信号を増幅する増幅回路と、増幅後のアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器などを備えている。信号処理部６は、A/D変換後の圧力変動信号（圧力変動情報）を制御部１８に出力する。

圧力変動情報記憶部７は、信号処理部６が出力する圧力変動情報を記憶する手段である。圧力変動情報記憶部７は、例えば、図１に示すように、列車１が通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動ｐ_A，ｐ_Bを圧力変動情報として記憶するメモリである。

圧力変動波形生成部８は、圧力変動測定装置４が出力する圧力変動信号に基づいて圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bを生成する手段である。圧力変動波形生成部８は、図２に示すように、圧力変動測定装置４が出力する圧力変動信号に基づいて、圧力の時間変化を表す圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bを生成する。ここで、図２に示す縦軸は、圧力であり、横軸は時間である。圧力変動波形生成部８は、例えば、図２に示すように、列車１の先頭部１ａが通過点Ｐを通過したときに発生する圧力変動ｐ_Aの圧力変動波形（プラスマイナスの波形）Ｗ_Aと、列車１の後尾部１ｂが通過点Ｐを通過したときに発生する圧力変動ｐ_Bの圧力変動波形（プラスマイナスの波形）Ｗ_Bとを生成する。圧力変動波形生成部８は、生成後の圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bを圧力変動波形信号（圧力変動波形情報）として制御部１８に出力する。

図１に示す圧力変動波形情報記憶部９は、圧力変動波形生成部８が出力する圧力変動波形情報を記憶する手段である。圧力変動波形情報記憶部９は、例えば、図１に示すように、列車１が通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bを圧力変動波形情報として記憶するメモリである。

図１に示す長さ補正部１０は、列車１の先頭部１ａの断面積変化率の重心Ｇ_nと、この列車１の後尾部１ｂの断面積変化率の重心Ｇ_tとに基づいて、この列車１の長さＬ₀を補正する手段である。長さ補正部１０は、列車１の先頭部１ａの断面積変化率の重心Ｇ_nと、この列車１の後尾部１ｂの断面積変化率の重心Ｇ_tとの間の距離を、この列車１の空気力学的長さＬ_aとして補正する。長さ補正部１０は、音響学的な解析に基づいて列車１の空気力学的長さＬ_aを演算する。

ここで、図３（Ａ）に示す長さＬ₀は、実際の列車１の長さであり、列車１の先頭部１ａの先端から後尾部１ｂの先端までの距離である。図３（Ｂ）に示す空気力学的長さＬ_aは、長さ補正部１０による補正後の列車１の長さである。空気力学的長さＬ_aは、図３（Ｂ）に示すように、列車１の先頭部１ａの周りの圧力場がゼロとなる点から、後尾部１ｂの周りの圧力場がゼロとなる点までの間の距離であり、図３（Ｂ）に示すように列車１を直方体の矩形列車としたときにこの矩形列車の先頭部の先端から後尾部の先端までの距離である。図３（Ａ）に示す先頭部１ａの排除長さΔＬ_nは、長い流線形の先頭部１ａの先端から圧力変動ｐ_A＝０となる点までの距離である。後尾部１ｂの排除長さΔＬ_bは、長い流線形の後尾部１ｂの先端から圧力変動ｐ_B＝０となる点までの距離である。

圧力変動波形Ｗ_Aは、実際の列車１の先頭部１ａが通過点Ｐを通過したときに発生するこの列車１の周囲の圧力場であり、圧力変動波形Ｗ_Bは、実際の列車１の後尾部１ｂが通過点Ｐを通過したときに発生するこの列車１の周囲の圧力場である。ここで、図３（Ｃ）に示す縦軸は、圧力であり、横軸は時間である。図３（Ｃ）に示すように、列車１の先頭部１ａの前方領域では、列車１の先頭部１ａの付近で流れがよどむため、圧力変動波形Ｗ_Aのように圧力が大気圧に対して高くなる。列車１の先頭部１ａの後方領域では、列車１によって排除された流体が加速して流れるため、圧力変動波形Ｗ_Bのように負圧となる。十分に長い列車１の側面では、流れが一様になり、圧力が大気圧まで回復する。列車１の後尾部１ｂでは、圧力変動波形Ｗ_Bに示すように圧力変動波形Ｗ_Aとは対称の圧力場が形成される。

図３に示す座標系の原点を地表面上におき、時刻ｔ＝０に列車１の先頭部１ａは座標原点にあるとする。図３に示す列車１は、一定の速度Ｕでｘ軸の負の方向に（ｘ₂，ｘ₃）＝（0，0）の位置を走行する。列車１は、ｘ軸（ｘ₂，ｘ₃）＝（0，0）に沿って、ｘ₁＝−∞からｘ₁＝∞まで一定の速度Ｕで移動する。簡単のため、非粘性流れと圧力変動が小さいことを仮定する。列車１の速度が音速に比べて小さいとし、通過時の圧力変動ｐは数１に示すラプラス方程式に従うとする。

ここで、数１に示すρ₀は、大気密度であり、ｑは湧き出し強さ分布である。列車１の先頭部１ａを線音源分布で置き換えるとすると、線音源の強さは以下の数２に示すようになる。

ここで、数２に示すＡは列車１の先頭部１ａ及び後尾部１ｂの断面積分布であり、δはデルタ関数である。列車１の走行位置付近の地形を平面で近似すると、地面の影響を考慮したグリーン関数は、以下の数３及び数４によって与えられる。

ここで、数３に示すｘは、観測点位置ベクトルである。また、グリーン関数は、以下に示す数５を満たす。

列車１の通過時の圧力変動ｐは、数２及び数３を用いて以下の数６に示すようになる。

ここで、ｒ_m ²＝ｘ₂ ²＋ｘ₃ ²であり、線路中心から観測点の離れを表す。列車固定座標系ｘ_t＝ｘ₁＋Ｕｔ、ｙ_t＝ｙ₁＋Ｕｔに座標変換を行うと、ｘ_t＝０は列車１の先頭部１ａの先端を表し、数６は以下に示す数７に変形できる。

ｘ_t＝０にある列車１の断面積Ａ₀の矩形先頭部の場合には、以下の数８を数７に代入すると、矩形先頭部による通過時の圧力変動ｐ_snbは、以下の数９に示す通りであり、ｒ_mの値によらずｐ_snb(0,ｒ_m)＝０が成り立つ。

数９は、一様な流れ中に置かれた点湧き出しによる圧力場を表している。このように、従来から用いられている点湧き出しモデルが列車形状を矩形近似していることに対応する。列車１の後尾部１ｂについても同様であるから、矩形列車の長さＬ_snbについては、図３に示すように実際の列車長さと空気力学的長さＬ_aは等しい（Ｌ₀,_snb＝Ｌ_a）。

長い流線形の先頭部１ａ及び後尾部１ｂを有する列車１の場合であって、この先頭部１ａが長さｌであるときに、数７においてｐ(ΔＬ,ｒ_m）＝０とすると、以下の数１０が得られる。

ここで、数１０に示す排除長さΔＬは、長い流線形の先頭部１ａ及び後尾部１ｂを有する列車１であるときに、この先頭部１ａ又は後尾部１ｂの先端からｐ＝０となる点までの距離である。排除長さΔＬは、ｒ_mの関数である。先頭部１ａ及び後尾部１ｂについても同様であり、長い流線形の先頭部１ａ及び後尾部１ｂについて以下の数１１が成り立つ。

数１０及び図１１よりΔＬ＝ΔＬ(ｒ_m）＞０であることから、列車１の空気力学的長さＬ_aは、実際の列車１の長さＬ₀よりも短くなる。遠方場((ｘ₁−ｙ₁)²≪ｒ_m ²)においては、(ｘ₁−ｙ₁)²＋ｒ_m ²〜ｒ_m ²であり、以下の数１２が成り立つ。

数１２の右辺は、列車１の先頭部１ａ及び後尾部１ｂの断面積変化率分布の重心を表している。ここで、図３に示す重心Ｇ_nは、列車１の先頭部１ａの断面積変化率の重心であり、重心Ｇ_tは列車１の後尾部１ｂの断面積変化率の重心である。空気力学的長さＬ_aは、列車１の先頭部１ａ及び後尾部１ｂの断面積変化率の重心Ｇ_n，Ｇ_t間の距離である。重心距離ｌ_g,nは、列車１の先頭部１ａの先端から断面積変化率の重心Ｇ_nまでの距離であり、重心距離ｌ_g,tは列車１の後尾部１ｂの先端から断面積変化率の重心Ｇ_tまでの距離である。観測点が遠方の場合には、以下の数１３が成り立つ。

図１に示す長さ補正部１０は、補正情報記憶部１１が記憶する補正情報に基づいて、列車１の空気力学的長さＬ_aを数１３によって演算する。長さ補正部１０は、演算後の空気力学的長さＬ_aを補正長さ信号（補正長さ情報）として制御部１８に出力する。

補正情報記憶部１１は、列車１の長さＬ₀の補正に必要な情報を補正情報として記憶する手段である。補正情報記憶部１１は、列車１の長さＬ₀に関する列車長さ情報、及び重心距離ｌ_g,n，ｌ_g,tに関する重心距離情報などの補正情報を記憶する。補正情報記憶部１１は、例えば、補正情報入力部１２が出力する補正情報を記憶するメモリである。

補正情報入力部１２は、列車１の長さＬ₀の補正に必要な情報が入力する手段である。補正情報入力部１２は、例えば、キーボードなどの入力装置又はマウスなどの補助入力装置を作業者が操作して、列車長さ情報及び重心距離情報などの補正情報を入力したときに、この補正情報を長さ補正装置５に入力させるインタフェース(I/F)回路などである。

補正長さ情報記憶部１３は、長さ補正部１０による補正後の列車１の空気力学的長さＬ_aを補正長さ情報として記憶する手段である。補正長さ情報記憶部１３は、例えば、長さ補正部１０が出力する補正長さ情報を記憶するメモリである。

速度演算部１４は、長さ補正部１０による補正後の列車１の空気力学的長さＬ_aに基づいて、この列車１の速度Ｕ_aを演算する手段である。速度演算部１４は、圧力変動波形情報記憶部９が記憶する圧力変動波形情報と、補正長さ情報記憶部１３が記憶する補正長さ情報とに基づいて、列車１の速度Ｕ_aを演算する。速度演算部１４は、図２及び図５（Ｃ）に示すように、列車１の先頭部１ａが通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動波形Ｗ_Aがゼロとなる時刻ｔ_Aと、この列車１の後尾部１ｂが通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動波形Ｗ_Bがゼロとなる時刻ｔ_Bとの時間差ΔＴと、空気力学的長さＬ_aとに基づいて、この列車１の速度Ｕ_aを演算する。速度演算部１４は、圧力変動ｐ_Bがゼロとなる時刻ｔ_Bから圧力変動ｐ_Aのゼロとなる時刻ｔ_Aを減算して時間差ΔＴを演算し、図３（Ｂ）に示す列車１の空気力学的長さＬ_aをこの時間差ΔＴによって除算して列車１の速度Ｕ_aを演算する。速度演算部１４は、以下の数１４によって列車１の速度Ｕ_aを演算し、演算後の列車１の速度Ｕ_aを速度信号（速度情報）として制御部１８に出力する。

速度情報記憶部１５は、列車１の速度Ｕ_aを速度情報として記憶する手段である。速度情報記憶部１５は、例えば、速度演算部１４が出力する速度情報を記憶するメモリなどである。

プログラム記憶部１６は、列車１の長さＬ₀を補正するための長さ補正プログラムを記憶する手段である。プログラム記憶部１６は、例えば、長さ補正プログラムを記録する情報記録媒体又は長さ補正プログラムを送信する電気通信回線などから読み込まれたこの長さ補正プログラムを記憶するメモリである。

表示部１７は、長さ補正装置５に関する種々の情報を表示する手段である。表示部１７は、例えば、圧力変動波形生成部８が生成する圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bを表示したり、長さ補正部１０が補正した列車１の空気力学的長さＬ_aを表示したり、速度演算部１４が演算した列車１の速度Ｕ_aを表示したりする液晶画面などを有する表示装置である。

制御部１８は、長さ補正装置５の種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部１８は、プログラム記憶部１６から長さ補正プログラムを読み出して一連の長さ補正処理を実行する。制御部１８は、例えば、信号処理部６が出力する圧力変動情報を圧力変動情報記憶部７に出力したり、圧力変動情報記憶部７に圧力変動情報の記憶を指令したり、圧力変動情報記憶部７から圧力変動情報を読み出して圧力変動波形生成部８に出力したり、圧力変動波形生成部８に圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bの生成を指令したり、圧力変動波形生成部８が出力する圧力変動波形情報を圧力変動波形情報記憶部９に出力したり、圧力変動波形情報記憶部９に圧力変動波形情報の記憶を指令したり、圧力変動波形情報記憶部９から圧力変動波形情報を読み出して速度演算部１４に出力したり、列車１の長さＬ₀の補正を長さ補正部１０に指令したり、長さ補正部１０が出力する補正長さ情報を速度演算部１４に出力したり、補正情報記憶部１１から補正情報を読み出して長さ補正部１０に出力したり、補正情報入力部１２が出力する補正情報を補正情報記憶部１１に出力したり、補正情報記憶部１１に補正情報の記憶を指令したり、長さ補正部１０が出力する補正長さ情報を補正長さ情報記憶部１３に出力したり、補正長さ情報の記憶を補正長さ情報記憶部１３に指令したり、補正長さ情報記憶部１３から補正長さ情報を読み出して速度演算部１４又は表示部１７に出力したり、速度演算部１４に列車１の速度Ｕ_aの演算を指令したり、速度演算部１４が出力する速度情報を速度情報記憶部１５に出力したり、速度情報記憶部１５から速度情報を読み出して表示部１７に出力したり、プログラム記憶部１６から長さ補正プログラムを読み出したり、表示部１７に種々の情報の表示を指令したりなどする。制御部１８には、信号処理部６、圧力変動情報記憶部７、圧力変動波形生成部８、圧力変動波形情報記憶部９、長さ補正部１０、補正情報記憶部１１、補正情報入力部１２、補正長さ情報記憶部１３、速度演算部１４、速度情報記憶部１５、プログラム記憶部１６及び表示部１７などが相互に通信可能なようにバスなどの通信手段によって接続されている。

次に、この発明の実施形態に係る移動体の長さ補正装置の動作を説明する。
以下では、図１に示す制御部１８の動作を中心に説明する。
図５に示すステップ（以下、Ｓという）１００において、長さ補正プログラムを制御部１８が読み込む。図１に示す長さ補正装置５の電源がONするとプログラム記憶部１６から長さ補正プログラムを制御部１８が読み出して、一連の長さ補正処理を制御部１８が実行する。

Ｓ１１０において、圧力変動情報の記憶を圧力変動情報記憶部７に制御部１８が指令する。図１及び図２に示すように、列車１が通過点Ｐを通過したときに発生する圧力変動ｐ_A，ｐ_Bを圧力変動測定装置４が測定して、この圧力変動ｐ_A，ｐ_Bに応じた圧力変動信号を圧力変動測定装置４が長さ補正装置５の信号処理部６に出力する。その結果、圧力変動測定装置４が出力する圧力変動信号を信号処理部６が処理し、この圧力変動信号を信号処理部６が制御部１８に出力する。この圧力変動信号を制御部１８が圧力変動情報記憶部７に出力し、圧力変動情報記憶部７に圧力変動情報の記憶を制御部１８が指令すると、圧力変動情報記憶部７が圧力変動情報を記憶する。

Ｓ１２０において、圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bの生成を圧力変動波形生成部８に制御部１８が指令する。圧力変動情報記憶部７から圧力変動情報を制御部１８が読み出して、この圧力変動情報を圧力変動波形生成部８に制御部１８が出力する。圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bの生成を圧力変動波形生成部８に制御部１８が指令すると、図２及び図３（Ｃ）に示すような圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bを圧力変動波形生成部８が生成し、圧力変動波形情報を圧力変動波形生成部８が制御部１８に出力する。

Ｓ１３０において、圧力変動波形情報の記憶を圧力変動波形情報記憶部９に制御部１８が指令する。圧力変動波形情報を制御部１８が圧力変動波形情報記憶部９に出力し、圧力変動波形情報記憶部９に圧力変動波形情報の記憶を制御部１８が指令すると、圧力変動波形情報記憶部９が圧力変動波形情報を記憶する。

Ｓ１４０において、列車１の長さＬ₀の補正を長さ補正部１０に制御部１８が指令する。補正情報記憶部１１から補正情報を制御部１８が読み込み、この補正情報を長さ補正部１０に制御部１８が出力し、列車１の長さＬ₀の補正を長さ補正部１０に制御部１８が指令する。その結果、図４に示す列車１の長さＬ₀から重心距離ｌ_g,n，ｌ_g,tを減算して、数１３に基づいて空気力学的長さＬ_aを長さ補正部１０が演算し、この空気力学的長さＬ_aを補正長さ情報として長さ補正部１０が制御部１８に出力する。

Ｓ１５０において、補正長さ情報の記憶を補正長さ情報記憶部１３に制御部１８が指令する。補正長さ情報を制御部１８が補正長さ情報記憶部１３に出力し、補正長さ情報記憶部１３に補正長さ情報の記憶を制御部１８が指令すると、補正長さ情報記憶部１３が補正長さ情報を記憶する。

Ｓ１６０において、列車１の速度Ｕ_aの演算を速度演算部１４に制御部１８が指令する。補正長さ情報記憶部１３から補正長さ情報を制御部１８が読み出して、この補正長さ情報を速度演算部１４に制御部１８が出力する。また、圧力変動波形情報記憶部９から圧力変動波形情報を制御部１８が読み出して、この圧力変動波形情報を速度演算部１４に制御部１８が出力する。列車１の長さＬ₀の補正を長さ補正部１０に制御部１８が指令すると、図２及び図３（Ｃ）に示す圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bのゼロクロス点である時刻ｔ_A，ｔ_Bの時間差ΔＴを速度演算部１４が演算する。図４に示す列車１の空気力学的長さＬ_aを時間差ΔＴによって速度演算部１４が除算し、数１４に基づいて列車１の速度Ｕ_aを速度演算部１４が演算し、この列車１の速度Ｕ_aを速度情報として速度演算部１４が制御部１８に出力する。

Ｓ１７０において、速度情報の記憶を速度情報記憶部１５に制御部１８が指令する。速度情報を制御部１８が速度情報記憶部１５に出力し、速度情報記憶部１５に速度情報の記憶を制御部１８が指令すると、速度情報記憶部１５が速度情報を記憶する。

この発明の実施形態に係る移動体の長さ補正装置とその長さ補正プログラムには、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、列車１の先頭部１ａの断面積変化率の重心Ｇ_nと、この列車１の後尾部１ｂの断面積変化率の重心Ｇ_tとに基づいて、この列車１の長さＬ₀を長さ補正部１０が補正する。このため、音響理論に基づいて導出された列車１の空気力学的長さＬ_aを用いて、列車１の長さＬ₀を空気力学的に補正し、矩形列車モデルの長さを設定することができるとともに、この矩形列車モデルを用いた理論、実験及び数値解析の精度を向上させることができる。

(2) この実施形態では、列車１の先頭部１ａの断面積変化率の重心Ｇ_nと、この列車１の後尾部１ｂの断面積変化率の重心Ｇ_tとの間の距離を、この列車１の空気力学的長さＬ_aとして長さ補正部１０が補正する。このため、列車１の長さＬ₀を空気力学的長さＬ_aに簡単に設定することができ、直方体の簡単な構造の矩形列車モデルとして取り扱うことによって解析や計測手法の精度を向上させることができる。また、実際の列車１の先頭部１ａ及び後尾部１ｂの形状が秘密扱いである場合に、比較的入手が容易な先頭部１ａ及び後尾部１ｂの重心Ｇ_n，Ｇ_t間の距離のみを入手して、理論、実験及び数値解析の精度を向上させることができる。

(3) この実施形態では、長さ補正部１０による補正後の列車１の空気力学的長さＬ_aに基づいて、この列車１の速度Ｕ_aを速度演算部１４が演算する。このため、列車１の速度Ｕ_aを簡易に短時間で演算することができるとともに、列車１の速度Ｕ_aを高精度で測定することができる。

(4) この実施形態では、列車１の先頭部１ａが通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動ｐ_Aがゼロとなる時刻ｔ_Aと、この列車１の後尾部１ｂがこの通過点Ｐを通過するときに発生する圧力変動ｐ_Bがゼロとなる時刻ｔ_Bとの時間差ΔＴと、空気力学的長さＬ_aとに基づいて、この列車１の速度Ｕ_aを速度演算部１４が演算する。このため、例えば、一つの圧力センサによって計測された列車１の通過時の圧力変動ｐ_A，ｐ_Bに基づいて、列車１の速度Ｕ_aを簡単に測定することができる。また、低周波レベル計のような高価な圧力センサを複数設置する必要がなくなって、列車１の速度Ｕ_aを低コストで測定することができる。

次に、この発明の実施例を説明する。
図１〜図４に示す長さ補正装置５による列車の空気力学的長さＬ_aを調べるために模型試験を実施した。模型試験には、公益財団法人鉄道総合技術研究所内のトンネル微気圧の模型試験装置を使用した。このトンネル微気圧の模型試験装置は、実際のトンネルを模擬したトンネル模型内に、実際の鉄道車両を模擬した列車模型を通過させたときに発生するトンネル微気圧波を測定する装置である。このトンネル微気圧の模型試験装置は、一対の回転体の間で列車模型を加速しながら発射させる発射装置と、この発射装置から発射された列車模型をガイドするガイドワイヤ（ピアノ線）と、トンネル模型を通過した列車模型を制動させる制動装置と、トンネル模型を通過する列車模型の速度を検出する速度センサと、トンネル模型を列車模型が通過したときに発生するトンネル微気圧波を検出するマイクロホンなどを備えている。

模型試験では、列車模型の通過時の圧力変動波形を計測し、図１〜図４に示す長さ補正装置５によって空気力学的長さＬ_a及び速度Ｕ_aを演算し、数１４によって算出される算出速度Ｕ_calの測定結果と、実際の列車模型の参照速度Ｕ_refの測定結果とを比較した。模型試験では、低周波音レベル計（リオン株式会社製Xn-12A）によって列車模型の通過時の圧力変動を計測し、この模型列車の参照速度Ｕ_refを速度計測装置（２台のサーチコイルを用いた速度算出方法）によって計測した。模型試験は、観測点距離が実際の現場で12.5mに相当し、列車長さが実物換算で151mに相当し、先頭部及び後尾部が実物換算で15.7mに相当する条件で実施した。

図６に示す縦軸は、算出速度Ｕ_cal (km/h)であり、参照速度Ｕ_ref(km/h)である。実線は、算出速度Ｕ_cal＝参照速度Ｕ_refの直線である。図６に示す「■補正なし」は、実際の列車模型の長さＬ₀に基づいて算出したときの測定結果である。「■補正なし」は、以下の数１５に示すように、図２及び図３（Ｃ）に示す圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bがゼロとなる時刻ｔ_A，ｔ_Bの時間差ΔＴで実際の列車模型の長さＬ₀を除算したときの速度Ｕ₀を算出速度Ｕ_calとした。

図６に示す「◆断面積分布重心補正」は、従来の移動体の速度測定装置による断面積分布の重心距離ｌ_cに基づいて算出したときの測定結果である。「◆断面積分布重心補正」は、実際の列車模型の先頭部及び後尾部の断面積分布の重心距離ｌ_cを数１４に示す重心距離ｌ_g,n，ｌ_g,tと置き換えて、実際の列車模型の長さＬ₀から減算し、図２及び図３（Ｃ）に示す圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bがゼロとなる時刻ｔ_A，ｔ_Bの時間差ΔＴで除算したときの速度Ｕ_aを算出速度Ｕ_calとした。

ここで、数１６に示すｌ₀は列車模型の先頭部の長さであり、Ａは列車模型の先頭部の断面積分布であり、Ａ₀は列車模型の断面積である。

図６に示す「▲断面積変化率重心補正」は、図１に示す長さ補正装置５による断面積変化率の重心距離ｌ_cに基づいて算出したときの測定結果である。「▲断面積変化率重心補正」は、以下の数１７に示すように、実際の列車模型の先頭部及び後尾部の断面積変化率分布の重心距離ｌ_cを数１４に示す重心距離ｌ_g,n，ｌ_g,tと置き換え、実際の列車模型の長さＬ₀から減算して空気力学的長さＬ_aを算出し、図２及び図３（Ｃ）に示す圧力変動波形Ｗ_A，Ｗ_Bがゼロとなる時刻ｔ_A，ｔ_Bの時間差ΔＴでこの空気力学的長さＬ_aを除算したときの速度Ｕ_aを算出速度Ｕ_calとした。

図６に示すように、「▲断面積変化率重心補正」の場合には、実際の列車模型の長さＬ₀を補正して算出した算出速度Ｕ_calは、実際の列車模型の速度（参照速度）Ｕ_refと略一致することが確認された。一方、「■補正なし」の場合には、実際の列車模型の長さＬ₀により算出した算出速度Ｕ_calは、実際の列車模型の速度（参照速度）Ｕ_refと一致せず、実際の列車模型の速度（参照速度）Ｕ_refに対して過大評価となることが確認された。また、「◆断面積分布重心補正」の場合には、実際の列車模型の長さＬ₀を補正して算出した算出速度Ｕ_calは、実際の列車模型の速度（参照速度）Ｕ_refと一致せず、実際の列車模型の速度（参照速度）Ｕ_refに対して過小評価となることが確認された。その結果、図１に示す長さ補正装置５によって実際の列車１の長さＬ₀よりも短い空気力学的長さＬ_aを演算し、列車１の速度Ｕ_aを正確に測定可能であることが確認された。

この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
この実施形態では、移動体として列車１を例に挙げて説明したがこれに限定するものではない。例えば、高速で走行する磁気浮上式鉄道、自動車、航空機又は飛翔体などの移動体についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、軌道２が複線である場合を例に挙げて説明したが、軌道２が単線又は複々線である場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、構造物３としてトンネルを例に挙げて説明したが、トンネル微気圧波を低減するためにトンネル坑口を覆うトンネル緩衝工、軌道２上に架け渡した跨線橋、軌道２上の駅本屋を配置した橋上駅などの構造物についてもこの発明を適用することができる。

１列車（移動体）
１ａ先頭部（前部）
１ｂ後尾部（後部）
２軌道
３構造物
４圧力変動測定装置
５長さ補正装置
６信号処理部
７圧力変動情報記憶部
８圧力変動波形生成部
９圧力変動波形情報記憶部
１０長さ補正部
１１補正情報記憶部
１２補正情報入力部
１３補正長さ情報記憶部
１４速度演算部
１４速度情報記憶部
１６プログラム記憶部
１７表示部
１８制御部
Ｐ通過点
ｐ_A，ｐ_B 圧力変動（列車通過時圧力変動(移動体通過時圧力変動))
Ｗ_A，Ｗ_B 圧力変動波形
ｔ_A，ｔ_B 時刻
Ｇ_t，Ｇ_n 重心
ｌ_g,n，ｌ_g,t 重心距離
Ｌ₀ 長さ
Ｌ_a 空気力学的長さ
ΔＴ時間差

Claims

移動体の長さを補正する移動体の長さ補正装置であって、
前記移動体の前部の断面積変化率の重心と、この移動体の後部の断面積変化率の重心との間の距離を、この移動体の空気力学的長さとして補正する長さ補正部と、
前記移動体の前部が通過点を通過するときに発生する圧力変動がゼロとなる時刻と、この移動体の後部がこの通過点を通過するときに発生する圧力変動がゼロとなる時刻との時間差と、前記空気力学的長さとに基づいて、この移動体の速度を演算する速度演算部と、
を備える移動体の長さ補正装置。
移動体の長さを補正する移動体の長さ補正プログラムであって、
前記移動体の前部の断面積変化率の重心と、この移動体の後部の断面積変化率の重心との間の距離を、この移動体の空気力学的長さとして補正する長さ補正手順と、
前記移動体の前部が通過点を通過するときに発生する圧力変動がゼロとなる時刻と、この移動体の後部がこの通過点を通過するときに発生する圧力変動がゼロとなる時刻との時間差と、前記空気力学的長さとに基づいて、この移動体の速度を演算する速度演算手順と、
をコンピュータに実行させる移動体の長さ補正プログラム。