JP6347069B2 - 画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法 - Google Patents
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Description
なお、以下の説明において、「偏位」は「鉄道専門用語で、パンタグラフがトロリ線に接触する位置でパンタグラフの中央からの距離」を意味し、「変位」は「一般的な物理量で、元の位置からの移動量」を意味するものとする。
パンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影するトロリ線測定用撮像手段を車両の屋根上に設置し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して、前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理手段を備えた画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、
前記車両の屋根上から見た前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度とし、水平面に対する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、
前記画像処理手段が、
前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記トロリ線の摩耗幅を補正し前記トロリ線の真の摩耗幅を求める摩耗幅傾斜補正処理手段と、
前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度に基づいて前記トロリ線の残存直径を求める残存直径傾斜補正処理手段と
を備える
ことを特徴とする。
前記画像処理手段が、前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成するトロリテーブル作成処理手段を備え、
前記残存直径傾斜補正処理手段が、前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする。
前記車両に、該車両の枕木方向に対する傾斜角度を検出する車両角度検出手段を設けるとともに、前記車両の屋根上に、前記パンタグラフに取り付けられ枕木方向に離間した二つのマーカーを各々撮影する二台のパンタグラフ撮影手段を設置し、
前記画像処理手段が、前記パンタグラフ撮影手段により取得された前記マーカーの画像に基づいて前記パンタグラフ全体の傾斜角度を算出するパンタグラフ傾斜計算処理手段と、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の画像から前記トロリ線の偏位位置を求めるトロリ線偏位位置出力処理手段とを備え、
前記残存直径傾斜補正処理手段が、前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両角度検出手段により検出した前記車両の角度と、前記パンタグラフ傾斜計算処理手段により算出した前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線偏位位置出力手段により求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。
前記画像処理手段が、前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成するパンタグラフテーブル作成処理部を備え、
前記摩耗幅傾斜補正処理手段が、前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。
車両の屋根上に設置したトロリ線測定用撮像手段でパンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理によるトロリ線摩耗測定方法において、
前記車両の屋根上から見た前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度とし、水平面に対する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、
前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記摩耗幅を補正することにより求めた前記トロリ線の真の摩耗幅と前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度とに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする。
前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成し、
前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする。
前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両の角度と、前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。
前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成し、
前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。
本発明は、特許文献1の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置に、摩耗面の枕木方向の傾斜を考慮してトロリ線の摩耗幅およびトロリ線の残存直径を補正する機能を新たに加えるものである。
高さ測定用ラインセンサカメラ12Bは、第一の高さマーカー11Aを撮像するように、該第一の高さマーカー11Aに向けてその走査線方向が上下方向となるように設置されている。
パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ12Cは、第二の高さマーカー11Bを撮像するように、該第二の高さマーカー11Bに向けてその走査線方向が上下方向となるように設置されている。なお、該パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ12Cのスキャン平面は、高さ測定用ラインセンサカメラ12Bのスキャン平面に対して平行となっている。すなわち、ラインセンサカメラ12B,12Cのスキャン平面間距離lmrは、ラインセンサカメラ12B,12Cの素子面間距離とも言える。
また、ジャイロセンサ13は、水平面に対する車両1の傾きを検出し、ジャイロセンサ角度として画像処理装置14へ出力する。
ここで、パンタグラフテーブルとは、トロリ線3の偏位方向の位置と当該位置におけるパンタグラフ2の上面の傾斜角度とを関連付けるためのものであり、具体的には、以下の(1)に一例を示すように、パンタグラフ2の偏位方向の位置x[mm]とパンタグラフ2の上面の高さh(x)[mm]とを関連付けたものである。
パンタグラフテーブル: h(0),h(Δd), h(2Δd),…,h(xmax) (1)
パンタグラフテーブル(例):0,-0.01,-0.03, …,-300 (2)
作成されたパンタグラフテーブルはメモリ14jに保管される。
すなわち、トロリテーブルD(i)とは、トロリ線摩耗面3aの枕木方向の傾斜角度(以下、単に「トロリ線摩耗面3aの角度」という)θ[deg]及びトロリ線摩耗面3aの摩耗幅Wと、該トロリ線摩耗面3aの角度θ及びトロリ線摩耗面3aの摩耗幅Wに対応するトロリ線3の残存直径Dとを関連付けたものである。
そこで、本実施例では図7から図9に示すように、残存直径Dを、摩耗幅Wの中点からトロリ線3上部に引いた垂線の長さと定義する。このように定義することにより、摩耗面3aが水平面に対して平行である場合も摩耗面3aが水平面に対して傾斜している場合も残存直径Dと残存断面積Aとの相関関係が保たれる。
なお、通常、円形みぞ付トロリ線3Bの場合、図8(b)に示すようにみぞ部分のへこみを無視し、円形トロリ線に置き換えて求めた垂線の長さを残存直径Dとする。本実施例では、異形みぞ付トロリ線3Aの場合も同様に、図8(a)に示すようにみぞ部分を無視し、異形トロリ線に置き換えて求めた垂線の長さを残存直径Dとする。
そのため、本来であればトロリ線摩耗面3aの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Wの二つの変数の条件により残存直径Dの算出式を変更しなければならない。しかしこれには、処理時間の増大や、各異形トロリ線ごとに変数の条件と計算式を求めなければならない問題が発生する。
そこで、本実施例では図10に一例を示すように、トロリ線摩耗面3aの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Wとを入力値とし、残存直径Dを出力値とするトロリテーブルD(i)を作成する。このようなトロリテーブルD(i)は、トロリ線摩耗面3aの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Wの刻みと最大値とを一定にすることにより、残存直径Dのみの一次元配列を確保すればよく、かつ参照時においても、求める残存直径Dのインデックスは検索することなく一意に決まるので処理時間が短くなる利点がある。なお、トロリ線摩耗面3aの枕木方向の傾斜を考慮しない場合(トロリ線摩耗面3aが枕木方向において水平面に対して平行である場合)はθ=0として検索すればよい。
記憶装置15は、画像処理装置14で求めた処理結果等を記憶する。
パンタグラフテーブルの作成は、パンタグラフ2の設計図面からCADなどを使用して求める方法や、実際の現場で、検査前にパンタグラフ2の上面データをレーザやカメラなどで測定する方法などがある。このパンタグラフテーブルは後述するパンタグラフ傾斜測定処理でパンタグラフ2の上面形状による傾斜を求める際に使用する。
トロリテーブルD(i)は、トロリ線摩耗面3aの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Wをある一定の刻みで変化させたときの残存直径値をシミュレーションによって求めることにより作成する。
このマーカー高さ測定処理部14dによる処理は、高さ測定用ラインセンサカメラ12Bと第一の高さマーカー11A、及び、パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ12Cと第二の高さマーカー11Bを使用し、既知の手法(例えば、上記特許文献2の実施例3に記述されている手法等)を用いて第一、第二のマーカー11A,11Bの高さを測定すればよく、ここでの詳しい説明は省略する。
このトロリ線摩耗幅測定処理部14eによる処理は、トロリ線測定用ラインセンサ画像をもとに既知の手法(例えば、上記特許文献1の実施例1に記述されている手法等)を用いてトロリ線の見かけの摩耗幅W'を求めるものとし、ここでの詳しい説明は省略する。なお、このトロリ線摩耗幅測定処理部14eにおいては、トロリ線3の見かけの摩耗幅W'を測定することに加えて、トロリ線3の偏位位置を求めるものとする。
θ1=arctan((hr−hm)/lmr) (3)
すなわち、トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部14gでは、パンタグラフ傾斜計算処理で得られたパンタグラフ2全体の傾斜角度θ 1 およびパンタグラフ上面形状による傾斜角度θ 2 をもとに、トロリ線摩耗幅測定処理で得られた見かけの摩耗幅W'[mm]を次式(4)を用いて真の摩耗幅W[mm]に変換する。
W=W'/cos(θ 1 +θ 2 )・・・(4)
すなわち、トロリ線残存直径の傾斜補正処理部14hでは、トロリテーブルD(i)を用いて、以下の式(5),(6)により傾斜補正を行ったトロリ線3の真の残存直径Dout[mm]を求めることができる。
Dout=D(i)・・・(5)
i=θ*Wmax/ΔW+W/ΔW・・・(6)
ここで、(5)と(6)のiは同一のもので、トロリ線摩耗面3aの角度をθ[deg]、最大摩耗幅をWmax[mm]、摩耗幅の刻み幅をΔW[mm]としている。
また、パンタグラフテーブル作成処理部14bによりパンタグラフテーブル作成処理手段を構成し、トロリテーブル作成処理部14cによりトロリテーブル作成処理手段を構成し、トロリ線摩耗幅測定処理部14eによりトロリ線偏位位置出力手段を構成し、パンタグラフ傾斜計算処理部14fによりパンタグラフ傾斜計算処理手段を構成し、トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部14gにより摩耗幅傾斜補正処理手段を構成し、トロリ線残存直径の傾斜補正処理部14hにより残存直径傾斜補正処理手段を構成している。
2 パンタグラフ
2a 舟体
2b ホーン
3 トロリ線
3A 異形みぞ付トロリ線
3B 円形みぞ付トロリ線
3a トロリ線摩耗面
4 レール
11A 第一高さマーカー
11B 第二高さマーカー
12A トロリ線測定用ラインセンサカメラ
12B 高さ測定用ラインセンサカメラ
12C パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ
13 ジャイロセンサ
14 画像処理装置
14a ラインセンサ画像作成部
14b パンタグラフテーブル作成処理部
14c トロリテーブル作成処理部
14d マーカー高さ測定処理部
14e トロリ線摩耗幅測定処理部
14f パンタグラフ傾斜計算処理部
14g トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部
14h トロリ線残存直径の傾斜補正処理部
14i,14j メモリ
15 記憶装置
20 ラインセンサ画像
Claims (8)
- パンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影するトロリ線測定用撮像手段を車両の屋根上に設置し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して、前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理手段を備えた画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、
前記車両の屋根上から見た前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度とし、水平面に対する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、
前記画像処理手段が、
前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記トロリ線の摩耗幅を補正し前記トロリ線の真の摩耗幅を求める摩耗幅傾斜補正処理手段と、
前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度に基づいて前記トロリ線の残存直径を求める残存直径傾斜補正処理手段と
を備える
ことを特徴とする画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。 - 前記画像処理手段が、前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成するトロリテーブル作成処理手段を備え、
前記残存直径傾斜補正処理手段が、前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。 - 前記車両に、該車両の枕木方向に対する傾斜角度を検出する車両角度検出手段を設けるとともに、前記車両の屋根上に、前記パンタグラフに取り付けられ枕木方向に離間した二つのマーカーを各々撮影する二台のパンタグラフ撮影手段を設置し、
前記画像処理手段が、前記パンタグラフ撮影手段により取得された前記マーカーの画像に基づいて前記パンタグラフ全体の傾斜角度を算出するパンタグラフ傾斜計算処理手段と、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の画像から前記トロリ線の偏位位置を求めるトロリ線偏位位置出力処理手段とを備え、
前記残存直径傾斜補正処理手段が、前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両角度検出手段により検出した前記車両の角度と、前記パンタグラフ傾斜計算処理手段により算出した前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線偏位位置出力手段により求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。 - 前記画像処理手段が、前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成するパンタグラフテーブル作成処理手段を備え、
前記摩耗幅傾斜補正処理手段が、前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
ことを特徴とする請求項3に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。 - 車両の屋根上に設置したトロリ線測定用撮像手段でパンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理によるトロリ線摩耗測定方法において、
前記車両の屋根上から見た前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度とし、水平面に対する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度を前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、
前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記摩耗幅を補正することにより求めた前記トロリ線の真の摩耗幅と前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度とに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。 - 前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成し、
前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする請求項5に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。 - 前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両の角度と、前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。 - 前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成し、
前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
ことを特徴とする請求項7に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。
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