JP6368933B2 - Overhead wire position measuring apparatus and method - Google Patents

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JP6368933B2 JP2014150352A JP2014150352A JP6368933B2 JP 6368933 B2 JP6368933 B2 JP 6368933B2 JP 2014150352 A JP2014150352 A JP 2014150352A JP 2014150352 A JP2014150352 A JP 2014150352A JP 6368933 B2 JP6368933 B2 JP 6368933B2
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Description

本発明は、架線検測において、電車の屋根上から架線までの高さ及び偏位を、1軸走査型の測定センサを用いて測定する、架線位置測定装置及び方法に関する。   The present invention relates to an overhead line position measuring apparatus and method for measuring the height and deviation from the roof of a train to an overhead line using a single-axis scanning type measurement sensor in overhead line inspection.

従来、架線の高さ測定には、下記特許文献1のように、パンタグラフに貼り付けたマーカをラインセンサカメラで撮影することで、マーカの高さを求め、そこから架線の高さを求める方法を取っている。   Conventionally, for measuring the height of an overhead line, a method of obtaining the height of a marker by photographing the marker pasted on a pantograph with a line sensor camera as in Patent Document 1 below, and obtaining the height of the overhead line therefrom Is taking.

また、下記特許文献2では、投光光学系から架線にスリット光を投光し、該スリット光の架線による反射光を受光し、該スリット光の反射点の映像の架線の高さに対応する位置をCCDセンサにより検出し、該映像を受光した該CCDセンサの画素のアドレスから架線の高さを求める手段が開示されている。   In Patent Document 2 below, slit light is projected from the light projecting optical system onto the overhead line, the reflected light from the overhead line of the slit light is received, and the height of the overhead line of the image at the reflection point of the slit light is accommodated. Means for detecting the position by a CCD sensor and obtaining the height of the overhead line from the address of the pixel of the CCD sensor that received the image is disclosed.

特許第4923942号公報Japanese Patent No. 4923294 特許第2890266号公報Japanese Patent No. 2890266 特許第5476776号公報Japanese Patent No. 5476776

しかし、上記特許文献1では、パンタグラフを架線に接触させる必要があるので、使えない場合がある。例えば、新設した摩耗のない真円型の架線(新線)の高さ及び偏位が設計通りに施工できているのかの検測には、パンタグラフで架線を消耗させるわけにはいかず、上記特許文献1の方法では検測できない。なお、「偏位」とは、パンタグラフが接触する架線の鉛直方向最下点の、パンタグラフの中央からの距離を指すものである。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, it is necessary to bring the pantograph into contact with the overhead line, so that it may not be used. For example, in order to check whether the height and deviation of a newly installed perfect circular overhead wire (new line) can be constructed as designed, the pantograph cannot be used to exhaust the overhead wire. The method of Reference 1 cannot be used for inspection. The “deviation” refers to the distance from the center of the pantograph at the lowest vertical point of the overhead line with which the pantograph contacts.

また、上記特許文献2では、新線の高さ及び偏位が設計通りに施工できているのかの検測においても適用可能であるが、投光光学系を備えた特殊な検測車を用意する必要があり、装置が大掛かりなものとなってしまう。   Moreover, in the above-mentioned Patent Document 2, a special inspection vehicle equipped with a light projecting optical system is prepared, although it can be applied to inspection whether the height and deviation of the new line can be constructed as designed. It is necessary to do this, and the apparatus becomes large.

なお、上記特許文献3には、装置の角度や位置などを調整することで、角度分解能が低い測域センサで架線からの反射点数を増やす技術が開示されている。   Patent Document 3 discloses a technique for increasing the number of reflection points from an overhead line with a range sensor having a low angular resolution by adjusting the angle and position of the apparatus.

本発明では、1軸走査型の測域センサを用いた簡易的な構成で、測域センサによる新線の測定値につき重心点を算出することによって、新線の偏位及び高さを求めることができる、架線位置測定装置及び方法を提供することを目的とする。   In the present invention, the deviation and height of the new line are obtained by calculating the center of gravity for the measured value of the new line by the range sensor with a simple configuration using a single-axis scanning type range sensor. An object of the present invention is to provide an overhead line position measuring apparatus and method capable of

上記課題を解決する第1の発明に係る架線位置測定装置は、
車両の屋根上に鉛直上向きに設置され、予め架線が変動し得る範囲が観測範囲として設定され、該架線をスキャンすることができる、測域センサと、
前記スキャンによる前記架線の測定値を角度θ及び距離dとして取得し、該角度θ及び該距離dから、補正係数を用いて、前記架線の鉛直方向最下点の偏位x及び高さyを算出する、架線位置測定部と、
前記架線位置測定部へ前記補正係数を出力する、キャリブレーション部とを備える、架線位置測定装置であって、
前記架線位置測定部は、
前記観測範囲内に複数存在する前記測定値を、一つの前記架線を示す測定値の塊として検出する、架線の塊検出部と、
前記塊に含まれる前記測定値の前記角度θ及び前記距離dをそれぞれ平均化することで、架線重心点の角度θE及び距離dEとする、架線重心点算出部と、
前記補正係数に基づき、前記架線重心点の前記角度θE及び前記距離dEを補正することで、前記測域センサの光源と前記架線の中心とを結ぶ線分と、該架線の表面との交点である、補正後架線重心点の、角度θF及び距離dFを求める、補正後架線重心点算出部と、
下記式を用いて、前記補正後架線重心点の前記角度θF及び前記距離dFより、前記架線の鉛直方向最下点の前記偏位x及び前記高さyを求める、架線高さ基準点算出部とを備える
ことを特徴とする。
x=(dF+r)cosθF
y=(dF+r)sinθF−r
x:前記架線の鉛直方向最下点の偏位
y:前記架線の鉛直方向最下点の高さ
r:前記架線の半径
The overhead line position measuring apparatus according to the first invention for solving the above-mentioned problems is
A range sensor that is installed vertically upward on the roof of the vehicle, and a range in which the overhead line can be changed in advance is set as an observation range, and the overhead line can be scanned;
The measured value of the overhead line by the scan is acquired as an angle θ and a distance d, and the deviation x and the height y of the lowest point in the vertical direction of the overhead line are obtained from the angle θ and the distance d using a correction coefficient. An overhead line position measurement unit to be calculated;
An overhead line position measuring apparatus comprising a calibration unit that outputs the correction coefficient to the overhead line position measuring unit,
The overhead wire position measuring unit is
Detecting a plurality of the measurement values existing in the observation range as a lump of measurement values indicating one overhead line;
An overhead line centroid calculation unit that averages the angle θ and the distance d of the measurement values included in the lump to obtain an angle θ E and a distance d E of the overhead line centroid point;
By correcting the angle θ E and the distance d E of the overhead line centroid point based on the correction coefficient, a line segment connecting the light source of the ranging sensor and the center of the overhead line, and the surface of the overhead line A corrected overhead line centroid point calculation unit for obtaining an angle θ F and a distance d F of the corrected overhead line centroid point, which is an intersection;
An overhead line height reference point for obtaining the displacement x and the height y of the lowest vertical point of the overhead line from the angle θ F and the distance d F of the corrected overhead line center of gravity using the following formula: And a calculation unit.
x = (d F + r) cos θ F
y = (d F + r) sin θ F −r
x: Deviation of the lowest vertical point of the overhead wire y: Height of the lowest vertical point of the overhead wire r: Radius of the overhead wire

上記課題を解決する第2の発明に係る架線位置測定装置は、
上記第1の発明に係る架線位置測定装置において、
前記キャリブレーション部は、
前記架線と同一の材質及び形状のキャリブレーションターゲットに対する前記測域センサのスキャンによる測定値を、角度θ´及び距離d´として取得し、該測定値の中で集中して複数存在する測定値を、前記キャリブレーションターゲットを示す測定値の塊として検出し、該塊に含まれる測定値の該角度θ´及び該距離d´をそれぞれ平均化することで、キャリブレーションターゲット重心点の角度θE´及び距離dE´とする、ターゲット位置測定部と、
前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数を、第1所定数以上メモリに記録したと判定すると、該キャリブレーションターゲット重心点のデータが該メモリから最小二乗法処理部へ出力されるように指令する、データ数判定部と、
前記角度θE´と、予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度θF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する前記補正係数を求め、前記距離dE´と予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度dF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する前記補正係数を求める、前記最小二乗法処理部と、
前記補正係数のデータを、前記補正後架線重心点算出部へ出力する、キャリブレーション結果出力部とを備える
ことを特徴とする。
The overhead line position measuring apparatus according to the second invention for solving the above-mentioned problems is
In the overhead line position measuring apparatus according to the first invention,
The calibration unit
A measurement value obtained by scanning the range sensor with respect to a calibration target having the same material and shape as the overhead line is acquired as an angle θ ′ and a distance d ′, and a plurality of measurement values concentrated in the measurement value are present. The calibration target centroid point angle θ E ′ is detected by detecting the calibration target as a mass of measurement values and averaging the angle θ ′ and the distance d ′ of the measurement values included in the mass. And a target position measurement unit with a distance d E ′,
If it is determined that the number of data of the calibration target barycentric points is recorded in the memory more than the first predetermined number, the calibration target barycentric point data is commanded to be output from the memory to the least squares processing unit. A data number determination unit;
The angle θ E ′, the true angle θ F ′ of the intersection point of the line segment connecting the light source of the ranging sensor and the center of the calibration target, and the calibration target surface, which are input in advance, In order to reduce the error, the least square method is performed, the correction coefficient relating to the angle is obtained, and the distance d E ′ and the previously input light source of the range sensor and the center of the calibration target are connected. The least-squares method process, wherein the least-square method is performed so that the error between the line segment and the true angle d F ′ of the intersection of the calibration target surface is reduced, and the correction coefficient related to the distance is obtained. And
And a calibration result output unit that outputs the correction coefficient data to the corrected overhead line centroid point calculation unit.

上記課題を解決する第3の発明に係る架線位置測定装置は、
上記第2の発明に係る架線位置測定装置において、
さらに、
複数の前記キャリブレーションターゲットが設置される設置台と、
前記測域センサを、光軸を中心として、複数の前記キャリブレーションターゲットをスキャン可能に回転するように、設置することができる、回転台とを備え、
前記回転台に前記測域センサを設置し、前記回転台の所定角度毎に前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンするものとし、
前記データ数判定部により、前記メモリに記録された前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数が前記第1所定数未満であると判定した場合、前記回転台のある角度について第2所定数以上のデータ数が記録されているか否かを判定し、
第2所定数以上のデータ数であれば、前記回転台を前記所定角度回転させた上で、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求め、
前記第2所定数未満のデータ数であれば、前記回転台を回転させずに、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求める
ことを特徴とする。
An overhead line position measuring apparatus according to a third invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the overhead line position measuring apparatus according to the second invention,
further,
An installation table on which a plurality of the calibration targets are installed;
The range sensor includes a turntable that can be installed so as to rotate a plurality of the calibration targets about the optical axis so as to be scanned,
The range sensor is installed on the turntable, and the calibration target is scanned by the range sensor every predetermined angle of the turntable,
When the data number determination unit determines that the number of data of the calibration target barycentric points recorded in the memory is less than the first predetermined number, the second predetermined number or more data for an angle of the turntable Determine if the number is recorded,
If the number of data is equal to or greater than a second predetermined number, the calibration table is scanned by the range sensor after the turntable is rotated by the predetermined angle, and the calibration target center of gravity is scanned by the target position measurement unit. Find the point E ′ again,
If the number of data is less than the second predetermined number, the calibration target is scanned by the range sensor without rotating the turntable, and the calibration target barycentric point E ′ is scanned by the target position measurement unit. Is obtained again.

上記課題を解決する第4の発明に係る架線位置測定方法は、
車両の屋根上に鉛直上向きに設置され、予め架線が変動し得る範囲が観測範囲として設定される、測域センサによって、該架線をスキャンし、
前記スキャンによる前記架線の測定値を角度θ及び距離dとして取得し、該角度θ及び該距離dから、補正係数を用いて、前記架線の鉛直方向最下点の偏位x及び高さyを算出する、架線位置測定方法であって、
前記観測範囲内に複数存在する前記測定値を、一つの前記架線を示す測定値の塊として検出し、
前記塊に含まれる前記測定値の前記角度θ及び前記距離dをそれぞれ平均化することで、架線重心点の角度θE及び距離dEとし、
前記補正係数に基づき、前記架線重心点の前記角度θE及び前記距離dEを補正することで、前記測域センサの光源と前記架線の中心とを結ぶ線分と、該架線の表面との交点である、補正後架線重心点の、角度θF及び距離dFを求め、
下記式を用いて、前記補正後架線重心点の前記角度θF及び前記距離dFより、前記架線の鉛直方向最下点の前記偏位x及び前記高さyを求める
ことを特徴とする。
x=(dF+r)cosθF
y=(dF+r)sinθF−r
x:前記架線の鉛直方向最下点の偏位
y:前記架線の鉛直方向最下点の高さ
r:前記架線の半径
The overhead line position measuring method according to the fourth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
It is installed vertically on the roof of the vehicle, and the range in which the overhead line can fluctuate in advance is set as the observation range.
The measured value of the overhead line by the scan is acquired as an angle θ and a distance d, and the deviation x and the height y of the lowest point in the vertical direction of the overhead line are obtained from the angle θ and the distance d using a correction coefficient. An overhead line position measuring method to calculate,
Detecting a plurality of the measurement values present in the observation range as a lump of measurement values indicating one of the overhead lines;
By averaging the angle θ and the distance d of the measurement values included in the mass, respectively, the angle θ E and the distance d E of the overhead line centroid point are obtained.
By correcting the angle θ E and the distance d E of the overhead line centroid point based on the correction coefficient, a line segment connecting the light source of the ranging sensor and the center of the overhead line, and the surface of the overhead line Find the angle θ F and the distance d F of the corrected overhead line centroid that is the intersection,
The deviation x and the height y of the lowest vertical point of the overhead line are obtained from the angle θ F and the distance d F of the corrected overhead line center of gravity using the following formula.
x = (d F + r) cos θ F
y = (d F + r) sin θ F −r
x: Deviation of the lowest vertical point of the overhead wire y: Height of the lowest vertical point of the overhead wire r: Radius of the overhead wire

上記課題を解決する第5の発明に係る架線位置測定装方法は、
上記第4の発明に係る架線位置測定方法において、
前記架線と同一の材質及び形状のキャリブレーションターゲットに対する前記測域センサのスキャンによる測定値を、角度θ´及び距離d´として取得し、該測定値の中で集中して複数存在する測定値を、前記キャリブレーションターゲットを示す測定値の塊として検出し、該塊に含まれる測定値の該角度θ´及び該距離d´をそれぞれ平均化することで、キャリブレーションターゲット重心点の角度θE´及び距離dE´とし、
第1所定数以上の前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数を基に、前記角度θE´と、予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度θF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する前記補正係数を求め、前記距離dE´と予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度dF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する前記補正係数を求める
ことを特徴とする。
An overhead wire position measuring method according to a fifth invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the overhead line position measuring method according to the fourth invention,
A measurement value obtained by scanning the range sensor with respect to a calibration target having the same material and shape as the overhead line is acquired as an angle θ ′ and a distance d ′, and a plurality of measurement values concentrated in the measurement value are present. The calibration target centroid point angle θ E ′ is detected by detecting the calibration target as a mass of measurement values and averaging the angle θ ′ and the distance d ′ of the measurement values included in the mass. And the distance d E ′,
Based on the number of data of the calibration target barycentric points equal to or greater than a first predetermined number, the angle θ E ′ and a line segment connecting the light source of the range sensor and the center of the calibration target, which are input in advance, The least square method is performed so that the error from the true angle θ F ′ of the intersection with the surface of the calibration target becomes small, the correction coefficient relating to the angle is obtained, and the distance d E ′ is input in advance. The error between the line segment connecting the light source of the range sensor and the center of the calibration target and the true angle d F ′ of the intersection with the surface of the calibration target is reduced. The least square method is performed, and the correction coefficient related to the distance is obtained.

上記課題を解決する第6の発明に係る架線位置測定方法は、
上記第5の発明に係る架線位置測定方法において、
さらに、
複数の前記キャリブレーションターゲットを設置台に設置し、
前記測域センサを、光軸を中心として、複数の前記キャリブレーションターゲットをスキャン可能に回転するように、回転台に設置し、
前記回転台の所定角度毎に前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンするものとし、
前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数が前記第1所定数未満である場合、
前記回転台のある角度について第2所定数以上のデータ数であれば、前記回転台を前記所定角度回転させた上で、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求め、
前記回転台のある角度について前記第2所定数未満のデータ数であれば、前記回転台を回転させずに、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求める
ことを特徴とする。
The overhead line position measuring method according to the sixth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the overhead line position measuring method according to the fifth invention,
further,
A plurality of calibration targets are installed on an installation table,
The range sensor is installed on a turntable so as to rotate a plurality of the calibration targets about the optical axis so as to be scanned,
The calibration target is scanned by the range sensor at every predetermined angle of the turntable,
When the number of data of the calibration target barycenter is less than the first predetermined number,
If the rotary table of the certain angle the number of data of the second predetermined number or more, in terms of the turntable was the predetermined angle, by the measuring range sensor scans the calibration target, before SL calibration target Find the center of gravity E 'again,
If the number of data of the lower than the second predetermined number for the angle with the turntable, without rotating the rotary table, by the measuring range sensor scans the calibration target, before SL calibration target centroid E ′ Is obtained again.

本発明に係る架線位置測定装置及び方法によれば、1軸走査型の測域センサを用いた簡易的な構成で、測域センサによる新線の測定値につき重心点を算出することによって、新線の偏位及び高さを求めることができる。   According to the overhead line position measuring apparatus and method according to the present invention, a new configuration is obtained by calculating the barycentric point for the measured value of the new line by the range sensor with a simple configuration using the single axis scanning type range sensor. The deviation and height of the line can be determined.

測域センサ1及び架線位置測定部2の概略図である。It is the schematic of the range sensor 1 and the overhead line position measurement part 2. FIG. 架線位置測定部2の装置構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the apparatus structure of the overhead line position measurement part. 架線位置測定部2の制御を説明するフローチャートである。5 is a flowchart for explaining control of an overhead line position measuring unit 2. 架線4の真値と架線高さ基準点Bとの関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the true value of the overhead line 4, and the overhead line height reference point B. FIG. 実際の測域センサ1による架線4を示す測定値の挙動を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the behavior of the measured value which shows the overhead line 4 by the actual range sensor 1. FIG. 最下点が暴れてしまう状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in which the lowest point will be exposed. 重心点Eを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the gravity center point E. FIG. 補正後架線重心点Fから架線高さ基準点Bを算出する手順を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the procedure of calculating the overhead line height reference point B from the corrected overhead line center of gravity point F. キャリブレーションについて説明する正面図である。It is a front view explaining a calibration. 実施例1におけるキャリブレーションについて説明する側面図である。FIG. 6 is a side view illustrating calibration in the first embodiment. 実施例1におけるキャリブレーション部2の装置構成を説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a device configuration of a calibration unit 2 according to the first embodiment. 実施例1におけるキャリブレーション部2の制御を説明するフローチャートである。3 is a flowchart illustrating control of a calibration unit 2 according to the first embodiment. 実施例2におけるキャリブレーションについて説明する側面図である。FIG. 10 is a side view illustrating calibration in the second embodiment. 実施例2におけるキャリブレーション部2の装置構成を説明するブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a device configuration of a calibration unit 2 according to a second embodiment. 実施例2におけるキャリブレーション部2の制御を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining control of a calibration unit 2 in Embodiment 2.

本発明の実施例1に係る架線位置測定装置及び方法は、新線を測定対象とするものである。ただし、摩耗した架線でも精度は落ちるが適用可能である。   The overhead wire position measuring apparatus and method according to the first embodiment of the present invention are intended to measure a new line. However, it can be applied even with worn overhead wires with reduced accuracy.

以下、本発明に係る架線位置測定装置及び方法を、実施例により図面を用いて説明する。なお、以下の記載における「架線」とは、「新線」を指すものとする。以下の記載における「角度」とは、測域センサからの角度、正確には、測域センサの光源からの角度を指すものとする。また、以下の記載における「距離」とは、測域センサからの距離、正確には、測域センサの光源からの距離を指すものとする。さらに、以下の記載における「真値」とは、正しい値のことを指すものとする。   Hereinafter, an overhead line position measuring apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings by way of examples. In the following description, the “overhead line” refers to a “new line”. The “angle” in the following description refers to an angle from the range sensor, more precisely, an angle from the light source of the range sensor. In the following description, “distance” refers to a distance from the range sensor, more precisely, a distance from the light source of the range sensor. Furthermore, “true value” in the following description refers to a correct value.

[実施例1]
本発明の実施例1に係る架線位置測定装置の構成について説明する。本発明の実施例1に係る架線位置測定装置は、測域センサ1、架線位置測定部2、及び、キャリブレーション部3を備える。なお、図1は、測域センサ1及び架線位置測定部2の概略図である。
[Example 1]
A configuration of the overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. The overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a range sensor 1, an overhead line position measuring unit 2, and a calibration unit 3. FIG. 1 is a schematic diagram of the range sensor 1 and the overhead line position measuring unit 2.

測域センサ1は、1軸走査型であり、架線4をスキャンするため、図1に示すように、測域センサ1は車両の屋根上5に鉛直上向きに設置されている。さらに、作業者の安全も考慮して、測域センサ1はレーザ強度が弱く安全なクラスのものを使用する。本発明の実施例1に係る架線位置測定装置では、レーザ強度が弱く安全なクラスのレーザでも高精度に測定できる。   The range sensor 1 is a single-axis scanning type, and in order to scan the overhead line 4, as shown in FIG. 1, the range sensor 1 is installed vertically on the roof 5 of the vehicle. Further, considering the safety of the operator, the range sensor 1 is of a safe class with low laser intensity. In the overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, even a safe class laser with weak laser intensity can be measured with high accuracy.

なお、測域センサ1の観測範囲は任意に設定できるので、予め架線4が変動し得る範囲(変動範囲)を観測範囲に設定する。   In addition, since the observation range of the range sensor 1 can be set arbitrarily, the range in which the overhead line 4 can fluctuate (fluctuation range) is set in advance as the observation range.

架線位置測定部2は、測域センサ1のスキャンによる架線4の角度分解能θmin毎の距離dを取得(すなわち、測定値、角度θ及び距離dを取得)し、この測定値である角度θ及び距離dから、後述する補正係数を用いて、架線高さ基準点Bの偏位x及び高さyを算出する。なお、架線高さ基準点Bとは、架線4の鉛直方向最下点に当たる箇所を指すものとする。 The overhead line position measuring unit 2 acquires the distance d for each angular resolution θ min of the overhead line 4 by scanning of the range sensor 1 (that is, acquires the measured value, the angle θ, and the distance d), and the angle θ that is the measured value And the deviation x and height y of the overhead line height reference point B are calculated from the distance d using a correction coefficient described later. The overhead line height reference point B is assumed to indicate a position corresponding to the lowest vertical point of the overhead line 4.

図2は、架線位置測定部2の装置構成を説明するブロック図である。図2に示すように、架線位置測定部2は、第1メモリ10、架線の塊検出部11、架線重心点算出部12、架線補正後架線重心点算出部13、及び、架線高さ基準点算出部14を備え、架線高さ基準点Bを算出するものである。   FIG. 2 is a block diagram illustrating the apparatus configuration of the overhead line position measuring unit 2. As shown in FIG. 2, the overhead line position measurement unit 2 includes a first memory 10, an overhead line lump detection unit 11, an overhead line centroid point calculation unit 12, an overhead line corrected overhead line centroid point calculation unit 13, and an overhead line height reference point. The calculation part 14 is provided and the overhead line height reference point B is calculated.

第1メモリ10は、上述の測域センサ1による測定値、及び、その他各種のデータを記憶する。   The 1st memory 10 memorizes the measured value by the above-mentioned range sensor 1, and other various data.

架線の塊検出部11は、第1メモリ10に記憶された測域センサ1の測定値(角度θ及び距離d)の中から、架線4を示す測定値の塊を検出する。具体的には、架線の塊検出部11は、角度分解能θmin毎に得られる測域センサデータのn番目のデータが、上記観測範囲内であるとき、n+1番目のデータもn番目のデータと距離が近接していれば、一つの架線の塊とする。この処理を繰り返し、架線の塊を検出する。検出された架線4を示す測定値の塊は、第1メモリ10に記憶される。 The overhead line lump detection unit 11 detects a lump of measurement values indicating the overhead line 4 from the measurement values (angle θ and distance d) of the range sensor 1 stored in the first memory 10. Specifically, the overhead line lump detection unit 11 determines that the n + 1th data is also the nth data when the nth data of the range sensor data obtained for each angular resolution θ min is within the observation range. If the distance is close, it will be one lump of overhead wire. This process is repeated to detect a lump of overhead wires. A lump of measurement values indicating the detected overhead line 4 is stored in the first memory 10.

架線重心点算出部12は、第1メモリ10に記憶された架線4を示す測定値の塊に含まれる測定値の角度θ及び距離dをそれぞれ平均化する。この平均値は、架線重心点E(角度θE及び距離dE)とし、第1メモリ10に記憶される。 The overhead line centroid point calculation unit 12 averages the angle θ and the distance d of the measurement values included in the measurement value block indicating the overhead line 4 stored in the first memory 10. This average value is the overhead line centroid point E (angle θ E and distance d E ), and is stored in the first memory 10.

補正後架線重心点算出部13は、キャリブレーション部3から入力した補正係数a,b,e,f(後述)に基づき、架線重心点Eの角度θE及び距離dEを補正し、補正後架線重心点Fの角度θF及び距離dFを求める。 The corrected overhead line center-of-gravity point calculation unit 13 corrects the angle θ E and the distance d E of the overhead line center-of-gravity point E based on correction coefficients a, b, e, and f (described later) input from the calibration unit 3, and after correction An angle θ F and a distance d F of the overhead line gravity center point F are obtained.

架線高さ基準点算出部14は、第1メモリ10に記憶された補正後架線重心点Fより、架線の高さ基準点Bの偏位x及び高さyを求める。   The overhead line height reference point calculation unit 14 obtains the deviation x and the height y of the overhead line height reference point B from the corrected overhead line center of gravity F stored in the first memory 10.

すなわち、架線高さ基準点算出部14では、求める架線高さ基準点Bの偏位をx、高さをy、測域センサ1の光源から補正後架線重心点Fまでの距離(すなわち、補正後重心点Fの距離)をdF、架線4の半径をr、測域センサ1の光源と架線4の中心とを結ぶ線分の角度(すなわち、補正後重心点Fの角度)をθFとし、下記(1)(2)式により架線高さ基準点Bの偏位x及び高さyを算出する。 That is, in the overhead line height reference point calculation unit 14, the deviation of the overhead line height reference point B to be obtained is x, the height is y, and the distance from the light source of the range sensor 1 to the corrected overhead line centroid point F (that is, correction) The distance of the rear center of gravity point F) is d F , the radius of the overhead line 4 is r, and the angle of the line segment connecting the light source of the range sensor 1 and the center of the overhead line 4 (that is, the angle of the corrected center of gravity point F) is θ F And the deviation x and height y of the overhead line height reference point B are calculated by the following equations (1) and (2).

x=(dF+r)cosθF …(1)
y=(dF+r)sinθF−r …(2)
x:架線高さ基準点B(架線の鉛直方向最下点)の偏位
y:架線高さ基準点B(架線の鉛直方向最下点)の高さ
r:架線4の半径
F:補正後重心点Fの距離
θF:補正後重心点Fの角度
x = (d F + r) cos θ F (1)
y = (d F + r) sin θ F −r (2)
x: Deflection of overhead line height reference point B (vertical lowest point of overhead line) y: Height of overhead line height reference point B (vertical lowest point of overhead line) r: Radius of overhead line 4 d F : Correction Distance of rear center-of-gravity point F θ F : Angle of corrected center-of-gravity point F

以上が架線位置測定部2の装置構成についての説明である。以下、架線位置測定部2の動作について説明する。   The above is the description of the apparatus configuration of the overhead line position measuring unit 2. Hereinafter, the operation of the overhead line position measuring unit 2 will be described.

図3は、架線位置測定部2の制御を説明するフローチャートである。以下、架線位置測定部2が、測域センサ1からの測定値を取得してから、架線高さ基準点Bの偏位x及び高さyを算出するまでの一連の流れを、図3を用いて説明する。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the control of the overhead line position measuring unit 2. Hereinafter, a series of flow from the time when the overhead line position measuring unit 2 acquires the measurement value from the range sensor 1 to the calculation of the deviation x and the height y of the overhead line height reference point B is shown in FIG. It explains using.

ステップS1では、測域センサ1によって架線4をスキャンし、測域センサ1の1スキャン分の測定値として、架線4に対する角度分解能θmin毎の距離dを取得する。取得した角度分解能θmin毎の距離d(すなわち、角度θ及び距離d)は、第1メモリ10に記憶される。 In step S <b> 1, the overhead line 4 is scanned by the range sensor 1, and the distance d for each angular resolution θ min with respect to the overhead line 4 is acquired as a measurement value for one scan of the range sensor 1. The acquired distance d (that is, the angle θ and the distance d) for each angular resolution θ min is stored in the first memory 10.

ステップS2では、架線の塊検出部11において、ステップS1で第1メモリ10に記憶された測域センサ1の測定値の中から、架線4を示す測定値の塊を判定する。その方法は、角度分解能θmin毎に得られる測域センサデータのn番目のデータが、上記観測範囲内であるとき、n+1番目のデータもn番目のデータと距離が近接していれば、一つの架線の塊とする。この処理を繰り返し、架線の塊を検出する。検出された架線4を示す測定値の塊は、第1メモリ10に記憶される。 In step S <b> 2, the overhead line lump detection unit 11 determines a lump of measurement values indicating the overhead line 4 from the measurement values of the range sensor 1 stored in the first memory 10 in step S <b> 1. If the n-th data of the range sensor data obtained for each angular resolution θ min is within the above observation range, if the n + 1-th data is close to the n-th data, the method is A lump of overhead wires. This process is repeated to detect a lump of overhead wires. A lump of measurement values indicating the detected overhead line 4 is stored in the first memory 10.

ここで、得られた架線4を示す測定値の塊から、架線高さ基準点Bを求めるのであるが、その際、この測定値が距離方向に関して非常に暴れることが問題となる。この問題について、以下簡単に説明する。   Here, the overhead line height reference point B is obtained from the measured value block indicating the overhead line 4 obtained. At this time, it becomes a problem that the measured value is very violent in the distance direction. This problem will be briefly described below.

測域センサ1は、細かな角度分解能θminで放射状にレーザを飛ばし、物体に跳ね返ってきた際のレーザの位相差を利用して距離(測域センサ1の光源と反射面との距離)dを測定し、極座標形式で出力されるものである。 The range sensor 1 emits a laser beam with a fine angular resolution θ min and uses the phase difference of the laser when it bounces back to the object (distance between the light source and the reflection surface of the range sensor 1) d. Is output in polar coordinate format.

図4は、架線4の真値と架線高さ基準点Bとの関係を示す模式図であり、該図中の破線は測域センサ1のレーザを表している。図4に示すように、架線4の真値の塊をA1〜A3とする。このとき、中間の真値A2が、架線高さ基準点Bと略同位置にあるものとする。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the true value of the overhead line 4 and the overhead line height reference point B. The broken line in the figure represents the laser of the range sensor 1. As shown in FIG. 4, let the true value lump of the overhead wire 4 be A1-A3. At this time, it is assumed that the intermediate true value A2 is substantially at the same position as the overhead line height reference point B.

図5は、実際の測域センサ1による架線4を示す測定値の挙動を表す模式図であり、該図中の破線は測域センサ1のレーザを表している。図5に示すように、架線4を示す測定値の塊は、上述の真値の塊から外れ、例えば測定値C1〜C3のようになったり、測定値D1〜D3のようになったりする。すなわち、実際の測域センサ1による架線4の測定値は、距離方向に暴れてしまう。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the behavior of the measured value indicating the overhead line 4 by the actual range sensor 1, and the broken line in the figure represents the laser of the range sensor 1. As shown in FIG. 5, the measured value block indicating the overhead line 4 deviates from the above-described true value block, for example, the measured values C1 to C3 or the measured values D1 to D3. That is, the measured value of the overhead line 4 by the actual range sensor 1 is violated in the distance direction.

そのため、角度及び距離で表される測定値を、偏位x及び高さyのデータに変換し、高さデータを得る場合、最も高さyが低いデータすなわち最下点を、求めるべき架線高さ基準点Bとする単純な方法を用いてしまうと、最下点となる点の角度がスキャンごとに変わるため、架線高さ基準点Bは、高さ方向だけでなく偏位方向にも非常に不安定となってしまう。   Therefore, when the measured value represented by the angle and the distance is converted into the data of the deviation x and the height y to obtain the height data, the data having the lowest height y, that is, the lowest point, is the overhead line to be obtained. If the simple method of setting the height reference point B is used, the angle of the lowest point changes with each scan, so the overhead line height reference point B is not only in the height direction but also in the displacement direction. Will become unstable.

図6は、最下点が暴れてしまう状態を示す模式図である。図6に示すように、測域センサ1でのスキャン度に、最下点は、測定値C2や測定値D2として誤認されるのみならず、測定値C1や測定値C3に誤認されることもあり得る。すなわち、測域センサ1でスキャンする度に最下点となる角度が変わってしまう(暴れてしまう)。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which the lowest point is exposed. As shown in FIG. 6, the lowest point is not only misidentified as the measured value C2 or the measured value D2 but also misidentified as the measured value C1 or the measured value C3 in the scan degree of the range sensor 1. possible. That is, every time scanning is performed by the range sensor 1, the angle that is the lowest point changes (is violated).

上記問題を解消するために、ステップS3では、架線重心点算出部12によって、ステップS2で第1メモリ10に記憶された架線4を示す測定値の塊から、架線重心点Eの角度θE及び距離dEを算出する。すなわち、架線重心算出部12において、測定値の角度θ及び距離dをそれぞれ平均化し、架線重心点E(角度θE及び距離dE)を求める。架線重心点Eは第1メモリ10に記憶される。 In order to solve the above problem, in step S3, the overhead line centroid calculation unit 12 calculates the angle θ E of the overhead line centroid point E from the measured value block indicating the overhead line 4 stored in the first memory 10 in step S2. The distance d E is calculated. That is, the overhead line centroid calculation unit 12 averages the angle θ and the distance d of the measured values, and obtains the overhead line centroid point E (angle θ E and distance d E ). The overhead line centroid point E is stored in the first memory 10.

図7は、架線重心点Eを説明する模式図である。例えば、図7に示すように、測定値がC1〜C3である場合、架線重心点はE(C)となり、測定値がD1〜D3である場合、架線重心点はE(D)となる。このように、架線重心点Eを求めるようにすれば、角度の暴れを抑えられ、距離方向の暴れについても平均化することで軽減できる。なお、距離の誤差は3点とも独立して発生するため、例えば測定値がC1,D2,D3等の組み合わせとなる場合も考えられる。この場合でも、架線重心点の角度は、必ず3点の測定値の角度のうち中央の測定値の角度となる。すなわち、すべての組み合わせにおいて、架線重心点の角度は、必ず3点の測定値の角度のうち中央の測定値の角度となる。   FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the overhead line center-of-gravity point E. FIG. For example, as shown in FIG. 7, when the measured values are C1 to C3, the overhead line centroid is E (C), and when the measured values are D1 to D3, the overhead centroid is E (D). In this way, if the overhead line center-of-gravity point E is obtained, the angle fluctuation can be suppressed, and the fluctuation in the distance direction can be reduced by averaging. In addition, since the error of distance generate | occur | produces independently at three points, the case where a measured value becomes a combination of C1, D2, D3 etc., for example is also considered. Even in this case, the angle of the overhead line centroid is always the angle of the central measurement value among the three measurement values. That is, in all combinations, the angle of the overhead line centroid is always the angle of the central measurement value among the three measurement values.

つまり、上述のように単純な方法を用いてしまうと、最下点はいずれの点が選ばれることになるかが不確定であるが、ステップS3のように、架線重心点Eを求めるようにすれば、例えば上述のように3点を測定する場合、常に3点の角度のうち中央の測定値の角度(測定値C2,D2)が選ばれることになる。   In other words, if a simple method as described above is used, it is uncertain which point will be selected as the lowest point, but the overhead line centroid point E is obtained as in step S3. Thus, for example, when measuring three points as described above, the central measurement value angle (measurement values C2, D2) is always selected from the three point angles.

また、単純な方法を用いたとすると、真値から大きく離れている点(外れ値)が選ばれてしまうこともあり得るが、ステップS3のように、重心点を求めるようにすれば、仮に外れ値が発生したとしても、他点との平均化を行うことで、外れ値の影響を低減することができる。   In addition, if a simple method is used, a point (outlier) that is far from the true value may be selected. However, if the center of gravity is obtained as in step S3, it is temporarily out of place. Even if a value is generated, the influence of outliers can be reduced by averaging with other points.

続いて、ステップS4では、補正後架線重心点算出部13は、ステップS3で第1メモリ10に記憶された架線重心点Eの角度θE及び距離dEを補正し、補正後架線重心点Fの角度θF及び距離dFを算出する。この補正後架線重心点Fとは、図8に示す、測域センサ1の光源1aと架線4の中心(軸心)Oとを結ぶ線分と、架線4の表面との交点になる。補正後架線重心点Fは第1メモリ10に記憶される。 Subsequently, in step S4, the corrected overhead line centroid point calculation unit 13 corrects the angle θ E and the distance d E of the overhead line centroid point E stored in the first memory 10 in step S3, and the corrected overhead line centroid point F. An angle θ F and a distance d F are calculated. The corrected overhead line center-of-gravity point F is an intersection of a line segment connecting the light source 1a of the range sensor 1 and the center (axial center) O of the overhead line 4 and the surface of the overhead line 4 shown in FIG. The corrected overhead line center-of-gravity point F is stored in the first memory 10.

なお、補正後架線重心点Fを求めるために、架線重心点Eを入力して補正後架線重心点Fを出力するような、距離と角度に関するキャリブレーション(機器の校正)を、予め行い、補正係数を求めておく。キャリブレーション方法については後述する。   In addition, in order to obtain the corrected overhead line centroid point F, calibration (equipment calibration) related to distance and angle is performed in advance, such that the overhead line centroid point E is input and the corrected overhead line centroid point F is output. Find the coefficient. The calibration method will be described later.

その後、ステップS5では、架線高さ基準点算出部14において、ステップS4で第1メモリ10に記憶された補正後架線重心点Fより、架線の高さ基準点Bの偏位x及び高さyを算出する。   Thereafter, in step S5, the overhead line height reference point calculation unit 14 determines the deviation x and height y of the overhead line height reference point B from the corrected overhead line barycentric point F stored in the first memory 10 in step S4. Is calculated.

図8は、補正後架線重心点Fから架線高さ基準点Bを算出する手順を説明する模式図である。図8にも示すように、求める架線高さ基準点Bの偏位をx、高さをy、測域センサ1の光源1aから補正後架線重心点Fまでの距離(すなわち、補正後重心点Fの距離)をdF、架線4の半径をr、測域センサ1の光源1aと架線4の中心とを結ぶ線分の角度(すなわち、補正後重心点Fの角度)をθFとし、上記(1)(2)式により架線高さ基準点Bの偏位x及び高さyを算出する。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a procedure for calculating the overhead line height reference point B from the corrected overhead line barycentric point F. As shown in FIG. 8, the displacement of the overhead line height reference point B to be obtained is x, the height is y, and the distance from the light source 1a of the range sensor 1 to the corrected overhead line center point F (that is, the corrected center point). F distance) is d F , the radius of the overhead line 4 is r, the angle of the line segment connecting the light source 1a of the range sensor 1 and the center of the overhead line 4 (that is, the angle of the corrected center point F) is θ F , The deviation x and height y of the overhead wire height reference point B are calculated by the above equations (1) and (2).

以上が、架線位置測定部2についての説明である。この架線位置測定部2によって、本発明の実施例1に係る架線位置測定装置及び方法では、1軸走査型の測域センサを用いた簡易的な構成で、架線4の偏位x及び高さyを求めることができる。   The above is the description of the overhead line position measuring unit 2. With this overhead line position measuring unit 2, in the overhead line position measuring apparatus and method according to the first embodiment of the present invention, the displacement x and the height of the overhead line 4 with a simple configuration using a single-axis scanning type range sensor. y can be obtained.

また、本発明の実施例1に係る架線位置測定装置及び方法では、測域センサ1による架線4の測定値のキャリブレーションを行う。1軸走査型の測域センサ1で高精度に対象物の位置を取得するためには、キャリブレーションが有効である。   In the overhead line position measuring apparatus and method according to the first embodiment of the present invention, the measurement value of the overhead line 4 by the range sensor 1 is calibrated. Calibration is effective in order to acquire the position of the object with high accuracy by the single-axis scanning type range sensor 1.

すなわち、測定センサ1を用いて測定する対象が架線4であり、その架線4の変動範囲も既知であるので、これらの条件下に限定してキャリブレーションを行うことで、より高精度な架線4の位置測定を可能とする。また、上記ステップS4において、架線重心点Eから補正後重心点Fを求めるために、キャリブレーションを行うものである。   That is, the object to be measured using the measurement sensor 1 is the overhead line 4 and the fluctuation range of the overhead line 4 is also known. Therefore, by performing calibration only under these conditions, the overhead line 4 with higher accuracy can be obtained. It is possible to measure the position. In step S4, calibration is performed in order to obtain the corrected center of gravity point F from the overhead line center of gravity point E.

さらに、測定対象物である架線4と同一の材質及び形状のものをキャリブレーションターゲットに使用し、架線4の変動範囲にキャリブレーションターゲットの設置位置を限定することで、高精度に架線4の位置を取得するためのキャリブレーションとなる。   Furthermore, the same material and shape of the overhead wire 4 as the measurement object are used for the calibration target, and the installation position of the calibration target is limited to the fluctuation range of the overhead wire 4 so that the position of the overhead wire 4 can be accurately determined. It becomes the calibration for acquiring.

なお、言うまでもなく、キャリブレーションについては、実際に測域センサ1により架線4をスキャンし架線高さ基準点Bを求める前に、予め行っておく必要がある。   Needless to say, the calibration needs to be performed in advance before the range sensor 1 actually scans the overhead line 4 to obtain the overhead line height reference point B.

図9は、キャリブレーションを説明する正面図である。また、図10は、キャリブレーションを説明する側面図である。   FIG. 9 is a front view for explaining calibration. FIG. 10 is a side view for explaining calibration.

図9,10に示すように、本発明の実施例1に係る架線位置測定装置は、さらに、キャリブレーションターゲット24及び設置台25を備える。   As shown in FIGS. 9 and 10, the overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention further includes a calibration target 24 and an installation base 25.

キャリブレーションターゲット24は、架線4と同一の材質及び形状であり、測定対象物の移動範囲内(架線4の変動範囲内)において、長手方向が測域センサ1のスキャン方向に垂直になるように設置台25上に設置される。   The calibration target 24 is made of the same material and shape as the overhead line 4, and the longitudinal direction is perpendicular to the scanning direction of the range sensor 1 within the movement range of the measurement object (within the fluctuation range of the overhead line 4). It is installed on the installation table 25.

なお、図9,10では5本のキャリブレーションターゲット24を設置したが、より多くのキャリブレーションターゲット24を設置しても構わない。また、図9,10では5本のキャリブレーションターゲット24が正面視左上、右上、中央、右下、及び、左下に配置されているが、測定対象物である架線4の移動範囲を網羅できるような配置であれば、どの位置に配置しても構わない。   9 and 10, five calibration targets 24 are installed, but more calibration targets 24 may be installed. 9 and 10, five calibration targets 24 are arranged at the upper left, upper right, center, lower right, and lower left when viewed from the front, but can cover the movement range of the overhead line 4 that is the measurement object. As long as it is a simple arrangement, it may be arranged at any position.

上述のように、測域センサ1及びキャリブレーションターゲット24を配置した上で、測域センサ1によりキャリブレーションターゲット24をスキャンする。   As described above, after the range sensor 1 and the calibration target 24 are arranged, the calibration target 24 is scanned by the range sensor 1.

キャリブレーション部3は、架線位置測定部2へ補正係数a,b,e,f(後述)を出力するものであり、ターゲット位置測定部21、第2メモリ20、データ数判定部19、最小二乗法処理部22、及び、キャリブレーション結果出力部23を備える。   The calibration unit 3 outputs correction coefficients a, b, e, and f (described later) to the overhead line position measurement unit 2, and includes a target position measurement unit 21, a second memory 20, a data number determination unit 19, a minimum two A multiplicative processing unit 22 and a calibration result output unit 23 are provided.

第2メモリ20は、各種データを記録する。   The second memory 20 records various data.

ターゲット位置測定部21は、測域センサ1の1スキャン分のキャリブレーションターゲット重心点E´を求め、第2メモリ20に記録する。すなわち、上記ステップS1〜S3のような手順で、キャリブレーションターゲット24に対する測域センサ1の1スキャン分の測定値(角度θ´及び距離d´)からキャリブレーションターゲット重心点E´(角度θE´及び距離dE´)を求め、第2メモリ20に記録する。 The target position measurement unit 21 obtains a calibration target barycentric point E ′ for one scan of the range sensor 1 and records it in the second memory 20. That is, the calibration target barycentric point E ′ (angle θ E ) is obtained from the measurement values (angle θ ′ and distance d ′) for one scan of the range sensor 1 with respect to the calibration target 24 by the procedure as in steps S1 to S3. ′ And distance d E ′) are obtained and recorded in the second memory 20.

すなわち、ターゲット位置測定部21は、まず、キャリブレーションターゲット24に対する測域センサ1の1スキャン分の測定値(角度θ´及び距離d´)の中から、キャリブレーションターゲット24を示す測定値の塊を検出する。具体的には、測定値が集中して複数存在すると、それらを、各キャリブレーションターゲット24を示す測定値の塊としてそれぞれ検出する。   That is, first, the target position measurement unit 21 collects measurement values indicating the calibration target 24 from the measurement values (angle θ ′ and distance d ′) for one scan of the range sensor 1 with respect to the calibration target 24. Is detected. Specifically, when a plurality of measurement values exist in a concentrated manner, they are respectively detected as a lump of measurement values indicating each calibration target 24.

ターゲット位置測定部21は、次に、検出された各キャリブレーションターゲット24を示す測定値の塊ごとに、測定値の角度θ´及び距離d´をそれぞれ平均化する。この平均値は、キャリブレーションターゲット重心点E´(角度θE´及び距離dE´)とし、第2メモリ20に記憶される。 Next, the target position measurement unit 21 averages the angle θ ′ and the distance d ′ of the measurement values for each measurement value block indicating each detected calibration target 24. This average value is stored in the second memory 20 as the calibration target barycentric point E ′ (angle θ E ′ and distance d E ′).

データ数判定部19は、第2メモリ20に記録されたキャリブレーションターゲット重心点E´のデータ数が、必要十分な数(第1所定数以上)か否かを判定する。必要十分な数であれば(第1所定数以上であれば)記録したキャリブレーションターゲット重心点E´を最小二乗法処理部22へ出力するよう、第2メモリ20に指令し、必要十分な数でなければ(第1所定数未満であれば)指令しない。   The data number determination unit 19 determines whether or not the number of data of the calibration target barycenter E ′ recorded in the second memory 20 is a necessary and sufficient number (a first predetermined number or more). If it is a necessary and sufficient number (if it is not less than the first predetermined number), the second memory 20 is instructed to output the recorded calibration target barycentric point E ′ to the least squares processing unit 22, and the necessary and sufficient number Otherwise (if less than the first predetermined number) no command is given.

最小二乗法処理部22は、角度及び距離に関してそれぞれで最小二乗法を行う。すなわち、まず、角度に関して、第2メモリ20から入力された角度θE´と、測域センサ1の光源1aとキャリブレーションターゲット24の中心とを結ぶ線分と、キャリブレーションターゲット24の表面との交点の真値F´(角度θF´及び距離dF´)の角度θF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する補正係数e,fを求める。距離に関しても同様に、距離dE´と距離dF´との誤差が小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する補正係数a,bを求める。求めた補正係数a,b,e,fは、第2メモリ20に記録される。 The least square method processing unit 22 performs the least square method on the angle and the distance, respectively. That is, first, regarding the angle, the angle θ E ′ input from the second memory 20, the line segment connecting the light source 1 a of the range sensor 1 and the center of the calibration target 24, and the surface of the calibration target 24. Correction coefficients e and f relating to the angle are obtained by performing the least square method so that the error between the true value F ′ of the intersection (angle θ F ′ and distance d F ′) and the angle θ F ′ becomes small. Similarly, regarding the distance, the least square method is performed so that the error between the distance d E ′ and the distance d F ′ becomes small, and correction coefficients a and b related to the distance are obtained. The obtained correction coefficients a, b, e, and f are recorded in the second memory 20.

キャリブレーション結果出力部23は、第2メモリ20に記録された補正係数a,b,e,fのデータを、補正後架線重心点算出部13へ出力する。   The calibration result output unit 23 outputs the data of the correction coefficients a, b, e, and f recorded in the second memory 20 to the corrected overhead line centroid point calculation unit 13.

以下、キャリブレーション部3のキャリブレーションの手順についての概要を説明する。   Hereinafter, an outline of the calibration procedure of the calibration unit 3 will be described.

測域センサ1はある範囲の一面に赤外線レーザをラインスキャンし、角度分解能θmin毎に反射面があればその反射面までの距離dを出力する。よって、ある角度θに対する反射面までの距離dが測定値として得られる。キャリブレーション部3でキャリブレーションを行うのは、この角度θと距離dについてである。 The range sensor 1 performs line scanning with an infrared laser on one surface of a certain range, and outputs a distance d to the reflecting surface if there is a reflecting surface for each angular resolution θ min . Therefore, the distance d to the reflecting surface with respect to a certain angle θ is obtained as a measured value. The calibration unit 3 performs calibration for the angle θ and the distance d.

測域センサ1のレーザ光は距離に応じて拡散し、光強度が弱くなることから、補正係数をa,bとすると、d=ad+bとしてキャリブレーションできる。   The laser light of the range sensor 1 diffuses according to the distance and the light intensity becomes weak. Therefore, if the correction coefficients are a and b, calibration can be performed as d = ad + b.

角度θについては測域センサの設置角度のずれを校正するものである。θ=θ+fとすることで十分であるが、ここでは距離dの校正方法と揃えるため、便宜上、補正係数をe,fとし、θ=eθ+fとする。   The angle θ is used to calibrate the displacement of the range sensor installation angle. It is sufficient to set θ = θ + f, but here, for the sake of convenience, the correction coefficients are set as e and f, and θ = eθ + f, in order to align with the calibration method of the distance d.

測域センサ1で測定した各キャリブレーションターゲットの測定値が、必要十分な数集まったら、予め実測で求めた測域センサ1の光源1aから各キャリブレーションターゲットまでの距離データ(真値)を基に、距離dと角度θのそれぞれに対し、最小二乗法を使用して補正係数a,b,e,fを求める。   When a necessary and sufficient number of measurement values of each calibration target measured by the range sensor 1 are collected, the distance data (true value) from the light source 1a of the range sensor 1 to each calibration target obtained in advance by actual measurement is used. In addition, the correction coefficients a, b, e, and f are obtained for each of the distance d and the angle θ using the least square method.

図12は、キャリブレーション部3の制御を説明するフローチャートである。以下、キャリブレーション部3の制御について、図12を用いて具体的に説明する。   FIG. 12 is a flowchart for explaining the control of the calibration unit 3. Hereinafter, the control of the calibration unit 3 will be specifically described with reference to FIG.

まず、ステップS11では、各キャリブレーションターゲット24について、予め精確に実測しておいた、測域センサ1の光源1aとキャリブレーションターゲット24の中心とを結ぶ線分と、キャリブレーションターゲット24の表面との交点の真値F´(角度θF´及び距離dF´)を、最小二乗法処理部22に入力する。 First, in step S <b> 11, for each calibration target 24, a line segment connecting the light source 1 a of the range sensor 1 and the center of the calibration target 24, which has been accurately measured in advance, and the surface of the calibration target 24, The true value F ′ (angle θ F ′ and distance d F ′) of the intersection is input to the least squares processing unit 22.

ステップS12では、ターゲット位置測定部21によって、測域センサ1の1スキャン分のキャリブレーションターゲット重心点E´を第2メモリ20に記録する。すなわち、上記ステップS1〜S3のような手順で、キャリブレーションターゲット24に対する測域センサ1スキャン分の測定値(角度θ´及び距離d´)から求めたキャリブレーションターゲット重心点E´(角度θE´及び距離dE´)を、第2メモリ20に記録する。 In step S <b> 12, the target position measurement unit 21 records the calibration target barycentric point E ′ for one scan of the range sensor 1 in the second memory 20. That is, the calibration target barycentric point E ′ (angle θ E ) obtained from the measurement values (angle θ ′ and distance d ′) for one scan of the range sensor with respect to the calibration target 24 by the procedure as in steps S1 to S3. ′ And distance d E ′) are recorded in the second memory 20.

ステップS13では、データ数判定部19によって、第2メモリ20に記録されたキャリブレーションターゲット重心点E´のデータ数が、必要十分な数(第1所定数以上)か否かを判定する。必要十分な数であれば(第1所定数以上であれば)ステップS14へ、そうでなければ(第1所定数未満であれば)ステップS12へ移行する。すなわち、ステップS13を設けることで、上記ステップS12を繰り返し行い、キャリブレーションに必要十分なデータ数を集め、第2メモリ20に記録する。   In step S <b> 13, the data number determination unit 19 determines whether or not the number of data of the calibration target barycenter E ′ recorded in the second memory 20 is a necessary and sufficient number (a first predetermined number or more). If it is a necessary and sufficient number (if it is not less than the first predetermined number), the process proceeds to step S14; otherwise (if it is less than the first predetermined number), the process proceeds to step S12. That is, by providing step S13, step S12 is repeated, and a sufficient number of data necessary for calibration is collected and recorded in the second memory 20.

ステップS14では、第2メモリ20に記録したキャリブレーションターゲット重心点E´を最小二乗法処理部22へ出力する。   In step S <b> 14, the calibration target barycentric point E ′ recorded in the second memory 20 is output to the least square method processing unit 22.

ステップS15では、最小二乗法処理部22において、角度及び距離に関してそれぞれで最小二乗法を行う。すなわち、まず、角度に関して、第2メモリ20から入力された角度θE´と予め入力された真値F´の角度θF´との誤差が小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する補正係数e,fを求める。距離に関しても同様に、第2メモリ20から入力された真値F´の距離dE´と予め入力された距離dF´との誤差が小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する補正係数a,bを求める。求めた補正係数a,b,e,fは、第2メモリ20に記録される。 In step S15, the least square method processing unit 22 performs the least square method on the angle and the distance. That is, first, with respect to the angle, the least square method is performed so that the error between the angle θ E ′ input from the second memory 20 and the angle θ F ′ of the true value F ′ input in advance becomes small. Correction coefficients e and f are obtained. Similarly, with respect to the distance, the least square method is performed so that the error between the distance d E ′ of the true value F ′ input from the second memory 20 and the distance d F ′ input in advance is reduced, thereby correcting the distance. The coefficients a and b are obtained. The obtained correction coefficients a, b, e, and f are recorded in the second memory 20.

ステップS16では、上記で得られた距離に関する補正係数a,b,e,fを第2メモリ20に記録し、キャリブレーションを終了する。キャリブレーションを終了した後は、第2メモリ20に記録された補正係数a,b,e,fのデータを、キャリブレーション結果出力部23によって、補正後架線重心点算出部13へ出力する。   In step S16, the correction coefficients a, b, e, and f related to the distance obtained above are recorded in the second memory 20, and the calibration is completed. After the calibration is completed, the data of the correction coefficients a, b, e, and f recorded in the second memory 20 are output to the post-correction overhead line centroid point calculation unit 13 by the calibration result output unit 23.

これによって、上記ステップS4において、補正後架線重心点算出部13により、架線重心点Eから補正後架線重心点Fを求めることができる。   Accordingly, the corrected overhead line centroid point F can be obtained from the overhead line centroid point E by the corrected overhead line centroid point calculation unit 13 in step S4.

本発明の実施例1に係る架線位置測定装置及び方法では、上述のようにキャリブレーションを行うことで、1軸走査型の測域センサを用いた簡易的な構成で、より高精度に架線4の偏位x、高さyを求めることができる。   In the overhead line position measuring apparatus and method according to the first embodiment of the present invention, the overhead line 4 can be more accurately obtained with a simple configuration using a single-axis scanning type range sensor by performing calibration as described above. The displacement x and height y can be obtained.

以上、本発明の実施例1に係る架線位置測定装置及び方法について説明したが、換言すれば、
本発明の実施例1に係る架線位置測定装置は、車両の屋根上に鉛直上向きに設置され、予め架線が変動し得る範囲が観測範囲として設定され、該架線をスキャンすることができる、測域センサと、前記スキャンによる前記架線の測定値を角度θ及び距離dとして取得し、該角度θ及び該距離dから、補正係数を用いて、前記架線の鉛直方向最下点の偏位x及び高さyを算出する、架線位置測定部と、前記架線位置測定部へ前記補正係数を出力する、キャリブレーション部とを備える、架線位置測定装置であって、前記架線位置測定部は、前記観測範囲内に複数存在する前記測定値を、一つの前記架線を示す測定値の塊として検出する、架線の塊検出部と、前記塊に含まれる前記測定値の前記角度θ及び前記距離dをそれぞれ平均化することで、架線重心点の角度θE及び距離dEとする、架線重心点算出部と、前記補正係数に基づき、前記架線重心点の前記角度θE及び前記距離dEを補正することで、前記測域センサの光源と前記架線の中心とを結ぶ線分と、該架線の表面との交点である、補正後架線重心点の、角度θF及び距離dFを求める、補正後架線重心点算出部と、下記式を用いて、前記補正後架線重心点の前記角度θF及び前記距離dFより、前記架線の鉛直方向最下点の前記偏位x及び前記高さyを求める、架線高さ基準点算出部とを備える、架線位置測定装置である。
x=(dF+r)cosθF
y=(dF+r)sinθF−r
x:前記架線の鉛直方向最下点の偏位
y:前記架線の鉛直方向最下点の高さ
r:前記架線の半径
The overhead line position measuring apparatus and method according to the first embodiment of the present invention have been described above. In other words,
The overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention is installed in a vertically upward direction on the roof of a vehicle, a range in which the overhead line can be changed in advance is set as an observation range, and the overhead line can be scanned. The measured value of the overhead line by the sensor and the scan is obtained as an angle θ and a distance d, and the deviation x and the height of the vertical lowest point of the overhead line are obtained from the angle θ and the distance d using a correction coefficient. An overhead line position measuring unit that calculates a height y, and a calibration unit that outputs the correction coefficient to the overhead line position measuring unit, wherein the overhead line position measuring unit includes the observation range. A plurality of measurement values existing in a block as a block of measurement values indicating one overhead line, and an average of the angle θ and the distance d of the measurement values included in the block, respectively. By An angle theta E and distance d E of the line center of gravity, and the overhead line centroid calculating unit, based on the correction coefficient, by correcting the angle theta E and the distance d E of the overhead line center of gravity, the measurement zone A corrected overhead line centroid calculation unit for obtaining an angle θ F and a distance d F of a corrected overhead line centroid point, which is an intersection of a line segment connecting the light source of the sensor and the center of the overhead line, and the surface of the overhead line; , Using the following formula, the deviation x and the height y of the lowest vertical point of the overhead line are obtained from the angle θ F and the distance d F of the corrected overhead line centroid point. It is an overhead line position measuring apparatus provided with a point calculation part.
x = (d F + r) cos θ F
y = (d F + r) sin θ F −r
x: Deviation of the lowest vertical point of the overhead wire y: Height of the lowest vertical point of the overhead wire r: Radius of the overhead wire

また、本発明の実施例1に係る架線位置測定装置は、前記キャリブレーション部が、前記架線と同一の材質及び形状のキャリブレーションターゲットに対する前記測域センサのスキャンによる測定値を、角度θ´及び距離d´として取得し、該測定値の中で集中して複数存在する測定値を、前記キャリブレーションターゲットを示す測定値の塊として検出し、該塊に含まれる測定値の該角度θ´及び該距離d´をそれぞれ平均化することで、キャリブレーションターゲット重心点の角度θE´及び距離dE´とする、ターゲット位置測定部と、前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数を、第1所定数以上メモリに記録したと判定すると、該キャリブレーションターゲット重心点のデータが該メモリから最小二乗法処理部へ出力されるように指令する、データ数判定部と、前記角度θE´と、予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度θF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する前記補正係数を求め、前記距離dE´と予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度dF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する前記補正係数を求める、前記最小二乗法処理部と、前記補正係数のデータを、前記補正後架線重心点算出部へ出力する、キャリブレーション結果出力部とを備えるものである。 Further, in the overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, the calibration unit calculates a measurement value obtained by scanning the range sensor with respect to a calibration target having the same material and shape as the overhead line, and an angle θ ′ and Obtained as a distance d ′, a plurality of measurement values concentrated in the measurement value are detected as a measurement value block indicating the calibration target, and the angle θ ′ of the measurement value included in the measurement value and By averaging the distances d ′, the target position measurement unit and the number of data of the calibration target barycentric points, which are the angle θ E ′ and the distance d E ′ of the calibration target barycentric points, are set to a first predetermined value. If it is determined that more than a few are recorded in the memory, the calibration target barycentric point data is output from the memory to the least squares processing unit. Instructs the a number of data determining section, and the angle theta E ', which is input in advance, and the line segment connecting the center of the light source and the calibration target of the measurement area sensor, and the calibration target surface The least square method is performed so that the error from the true angle θ F ′ of the intersection becomes small, the correction coefficient related to the angle is obtained, and the distance d E ′ is input in advance as the distance d E ′ And the least square method is performed so that the error between the line segment connecting the center of the calibration target and the true angle d F ′ of the intersection with the surface of the calibration target is small, The least square method processing unit for obtaining a correction coefficient, and a calibration result output unit for outputting the correction coefficient data to the corrected overhead line centroid point calculation unit. That.

さらに、本発明の実施例1に係る架線位置測定方法としては、車両の屋根上に鉛直上向きに設置され、予め架線が変動し得る範囲が観測範囲として設定される、測域センサによって、該架線をスキャンし、前記スキャンによる前記架線の測定値を角度θ及び距離dとして取得し、該角度θ及び該距離dから、補正係数を用いて、前記架線の鉛直方向最下点の偏位x及び高さyを算出する、架線位置測定方法であって、前記観測範囲内に複数存在する前記測定値を、一つの前記架線を示す測定値の塊として検出し、前記塊に含まれる前記測定値の前記角度θ及び前記距離dをそれぞれ平均化することで、架線重心点の角度θE及び距離dEとし、前記補正係数に基づき、前記架線重心点の前記角度θE及び前記距離dEを補正することで、前記測域センサの光源と前記架線の中心とを結ぶ線分と、該架線の表面との交点である、補正後架線重心点の、角度θF及び距離dFを求め、下記式を用いて、前記補正後架線重心点の前記角度θF及び前記距離dFより、前記架線の鉛直方向最下点の前記偏位x及び前記高さyを求める、架線位置測定方法である。
x=(dF+r)cosθF
y=(dF+r)sinθF−r
x:前記架線の鉛直方向最下点の偏位
y:前記架線の鉛直方向最下点の高さ
r:前記架線の半径
Furthermore, as the overhead line position measuring method according to the first embodiment of the present invention, the overhead line is installed on the roof of the vehicle vertically upward, and a range sensor in which a range in which the overhead line can be changed in advance is set as an observation range. And the measured value of the overhead line by the scan is obtained as an angle θ and a distance d, and the deviation x and the vertical direction lowest point of the overhead line are obtained from the angle θ and the distance d using a correction coefficient. An overhead line position measuring method for calculating a height y, wherein a plurality of the measurement values existing in the observation range are detected as a lump of measurement values indicating one of the overhead lines, and the measurement value included in the lump by respectively averaging said angle theta and the distance d, and the angle theta E and distance d E of the overhead line center of gravity, based on the correction coefficient, the angle theta E and the distance d E of the overhead line centroid By correcting, the range sensor A line segment connecting support between the light source and the center of the overhead line, an intersection of the surface of said cross lines, after correction overhead line center of gravity, seek the angle theta F and distance d F, using the following equation, the correction This is an overhead line position measuring method for obtaining the deviation x and the height y of the lowest vertical point of the overhead line from the angle θ F and the distance d F of the rear overhead line center of gravity point.
x = (d F + r) cos θ F
y = (d F + r) sin θ F −r
x: Deviation of the lowest vertical point of the overhead wire y: Height of the lowest vertical point of the overhead wire r: Radius of the overhead wire

そして、本発明の実施例1に係る架線位置測定方法は、前記架線と同一の材質及び形状のキャリブレーションターゲットに対する前記測域センサのスキャンによる測定値を、角度θ´及び距離d´として取得し、該測定値の中で集中して複数存在する測定値を、前記キャリブレーションターゲットを示す測定値の塊として検出し、該塊に含まれる測定値の該角度θ´及び該距離d´をそれぞれ平均化することで、キャリブレーションターゲット重心点の角度θE´及び距離dE´とし、第1所定数以上の前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数を基に、前記角度θE´と、予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度θF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する前記補正係数を求め、前記距離dE´と予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度dF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する前記補正係数を求めるものである。 In the overhead line position measuring method according to the first embodiment of the present invention, measurement values obtained by scanning the range sensor with respect to a calibration target having the same material and shape as the overhead line are acquired as an angle θ ′ and a distance d ′. , A plurality of measurement values that are concentrated in the measurement value are detected as a lump of measurement values indicating the calibration target, and the angle θ ′ and the distance d ′ of the measurement values included in the lump are respectively detected. By averaging, the angle θ E ′ of the calibration target centroid point and the distance d E ′ are obtained, and the angle θ E ′ is preliminarily determined based on the number of data of the calibration target centroid point equal to or greater than a first predetermined number. The true value of the intersection of the input line segment connecting the light source of the range sensor and the center of the calibration target and the surface of the calibration target The least square method is performed so that the error from the degree θ F ′ becomes small, the correction coefficient related to the angle is obtained, and the distance d E ′ and the light source of the range sensor and the calibration target input in advance as the distance d E ′ The correction coefficient relating to the distance is obtained by performing the least square method so that the error between the line segment connecting the center of the calibration target and the true angle d F ′ of the intersection point with the surface of the calibration target becomes small It is.

[実施例2]
本発明の実施例2に係る架線位置測定装置は、本発明の実施例1に係る架線位置測定装置のうち、キャリブレーションの手順を一部変更したものである。以下、本発明の実施例1に係る架線位置測定装置と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については極力説明を省略する。
[Example 2]
The overhead line position measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention is obtained by partially changing the calibration procedure in the overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the description will focus on the parts different from the overhead line position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and the description of the same parts will be omitted as much as possible.

図13は、キャリブレーションを説明する正面図である。また、図14は、キャリブレーションを説明する側面図である。   FIG. 13 is a front view for explaining the calibration. FIG. 14 is a side view for explaining calibration.

図13,14に示すように、本発明の実施例2に係る架線位置測定装置は、キャリブレーションターゲット24及び設置台25に加え、回転台26を備える。   As shown in FIGS. 13 and 14, the overhead line position measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a rotating table 26 in addition to the calibration target 24 and the installation table 25.

回転台26は、鉛直平面上において回転自在であり、測域センサ1が光軸(光源1a)を中心として、全キャリブレーションターゲット24をスキャン可能に回転するように、設置されている。   The turntable 26 is rotatable on a vertical plane, and is installed so that the range sensor 1 rotates all the calibration targets 24 around the optical axis (light source 1a) so as to be scanned.

また、各キャリブレーションターゲット24は、互いに測域センサ1のスキャン方向に対し被らないように、水平方向に対し所定の傾斜角を有するような直線状に並び、設置台25に設置される。   Further, the calibration targets 24 are arranged in a straight line having a predetermined inclination angle with respect to the horizontal direction so as not to cover each other in the scanning direction of the range sensor 1 and are installed on the installation table 25.

上述のように、測域センサ1及びキャリブレーションターゲット24を配置した上で、測域センサ1により全キャリブレーションターゲット24をスキャンする。   As described above, the range sensor 1 and the calibration target 24 are arranged, and then the calibration sensor 24 is scanned by the range sensor 1.

図15は、キャリブレーション部3の制御を説明するフローチャートである。以下、キャリブレーション部3の制御について、図15を用いて具体的に説明する。   FIG. 15 is a flowchart for explaining the control of the calibration unit 3. Hereinafter, the control of the calibration unit 3 will be specifically described with reference to FIG.

ステップS21、S22,S23,S24,S25,S26については、実施例1におけるステップS11、S12,S13,S14,S15,S16と同様であるため、以下では、ステップS23‐1,S23‐2についてのみ説明する。   Steps S21, S22, S23, S24, S25, and S26 are the same as steps S11, S12, S13, S14, S15, and S16 in the first embodiment. Therefore, only steps S23-1 and S23-2 are described below. explain.

ステップS23‐1では、データ数判定部19により、ステップS23において第2メモリ20に記憶されたキャリブレーションターゲット重心点E´のデータ数が必要十分な数でない(第1所定数未満である)と判定した場合、再度データ数判定部19により、回転台26の現在の角度(どの角度でもよい)について、第2メモリ20に記憶されたキャリブレーションターゲット重心点E´のデータ数が必要十分なデータ数(第2所定数以上)か否かを判定する。必要十分な数であれば(第2所定数以上であれば)ステップS23‐2へ、そうでなければ(第2所定数未満であれば)ステップS22へ移行する。   In step S23-1, the number of data of the calibration target barycenter E ′ stored in the second memory 20 in step S23 is not necessary and sufficient by the data number determination unit 19 (is less than the first predetermined number). If it is determined, the number-of-data determination unit 19 again requires the sufficient number of data of the calibration target barycentric point E ′ stored in the second memory 20 for the current angle (any angle) of the turntable 26. It is determined whether the number is greater than or equal to a second predetermined number. If it is a necessary and sufficient number (if it is not less than the second predetermined number), the process proceeds to step S23-2; otherwise (if less than the second predetermined number), the process proceeds to step S22.

ステップS23‐2では、回転台26を所定の微小角分回転させ、該回転を静止させてから、ステップS22に移行する。   In step S23-2, the turntable 26 is rotated by a predetermined minute angle, the rotation is stopped, and then the process proceeds to step S22.

すなわち、ステップS23,S23‐1,S23‐2を設けることで、回転台26の所定の微小角毎に上記ステップS22を繰り返し行い、回転台26の所定範囲の角度において、キャリブレーションに必要十分な数の、キャリブレーションターゲット24の測定値(角度θ´及び距離d´)のデータを集め、第2メモリ20に記録する。   That is, by providing steps S23, S23-1 and S23-2, the above-described step S22 is repeated for each predetermined minute angle of the turntable 26, and is necessary and sufficient for calibration at an angle within a predetermined range of the turntable 26. The data of the measured values (angle θ ′ and distance d ′) of the calibration target 24 are collected and recorded in the second memory 20.

このようにすることで、本発明の実施例2に係る架線位置測定装置では、光軸(光源1a)中心に測域センサ1を回転させるため、各キャリブレーションターゲット24の真値データは変わらないが、測域センサ1のレーザが各キャリブレーションターゲットに当たる角度θが変わる。   By doing in this way, in the overhead line position measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, the range sensor 1 is rotated about the optical axis (light source 1a), so the true value data of each calibration target 24 does not change. However, the angle θ at which the laser of the ranging sensor 1 hits each calibration target changes.

よって、測域センサ1のレーザが様々な角度で架線4に当たることを考慮したキャリブレーションを簡易的に行うことができ、さらに高精度に架線4の偏位x、高さyを求めることができる。   Therefore, it is possible to easily perform calibration considering that the laser of the range sensor 1 hits the overhead line 4 at various angles, and to obtain the displacement x and height y of the overhead line 4 with higher accuracy. .

以上、本発明の実施例2に係る架線位置測定装置及び方法について説明したが、換言すれば、
本発明の実施例2に係る架線位置測定装置は、複数の前記キャリブレーションターゲットが設置される設置台と、前記測域センサを、光軸を中心として、複数の前記キャリブレーションターゲットをスキャン可能に回転するように、設置することができる、回転台とを備え、前記回転台に前記測域センサを設置し、前記回転台の所定角度毎に前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンするものとし、前記データ数判定部により、前記メモリに記録された前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数が前記第1所定数未満であると判定した場合、前記回転台のある角度について第2所定数以上のデータ数が記録されているか否かを判定し、第2所定数以上のデータ数であれば、前記回転台を前記所定角度回転させた上で、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求め、前記第2所定数未満のデータ数であれば、前記回転台を回転させずに、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求める、架線位置測定装置である。
The overhead line position measuring apparatus and method according to the second embodiment of the present invention have been described above. In other words,
The overhead line position measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention is capable of scanning a plurality of calibration targets with an optical axis as a center, using an installation table on which a plurality of calibration targets are installed, and the range sensor. A rotating table that can be installed so as to rotate, the range sensor is installed on the rotating table, and the calibration target is scanned by the range sensor at every predetermined angle of the rotating table When the data number determination unit determines that the number of data of the calibration target barycentric points recorded in the memory is less than the first predetermined number, a second predetermined number or more with respect to an angle of the turntable It is determined whether or not the number of data is recorded, and if the number of data is greater than or equal to a second predetermined number, the turntable is rotated by the predetermined angle. After that, the calibration target is scanned by the range sensor, and the calibration target centroid point E ′ is obtained again by the target position measurement unit, and if the number of data is less than the second predetermined number, It is an overhead line position measuring apparatus that scans the calibration target by the range sensor without rotating the turntable and obtains the calibration target barycentric point E ′ again by the target position measuring unit.

また、本発明の実施例2に係る架線位置測定方法は、複数の前記キャリブレーションターゲットを設置台に設置し、前記測域センサを、光軸を中心として、複数の前記キャリブレーションターゲットをスキャン可能に回転するように、回転台に設置し、前記回転台の所定角度毎に前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンするものとし、前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数が前記第1所定数未満である場合、前記回転台のある角度について第2所定数以上のデータ数であれば、前記回転台を前記所定角度回転させた上で、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求め、前記回転台のある角度について前記第2所定数未満のデータ数であれば、前記回転台を回転させずに、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求める、架線位置測定方法である。   In addition, the overhead line position measuring method according to the second embodiment of the present invention allows a plurality of the calibration targets to be installed on an installation table, and the range sensors to scan the plurality of calibration targets around the optical axis. The calibration target is scanned by the range sensor at every predetermined angle of the turntable, and the number of data of the calibration target barycentric points is the first predetermined number. If it is less than the second predetermined number of data for an angle of the turntable, the calibration target is scanned by the range sensor after rotating the turntable by the predetermined angle, By the target position measurement unit, the calibration target barycenter E ′ is obtained again, If the number of data is less than the second predetermined number for a certain angle of the turntable, the calibration target is scanned by the range sensor without rotating the turntable, and the calibration is performed by the target position measurement unit. This is an overhead line position measuring method for re-determining the target centroid point E ′.

本発明は、架線位置測定装置及び方法として好適である。   The present invention is suitable as an overhead line position measuring apparatus and method.

1 測域センサ
1a 光源
2 架線位置測定部
3 キャリブレーション部
4 架線
5 車両の屋根上
10 第1メモリ
11 架線の塊検出部
12 架線重心点算出部
13 補正後架線重心点算出部
14 架線高さ基準点算出部
19 データ数判定部
20 第2メモリ
21 ターゲット位置測定部
22 最小二乗法処理部
23 キャリブレーション結果出力部
24 キャリブレーションターゲット
25 設置台
26 回転台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Range sensor 1a Light source 2 Overhead position measurement part 3 Calibration part 4 Overhead line 5 On vehicle roof 10 1st memory 11 Overhead lump detection part 12 Overhead barycentric point calculation part 13 Corrected overhead line barycentric point calculation part 14 Overhead height Reference point calculation unit 19 Number of data determination unit 20 Second memory 21 Target position measurement unit 22 Least squares processing unit 23 Calibration result output unit 24 Calibration target 25 Installation table 26 Turntable

Claims (6)

車両の屋根上に鉛直上向きに設置され、予め架線が変動し得る範囲が観測範囲として設定され、該架線をスキャンすることができる、測域センサと、
前記スキャンによる前記架線の測定値を角度θ及び距離dとして取得し、該角度θ及び該距離dから、補正係数を用いて、前記架線の鉛直方向最下点の偏位x及び高さyを算出する、架線位置測定部と、
前記架線位置測定部へ前記補正係数を出力する、キャリブレーション部とを備える、架線位置測定装置であって、
前記架線位置測定部は、
前記観測範囲内に複数存在する前記測定値を、一つの前記架線を示す測定値の塊として検出する、架線の塊検出部と、
前記塊に含まれる前記測定値の前記角度θ及び前記距離dをそれぞれ平均化することで、架線重心点の角度θE及び距離dEとする、架線重心点算出部と、
前記補正係数に基づき、前記架線重心点の前記角度θE及び前記距離dEを補正することで、前記測域センサの光源と前記架線の中心とを結ぶ線分と、該架線の表面との交点である、補正後架線重心点の、角度θF及び距離dFを求める、補正後架線重心点算出部と、
下記式を用いて、前記補正後架線重心点の前記角度θF及び前記距離dFより、前記架線の鉛直方向最下点の前記偏位x及び前記高さyを求める、架線高さ基準点算出部とを備える
ことを特徴とする、架線位置測定装置。
x=(dF+r)cosθF
y=(dF+r)sinθF−r
x:前記架線の鉛直方向最下点の偏位
y:前記架線の鉛直方向最下点の高さ
r:前記架線の半径
A range sensor that is installed vertically upward on the roof of the vehicle, and a range in which the overhead line can be changed in advance is set as an observation range, and the overhead line can be scanned;
The measured value of the overhead line by the scan is acquired as an angle θ and a distance d, and the deviation x and the height y of the lowest point in the vertical direction of the overhead line are obtained from the angle θ and the distance d using a correction coefficient. An overhead line position measurement unit to be calculated;
An overhead line position measuring apparatus comprising a calibration unit that outputs the correction coefficient to the overhead line position measuring unit,
The overhead wire position measuring unit is
Detecting a plurality of the measurement values existing in the observation range as a lump of measurement values indicating one overhead line;
An overhead line centroid calculation unit that averages the angle θ and the distance d of the measurement values included in the lump to obtain an angle θ E and a distance d E of the overhead line centroid point;
By correcting the angle θ E and the distance d E of the overhead line centroid point based on the correction coefficient, a line segment connecting the light source of the ranging sensor and the center of the overhead line, and the surface of the overhead line A corrected overhead line centroid point calculation unit for obtaining an angle θ F and a distance d F of the corrected overhead line centroid point, which is an intersection;
An overhead line height reference point for obtaining the displacement x and the height y of the lowest vertical point of the overhead line from the angle θ F and the distance d F of the corrected overhead line center of gravity using the following formula: An overhead line position measuring device, comprising: a calculation unit.
x = (d F + r) cos θ F
y = (d F + r) sin θ F −r
x: Deviation of the lowest vertical point of the overhead wire y: Height of the lowest vertical point of the overhead wire r: Radius of the overhead wire
前記キャリブレーション部は、
前記架線と同一の材質及び形状のキャリブレーションターゲットに対する前記測域センサのスキャンによる測定値を、角度θ´及び距離d´として取得し、該測定値の中で集中して複数存在する測定値を、前記キャリブレーションターゲットを示す測定値の塊として検出し、該塊に含まれる測定値の該角度θ´及び該距離d´をそれぞれ平均化することで、キャリブレーションターゲット重心点の角度θE´及び距離dE´とする、ターゲット位置測定部と、
前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数を、第1所定数以上メモリに記録したと判定すると、該キャリブレーションターゲット重心点のデータが該メモリから最小二乗法処理部へ出力されるように指令する、データ数判定部と、
前記角度θE´と、予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度θF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する前記補正係数を求め、前記距離dE´と予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度dF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する前記補正係数を求める、前記最小二乗法処理部と、
前記補正係数のデータを、前記補正後架線重心点算出部へ出力する、キャリブレーション結果出力部とを備える
ことを特徴とする、請求項1に記載の架線位置測定装置。
The calibration unit
A measurement value obtained by scanning the range sensor with respect to a calibration target having the same material and shape as the overhead line is acquired as an angle θ ′ and a distance d ′, and a plurality of measurement values concentrated in the measurement value are present. The calibration target centroid point angle θ E ′ is detected by detecting the calibration target as a mass of measurement values and averaging the angle θ ′ and the distance d ′ of the measurement values included in the mass. And a target position measurement unit with a distance d E ′,
If it is determined that the number of data of the calibration target barycentric points is recorded in the memory more than the first predetermined number, the calibration target barycentric point data is instructed to be output from the memory to the least squares processing unit. A data number determination unit;
The angle θ E ′, the true angle θ F ′ of the intersection point of the line segment connecting the light source of the ranging sensor and the center of the calibration target, and the calibration target surface, which are input in advance, In order to reduce the error, the least square method is performed, the correction coefficient relating to the angle is obtained, and the distance d E ′ and the previously input light source of the range sensor and the center of the calibration target are connected. The least-squares method process, wherein the least-square method is performed so that the error between the line segment and the true angle d F ′ of the intersection of the calibration target surface is reduced, and the correction coefficient related to the distance is obtained. And
The overhead line position measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a calibration result output unit that outputs the correction coefficient data to the corrected overhead line barycentric point calculation unit.
さらに、
複数の前記キャリブレーションターゲットが設置される設置台と、
前記測域センサを、光軸を中心として、複数の前記キャリブレーションターゲットをスキャン可能に回転するように、設置することができる、回転台とを備え、
前記回転台に前記測域センサを設置し、前記回転台の所定角度毎に前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンするものとし、
前記データ数判定部により、前記メモリに記録された前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数が前記第1所定数未満であると判定した場合、前記回転台のある角度について第2所定数以上のデータ数が記録されているか否かを判定し、
第2所定数以上のデータ数であれば、前記回転台を前記所定角度回転させた上で、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求め、
前記第2所定数未満のデータ数であれば、前記回転台を回転させずに、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記ターゲット位置測定部によって、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求める
ことを特徴とする、請求項2に記載の架線位置測定装置。
further,
An installation table on which a plurality of the calibration targets are installed;
The range sensor includes a turntable that can be installed so as to rotate a plurality of the calibration targets about the optical axis so as to be scanned,
The range sensor is installed on the turntable, and the calibration target is scanned by the range sensor every predetermined angle of the turntable,
When the data number determination unit determines that the number of data of the calibration target barycentric points recorded in the memory is less than the first predetermined number, the second predetermined number or more data for an angle of the turntable Determine if the number is recorded,
If the number of data is equal to or greater than a second predetermined number, the calibration table is scanned by the range sensor after the turntable is rotated by the predetermined angle, and the calibration target center of gravity is scanned by the target position measurement unit. Find the point E ′ again,
If the number of data is less than the second predetermined number, the calibration target is scanned by the range sensor without rotating the turntable, and the calibration target barycentric point E ′ is scanned by the target position measurement unit. The overhead wire position measuring device according to claim 2, wherein the overhead wire position measuring device is obtained again.
車両の屋根上に鉛直上向きに設置され、予め架線が変動し得る範囲が観測範囲として設定される、測域センサによって、該架線をスキャンし、
前記スキャンによる前記架線の測定値を角度θ及び距離dとして取得し、該角度θ及び該距離dから、補正係数を用いて、前記架線の鉛直方向最下点の偏位x及び高さyを算出する、架線位置測定方法であって、
前記観測範囲内に複数存在する前記測定値を、一つの前記架線を示す測定値の塊として検出し、
前記塊に含まれる前記測定値の前記角度θ及び前記距離dをそれぞれ平均化することで、架線重心点の角度θE及び距離dEとし、
前記補正係数に基づき、前記架線重心点の前記角度θE及び前記距離dEを補正することで、前記測域センサの光源と前記架線の中心とを結ぶ線分と、該架線の表面との交点である、補正後架線重心点の、角度θF及び距離dFを求め、
下記式を用いて、前記補正後架線重心点の前記角度θF及び前記距離dFより、前記架線の鉛直方向最下点の前記偏位x及び前記高さyを求める
ことを特徴とする、架線位置測定方法。
x=(dF+r)cosθF
y=(dF+r)sinθF−r
x:前記架線の鉛直方向最下点の偏位
y:前記架線の鉛直方向最下点の高さ
r:前記架線の半径
It is installed vertically on the roof of the vehicle, and the range in which the overhead line can fluctuate in advance is set as the observation range.
The measured value of the overhead line by the scan is acquired as an angle θ and a distance d, and the deviation x and the height y of the lowest point in the vertical direction of the overhead line are obtained from the angle θ and the distance d using a correction coefficient. An overhead line position measuring method to calculate,
Detecting a plurality of the measurement values present in the observation range as a lump of measurement values indicating one of the overhead lines;
By averaging the angle θ and the distance d of the measurement values included in the mass, respectively, the angle θ E and the distance d E of the overhead line centroid point are obtained.
By correcting the angle θ E and the distance d E of the overhead line centroid point based on the correction coefficient, a line segment connecting the light source of the ranging sensor and the center of the overhead line, and the surface of the overhead line Find the angle θ F and the distance d F of the corrected overhead line centroid that is the intersection,
The deviation x and the height y of the lowest vertical direction point of the overhead line are obtained from the angle θ F and the distance d F of the corrected overhead line center of gravity using the following formula: Method for measuring overhead line position.
x = (d F + r) cos θ F
y = (d F + r) sin θ F −r
x: Deviation of the lowest vertical point of the overhead wire y: Height of the lowest vertical point of the overhead wire r: Radius of the overhead wire
前記架線と同一の材質及び形状のキャリブレーションターゲットに対する前記測域センサのスキャンによる測定値を、角度θ´及び距離d´として取得し、該測定値の中で集中して複数存在する測定値を、前記キャリブレーションターゲットを示す測定値の塊として検出し、該塊に含まれる測定値の該角度θ´及び該距離d´をそれぞれ平均化することで、キャリブレーションターゲット重心点の角度θE´及び距離dE´とし、
第1所定数以上の前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数を基に、前記角度θE´と、予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度θF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、角度に関する前記補正係数を求め、前記距離dE´と予め入力された、前記測域センサの光源と前記キャリブレーションターゲットの中心とを結ぶ線分と、前記キャリブレーションターゲットの表面との交点の真値の角度dF´との誤差が、小さくなるように、最小二乗法を行い、距離に関する前記補正係数を求める
ことを特徴とする、請求項4に記載の架線位置測定方法。
A measurement value obtained by scanning the range sensor with respect to a calibration target having the same material and shape as the overhead line is acquired as an angle θ ′ and a distance d ′, and a plurality of measurement values concentrated in the measurement value are present. The calibration target centroid point angle θ E ′ is detected by detecting the calibration target as a mass of measurement values and averaging the angle θ ′ and the distance d ′ of the measurement values included in the mass. And the distance d E ′,
Based on the number of data of the calibration target barycentric points equal to or greater than a first predetermined number, the angle θ E ′ and a line segment connecting the light source of the range sensor and the center of the calibration target, which are input in advance, The least square method is performed so that the error from the true angle θ F ′ of the intersection with the surface of the calibration target becomes small, the correction coefficient relating to the angle is obtained, and the distance d E ′ is input in advance. The error between the line segment connecting the light source of the range sensor and the center of the calibration target and the true angle d F ′ of the intersection with the surface of the calibration target is reduced. The overhead line position measuring method according to claim 4, wherein the correction coefficient relating to the distance is obtained by performing a least square method.
さらに、
複数の前記キャリブレーションターゲットを設置台に設置し、
前記測域センサを、光軸を中心として、複数の前記キャリブレーションターゲットをスキャン可能に回転するように、回転台に設置し、
前記回転台の所定角度毎に前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンするものとし、
前記キャリブレーションターゲット重心点のデータ数が前記第1所定数未満である場合、
前記回転台のある角度について第2所定数以上のデータ数であれば、前記回転台を前記所定角度回転させた上で、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求め、
前記回転台のある角度について前記第2所定数未満のデータ数であれば、前記回転台を回転させずに、前記測域センサにより前記キャリブレーションターゲットをスキャンし、前記キャリブレーションターゲット重心点E´を再度求める
ことを特徴とする、請求項5に記載の架線位置測定方法。
further,
A plurality of calibration targets are installed on an installation table,
The range sensor is installed on a turntable so as to rotate a plurality of the calibration targets about the optical axis so as to be scanned,
The calibration target is scanned by the range sensor at every predetermined angle of the turntable,
When the number of data of the calibration target barycenter is less than the first predetermined number,
If the rotary table of the certain angle the number of data of the second predetermined number or more, in terms of the turntable was the predetermined angle, by the measuring range sensor scans the calibration target, before SL calibration target Find the center of gravity E 'again,
If the number of data of the lower than the second predetermined number for the angle with the turntable, without rotating the rotary table, by the measuring range sensor scans the calibration target, before SL calibration target centroid E ′ Is obtained again. The overhead line position measuring method according to claim 5, wherein:
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