JP6587982B2 - 軌道情報収集装置及びレール軸力測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、軌道に関する情報を収集する軌道情報収集装置、及び軌道のレール軸力を測定するレール軸力測定装置に関する。

従来、レールを加振して固有振動数を測定しこの固有振動数からレール軸力を推定する方法が提案されている。従来のレール軸力測定装置（以下、従来技術１という）は、レールの頭頂面及び頭部側面にそれぞれ着脱自在に装着されてレール頭部を加振するセラミックス振動子と、レール腹部に着脱自在に装着されてレールの振動を検出する受信器と、この受信器に接続されてレールの固有振動数を測定しレール軸力を測定するレール軸力計測装置とを備えている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、セラミックス振動子を共振モードで振動させて、レール軸力計測装置によってレールの固有振動数を測定し、この固有振動数からレール軸力を推定している。

従来のレール軸力測定装置（以下、従来技術２という）は、レールを所定の周波数で振動する加振器と、レールの振動状態を検出する受信器と、この受信器から出力される振動状態のデータに基づいてレールの固有振動数を演算する分析装置と、この固有振動数からレール軸力を算出する算出装置とを備えている（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、実際のレールを模擬した解析モデルにレール軸力を作用させた状態で解析したレール軸力と固有振動数との対応関係に基づいて、分析装置によって演算したレールの固有振動数からレール軸力を推定している。

特開2011-122887号公報

特開2011-033348号公報

従来のレール軸力の推定方法では、測定箇所から数十メートルの範囲のレールの摩耗形状、温度及びまくらぎ間隔が測定値に影響する。このため、従来のレール軸力の推定方法では、数十メートルの範囲のレールの摩耗形状、温度及びまくらぎ間隔を連続して測定する必要がある。しかし、従来のレール軸力の推定方法では、セラミックス振動子や加振器、受信器をレールに着脱する作業を繰り返しながら複数個所で固有振動数を測定する必要があり、測定作業に多大な時間がかかってしまう問題点がある。

この発明の課題は、レール軸力の測定に必要な軌道に関する情報を連続して短時間に収集することができる軌道情報収集装置及びレール軸力測定装置を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図３、図５、図８、図９及び図１１に示すように、軌道（１）に関する情報を収集する軌道情報収集装置であって、前記軌道のレール軸力を測定するために、この軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置（１１）と、前記レール（２Ａ）の頭部側面（２ｅ）を加振する加振装置（９）とを備え、前記軌道状態測定装置は、前記レールの頭部側面が加振されたときに発生する音を測定する音測定部（１６）と、前記音測定部の測定結果に基づいて前記レールの固有振動数を測定する固有振動数測定部（１７）と、前記レールを支持する支持点（Ｐ _S ）間の中間点（Ｐ _H ）を検出する中間点検出部（１５）とを備え、前記加振装置は、前記中間点検出部の検出結果に基づいて前記支持点間の中間点で前記レールの頭部側面を加振し、前記音測定部は、前記支持点間の中間点から発生する音を測定することを特徴とする軌道情報収集装置（８）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の軌道情報収集装置において、図２、図７及び図８に示すように、前記軌道状態測定装置は、前記レールを支持する支持点付近の温度を測定する温度測定部（１９）を備えることを特徴とする軌道情報収集装置である。

請求項３の発明は、図１、図２、図７及び図８に示すように、軌道（１）に関する情報を収集する軌道情報収集装置であって、前記軌道のレール軸力を測定するために、この軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置（１１）を備え、前記軌道状態測定装置は、前記軌道のレール（２Ａ）の固有振動数を測定する固有振動数測定部（１７）と、前記レールを支持する支持点（Ｐ _S ）付近の温度を測定する温度測定部（１９）とを備えることを特徴とする軌道情報収集装置（８）である。

請求項４の発明は、請求項３に記載の軌道情報収集装置において、図２、図３及び図１１に示すように、前記レールの頭部側面（２ｅ）を加振する加振装置（９）を備え、前記軌道状態測定装置は、前記レールの頭部側面が加振されたときに発生する音を測定する音測定部（１６）と、前記音測定部の測定結果に基づいて前記レールの固有振動数を測定する固有振動数測定部（１７）とを備えることを特徴とする軌道情報収集装置である。

請求項５の発明は、請求項４に記載の軌道情報収集装置において、図２、図５、図８及び図９に示すように、前記軌道状態測定装置は、前記レールを支持する支持点（Ｐ_S）間の中間点（Ｐ_H）を検出する中間点検出部（１５）を備え、前記加振装置は、前記中間点検出部の検出結果に基づいて前記支持点間の中間点で前記レールの頭部側面を加振し、前記音測定部は、前記支持点間の中間点から発生する音を測定することを特徴とする軌道情報収集装置である。

請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軌道情報収集装置において、図２及び図３に示すように、前記音測定部は、前記レールの頭部側面が加振されたときに発生する音を非接触で測定することを特徴とする軌道情報収集装置である。

請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の軌道情報収集装置において、図２、図６及び図８に示すように、前記軌道状態測定装置は、前記レールの頭部（２ａ）の摩耗形状を測定する摩耗形状測定部（１８）を備えることを特徴とする軌道情報収集装置である。

請求項８の発明は、図１、図２、図１１及び図１２に示すように、軌道（１）のレール軸力を測定するレール軸力測定装置であって、前記軌道に関する情報を収集する軌道情報収集装置（８）のこの軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置（１１）が測定するレール（２Ａ）の固有振動数に基づいて、このレール軸力を演算する軸力演算部（２９）と、前記レールの固有振動数と前記レール軸力との相関関係を相関関係情報として記憶する相関関係情報記憶部（２６ａ）と、前記レールの頭部の摩耗形状に基づいて前記相関関係情報を補正する相関関係情報補正部（２８Ａ）とを備え、前記軸力演算部は、前記相関関係情報補正部が補正した補正後の相関関係情報と前記レールの固有振動数とに基づいて、前記レール軸力を演算することを特徴とするレール軸力測定装置（２７）である。

請求項９の発明は、図１、図２、図１１及び図１２に示すように、軌道（１）のレール軸力を測定するレール軸力測定装置であって、前記軌道に関する情報を収集する軌道情報収集装置（８）のこの軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置（１１）が測定するレール（２Ａ）の固有振動数に基づいて、このレール軸力を演算する軸力演算部（２９）と、前記レールの固有振動数と前記レール軸力との相関関係を相関関係情報として記憶する相関関係情報記憶部（２６ａ）と、前記レールを支持する支持点（Ｐ _S ）付近の温度に基づいて前記相関関係情報を補正する相関関係情報補正部（２８Ｂ）とを備え、前記軸力演算部は、前記相関関係情報補正部が補正した補正後の相関関係情報と前記レールの固有振動数とに基づいて、前記レール軸力を演算することを特徴とするレール軸力測定装置（２７）である。

この発明によると、レール軸力の測定に必要な軌道に関する情報を連続して短時間に収集することができる。

この発明の実施形態に係るレール軸力測定システムの構成図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置を模式的に示す側面図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置の加振装置の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置における軌道状態測定装置の移動距離測定部の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置における軌道状態測定装置の支持点検出部の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置における軌道状態測定装置の摩耗形状測定部の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置における軌道状態測定装置の温度測定部の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置の構成図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置の加振装置の加振動作を説明するための模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置の軌道情報記憶部のデータ構造の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報処理装置の構成図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報処理装置の相関関係情報記憶部のデータ構造の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報処理装置の固有振動数とレール軸力との相関関係を求めるときに使用される軌道の有限要素モデルの模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置の軸力情報記憶部のデータ構造の模式図である。 この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施形態に係るレール軸力測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図２に示す測定者Ｍは、軌道１に沿って歩行しながら軌道情報収集装置８を走行させる作業者である。図１〜図７に示す軌道１は、車両が走行する通路（線路）である。軌道１は、例えば、電車、気動車、機関車、客車又は貨車などの鉄道車両を１両又は複数両編成されて組成された列車を走行させる。軌道１は、レール２Ａ，２Ｂと、まくらぎ３と、レール締結装置４と、道床５などを備えている。図１〜図７に示す軌道１は、鉄道線路に敷設される一般的な軌道構造であり、主としてレール２、まくらぎ３及び道床バラスト５ａによって構成されているバラスト軌道である。

図３〜図７に示すレール２Ａ，２Ｂは、車両の車輪を支持し案内してこの車両を走行させる部材である。レール２Ａ，２Ｂは、図２〜図７に示すように、レール頭部２ａと、レール底部（フランジ部）２ｂと、レール腹部（ウェブ部）２ｃなどを備えている。レール頭部２ａは、車両の車輪と接触する部分である。レール頭部２ａは、図３〜図７に示すように、車輪を直接支持する頭頂面（頭部上面）２ｄと、レール頭部２ａの左右の側面部分を構成し頭頂面２ｄと連続する頭部側面２ｅと、頭頂面２ｄと頭部側面２ｅとの間に形成され急曲線通過時に車両の車輪のフランジ面と接触するゲージコーナ面２ｆなどを備えている。レール底部２ｂは、レール締結装置４によってまくらぎ３に支持されて取り付けられる部分である。レール底部２ｂは、レール締結装置４によって押さえ付けられる底部上面２ｇなどを備えている。レール腹部２ｃは、レール頭部２ａとレール底部２ｂとを繋ぐ部分である。図３〜図７に示すレール２Ａ，２Ｂは、通常25mの定尺レールを基地又は現地で複数本溶接することによって所定の長さに接合されており、一本の長さが200m以上のロングレール又は50〜200mの長尺レールである。

図２〜図７に示すまくらぎ３は、レール２Ａ，２Ｂを支持する支持体（支承体）である。まくらぎ３は、左右のレール２Ａ，２Ｂの間隔（軌間）を正確に保持するとともに、レール２Ａ，２Ｂから伝達される列車荷重を道床５に分散させるために、レール２Ａ，２Ｂと道床５との間に設置されている。まくらぎ３は、レール２Ａ，２Ｂに対して直角に並べて敷設される横まくらぎ（一般区間で使用される並まくらぎ）である。まくらぎ３は、例えば、緊張材として使用される鋼材によってプレストレスが与えられたプレストレストコンクリート製まくらぎ(PC(Prestressed concrete)まくらぎ)である。まくらぎ３は、図２に示すように、レール２Ａ，２Ｂの長さ方向に所定の間隔をあけて配置されており、レール２Ａ，２Ｂを離散的に支持している。

図４及び図５に示すに示すレール締結装置４は、レール２Ａ，２Ｂをまくらぎ３に締結する装置である。レール締結装置４は、レール２Ａ，２Ｂとまくらぎ３との間に挿入されて車両走行時に発生する衝撃を緩和する軌道パッド４ａと、レール２Ａ，２Ｂの底部上面２ｇを押さえ付けてまくらぎ３に締結する締結ばね４ｂなどを備えている。

図３〜図７に示す道床５は、まくらぎ３を支持する構造体である。道床５は、道床バラスト５ａを積層したバラスト層によって構成されたバラスト道床である。道床バラスト５ａは、まくらぎ３と路盤との間に敷き詰められる砂利又は砕石などの粒状体である。

図１に示すレール軸力測定システム６は、軌道１のレール軸力を測定するシステムである。レール軸力測定システム６は、図２及び図４に示す走行装置７と、図１及び図８に示す軌道情報収集装置８と、図１及び図１１に示す軌道情報処理装置２４などを備えている。レール軸力測定システム６は、軌道１に沿って移動する軌道情報収集装置８にこの軌道１に関する種々の情報を収集させ、軌道情報収集装置８から軌道情報処理装置２４にこの軌道１に関する種々の情報を送信し、この軌道１に関する種々の情報に基づいて軌道情報処理装置２４がレール軸力を測定する。ここで、レール軸力とは、図３〜図７に示すレール２Ａ，２Ｂ内に蓄積されるレール２Ａ，２Ｂの長さ方向の力である。レール軸力は、夏季高温時には圧縮力としてレール２Ａ，２Ｂに作用するため軌道座屈を引き起こす要因となり、冬季低温時には引張力としてレール２Ａ，２Ｂに作用するため横裂の進展を促進する要因となる。レール軸力は、レール２Ａ，２Ｂの両端部（伸縮区間）ではレール温度変化によってレール２Ａ，２Ｂを伸縮させるように作用するが、レール２Ａ，２Ｂの両端部以外の中間部（不動区間）ではレール２Ａ，２Ｂの温度が変化してもレール２Ａ，２Ｂを伸縮させるように作用しない。

図２及び図４に示す走行装置７は、軌道１上を走行する装置である。走行装置７は、軌道１上を走行する鉄道車両と同様に軌道１上を移動可能な機構を備えており、機械的な動力を必要とせずに測定者Ｍの人力によって走行する。走行装置７は、軌道情報収集車両として軌道情報収集装置８を機能させる。走行装置７は、例えば、可搬式の作業台車に近似した構造であり、図２に示すように測定者Ｍによって押し出されることによって軌道１に沿って移動可能である。走行装置７は、図２〜図７に示す搭載部７ａと、図２及び図４に示す車輪７ｂと、軸受部７ｃと、図２に示す手動操作部７ｄなどを備えている。

図２〜図７に示す搭載部７ａは、軌道情報収集装置８を搭載する部分である。搭載部７ａは、軌道面に対して平行に配置される板状部材である。図２及び図４に示す車輪７ｂは、左右のレール２Ａ，２Ｂとそれぞれ回転接触する部材である。車輪７ｂは、図４に示すように、鉄道車両の車輪と同様に、レール頭部２ａの頭頂面２ｄと接触して摩擦抵抗を受ける踏面と、脱輪を防止するために車輪７ｂの外周部に連続して形成されたフランジ面などを備えている。図２及び図４に示す軸受部７ｃは、車輪７ｂの車軸を回転自在に支持する部分である。軸受部７ｃは、車輪７ｂの車軸を支持した状態で搭載部７ａに固定されている。図２に示す手動操作部７ｄは、軌道情報収集装置８を測定者Ｍが手動で手押し操作する部分である。手動操作部７ｄは、測定者Ｍが把持するハンドルであり、軌道情報収集装置８の進行方向後側の搭載部７ａの端部に固定されている。

図１及び図８に示す軌道情報収集装置８は、軌道１に関する情報を収集する装置である。軌道情報収集装置８は、レール軸力を測定するために必要な軌道１に関する種々の情報を、軌道１上を走行しながら連続して取得するレール軸力の連続測定機である。軌道情報収集装置８は、例えば、図２に示すように、まくらぎ３の間隔、レール２Ａの摩耗形状、レール２Ａの温度及びレール２Ａの固有振動数などの軌道情報を移動しながら連続して自動的に測定し収集する。軌道情報収集装置８は、軌道１の状態を検査する検測車のように軌道１に沿って走行する。軌道情報収集装置８は、例えば、0.5〜1.0m/s程度の速度で移動しながら、1mm程度の一定距離を進む毎に軌道１に関する情報を収集する。軌道情報収集装置８は、図２及び図３に示す加振装置９と、図１及び図８に示す加振条件設定装置１０と、軌道状態測定装置１１と、記憶装置２０と、送受信装置２１と、表示装置２２と、制御装置２３などを備えている。

図２及び図３に示す加振装置９は、レール２Ａの頭部側面２ｅを加振する装置である。加振装置９は、図２、図３及び図９に示すように、左右一対のレール２Ａ，２Ｂのうち一方のレール２Ａを加振する。加振装置９は、図８に示す軌道状態測定装置１１の中間点検出部１５の検出結果に基づいて、図９に示すように支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_H のレール２Ａの頭部側面２ｅを加振する。加振装置９は、中間点検出部１５が検出した支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hのうち、加振条件設定装置１０によって設定された各加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nでレール２Ａの頭部側面２ｅを加振する。ここで、図９に示す支持点Ｐ_Sは、レール２Ａを加振したときにこのレール２Ａの振動の節となる位置である。加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nは、レール２Ａを加振したときにこのレール２Ａの振動の腹となる位置であり、レール締結装置４間の中心となる支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hである。加振装置９は、図３に示すように、インパルスハンマーのような加振器によってレール２Ａの頭部側面２ｅを打撃して、この頭部側面２ｅに加振力（打撃荷重）を作用させるインパルス加振装置などである。加振装置９は、支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを通過する瞬間に、支持点検出部１３が特定したレール締結装置４の位置に基づいて自動制御によって、レール頭部２ａをインパルス加振する。加振装置９は、図３に示すような振り子式の加振器であり、図２、図３、図８及び図９に示すハンマー部９ａと、図２、図３及び図８に示す駆動部９ｂなどを備えている。

図２、図３、図８及び図９に示すハンマー部９ａは、レール２Ａの頭部側面２ｅに衝突する部分である。ハンマー部９ａは、支持点を支点として揺動自在に支持される金属製、合成樹脂製又は天然樹脂製の部材である。図２、図３及び図８に示す駆動部９ｂは、ハンマー部９ａを駆動する手段である。駆動部９ｂは、図２及び図９において二点鎖線で示す待機位置でハンマー部９ａを固定解除してレール２Ａの頭部側面２ｅに衝突させ、衝突後のハンマー部９ａを待機位置まで復帰させ、ハンマー部９ａを待機位置で固定する。駆動部９ｂは、図９に示す各加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nにハンマー部９ａが到達したときに、待機位置でハンマー部９ａを固定解除して駆動し、ハンマー部９ａが衝突した後にこのハンマー部９ａを待機位置まで逆方向に駆動する。

図１及び図８に示す加振条件設定装置１０は、レール２Ａの頭部側面２ｅを加振装置９によって加振する条件を設定する装置である。加振条件設定装置１０は、レール２Ａの頭部側面２ｅを加振装置９によって加振するタイミングを設定する。加振条件設定装置１０は、レール２Ａの伸縮区間であるレール２Ａの両端部のレール軸力を測定するときには、このレール２Ａの両端部における中間点Ｐ_Hが加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nとなるような加振条件を設定する。加振条件設定装置１０は、所定区間内のレール２Ａの中間点Ｐ_Hを連続的に加振するときには、図９に示すようにこの所定区間内の全ての中間点Ｐ_Hが加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nとなるような加振条件を設定する。加振条件設定装置１０は、所定区間内のレール２Ａの中間点Ｐ_Hを離散的に加振するときには、この所定区間内の任意の中間点Ｐ_Hが加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nとなるような加振条件を設定する。加振条件設定装置１０は、所定区間内のレール２Ａの中間点Ｐ_Hを一定間隔で加振するときには、この所定区間内の一定間隔の中間点Ｐ_Hが加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nとなるような加振条件を設定する。加振条件設定装置１０は、例えば、測定者の手動操作によって加振条件を入力する入力装置又は補助入力装置などである。加振条件設定装置１０は、設定後の加振条件を加振条件情報として制御装置２３に出力する。

図１及び図８に示す軌道状態測定装置１１は、軌道１のレール軸力を測定するために、この軌道１に沿って移動しながらこの軌道１の状態を測定する装置である。軌道状態測定装置１１は、軌道１の状態を所定の間隔をあけて連続して測定する。軌道状態測定装置１１は、例えば、加振装置９の移動距離を測定したり、レール２Ａの支持点Ｐ_Sを検出したり、レール２Ａの支持点Ｐ_S間の間隔を測定したり、支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを検出したり、レール２Ａから発生する音を測定したり、レール２Ａの固有振動数を測定したり、レール２Ａのレール頭部２ａの摩耗形状を測定したり、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S付近の温度を測定したりする。軌道状態測定装置１１は、図２，図４及び図８に示す移動距離測定部１２と、図２、図５及び図８に示す支持点検出部１３と、図８に示す間隔測定部１４と、中間点検出部１５と、図３及び図８に示す音測定部１６と、図８に示す固有振動数測定部１７と、図２、図６及び図８に示す摩耗形状測定部１８と、図２、図７及び図８に示す温度測定部１９などを備えている。

図２，図４及び図８に示す移動距離測定部１２は、加振装置９の移動距離を測定する手段である。移動距離測定部１２は、図２に示す車輪７ｂの１回転毎に所定数のパルス信号（距離パルス信号）を発生して回転数検出情報（回転数検出信号）として出力するエンコーダと、このパルス信号に基づいて加振装置９の移動距離（走行距離）を演算する演算部などを備えている。移動距離測定部１２は、車輪７ｂの回転数に応じて出力される回転数検出信号に基づいて、起点（測定開始地点）からの加振装置９の移動距離を演算し、軌道情報収集装置８の移動距離を移動距離情報として制御装置２３に出力する。

図２、図５及び図８に示す支持点検出部１３は、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_Sを検出する手段である。支持点検出部１３は、まくらぎ３にレール２Ａが締結される締結位置を支持点Ｐ_Sとして検出する。支持点検出部１３は、レール締結装置４を検出する支持点検出用の変位計である。支持点検出部１３は、図２及び図５に示すように、軌道１に向かってレーザ光を照射する照射部と、軌道１から反射する反射レーザ光を受光する受光部と、照射部が照射するレーザ光と受光部が受光する反射レーザ光との位相差に基づいてレーザ光の反射位置までの距離を演算する距離演算部などを備えている。支持点検出部１３は、図２に示すように、隣接する２つの支持点Ｐ_Sを検出した後にこの２つの支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを加振装置９が加振するように、軌道情報収集装置８の進行方向に向かって加振装置９よりも前方側に配置されている。支持点検出部１３は、まくらぎ３又は道床バラスト５ａまでの距離と、レール締結装置４までの距離とが異なる点を利用して、レール締結装置４を検出する。支持点検出部１３は、支持点Ｐ_Sを検出する毎に支持点検出情報（支持点検出信号）を制御装置２３に出力する。

図８に示す間隔測定部１４は、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S間の間隔を測定する手段である。間隔測定部１４は、移動距離測定部１２の測定結果と支持点検出部１３の検出結果とに基づいて、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S間の間隔を測定する。間隔測定部１４は、図２に示すように、支持点検出部１３が支持点Ｐ_Sを検出してからこの支持点検出部１３が次の支持点Ｐ_Sを検出するまでに、移動距離測定部１２が測定する移動距離を支持点Ｐ_S間の間隔として演算する。間隔測定部１４は、図２及び図５に示すように、支持点検出部１３がレール締結装置４にレーザ光を照射したときに、移動距離測定部１２が測定する加振装置９の移動距離に対する支持点検出部１３が出力する支持点検出信号の変位波形に基づいてレール締結装置４の位置を特定し、まくらぎ３の間隔に相当する支持点Ｐ_S間の間隔を測定する。間隔測定部１４は、測定後の支持点間の間隔を間隔情報として制御装置２３に出力する。

図８に示す中間点検出部１５は、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを検出する手段である。中間点検出部１５は、移動距離測定部１２の測定結果と、支持点検出部１３の検出結果と、間隔測定部１４の測定結果とに基づいて、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを測定する。中間点検出部１５は、例えば、加振装置９が支持点Ｐ_Sを通過してから、支持点Ｐ_S間の間隔の半分の距離までこの加振装置９が到達したときに、支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hにこの加振装置９が位置していると検出する。中間点検出部１５は、各中間点Ｐ_Hを検出したときに移動距離測定部１２が出力する移動距離情報に基づいて、起点から各中間点Ｐ_Hまでの距離を中間点検出情報として出力する。中間点検出部１５は、加振装置９が支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hに到達したことを検出したときには、中間点検出情報を制御装置２３に出力する。

図３及び図８に示す音測定部１６は、レール２Ａの頭部側面２ｅが加振されたときに発生する音を測定する手段である。音測定部１６は、音響エネルギーを電気エネルギーに変換する音響電気変換部であり、音圧に応じた電気信号を出力するマイクロホンなどの集音装置である。音測定部１６は、図３に示すように、レール２Ａの頭部側面２ｅとの間に所定の隙間をあけて対向して配置されている。音測定部１６は、図９に示すように、支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hから発生する音を測定し、図３に示すようにレール２Ａの頭部側面２ｅが加振されたときに発生する音を非接触で測定する。音測定部１６は、レール２Ａの頭部側面２ｅから発生する音を音情報として制御装置２３に出力する。

図８に示す固有振動数測定部１７は、音測定部１６の測定結果に基づいてレール２Ａの固有振動数を測定する手段である。固有振動数測定部１７は、音測定部１６が出力する音測定信号の固有振動数（共振周波数）を演算し、レール２Ａが加振されたときのレール２Ａの振動の固有振動数を特定する。固有振動数測定部１７は、レール２Ａが支持される支持点Ｐ_Sが節になり、この支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hが腹となるレール２Ａの水平方向及び／又は上下方向のpinned-pinnedモードの振動モードの固有振動数を測定する。固有振動数測定部１７は、例えば、音測定部１６が出力する音測定信号を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation(以下、FFTという))処理して、この音測定信号の共振周波数を演算する。固有振動数測定部１７は、例えば、レール２Ａの頭部側面２ｅを加振したときの加速度応答をFETアナライザによって周波数分析し、レール２Ａの固有振動数を演算する。固有振動数測定部１７は、音測定部１６が出力する音測定信号のピークに対応する周波数をレール２Ａの固有振動数として特定する。固有振動数測定部１７は、測定後の固有振動数を固有振動数情報として制御装置２３に出力する。

図２、図６及び図８に示す摩耗形状測定部１８は、レール頭部２ａの摩耗形状を測定する手段である。摩耗形状測定部１８は、レール頭部２ａの摩耗形状を測定するレール摩耗測定用の変位計である。摩耗形状測定部１８は、図２及び図６に示すように、レール頭部２ａに向かってレーザ光を照射する照射部と、レール頭部２ａの表面から反射する反射レーザ光を受光する受光部と、照射部が照射するレーザ光と受光部が受光する反射レーザ光との位相差に基づいてレーザ光の反射位置までの距離を演算する距離演算部と、この距離演算部の演算結果に基づいてレール頭部２ａの断面形状を演算する断面形状演算部などを備えている。摩耗形状測定部１８は、図６に示すレール頭部２ａの頭頂面２ｄ、頭部側面２ｅ及びゲージコーナ面２ｆを囲むように、これらの表面と所定の間隔をあけて帯状に配置されている。摩耗形状測定部１８は、図２に示すように、加振装置９が加振する中間点Ｐ_H付近のレール頭部２ａの摩耗形状を測定可能なように、この加振装置９の近くに配置されており、レール頭部２ａの摩耗形状を非接触で測定する。摩耗形状測定部１８は、測定後のレール頭部２ａの断面形状を摩耗形状情報として制御装置２３に出力する。

図２、図７及び図８に示す温度測定部１９は、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S付近の温度を測定する手段である。温度測定部１９は、例えば、図７に示すように、支持点Ｐ_S付近のレール底部２ｂの底部上面２ｇの温度を測定する。温度測定部１９は、レール２Ａの底部上面２ｇから放射される放射赤外線を測定する放射温度計である。温度測定部１９は、レール２Ａの支持点Ｐ_S付近から放射される赤外線放射エネルギーを受光する受光部と、この受光部が出力する電気信号に基づいてこのレール２Ａの支持点Ｐ_S付近の表面温度を演算する表面温度演算部などを備えている。温度測定部１９は、レール２Ａと所定の間隔をあけて配置されており、レール２Ａの温度を非接触で測定する。温度測定部１９は、図２に示すように、加振装置９が加振する中間点Ｐ_H付近のレール底部２ｂの底部上面２ｇの温度を測定可能なように、この加振装置９の近くに配置されている。温度測定部１９は、測定後のレール２Ａの支持点Ｐ_S付近の温度を温度情報として制御装置２３に出力する。

図１及び図８に示す記憶装置２０は、種々の情報を記憶する装置である。記憶装置２０は、例えば、加振条件設定装置１０の設定結果及び軌道状態測定装置１１の測定結果などを記憶するメモリ又はハードディスクなどである。記憶装置２０は、図８に示すように、軌道情報記憶部２０ａと、加振条件情報記憶部２０ｂと、軌道情報収集プログラム記憶部２０ｃなどを備えている。

図８に示す軌道情報記憶部２０ａは、軌道１に関する種々の情報を記憶する手段である。軌道情報記憶部２０ａは、軌道状態測定装置１１の測定結果を記憶する。軌道情報記憶部２０ａは、例えば、図１０に示すように、加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N毎の固有振動数情報Ｄ₁₁，…，Ｄ_1Nと、加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N毎の摩耗形状情報Ｄ₂₁，…，Ｄ_2Nと、加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N毎の温度情報Ｄ₃₁，…，Ｄ_3Nと、起点から各加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nまでの移動距離に相当する移動距離情報Ｄ₄₁，…，Ｄ_4Nなどを軌道情報として記憶する。

図８に示す加振条件情報記憶部２０ｂは、加振条件設定装置１０が設定した加振条件情報を記憶する手段である。加振条件情報記憶部２０ｂは、加振条件設定装置１０が出力する加振条件情報を記憶する。軌道情報収集プログラム記憶部２０ｃは、軌道１に関する種々の情報を収集する軌道情報収集プログラムを記憶する手段である。軌道情報収集プログラム記憶部２０ｃは、情報記録媒体から読み取った軌道情報収集プログラム、又は電気通信回線を通じて取り込まれた軌道情報収集プログラムなどを記憶する。

図１及び図８に示す送受信装置２１は、軌道情報記憶部２０ａが記憶する軌道情報を送信する手段である。送受信装置２１は、例えば、軌道情報処理装置２４側の送受信装置２５からの指令を受信して、軌道情報記憶部２０ａが記憶する軌道情報をこの軌道情報処理装置２４側の送受信装置２５に送信する。送受信装置２１は、軌道情報処理装置２４側の送受信装置２５と有線又は無線によって相互に通信可能に接続されている。

図１及び図８に示す表示装置２２は、軌道１に関する種々の情報を表示する装置である。表示装置２２は、例えば、加振条件設定装置１０が設定する加振条件情報を表示したり、軌道状態測定装置１１が出力する軌道情報を表示したり、音測定部１６が出力するレール２Ａを加振したときの振動伝達量の波形を表示したり、固有振動数測定部１７が測定する固有振動数を表示したり、軌道情報記憶部２０ａが記憶する軌道情報などを表示したりする。

図１及び図８に示す制御装置２３は、軌道情報収集装置８に関する種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御装置２３は、例えば、加振条件設定装置１０が出力する加振条件情報を加振条件情報記憶部２０ｂに出力したり、軌道状態測定装置１１が出力する軌道情報を軌道情報記憶部２０ａに出力したり、軌道情報記憶部２０ａに軌道情報の記憶を指令したり、加振条件情報記憶部２０ｂに加振条件情報の記憶を指令したり、加振条件情報記憶部２０ｂが記憶する加振条件情報と中間点検出部１５が出力する中間点検出情報とに基づいて加振装置９の駆動部９ｂに加振動作を指令したり、軌道情報収集プログラム記憶部２０ｃから軌道情報収集プログラムを読み出してこの軌道情報収集プログラムに従って所定の軌道情報収集処理を実行したり、記憶装置２０から軌道情報を読み出して送受信装置２１及び表示装置２２に出力したり、送受信装置２１に軌道情報の送信を指令したり、表示装置２２に軌道情報の表示を指令したりなどする。制御装置２３は、加振装置９、加振条件設定装置１０、軌道状態測定装置１１、記憶装置２０、送受信装置２１及び表示装置２２などが相互に通信可能なように接続されている。

図１及び図１１に示す軌道情報処理装置２４は、軌道１に関する情報を処理する装置である。軌道情報処理装置２４は、軌道情報収集装置８が収集した軌道情報について所定の処理を実行してこの軌道情報を解析する。軌道情報処理装置２４は、例えば、軌道１上を移動しながら現場で軌道情報を収集する軌道情報収集装置８とは異なり地上側に設置されており、軌道情報収集装置８が収集した軌道情報を後処理によって解析する。軌道情報処理装置２４は、図１及び図１１に示すように、送受信装置２５と、記憶装置２６と、レール軸力測定装置２７などを備えている。

図１及び図１１に示す送受信装置２５は、軌道情報記憶部２０ａが記憶する軌道情報を受信する手段である。送受信装置２５は、例えば、軌道情報収集装置８側の軌道情報記憶部２０ａが記憶する軌道情報を、この軌道情報収集装置８側の送受信装置２１から受信する。

記憶装置２６は、種々の情報を記憶する装置である。記憶装置２６は、例えば、軌道情報収集装置８側から送信される軌道情報、レール軸力測定装置２７の測定結果、固有振動数−レール軸力の関係を表す相関関係情報、及び相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂによる補正後の相関関係情報などを記憶するメモリ又はハードディスクなどである。記憶装置２６は、図１１に示すように、相関関係情報記憶部２６ａと、軌道情報記憶部２６ｂと、軸力情報記憶部２６ｃと、レール軸力測定プログラム記憶部２６ｄなどを備えている。

図１１に示す相関関係情報記憶部２６ａは、レール２Ａの固有振動数とレール軸力との相関関係を相関関係情報として記憶する手段である。相関関係情報記憶部２６ａは、相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂによって相関関係情報が補正されたときには、この補正後の相関関係情報も記憶する。相関関係情報記憶部２６ａは、例えば、図１２に示すようなレール２Ａの固有振動数とレール軸力との対応関係を記憶する。ここで、図１２に示す縦軸はレール軸力(kN)であり、横軸は固有振動数(Hz)である。レール軸力は、引張が正であり圧縮が負である。相関関係情報記憶部２６ａは、図１３に示すような軌道１の有限要素モデルによって演算される固有振動数とレール軸力との相関関係を記憶する。

図１３に示す解析モデルは、軌道１の有限要素モデルの１締結分の構造である。この解析モデルは、モデル境界部で生じる反射波の影響が十分に小さくなるように、200締結（延長120m）分の軌道のモデルである。図１３に示すレール２Ａは、ソリッド要素でモデル化された振動解析の対象となる解析レールである。レール２Ｂは、ビーム要素でモデル化された反対側レールである。レール２Ａ，２Ｂは、いずれも60kgレールに相当する断面形状でモデル化した。まくらぎ３は、3号PCまくらぎに相当する断面形状でモデル化した。レール締結装置４は、レール２Ａ、２Ｂとまくらぎ３とを結合するばね要素でモデル化した。道床５は、バラスト道床でありまくらぎ３の下に配置したばね要素でモデル化した。ここで、図１３に示すｋ_fは、レール締結装置４のばね係数である。η_fは、レール締結装置４の減衰係数である。ｋ_eは、まくらぎ３の端部と道床５との間のばね係数である。η_eは、まくらぎ３の端部と道床５との間の減衰係数である。ｋ_cは、まくらぎ３の中央部と道床５との間のばね係数である。η_cは、まくらぎ３の中央部と道床５との間の減衰係数である。相関関係情報記憶部２６ａは、例えば、図１２に示すように、実際の軌道１を有限要素モデル化して求めた固有振動数とレール軸力との相関関係を相関関係情報として記憶する。

図１１に示す軌道情報記憶部２６ｂは、軌道１に関する種々の情報を記憶する手段である。軌道情報記憶部２６ｂは、軌道情報収集装置８側の軌道情報記憶部２０ａと同一構造であり、軌道情報記憶部２０ａが記憶する軌道１に関する種々の情報を軌道情報として記憶する。

軸力情報記憶部２６ｃは、軌道１のレール軸力に関する情報を記憶する手段である。軸力情報記憶部２６ｃは、軸力演算部２９の演算結果を記憶する。軸力情報記憶部２６ｃは、例えば、図１４に示すように、加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N毎の軸力情報Ｄ₅₁，…，Ｄ_5Nと、起点から各加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nまでの移動距離に相当する移動距離情報Ｄ₄₁，…，Ｄ_4Nなどを軸力情報として記憶する。

図１及び図１１に示すレール軸力測定装置２７は、軌道１のレール軸力を測定する装置である。レール軸力測定装置２７は、軌道情報収集装置８の軌道状態測定装置１１が測定するレール２Ａの固有振動数に基づいてレール軸力を測定する。レール軸力測定装置２７は、図１１に示すように、相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂと、軸力演算部２９と、制御部３０などを備えている。

図１１に示す相関関係情報補正部２８Ａは、レール２Ａのレール頭部２ａの摩耗形状に基づいて相関関係情報を補正する手段である。相関関係情報補正部２８Ａは、図１３に示すような実際の軌道１の有限要素モデルの解析レールであるレール２Ａのソリッド要素の形状をレール頭部２ａの断面形状に合わせて修正して、相関関係情報記憶部２６ａが記憶する固有振動数とレール軸力との相関関係を補正する。相関関係情報補正部２８Ａは、例えば、軌道１が直線及び曲線内軌である場合であって、レール２Ａの頭頂面２ｄが摩耗している摩耗形状であるときには、この摩耗形状によって実際の軌道１を有限要素モデル化して求めた固有振動数とレール軸力との相関関係を生成する。相関関係情報補正部２８Ａは、例えば、軌道１が曲線外軌である場合であって、レール２Ａのゲージコーナ面２ｆが摩耗している摩耗形状であるときには、この摩耗形状で実際の軌道１を有限要素モデル化して求めた固有振動数とレール軸力との相関関係を生成する。相関関係情報補正部２８Ａは、補正後の相関関係情報を制御部３０に出力する。

図１１に示す相関関係情報補正部２８Ｂは、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S付近の温度に基づいて相関関係情報を補正する手段である。相関関係情報補正部２８Ｂは、図１３に示すような実際の軌道１の有限要素モデルのレール締結装置４のばね係数ｋ_fを支持点Ｐ_Sの温度に応じて修正し、相関関係情報記憶部２６ａが記憶する固有振動数とレール軸力との相関関係を補正する。相関関係情報補正部２８Ｂは、例えば、レール２Ａ及びまくらぎ３の平均温度の平均温度が下がるとレール締結装置４のばね係数ｋ_fが増加するときには、このレール締結装置４のばね係数ｋ_fで実際の軌道１を有限要素モデル化して求めた固有振動数とレール軸力との相関関係を生成する。相関関係情報補正部２８Ｂは、補正後の相関関係情報を制御部３０に出力する。

図１１に示す軸力演算部２９は、軌道１のレール軸力を演算する手段である。軸力演算部２９は、図８に示す軌道情報収集装置８の軌道状態測定装置１１が測定するレール２Ａの固有振動数に基づいて、このレール２Ａのレール軸力を演算する。軸力演算部２９は、図１１に示す相関関係情報記憶部２６ａが記憶する相関関係情報とレール２Ａの固有振動数とに基づいてレール軸力を演算する。軸力演算部２９は、図１２に示す相関関係情報とレール２Ａの固有振動数とを照合して、レール２Ａの固有振動数ｆに対応するレール軸力Ｆを推定する。軸力演算部２９は、相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂが相関関係情報を補正しているときには、この相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂが補正した補正後の相関関係情報とレール２Ａの固有振動数とに基づいてレール軸力を演算する。軸力演算部２９は、補正後の相関関係情報とレール２Ａの固有振動数とを照合して、レール２Ａの固有振動数に対応するレール軸力を推定する。軸力演算部２９は、演算後のレール軸力を軸力情報として制御部３０に出力する。

図１１に示す制御部３０は、レール軸力測定装置２７に関する種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御部３０は、例えば、軌道情報収集装置８側の送受信装置２１からの軌道情報の送信を送受信装置２５に指令したり、送受信装置２５が出力する軌道情報を軌道情報記憶部２６ｂに出力したり、軌道情報の記憶を軌道情報記憶部２６ｂに指令したり、相関関係情報記憶部２６ａから相関関係情報を読み出して軸力演算部２９に出力したり、相関関係情報記憶部２６ａから相関関係情報を読み出して相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂに出力したり、軌道情報記憶部２６ｂから軌道情報を読み出して軸力演算部２９に出力したり、レール軸力測定プログラム記憶部２６ｄからレール軸力測定プログラムを読み出してこのレール軸力測定プログラムに従って所定のレール軸力測定処理を実行したり、相関関係情報記憶部２６ａから相関関係情報を読み出して相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂに出力したり、相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂに相関関係情報の補正を指令したり、相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂが出力する補正後の相関関係情報を相関関係情報記憶部２６ａに出力したり、補正後の相関関係情報の記憶を相関関係情報記憶部２６ａに指令したり、軸力演算部２９にレール軸力の演算を指令したり、軸力演算部２９が出力する軸力情報を軸力情報記憶部２６ｃに出力したり、軸力情報記憶部２６ｃに軸力情報の記憶を指令したり、軌道１に関する種々の情報の表示を表示装置３１に指令したりする。制御部３０は、送受信装置２５、記憶装置２６、相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂ、軸力演算部２９及び表示装置３１などが相互に通信可能なように接続されている。

表示装置３１は、軌道１に関する種々の情報を表示する装置である。表示装置３１は、例えば、相関関係情報記憶部２６ａが記憶する相関関係情報を表示したり、軌道情報記憶部２６ｂが記憶する軌道情報を表示したり、軸力情報記憶部２６ｃが記憶する軸力情報を表示したりする。

次に、この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置の動作を説明する。
以下では、図８に示す制御装置２３の動作を中心に説明する。
図１５に示すステップ（以下、Ｓという）１００において、軌道情報収集プログラム記憶部２０ｃから軌道情報収集プログラムを制御装置２３が読み込む。図２に示すように、軌道情報収集装置８を現場に搬送し、走行装置７の車輪７ｂを軌道１のレール２Ａ，２Ｂ上に設置すると、軌道１に沿って軌道情報収集装置８が移動可能な状態になる。図８に示す軌道情報収集装置８の電源を測定者がON操作すると、軌道情報収集プログラム記憶部２０ｃから軌道情報収集プログラムを制御装置２３が読み込み、軌道御情報収集処理を制御装置２３が実行する。

Ｓ１１０において、加振条件情報記憶部２０ｂから加振条件情報を制御装置２３が読み込む。加振条件設定装置１０を測定者が操作して加振条件を設定するとこの加振条件が加振条件情報記憶部２０ｂに記憶される。例えば、図９に示すレール２Ａ，２Ｂがロングレールである場合には、このロングレールの両端部から30〜40mまでの区間内でレール軸力を連続して測定したいときには、この区間内の全ての中間点Ｐ_Hが加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nとして設定される。この場合には、加振条件情報記憶部２０ｂから加振条件情報を制御装置２３が読み出して、ロングレールの両端部から所定区間内でレール軸力を連続して測定すると制御装置２３が認識する。

Ｓ１２０において、支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hが検出されたか否かを制御装置２３が判定する。例えば、図２に示すように、レール２Ａ，２Ｂがロングレールである場合に、このロングレールの一方の端部から他方の端部に向かって軌道情報収集装置８が軌道１上で移動を開始すると、図２及び図４に示す移動距離測定部１２が加振装置９の移動距離の測定を開始するとともに、図２及び図５に示す支持点検出部１３が支持点Ｐ_Sの検出を開始する。軌道情報収集装置８が軌道１上を移動して支持点Ｐ_S上を通過する度に、支持点検出部１３が間隔測定部１４に支持点検出信号を出力する。支持点検出部１３が支持点検出信号を出力してから次の支持点検出信号を出力するまでの間に、移動距離測定部１２が間隔測定部１４に出力する移動距離情報に基づいて、支持点Ｐ_S間の間隔を間隔測定部１４が測定する。間隔測定部１４が間隔情報を中間点検出部１５に出力すると、図９に示す支持点Ｐ_Sから中間点Ｐ_Hまでの中間距離（支持点Ｐ_S間の間隔の半分の距離）を中間点検出部が演算する。図８に示す支持点検出部１３が中間点検出部１５に支持点検出信号を出力してから加振装置９が移動する移動距離の計測を、移動距離測定部１２が中間点検出部１５に出力する移動距離情報に基づいて中間点検出部１５が演算する。加振装置９の移動距離が中間距離に達したと中間点検出部１５が判断したときには、中間点検出部１５が中間点検出情報を制御装置２３に出力する。中間点検出部１５から中間点検出情報が入力したと制御装置２３が判断したときにはＳ１３０に進む。一方、中間点検出部１５から中間点検出情報が入力していないと制御装置２３が判断したときには、Ｓ１２０の判断を制御装置２３が繰り返す。

Ｓ１３０において、加振装置９によって加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nでレール２Ａを加振するか否かを制御装置２３が判断する。図８に示す中間点検出部１５から制御装置２３に中間点検出情報が入力すると、加振条件情報記憶部２０ｂから読み出した加振条件情報とこの中間点検出情報とを制御装置２３が照合する。その結果、中間点検出部１５が検出した中間点Ｐ_Hと、加振条件設定装置１０が設定した加振条件（加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N）とが一致するか否かを制御装置２３が判断する。中間点Ｐ_Hと加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nとが一致すると制御装置２３が判断したときにはＳ１４０に進む。一方、中間点Ｐ_Hと加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nとが一致しないと制御装置２３が判断したときにはＳ１２０に戻り、Ｓ１２０以降の判断を制御装置２３が繰り返す。

Ｓ１４０において、制御装置２３が加振装置９に加振動作を指令する。図９に示すように、加振装置９が加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nに到達すると、支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hでレール２Ａを加振装置９が加振するように、加振装置９の駆動部９ｂを制御装置２３が制御する。その結果、図２、図３及び図９に示すように、加振装置９のハンマー部９ａを駆動部９ｂが固定解除し、図３及び図９に二点鎖線で示す待機位置からハンマー部９ａを落下させて、図９に示す加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nでレール２Ａの頭部側面２ｅにハンマー部９ａが衝突する。その結果、レール２Ａの支持点Ｐ_Sが節になり、この支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hが腹となって、レール２Ａが振動する。衝突後にはハンマー部９ａを駆動部９ｂが二点鎖線で示す待機位置まで駆動し、待機位置でハンマー部９ａを駆動部９ｂが固定する。図２、図３及び図９に示すように、レール２Ａの頭部側面２ｅにハンマー部９ａが衝突すると、この頭部側面２ｅから放射される音を音測定部１６が検出する。図８に示す音測定部１６がプリトリガで音の測定を開始し、音測定部１６が音情報を固有振動数測定部１７に出力すると、固有振動数測定部１７が支持点Ｐ_S間毎に固有振動数を測定する。レール２Ａの固有振動数を固有振動数測定部１７が測定し、固有振動数測定部１７が固有振動数情報を制御装置２３に出力する。

Ｓ１５０において、制御装置２３が摩耗形状測定部１８に測定動作を指令する。図９に示すように、加振装置９が加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nに到達すると、図２及び図６に示す摩耗形状測定部１８がレール２Ａの摩耗形状を測定するように、摩耗形状測定部１８を制御装置２３が制御する。その結果、摩耗形状測定部１８がレール頭部２ａの表面の摩耗形状を測定し、摩耗形状測定部１８が摩耗形状情報を制御装置２３に出力する。

Ｓ１６０において、制御装置２３が温度測定部１９に測定動作を指令する。加振装置９が加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nに到達すると、図２及び図７に示す温度測定部１９が支持点Ｐ_S付近の温度を測定するように、温度測定部１９を制御装置２３が制御する。その結果、温度測定部１９が支持点Ｐ_S付近のレール底部２ｂの底部上面２ｇの温度を測定し、温度測定部１９が温度情報を制御装置２３に出力する。

Ｓ１７０において、軌道情報の記録を軌道情報記憶部２０ａに制御装置２３が指令する。固有振動数情報、摩耗形状測定情報、温度情報及び移動距離情報の記憶を軌道情報記憶部２０ａに制御装置２３が指令する。その結果、図１０に示すように、加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N毎の固有振動数情報Ｄ₁₁，…，Ｄ_1N、摩耗形状情報Ｄ₂₁，…，Ｄ_2N及び温度情報Ｄ₃₁，…，Ｄ_3Nと、起点から各加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nまでの移動距離情報Ｄ₄₁，…，Ｄ_4Nとを対応させて、これらの情報を軌道情報として軌道情報記憶部２０ａが記憶する。

Ｓ１８０において、軌道情報集処理を終了するか否かを制御装置２３が判断する。加振条件情報記憶部２０ｂから読み出した加振条件情報を制御装置２３が参照して、軌道情報集処理を終了するか否かを制御装置２３が判断する。全ての加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおいて軌道情報の収集を完了したと制御装置２３が判断したときには、制御装置２３が一連の軌道情報収集処理を終了する。一方、全ての加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nにおいて軌道情報の収集を完了していないと制御装置２３が判断したときにはＳ１２０に戻り、Ｓ１２０以降の処理を制御装置２３が繰り返す。

次に、この発明の実施形態に係るレール軸力測定装置の動作を説明する。
以下では、図１１に示す制御部３０の動作を中心に説明する。
図１６に示すＳ２００において、レール軸力測定プログラム記憶部２６ｄからレール軸力測定プログラムを制御部３０が読み込む。図１１に示す軌道情報処理装置２４の電源を測定者がON操作すると、レール軸力測定プログラム記憶部２６ｄからレール軸力測定プログラムを制御部３０が読み込み、レール軸力測定処理を制御部３０が実行する。

Ｓ２１０において、軌道情報の送信を送受信装置２５に制御部３０が指令する。図１に示す軌道情報処理装置２４側の送受信装置２５から軌道情報収集装置８側の送受信装置２１に軌道情報の送信が指令されると、図８に示す軌道情報収集装置８の制御装置２３が軌道情報記憶部２０ａから軌道情報を読み出す。その結果、図１に示す制御装置２３が送受信装置２１に軌道情報を出力し、軌道情報収集装置８側の送受信装置２１から軌道情報処理装置２４側の送受信装置２５にこの軌道情報が送信される。

Ｓ２２０において、軌道情報を受信したか否かを制御部３０が判断する。図１１に示す送受信装置２５から制御部３０に軌道情報が入力したと制御部３０が判断したときにはＳ２３０に進み、送受信装置２５から制御部３０に軌道情報が入力していないと制御部３０が判断したときには一連のレール軸力測定処理を終了する。

Ｓ２３０において、軌道情報の記録を軌道情報記憶部２６ｂに制御部３０が指令する。軌道情報収集装置８から受信した軌道情報を軌道情報記憶部２６ｂに制御部３０が出力すると、軌道情報記憶部２６ｂがこの軌道情報を記憶する。

Ｓ２４０において、相関関係情報記憶部２６ａから相関関係情報を制御部３０が読み込む。相関関係情報記憶部２６ａから相関関係情報を制御部３０が読み出して、相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂ及び軸力演算部２９この相関関係情報を制御部３０が出力する。

Ｓ２５０において、相関関係情報を補正するか否かについて制御部３０が判断する。制御部３０が軌道情報を参照して、図１０に示す摩耗形状情報Ｄ₂₁，…，Ｄ_2N及び温度情報Ｄ₃₁，…，Ｄ_3Nがこの軌道情報に含まれているか否かを制御部３０が判断する。摩耗形状情報Ｄ₂₁，…，Ｄ_2N及び温度情報Ｄ₃₁，…，Ｄ_3Nが軌道情報に含まれていると制御部３０が判断したときにはＳ２６０に進む。一方、摩耗形状情報Ｄ₂₁，…，Ｄ_2N及び温度情報Ｄ₃₁，…，Ｄ_3Nが軌道情報に含まれていないと制御部３０が判断したときにはＳ２７０に進む。

Ｓ２６０において、相関関係情報の補正を相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂに制御部３０が指令する。例えば、摩耗形状情報Ｄ₂₁，…，Ｄ_2Nに基づいて相関関係情報を補正するときには、図１３に示すレール２Ａのレール頭部２ａのソリッド要素の形状をレール摩耗形状に合わせて修正した有限要素モデルによって求めた相関関係を補正後の相関関係情報として生成する。また、例えば、温度情報Ｄ₃₁，…，Ｄ_3Nに基づいて相関関係情報を補正するときには、図１３に示すレール締結装置４のばね係数ｋ_fを温度に応じて修正した有限要素モデルによって求めた相関関係を補正後の相関関係情報として生成する。補正後の相関関係情報を相関関係情報補正部２８Ａ，２８Ｂが制御部３０に出力すると、この補正後の相関関係情報を相関関係情報記憶部２６ａ及び軸力演算部２９に制御部３０が出力し、この補正後の相関関係情報を相関関係情報記憶部２６ａが記憶する。

Ｓ２７０において、レール軸力の演算を軸力演算部２９に制御部３０が指令する。軌道情報記憶部２０ａから軌道情報を制御部３０が読み出して、この軌道情報を軸力演算部２９に制御部３０が出力する。その結果、図１２に示す固有振動数−レール軸力の関係を表す相関関係情報と、図１０に示す固有振動数情報Ｄ₁₁，…，Ｄ_1Nとを軸力演算部２９が照合して、加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N毎にレール軸力を軸力演算部２９が演算し、軸力演算部２９が制御部３０に軸力情報を出力する。

Ｓ２８０において、軸力情報補記憶を軸力情報記憶部２６ｃに制御部３０が指令する。軸力演算部２９から軸力情報が制御部３０に入力すると、この軸力情報を軸力情報記憶部２６ｃに制御部３０に出力する。その結果、図１４に示すように、加振点Ｐ₁，…，Ｐ_N毎のレール軸力情報Ｄ₅₁，…，Ｄ_5Nと、起点から各加振点Ｐ₁，…，Ｐ_Nまでの移動距離情報Ｄ₄₁，…，Ｄ_4Nとを対応させて、これらの情報を軌道情報として軌道情報記憶部２０ａが記憶する。

この発明の実施形態に係る軌道情報収集装置及びレール軸力演算装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、軌道１のレール軸力を測定するために、この軌道１に沿って移動しながらこの軌道１の状態を軌道状態測定装置１１が測定し、この軌道１のレール２Ａの固有振動数を軌道状態測定装置１１が測定する。通常、レール軸力が増加するとレール２Ａの固有振動数が高くなり、レール軸力が低下するとレール２Ａの固有振動数が低くなる。この実施形態では、軌道１上を移動しながらレール２Ａの固有振動数を測定することによって、軌道１のレール軸力を短時間で連続して測定することができる。

(2) この実施形態では、レール２Ａの頭部側面２ｅを加振装置９が加振し、レール２Ａの頭部側面２ｅが加振されたときに発生する音を音測定部１６が測定し、この音測定部１６の測定結果に基づいてレール２Ａの固有振動数を固有振動数測定部１７が測定する。このため、軌道１に沿って移動しながらレール２Ａの固有振動数を連続して測定することができる。また、レール２Ａを加振したときに比較的音圧の高い音を放射する頭部側面２ｅを加振することによって、レール２Ａの加振時に発生する音を高精度に測定することができる。

(3) この実施形態では、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを中間点検出部１５が検出し、中間点検出部１５の検出結果に基づいてこの中間点Ｐ_Hでレール２Ａの頭部側面２ｅを加振装置９が加振し、この中間点Ｐ_Hから発生する音を音測定部１６が測定する。このため、まくらぎ３や道床バラスト５ａの影響を受けず、最も容易に振動するレール２Ａの支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを加振することによって、レール２Ａの固有振動数を高精度に測定することができる。また、まくらぎ３間の間隔が異なる場合であっても支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを加振装置９によって正確に加振することができる。

(4) この実施形態では、レール２Ａの頭部側面２ｅが加振されたときに発生する音を音測定部１６が非接触で測定する。このため、軌道情報収集装置８を軌道１に沿って移動させながらレール２Ａから放射する音をマイクロホンのような安価な集音装置によって簡単に測定することができる。

(5) この実施形態では、レール２Ａのレール頭部２ａの摩耗形状を摩耗形状測定部１８が測定する。このため、レール軸力の測定に必要なレール２Ａの固有振動数とレール軸力との相関関係をレール頭部２ａの摩耗形状に応じて最適な相関関係に修正することができ、レール軸力を高精度に測定することができる。

(6) この実施形態では、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S付近の温度を温度測定部１９が測定する。このため、レール軸力の測定に必要なレール２Ａの固有振動数とレール軸力との相関関係を支持点Ｐ_S近傍の表面温度に応じて最適な相関関係に修正することができ、レール軸力を高精度に測定することができる。

(7) この実施形態では、軌道情報収集装置８の軌道状態測定装置１１が測定する軌道１のレール２Ａの固有振動数に基づいて、軸力演算部２９がレール軸力を演算する。このため、レール軸力を短時間で連続して自動的に測定することができる。例えば、レール２Ａ，２Ｂがロングレールである場合には、このロングレールの軸力を管理することができる。

(8) この実施形態では、レール２Ａの固有振動数とレール軸力との相関関係を相関関係情報として相関関係情報記憶部２６ａが記憶し、固有振動数測定部１７が測定するレール２Ａの固有振動数と、相関関係情報記憶部２６ａが記憶する相関関係情報とに基づいて、軸力演算部２９がレール軸力を演算する。このため、例えば、軌道１を有限要素モデル化することによって、レール２Ａと固有振動数とレール軸力との相関関係を簡単に生成することができる。また、レール２Ａの固有振動数を測定して固有振動数と相関関係情報とを照合するだけでレール軸力を短時間で簡単に測定することができる。

(9) この実施形態では、レール頭部２ａの摩耗形状に基づいて相関関係情報を相関関係情報補正部２８Ａが補正し、この相関関係情報補正部２８Ａが補正した補正後の相関関係情報とレール２Ａの固有振動数とに基づいて、軸力演算部２９がレール軸力を演算する。このため、レール２Ａの固有振動数とレール軸力との相関関係をレール頭部２ａの摩耗形状に応じて最適な相関関係に修正することによって、レール軸力を高精度に測定することができる。また、レール頭部２ａの摩耗の影響によってレール２Ａの固有振動数がずれた場合であっても、レール軸力を高精度に測定することができる。

(10) この実施形態では、レール２Ａを支持する支持点Ｐ_S付近の温度に基づいて相関関係情報を相関関係情報補正部２８Ｂが補正し、相関関係情報補正部２８Ｂが補正した補正後の相関関係情報とレール２Ａの固有振動数とに基づいて、軸力演算部２９がレール軸力を演算する。このため、レール２Ａの固有振動数とレール軸力との相関関係を支持点Ｐ_S近傍の表面温度に応じて最適な相関関係に修正することによって、レール軸力を高精度に測定することができる。また、支持点Ｐ_S近傍の温度変化の影響によってレール２Ａの固有振動数がずれた場合であっても、レール軸力を高精度に測定することができる。

この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、軌道情報収集装置８を測定者Ｍの人力によって走行させる場合を例に挙げて説明したが、軌道情報収集装置８を機械的な動力によって走行させることもできる。また、この実施形態では、軌道１上を走行する軌道情報収集装置８と地上に固定されている軌道情報処理装置２４とに分離されている場合を例に挙げて説明したが、軌道情報収集装置８と軌道情報処理装置２４とを一体化して軌道１上を走行させることもできる。さらに、この実施形態では、レール２Ａを加振してレール２Ａのレール軸力を測定する場合を例に挙げて説明したが、レール２Ａ，２Ｂをそれぞれ加振してレール２Ａ，２Ｂのレール軸力をそれぞれ測定することもできる。

(2) この実施形態では、支持点検出部１３によってレール締結装置４を検出し、間隔測定部１４によってレール締結装置４間の間隔を測定する場合を例に挙げて説明したが、支持点検出部１３によってまくらぎ３を検出し、間隔測定部１４によってまくらぎ３間の間隔を測定することもできる。また、この実施形態では、支持点Ｐ_S付近のレール底部２ｂの底部上面２ｇの温度を温度測定部１９によって測定する場合を例に挙げて説明したが、測定箇所を底部上面２ｇに限定するものではない。例えば、支持点Ｐ_S付近のまくらぎ３の表面の温度を測定したり、支持点Ｐ_S付近のレール底部２ｂの底部上面２ｇの温度とまくらぎ３の表面の温度との平均値を測定したりすることもできる。さらに、この実施形態では、レール２Ａの支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hを加振装置９によって加振する場合を例に挙げて説明したが、支持点Ｐ_S間の中間点Ｐ_Hからわずかに離れた位置を加振装置９によって加振することもできる。

１ 軌道
２Ａ，２Ｂ レール
２ａ レール頭部
２ｂ レール底部
２ｃ レール側部
２ｄ 頭頂面
２ｅ 頭部側面
２ｆ ゲージコーナ面
２ｇ 底部上面
３ まくらぎ
４ レール締結装置
５ 道床
５ａ 道床バラスト
６ レール軸力測定システム
７ 走行装置
８ 軌道情報収集装置
９ 加振装置
１０ 加振条件設定装置
１１ 軌道状態測定装置
１２ 移動距離測定部
１３ 支持点検出部
１４ 間隔測定部
１５ 中間点検出部
１６ 音測定部
１７ 固有振動数測定部
１８ 摩耗形状測定部
１９ 温度測定部
２０ 記憶装置
２０ａ 軌道情報記憶部
２０ｂ 加振条件情報記憶部
２０ｃ 軌道情報収取プログラム記憶部
２１ 送受信装置
２２ 表示装置
２３ 制御装置
２４ 軌道情報処理装置
２５ 送受信装置
２６ 記憶装置
２６ａ 相関関係情報記憶部
２６ｂ 軌道情報記憶部
２６ｃ 軸力情報記憶部
２６ｄ レール軸力測定プログラム記憶部
２７ レール軸力測定装置
２８Ａ，２８Ｂ 相関関係情報補正部
２９ 軸力演算部
３０ 制御部
３１ 表示装置
Ｍ 測定者
Ｐ_S 支持点
Ｐ_H 中間点
Ｐ₁，…，Ｐ_N 加振点

Claims (9)

1. 軌道に関する情報を収集する軌道情報収集装置であって、
   前記軌道のレール軸力を測定するために、この軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置と、
   前記レールの頭部側面を加振する加振装置とを備え、
   前記軌道状態測定装置は、
   前記レールの頭部側面が加振されたときに発生する音を測定する音測定部と、
   前記音測定部の測定結果に基づいて前記レールの固有振動数を測定する固有振動数測定部と、
   前記レールを支持する支持点間の中間点を検出する中間点検出部とを備え、
   前記加振装置は、前記中間点検出部の検出結果に基づいて前記支持点間の中間点で前記レールの頭部側面を加振し、
   前記音測定部は、前記支持点間の中間点から発生する音を測定すること、
   を特徴とする軌道情報収集装置。
2. 請求項１に記載の軌道情報収集装置において、
   前記軌道状態測定装置は、前記レールを支持する支持点付近の温度を測定する温度測定部を備えること、
   を特徴とする軌道情報収集装置。
3. 軌道に関する情報を収集する軌道情報収集装置であって、
   前記軌道のレール軸力を測定するために、この軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置を備え、
   前記軌道状態測定装置は、
   前記軌道のレールの固有振動数を測定する固有振動数測定部と、
   前記レールを支持する支持点付近の温度を測定する温度測定部とを備えること、
   を特徴とする軌道情報収集装置。
4. 請求項３に記載の軌道情報収集装置において、
   前記レールの頭部側面を加振する加振装置を備え、
   前記軌道状態測定装置は、
   前記レールの頭部側面が加振されたときに発生する音を測定する音測定部と、
   前記音測定部の測定結果に基づいて前記レールの固有振動数を測定する固有振動数測定部とを備えること、
   を特徴とする軌道情報収集装置。
5. 請求項４に記載の軌道情報収集装置において、
   前記軌道状態測定装置は、前記レールを支持する支持点間の中間点を検出する中間点検出部を備え、
   前記加振装置は、前記中間点検出部の検出結果に基づいて前記支持点間の中間点で前記レールの頭部側面を加振し、
   前記音測定部は、前記支持点間の中間点から発生する音を測定すること、
   を特徴とする軌道情報収集装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軌道情報収集装置において、
   前記音測定部は、前記レールの頭部側面が加振されたときに発生する音を非接触で測定すること、
   を特徴とする軌道情報収集装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の軌道情報収集装置において、
   前記軌道状態測定装置は、前記レールの頭部の摩耗形状を測定する摩耗形状測定部を備えること、
   を特徴とする軌道情報収集装置。
8. 軌道のレール軸力を測定するレール軸力測定装置であって、
   前記軌道に関する情報を収集する軌道情報収集装置のこの軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置が測定するレールの固有振動数に基づいて、このレール軸力を演算する軸力演算部と、
   前記レールの固有振動数と前記レール軸力との相関関係を相関関係情報として記憶する相関関係情報記憶部と、
   前記レールの頭部の摩耗形状に基づいて前記相関関係情報を補正する相関関係情報補正部とを備え、
   前記軸力演算部は、前記相関関係情報補正部が補正した補正後の相関関係情報と前記レールの固有振動数とに基づいて、前記レール軸力を演算すること、
   を特徴とするレール軸力測定装置。
9. 軌道のレール軸力を測定するレール軸力測定装置であって、
   前記軌道に関する情報を収集する軌道情報収集装置のこの軌道に沿って移動しながらこの軌道の状態を測定する軌道状態測定装置が測定するレールの固有振動数に基づいて、このレール軸力を演算する軸力演算部と、
   前記レールの固有振動数と前記レール軸力との相関関係を相関関係情報として記憶する相関関係情報記憶部と、
   前記レールを支持する支持点付近の温度に基づいて前記相関関係情報を補正する相関関係情報補正部とを備え、
   前記軸力演算部は、前記相関関係情報補正部が補正した補正後の相関関係情報と前記レールの固有振動数とに基づいて、前記レール軸力を演算すること、
   を特徴とするレール軸力測定装置。

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