JP6884343B2 - Derailment sign detection system, control device, derailment sign detection method, and derailment sign detection program - Google Patents
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Description
本発明は、脱線予兆検知システム、制御装置、脱線予兆検知方法、および脱線予兆検知プログラムに関する。 The present invention relates to a derailment sign detection system, a control device, a derailment sign detection method, and a derailment sign detection program.
鉄道列車の脱線の予兆を検知する従来技術として、本発明者らによる特許文献1および特許文献2に記載の技術が知られている。
As a conventional technique for detecting a sign of derailment of a railway train, the techniques described in
特許文献1の技術では、走行中の台車のピッチ角速度およびロール角速度を、台車枠に取り付けたセンサによって検出し、検出した台車ピッチ角速度または台車ピッチ角速度の検出値が予め設定した閾値よりも大きくなったこと、および検出した台車ロール角速度または台車ロール角速度の積算値が予め設定した閾値よりも大きくなったことを条件として脱線予兆と判定する。
In the technique of
また、特許文献2の技術では、検知された台車のロール角速度を記憶装置に記憶させ、ロール角速度の履歴に基づいて移動平均を算出し、この移動平均からロール角速度の予測値を算出している。そして、検知された台車のピッチ角速度と、ロール角速度の所定時間後の予測値との夫々が既定した閾値を上回った場合に列車の脱線予兆と判定している。
Further, in the technique of
特許文献1、特許文献2の従来技術を利用することにより、列車の脱線予兆を検知することが可能であるが、これらの従来技術は条件によっては必ずしも十分な性能が発揮できないことがあった。例えば、試験軌道で計測されたデータに基づいて決定した閾値等のパラメータを実際の営業路線を走行する列車に適用した場合には、レールの継ぎ目等の箇所でピッチ角速度、ロール角速度に発生する外乱による著大値の影響により、脱線予兆の誤検知が発生する場合があった。また、脱線予兆を検知するために利用する閾値が走行速度に大きく依存する状況であるため、適切な閾値の決定が困難であり、特に低速域においては誤検知が生じやすい傾向があった。
By using the prior arts of
また、ピッチ角速度、ロール角速度などの分析については様々な手法を採用することが考えられるが、列車の脱線予兆を検知する場合には、予兆が発生してから0.2秒以内にそれを検知して直ちに対策を講じないと脱線の回避が困難であるという制約があるため、ほぼリアルタイムで分析可能な手法以外は採用できない。 In addition, it is conceivable to adopt various methods for analysis of pitch angular velocity, roll angular velocity, etc., but when detecting a train derailment sign, it is detected within 0.2 seconds after the sign occurs. Since there is a restriction that it is difficult to avoid derailment unless measures are taken immediately, only methods that can be analyzed in near real time can be adopted.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、列車の脱線予兆の検知精度を高めることが可能な脱線予兆検知システム、制御装置、脱線予兆検知方法、および脱線予兆検知プログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is a derailment sign detection system, a control device, a derailment sign detection method, and a derailment sign detection capable of improving the detection accuracy of a derailment sign of a train. To provide a program.
前述した目的を達成するために、本発明に係る脱線予兆検知システム、制御装置、脱線予兆検知方法、および脱線予兆検知プログラムは、下記(1)〜(5)を特徴としている。
(1) 列車に設けられ、走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度を検出する検知部と、
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出すると共に、前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し、算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が夫々既定した閾値を上回った場合、前記列車の脱線予兆と判定する制御装置と、
前記制御装置が脱線予兆と判定した場合、脱線予兆を外部に通知する出力部と、
を備え、
前記制御装置は、低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
る脱線予兆検知システム。
In order to achieve the above-mentioned object, the derailment sign detection system, the control device, the derailment sign detection method, and the derailment sign detection program according to the present invention are characterized by the following (1) to (5).
(1) A detector provided on the train to detect the pitch angular velocity and roll angular velocity of the running train, and
The wavelet coefficient of the pitch angular velocity is calculated as the first wavelet coefficient, the wavelet coefficient of the roll angular velocity is calculated as the second wavelet coefficient, and the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated. When the coefficients exceed the predetermined coefficients, the control device that determines the derailment sign of the train and
When the control device determines that it is a derailment sign, an output unit that notifies the derailment sign to the outside and
Equipped with a,
The control device calculates the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient only in the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Derailment sign detection system.
上記(1)の構成の脱線予兆検知システムによれば、列車の脱線予兆の検知精度を高めることが可能である。すなわち、ピッチ角速度及びロール角速度の各々の検出値をウェーブレット解析して得られる第1のウェーブレット係数、及び第2のウェーブレット係数を閾値と比較して判定することにより、低速時にレール継ぎ目等の箇所で発生する外乱の影響による誤検知を減らすことができる。 According to the derailment sign detection system having the configuration of (1) above, it is possible to improve the detection accuracy of the derailment sign of the train. That is, by comparing the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient obtained by wavelet analysis of each of the detected values of the pitch angular velocity and the roll angular velocity with the threshold value, and determining the detection value, at a place such as a rail seam at low speed. False positives due to the effects of disturbances that occur can be reduced.
更に、上記(1)の構成の脱線予兆検知システムによれば、列車の脱線予兆の検知精度を更に高めることが可能である。すなわち、列車の車輪フランジがレールに乗り上がり脱線に至る際には、ピッチ角速度及びロール角速度の両方に低周波数の高い出力が存在することが確認されているので、低周波領域の範囲内で算出した第1のウェーブレット係数、及び第2のウェーブレット係数を利用することにより、脱線予兆の検知精度が改善される。 Further, according to the derailment sign detection system having the above configuration (1 ), it is possible to further improve the detection accuracy of the derailment sign of the train. That is, when the wheel flange of the train rides on the rail and leads to derailment, it has been confirmed that high output with low frequency exists in both pitch angular velocity and roll angular velocity, so it is calculated within the range of low frequency region. By using the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient, the accuracy of detecting the derailment sign is improved.
(2) 前記制御装置は、少なくとも前記ロール角速度について、検出値の履歴に基づき移動平均を算出し、前記移動平均から前記ロール角速度の変化を予測し、前記ロール角速度の予測値と、算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数とに基づいて、前記列車の脱線予兆を判定する、
上記(1)に記載の脱線予兆検知システム。
( 2 ) The control device calculates a moving average of at least the roll angular velocity based on the history of detected values, predicts a change in the roll angular velocity from the moving average, and calculates the predicted value of the roll angular velocity. The derailment sign of the train is determined based on the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient.
The derailment sign detection system according to (1) above.
上記(2)の構成の脱線予兆検知システムによれば、ロール角速度の予測値、算出された第1のウェーブレット係数、及び前2のウェーブレット係数を組み合わせた条件について判定できるので、脱線予兆の検知精度を更に改善することが可能である。 According to the derailment sign detection system having the configuration of (2 ) above, the condition of combining the predicted value of the roll angular velocity, the calculated first wavelet coefficient, and the previous two wavelet coefficients can be determined, so that the detection accuracy of the derailment sign can be determined. Can be further improved.
(3) 列車に設けられ、所定の検知部で検知された走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度に基づき、前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出すると共に、前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し、算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が夫々既定した閾値を上回った場合、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆と判定された場合、脱線予兆検知を外部に通知し、
低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
制御装置。
( 3 ) Based on the pitch angle speed and roll angle speed of the running train provided in the train and detected by a predetermined detection unit, the wavelet coefficient of the pitch angle speed is calculated as the first wavelet coefficient, and the roll angle speed is calculated. The wavelet coefficient is calculated as the second wavelet coefficient, and when the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient each exceed the predetermined threshold values, it is determined as a derailment sign of the train and a derailment sign. If it is determined, the derailment sign detection is notified to the outside,
The first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated only within the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Control device.
上記(3)の構成の制御装置によれば、上記(1)の脱線予兆検知システムと同様に、列車の脱線予兆の検知精度を高めることが可能である。 According to the control device having the configuration of (3 ) above, it is possible to improve the detection accuracy of the derailment sign of the train as in the derailment sign detection system of (1) above.
(4) 走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度の検出値を入力し、
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出し、
前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し、
算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数の夫々を既定した閾値と比較し、
前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が前記閾値を上回った場合に、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆検知を外部に通知し、
低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
脱線予兆検知方法。
( 4 ) Enter the detected values of the pitch angular velocity and roll angular velocity of the running train.
The wavelet coefficient of the pitch angular velocity is calculated as the first wavelet coefficient, and the wavelet coefficient is calculated.
The wavelet coefficient of the roll angular velocity is calculated as the second wavelet coefficient, and the wavelet coefficient is calculated.
Comparing each of the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient with a predetermined threshold value,
When the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient exceed the threshold value, it is determined that the train is a derailment sign, and the derailment sign detection is notified to the outside.
The first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated only within the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Derailment sign detection method.
上記(4)の構成の脱線予兆検知方法によれば、上記(1)の脱線予兆検知システムと同様に、列車の脱線予兆の検知精度を高めることが可能である。 According to the derailment sign detection method having the configuration of the above ( 4 ), it is possible to improve the detection accuracy of the derailment sign of the train as in the derailment sign detection system of the above (1).
(5) 走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度の検出値を入力するステップと、
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出するステップと、
前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出するステップと、
算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数の夫々を既定した閾値と比較するステップと、
前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が前記閾値を上回った場合に、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆検知を外部に通知するステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させ、
低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
脱線予兆検知プログラム。
( 5 ) A step of inputting the detected values of the pitch angular velocity and the roll angular velocity of the running train, and
The step of calculating the wavelet coefficient of the pitch angular velocity as the first wavelet coefficient, and
The step of calculating the wavelet coefficient of the roll angular velocity as the second wavelet coefficient, and
A step of comparing each of the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient with a predetermined threshold value.
When the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient exceed the threshold value, it is determined that the train is a derailment sign, and the derailment sign detection is notified to the outside.
Let the computer perform the process including
The first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated only within the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Derailment sign detection program.
上記(5)の構成の脱線予兆検知プログラムを所定のコンピュータで実行することにより、上記(1)の脱線予兆検知システムと同様に、列車の脱線予兆の検知精度を高めることが可能である。 By executing the derailment sign detection program having the configuration of (5 ) above on a predetermined computer, it is possible to improve the detection accuracy of the derailment sign detection system of the train as in the derailment sign detection system of (1) above.
本発明の脱線予兆検知システム、制御装置、脱線予兆検知方法、および脱線予兆検知プログラムによれば、列車の脱線予兆の検知精度を高めることが可能である。すなわち、列車の車輪フランジがレールに乗り上がり脱線に至る際には、ピッチ角速度及びロール角速度の両方に低周波数の高い出力が存在することが確認されているので、低周波領域の範囲内で算出した前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を利用することにより、脱線予兆の検知精度が改善される。 According to the derailment sign detection system, the control device, the derailment sign detection method, and the derailment sign detection program of the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the derailment sign detection of the train. That is, when the wheel flange of the train rides on the rail and leads to derailment, it has been confirmed that high output with low frequency exists in both pitch angular velocity and roll angular velocity, so it is calculated within the range of low frequency region. By using the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient, the accuracy of detecting the derailment sign is improved.
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Further, the details of the present invention will be further clarified by reading through the embodiments described below (hereinafter referred to as "embodiments") with reference to the accompanying drawings. ..
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the respective figures.
<列車の構成例>
本発明の実施形態の脱線予兆検知システムを搭載する列車20の構成例を図1に示す。列車20の台車22のボギーフレーム25を上方から視た状態を図2に示す。また、このボギーフレーム25を側面から視た状態を図3に示す。
<Train configuration example>
FIG. 1 shows a configuration example of the
本発明の脱線予兆検知システム50は、図1に示したような構成の列車20に搭載した状態で使用される。なお、図1に示した列車20は2両編成の場合であるが、1両もしくは3両以上の編成の列車20にも利用できる。
The derailment
図1に示すように、列車20の各車体21は、その下部に接続され、車体21を支持する複数の台車22を備えている。図1の例では各車体21の前後にそれぞれ2つの台車22が備わっている。各々の台車22は、図2および図3に示すようなボギーフレーム25を備えている。
As shown in FIG. 1, each
ボギーフレーム25には、これを跨ぐように車軸23が設けられ、車軸23の両端にはレールと接する車輪24が接続されている。また、図2および図3に示すように、ボギーフレーム25の前後方向の中央付近、かつ列車20の幅方向の左側方に、角速度センサ35が配置してある。また、列車20の走行速度を検出する速度センサ34(図4参照)も台車22に備わっている。
The
角速度センサ35は、ピッチ角速度、およびロール角速度を検知する。本実施形態では、音叉型振動子を有するマイクロジャイロスコープとして構成された角速度センサ35を用いている。ピッチ角速度は、ピッチ方向、すなわち列車20の幅方向を軸とした回転(又は傾斜)の角速度であり、ロール角速度は、ロール方向、すなわち列車20の前後方向を軸とした回転(又は傾斜)の角速度である。
The
<脱線予兆検知システム50の構成例>
図4は、脱線予兆検知システム50の構成例である。
<Configuration example of derailment
FIG. 4 is a configuration example of the derailment
図4に示した脱線予兆検知システム50は、例えば図1に示した列車20の台車22毎にそれぞれ用意され、各脱線予兆検知システム50の制御ユニット51が車体21上に設置される。各脱線予兆検知システム50の制御ユニット51に、各台車22に装着された角速度センサ35および速度センサ34の電気信号が入力される。勿論、複数の車体21の複数の台車22を、1つの制御ユニット51で集中的に制御することも可能である。
The derailment
制御ユニット51はコンピュータであり、短時間で計算処理を完了できるように十分な性能のハードウェアを備えている。また、周波数領域脱線予兆検知ユニット10、時間領域脱線予兆検知ユニット30、および最終判定部40に相当する各機能を実現するための制御用ソフトウェアを備えている。なお、制御ユニット51の内部に独立した複数のコンピュータを備えてもよい。
The
図4に示した脱線予兆検知システム50は、列車20の脱線予兆を検知して脱線を予防するために、2種類の脱線予兆検知アルゴリズムを搭載している。一方の脱線予兆検知アルゴリズムは周波数領域脱線予兆検知ユニット10に組み込まれており、もう一方の脱線予兆検知アルゴリズムは時間領域脱線予兆検知ユニット30に組み込まれている。
The derailment
詳細については後述するが、周波数領域脱線予兆検知ユニット10に組み込まれている脱線予兆検知アルゴリズムは、角速度センサ35が出力するピッチ角速度θ(t)、およびロール角速度φ(t)を入力し、これらの信号の各々にウェーブレット解析を適用して信号毎にウェーブレット係数を算出する。なお、「t」は時間を表す。そして、時系列で変化するピッチ角速度のウェーブレット係数、およびロール角速度のウェーブレット係数の各々を事前に定めた閾値と比較することにより脱線予兆の有無を識別する。実際には、ピッチ角速度のウェーブレット係数が閾値を上回り、同時にロール角速度のウェーブレット係数が閾値を上回った状態になると、脱線予兆として検知する。
Although the details will be described later, the derailment sign detection algorithm incorporated in the frequency domain derailment
一方、時間領域脱線予兆検知ユニット30に組み込まれている脱線予兆検知アルゴリズムは、基本的に特許文献2に開示されているアルゴリズムと同じである。すなわち、角速度センサ35が出力するピッチ角速度θ(t)、およびロール角速度φ(t)と、速度センサ34が出力する走行速度V(t)とをそれぞれ入力して処理する。そして、移動平均の計算に基づきロール角速度の変化を予測する。更に、ピッチ角速度と閾値との比較や、ロール角速度の予測値と閾値との比較を行い、その結果により脱線予兆を検知する。時間領域脱線予兆検知ユニット30が使用する各閾値については、走行速度V(t)に応じて適切な値が採用される。
On the other hand, the derailment sign detection algorithm incorporated in the time domain derailment
基本的には、新たに開発された脱線予兆検知アルゴリズムを組み込んだ周波数領域脱線予兆検知ユニット10だけでも、脱線予兆検知について十分な性能が得られる。しかし、周波数領域脱線予兆検知ユニット10のアルゴリズムと、時間領域脱線予兆検知ユニット30のアルゴリズムとはそれぞれ異なる長所と短所を有している。したがって、2種類の脱線予兆検知アルゴリズムをうまく使い分けることにより、より効果的に脱線を回避することが可能になる。
Basically, sufficient performance for derailment sign detection can be obtained only by the frequency domain derailment
そこで、最終判定部40は、周波数領域脱線予兆検知ユニット10が出力する脱線予兆判定出力17と、時間領域脱線予兆検知ユニット30が出力する脱線予兆判定出力18とを入力し、これらの信号に基づいて最適な列車の制御を実施する。
Therefore, the
最終判定部40の出力には、列車のブレーキ装置38、および列車の散水装置39が接続されている。すなわち、脱線予兆が検知された場合にブレーキ装置38で制動をかけることにより、脱線を防止することができる。散水装置39は、レールと車輪フランジとの接触部分に散水する装置である。つまり、脱線予兆として車輪フランジがレールに乗り上がった状態になっている時に、その接触箇所に散水して摩擦係数を低減させる。これにより、レールに乗り上がった車輪フランジを正常な位置に戻すことができ、脱線を防止できる。なお、本実施形態では、脱線予兆検知システム50が散水装置39を備える場合を例に説明しているが、これは一例であり、散水装置39に代えて、あるいは散水装置39に加え、脱線を防止するための別の装置を備えるようにしてもよい。
A
最終判定部40の代表的な制御例としては、周波数領域脱線予兆検知ユニット10が出力する脱線予兆判定出力17により脱線予兆を認識した場合には、最終判定部40が列車のブレーキ装置38を制御してブレーキをかけるように制御する。また、時間領域脱線予兆検知ユニット30が出力する脱線予兆判定出力18により脱線予兆を認識した場合には、最終判定部40が列車の散水装置39を制御して散水し、摩擦係数を低減する。
As a typical control example of the
なお、脱線予兆を検知した時に、警報を出力したり、疑似音声信号などを用いて危険であることを報知してもよい。但し、実際には脱線予兆を検知してから0.2秒以内に散水やブレーキの制御を実施しないと脱線を回避できない。したがって、最終判定部40により散水やブレーキの制御を自動的に実施することが望ましい。
When a sign of derailment is detected, an alarm may be output or a pseudo voice signal or the like may be used to notify that the vehicle is dangerous. However, in reality, derailment cannot be avoided unless watering and brake control are performed within 0.2 seconds after the derailment sign is detected. Therefore, it is desirable that the
<周波数領域脱線予兆検知ユニット10>
周波数領域脱線予兆検知ユニット10の構成例を図5に示す。図5に示した周波数領域脱線予兆検知ユニット10は、2つのウェーブレット変換処理部11、12、および脱線予兆判定部13を備えている。
<Frequency domain derailment
FIG. 5 shows a configuration example of the frequency domain derailment
ウェーブレット変換処理部11は、角速度センサ35が出力するピッチ角速度θ(t)の信号を一定の周期(例えば1/200[秒])で繰り返しサンプリングして入力し、この信号に対してウェーブレット変換処理を実施する。ウェーブレット変換処理部11の出力にはピッチ角速度のウェーブレット係数14が時系列の信号として得られる。ウェーブレット変換については後で説明する。
The wavelet
また、ウェーブレット変換処理部12は、角速度センサ35が出力するロール角速度φ(t)の信号を一定の周期(例えば1/200[秒])で繰り返しサンプリングして入力し、この信号に対してウェーブレット変換処理を実施する。ウェーブレット変換処理部12の出力にはロール角速度のウェーブレット係数15が時系列の信号として得られる。
Further, the wavelet
様々な実験を行った結果によれば、列車の車輪フランジ乗り上がり脱線の発生時には、ロール角速度およびピッチ角速度の両方に低周波の高出力があることが分かった。そこで、脱線の予兆を効果的に検知するために、ウェーブレット変換処理部11および12のそれぞれは、予め定めた低周波領域の範囲内、例えば0.5〜100[Hz]の範囲内に限定してウェーブレット係数を算出する。
According to the results of various experiments, it was found that there is a high output of low frequency in both the roll angular velocity and the pitch angular velocity when the wheel flange climbing derailment of the train occurs. Therefore, in order to effectively detect the sign of derailment, each of the wavelet
脱線予兆判定部13は、ウェーブレット変換処理部11が出力するピッチ角速度のウェーブレット係数14と、ウェーブレット変換処理部12が出力するロール角速度のウェーブレット係数15と、ウェーブレット係数の閾値16とに基づいて脱線予兆の判定を実施する。ウェーブレット係数の閾値16については、ピッチ角速度のウェーブレット係数14およびロール角速度のウェーブレット係数15の両者に対してそれぞれ独立した閾値を割り当ててもよいが、両者に共通の閾値を用いている。また本実施形態では、ウェーブレット係数の閾値16は事前に定めた定数であり、変化しない。しかし、場合によっては、例えば列車の走行速度などに応じてウェーブレット係数の閾値16の値が多少変化するように調整してもよい。
The derailment
脱線予兆判定部13は、ピッチ角速度のウェーブレット係数14の値が閾値16を上回り、同時にロール角速度のウェーブレット係数15の値が閾値16を上回った状態を検知すると、脱線予兆判定出力17に、脱線予兆検知を示す信号を出力する。
When the derailment
<時間領域脱線予兆検知ユニット30>
時間領域脱線予兆検知ユニット30における入出力および判定の条件を図6に示す。
<Time domain derailment
FIG. 6 shows the input / output and determination conditions in the time domain derailment
図6および図4に示したように、時間領域脱線予兆検知ユニット30の入力にはピッチ角速度θ(t)、ロール角速度φ(t)、および走行速度V(t)の信号が入力される。また、時間領域脱線予兆検知ユニット30が制御上で使用するパラメータとして、図6に示すように、ピッチ角速度閾値、ロール角速度移動平均予測値閾値、検知時間、傾斜計測時間、予測時間がある。ここで、ピッチ角速度閾値、およびロール角速度移動平均予測値閾値の各々の値は走行速度V(t)に最適な値を利用するように変化する。
As shown in FIGS. 6 and 4, signals of pitch angular velocity θ (t), roll angular velocity φ (t), and traveling velocity V (t) are input to the input of the time domain derailment
図6において時間領域脱線予兆検知ユニット30のブロック中に示したように、時間領域脱線予兆検知ユニット30は、3つの条件を比較することにより脱線予兆の検知について判定し、その結果を警告として出力する。比較する3つの条件は次の通りであり、これらの論理積により判定する。
As shown in the block of the time domain derailment
(1)ピッチ角速度θ(t)がピッチ角速度の閾値(速度依存)以上である。
(2)ロール角速度φ(t)の移動平均値Φがその閾値(速度依存)以上である。
(3)ロール角速度φ(t)の移動平均に基づく予測値Φpがその閾値(速度依存)以上である。
時間領域脱線予兆検知ユニット30における処理の内容については、特許文献2に開示されている従来技術と同じであるので、詳細な説明は省略する。
(1) The pitch angular velocity θ (t) is equal to or higher than the pitch angular velocity threshold value (speed-dependent).
(2) The moving average value Φ of the roll angular velocity φ (t) is equal to or higher than the threshold value (speed dependent).
(3) The predicted value Φp based on the moving average of the roll angular velocity φ (t) is equal to or higher than the threshold value (speed dependence).
Since the content of the process in the time domain derailment
<ウェーブレット変換の説明>
ウェーブレット分析における入力信号および様々なウェーブレットの各波形を図7に示す。また、マザーウェーブレットとして使用するモルレーウェーブレットの波形を図8に示す。ただし、マザーウェーブレットには解析対象に合わせてさまざまな波形を用いることができる。
<Explanation of wavelet transform>
The input signal in the wavelet analysis and each waveform of various wavelets are shown in FIG. The waveform of the Morley wavelet used as the mother wavelet is shown in FIG. However, various waveforms can be used for the mother wavelet according to the analysis target.
なお、信号の周波数解析を行う手法として一般的にはフーリエ解析が用いられる。しかし、フーリエ変換を実施すると、時間に関する情報が失われてしまうので、列車の脱線予兆のように突発的な変化を検出しようとする用途においては必要な情報が得られない。また、ハミングウィンドウを使った短時間フーリエ解析の場合には、短時間で低周波を捉えることが難しいため、例えば0.2秒以内に脱線予兆を検知できない。 In addition, Fourier analysis is generally used as a method for performing frequency analysis of signals. However, when the Fourier transform is performed, the information about time is lost, so that the necessary information cannot be obtained in the application for detecting a sudden change such as a sign of derailment of a train. Further, in the case of short-time Fourier analysis using a humming window, it is difficult to capture a low frequency in a short time, so that a derailment sign cannot be detected within 0.2 seconds, for example.
ウェーブレットは一時的な波であり、ウェーブレット解析は任意の時系列データをウェーブレットの和として表現する手法である。例えば、図7に示したように、任意の入力信号として波W1が入力される場合に、これを様々なウェーブレットに分解し、例えばウェーブレットW2、W3、W4、W5、W6の和として波W1を表現することができる。 Wavelets are temporary waves, and wavelet analysis is a method of expressing arbitrary time series data as the sum of wavelets. For example, as shown in FIG. 7, when the wave W1 is input as an arbitrary input signal, it is decomposed into various wavelets, and the wave W1 is divided into, for example, the sum of the wavelets W2, W3, W4, W5, and W6. Can be expressed.
ウェーブレット変換には、連続ウェーブレット変換(CWT)と、離散ウェーブレット変換(DWT)とがある。連続ウェーブレット変換においては、マザーウェーブレットを利用し、このマザーウェーブレットに対して移動、拡大/縮小されたコピーと入力信号の波とを比較する。連続ウェーブレット変換においては、信号と解析関数との類似性の測定に内積を使う。マザーウェーブレットについては様々な形状を用いることができる。ウェーブレットが複素値であると、CWTはスケールと位置の複素値関数となり、信号が実数値であると、CWTはスケールと位置の実数値関数となる。連続ウェーブレット変換は次式で表すことができる。 The wavelet transform includes a continuous wavelet transform (CWT) and a discrete wavelet transform (DWT). In the continuous wavelet transform, the mother wavelet is used, and the moved / enlarged / reduced copy and the wave of the input signal are compared with respect to this mother wavelet. In the continuous wavelet transform, the inner product is used to measure the similarity between the signal and the analytic function. Various shapes can be used for the mother wavelet. If the wavelet is a complex value, the CWT is a complex value function of scale and position, and if the signal is a real value, the CWT is a real value function of scale and position. The continuous wavelet transform can be expressed by the following equation.
C(a,b;f(t),Ψ(t)):ウェーブレット係数(CWT係数)
a:スケールパラメータ
b:位置パラメータ
f(t):入力信号(原信号)
Ψ(t):マザーウェーブレット
t:時間
C (a, b; f (t), Ψ (t)): Wavelet coefficient (CWT coefficient)
a: Scale parameter b: Position parameter f (t): Input signal (original signal)
Ψ (t): Mother wavelet t: Time
つまり、マザーウェーブレットΨ(t)および入力信号f(t)に基づき、スケールパラメータ(a)、および位置パラメータ(b)の断続的な変化により、ウェーブレット係数が得られる。各係数に適切な拡大/縮小され、移動されたウェーブレット(例えば図7に示すW2〜W6)を乗じると、原信号の構成ウェーブレットが生じる。 That is, the wavelet coefficient is obtained by intermittent changes of the scale parameter (a) and the position parameter (b) based on the mother wavelet Ψ (t) and the input signal f (t). Multiplying each coefficient by the appropriate scaled and moved wavelets (eg, W2 to W6 shown in FIG. 7) yields the constituent wavelets of the original signal.
本実施形態のウェーブレット変換処理部11、12においては、ウェーブレット変換のマザーウェーブレットΨ(t)として、図8に示したモルレーウェーブレットの波形を採用している。モルレーウェーブレットには実数値版と、複素値版とがある。実数値版のモルレーウェーブレットは次式で表される。正規化及び再構成に定数が使用される。
In the wavelet
前記第(1)式の連続ウェーブレット変換(CWT)は、フーリエ逆変換を用いて次式のように書き換えることができる。これにより、信号の周波数ベースのフィルタリングとして連続ウェーブレット変換を解釈することもできる。
上記第(3)式は、時間の経過後のウェーブレットの広がりは、周波数領域のそのサポートの収縮の原因となることを示している。中心周波数は、広がりのため、低周波数の方へ移動する。ウェーブレット変換では、ウェーブレット動作の拡大は、エネルギーの保存と定義される。収縮中エネルギーを保存するために、周波数サポートはピークエネルギーレベルの増大を必要とする。品質係数(またはフィルタ係数と呼ばれることもある)は、ピークエネルギー対帯域幅の比率である。そのため、ウェーブレットは定数Qフィルタということもある。ウェーブレットの周波数サポートの収縮と拡張がピークエネルギーの比例した増加または減少を生じるからである。これは、列車の脱線予兆を検知するに際し利用価値のあるウェーブレットの重要な特性である。 Equation (3) above indicates that the spread of the wavelet over time causes the contraction of its support in the frequency domain. The center frequency moves toward lower frequencies due to the spread. In the wavelet transform, the expansion of wavelet motion is defined as the conservation of energy. To conserve energy during contraction, frequency support requires an increase in peak energy levels. The quality factor (also sometimes called the filter factor) is the ratio of peak energy to bandwidth. Therefore, the wavelet is sometimes called a constant Q filter. This is because the contraction and expansion of the wavelet frequency support results in a proportional increase or decrease in peak energy. This is an important characteristic of wavelets that are useful in detecting signs of train derailment.
上記第(3)式は、CWTをフーリエ変換の積のフーリエ逆変換として基本的に定義している。これは、CWTをフーリエ逆変換を用いて計算できることを意味する。
離散フーリエ変換の計算には効率的アルゴリズムがある。そこで、CWTにおける効率的アルゴリズムの採用を可能にするために、CWTの考え方をフーリエ領域に適用し、CWTの計算式を構築する。
The above equation (3) basically defines CWT as the inverse Fourier transform of the product of the Fourier transforms. This means that the CWT can be calculated using the inverse Fourier transform.
There is an efficient algorithm for the calculation of the discrete Fourier transform. Therefore, in order to enable the adoption of an efficient algorithm in CWT, the concept of CWT is applied to the Fourier region, and the calculation formula of CWT is constructed.
上記第(4)式は次式の形式で書き換えることができる。
CWTの離散バージョンを実行する場合には、入力系列をN長ベクトル(x[n])として表す。CWTの畳み込みの離散バージョンは次式で表される。
上記第(6)式の形式でCWTを取得するためには、シフトされたパラメータ(b)の各値の畳み込みを計算し、それぞれのスケール(a)に対し、このプロセスを繰り返す必要がある。但し、2つの系列が環状に広がり、長さNまで期分けされる場合、環状畳み込みは、離散フーリエ変換の積として次の第(7)式で表せる。CWTは、積のフーリエ逆変換である。 In order to obtain the CWT in the form of the above equation (6), it is necessary to calculate the convolution of each value of the shifted parameter (b) and repeat this process for each scale (a). However, when the two series extend in a ring shape and are divided into periods up to the length N, the ring-shaped convolution can be expressed by the following equation (7) as the product of the discrete Fourier transform. CWT is the inverse Fourier transform of the product.
上記のように、CWTをフーリエ逆変換として表わすことにより、高速フーリエアルゴリズムを採用してCWTの計算を実施することが可能になる。これにより、計算効率を大幅に高め、畳み込みの計算コストを削減できる。 By expressing the CWT as an inverse Fourier transform as described above, it becomes possible to carry out the calculation of the CWT by adopting the fast Fourier algorithm. As a result, the calculation efficiency can be significantly improved and the calculation cost of convolution can be reduced.
以上に説明したような手法を用いて、図5に示したウェーブレット変換処理部11および12が、それぞれウェーブレット変換の計算処理を実施する。ウェーブレット変換処理部11はピッチ角速度θ(t)を処理してピッチ角速度のウェーブレット係数14を算出する。また、ウェーブレット変換処理部12はロール角速度φ(t)を処理してロール角速度のウェーブレット係数15を算出する。算出されるピッチ角速度のウェーブレット係数14、およびロール角速度のウェーブレット係数15は、いずれも変化する時系列の信号である。
Using the method as described above, the wavelet
<実験データの説明>
図4に示した脱線予兆検知システム50の周波数領域脱線予兆検知ユニット10、および時間領域脱線予兆検知ユニット30の各々が列車脱線予兆を正しく検知できるように各種閾値等のパラメータを事前に適切に決定する必要がある。そのために、実験を行いその結果のデータを利用して、脱線予兆検知システム50の調整を実施した。
<Explanation of experimental data>
Parameters such as various threshold values are appropriately determined in advance so that each of the frequency domain derailment
東京大学千葉実験所の試験軌道において、実物大台車を使い、様々な走行速度についてフランジ乗り上がり脱線試験を実施した。この試験においては、安全に脱線試験ができるように様々な工夫が施された。また、図1に示した列車20と同じように、台車上に角速度センサ35、速度センサ34、およびその他のセンサを取り付けて試験を実施した。すなわち、台車におけるピッチ角速度θ(t)、ロール角速度φ(t)、および走行速度V(t)を含む時系列データを計測し、データロガーを用いてこれを記録した。
On the test track of the Chiba Laboratory of the University of Tokyo, a flange climbing derailment test was conducted at various running speeds using a full-scale trolley. In this test, various measures were taken so that the derailment test could be performed safely. Further, similarly to the
この実験の結果として、次の表1に示した「試験1」、「試験2」、「試験3」、「試験4」、「試験5」、「試験6」、「試験7」、および「試験8」の8組のデータをそれぞれ抽出し各データの分析を実施した。
As a result of this experiment, "
試験軌道を用いた実験で得られた8種類の試験データのそれぞれにおけるロール角速度(Roll)およびピッチ角速度(Pitch)のウェーブレット係数の時間推移を図9(a)、図9(b)、図9(c)、図9(d)、図9(e)、図9(f)、図9(g)、および図9(h)にそれぞれ示す。図9(a)〜図9(h)において、各グラフの横軸は時間(秒)を表し、縦軸はウェーブレット係数の値を表す。 The time transitions of the wavelet coefficients of the roll angular velocity (Roll) and the pitch angular velocity (Pitch) in each of the eight types of test data obtained in the experiment using the test trajectory are shown in FIGS. 9 (a), 9 (b), and 9. (C), FIG. 9 (d), FIG. 9 (e), FIG. 9 (f), FIG. 9 (g), and FIG. 9 (h), respectively. In FIGS. 9 (a) to 9 (h), the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents the value of the wavelet coefficient.
図9(a)〜図9(h)において、四角で囲んだ箇所は、脱線またはその予兆が発生している箇所を表す。すなわち、台車の車輪フランジがレールに乗り上がる際には、ロール角速度(Roll)のウェーブレット係数、およびピッチ角速度(Pitch)のウェーブレット係数の両方について、数値が同時期に大きくなっている。つまり、脱線またはその予兆が発生している状況では、ロール角速度(Roll)のウェーブレット係数、およびピッチ角速度(Pitch)のウェーブレット係数が共に所定値以上に増大している。 In FIGS. 9 (a) to 9 (h), the portion surrounded by a square represents a portion where a derailment or a sign thereof has occurred. That is, when the wheel flange of the bogie rides on the rail, both the wavelet coefficient of the roll angular velocity (Roll) and the wavelet coefficient of the pitch angular velocity (Pitch) increase at the same time. That is, in a situation where derailment or a sign thereof occurs, both the wavelet coefficient of the roll angular velocity (Roll) and the wavelet coefficient of the pitch angular velocity (Pitch) are increased to a predetermined value or more.
また、表1に示したように、「試験1」〜「試験8」は、車輪フランジ乗り上がり開始直前の走行速度がそれぞれ異なっているが、図9(a)〜図9(h)の各々における脱線予兆発生箇所のウェーブレット係数の大きさには大きな違いは生じていない。
Further, as shown in Table 1, in "
そこで、本実施形態では、周波数領域脱線予兆検知ユニット10の脱線予兆判定部13に与えるウェーブレット係数の閾値16として、走行速度に依存しない一定の定数を与えることとする。具体的には、図9(a)〜図9(h)のデータと同様の環境においては、「0.08」程度の値をウェーブレット係数の閾値16として割り当てることが想定される。したがって、図5に示した脱線予兆判定部13は、ピッチ角速度のウェーブレット係数14が「0.08」を上回り、同時にロール角速度のウェーブレット係数15が「0.08」を上回ったことを検知したときに、「脱線予兆あり」と判定する。
Therefore, in the present embodiment, a constant constant independent of the traveling speed is given as the threshold value 16 of the wavelet coefficient given to the derailment
試験軌道を用いた実験で得られた1組の試験データに関するウェーブレット係数の時間軸方向および周波数軸方向の分布状態を表す3次元グラフを図10(a)および図10(b)に示す。図10(a)はロール角速度、図10(b)はピッチ角速度をそれぞれ示す。 3D graphs showing the distribution of wavelet coefficients in the time axis direction and the frequency axis direction for a set of test data obtained in an experiment using a test trajectory are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). FIG. 10A shows the roll angular velocity, and FIG. 10B shows the pitch angular velocity.
また、試験軌道を用いた実験で得られた1組の試験データに基づくウェーブレット係数の時間推移を図11(a)および図11(b)に示す。図11(a)はロール角速度、図11(b)はピッチ角速度をそれぞれ示す。 In addition, the time transition of the wavelet coefficient based on a set of test data obtained in the experiment using the test trajectory is shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). FIG. 11A shows the roll angular velocity, and FIG. 11B shows the pitch angular velocity.
周波数領域脱線予兆検知ユニット10が採用している脱線予兆検知アルゴリズムにおいては、低周波領域(例えば0.5〜100[Hz])におけるピッチ角速度およびロール角速度のパワースペクトル密度の時間推移を監視することができる。つまり、図10(a)、図10(b)のグラフのような変化を監視することにより脱線予兆を検知する。
In the derailment sign detection algorithm adopted by the frequency domain derailment
得られた実験データを分析することにより、ピッチ角速度およびロール角速度の周波数成分は、台車の正常な走行状態(レール継ぎ目等で発生する外乱を含む)と、車輪フランジ乗り上がり脱線状態とを区別する上で非常に有効であることが判明した。また、ピッチ角速度およびロール角速度のウェーブレット解析を採用することにより、周波数成分の時間推移もリアルタイムで監視できるため、脱線予兆が発生してから0.2秒以内にそれを検知することができる。 By analyzing the obtained experimental data, the frequency components of the pitch angular velocity and the roll angular velocity distinguish between the normal running state of the bogie (including the disturbance generated at the rail seam, etc.) and the wheel flange riding derailment state. It turned out to be very effective above. Further, by adopting the wavelet analysis of the pitch angular velocity and the roll angular velocity, the time transition of the frequency component can be monitored in real time, so that it can be detected within 0.2 seconds after the occurrence of the derailment sign.
また、図4に示した脱線予兆検知システム50のように、周波数領域脱線予兆検知ユニット10、および時間領域脱線予兆検知ユニット30を採用して2種類の脱線予兆検知アルゴリズムを併用することにより、脱線予兆検知精度を更に改善したり、効果的な脱線予防制御が可能になる。例えば、時間領域脱線予兆検知ユニット30の脱線予兆検知アルゴリズム単独の場合には、レール継ぎ目で発生する外乱による著大値の影響により脱線予兆の誤検出が発生する場合がある。しかし、ウェーブレット解析を採用したアルゴリズムを組み合わせることにより、誤検出の発生を抑制可能になる。
Further, as in the derailment
なお、脱線予兆検知システム50の各部の機能については、列車に搭載する専用の制御装置として実現することもできるし、パーソナルコンピュータのような汎用の装置にアプリケーションプログラムとして組み込んで実現することもできる。
The functions of each part of the derailment
ここで、上述した本発明に係る脱線予兆検知システム、制御装置、脱線予兆検知方法、および脱線予兆検知プログラムの実施形態の特徴をそれぞれ以下[1]〜[6]に簡潔に纏めて列記する。
[1] 列車に設けられ、走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度を検出する検知部(角速度センサ35)と、
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出すると共に、前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し、算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が夫々既定した閾値を上回った場合、前記列車の脱線予兆と判定する制御装置(周波数領域脱線予兆検知ユニット10)と、
前記制御装置が脱線予兆と判定した場合、脱線予兆を外部に通知する出力部(最終判定部40)と、
を備える脱線予兆検知システム(50)。
Here, the features of the derailment sign detection system, the control device, the derailment sign detection method, and the embodiment of the derailment sign detection program according to the present invention described above are briefly summarized below [1] to [6], respectively.
[1] A detection unit (angular velocity sensor 35) provided on the train to detect the pitch angular velocity and the roll angular velocity of the running train.
The wavelet coefficient of the pitch angular velocity is calculated as the first wavelet coefficient, the wavelet coefficient of the roll angular velocity is calculated as the second wavelet coefficient, and the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated. When each exceeds the predetermined threshold, the control device (frequency region derailment sign detection unit 10) that determines the derailment sign of the train, and
When the control device determines that it is a derailment sign, an output unit (final determination unit 40) that notifies the derailment sign to the outside,
Derailment sign detection system (50).
[2] 前記制御装置(ウェーブレット変換処理部11、12)は、低周波領域の範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
上記[1]に記載の脱線予兆検知システム。
[2] The control device (wavelet
The derailment sign detection system according to the above [1].
[3] 前記制御装置(制御ユニット51)は、少なくとも前記ロール角速度について、検出値の履歴に基づき移動平均を算出し、前記移動平均から前記ロール角速度の変化を予測し、前記ロール角速度の予測値と、算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数とに基づいて、前記列車の脱線予兆を判定する、
上記[1]又は[2]に記載の脱線予兆検知システム。
[3] The control device (control unit 51) calculates a moving average of at least the roll angular velocity based on the history of detected values, predicts a change in the roll angular velocity from the moving average, and predicts the roll angular velocity. Based on the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient, the derailment sign of the train is determined.
The derailment sign detection system according to the above [1] or [2].
[4] 列車に設けられ、所定の検知部で検知された走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度に基づき、前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出すると共に、前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し、算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が夫々既定した閾値を上回った場合、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆と判定された場合、脱線予兆検知を外部に通知する、制御装置(周波数領域脱線予兆検知ユニット10)。 [4] Based on the pitch angle speed and roll angle speed of the running train provided in the train and detected by a predetermined detection unit, the wavelet coefficient of the pitch angle speed is calculated as the first wavelet coefficient, and the roll angle speed is calculated. The wavelet coefficient is calculated as the second wavelet coefficient, and when the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient each exceed the predetermined threshold values, it is determined as a derailment sign of the train and a derailment sign. When it is determined, the control device (frequency region derailment sign detection unit 10) notifies the outside of the derailment sign detection.
[5] 走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度の検出値を入力し、
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出し(ウェーブレット変換処理部11の機能に相当)、
前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し(ウェーブレット変換処理部12の機能の機能に相当)、
算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数の夫々を既定した閾値と比較し(脱線予兆判定部13の機能に相当)、
前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が前記閾値を上回った場合に、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆検知を外部に通知する(最終判定部40の機能に相当)、
脱線予兆検知方法。
[5] Enter the detected values of the pitch angular velocity and roll angular velocity of the running train.
The wavelet coefficient of the pitch angular velocity is calculated as the first wavelet coefficient (corresponding to the function of the wavelet transform processing unit 11).
The wavelet coefficient of the roll angular velocity is calculated as the second wavelet coefficient (corresponding to the function of the wavelet transform processing unit 12).
The calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are each compared with a predetermined threshold value (corresponding to the function of the derailment sign determination unit 13).
When the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient exceed the threshold value, it is determined that the train is a derailment sign, and the derailment sign detection is notified to the outside (corresponding to the function of the final determination unit 40). ,
Derailment sign detection method.
[6] 走行中の列車のピッチ角速度及びロール角速度の検出値を入力するステップと、
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出するステップ(ウェーブレット変換処理部11の機能に相当)と、
前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出するステップ(ウェーブレット変換処理部12の機能の機能に相当)と、
算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数の夫々を既定した閾値と比較するステップ(脱線予兆判定部13の機能に相当)と、
前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が前記閾値を上回った場合に、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆検知を外部に通知するステップ(最終判定部40の機能に相当)と、
を含む処理をコンピュータに実行させる脱線予兆検知プログラム。
[6] A step of inputting the detected values of the pitch angular velocity and the roll angular velocity of the running train, and
A step of calculating the wavelet coefficient of the pitch angular velocity as the first wavelet coefficient (corresponding to the function of the wavelet transform processing unit 11) and
The step of calculating the wavelet coefficient of the roll angular velocity as the second wavelet coefficient (corresponding to the function of the wavelet transform processing unit 12) and
A step of comparing each of the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient with a predetermined threshold value (corresponding to the function of the derailment sign determination unit 13).
When the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient exceed the threshold value, it is determined that the train is a derailment sign, and the step of notifying the outside of the derailment sign detection (corresponding to the function of the final determination unit 40). )When,
A derailment sign detection program that causes a computer to perform processing including.
10 周波数領域脱線予兆検知ユニット
11,12 ウェーブレット変換処理部
13 脱線予兆判定部
14 ピッチ角速度のウェーブレット係数
15 ロール角速度のウェーブレット係数
16 ウェーブレット係数の閾値
17,18 脱線予兆判定出力
20 列車
21 車体
22 台車
23 車軸
24 車輪
25 ボギーフレーム
30 時間領域脱線予兆検知ユニット
31,32 列車制御信号
34 速度センサ
35 角速度センサ
38 列車のブレーキ装置
39 列車の散水装置
40 最終判定部
50 脱線予兆検知システム
51 制御ユニット
10 Frequency domain derailment
Claims (5)
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出すると共に、前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し、算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が夫々既定した閾値を上回った場合、前記列車の脱線予兆と判定する制御装置と、
前記制御装置が脱線予兆と判定した場合、脱線予兆を外部に通知する出力部と、
を備え、
前記制御装置は、低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
脱線予兆検知システム。 A detector installed on the train that detects the pitch angular velocity and roll angular velocity of the running train,
The wavelet coefficient of the pitch angular velocity is calculated as the first wavelet coefficient, the wavelet coefficient of the roll angular velocity is calculated as the second wavelet coefficient, and the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated. When the coefficients exceed the predetermined coefficients, the control device that determines the derailment sign of the train and
When the control device determines that it is a derailment sign, an output unit that notifies the derailment sign to the outside and
Equipped with a,
The control device calculates the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient only in the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Derailment sign detection system.
請求項1に記載の脱線予兆検知システム。 The control device calculates a moving average of at least the roll angular velocity based on the history of detected values, predicts a change in the roll angular velocity from the moving average, and uses the predicted value of the roll angular velocity and the calculated first one. The derailment sign of the train is determined based on the wavelet coefficient of the above and the second wavelet coefficient of the above.
The derailment sign detection system according to claim 1.
低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
制御装置。 Based on the pitch angle speed and roll angle speed of the running train provided in the train and detected by a predetermined detection unit, the wavelet coefficient of the pitch angle speed is calculated as the first wavelet coefficient, and the wavelet coefficient of the roll angle speed is calculated. When the first wavelet coefficient calculated as the second wavelet coefficient and the calculated second wavelet coefficient exceed the predetermined threshold values, it is determined as a derailment sign of the train and determined as a derailment sign. In that case, the derailment sign detection is notified to the outside,
The first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated only within the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Control device.
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出し、
前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出し、
算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数の夫々を既定した閾値と比較し、
前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が前記閾値を上回った場合に、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆検知を外部に通知し、
低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
脱線予兆検知方法。 Enter the detected values of the pitch angular velocity and roll angular velocity of the running train,
The wavelet coefficient of the pitch angular velocity is calculated as the first wavelet coefficient, and the wavelet coefficient is calculated.
The wavelet coefficient of the roll angular velocity is calculated as the second wavelet coefficient, and the wavelet coefficient is calculated.
Comparing each of the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient with a predetermined threshold value,
When the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient exceed the threshold value, it is determined that the train is a derailment sign, and the derailment sign detection is notified to the outside.
The first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated only within the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Derailment sign detection method.
前記ピッチ角速度のウェーブレット係数を第1のウェーブレット係数として算出するステップと、
前記ロール角速度のウェーブレット係数を第2のウェーブレット係数として算出するステップと、
算出された前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数の夫々を既定した閾値と比較するステップと、
前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数が前記閾値を上回った場合に、前記列車の脱線予兆と判定し、脱線予兆検知を外部に通知するステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させ、
低周波領域である0.5〜100Hzの範囲内のみに限定して、前記第1のウェーブレット係数、及び前記第2のウェーブレット係数を算出する、
脱線予兆検知プログラム。 Steps to input the detected values of pitch angular velocity and roll angular velocity of the running train,
The step of calculating the wavelet coefficient of the pitch angular velocity as the first wavelet coefficient, and
The step of calculating the wavelet coefficient of the roll angular velocity as the second wavelet coefficient, and
A step of comparing each of the calculated first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient with a predetermined threshold value.
When the first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient exceed the threshold value, it is determined that the train is a derailment sign, and the derailment sign detection is notified to the outside.
Let the computer perform the process including
The first wavelet coefficient and the second wavelet coefficient are calculated only within the range of 0.5 to 100 Hz, which is a low frequency region.
Derailment sign detection program.
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