JP6920158B2 - 交通路設備の検測装置及び検測方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施の形態による交通路設備の検測装置の概略構成を示す図である。本実施の形態は、鉄道の線路に敷設された給電用のサードレールの形状、位置等を検測する検測装置の例を示している。検測装置100は、センサーユニット10、制御装置20、距離パルス発生器23、及び処理装置30を含んで構成されている。センサーユニット10は、検測車両や営業車両の床下に設置されている。制御装置20、距離パルス発生器23、及び処理装置30は、検測車両や営業車両に搭載されている。なお、以下の説明では、検測車両を例として説明する。
(第1の実施の形態)
図4は、本発明の一実施の形態による演算回路の動作を示すフローチャートである。まず、演算回路33は、サードレール3のプロファイルデータから、レーザー光がカバー4で散乱された散乱光によるノイズ成分を除去する(ステップ101)。次に、演算回路33は、ステップ101でノイズ成分を除去したプロファイルデータに対し、円の最小二乗法による処理を行って、サードレール3の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算する(ステップ102)。続いて、演算回路33は、ステップ102で演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点を通り、サードレール3の規格で規定された円弧の円の半径Rと同じ半径を有する円の中心点の座標を算出して、中心点の位置を補正する(ステップ103)。さらに、演算回路33は、ステップ103で算出した中心点の座標を座標軸の各軸方向に段階的に変位させて、ステップ101でノイズ成分を除去したプロファイルデータから算出した半径と、規格で規定された円弧の円の半径との誤差の二乗の総和が最小となる座標をそれぞれ選出するフィッティング処理を行う(ステップ104)。そして、演算回路33は、ステップ104で選出した中心点の座標から、サードレール3の位置を検出する(ステップ105)。以下、各ステップの処理について、詳述する。
図5は、図4のステップ101における、ノイズ成分の除去を説明する図である。まず、演算回路33は、サードレール3のプロファイルデータから、次に説明する円の最小二乗法による処理と同様に処理をして、サードレール3の断面の曲線部分を構成する円弧の円の仮想中心点の座標と仮想半径r’とを演算する。次に、演算回路33は、演算した仮想半径r’に対し、プロファイルデータの誤差の許容範囲±dを決めて、仮想中心点に中心を有する、半径「r’−d」の円と、半径「r’+d」の円とを定める。図5において、一点鎖線は、仮想半径r’の円の円弧を示し、破線は、半径「r’−d」の円の円弧、及び半径「r’+d」の円の円弧を示している。また、仮想中心点以外の黒丸は、プロファイルデータを示している。
図6〜図8は、図4のステップ102における、円の最小二乗法による処理を説明する図である。図6において、円の中心点の座標(a,b)、円の半径rとすると、円周上の任意の点の座標(x,y)について、(1)の式が成り立つ。(1)の式を=0になるように変形して、各辺の二乗の総和を求めると、(2)の式となる。(2)の式の左辺を展開して、(4),(5),(6)の各式で示す通りにA,B,Cを置くと、(3)の式が得られる。(3)の式に関して、A,B,Cについてそれぞれ偏微分すると、図7の(7),(8),(9)の式が得られる。そして、(7),(8),(9)の式を行列を用いて解くと、図8の(10),(11)の式が得られる。
図9〜図11は、図4のステップ103における、中心点位置の補正を説明する図である。まず、演算回路33は、図4のステップ102で演算した円の中心点の座標(a,b)、及び円の半径rを用い、図9の(12)〜(15)の各式から、中心点の座標(a,b)及び半径rを有する円の円周上の任意の2点の座標(x1,y1)、(x2,y2)を算出する。そして、算出した2点の座標(x1,y1)、(x2,y2)を用い、図10の(16)〜(19)の式から、これら2点を円周上に含む、サードレール3の規格で規定された円弧の円の半径Rを有する円の中心点の座標(a’,b’)を算出して、中心点の位置を補正する。
図12は、図4のステップ104における、フィッティング処理を説明する図である。図4のステップ103で算出した中心点のX座標a’について、X軸方向の変位dxを、例えば、−1から+1まで0.05刻みに段階的に変化させて、ステップ101でノイズ成分を除去したプロファイルデータから算出した半径と、規格で規定された円弧の円の半径Rとの誤差drxを算出し、誤差drxの二乗の総和を算出する。そして、誤差drxの二乗の総和が最小となる変位の時の座標「a’+dx」を、X座標として選出する。
図13及び図14は、図4のステップ105における、サードレールの位置検出を説明する図である。まず、演算回路33は、ステップ104で選出した中心点の座標(a’+dx,b’+dy)と、規格で規定された円弧の円の半径Rとを用い、サードレール3の断面の曲線部分の頂点の座標を算出する。図13において、座標(a’+dx,b’+dy)の中心点から、X軸方向に半径Rだけ離れた点が、サードレール3の断面の曲線部分の頂点である。そして、演算回路33は、算出したサードレール3の断面の曲線部分の頂点の座標と、レール2用の検測装置を用いて別途検出したレール2の頭部側面の位置とから、図14に示す、レール2とサードレール3との距離Dを算出して、レール2の位置を基準としたサードレール3の位置を検出する。
以上説明した実施の形態によれば、円弧で形成された表面の一部がカバー4で遮蔽されているサードレール3の位置を、高精度に検出することができる。
図15は、本発明の他の実施の形態による演算回路の動作を示すフローチャートである。本実施の形態による演算回路の動作は、図4に示した第1の実施の形態における、ステップ104のフィッティング処理を省略したものである。
図16は、図15のステップ204における、サードレールの位置検出を説明する図である。演算回路33は、ステップ203で算出した中心点の座標(a’,b’)と、規格で規定された円弧の円の半径Rとを用い、サードレール3の断面の曲線部分の頂点の座標を算出する。図16において、座標(a’,b’)の中心点から、X軸方向に半径Rだけ離れた点が、サードレール3の断面の曲線部分の頂点である。そして、演算回路33は、算出したサードレール3の断面の曲線部分の頂点の座標と、レール2用の検測装置を用いて別途検出したレール2の頭部側面の位置とから、レール2とサードレール3との距離を算出して、レール2の位置を基準としたサードレール3の位置を検出する。
以上説明した第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態における、図4のステップ104のフィッティング処理を省略することにより、処理速度を向上させることができる。
2 レール
3 サードレール
3a,3b 保護板
4 カバー
5 検測車両
10 センサーユニット
11 レーザー光源
12 シリンドリカルレンズ
13 集光レンズ
14 センサー
20 制御装置
21 制御回路
22 メモリ
23 距離パルス発生器
30 処理装置
31 CPU
32 メモリ
33 演算回路
100 検測装置
Claims (14)
- 円弧で形成された表面の一部が構造物で遮蔽されている交通路設備へ、レーザー光を照射するレーザー光源と、
前記レーザー光が前記交通路設備で散乱された散乱光を受光して、画像信号を出力するセンサーと、
前記センサーから出力された前記画像信号をプロファイルデータとして処理して、前記交通路設備の位置を検出する処理装置とを備え、
前記処理装置は、
前記プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算し、演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点を通り、前記交通路設備の規格で規定された円弧の円の半径と同じ半径を有する円の中心点の座標を算出し、算出した中心点の座標を座標軸の各軸方向に段階的に変位させて、前記プロファイルデータから算出した半径と、規格で規定された円弧の円の半径との誤差の二乗の総和が最小となる座標をそれぞれ選出し、選出した座標から前記交通路設備の位置を検出する演算回路を有する
ことを特徴とする交通路設備の検測装置。 - 前記演算回路は、円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算する前に、前記プロファイルデータから、前記レーザー光が前記構造物で散乱された散乱光によるノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去したプロファイルデータを用いて、以後の処理を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の交通路設備の検測装置。 - 前記演算回路は、演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点として、前記プロファイルデータの近傍で、Y座標が中心点と同じ点と、当該点を中心点に対して−30°から−90°の間の任意の角度だけ回転させた位置の点とを用いる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の交通路設備の検測装置。 - 前記演算回路は、算出した中心点の座標を座標軸の各軸方向に段階的に変位させる際、前記センサーの分解能が低い軸方向の座標を、前記センサーの分解能が高い軸方向の座標よりも広範囲に変位させる
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の交通路設備の検測装置。 - 円弧で形成された表面の一部が構造物で遮蔽されている交通路設備へ、レーザー光源からレーザー光を照射し、
前記レーザー光が前記交通路設備で散乱された散乱光をセンサーにより受光し、
前記センサーから出力された画像信号をプロファイルデータとして処理し、
前記プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算し、
演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点を通り、前記交通路設備の規格で規定された円弧の円の半径と同じ半径を有する円の中心点の座標を算出し、
算出した中心点の座標を座標軸の各軸方向に段階的に変位させて、前記プロファイルデータから算出した半径と、規格で規定された円弧の円の半径との誤差の二乗の総和が最小となる座標をそれぞれ選出し、
選出した座標から前記交通路設備の位置を検出する
ことを特徴とする交通路設備の検測方法。 - 円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算する前に、前記プロファイルデータから、前記レーザー光が前記構造物で散乱された散乱光によるノイズ成分を除去し、
ノイズ成分を除去したプロファイルデータを用いて、以後の処理を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の交通路設備の検測方法。 - 演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点として、前記プロファイルデータの近傍で、Y座標が中心点と同じ点と、当該点を中心点に対して−30°から−90°の間の任意の角度だけ回転させた位置の点とを用いる
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の交通路設備の検測方法。 - 算出した中心点の座標を座標軸の各軸方向に段階的に変位させる際、前記センサーの分解能が低い軸方向の座標を、前記センサーの分解能が高い軸方向の座標よりも広範囲に変位させる
ことを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか一項に記載の交通路設備の検測方法。 - 円弧で形成された表面の一部が構造物で遮蔽されている交通路設備へ、レーザー光を照射するレーザー光源と、
前記レーザー光が前記交通路設備で散乱された散乱光を受光して、画像信号を出力するセンサーと、
前記センサーから出力された前記画像信号をプロファイルデータとして処理して、前記交通路設備の位置を検出する処理装置とを備え、
前記処理装置は、
前記プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算し、演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点を通り、前記交通路設備の規格で規定された円弧の円の半径と同じ半径を有する円の中心点の座標を算出し、算出した中心点の座標から前記交通路設備の位置を検出する演算回路を有する
ことを特徴とする交通路設備の検測装置。 - 前記演算回路は、円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算する前に、前記プロファイルデータから、前記レーザー光が前記構造物で散乱された散乱光によるノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去したプロファイルデータを用いて、以後の処理を行う
ことを特徴とする請求項9に記載の交通路設備の検測装置。 - 前記演算回路は、演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点として、前記プロファイルデータの近傍で、Y座標が中心点と同じ点と、当該点を中心点に対して−30°から−90°の間の任意の角度だけ回転させた位置の点とを用いる
ことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の交通路設備の検測装置。 - 円弧で形成された表面の一部が構造物で遮蔽されている交通路設備へ、レーザー光源からレーザー光を照射し、
前記レーザー光が前記交通路設備で散乱された散乱光をセンサーにより受光し、
前記センサーから出力された画像信号をプロファイルデータとして処理し、
前記プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算し、
演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点を通り、前記交通路設備の規格で規定された円弧の円の半径と同じ半径を有する円の中心点の座標を算出し、
算出した中心点の座標から前記交通路設備の位置を検出する
ことを特徴とする交通路設備の検測方法。 - 円の最小二乗法を用いて、前記交通路設備の断面の曲線部分を構成する円弧の円の中心点の座標及び半径を演算する前に、前記プロファイルデータから、前記レーザー光が前記構造物で散乱された散乱光によるノイズ成分を除去し、
ノイズ成分を除去したプロファイルデータを用いて、以後の処理を行う
ことを特徴とする請求項12に記載の交通路設備の検測方法。 - 演算した中心点の座標及び半径を有する円の円周上の2点として、前記プロファイルデータの近傍で、Y座標が中心点と同じ点と、当該点を中心点に対して−30°から−90°の間の任意の角度だけ回転させた位置の点とを用いる
ことを特徴とする請求項12又は請求項13に記載の交通路設備の検測方法。
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