JP6920158B2 - 交通路設備の検測装置及び検測方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー光を用いて交通路設備の形状、位置等を検測する交通路設備の検測装置及び検測方法に係り、特に、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の検測を行うのに好適な交通路設備の検測装置及び検測方法に関する。なお、本発明において、交通路設備とは、交通機関の交通路を構成する設備をいう。

例えば、鉄道の線路には、車両が走行するレール（軌道）、給電用の架線又はサードレール（第三軌条）等の交通路設備が設けられている。鉄道の安全な運行を行うためには、これらの交通路設備の保守・点検が必要である。

従来から、レールや架線の点検の際、レール又は架線の形状、位置等を検測する検測装置には、レーザー変位計等の２次元センサーが用いられている。例えば、軌道の形状を検測する方法として、特許文献１には、２次元センサーを用いて、軌道のプロファイルデータを取得する技術が開示されている。

特開２０１４−１９９２０８号公報

レールや架線の表面は、カバー等の構造物で覆われていないのに対し、給電用のサードレールの周囲には、サードレールを風雨等から保護し、また保守作業時や人が線路に転落した際の感電事故等を防止するため、カバーが設けられており、サードレールの表面の大部分は、カバーで遮蔽されている。そのため、レーザー光を用いてサードレールの形状、位置等を検測しようとすると、カバーで遮蔽された部分のプロファイルデータに欠落が生じ、またレーザー光がカバーで散乱された散乱光がノイズの原因となって、サードレールの形状、位置等を精度良く検測できないという問題があった。

本発明の課題は、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の位置を、高精度に検出することである。

本発明の交通路設備の検測装置は、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、レーザー光が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、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て、交通路設備の位置を検出する処理装置とを備え、処理装置が、プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、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、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、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。

また、本発明の交通路設備の検測方法は、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、レーザー光が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、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、プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、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、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、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、選出した座標から交通路設備の位置を検出することを特徴とする。

従来は、プロファイルデータから、３点を通る円の方程式を用いて、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から、交通路設備の位置を検出していた。しかしながら、交通路設備の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場合、構造物で遮蔽された部分のプロファイルデータの欠落が原因で、交通路設備の位置が精度良く検出されなかった。本発明では、円の最小二乗法を用いて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、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する。そして、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、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。プロファイルデータに欠落があっても、交通路設備の規格で規定された円弧の円の半径を用い、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が、精度良く求まる。そして、選出した座標から交通路設備の位置を検出するので、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の位置が、高精度に検出される。

さらに、本発明の交通路設備の検測装置及び検測方法は、円の最小二乗法を用いて、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、プロファイルデータから、レーザー光が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。交通路設備の周囲の構造物からの散乱光によるノイズ成分の影響が排除され、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の位置が、さらに高精度に検出される。

さらに、本発明の交通路設備の検測装置及び検測方法は、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、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。

さらに、本発明の交通路設備の検測装置及び検測方法は、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、センサーの分解能が低い軸方向の座標を、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。センサーの分解能が低い軸方向の半径の誤差が、センサーの分解能が高い軸方向の半径の誤差よりも多く算出され、それらに基づき、センサーの分解能の軸方向の相違に応じて、中心点の座標の選出が適切に行われる。

あるいは、本発明の交通路設備の検測装置は、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、レーザー光が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、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て、交通路設備の位置を検出する処理装置とを備え、処理装置が、プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、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、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。

また、本発明の交通路設備の検測方法は、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、レーザー光が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、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、プロファイルデータから、円の最小二乗法を用いて、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、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交通路設備の位置を検出することを特徴とする。

本発明によれば、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の位置を、高精度に検出することができる。

さらに、円の最小二乗法を用いて、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、プロファイルデータから、レーザー光が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により、交通路設備の周囲の構造物からの散乱光によるノイズ成分の影響を排除して、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の位置を、さらに高精度に検出することができる。

さらに、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、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により、２点を通り、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する際、算出される中心点の座標の精度をさらに向上させることができる。

さらに、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、センサーの分解能が低い軸方向の座標を、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により、センサーの分解能の軸方向の相違に応じて、中心点の座標の選出を適切に行うことができる。

あるいは、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て、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処理を省略することにより、精度を向上させることができる。

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。 センサーユニットの動作を説明する図である。 サードレールの一例を示す図である。 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。 ノイズ成分の除去を説明する図である。 円の最小二乗法による処理を説明する図である。 円の最小二乗法による処理を説明する図である。 円の最小二乗法による処理を説明する図である。 中心点位置の補正を説明する図である。 中心点位置の補正を説明する図である。 中心点位置の補正を説明する図である。 フィッティング処理を説明する図である。 本発明の一実施の形態によるサードレールの位置検出を説明する図である。 本発明の一実施の形態によるサードレールの位置検出を説明する図である。 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。 本発明の他の実施の形態によるサードレールの位置検出を説明する図である。

［検測装置の構成］
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。

センサーユニット１０は、レーザー光源１１、シリンドリカルレンズ１２、集光レンズ１３、及びセンサー１４を含んで構成されている。レーザー光源１１は、例えばレーザーダイオード等からなり、レーザービームを発生する。レーザー光源１１から発生したレーザービームは、シリンドリカルレンズ１２により拡散されて、センサーユニット１０から照射される。

図２は、センサーユニットの動作を説明する図である。地下鉄の線路等では、枕木１上に敷設されたレール２の一方の脇に、給電用のサードレール３が、所定の高さに敷設されている。検測車両５及び営業車両の床下の台車の側面には、図示しない集電用のコレクターシュー（集電靴）が取り付けられており、コレクターシューが通電されたサードレール３に接触することによって、検測車両５及び営業車両への電気の供給が行われる。サードレール３の近傍には、カバー４が、サードレール３に近接して設置されている。センサーユニット１０は、検測車両５の床下の台車に設置されている。センサーユニット１０から照射されたレーザー光は、サードレール３へ照射される。そして、照射されたレーザー光がサードレール３により散乱されて、散乱光が発生する。

図１において、サードレールにより散乱されたレーザー光は、集光レンズ１３で集光されて、センサー１４の受光面で受光される。センサー１４は、例えばＣＣＤラインセンサー等からなり、受光した散乱光の強度に応じた画像信号を出力する。

図３は、サードレールの一例を示す図である。サードレール３の本体は、例えば、アルミニウム等の電気伝導性の良い金属からなる。サードレール３の上部又は下部の、コレクターシューが接触する接触面には、ステンレス鋼からなる保護板３ａ，３ｂが取り付けられており、接触面の摩耗が防止されている。本実施の形態では、サードレール３の保護板３ｂの表面の曲線部分を形成する円弧の円の半径の値が、「Ｒ」ミリメートルであると、サードレール３の規格で規定されているものとする。

図１において、制御装置２０は、制御回路２１及びメモリ２２を含んで構成されている。距離パルス発生器２３は、検測車両が所定の距離を走行する度に、検測車両の走行方向の位置情報を示す距離パルスを発生する。制御回路２１は、センサー１４から出力された画像信号を、距離パルス発生器２３から発生された距離パルスと共に収集して、メモリ２２に記憶する。

処理装置３０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等からなり、ＣＰＵ３１、メモリ３２、及び演算回路３３を含んで構成されている。メモリ３２には、制御装置２０のメモリ２２に記憶された距離パルス及び画像信号が転送される。ＣＰＵ３１は、メモリ３２に記憶された距離パルスから、メモリ３２に記憶された画像信号が、検測車両の走行方向のどの位置のものであるかを判別し、各画像信号をその位置のプロファイルデータとしてメモリ３２に記憶する。演算回路３３は、ＣＰＵ３１の制御により、メモリ３２に記憶されたプロファイルデータに対し、以下に説明する処理を行って、サードレール３の位置を検出する。

なお、本実施の形態では、プロファイルデータのＸ座標は、図２の図面横方向の位置を示し、プロファイルデータのＹ座標は、図２の図面縦方向（被検測物であるサードレール３のＺ軸方向）の位置を示している。図２に示す様に、サードレール３は、ほとんどの部分がカバー４で覆われており、本実施の形態では、サードレール３の下部の接触面のカバー４で覆われていない部分についてのみ、プロファイルデータが取得される。

［演算回路の動作］
（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。

（ノイズ成分の除去）
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。

演算回路３３は、各プロファイルデータが、半径「ｒ’−ｄ」の円の円弧と、半径「ｒ’＋ｄ」の円の円弧との間に位置するか否かを確認する。そして、演算回路３３は、それらの２つの円弧の外側に位置する、誤差の許容範囲±ｄから外れたプロファイルデータＰ１，Ｐ２を、カバー４で散乱された散乱光によるノイズ成分として除去する。サードレール３の周囲のカバー４からの散乱光によるノイズ成分の影響が排除されるので、以後の処理によるサードレール３の位置の検出が、さらに高精度に行われる。

（円の最小二乗法による処理）
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。

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の各値を（１１）の式に適用して、Ａ，Ｂ，Ｃの値を算出し、算出したＡ，Ｂ，Ｃの値と図６の（４），（５），（６）の式とから、円の中心点の座標（ａ，ｂ）、及び円の半径ｒを演算する。

（中心点位置の補正）
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。

このとき、図９に示す（１２）〜（１５）の各式において、θ１＝０°、θ２＝−４５°とすると、ｃｏｓθ１＝１、ｓｉｎθ１＝０、ｃｏｓθ２＝１／√２、ｓｉｎθ２＝−１／√２となって、計算が容易となる。即ち、円周上の２点として、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−４５°回転させた位置の点とを用いると、図１０の（１６）〜（１９）の式から、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（ａ’，ｂ’）を算出する際、計算が容易になって、処理速度が向上する。

なお、図１０の（１６）〜（１９）の式は、次の様にして求められる。まず、図１０において、円周上の座標（ｘ１，ｙ１）の点と座標（ｘ２，ｙ２）の点との距離をＬとすると、（１６）の式が成り立つ。

次に、図１１において、半径Ｒの円の中心点Ｏ、円周上の２点Ｅ，Ｆに対し、直線ＥＦの中間点Ｇの座標を（ｍ，ｎ）とする。三角形ＯＧＥは直角三角形であり、各辺の長さをｓ、Ｌ／２、Ｒとすると、（２０）の式が成り立つ。また、直線ＯＧの式を、点Ｅの座標（ｘ１，ｙ１）及び点Ｆの座標（ｘ２，ｙ２）から求めると、（２１）の式となり、これに中心点Ｏの座標（ａ’，ｂ’）を代入すると、（２２）の式となる。一方、直線ＯＧを斜辺とする、破線で示す直角三角形ＯＨＧの各辺の長さは、「ｎ−ｂ’」、「ｍ−ａ’」、ｓであり、これらと（２０）の式とから、（２３）の式が成り立つ。（２３）の式に（２２）の式を代入して、ａ’を求めると、（２４）の式が得られる。これに、ｍ＝（ｘ１＋ｘ２）／２を代入すると、（２５）の式となり、図１０の（１７）の式の通りにｋを置くと、（１８）の式が得られる。また、（２２）の式に、（１８）の式と、ｍ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、及びｎ＝（ｙ１＋ｙ２）／２を代入すると、（１９）の式が得られる。

（フィッティング処理）
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。

また、図４のステップ１０３で算出した中心点のＹ座標ｂ’について、Ｚ軸方向の変位ｄｙを、例えば、＋３から−３からまで−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ｄｒｙを算出し、誤差ｄｒｙの二乗の総和を算出する。そして、誤差ｄｒｙの二乗の総和が最小となる変位の時の座標「ｂ’＋ｄｙ」を、Ｙ座標として選出する。

本実施の形態で使用するセンサー１４は、Ｚ軸（Ｙ座標）方向の分解能が、Ｘ軸方向よりも低い。そこで、本実施の形態では、上述したフィッティング処理を行う際、センサーの分解能が低いＺ軸方向の座標を、センサーの分解能が高いＸ軸方向の座標よりも広範囲に変位させる。これにより、図１２に示す誤差ｄｒｙが、誤差ｄｒｘよりも多く算出され、それらに基づき、センサー１４の分解能の軸方向の相違に応じて、中心点の座標の選出が適切に行われる。

（サードレールの位置検出）
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。

図４のステップ１０３，１０４において、ステップ１０２で演算した円の中心点の座標を補正する処理を行うので、プロファイルデータに欠落があっても、サードレール３の規格で規定された円弧の円の半径を用い、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が、精度良く求まる。そして、ステップ１０５において、補正後の中心点の座標からサードレール３の位置を検出するので、ステップ１０２で演算した円の中心点の座標及び半径からサードレール３の位置を検出する場合に比べて、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の位置が、高精度に検出される。

（第１の実施の形態の効果）
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。

さらに、図４のステップ１０１において、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により、サードレール３の周囲のカバー４からの散乱光によるノイズ成分の影響を排除し、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、さらに高精度に検出することができる。

さらに、図４のステップ１０３で中心点の位置を補正する際、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点として、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任意の角度だけ回転させた位置の点とを用いることにより、さらに精度を向上させることができる。なお、本実施の形態では、Ｙ座標が中心点と同じ点と、当該点を中心点に対して−４５°回転させた位置の点とを用いる場合について説明したが、回転角度は−４５°に限らず、−３０°から−９０°の間の任意の角度であればよい。

さらに、図４のステップ１０４でフィッティング処理を行う際、センサーの分解能が低いＺ軸方向の座標を、センサーの分解能が高いＸ軸方向の座標よりも広範囲に変位させることにより、センサーの分解能の軸方向の相違に応じて、中心点の座標の選出を適切に行うことができる。

（第２の実施の形態）
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。

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２０１）。次に、演算回路３３は、ステップ２０１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２０２）。続いて、演算回路３３は、ステップ２０２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２０３）。そして、演算回路３３は、ステップ２０３で算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２０４）。ステップ２０１〜２０３の処理は、図４のステップ１０１〜１０３の処理と同様である。

（サードレールの位置検出）
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。

（第２の実施の形態の効果）
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。

本発明は、鉄道の線路のサードレールに限らず、カバー等の構造物が近接して設置されている各種の交通路設備の検測に適用することができる。また、本発明は、鉄道や道路のトンネルの形状を検測する際に、標識や照明設備等の構造物により、円弧で形成されたトンネル表面の一部が遮蔽されている箇所の検測にも適用することができる。また、以上説明した実施の形態では、センサーユニットを検測車両の床下に設置した例について説明したが、検測対象によっては、センサーユニットを床下以外の場所、例えば屋根等に設置してもよい。

１ 枕木
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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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