JP7056428B2 - Orbital condition evaluation method and evaluation device - Google Patents
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本発明は、鉄道車両が走行する軌道の状態を評価する方法及び装置に関する。特に、本発明は、鉄道車両の走行速度の変化に影響されることなく、簡易且つ安価に軌道の状態変化を検出可能であると共に、軌道の状態変化の種別を判定可能な評価方法及び評価装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating a state of a track on which a railway vehicle travels. In particular, the present invention is an evaluation method and an evaluation device capable of easily and inexpensively detecting a change in track state without being affected by a change in the traveling speed of a railway vehicle and determining the type of change in track state. Regarding.
鉄道車両(以下、適宜、単に「車両」という)が走行する軌道は、車両が繰り返し走行することで、設置位置がずれたり、摩耗によって踏面の形状が崩れるなど、状態の劣化が生じる。したがい、軌道の状態を把握し、適切な手入れを施すことが必要である。 The track on which a railroad vehicle (hereinafter, simply referred to as "vehicle") travels deteriorates in condition, such as the installation position being displaced or the shape of the tread being deformed due to wear due to repeated traveling of the vehicle. Therefore, it is necessary to grasp the condition of the orbit and take appropriate care.
軌道の状態を評価する方法として、非営業車両である専用の軌道検測車によって軌道の変位などを測定する方法が知られている。しかしながら、軌道検測車は高価であるため、一部の鉄道会社しか保有していない。また、保有していてもその数が限られていることから、測定頻度は年に数回程度と低い。このため、軌道の状態を常時把握するには至っていない。また、軌道を手入れした結果や、手入れの効果が保持される期間などを定量的に評価する手段も無い。したがい、軌道の手入れとして、評価した軌道の状態に基づくメンテナンス(CBM:Condition Based Maintenance)ではなく、定期的なメンテナンス(TBM:Time Based Maintenance)を実施しているのが現状である。 As a method for evaluating the state of the track, a method of measuring the displacement of the track by a dedicated track inspection vehicle, which is a non-commercial vehicle, is known. However, track inspection cars are expensive, so only some railway companies own them. Moreover, since the number of possessions is limited, the frequency of measurement is as low as several times a year. Therefore, it has not been possible to constantly grasp the state of the orbit. In addition, there is no means for quantitatively evaluating the result of orbital maintenance and the period during which the maintenance effect is maintained. Therefore, as the maintenance of the orbit, the current situation is that regular maintenance (TBM: Time Based Maintenance) is carried out instead of maintenance based on the evaluated orbital condition (CBM: Condition Based Maintenance).
上記のような問題を解決するため、通常の営業車両にセンシング機能を付加し、車両の営業走行中に軌道の状態を評価する方法が提案されている。例えば、輪重と横圧とを測定可能な台車(PQモニタリング台車)を営業車両に用いて、軌道の状態評価に応用する研究が進められている。しかしながら、PQモニタリング台車は既存の車両への適用が困難であり、車両を新規に製造する必要が生じるため、導入コストが高くなる。このため、より簡易且つ安価に軌道の状態を評価可能な方法が要望されている。 In order to solve the above problems, a method has been proposed in which a sensing function is added to a normal commercial vehicle and the state of the track is evaluated during the commercial running of the vehicle. For example, research is underway to apply a bogie (PQ monitoring bogie) capable of measuring wheel load and lateral pressure to a track condition evaluation by using it as a commercial vehicle. However, it is difficult to apply the PQ monitoring trolley to an existing vehicle, and it becomes necessary to newly manufacture the vehicle, so that the introduction cost is high. Therefore, there is a demand for a method that can evaluate the state of the orbit more easily and inexpensively.
より簡易且つ安価な評価方法として、例えば、特許文献1に記載の方法が提案されている。特許文献1に記載の方法は、車体の振動加速度を測定して乗り心地レベルを演算し、特定地点での乗り心地レベルが、予め求めた同地点での乗り心地レベルの平均値と標準偏差とから決まる所定の範囲から外れた場合に、同地点の軌道状態が劣化したと判断する方法である(特許文献1の請求項3、段落0023、0024等)。 As a simpler and cheaper evaluation method, for example, the method described in Patent Document 1 has been proposed. In the method described in Patent Document 1, the vibration acceleration of the vehicle body is measured to calculate the riding comfort level, and the riding comfort level at a specific point is the average value and standard deviation of the riding comfort level at the same point obtained in advance. This is a method of determining that the orbital state at the same point has deteriorated when the deviation from the predetermined range is determined from (Claim 3, paragraph 0023, 0024, etc. of Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、車両の走行速度を何ら考慮していない。たとえ軌道の同じ地点であっても、この地点を走行する営業車両の走行速度は変化するのが一般的である。そして、走行速度が変化すれば、たとえ軌道の状態に変化がなくても、車体の振動加速度、ひいては乗り心地レベルが変化するおそれがある。車両の走行速度を考慮していない特許文献1に記載の方法では、予め求めた同地点での乗り心地レベルの標準偏差に、車両の走行速度の変化に起因した乗り心地レベルのバラツキが含まれるおそれがある。このため、標準偏差が大きくなり、平均値と標準偏差とから決まる範囲も大きくなって、軌道状態の大きな変化が生じない限り、軌道状態の変化を検出できないおそれがある。
また、特定地点での乗り心地レベルが所定の範囲から外れた場合に、その原因が軌道状態の劣化に起因するものであるか、或いは車両の走行速度の変化に起因するものであるかを区別できないおそれもある。
さらに、車両の走行速度の変化の影響を排除するため、乗り心地レベルを評価する特定地点を走行する際の車両の走行速度を一定に保つことも考えられるが、営業車両に対してそのような制約を課すのは現実的ではない。
However, the method described in Patent Document 1 does not consider the traveling speed of the vehicle at all. Even at the same point on the track, the traveling speed of commercial vehicles traveling at this point generally changes. If the traveling speed changes, the vibration acceleration of the vehicle body and the ride quality level may change even if the track state does not change. In the method described in Patent Document 1 that does not consider the traveling speed of the vehicle, the standard deviation of the riding comfort level at the same point obtained in advance includes the variation in the riding comfort level due to the change in the traveling speed of the vehicle. There is a risk. Therefore, the standard deviation becomes large, the range determined by the mean value and the standard deviation also becomes large, and there is a possibility that the change in the orbital state cannot be detected unless a large change in the orbital state occurs.
In addition, when the ride quality level at a specific point deviates from a predetermined range, it is distinguished whether the cause is due to deterioration of the track condition or due to a change in the traveling speed of the vehicle. It may not be possible.
Furthermore, in order to eliminate the influence of changes in the traveling speed of the vehicle, it is conceivable to keep the traveling speed of the vehicle constant when traveling at a specific point for evaluating the ride quality level. It is not realistic to impose constraints.
上記の問題点を解決するため、本発明者らは特許文献2に記載の方法を提案している。特許文献2に記載の方法によれば、鉄道車両の走行速度の変化に影響されることなく、簡易且つ安価に軌道の状態を評価可能である。
In order to solve the above problems, the present inventors have proposed the method described in
しかしながら、特許文献2に記載の方法では、軌道の状態変化を検出できるものの、軌道の状態変化が生じている場合に、その種別を判定することまでは提案されていない。したがい、迅速な軌道の手入れを可能にする等のため、軌道の状態変化を検出可能であるのみならず、軌道の状態変化の種別を判定可能な方法が望まれている。
However, although the method described in
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、鉄道車両の走行速度の変化に影響されることなく、簡易且つ安価に軌道の状態変化を検出可能であると共に、軌道の状態変化の種別を判定可能な評価方法及び評価装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can easily and inexpensively detect a change in the state of a track without being affected by a change in the traveling speed of a railway vehicle, and also has a track. It is an object of the present invention to provide an evaluation method and an evaluation device capable of determining the type of state change of.
前記課題を解決するため、本発明者らは、特許文献2にも記載のように、各種試験の結果を踏まえて鋭意検討し、測定時期の変化のみに起因した乗り心地レベル等の軌道の状態に関連する評価指標(車体等の振動加速度を用いて表わされる評価指標、第1評価指標)の変化を抽出できれば、この抽出した測定時期の変化のみに起因した評価指標の変化は軌道の状態変化を表していると考えられることに着眼した。そして、乗り心地レベル等の軌道の状態に関連する評価指標を目的変数とし、鉄道車両の走行速度及び測定時期を説明変数として多変量解析を行えば、評価指標の変化に対する走行速度の変化の影響と、評価指標の変化に対する測定時期の変化の影響とを分離して、測定時期の変化のみに起因した評価指標の変化を抽出できることを知見した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied based on the results of various tests as described in
さらに、本発明者らは、軌道の状態変化の種別を判定する方法について鋭意検討した結果、以下の(1)~(3)の事項を知見した。
(1)軌道の状態変化の種別としては、軌道を構成するレールの表面性状の劣化や、軌道のバラストの緩み、軌道を構成するレールの継ぎ目のずれ等を例示できる。
(2)上記のような軌道の状態変化の種別に応じて、軌道の状態変化に起因して車体等に発生する振動加速度の周波数帯域に差異が生じる。そして、この周波数帯域は、軌道の状態変化の種別毎に固有の周波数帯域となる場合が多い。
(3)したがい、軌道の状態変化を検出した場合、振動加速度について複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出し、この抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を用いて表わされる評価指標(第2評価指標)を用いれば、軌道の状態変化の種別が判定可能となることが期待できる。
Furthermore, as a result of diligent studies on a method for determining the type of orbital state change, the present inventors have found the following items (1) to (3).
(1) Examples of the types of changes in the state of the track include deterioration of the surface texture of the rails constituting the track, loosening of the ballast of the track, and displacement of the seams of the rails constituting the track.
(2) The frequency band of the vibration acceleration generated in the vehicle body or the like due to the change in the state of the track is different depending on the type of the change in the state of the track as described above. In many cases, this frequency band is unique to each type of orbital state change.
(3) Therefore, when a change in the state of the orbit is detected, a plurality of vibration acceleration components in different frequency bands are extracted for the vibration acceleration, and an evaluation index expressed by using the extracted vibration acceleration components in different frequency bands ( It can be expected that the type of orbital state change can be determined by using the second evaluation index).
本発明は、本発明者らの上記知見に基づき完成したものである。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、鉄道車両が走行する軌道の状態を評価する方法であって、前記軌道の所定の地点で、複数の測定時期に前記鉄道車両の走行速度並びに前記鉄道車両が備える車体、台車及び軸箱のうちの何れかである車両構成要素の振動加速度を測定する第1手順と、前記第1手順で測定した前記車両構成要素の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標を目的変数とし、前記第1手順で測定した前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う第2手順と、前記第2手順の多変量解析によって得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化を検出する第3手順と、前記第3手順において前記軌道の前記所定の地点での状態変化を検出した場合、前記第1手順で測定した前記車両構成要素の振動加速度について、前記軌道の状態変化の種別毎に予め設定された複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出し、該抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に、該振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標を目的変数とし、前記第1手順で測定した前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う第4手順と、前記第4手順の多変量解析によって前記抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化の種別を判定する第5手順と、を含むことを特徴とする軌道の状態評価方法を提供する。
The present invention has been completed based on the above findings of the present inventors.
That is, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for evaluating the state of a track on which a railroad vehicle travels, and the traveling speed of the railroad vehicle and the above-mentioned traveling speed of the railroad vehicle at a plurality of measurement times at a predetermined point on the track. It is expressed using the first procedure for measuring the vibration acceleration of a vehicle component which is one of a vehicle body, a carriage, and an axle box provided in a railroad vehicle, and the vibration acceleration of the vehicle component measured in the first procedure. The second procedure for performing multivariate analysis with the first evaluation index as the objective variable, the traveling speed of the railroad vehicle measured in the first procedure as the quantitative explanatory variable, and at least the measurement time as the qualitative explanatory variable. Based on the category score of the measurement time obtained by the multivariate analysis of the second procedure, the third procedure of detecting the state change of the orbit at the predetermined point and the third procedure of the orbit in the third procedure. When a state change at a predetermined point is detected, the vibration acceleration of the vehicle component measured in the first procedure is a vibration acceleration in a plurality of different frequency bands preset for each type of state change of the track. The components are extracted, and the traveling speed of the railroad vehicle measured in the first procedure is used as the objective variable for each of the extracted vibration acceleration components in different frequency bands, using the second evaluation index expressed by using the vibration acceleration components as the objective variable. For each vibration acceleration component of the frequency band different from each other extracted by the fourth procedure in which the multivariate analysis is performed with at least the measurement time as the qualitative explanatory variable and the multivariate analysis in the fourth procedure. Provided is a method for evaluating a state of an orbit, which comprises a fifth procedure for determining a type of state change of the orbit at a predetermined point based on the category score of the measurement time obtained in the above.
本発明によれば、第1手順において、鉄道車両の走行速度及び車両構成要素(車体、台車及び軸箱のうちの何れか)の振動加速度を測定する。走行速度は、通常の営業車両であってもブレーキ制御等のために測定している。また、振動加速度は、いわゆる動揺防止制御装置を搭載した鉄道車両では動揺防止制御を行うために測定している。このため、車両を新規に製造する必要等が生じることなく、簡易且つ安価に鉄道車両の走行速度及び車両構成要素の振動加速度を測定可能である。
車両構成要素の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標(例えば、乗り心地レベルなど)は、軌道の状態に関連する評価指標であると考えられる。本発明によれば、第2手順において、この軌道の状態に関連する第1評価指標を目的変数とし、走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも振動加速度及び走行速度の測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う。具体的には、目的変数が量的変数であり、説明変数が量的変数と質的変数の双方であるため、いわゆる拡張型数量化1類と称される多変量解析を行うことになる。
一般に、多変量解析によって得られた質的変数のカテゴリースコアは、目的変数に対する貢献度を表していることが知られている。したがい、本発明の第2手順における多変量解析によって得られた測定時期のカテゴリースコアは、第1評価指標に対する測定時期の貢献度を表している。換言すれば、測定時期のカテゴリースコアによって、測定時期の変化のみに起因した第1評価指標の変化を抽出できる。したがい、本発明によれば、第3手順において、測定時期のカテゴリースコアに基づき、軌道の所定の地点での状態変化を検出することが可能である。
以上のように、本発明によれば、鉄道車両の走行速度の変化に影響されることなく、簡易且つ安価に軌道の状態を検出可能である。
According to the present invention, in the first procedure, the traveling speed of a railroad vehicle and the vibration acceleration of a vehicle component (any of a vehicle body, a bogie, and an axle box) are measured. The traveling speed is measured for brake control and the like even in a normal commercial vehicle. Further, the vibration acceleration is measured in order to perform the anti-sway control in a railway vehicle equipped with a so-called anti-sway control device. Therefore, it is possible to easily and inexpensively measure the traveling speed of the railway vehicle and the vibration acceleration of the vehicle components without the need to newly manufacture the vehicle.
The first evaluation index (for example, ride quality level) expressed by using the vibration acceleration of the vehicle component is considered to be an evaluation index related to the state of the track. According to the present invention, in the second procedure, the first evaluation index related to the state of this orbit is used as the objective variable, the traveling speed is used as the quantitative explanatory variable, and at least the measurement timing of the vibration acceleration and the traveling speed is qualitative. Perform multivariate analysis as an explanatory variable. Specifically, since the objective variable is a quantitative variable and the explanatory variables are both a quantitative variable and a qualitative variable, a so-called extended quantification type 1 multivariate analysis is performed.
It is generally known that the category score of a qualitative variable obtained by multivariate analysis represents the degree of contribution to the objective variable. Therefore, the category score of the measurement time obtained by the multivariate analysis in the second procedure of the present invention represents the contribution of the measurement time to the first evaluation index. In other words, the change in the first evaluation index due only to the change in the measurement time can be extracted from the category score of the measurement time. Therefore, according to the present invention, in the third procedure, it is possible to detect a state change at a predetermined point of the orbit based on the category score of the measurement time.
As described above, according to the present invention, it is possible to detect the state of the track easily and inexpensively without being affected by the change in the traveling speed of the railway vehicle.
また、本発明によれば、第3手順において軌道の前記所定の地点での状態変化を検出した場合、第4手順において、第1手順で測定した車両構成要素の振動加速度について、軌道の状態変化の種別毎に予め設定された複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出し、該抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に、該振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標を目的変数とし、第1評価指標の場合と同様の多変量解析を行う。振動加速度成分を抽出する複数の互いに異なる周波数帯域は、それぞれ判定すべき軌道の状態変化の種別に応じた固有の周波数帯域を予め設定しておけばよい。
本発明の第4手順における多変量解析によって得られた測定時期のカテゴリースコアは、第2評価指標に対する測定時期の貢献度を表している。換言すれば、測定時期のカテゴリースコアによって、測定時期の変化のみに起因した第2評価指標の変化を抽出できる。第4手順では互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に多変量解析を行うため、第5手順において、互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に得られた測定時期のカテゴリースコアに基づき、軌道の所定の地点での状態変化の種別を判定可能である。具体的には、第5手順において、例えば、各周波数帯域に対応する測定時期のカテゴリースコアの大小を比較し、最も大きなカテゴリースコアが得られた周波数帯域に対応する状態変化の種別を判定結果とすることが可能である。
以上のように、本発明によれば、鉄道車両の走行速度の変化に影響されることなく、簡易且つ安価に軌道の状態変化を検出可能であると共に、軌道の状態変化の種別を判定可能である。
Further, according to the present invention, when the state change of the track at the predetermined point is detected in the third procedure, the state change of the track is obtained with respect to the vibration acceleration of the vehicle component measured in the first procedure in the fourth procedure. A plurality of vibration acceleration components in different frequency bands preset for each type are extracted, and a second evaluation index expressed by using the vibration acceleration components for each of the extracted vibration acceleration components in different frequency bands is used. As the objective variable, perform the same multivariate analysis as in the case of the first evaluation index. For a plurality of frequency bands different from each other from which the vibration acceleration component is extracted, a unique frequency band corresponding to the type of state change of the orbit to be determined may be set in advance .
The category score of the measurement time obtained by the multivariate analysis in the fourth procedure of the present invention represents the contribution of the measurement time to the second evaluation index. In other words, the change in the second evaluation index caused only by the change in the measurement time can be extracted from the category score of the measurement time. In the fourth procedure, multivariate analysis is performed for each vibration acceleration component in different frequency bands. Therefore, in the fifth procedure, the orbit is determined based on the category score of the measurement time obtained for each vibration acceleration component in different frequency bands. It is possible to determine the type of state change at the point of. Specifically, in the fifth procedure, for example, the magnitude of the category score at the measurement time corresponding to each frequency band is compared, and the type of state change corresponding to the frequency band for which the largest category score is obtained is determined as the determination result. It is possible to do.
As described above, according to the present invention, it is possible to detect a change in track state easily and inexpensively without being affected by a change in the traveling speed of a railway vehicle, and it is possible to determine the type of change in track state. be.
特許文献1に記載の方法では、車両の特性が全て同等であることを前提としている(特許文献1の段落0023等)。しかしながら、実際には同じ形式の車両であっても、編成毎に微妙な特性の違いがあり、振動加速度、ひいては第1評価指標及び第2評価指標も、たとえ軌道の状態に変化が無くても、編成に応じて変化するおそれがある。このため、多変量解析に用いるデータに複数の編成について測定した走行速度及び振動加速度が含まれる場合には、測定時期の変化のみに起因した第1評価指標及び第2評価指標の変化を精度良く抽出するため、質的な説明変数として編成番号を更に含む多変量解析を行うことが好ましい。 The method described in Patent Document 1 is based on the premise that all the characteristics of the vehicle are the same (paragraph 0023 of Patent Document 1 and the like). However, even if the vehicles are actually of the same type, there are subtle differences in characteristics for each formation, and even if there is no change in the vibration acceleration, and eventually the first evaluation index and the second evaluation index, even if there is no change in the track condition. , May change depending on the organization. Therefore, when the data used for multivariate analysis includes the traveling speed and vibration acceleration measured for multiple trains, the changes in the first evaluation index and the second evaluation index caused only by the change in the measurement time can be accurately performed. For extraction, it is preferable to perform multivariate analysis including the organization number as a qualitative explanatory variable.
すなわち、好ましくは、前記第1手順において、複数の編成について前記鉄道車両の走行速度及び前記鉄道車両が備える前記車両構成要素の振動加速度を測定し、前記第2手順及び前記第4手順において、質的な説明変数として編成番号を更に含む多変量解析を行う。 That is, preferably, in the first procedure, the traveling speed of the railway vehicle and the vibration acceleration of the vehicle component included in the railway vehicle are measured for a plurality of trains, and the quality is measured in the second procedure and the fourth procedure. Perform multivariate analysis including the organization number as an explanatory variable.
上記の好ましい方法によれば、第2手順及び第4手順の多変量解析に用いるデータに複数の編成について測定した走行速度及び振動加速度が含まれる場合であっても、第1評価指標及び第2評価指標の変化に対する編成の変化の影響を分離することができ、測定時期の変化のみに起因した第1評価指標及び第2評価指標の変化を精度良く抽出可能である。このため、軌道の状態を精度良く評価可能(軌道の状態変化を精度良く検出可能であると共に、軌道の状態変化の種別を精度良く判定可能)である。 According to the above preferred method, the first evaluation index and the second evaluation index and the second evaluation index even when the data used for the multivariate analysis of the second procedure and the fourth procedure include the traveling speed and the vibration acceleration measured for a plurality of formations. It is possible to separate the influence of the change in organization on the change in the evaluation index, and it is possible to accurately extract the change in the first evaluation index and the second evaluation index caused only by the change in the measurement time. Therefore, the state of the orbit can be evaluated with high accuracy (the change in the state of the orbit can be detected with high accuracy, and the type of the state change of the orbit can be accurately determined).
また、同一の編成内であっても、振動加速度を測定した車両構成要素の位置によって、振動加速度の大きさ、ひいては第1評価指標及び第2評価指標が変化するおそれがある。たとえば、一般的には、鉄道車両の進行方向前方に位置する車両構成要素よりも、進行方向後方に位置する車両構成要素の方が振動加速度は大きくなる傾向にある。このため、測定時期の変化のみに起因した第1評価指標及び第2評価指標の変化をより一層精度良く抽出するためには、質的な説明変数として振動加速度を測定した車両構成要素の位置を更に含む多変量解析を行うことが好ましい。 Further, even within the same formation, the magnitude of the vibration acceleration, and eventually the first evaluation index and the second evaluation index may change depending on the position of the vehicle component whose vibration acceleration is measured. For example, in general, the vibration acceleration tends to be larger in the vehicle component located in the rear of the traveling direction than in the vehicle component located in the front of the traveling direction of the railway vehicle. Therefore, in order to more accurately extract the changes in the first evaluation index and the second evaluation index caused only by the change in the measurement time, the position of the vehicle component whose vibration acceleration is measured is used as a qualitative explanatory variable. It is preferable to perform multivariate analysis including further.
すなわち、好ましくは、前記第2手順及び前記第4手順において、質的な説明変数として前記振動加速度を測定した前記編成における前記車両構成要素の位置を更に含む多変量解析を行う。 That is, preferably, in the second procedure and the fourth procedure, a multivariate analysis further including the position of the vehicle component in the formation in which the vibration acceleration is measured as a qualitative explanatory variable is performed.
上記の好ましい方法によれば、第1評価指標及び第2評価指標の変化に対する振動加速度を測定した編成における車両構成要素の位置の変化の影響を分離することができ、測定時期の変化のみに起因した第1評価指標及び第2評価指標の変化をより一層精度良く抽出可能である。このため、より一層精度良く軌道の状態を評価可能である。
なお、上記の好ましい方法において、質的な説明変数である「振動加速度を測定した編成における車両構成要素の位置」としては、号車番号を例示できる。また、号車番号と車体の前位又は後位との組み合わせ(例えば、3号車の前位など)を例示できる。
According to the above preferred method, the influence of the change in the position of the vehicle component in the formation in which the vibration acceleration is measured with respect to the change in the first evaluation index and the second evaluation index can be separated, and it is caused only by the change in the measurement time. It is possible to extract the changes of the first evaluation index and the second evaluation index with higher accuracy. Therefore, it is possible to evaluate the state of the orbit with higher accuracy.
In the above preferred method, the car number can be exemplified as the "position of the vehicle component in the formation in which the vibration acceleration is measured" which is a qualitative explanatory variable. Further, a combination of the car number and the front or rear position of the vehicle body (for example, the front position of the car No. 3) can be exemplified.
本発明における「車両構成要素の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標」には、前述のように、振動加速度を用いて算出される乗り心地レベルを例示できる。この他、振動加速度の二乗平均平方根(RMS)、振動加速度の最大値、振動加速度の振幅の大きさ、所定値以上の振幅を有する振動加速度の発生回数など、軌道の状態に関連する車両構成要素の振動加速度を用いて表わされる評価指標である限りにおいて、本発明の第1評価指標には特に制限はない。
また、本発明における「振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標」には、振動加速度成分の二乗平均平方根(RMS)を例示できる。この他、振動加速度成分を用いて算出される乗り心地レベル、振動加速度成分の最大値、振動加速度成分の振幅の大きさ、所定値以上の振幅を有する振動加速度成分の発生回数、振動加速度成分のパワースペクトル密度など、軌道の状態に関連する車両構成要素の振動加速度成分を用いて表わされる評価指標である限りにおいて、本発明の第2評価指標には特に制限はない。
算出するのに用いるパラメータが、振動加速度であるか、又は、抽出した振動加速度成分であるかの違いはあるものの、第1評価指標及び第2評価指標として同じ評価指標を用いる(例えば、双方共に乗り心地レベルやRMSを用いる)ことも可能であるし、異なる評価指標を用いる(例えば、第1評価指標として乗り心地レベルを用い、第2評価指標としてRMSを用いる)ことも可能である。
As described above, the ride comfort level calculated using the vibration acceleration can be exemplified in the "first evaluation index expressed by using the vibration acceleration of the vehicle component" in the present invention. In addition, vehicle components related to track conditions, such as the squared mean square root (RMS) of vibration acceleration, the maximum value of vibration acceleration, the magnitude of the amplitude of vibration acceleration, and the number of occurrences of vibration acceleration having an amplitude above a predetermined value. The first evaluation index of the present invention is not particularly limited as long as it is an evaluation index expressed by using the vibration acceleration of the present invention.
Further, as the "second evaluation index expressed using the vibration acceleration component" in the present invention, the root mean square (RMS) of the vibration acceleration component can be exemplified. In addition, the ride comfort level calculated using the vibration acceleration component, the maximum value of the vibration acceleration component, the magnitude of the vibration of the vibration acceleration component, the number of occurrences of the vibration acceleration component having an amplitude of a predetermined value or more, and the vibration acceleration component. The second evaluation index of the present invention is not particularly limited as long as it is an evaluation index expressed by using the vibration acceleration component of the vehicle component related to the state of the track such as the power spectrum density.
Although there is a difference in whether the parameter used for calculation is the vibration acceleration or the extracted vibration acceleration component, the same evaluation index is used as the first evaluation index and the second evaluation index (for example, both). It is possible to use a different evaluation index (for example, a ride comfort level is used as the first evaluation index and an RMS is used as the second evaluation index).
また、前記課題を解決するため、本発明は、鉄道車両が走行する軌道の状態を評価する装置であって、前記軌道の所定の地点で複数の測定時期に測定された前記鉄道車両の走行速度並びに前記鉄道車両が備える車体、台車及び軸箱のうちの何れかである車両構成要素の振動加速度が測定時期と共に入力され、前記入力された前記車両構成要素の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標を目的変数とし、前記入力された前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う解析部と、前記解析部における多変量解析によって得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化を検出する評価部と、を備え、前記解析部は、前記評価部によって前記軌道の前記所定の地点での状態変化が検出された場合、前記入力された前記車両構成要素の振動加速度について、前記軌道の状態変化の種別毎に予め設定された複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出し、該抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に、該振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標を目的変数とし、前記入力された前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行い、前記評価部は、前記多変量解析によって前記抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化の種別を判定する、ことを特徴とする軌道の状態評価装置としても提供される。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a device for evaluating the state of a track on which a railroad vehicle travels, and the traveling speed of the railroad vehicle measured at a predetermined point on the track at a plurality of measurement times. In addition, the vibration acceleration of the vehicle component which is any of the vehicle body, the carriage, and the axle box included in the railway vehicle is input together with the measurement time, and is expressed by using the input vibration acceleration of the vehicle component. An analysis unit that performs multivariate analysis with the evaluation index as the objective variable, the input traveling speed of the railroad vehicle as the quantitative explanatory variable, and at least the measurement time as the qualitative explanatory variable, and the multi-level analysis unit. Based on the category score of the measurement time obtained by the variability analysis, the analysis unit includes an evaluation unit for detecting a state change of the orbit at the predetermined point, and the analysis unit is provided with the evaluation unit to detect the predetermined state of the orbit. When the state change at the point is detected, the vibration acceleration components of a plurality of different frequency bands preset for each type of the state change of the track are extracted from the input vibration acceleration of the vehicle component. Then, for each of the extracted vibration acceleration components in different frequency bands, the second evaluation index expressed by using the vibration acceleration component is used as the objective variable, and the input traveling speed of the railroad vehicle is used as a quantitative explanatory variable. Then, at least the measurement time is used as a qualitative explanatory variable for multivariate analysis, and the evaluation unit is the category of the measurement time obtained for each vibration acceleration component of the frequency band different from each other extracted by the multivariate analysis. It is also provided as an orbital state evaluation device characterized in that the type of state change of the orbital at a predetermined point is determined based on the score.
本発明によれば、鉄道車両の走行速度の変化に影響されることなく、簡易且つ安価に軌道の状態変化を検出可能であると共に、軌道の状態変化の種別を判定可能である。 According to the present invention, it is possible to easily and inexpensively detect a change in track state without being affected by a change in the traveling speed of a railroad vehicle, and it is possible to determine the type of change in track state.
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る軌道の状態評価装置及び評価方法について説明する。なお、本実施形態では、振動加速度の測定対象である車両構成要素が車体である場合を例に挙げて説明するが、車両構成要素が台車や軸箱である場合も同様に実施可能である。 Hereinafter, the orbital state evaluation device and the evaluation method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings as appropriate. In the present embodiment, the case where the vehicle component to be measured for the vibration acceleration is a vehicle body will be described as an example, but the same can be performed when the vehicle component is a bogie or a shaft box.
図1は、本発明の一実施形態に係る軌道の状態評価装置の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態に係る軌道の状態評価装置(以下、適宜、単に「評価装置」という)100は、鉄道車両1が矢符の方向に走行する軌道7の状態を評価する装置であって、解析部10と、評価部20とを備えている。本実施形態に係る評価装置100は、例えば、解析部10及び評価部20としての機能を奏するプログラム(後述の解析部10及び評価部20が実行する処理内容に相当するプログラム)がインストールされたパーソナルコンピュータから構成されている。また、本実施形態に係る評価装置100は、鉄道車両1内ではなく、別の場所に設置されている。
本実施形態に係る軌道の状態評価方法(以下、適宜、単に「評価方法」という)は、第1手順~第5手順を含み、評価装置100及び後述の動揺防止制御装置を用いて実行される。具体的には、動揺防止制御装置によって第1手順が実行され、評価装置100の解析部10によって第2手順及び第4手順が実行され、評価装置100の評価部20によって第3手順及び第5手順が実行される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an orbital state evaluation device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the track state evaluation device (hereinafter, simply referred to as “evaluation device”) 100 according to the present embodiment evaluates the state of the
The orbital state evaluation method according to the present embodiment (hereinafter, as appropriate, simply referred to as “evaluation method”) includes the first procedure to the fifth procedure, and is executed by using the
<第1手順>
本実施形態に係る評価方法の第1手順では、軌道7の所定の地点で、複数の測定時期に鉄道車両1の走行速度並びに鉄道車両1が備える車体2の振動加速度を測定する。
本実施形態に係る評価装置100を適用する鉄道車両1には、公知の動揺防止制御装置が搭載されている。この動揺防止制御装置は、車体2の前後にそれぞれ設けられ、車体2を台車3A、3Bに対して左右方向(図1の紙面に垂直な方向)に押圧するアクチュエータ4A、4Bを備えている。また、動揺防止制御装置は、車体2の前後(図1の左右)にそれぞれ設けられ、車体2の左右方向の振動加速度を測定する加速度センサ5A、5Bを備えている。さらに、動揺防止制御装置は、入力された各加速度センサ5A、5Bで測定した振動加速度に基づき各アクチュエータ4A、4Bを制御する制御器6を備えている。したがい、制御器6には、加速度センサ5Aによって測定した車体2の前位の振動加速度と、加速度センサ5Bによって測定した車体2の後位の振動加速度とが入力されることになる。
また、本実施形態の制御器6には、鉄道車両1のブレーキ制御等のために車体2に設けられた機器(図示せず)が検出した鉄道車両1の走行速度も入力される。
さらに、本実施形態の制御器6は、入力された鉄道車両1の走行速度を積算すると共に、鉄道車両1が駅に到達したことを示す駅信号を受信して前記積算値を補正することで、鉄道車両1の位置(距離程)を算出するように構成されている。或いは、本実施形態の制御器6は、外部からGPS(Global Positioning System)信号を受信して鉄道車両1の位置を算出するように構成されている。換言すれば、本実施形態の制御器6は、振動加速度を測定した軌道7の地点の位置を算出するように構成されている。
以上のように、本実施形態に係る評価方法の第1手順は、動揺防止制御装置によって実行される。
<First step>
In the first procedure of the evaluation method according to the present embodiment, the traveling speed of the railway vehicle 1 and the vibration acceleration of the
A known anti-sway control device is mounted on the railroad vehicle 1 to which the
Further, the traveling speed of the railway vehicle 1 detected by a device (not shown) provided on the
Further, the
As described above, the first procedure of the evaluation method according to the present embodiment is executed by the anti-sway control device.
<第2手順>
本実施形態に係る評価方法の第2手順では、第1手順で測定した車体2の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標を目的変数とし、第1手順で測定した鉄道車両1の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う。
本実施形態に係る評価装置100が備える解析部10には、軌道7の所定の地点で複数の測定時期(例えば、直近から1年間に亘る時期)に測定された鉄道車両1の走行速度及び鉄道車両1が備える車体2の左右方向の振動加速度が測定時期と共に入力される。本実施形態では、左右方向の振動加速度を測定・入力する場合について例示しているが、本発明はこれに限るものではなく、例えば加速度センサ5A、5Bが車体2の上下方向の振動加速度を測定可能であれば、測定した上下方向の振動加速度を解析部10に入力することも可能である。
<Second step>
In the second procedure of the evaluation method according to the present embodiment, the first evaluation index expressed by using the vibration acceleration of the
The
具体的には、例えば、制御器6に入力された鉄道車両1の走行速度及び振動加速度が、制御器6が算出した鉄道車両1の位置(すなわち、振動加速度を測定した軌道7の地点の位置)及び測定時期(年月)に関係付けられた状態で記憶される。また、本実施形態では、制御器6に入力された鉄道車両1の走行速度及び振動加速度は、鉄道車両1が属する編成の編成番号及び振動加速度を測定した車体2の位置(車体2の号車番号及び加速度センサ5A、5Bの区別(すなわち、車体2の前位・後位の区別))にも関連付けられた状態で記憶される。そして、複数の測定時期に亘って制御器6に逐次記憶されたこれらのデータを、例えばCFカードと称されるような外部記憶媒体に適宜のタイミングで出力する。このデータが出力された外部記憶媒体を評価装置が設置されている場所まで手動で運び、この外部記憶媒体を介して、記憶されたデータが解析部10に入力される。ただし、本発明はこれに限るものではなく、制御器6と解析部10との間が無線ネットワークで接続され、制御器6に逐次記憶されたデータを無線ネットワークを利用して解析部10に送信する構成を採用することも可能である。
Specifically, for example, the traveling speed and vibration acceleration of the railway vehicle 1 input to the
本実施形態の解析部10には、同一の軌道7を走行する一つの編成を構成する全ての鉄道車両1から上記のデータが入力される。また、同一の軌道7を走行する編成番号の異なる複数の編成から(各編成を構成する全ての鉄道車両1から)上記のデータが入力される。
The above data is input to the
解析部10は、入力された車体2の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標を目的変数とし、入力された鉄道車両1の走行速度を量的な説明変数とし、入力された測定時期(年月)を質的な説明変数として少なくとも含む多変量解析(拡張型数量化1類)を行う。本実施形態の解析部10は、好ましい構成として、質的な説明変数として、編成番号と、振動加速度を測定した編成における車体2の位置(車体2の号車番号及び車体の前位・後位の区別)とを更に含む多変量解析を行う。
本実施形態では、第1評価指標として、特許文献1に記載の1式を用いて算出される乗り心地レベルを用いている。具体的には、本実施形態の解析部10は、入力された車体2の振動加速度を、入力された軌道7の地点の位置(振動加速度を測定した軌道7の地点の位置)に基づき、軌道7の状態を評価する単位である評価区間毎に纏めて、各評価区間内の平均乗り心地レベルを算出し、これを第1評価指標としている。同様に、本実施形態の解析部10は、入力された鉄道車両1の走行速度を、軌道7の状態を評価する評価区間毎に纏めて、各評価区間内の平均走行速度を算出し、これを量的な説明変数としている。
The
In this embodiment, the ride quality level calculated by using the set described in Patent Document 1 is used as the first evaluation index. Specifically, the
すなわち、軌道7の状態を評価する各評価区間iについての乗り心地レベル(平均乗り心地レベル)をyiとし、定数をβ0、編成番号のカテゴリースコアをβ1(n1)、振動加速度を測定した編成における車体2の位置(車体2の号車番号及び車体2の前位・後位の区別)のカテゴリースコアをβ2(n2)、測定時期(年月)のカテゴリースコアをβ3(n3)、各評価区間iについての走行速度(平均走行速度)をxi、走行速度xiの回帰係数をβ4とすると、解析部10は、実際の乗り心地レベル(車体2の振動加速度によって直接算出される乗り心地レベル)と、以下の式(1)で近似計算される乗り心地レベルとの残差の二乗和が最小となるように、β0、β1(n1)、β2(n2)、β3(n3)、β4を、各評価区間i毎に決定することになる。
yi=β0+β1(n1)+β2(n2)+β3(n3)+β4・xi ・・・(1)
That is, in the formation in which the riding comfort level (average riding comfort level) for each evaluation section i for evaluating the state of the
yi = β0 + β1 (n1) + β2 (n2) + β3 (n3) + β4 ・ xi ・ ・ ・ (1)
上記の式(1)において、n1は1~sまでの整数であり、sは多変量解析に用いるデータに含まれる編成番号の数を意味する。例えば、多変量解析に用いるデータに3つの編成番号に関連付けられた走行速度及び振動加速度が含まれているとすれば、s=3であり、各編成番号に対応するカテゴリースコアβ1(1)~β1(3)がそれぞれ決定される。
また、上記の式(1)において、n2は1~tまでの整数であり、tは多変量解析に用いるデータに含まれる振動加速度を測定した編成における車体2の位置(車体2の号車番号及び車体2の前位・後位の区別)の数を意味する。例えば、多変量解析に用いるデータに1~6号車それぞれの前位・後位で測定した(加速度センサ5A、5Bで測定した)振動加速度が含まれているとすれば、t=6×2=12であり、各号車番号と前位又は後位との組み合わせに対応するカテゴリスコアβ2(1)~β2(12)がそれぞれ決定される。
さらに、上記の式(1)において、n3は1~uまでの整数であり、uは多変量解析に用いるデータの測定時期(年月)の数を意味する。例えば、多変量解析に用いるデータに2015年1月から2015年12月までに測定した走行速度及び振動加速度が含まれているとすれば、u=12であり、各測定時期に対応するカテゴリースコアβ3(1)~β3(12)がそれぞれ決定される。
In the above equation (1), n1 is an integer from 1 to s, and s means the number of organization numbers included in the data used for multivariate analysis. For example, if the data used for multivariate analysis includes the traveling speed and the vibration acceleration associated with the three formation numbers, s = 3, and the category scores β1 (1) to correspond to each formation number. β1 (3) is determined respectively.
Further, in the above equation (1), n2 is an integer from 1 to t, and t is the position of the
Further, in the above equation (1), n3 is an integer from 1 to u, and u means the number of measurement times (years and months) of the data used for multivariate analysis. For example, if the data used for multivariate analysis includes the traveling speed and vibration acceleration measured from January 2015 to December 2015, u = 12, and the category score corresponding to each measurement time. β3 (1) to β3 (12) are determined respectively.
なお、本実施形態では、好ましい構成として、振動加速度を測定した編成における車体2の位置を、各号車番号と前位又は後位との組み合わせによって表わしているが、前位・後位の区別をすることなく、単に各号車番号だけで表わすことも可能である。この場合、例えば、多変量解析に用いるデータに1~6号車それぞれの前位・後位で測定した振動加速度が含まれているとしても、式(1)におけるt=6であり、各号車番号に対応するカテゴリスコアβ2(1)~β2(6)がそれぞれ決定されることになる。
In the present embodiment, as a preferable configuration, the position of the
また、本実施形態の解析部10は、好ましい構成として、入力された測定時期、編成番号、及び振動加速度を測定した編成における車体2の位置の全てを質的な説明変数とする多変量解析を行っているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、車体2の位置の違い(号車番号の違い等)による振動加速度の差が無視できる程度である場合には、入力された測定時期及び編成番号のみを質的な説明変数とする多変量解析を行うことも可能である。この場合、解析部10は、実際の乗り心地レベルと、以下の式(2)で近似計算される乗り心地レベルyiとの残差の二乗和が最小となるように、β0、β1(n1)、β3(n3)、β4を、各評価区間i毎に決定することになる。
yi=β0+β1(n1)+β3(n3)+β4・xi ・・・(2)
Further, as a preferable configuration, the
yi = β0 + β1 (n1) + β3 (n3) + β4 ・ xi ・ ・ ・ (2)
さらに、例えば、多変量解析に用いるデータが全て同一の編成番号(同じ編成)に関連付けられた走行速度及び振動加速度である場合には、入力された測定時期のみを質的な説明変数とする多変量解析を行うことも可能である。この場合、解析部10は、実際の乗り心地レベルと、以下の式(3)で近似計算される乗り心地レベルyiとの残差の二乗和が最小となるように、β0、β3(n3)、β4を、各評価区間i毎に決定することになる。
yi=β0+β3(n3)+β4・xi ・・・(3)
以上のように、本実施形態に係る評価方法の第2手順は、解析部10によって実行される。
Further, for example, when the data used for multivariate analysis are all traveling speeds and vibration accelerations associated with the same organization number (same organization), only the input measurement time is used as a qualitative explanatory variable. It is also possible to perform random analysis. In this case, the
yi = β0 + β3 (n3) + β4 ・ xi ・ ・ ・ (3)
As described above, the second procedure of the evaluation method according to the present embodiment is executed by the
<第3手順>
本実施形態に係る評価方法の第3手順では、第2手順の多変量解析によって得られた測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)に基づき、軌道7の所定の地点での状態変化を検出する。
具体的には、評価部20が、解析部10における多変量解析によって得られた測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)に基づき、軌道7の各評価区間iでの状態変化を検出する。第2手順の多変量解析によって得られた測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)は、乗り心地レベルyiに対する測定時期の貢献度を表している。換言すれば、測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)によって、測定時期の変化のみに起因した乗り心地レベルyiの変化を抽出できる。したがい、測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)に基づき、軌道7の各評価区間iでの状態変化を検出することが可能である。
以上のように、本実施形態に係る評価方法の第3手順は、評価部20によって実行される。
<Third step>
In the third procedure of the evaluation method according to the present embodiment, the state change at a predetermined point of the
Specifically, the
As described above, the third procedure of the evaluation method according to the present embodiment is executed by the
以下、上記の第2手順及び第3手順について、より具体的に説明する。
本発明者らは、鉄道車両1の走行速度と乗り心地レベルとの関係を調査した。具体的には、所定の期間に亘って、軌道7の所定の評価区間を走行する鉄道車両1の該評価区間内の平均走行速度を測定すると共に、該評価区間内の平均乗り心地レベルを測定する試験を実施した。なお、試験を実施した期間内に軌道7の前記評価区間に手入れを施した。また、試験を実施した期間内であって前記手入れを施した後に、軌道7の前記評価区間に劣化が生じていることを確認した。
Hereinafter, the above-mentioned second procedure and third procedure will be described more specifically.
The present inventors investigated the relationship between the traveling speed of the railway vehicle 1 and the riding comfort level. Specifically, the average running speed in the evaluation section of the railway vehicle 1 traveling in the predetermined evaluation section of the
図2は、上記試験によって測定した鉄道車両1の走行速度(評価区間内の平均走行速度)と乗り心地レベル(評価区間内の平均乗り心地レベル)との関係を示す図である。
図2に示すように、本発明者らの想定した通り、走行速度が大きくなると、乗り心地レベルも大きくなる傾向にあることが分かった。したがい、前述のように、鉄道車両1の走行速度を考慮していない特許文献1に記載の方法では、軌道状態の大きな変化が生じない限り、軌道状態の変化を検出できないと考えられる。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the traveling speed (average traveling speed in the evaluation section) and the riding comfort level (average riding comfort level in the evaluation section) of the railway vehicle 1 measured by the above test.
As shown in FIG. 2, as expected by the present inventors, it was found that the ride quality level tends to increase as the traveling speed increases. Therefore, as described above, it is considered that the method described in Patent Document 1 which does not consider the traveling speed of the railway vehicle 1 cannot detect the change in the track state unless a large change in the track state occurs.
図3は、図2に示す乗り心地レベルを鉄道車両1の走行速度及び車体2の振動加速度の測定時期(年月)によって時系列に整理した図である。
図3から分かるように、単純な乗り心地レベルの変化(時系列変化)によって軌道状態の変化(軌道7の手入れ、軌道7の劣化)を検出することは困難である。これは、図2に示すように、乗り心地レベルの変化には、軌道7の状態変化のみならず、鉄道車両1の走行速度等も影響しているため、鉄道車両1の走行速度が異なる条件で算出された乗り心地レベルが混在するデータをそのまま用いたのでは、軌道7の状態変化のみを抽出することができないからである。
FIG. 3 is a diagram in which the ride quality levels shown in FIG. 2 are arranged in chronological order according to the measurement time (year and month) of the traveling speed of the railway vehicle 1 and the vibration acceleration of the
As can be seen from FIG. 3, it is difficult to detect a change in the track state (maintenance of the
図4は、図2に示すものと同じデータを用いて、本実施形態に係る評価方法の第2手順において式(1)で表わされる多変量解析を行い、横軸に測定時期(年月)を、縦軸にカテゴリースコアβ3(n3)をプロットした図である。
図4に示すように、軌道7の評価区間に手入れを施した年月には、カテゴリースコアβ3(n3)が絶対値の大きな負の値になっていることがわかる。すなわち、この年月において軌道7の評価区間に手入れを施したことで、軌道7の評価区間における乗り心地レベルyiの値が低下(乗り心地が向上)していることを認識可能である。このため、本実施形態に係る評価方法の第3手順において、例えば、測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)が、予め決定した所定のしきい値以下の負の値になれば、軌道7の評価区間の状態が良好であると自動的に評価することが可能である。換言すれば、軌道7の状態が変化(改善)したことを自動的に検出可能である。このような評価(検出)は、前述の図3に示す結果では行うことができない。
In FIG. 4, using the same data as shown in FIG. 2, a multivariate analysis represented by the equation (1) is performed in the second procedure of the evaluation method according to the present embodiment, and the measurement time (year / month) is shown on the horizontal axis. Is a diagram in which the category score β3 (n3) is plotted on the vertical axis.
As shown in FIG. 4, it can be seen that the category score β3 (n3) has a large absolute negative value in the year and month when the evaluation section of the
また、図4に示すように、軌道7の評価区間に劣化が生じた年月には、カテゴリースコアβ3(n3)が絶対値の大きな正の値になっていることがわかる。すなわち、この年月において軌道7の評価区間が劣化したことで、軌道7の評価区間における乗り心地レベルyiの値が上昇(乗り心地が低下)していることを認識可能である。このため、本実施形態に係る評価方法の第3手順において、例えば、測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)が、予め決定した所定のしきい値以上の正の値になれば、軌道7の評価区間の状態が劣化していると自動的に評価することが可能である。換言すれば、軌道7の状態が変化(劣化)したことを自動的に検出可能である。このような評価は、前述の図3に示す結果では行うことができない。
Further, as shown in FIG. 4, it can be seen that the category score β3 (n3) has a large absolute value and a positive value in the year and month when the evaluation section of the
なお、評価部20による上記のような自動的な評価(検出)の結果を、又は、評価装置100が具備するモニタ(図示せず)に図4に示すような測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)をプロットしたグラフを表示させ、それを人間が目視した結果を、以下のように有効活用することが期待できる。
(1)カテゴリスコアβ3(n3)が所定のしきい値以上の正の値であり続けた場合(すなわち、軌道7の評価区間の状態が劣化して、乗り心地が低下し続けている場合)、その評価区間の手入れの優先順位を上げる。
(2)軌道7の評価区間の手入れ前後でのカテゴリスコアβ3(n3)の値を比較することにより(すなわち、手入れ前後での乗り心地レベルの改善幅を評価することにより)、その評価区間の手入れの効果を定量化する。
(3)軌道7の評価区間の手入れ後におけるカテゴリスコアβ3(n3)の値の経時変化率を評価することで、乗り心地レベルが手入れ前と同等になるまでの期間を予測し、その予測期間に至るまでの間に、その評価区間で再度手入れを行うように計画を見直す。
It should be noted that the result of the automatic evaluation (detection) as described above by the
(1) When the category score β3 (n3) continues to be a positive value equal to or higher than a predetermined threshold value (that is, when the state of the evaluation section of the
(2) By comparing the values of the category score β3 (n3) before and after the maintenance of the evaluation section of the track 7 (that is, by evaluating the improvement range of the ride quality level before and after the maintenance), the evaluation section of the evaluation section. Quantify the effect of care.
(3) By evaluating the rate of change of the value of the category score β3 (n3) after the maintenance of the evaluation section of the
以上に説明したように、本実施形態に係る評価装置100及び評価方法によれば、第1手順~第3手順を実行することにより、鉄道車両1の走行速度の変化に影響されることなく、また、編成の違いや振動加速度を測定した車体2の位置の違いに影響されることなく、簡易且つ安価に軌道7の状態変化を検出可能である。
As described above, according to the
<第4手順>
本実施形態に係る評価方法の第4手順は、第3手順において軌道7の所定の地点での状態変化を検出した場合に実行される。本実施形態では、軌道7の所定の地点での状態が劣化したことを検出した場合に第4手順を実行する。第4手順では、第1手順で測定した車体2の振動加速度について複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出し、該抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に、該振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標を目的変数とし、第1手順で測定した鉄道車両1の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う。
<
The fourth procedure of the evaluation method according to the present embodiment is executed when a state change at a predetermined point of the
具体的には、まず解析部10が、入力された車体2の振動加速度について複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出する。
図5は、軌道7の状態変化の種別に応じて異なる車体2の振動加速度のパワースペクトラムの一例を示す。図5(a)は軌道7のバラストの緩みが生じている場合に得られるパワースペクトラムの一例を、図5(b)は軌道7を構成するレールの継ぎ目のずれが生じている場合に得られるパワースペクトラムの一例を示す。図5において、軌道7の状態変化前のパワースペクトラムは破線で、軌道7の状態変化後のパワースペクトラムは実線で示している。
図5(a)に示す例では、軌道7のバラストの緩みが生じることにより、1.1~2.5Hz程度の周波数帯域で振動加速度のパワースペクトル密度が大きくなっている。一方、図5(b)に示す例では、軌道7を構成するレールの継ぎ目のずれが生じることにより、0.4~0.9Hz程度の周波数帯域で振動加速度のパワースペクトル密度が大きくなっている。換言すれば、軌道7の状態変化の種別に応じて、軌道7の状態変化に起因して車体2に発生する振動加速度の周波数帯域に差異が生じているといえる。本発明者らが検討したところによれば、軌道7の状態変化に起因して発生する振動加速度の周波数帯域は、軌道7の状態変化の種別毎に固有の周波数帯域となる場合が多い。したがい、この振動加速度の周波数帯域の差異に基づき、軌道7の状態変化の種別が判定可能となることが期待できる。
Specifically, first, the
FIG. 5 shows an example of the power spectrum of the vibration acceleration of the
In the example shown in FIG. 5A, the power spectral density of the vibration acceleration increases in the frequency band of about 1.1 to 2.5 Hz due to the loosening of the ballast in the
解析部10は、複数のフィルタ(バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ又はローパスフィルタ)を具備する。フィルタは、後述の第5手順で判定する軌道7の状態変化の種別の数と同じ数だけ設けられ、各フィルタは、判定する軌道7の状態変化にそれぞれ対応している。例えば、判定する軌道7の状態変化の種別が、軌道7を構成するレールの表面性状の劣化、軌道7のバラストの緩み、及び、軌道7を構成するレールの継ぎ目のずれの3つであるとすれば、各種別に対応する3つのフィルタが設けられる。そして、各フィルタが通過させる振動加速度の周波数帯域(通過周波数帯域)は、判定する軌道7の状態変化の種別に応じて、互いに異なる周波数帯域に設定されている。判定する軌道7の状態変化の種別が上記の3つの場合、軌道7を構成するレールの表面性状の劣化に対応するフィルタには、例えば中心周波数が5Hzで帯域幅が±1.0Hzの通過周波数帯域が設定される。また、軌道7のバラストの緩みに対応するフィルタには、例えば中心周波数が1.8Hzで帯域幅が±0.7Hzの通過周波数帯域が設定される。さらに、軌道7を構成するレールの継ぎ目のずれに対応するフィルタには、例えば中心周波数が0.6Hzで帯域幅が±0.2Hzの通過周波数帯域が設定される。各フィルタの通過周波数帯域は、軌道7の状態変化の種別毎に図5に示すような振動加速度のパワースペクトラムを事前に調査し、状態変化前後でパワースペクトル密度が大きく変化する周波数帯域を特定して、この特定した周波数帯域に基づき予め設定すればよい。
解析部10に入力された車体2の振動加速度が解析部10が具備する各フィルタを通過することで、複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分が抽出される。
The
When the vibration acceleration of the
なお、軌道7の状態変化に起因して発生する振動加速度の周波数帯域は、軌道7の状態変化の種別が同じであっても、振動加速度を測定する軌道7の地点に応じて異なる可能性がある。例えば、軌道7の状態変化の種別がレールの継ぎ目のずれで同じであっても、橋梁、踏切、曲線区間等、軌道7の地点が異なれば、発生する振動加速度の周波数帯域が異なる可能性がある。このため、例えば、軌道7の地点毎に(評価区間i毎に)対応する上記複数のフィルタを設け、同じ状態変化の種別に対応するフィルタであっても、各地点に対応するフィルタの通過周波数帯域を異なる周波数帯域に設定可能にすることが好ましい。
また、軌道7の地点に応じて、発生する軌道7の状態変化の種別が異なる可能性もある。このため、軌道7の地点毎に設けるフィルタの数を変更可能にすることが好ましい。
The frequency band of the vibration acceleration generated due to the state change of the
Further, there is a possibility that the type of state change of the
次に、解析部10は、抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に(解析部10が具備する複数のフィルタをそれぞれ通過した振動加速度成分毎に)、該振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標を目的変数とし、入力された鉄道車両1の走行速度を量的な説明変数とし、入力された測定時期(年月)を質的な説明変数として少なくとも含む多変量解析(拡張型数量化1類)を行う。本実施形態の解析部10は、好ましい構成として、第2手順と同様に、質的な説明変数として、編成番号と、振動加速度を測定した編成における車体2の位置(車体2の号車番号及び車体の前位・後位の区別)とを更に含む多変量解析を行う。
本実施形態では、第2評価指標として、振動加速度成分の二乗平均平方根(RMS)を用いている。具体的には、本実施形態の解析部10は、抽出した振動加速度成分を、入力された軌道7の地点の位置(振動加速度を測定した軌道7の地点の位置)に基づき、軌道7の状態を評価する単位である評価区間i毎に纏めて、各評価区間i内の平均RMS(二乗平均平方根の平均値)を算出し、これを第2評価指標としている。同様に、本実施形態の解析部10は、入力された鉄道車両1の走行速度を、軌道7の状態を評価する評価区間i毎に纏めて、各評価区間i内の平均走行速度を算出し、これを量的な説明変数としている。
Next, the
In this embodiment, the root mean square (RMS) of the vibration acceleration component is used as the second evaluation index. Specifically, the
すなわち、軌道7の状態を評価する各評価区間iについてのRMS(平均RMS)をyiとすれば、第2手順と同様に、解析部10は、実際のRMS(抽出された車体2の振動加速度成分によって直接算出されるRMS)と、前述の式(1)で近似計算される(ただし、前述の式(2)又は式(3)で近似計算することも可能である)RMSとの残差の二乗和が最小となるように、β0、β1(n1)、β2(n2)、β3(n3)、β4を、各評価区間i毎に決定することになる。
第4手順の多変量解析は、抽出した振動加速度成分毎に(複数のフィルタをそれぞれ通過した振動加速度成分毎に)行われる。すなわち、抽出した振動加速度成分毎に、β0、β1(n1)、β2(n2)、β3(n3)、β4を決定する。
以上のように、本実施形態に係る評価方法の第4手順は、解析部10によって実行される。
That is, if the RMS (mean RMS) for each evaluation section i for evaluating the state of the
The multivariate analysis of the fourth procedure is performed for each extracted vibration acceleration component (for each vibration acceleration component that has passed through a plurality of filters). That is, β0, β1 (n1), β2 (n2), β3 (n3), and β4 are determined for each of the extracted vibration acceleration components.
As described above, the fourth procedure of the evaluation method according to the present embodiment is executed by the
<第5手順>
本実施形態に係る評価方法の第5手順では、第4手順の多変量解析によって抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に得られた測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)に基づき、軌道7の所定の地点での状態変化の種別を判定する。
具体的には、評価部20が、解析部10における多変量解析によって抽出した振動加速度成分毎に得られた、測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)に基づき、軌道7の各評価区間iでの状態変化の種別を判定する。第4手順の多変量解析によって得られた測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)は、第2評価指標(RMS)yiに対する測定時期の貢献度を表している。換言すれば、測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)によって、測定時期の変化のみに起因した第2評価指標(RMS)yiの変化を抽出できる。このため、第5手順において、互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に得られた測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)に基づき、軌道7の各評価区間iでの状態変化の種別を判定可能である。具体的には、第5手順において、例えば、各周波数帯域に対応する測定時期のカテゴリースコアβ3(n3)の大小を比較し、最も大きなカテゴリースコアβ3(n3)が得られた周波数帯域に対応する状態変化の種別を判定結果とすることが可能である。
以上のように、本実施形態に係る評価方法の第2手順は、評価部20によって実行される。
<Procedure 5>
In the fifth procedure of the evaluation method according to the present embodiment, the
Specifically, the
As described above, the second procedure of the evaluation method according to the present embodiment is executed by the
図6は、本実施形態に係る評価方法の第4手順において式(1)で表わされる多変量解析(ただし、式(1)の左辺は、第2評価指標(RMS))を行い、横軸に測定時期(年月)を、縦軸にカテゴリースコアβ3(n3)をプロットした図である。図6(a)は、軌道7を構成するレールの継ぎ目のずれに対応するフィルタ(中心周波数が0.6Hzで帯域幅が±0.2Hzの通過周波数帯域が設定されたフィルタ)を通過することで抽出された振動加速度成分を用いた多変量解析によって得られた結果の一例を示す。図6(b)は、軌道7のバラストの緩みに対応するフィルタ(中心周波数が1.8Hzで帯域幅が±0.7Hzの通過周波数帯域が設定されたフィルタ)を通過することで抽出された振動加速度成分を用いた多変量解析によって得られた結果の一例を示す。
図6に示す例では、第3手順で検出した軌道7の評価区間に劣化が生じた年月において、図6(a)に示すカテゴリースコアβ3(n3)の方が図6(b)に示すカテゴリースコアβ3(n3)よりも大きくなっている。したがい、軌道7の評価区間の劣化の種別は、軌道7を構成するレールの継ぎ目のずれであると判定可能である。
FIG. 6 shows the multivariate analysis represented by the equation (1) in the fourth procedure of the evaluation method according to the present embodiment (however, the left side of the equation (1) is the second evaluation index (RMS)), and the horizontal axis is shown. It is the figure which plotted the measurement time (year and month), and the category score β3 (n3) on the vertical axis. FIG. 6A shows passing through a filter corresponding to the displacement of the seam of the rails constituting the track 7 (a filter having a passing frequency band having a center frequency of 0.6 Hz and a bandwidth of ± 0.2 Hz). An example of the result obtained by multivariate analysis using the vibration acceleration component extracted in is shown. FIG. 6B was extracted by passing through a filter corresponding to the looseness of the ballast in the orbit 7 (a filter having a center frequency of 1.8 Hz and a bandwidth of ± 0.7 Hz and a passing frequency band set). An example of the results obtained by multivariate analysis using the vibration acceleration component is shown.
In the example shown in FIG. 6, the category score β3 (n3) shown in FIG. 6 (a) is shown in FIG. 6 (b) in the year and month when the evaluation section of the
1・・・鉄道車両
2・・・車体
3A、3B・・・台車
5A、5B・・・加速度センサ
10・・・解析部
20・・・評価部
100・・・評価装置
1 ...
Claims (6)
前記軌道の所定の地点で、複数の測定時期に前記鉄道車両の走行速度並びに前記鉄道車両が備える車体、台車及び軸箱のうちの何れかである車両構成要素の振動加速度を測定する第1手順と、
前記第1手順で測定した前記車両構成要素の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標を目的変数とし、前記第1手順で測定した前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う第2手順と、
前記第2手順の多変量解析によって得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化を検出する第3手順と、
前記第3手順において前記軌道の前記所定の地点での状態変化を検出した場合、前記第1手順で測定した前記車両構成要素の振動加速度について、前記軌道の状態変化の種別毎に予め設定された複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出し、該抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に、該振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標を目的変数とし、前記第1手順で測定した前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う第4手順と、
前記第4手順の多変量解析によって前記抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化の種別を判定する第5手順と、
を含むことを特徴とする軌道の状態評価方法。 It is a method to evaluate the condition of the track on which a railroad vehicle travels.
The first procedure for measuring the traveling speed of the railway vehicle and the vibration acceleration of a vehicle component which is one of the vehicle body, the bogie, and the axle box of the railway vehicle at a predetermined point on the track at a plurality of measurement times. When,
The first evaluation index expressed by using the vibration acceleration of the vehicle component measured in the first procedure is used as an objective variable, and the traveling speed of the railroad vehicle measured in the first procedure is used as a quantitative explanatory variable, and at least. The second procedure for performing multivariate analysis with the measurement time as a qualitative explanatory variable,
Based on the category score of the measurement time obtained by the multivariate analysis of the second step, the third step of detecting the state change at the predetermined point of the orbit and the third step.
When the state change of the track at the predetermined point is detected in the third procedure, the vibration acceleration of the vehicle component measured in the first procedure is preset for each type of the state change of the track. A plurality of vibration acceleration components in different frequency bands are extracted, and a second evaluation index expressed by using the vibration acceleration components is used as an objective variable for each of the extracted vibration acceleration components in different frequency bands, and the first procedure is described above. The fourth step of performing multivariate analysis with the traveling speed of the railroad vehicle measured in 1 as a quantitative explanatory variable and at least the measurement timing as a qualitative explanatory variable.
Based on the category score of the measurement time obtained for each vibration acceleration component of the frequency band different from each other extracted by the multivariate analysis of the fourth procedure, the type of state change at the predetermined point of the orbit is determined. Fifth step and
A method for evaluating the state of an orbit, which comprises.
前記第2手順及び前記第4手順において、質的な説明変数として編成番号を更に含む多変量解析を行うことを特徴とする請求項1に記載の軌道の状態評価方法。 In the first procedure, the traveling speed of the railroad car and the vibration acceleration of the vehicle components included in the railroad car are measured for a plurality of trains.
The orbital state evaluation method according to claim 1, wherein in the second procedure and the fourth procedure, a multivariate analysis further including an organization number as a qualitative explanatory variable is performed.
前記軌道の所定の地点で複数の測定時期に測定された前記鉄道車両の走行速度並びに前記鉄道車両が備える車体、台車及び軸箱のうちの何れかである車両構成要素の振動加速度が測定時期と共に入力され、前記入力された前記車両構成要素の振動加速度を用いて表わされる第1評価指標を目的変数とし、前記入力された前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行う解析部と、
前記解析部における多変量解析によって得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化を検出する評価部と、を備え、
前記解析部は、前記評価部によって前記軌道の前記所定の地点での状態変化が検出された場合、前記入力された前記車両構成要素の振動加速度について、前記軌道の状態変化の種別毎に予め設定された複数の互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分を抽出し、該抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に、該振動加速度成分を用いて表わされる第2評価指標を目的変数とし、前記入力された前記鉄道車両の走行速度を量的な説明変数とし、少なくとも前記測定時期を質的な説明変数として多変量解析を行い、
前記評価部は、前記多変量解析によって前記抽出した互いに異なる周波数帯域の振動加速度成分毎に得られた前記測定時期のカテゴリースコアに基づき、前記軌道の前記所定の地点での状態変化の種別を判定する、
ことを特徴とする軌道の状態評価装置。 It is a device that evaluates the state of the track on which a railroad vehicle travels.
The traveling speed of the railroad vehicle measured at a predetermined point on the track at a plurality of measurement times and the vibration acceleration of a vehicle component which is one of the vehicle body, the trolley, and the axle box of the railroad vehicle are measured together with the measurement time. The first evaluation index, which is input and is expressed by using the vibration acceleration of the input vehicle component, is used as an objective variable, and the traveling speed of the input railway vehicle is used as a quantitative explanatory variable, and at least the measurement timing is used. An analysis unit that performs multivariate analysis using
An evaluation unit for detecting a state change at the predetermined point of the orbit based on the category score of the measurement time obtained by the multivariate analysis in the analysis unit is provided.
When the evaluation unit detects a state change of the track at the predetermined point, the analysis unit presets the input vibration acceleration of the vehicle component for each type of the state change of the track. A plurality of vibration acceleration components in different frequency bands are extracted, and a second evaluation index expressed by using the vibration acceleration components is used as an objective variable for each of the extracted vibration acceleration components in different frequency bands, and the input is performed. Multivariate analysis was performed using the traveling speed of the railroad vehicle as a quantitative explanatory variable and at least the measurement time as a qualitative explanatory variable.
The evaluation unit determines the type of state change at the predetermined point of the orbit based on the category score of the measurement time obtained for each vibration acceleration component of the frequency band different from each other extracted by the multivariate analysis. do,
An orbital state evaluation device characterized by this.
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