JP7458231B2 - 架線とパンタグラフの相対位置監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、架線とパンタグラフの相対位置監視装置に関する。

レール上を走行する車両に設置され架線を計測する装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００４－０４２８３７号公報 特開２００３－３４１３８９号公報

ところで、工場等で用いられる車両には、複数のパンタグラフを有し、これら複数のパンタグラフのそれぞれが複数の架線のうちの１つに接触することで、受電するものがある。このような車両では、一つ一つのパンタグラフは幅が狭い。このため、パンタグラフの位置と架線の位置とのずれ量が小さい場合でも、パンタグラフが架線から離れてしまい、車両への受電に支障が生じることがある。よって、複数のパンタグラフのそれぞれに対して対応する架線との接触状態をモニタリングし、何れのパンタグラフも架線から外れることを防止できるように監視することが重要である。しかしながら、特許文献１，２には、何れも、複数のパンタグラフがそれぞれ異なる架線と接触する車両についての言及は何らされていない。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、複数のパンタグラフがそれぞれ異なる架線と接触する車両においてパンタグラフと架線との相対位置を検出できる、架線とパンタグラフの相対位置監視装置を提供することを目的とする。

本発明は、下記の架線とパンタグラフの相対位置監視装置を要旨とする。

（１）並行して配列された複数の架線に個別に接触する複数のパンタグラフを有する車両に設置され、複数の前記架線と接触している複数の前記パンタグラフを撮影する撮像部と、
前記撮像部で得られた画像を基に各前記パンタグラフと対応する前記架線との相対位置を検出する相対位置検出部と、
を備えている、架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（２）前記撮像部は、１つのカメラを用いて形成されている、前記１に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（３）前記撮像部は、複数の前記パンタグラフのうち前記車両の車幅方向における中央寄りの前記パンタグラフと前記車両の車長方向に並んで配置されている、前記１または前記２に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（４）前記相対位置検出部は、前記画像から架線像およびパンタグラフ像を検出し、検出した前記架線像および前記パンタグラフ像を用いて前記相対位置を検出する、前記１～前記３の何れか１項に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（５）前記相対位置検出部は、前記パンタグラフ像と前記架線像について、前記車両の車幅方向における相対位置ずれ量を検出する、前記４に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（６）前記相対位置検出部は、前記相対位置ずれ量が所定値以上である場合に、異常を示すエラー信号を生成する、前記５に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（７）前記相対位置検出部は、前記架線像を用いて、前記車両の車長方向に対する前記架線像の傾き角を検出する、前記４～前記６の何れか１項に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（８）前記相対位置検出部は、前記傾き角が所定角以上である場合に、異常を示すエラー信号を生成する、前記７に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（９）前記監視装置は、表示部をさらに備え、
前記表示部は、前記相対位置検出部から前記架線と前記パンタグラフの相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときにエラー表示を行う、前記１～前記８の何れか１項に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（１０）前記監視装置は、
前記画像を動画として記憶する記憶部と、
前記記憶部を制御する制御部と、
操作部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記操作部からの指令に基づいて前記記憶部に前記動画を記憶させる動作と、前記相対位置検出部から前記架線と前記パンタグラフの相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときに前記記憶部に前記動画を記憶させる動作と、の少なくとも一方を行わせる、前記１～前記９の何れか１項に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

（１１）前記監視装置は、
表示部をさらに備え、
前記制御部は、前記操作部からの指令に基づいて記憶された前記動画を前記表示部で再生する指令と、前記エラー信号が発せられたときに記憶された前記動画を前記表示部で再生する指令と、を生成する、前記１０に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。

本発明によると、複数のパンタグラフがそれぞれ異なる架線と接触する車両においてパンタグラフと架線との相対位置を検出できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る架線とパンタグラフの相対位置監視装置と、この監視装置による監視対象となる車両の主要部を示す模式的な側面図である。 図２は、車両と架線との接触状態を説明するための斜視図である。 図３は、車両のパンタグラフと架線との接触状態の一例を示す主要部の模式的な斜視図であり、架線の下側から見た状態を示している。 図４は、監視装置１の電気的な構成を示すブロック図である。 図５は、カメラで取得された画像データを処理装置で画像処理した後の判定用画像の一例を示す図である。 図６は、カメラで取得された画像データを処理装置で画像処理した後の判定用画像の一例を示す図である。 図７は、表示装置の表示画面の一例を示す図であり、エラー表示されていない状態を示している。 図８は、表示装置の表示画面の一例を示す図であり、エラー表示されている状態を示している。 図９は、監視装置における処理動作の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る架線とパンタグラフの相対位置監視装置１と、この監視装置１による監視対象となる車両１００の主要部を示す模式的な側面図である。図２は、車両１００と架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３との接触状態を説明するための斜視図である。図３は、車両１００のパンタグラフ１０１，１０２，１０３と架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３との接触状態の一例を示す主要部の模式的な斜視図であり、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の下側から見た状態を示している。

図１～図３を参照して、架線とパンタグラフの相対位置監視装置１（以下、単に監視装置１ともいう。）は、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３とパンタグラフ１０１，１０２，１０３との相対位置を監視するために用いられる。架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、複数本（本実施形態では、３本）設けられており、図示しない支柱に支持されて略水平に配置されている。架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、略同じ高さに配置されており、互いに略平行に延びている。架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、細長い導線であり、撓み、水平方向の傾き、および、垂直方向の傾きが生じやすい傾向にある。架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、例えば、車両１００の原動機としてのモータ（図示せず）を駆動する電力を車両１００に供給するために架けられている。架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の下方を車両１００が走行する。

車両１００は、例えば鉄道車両であり、工場等に敷設された線路上を走行する。本実施形態では、車両１００の屋根１０４に架台１０５が設置されている。架台１０５に、複数（本実施形態では、３つ）のパンタグラフ１０１，１０２，１０３が設置されている。パンタグラフ１０１，１０２，１０３は、本実施形態では、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の延びる方向に対して傾斜するように配置されている。パンタグラフ１０２は、中央の架線Ｌ２の下方に配置されている。パンタグラフ１０１，１０３は、左右両側の架線Ｌ１，Ｌ３の下方に配置されている。

パンタグラフ１０１には、ステー１０１ａに支持されたローラ１０１ｂが設けられている。パンタグラフ１０１のうちローラ１０１ｂが架線Ｌ１に接触して架線Ｌ１から電力を受ける。同様に、パンタグラフ１０２，１０３には、それぞれ、対応するステー１０２ａ，１０３ａに支持されたローラ１０２ｂ，１０３ｂが設けられている。パンタグラフ１０２，１０３のうちローラ１０２ｂ、１０３ｂが対応する架線Ｌ２，Ｌ３に接触して架線Ｌ２，Ｌ３から電力を受ける。

監視装置１は、架線Ｌ１とパンタグラフ１０１のローラ１０１ｂとの相対位置、架線Ｌ２とパンタグラフ１０２のローラ１０２ｂとの相対位置、および、架線Ｌ３とパンタグラフ１０３のローラ１０３ｂとの相対位置を監視する。本実施形態では、監視装置１は、車両１００に設置されている。

監視装置１は、カメラ（撮像部）２と、カメラ２に接続された処理装置３と、処理装置３に接続された入力装置（操作部）４および表示装置（表示部）５と、を有している。

なお、本実施形態では、処理装置３、入力装置４および表示装置５が車両１００に設置される形態を例に説明するけれども、この通りでなくてもよい。例えば、処理装置３、入力装置４および表示装置５の少なくとも一つが車両１００の外側に設けられた制御室（図示せず）等に設置され、カメラ２と有線通信または無線通信可能に構成されてもよい。

カメラ２は、上述したように、並行して配列された複数の架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に個別に接触する複数のパンタグラフ１０１，１０２，１０３を有する車両１００に設置されている。カメラ２は、複数の架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と接触している複数のパンタグラフ１０１，１０２，１０３を撮影する撮像部である。本実施形態では、カメラ４として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ、ＣＭＯＳ（相補型）カメラ等を例示できる。このように、カメラ２は、カラー画像を撮影可能なカメラである。なお、カメラ２は、白黒画像を撮影可能なカメラであってもよい。

本実施形態では、カメラ２は、１つ設けられており、１つのカメラ２（１つのレンズを有するカメラ）が複数の架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３および対応する架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と接触しているパンタグラフ１０１，１０２，１０３を撮影する。本実施形態では、カメラ２は、複数のパンタグラフ１０１，１０２，１０３のうち車両１００の車幅方向Ｘにおける中央寄りのパンタグラフ１０２と車両１００の車長方向Ｚに並んで配置されている。カメラ２の画像データは、処理装置３へ出力される。

処理装置３は、本実施形態では、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータである。なお、処理装置３は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含む構成であってもよいし、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を用いて形成されていてもよいし、シーケンス回路等を用いて形成されていてもよい。処理装置３は、ＲＯＭまたはハードディスク（ＨＤＤ）等の記憶装置に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで、プログラム的に各種機能を発揮する。

図４は、監視装置１の電気的な構成を示すブロック図である。図１～図４を参照して、処理装置３は、カメラ２と、キーボードおよびマウスを含む入力装置４と、液晶ディスプレイ等の表示装置５と、に電気的に接続されている。また、処理装置３は、前述したように、ＣＰＵがプログラムを実行することで、制御部１１、相対位置検出部１２、および、記憶部１３としての機能を発揮する。

制御部１１は、処理装置３における制御を司る。記憶部１３は、カメラ２で撮影された画像を特定する画像データを静止画および動画として例えば監視装置１の動作中常時記憶している。なお、記憶部１３は、指定された間のみ上記画像データを記憶してもよい。

相対位置検出部１２は、カメラ２で得られた画像を基に各パンタグラフ１０１，１０２，１０３と対応する架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３との相対位置を検出する。より具体的には、本実施形態では、相対位置検出部１２は、例えば、カメラ２で取得された画像データについて、（１）前準備処理を行うことで、判定用画像Ｇ１を生成する。また、（２）カメラ２で取得された画像データおよび判定用画像Ｇ１等を用いて架線検出処理およびパンタグラフ検出処理を行う。また、（３）架線勾配算出処理および架線ずれ量算出処理を行い、さらに、（４）判定処理を行う。その後、相対位置検出部１２は、（５）表示処理を行う。これらの処理のより具体的な構成は、後述する。

図５および図６は、カメラ２で取得された画像データを処理装置３で画像処理した後の判定用画像Ｇ１の一例を示す図である。図５は、架線Ｌ１がローラ１０１ｂに対して平行にずれた状態を示し、図６は、架線Ｌ１がローラ１０１ｂに対して傾くように延びている状態を示している。図１～図６を参照して、本実施形態では、相対位置検出部１２は、カメラ２で得られた、各パンタグラフ１０１，１０２，１０３と各架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の画像を特定する画像データをカメラ２から読み込む。そして、相対位置検出部１２は、この画像データを基に上述した前準備を行うことで、上記判定用画像Ｇ１を生成する。

本実施形態では、相対位置検出部１２は、上記判定用画像Ｇ１等、カメラ２から与えられた画像から架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の像としての架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇおよびパンタグラフ１０１，１０２，１０３の像の一部であるローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧを検出する。そして、相対位置検出部１２は、検出したこれら架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇおよびパンタグラフ像のローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧを用いて、各パンタグラフ１０１，１０２，１０３と対応する架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３との相対位置を検出する。

より具体的には、相対位置検出部１２は、パンタグラフ像のローラ像１０１ｂＧと架線像Ｌ１Ｇとを用いて、架線Ｌ１の直線形状（輪郭形状）を検出するとともに、この架線像Ｌ１Ｇの例えば中心線Ｃ１０Ｇの座標を算出する。相対位置検出部１２は、この中心線Ｃ１０Ｇの位置を架線Ｌ１の中心位置として規定する。また、相対位置検出部１２は、カメラ２の画像データを基にローラ像１０１ｂＧの形状（輪郭形状）を検出するとともに、このローラ像１０１ｂＧのうち架線像Ｌ１Ｇとの交差位置Ａ１２Ｇ（ローラ１０１ｂと架線Ｌ１との接触位置）の座標、および、車幅方向Ｘにおけるローラ像中心点Ａ１１Ｇの座標を算出する。

相対位置検出部１２は、上述した架線像Ｌ１Ｇの直線形状の検出、中心線Ｃ１０Ｇの算出、パンタグラフ像のローラ像１０１ｂＧの形状の検出、ローラ像１０１ｂＧのうち架線像Ｌ１Ｇとの交差位置Ａ１２Ｇにおける座標の算出、および、車幅方向Ｘにおけるローラ像中心点Ａ１１Ｇの座標の算出と同様の手順を、架線像Ｌ２Ｇ、ローラ像１０２ｂＧ、架線像Ｌ３Ｇ、および、ローラ像１０３ｂＧに対しても行う。これにより、相対位置検出部１２は、架線像Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇの直線形状の検出、中心線Ｃ２０Ｇ，Ｃ３０Ｇの算出、パンタグラフ像のローラ像１０２ｂＧ，１０３ｂＧの形状の検出、ローラ像１０２ｂＧ，１０３ｂＧのうち架線像Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇとの交差位置Ａ２２Ｇ，Ａ３２Ｇにおける座標の算出、および、車幅方向Ｘにおけるローラ像中心点Ａ２１Ｇ，Ａ３１Ｇの座標算出を行う。

相対位置検出部１２は、上述の算出の後、パンタグラフ像のローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧ毎に、対応する架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇとの相対位置が所定の許容範囲内であるか否かを検出する。

相対位置検出部１２は、例えば、パンタグラフ１０１に関して、パンタグラフ像のローラ像１０１ｂＧの中心であるローラ像中心点Ａ１１Ｇと、架線像Ｌ１Ｇの中心線Ｃ１０Ｇとの間における、車幅方向Ｘのずれ量Δ１を判定する。このずれ量Δ１がゼロまたはゼロ以上所定の第１しきい値未満であれば、相対位置検出部１２は、架線Ｌ１の車幅方向ずれ量が許容範囲内であると判定する。また、このずれ量Δ１が所定の第１しきい値以上で且つ所定の第２しきい値未満であれば、相対位置検出部１２は、架線Ｌ１の車幅方向ずれ量は許容範囲内であるけれども許容範囲から外れるおそれがあると判定する。また、このずれ量Δが所定の第２のしきい値以上であれば、相対位置検出部１２は、架線Ｌ１の車幅方向ずれ量は許容範囲から外れていると判定する。相対位置検出部１２は、ずれ量Δ１が許容範囲外である場合に、異常を示すエラー信号を生成する。

また、相対位置検出部１２は、パンタグラフ１０１に関して、架線像Ｌ１Ｇを用いて、車長方向Ｚに対する架線像Ｌ１Ｇの傾き角θ１を検出する。相対位置検出部１２は、この傾き角θ１を判定する。この傾き角θ１がゼロまたはゼロ以上所定の第１しきい角未満であれば、相対位置検出部１２は、架線Ｌ１の傾きが許容範囲内であると判定する。また、傾き角θ１が所定の第１しきい角以上で且つ所定の第２しきい角未満であれば、相対位置検出部１２は、架線Ｌ１は許容範囲内に存在しているけれども許容範囲から外れるおそれがあると判定する。また、傾き角θ１が所定の第２のしきい角以上であれば、相対位置検出部１２は、架線Ｌ１は許容エリアから外れるおそれが強いと判定する。相対位置検出部１２は、パンタグラフ１０１に対する架線Ｌ１の傾き角θ１が許容範囲外である場合に、異常を示すエラー信号を生成する。

相対位置検出部１２は、架線Ｌ１と同じ手順で、架線Ｌ２，Ｌ３についても判定を行う。すなわち、相対位置検出部１２は、架線像Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇと対応するパンタグラフ像のローラ像１０２ｂＧ，１０３ｂＧとの車幅方向Ｘにおけるずれ量Δ２，Δ３と、車長方向Ｚに対する架線像Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇの傾き角θ２，θ３について判定する。

相対位置検出部１２は、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３についての上述した判定結果を特定するデータを、表示装置５へ出力する。

表示装置５は、相対位置検出部１２の検出結果等を表示する。表示装置５は、例えば、液晶モニターであり、処理装置３が入力装置４からの操作を受けて表示装置５の表示内容を変更可能である。表示装置５は、処理装置３から出力されたデータに基づいて表示を行う。図７および図８は、表示装置５の表示画面の一例を示す図であり、図７は、エラー表示されていない状態を示しており、図８は、エラー表示されている状態を示している。

図１～図８を参照して、表示装置５の表示画面には、カレンダー表示部２１と、カメラ画像表示部２２と、動作ボタン２３と、説明文表示部２４と、ずれ量インジケータ２５と、ずれ量表示部２６と、傾き角表示部２７と、エラー情報表示部２８と、記録設定部２９と、拡大表示指示部３０と、が設けられている。なお、表示装置５の表示画面に示されている内容についての操作は、作業員が入力装置４を操作することで行われる。

カレンダー表示部２１は、現在時点での時刻を表示している。カメラ画像表示部２２は、カメラ２が撮影した画像を表示する。動作ボタン２３は、監視装置１による監視動作をスタートさせるためのスタートボタンと、監視装置１による監視動作を終了させるためのストップボタンと、入力装置４の操作によって設定された内容を初期状態に戻すためのリセットボタンと、を含んでいる。

説明文表示部２４は、監視装置１による監視状態に関する主な説明を表示するための部分であり、図７では、一例として、監視装置１の監視動作が開始される旨を表示している。図８では、一例として、右側の架線Ｌ３がパンタグラフ１０３から外れてしまった旨を表示している。

ずれ量インジケータ２５は、上述したずれ量Δ１，Δ２，Δ３をそれぞれ視覚的に表示するために設けられている。ずれ量インジケータ２５は、架線Ｌ１についてのずれ量Δ１を表示するためのインジケータ２５ａと、架線Ｌ２についてのずれ量Δ２を表示するためのインジケータ２５ｂと、架線Ｌ３についてのずれ量Δ２を表示するためのインジケータ２５ｃと、を有している。インジケータ２５ａは、ずれ量Δ１に応じた位置に配置されている。インジケータ２５ｂは、ずれ量Δ２に応じた位置に配置されている。インジケータ２５ｃは、ずれ量Δ３に応じた位置に配置されている。図７では、一例として、ずれ量Δ１，Δ２，Δ３が何れもゼロである状態を示している。図８では、一例として、ずれ量Δ１が第１しきい値未満であり、ずれ量Δ２が第１しきい値以上第２しきい値未満であり、ずれ量Δ３が第２しきい値以上である状態を示している。

ずれ量表示部２６は、架線Ｌ１についてのずれ量Δ１と、架線像Ｌ２Ｇについてのずれ量Δ２と、架線Ｌ３についてのずれ量Δ３と、をそれぞれ数値で示している。

ずれ量表示部２６は、相対位置検出部１２の検出結果に応じた表示を行う。

ずれ量表示部２６は、例えば、ずれ量Δ（Δ１，Δ２，Δ３）がゼロまたは第１しきい値未満の場合に緑色を表示し、ずれ量Δが第１しきい値以上第２しきい値未満の場合に黄色を表示し、ずれ量Δが第２しきい値以上の場合に赤色を表示する。前述したように、ずれ量Δが第２しきい値以上の場合には、相対位置検出部１２は、異常を示すエラー信号を生成する。ずれ量表示部２６は、このエラー信号を受信したときにエラー表示として、上述した例えば赤色の表示を行う。すなわち、表示装置５は、相対位置検出部１２から架線とパンタグラフの相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときにエラー表示を行う。

図７では、一例として、ずれ量Δ１，Δ２，Δ３が何れもゼロであり、ずれ量表示部２６のうちずれ量Δ１，Δ２，Δ３を表示している箇所が何れも緑色である状態を、ハッチング無しで示している。一方、図８では、右架線Ｌ３のずれ量Δ３が第２しきい値以上であってずれ量表示部２６において右架線Ｌ３のずれ量Δ３が赤色表示されている状態を、クロスハッチングで示している。また、中架線Ｌ２のずれ量Δ２が第１しきい値以上且つ第２しきい値未満であってずれ量表示部２６において中架線Ｌ２のずれ量Δ２が黄色表示されている状態を、ハッチングで示している。

傾き角表示部２７は、架線Ｌ１についての傾き角θ１と、架線２についての傾き角θ２と、架線Ｌ３についての傾き角θ３と、をそれぞれ数値で示している。

傾き角表示部２７は、相対位置検出部１２の検出結果に応じた表示を行う。

傾き角表示部２７は、例えば、傾き角θ（θ１，θ２，θ３）がゼロまたは第１しきい角未満の場合に緑色を表示し、傾き角θが第１しきい角以上第２しきい角未満の場合に黄色を表示し、傾き角θが第２しきい角以上の場合に赤色を表示する。前述したように、傾き角θが第２しきい角以上の場合には、相対位置検出部１２は、異常を示すエラー信号を生成する。傾き角表示部２７は、このエラー信号を受信したときにエラー表示として、上述した例えば赤色の表示を行う。すなわち、表示装置５は、相対位置検出部１２から架線とパンタグラフの相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときにエラー表示を行う。

図７では、一例として、傾き角θ１，θ２，θ３が何れもゼロであり傾き角表示部２７のうち傾き角θ１，θ２，θ３を表示している箇所が何れも緑色である状態を、ハッチング無しで示している。一方、図８では、傾き角表示部２７において右架線Ｌ３の傾き角θ３が第２しきい角以上であって右架線Ｌ３の傾き角θ３が赤色表示されている状態を、クロスハッチングで示している。また、傾き角表示部２７において中架線Ｌ２の傾き角θ２が第１しきい角以上且つ第２しきい角未満であって中架線Ｌ２の傾き角θ２が黄色表示されている状態を、ハッチングで示している。

エラー情報表示部２８は、相対位置検出部１２からエラー信号が発せられたときの信号発生開始時刻と、この時刻からのカメラ２を用いた動画記録時間と、を表示している。すなわち、記憶部１３は、エラー信号が発せられたときに、カメラ２からの動画を記録する。本実施形態では、エラー情報表示部２８には、エラー発生時の動画（エラー動画）の視聴を開始するためのエラー動画再生ボタンも表示されている。このように、制御部１１は、相対位置検出部１２から架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と対応するパンタグラフ１０１，１０２，１０３の相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときに、記憶部１３に動画を記憶させる動作を行わせる。制御部１１は、入力装置４からの指令に基づいて上記エラー動画再生ボタンが操作されたときに、記憶部１３に記憶された上記エラー動画を表示装置５のカメラ画像表示部２２で再生する。

記録設定部２９は、カメラ２を用いた動画記録開始を指示するための記録スタートボタンと、この動画記録のストップを指示するための記録ストップボタンと、この記録動画の記録時間を表示する部分と、記録動画の視聴を開始するための記録動画再生ボタンと、を有している。制御部１１は、入力装置４からの指令に基づいて上記記録スタートボタンが操作されたときに、記憶部１３にカメラ２からの動画を記憶させる。また、制御部１１は、入力装置４からの指令に基づいて上記記録動画再生ボタンが操作されたときに、記憶部１３に記憶された上記動画を表示装置５のカメラ画像表示部２２に再生する。

なお、制御部１１は、上述した、記録設定部２９が操作されたことにより記憶部１３に動画を記憶させる動作と、エラー信号を受信したときに記憶部１３に動画を記憶させる動作と、の双方を行ってもよいし、一方のみを行わせてもよい。

拡大表示指示部３０は、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（左架線Ｌ１，中架線Ｌ２，右架線Ｌ３）の何れか１つを拡大してカメラ画像表示部２２に表示させるための指示ボタンを有している。

図９は、監視装置１における処理動作の流れの一例を示すフローチャートである。図９を参照して説明するときは、図９以外の図も適宜参照しながら説明する。

図９を参照して、監視装置１における監視動作では、まず、カメラ２がパンタグラフ１０１，１０２，１０３およびパンタグラフ１０１，１０２，１０３と接触している箇所の周囲の架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を撮影する（ステップＳ１）。これにより、カメラ２の画像データ（動画データ）が生成される。

次に、画像データをカメラ２から受信した処理装置３の相対位置検出部１２は、前準備処理を行う（ステップＳ２）。前準備処理では、相対位置検出部１２は、前準備処理では、カラーの画像データを、グレースケールの画像データに変換し、さらに、ノイズを除去する。そして、ノイズが除去されたグレースケールの画像データからエッジ（輪郭）を検出する。これにより、前処理後画像が生成される。

次いで、相対位置検出部１２は、パンタグラフ検出処理（ステップＳ３）と、架線検出処理（ステップＳ４）と、を行う。なお、ステップＳ３，Ｓ４は並行して行われてもよいし、一方が行われた後に他方が行われてもよい。

パンタグラフ検出処理（ステップＳ３）では、相対位置検出部１２は、例えば、パターンマッチング、面積等の特徴量抽出・照合等の手法によって、前処理後画像からパンタグラフ像の一部であるローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧの輪郭を検出する（ステップＳ３－１）。次に、相対位置検出部１２は、この輪郭をメモリ上で描く（ステップＳ３－２）。相対位置検出部１２は、描いた輪郭から、パンタグラフのローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧのそれぞれの中心点としてのローラ像中心点Ａ１１Ｇ，Ａ２１Ｇ，Ａ３１Ｇを検出する（ステップＳ３－３）。

架線検出処理（ステップＳ４）では、相対位置検出部１２は、例えば、パターンマッチング、面積等の特徴量抽出・照合等の手法によって、前処理後画像から架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇの線形状を検出する（ステップＳ４－１）。次に、相対位置検出部１２は、この線形状をメモリ上で描く（ステップＳ４－２）。相対位置検出部１２は、描いた線形状から、架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇのそれぞれの中心線Ｃ１０Ｇ，Ｃ２０Ｇ，Ｃ３０Ｇの算出と、車長方向Ｚに対する架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇのそれぞれの傾き角θ１，θ２，θ３の算出と、を行う（ステップＳ４－３）。

上記のステップにより、パンタグラフのローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧおよび架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇを含む判定用画像Ｇ１の画像データが生成される。

次に、相対位置検出部１２は、判定用画像Ｇ１から、ローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧと、対応する架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇとの交差位置Ａ１２Ｇ，Ａ２２Ｇ，Ａ３２Ｇを算出する（ステップＳ５）。交差位置Ａ１２Ｇ，Ａ２２Ｇ，Ａ３２Ｇは、例えば、ローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧの中心点（図心）を通り車幅方向Ｘに延びる直線Ｃ１１Ｇ，Ｃ２１Ｇ，Ｃ３１Ｇと、対応する架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇの中心線Ｃ１０Ｇ，Ｃ２０Ｇ，Ｃ３０Ｇとの交点である。

次に、相対位置検出部１２は、ずれ量Δ１，Δ２，Δ３を算出する（ステップＳ６）。具体的には、相対位置検出部１２は、車幅方向Ｘにおける、ローラ像中心点Ａ１１Ｇ，Ａ２１Ｇ，Ａ３１Ｇと対応する交差位置Ａ１２Ｇ，Ａ２２Ｇ，Ａ３２Ｇとの距離を算出する。

次に、相対位置検出部１２は、ずれ量Δ１，Δ２，Δ３および傾き角θ１，θ２，θ３のそれぞれについて、判定を行う（ステップＳ７）。具体的には、前述したように、相対位置検出部１２は、ずれ量Δ１，Δ２，Δ３が、ゼロまたは第１しきい値未満のときには緑色の表示を行うように判定し、第１しきい値以上第２しきい値未満のときには黄色の表示を行うように判定し、第２しきい値以上のときには赤色の表示を行うように、すなわち、エラー表示を行うように判定する。また、前述したように、相対位置検出部１２は、傾き角θ１，θ２，θ３が、ゼロまたは第１しきい角未満のときには緑色の表示を行うように判定し、第１しきい角以上第２しきい角未満のときには黄色の表示を行うように判定し、第２しきい角以上のときには赤色の表示を行うように、すなわち、エラー表示を行うように判定する。

次に、相対位置検出部１２は、判定に応じた表示を行うように表示装置５へデータを出力し、表示装置５に判定に応じた表示を行わせる（ステップＳ８）。これにより、上述したように、表示装置５に、判定内容に応じた表示が行われる。

以上説明したように、本実施形態によると、監視装置１は、複数のパンタグラフ１０１，１０２，１０３がそれぞれ異なる架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と接触する車両１００において、各パンタグラフ１０１，１０２，１０３と対応する架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３との相対位置を検出できる。幅の狭いパンタグラフ１０１，１０２，１０３を有する車両１００においては、特に、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からのパンタグラフ１０１，１０２，１０３の外れが生じやすい。よって、このような監視装置１を用いることにより、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からパンタグラフ１０１，１０２，１０３が外れるおそれを早期に発見できる。その結果、車両１００の操業停止による不利益をゼロまたは最小限にできる。

また、本実施形態によると、１つのカメラ２で複数の架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３および複数のパンタグラフ１０１，１０２，１０３を撮影できる。この構成によると、カメラ２を複数用いる必要がなく、コスト安価に監視装置１を製造できる。

また、本実施形態によると、カメラ２は、車両１００の車幅方向Ｘにおける中央寄りのパンタグラフ１０２と車両１００の車長方向Ｚに並んで配置されている。この構成によると、カメラ２による架線Ｌ１，Ｌ３の検出精度をより高くできる。

また、本実施形態によると、相対位置検出部１２は、カメラ２で得られた画像から架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇおよびパンタグラフのローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧを検出し、検出した架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇおよびパンタグラフ像のローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧを用いて、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３とパンタグラフ１０１，１０２，１０３との相対位置を検出する。このように、画像処理を行うことで、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３とパンタグラフ１０１，１０２，１０３との相対位置を確実に検出できる。

特に、本実施形態では、相対位置検出部１２は、パンタグラフ像のローラ像１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧと架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇについて、車幅方向Ｘにおける相対位置ずれ量Δ１，Δ２，Δ３を検出する。このようなシンプルな検出方法により、処理装置３の演算負荷が小さくて済む。

また、本実施形態によると、相対位置検出部１２は、架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇを用いて、車長方向Ｚに対する架線像Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇの傾き角θ１，θ２，θ３を検出する。この構成によると、車幅方向Ｘにおける架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のずれ量Δ１，Δ２，Δ３のみならず、パンタグラフ１０１，１０２，１０３に対する架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の傾き角θ１，θ２，θ３も考慮して警告を行うことができる。よって、パンタグラフ１０１，１０２，１０３から架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が外れることをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、相対位置検出部１２は、上記の相対位置ずれ量Δ１，Δ２，Δ３が第２しきい値以上である場合と、傾き角θ１，θ２，θ３が第２しきい角以上である場合に、異常を示すエラー信号を生成する。この構成によると、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の位置ずれや傾きが大きい場合に警告を行うことができ、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からパンタグラフ１０１，１０２，１０３が外れることをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、表示装置５は、相対位置検出部１２から架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３とパンタグラフ１０１，１０２，１０３の相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときにエラー表示を行う。このエラー表示は、例えば、説明文表示部２４、ずれ量インジケータ２５、ずれ量表示部２６、傾き角表示部２７、および、エラー情報表示部２８にて行われる。この構成によると、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の位置ずれまたは傾きが大きい場合に警告を行うことができ、架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からパンタグラフ１０１，１０２，１０３が外れることをより確実に抑制できる。

また、本実施形態によると、制御部１１は、入力装置４の指令によって表示装置５における「記録スタート」ボタンを押操作されたことに基づいて、記憶部１３にカメラ２からの動画を記憶させる動作を行わせることができる。そして、制御部１１は、入力装置４からの指令によって表示装置５における「記録動画を再生」ボタンを押操作されたことに基づいて、記憶された動画を表示装置５で再生させることができる。これにより、任意のタイミングでパンタグラフ１０１，１０２，１０３と架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３との接触状態を記録でき、作業員が車両１００の屋根１０４に登ることなくパンタグラフ１０１，１０２，１０３の状態を確認できる。よって、車両１００のメンテナンス作業をより容易に行える。また、制御部１１は、相対位置検出部１２からエラー信号を受信したときに、記憶部１３にカメラ２からの動画を記憶させることができる。そして、制御部１１は、入力装置４からの指令によって表示装置５における「エラー動画再生」ボタンを押操作されたことに基づいて、エラー信号が発せられたときに記憶された動画を表示装置５で再生させることができる。これにより、パンタグラフ１０１，１０２，１０３が架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から外れた直後の状態を画像で確認できる。よって、パンタグラフ１０１，１０２，１０３が再度架線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から外れないような対策を講じやすくできる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。

本発明は、架線とパンタグラフの相対位置監視装置として、広く適用できる。

１ 架線とパンタグラフの相対位置監視装置
２ カメラ（撮像部）
４ 入力装置（操作部）
５ 表示装置（表示部）
１１ 制御部
１２ 相対位置検出部
１３ 記憶部
１００ 車両
１０１，１０２，１０３ パンタグラフ
１０１ｂＧ，１０２ｂＧ，１０３ｂＧ ローラ像（パンタグラフ像）
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 架線
Ｌ１Ｇ，Ｌ２Ｇ，Ｌ３Ｇ 架線像
Ｘ 車幅方向
Ｚ 車長方向
Δ１，Δ２，Δ３ 相対位置ずれ量
θ１，θ２，θ３ 傾き角

Claims (4)

1. 並行して配列された複数の架線に個別に接触する複数のパンタグラフを有する車両に設置され、複数の前記架線と接触している複数の前記パンタグラフを撮影する撮像部と、
   前記撮像部で得られた画像を基に各前記パンタグラフと対応する前記架線との相対位置を検出する相対位置検出部と、
   を備え、
   前記相対位置検出部は、前記画像から架線像およびパンタグラフ像を検出し、検出した前記架線像および前記パンタグラフ像を用いて前記相対位置を検出し、
   前記相対位置検出部は、前記パンタグラフ像と前記架線像について、前記車両の車幅方向における相対位置ずれ量を検出し、前記相対位置ずれ量が所定値以上である場合に、異常を示すエラー信号を生成し、
   前記相対位置検出部は、前記架線像を用いて、前記車両の車長方向に対する前記架線像の傾き角を検出し、前記傾き角が所定角以上である場合に、異常を示すエラー信号を生成する、架線とパンタグラフの相対位置監視装置。
2. 前記画像を動画として記憶する記憶部と、
   前記記憶部を制御する制御部と、
   操作部と、
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記操作部からの指令に基づいて前記記憶部に前記動画を記憶させる動作と、前記相対位置検出部から前記架線と前記パンタグラフの相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときに前記記憶部に前記動画を記憶させる動作と、の少なくとも一方を行わせる、請求項１に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。
3. 表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記操作部からの指令に基づいて記憶された前記動画を前記表示部で再生する指令と、前記エラー信号が発せられたときに記憶された前記動画を前記表示部で再生する指令と、を生成する、請求項２に記載の架線とパンタグラフの相対位置監視装置。
4. 並行して配列された複数の架線に個別に接触する複数のパンタグラフを有する車両に設置され、複数の前記架線と接触している複数の前記パンタグラフを撮影する撮像部と、
   前記撮像部で得られた画像を基に各前記パンタグラフと対応する前記架線との相対位置を検出する相対位置検出部と、
   前記画像を動画として記憶する記憶部と、
   前記記憶部を制御する制御部と、
   操作部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記操作部からの指令に基づいて前記記憶部に前記動画を記憶させる動作と、前記相対位置検出部から前記架線と前記パンタグラフの相対位置に関する異常を示すエラー信号を受信したときに前記記憶部に前記動画を記憶させる動作と、の少なくとも一方を行わせ、
   表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記操作部からの指令に基づいて記憶された前記動画を前記表示部で再生する指令と、前記エラー信号が発せられたときに記憶された前記動画を前記表示部で再生する指令と、を生成する、架線とパンタグラフの相対位置監視装置。
   

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