JPH06207830A - Apparatus and method for measuring shape of roadway - Google Patents

Apparatus and method for measuring shape of roadway

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JPH06207830A
JPH06207830A JP1930293A JP1930293A JPH06207830A JP H06207830 A JPH06207830 A JP H06207830A JP 1930293 A JP1930293 A JP 1930293A JP 1930293 A JP1930293 A JP 1930293A JP H06207830 A JPH06207830 A JP H06207830A
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train
box
speed
detector
detecting
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Koichi Yamada
幸一 山田
Kakumi Mori
加久見 森
Hiroyasu Ezaki
浩康 江崎
Hiroshi Takagi
博 高木
Kazuaki Saitou
一晶 斉藤
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Mitsubishi Precision Co Ltd
Central Japan Railway Co
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Mitsubishi Precision Co Ltd
Central Japan Railway Co
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Abstract

PURPOSE:To achieve efficient operation of a train maintaining riding comfort of passengers by substituting a detection data into a formula for determining a relationship of a train speed, a train acceleration, an angular speed of a box body, an angle of inclination of a roadway and a displacement value of the box body to calculate a cant value of the rail road. CONSTITUTION:A detecting section 10 detects a speed V of a train running on a railroad as indicated by 30 while detecting accelerations alphaX-alphaZ as indicated by X30-Z30 in the directions of the respective axes of X, Y and Z (X-Z) orthogonal to one another fixed on the train. Moreover, the detecting section detects angular velocity omegaX-omegaZ about the axes and a vertical displacement as indicated by 32X-32Z and 34 at parts of box bodies of the train. Then, an arithmetic device 20 inputs detection data from the detecting section 10 and calculates a cant value nd a radius R of curvature represented by an angle phi of inclination of a line controlling an arithmetic program stored in an ROM memory 26 with a CPU 24 to be outputted to an external display or the like or to be stored into an RAM memory 28 temporarily.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は線路の曲率半径と,傾斜
角或いは両軌道レールの高さ方向の差等のカント量とを
含めた線路の形状を自動的に計測する装置とその方法に
関する。従って,線路のカーブ部分のカント量たる傾斜
等の情報を刻々と得つつ,列車を効率よく運行すると共
に乗客の乗り心地の向上を図る場合等に利用可能であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for automatically measuring the shape of a track including the radius of curvature of the track and the amount of cant such as the inclination angle or the difference in the height direction of both track rails. . Therefore, it can be used when the train is operated efficiently and the ride comfort of passengers is improved, while obtaining the information such as the inclination of the cant amount of the curved portion of the track every moment.

【0002】[0002]

【従来の技術】線路は直線部とカーブの部分とから成っ
ている。直線部においては列車の速度に特別な制限は存
在しないが,カーブ部分においては列車の遠心力のため
に,線路のカント量によってその速度が制限される。ひ
とつの線路上を運行速度の速い列車も,運行速度の遅い
列車も通過するため,カーブ部の線路のカント量は一般
に遅い列車にあわせて小さな値に設定されている。この
ため,乗客にたいする遠心力の影響からくる乗りごごち
から,運行速度の速い列車がそのカーブ部を通過する際
にも速度を小さめに設定している。また,線路のカーブ
部の開始位置を自動的に正確に予測することができず,
カーブ部に差し掛かる前に速度を低下させるが,列車の
安全性の観点から早目に速度を低下させている。
2. Description of the Related Art A track consists of a straight section and a curved section. There is no special restriction on the train speed in the straight section, but in the curve section, the speed is restricted by the cant amount of the track due to the centrifugal force of the train. Since both trains operating at high speed and trains operating at low speed pass on one track, the amount of cant on the track in the curve is generally set to a small value according to the train running at a slow speed. For this reason, the speed is set to a small value even when a train with a high operating speed passes through the curve due to the frustration of passengers due to the influence of centrifugal force on passengers. In addition, it is not possible to automatically and accurately predict the starting position of the curve part of the track,
Although the speed is reduced before approaching the curve, the speed is reduced earlier from the viewpoint of train safety.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】然しながら,上述の如
くカーブ部において列車の速度を大きくすることができ
ないと列車の運行を効率的に行なうことが不可能であ
り,また,カーブ部の開始点の正確な予測ができないこ
とはやはり効率的な運行の妨げになっていた。依って本
発明は,乗客の乗り心地を保持しつつ,列車の効率的な
運行を達成することを目的とする。
However, unless the speed of the train can be increased at the curved portion as described above, the train cannot be operated efficiently, and the starting point of the curved portion cannot be changed. The inability to make accurate predictions was a hindrance to efficient operation. Therefore, an object of the present invention is to achieve efficient train operation while maintaining passenger comfort.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑みて本発明
は,線路上を走行する列車の速度を検出する速度検出器
と,前記列車の加速度を検出する加速度検出器と,前記
列車の本体である箱体に搭載されて該箱体の角速度を検
出する角速度検出器と,前記箱体を支える列車のシャー
シ上において箱体が上下に変位する変位量を検出する変
位量検出器と,列車速度と列車加速度と箱体角速度と線
路傾斜角度と箱体変位量とを関係付ける式に前記各検出
器から出力される検出データを代入することによって前
記線路のカント量を算出する演算装置とを具備すること
を特徴とする線路形状計測装置を提供する。
In view of the above object, the present invention provides a speed detector for detecting the speed of a train traveling on a track, an acceleration detector for detecting the acceleration of the train, and a main body of the train. An angular velocity detector mounted on a box body for detecting an angular velocity of the box body, a displacement amount detector for detecting a displacement amount of the box body vertically displaced on a chassis of a train supporting the box body, and a train An arithmetic unit that calculates the cant amount of the track by substituting the detection data output from each of the detectors into an expression that relates the speed, the train acceleration, the box angular velocity, the track inclination angle, and the box displacement. A line shape measuring device characterized by being provided.

【0005】また,線路上を走行する列車の速度を検出
する速度検出器と,前記列車の加速度を検出する加速度
検出器と,前記列車の本体である箱体に搭載されて該箱
体の角速度を検出する角速度検出器と,前記箱体を支え
る列車のシャーシ上において該箱体が上下に変位する変
位量を検出する変位量検出器とから刻々と各検出データ
を演算装置に送信し,列車速度と列車加速度と箱体角速
度と箱体変位量と線路傾斜角度とを関係付ける式に前記
各検出データを代入することによって前記線路のカント
量を刻々と算出することを特徴とする線路形状計測方法
を提供する。
Further, a speed detector for detecting the speed of a train traveling on the track, an acceleration detector for detecting the acceleration of the train, and an angular velocity of the box mounted on the main body of the train. Each of the detection data is transmitted from the angular velocity detector for detecting the train speed and the displacement amount detector for detecting the amount of displacement of the box body up and down on the train chassis supporting the box body to the arithmetic unit, and the train is trained. A track shape measurement characterized in that the cant amount of the track is calculated every moment by substituting each of the detection data into an equation that relates the speed, the train acceleration, the box angular velocity, the box displacement, and the track inclination angle. Provide a way.

【0006】[0006]

【作用】前者の装置によれば,検出された加速度は,重
力加速度と,線路傾斜角度と,箱体の上下変位量と,遠
心加速度(列車の速度x角速度)との関数であるため,
列車の走行中においても演算装置によってその関係式を
使用して線路のカント量たる傾斜角が正確に求まる。
According to the former device, the detected acceleration is a function of the gravitational acceleration, the line inclination angle, the vertical displacement of the box, and the centrifugal acceleration (train speed x angular speed).
Even while the train is running, the inclination angle, which is the cant amount of the track, can be accurately obtained by using the relational expression by the arithmetic unit.

【0007】後者の方法によれば,速度検出器,加速度
検出器,角速度検出器,変位量検出器の各検出器によっ
て検出データが刻々と演算装置に送信されれば,列車速
度と列車加速度と箱体角速度と箱体変位量と線路傾斜角
度とを関係付ける式により,列車の走行中においても演
算装置は線路の正確なカント量を刻々と求めることがで
きる。
According to the latter method, if the detection data is transmitted to the arithmetic unit by each of the speed detector, the acceleration detector, the angular velocity detector, and the displacement amount detector, the train speed and the train acceleration are detected. With the equations that relate the box body angular velocity, the box displacement amount, and the track inclination angle, the arithmetic unit can obtain an accurate cant amount of the track every moment even while the train is running.

【0008】[0008]

【実施例】以下,本発明を添付図面に示す実施例に基づ
き更に詳細に説明する。図1は本発明に係る線路の形状
を計測する装置構成図を示す。大きく分けて,検出部1
0とその検出結果のデータを用いて線路の傾斜角φで代
表されるカント量と,線路の曲率半径Rとを演算によっ
て求める演算装置部20とがある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 shows a block diagram of an apparatus for measuring the shape of a line according to the present invention. Broadly speaking, the detection unit 1
There is an arithmetic unit 20 that calculates the cant amount represented by the inclination angle φ of the line and the radius of curvature R of the line by using 0 and the data of the detection result.

【0009】まず検出部10は,図3に示す線路16上
を走行する列車12の速度Vを検出する速度検出器30
を有している。この速度検出器30は,一般の列車に装
備されている速度計等で構成される。また,図2に示す
ように列車12に固定された直交X,Y,Z軸の各軸方
向の加速度αX,αY,αZを検出するX方向加速度検
出器30X,Y方向加速度検出器30Y,Z方向加速度
検出器30Zを有している。更に,各軸回りの角速度ω
X,ωY,ωZを検出する角速度検出器32Xと32Y
と32Zを有している。また更に,図4と図5において
説明するように列車12の箱体12Aの各所の上下変位
を検出する変位量検出器34を有している。
First, the detection unit 10 detects the speed V of the train 12 traveling on the track 16 shown in FIG.
have. The speed detector 30 is composed of a speedometer or the like equipped on a general train. Further, as shown in FIG. 2, X-direction acceleration detectors 30X, Y-direction acceleration detectors 30Y, Z for detecting accelerations αX, αY, αZ in the directions of orthogonal X, Y, Z axes fixed to the train 12, respectively. It has a directional acceleration detector 30Z. Furthermore, the angular velocity ω around each axis
Angular velocity detectors 32X and 32Y for detecting X, ωY, ωZ
And have 32Z. Further, as described with reference to FIGS. 4 and 5, a displacement amount detector 34 for detecting the vertical displacement of each part of the box body 12A of the train 12 is provided.

【0010】一方,演算装置20は,マイクロコンピュ
ータによって構成される。検出部10による各検出デー
タを入出力装置22を介して取り入れ,ROMメモリ2
6にストアされている後述の演算プログラムを中央演算
処理装置(CPU)24によって制御しながら線路16
の傾斜角φと曲率半径Rを算出する。この傾斜角φと曲
率半径Rとは外部のディスプレイ等に出力してもよく,
また,RAMメモリ28に一時的にストアしてもよい。
On the other hand, the arithmetic unit 20 is composed of a microcomputer. Each detection data from the detection unit 10 is taken in via the input / output device 22, and the ROM memory 2
The central processing unit (CPU) 24 controls a later-described calculation program stored in
The tilt angle φ and the radius of curvature R are calculated. The inclination angle φ and the radius of curvature R may be output to an external display or the like,
Further, it may be temporarily stored in the RAM memory 28.

【0011】次に,上記の装置によって各データを検出
し,そのデータを使用して,まず,列車全体が剛体であ
ると考えた場合の線路16の傾斜角φを検出する手法に
ついて説明する。この場合は,列車12の何処に各検出
器が取り付けられていても以下の方法が適用できる。図
2は,線路16が水平面に対して角度φだけ傾斜してい
る軌道上を列車12が通過中の状態を模式的に示してい
る。また,図3は,列車12が線路16上を通過中の平
面図である。単位質量に対するY軸方向の力の釣合いか
ら次式(1)が求まる。
Next, a method of detecting each data by the above device and using the data to detect the inclination angle φ of the track 16 when the whole train is considered to be rigid will be described. In this case, the following method can be applied regardless of where on the train 12 each detector is attached. FIG. 2 schematically shows a state in which the train 12 is passing on a track in which the track 16 is inclined by an angle φ with respect to the horizontal plane. Further, FIG. 3 is a plan view of the train 12 passing through the track 16. The following equation (1) is obtained from the balance of the force in the Y-axis direction with respect to the unit mass.

【0012】 αY=G・sinφ−V・ωZ・cosφ ・・・(1) ここで,Gは重力加速度である。また次式(2)が成立
する。 sin2φ+cos2φ=1 ・・・(2) この式(1)と(2)を使用すると,傾斜角φは,Y軸
方向検出加速度αY,Z軸回りの角速度ωZ,及び列車
の速度Vの各検出データによって次式(3)で表され
る。
ΑY = G · sin φ−V · ωZ · cos φ (1) where G is the gravitational acceleration. Further, the following expression (2) is established. sin 2 φ + cos 2 φ = 1 (2) By using the equations (1) and (2), the inclination angle φ is determined by the Y-axis direction detected acceleration αY, the angular velocity ωZ about the Z axis, and the train velocity V. It is represented by the following expression (3) by each detection data of.

【0013】[0013]

【数1】 [Equation 1]

【0014】以上とは異なり,現実の列車は図4と図5
に示すようにシャーシ12Bの上にいくつかのばね部材
C1,C2,C3,C4が設けられ,列車の本体である
箱体12Aがこのばね部材に支えられる構造になってい
る。各検出器はこの箱体12A内に搭載されることが多
い。以下ではこの現実の列車12の構造を考慮し,正確
なカント量φ0を検出する手法を説明する。
Unlike the above, the actual train is shown in FIGS. 4 and 5.
As shown in FIG. 7, several spring members C1, C2, C3, C4 are provided on the chassis 12B, and the box body 12A which is the main body of the train is supported by these spring members. Each detector is often mounted inside this box 12A. In the following, a method for detecting an accurate cant amount φ0 in consideration of the actual structure of the train 12 will be described.

【0015】列車12の箱体12Aはその四隅において
ばね部材C1からC4によって弾性支持されている。列
車12の前後に各一対のばね部材C1とC3,C2とC
4が配設されている。走行中に図のように列車が傾いた
とすると,例えば,列車の後部のばね部材C1,C3の
各上下方向の変位はh1とh3であり,その差h3−h
1を両ばね部材C1とC3の間の距離寸法Bで割ると,
列車12の後部におけるシャーシ12Bに対する箱体1
2Aの傾き角度δφが求まる。ここでは箱体12Aその
ものの変形までは考慮していないので,列車12の前部
のばね部材C2とC4間の上下変位差に基づいてその傾
き角度を求めても,上記の後部の上下変位差に基づいて
求めた場合と同じである。
The box 12A of the train 12 is elastically supported at its four corners by spring members C1 to C4. Before and after the train 12, each pair of spring members C1 and C3, C2 and C
4 are provided. If the train leans as shown in the figure during traveling, for example, the vertical displacements of the spring members C1 and C3 at the rear of the train are h1 and h3, respectively, and the difference between them is h3-h.
1 divided by the distance dimension B between the spring members C1 and C3,
Box 1 for chassis 12B at the rear of train 12
The tilt angle δφ of 2A is obtained. Since the deformation of the box body 12A itself is not taken into consideration here, even if the inclination angle is obtained based on the vertical displacement difference between the spring members C2 and C4 at the front part of the train 12, the above vertical displacement difference at the rear part is obtained. It is the same as the one obtained based on.

【0016】このばねを有する現実の列車の場合,図2
を基に求めた線路16の傾斜角φは実際には図4に示す
列車12の箱体12Aの水平線に対する傾斜角に過ぎな
い。従って,これを補正する必要があり,実際の線路1
6の傾斜角φ0は下記の式(4)によって求める。 φ0=φ−δφ =φ−(h3−h1)/B ・・・(4)
In the case of an actual train having this spring, FIG.
In fact, the inclination angle φ of the line 16 obtained from the above is merely an inclination angle with respect to the horizontal line of the box 12A of the train 12 shown in FIG. Therefore, it is necessary to correct this, and the actual line 1
The inclination angle φ0 of 6 is obtained by the following equation (4). φ0 = φ−δφ = φ− (h3-h1) / B (4)

【0017】以上によって線路16の正確な傾斜角が求
められる。次に線路16のカーブ部の曲率半径Rにつき
次式が成立する。 V=R・ωZ ∴R=V/ωZ ・・・(5) 上記式(5)によって曲率半径Rが算出できる。
With the above, an accurate inclination angle of the line 16 can be obtained. Next, the following equation holds for the radius of curvature R of the curved portion of the line 16. V = R · ωZ ∴R = V / ωZ (5) The radius of curvature R can be calculated by the above equation (5).

【0018】また,レールの間隔をWとすると,レール
の高さの差hは次式(6)で表される。このhもカント
量の一つであり,角度φ0の代わりに,又は,角度φ0
と共に算出することもある。 h=W・sinφ0 ・・・(6)
When the rail interval is W, the rail height difference h is expressed by the following equation (6). This h is also one of the cant amounts, and instead of the angle φ0, or the angle φ0
May be calculated together with. h = W · sin φ0 (6)

【0019】上述したROMメモリ26にストアされて
いる線路のカント量と曲率半径の演算プログラムについ
て図6を参照しながら説明する。ステップ40において
演算カウント数iの初期値を0にセットする。
A program for calculating the cant amount and the radius of curvature of the line stored in the ROM memory 26 will be described with reference to FIG. In step 40, the initial value of the operation count number i is set to 0.

【0020】ステップ42において演算を行う時間間隔
Δtの経過を待ち,時間経過後にステップ44において
演算カウント数iを1だけ増加させる。そしてステップ
46において,列車の速度Viと,検出部10によって
検出された加速度αYiと,角速度ωZiと,箱体12
Aの上下変位量h1i,h3iを読み込む。
At step 42, the time interval Δt for performing the operation is waited for, and after the time has elapsed, the operation count number i is incremented by 1 at step 44. Then, in step 46, the train speed Vi, the acceleration αYi detected by the detection unit 10, the angular speed ωZi, and the box 12
The vertical displacement amounts h1i and h3i of A are read.

【0021】その後ステップ48においては,ステップ
46において読み込んだカウント数iに対応する速度V
i,加速度αYiと角速度ωZi,上下変位量h1i,
h3iをそれぞれ式(3)と式(4)と式(5)のV,
αY,ωZ,h1,h3に代入することにより傾斜角φ
0と曲率半径Rを算出する。この他必要ならば上述の高
さの差hを算出してもよい。ステップ50においては,
この結果をRAMメモリ28等にストアする。ステップ
52においては,上記のステップ42からステップ50
の手順によって更に次のカウント数iに対する演算を繰
り返すか否かを判定する。
Thereafter, in step 48, the speed V corresponding to the count number i read in step 46
i, acceleration αYi and angular velocity ωZi, vertical displacement h1i,
h3i is represented by V of equation (3), equation (4) and equation (5),
By substituting αY, ωZ, h1, and h3, the tilt angle φ
0 and the radius of curvature R are calculated. In addition to this, if necessary, the height difference h may be calculated. In step 50,
The result is stored in the RAM memory 28 or the like. In step 52, the above steps 42 to 50 are performed.
According to the procedure, it is determined whether or not the calculation for the next count number i is repeated.

【0022】以上の説明例は本発明の原理を理解し易く
説明したものであり,本発明の実際の適用には以下の様
な態様がある。以上において説明した角速度検出器32
X,32Y,32Zがジャイロスコープであり,これと
加速度計とを有した,所謂,慣性センサによって検出部
10の一部が構成されている場合に,マイクロコンピュ
ータからなる演算装置20が,列車12の走行中に上記
慣性センサと速度計30と変位量検出器34とから受信
する各検出データを基に上記カント量を刻々と演算する
際に,ジャイロのドリフトによる慣性センサの基準のズ
レを補正しつつ正確なカント量を算出する手法について
説明する。
The above-mentioned explanation example is for easily understanding the principle of the present invention, and the actual application of the present invention has the following modes. The angular velocity detector 32 described above
When X, 32Y, 32Z are gyroscopes, and a part of the detection unit 10 is configured by a so-called inertial sensor having the gyroscope and the accelerometer, the arithmetic unit 20 including the microcomputer operates the train 12 When the cant amount is calculated every moment based on the detection data received from the inertial sensor, the speedometer 30, and the displacement amount detector 34 during traveling, the deviation of the reference of the inertial sensor due to the drift of the gyro is corrected. A method for accurately calculating the cant amount will be described.

【0023】まず,列車12の停止時においては加速度
計30X,30Y,30Zの出力値によって慣性センサ
の初期姿勢角度が算出される。この姿勢角度を表現する
ための座標系につき図7を参照して説明する。
First, when the train 12 is stopped, the initial attitude angle of the inertial sensor is calculated from the output values of the accelerometers 30X, 30Y, 30Z. A coordinate system for expressing this posture angle will be described with reference to FIG.

【0024】計測基準点Oを通る水平面H内に互いに直
交する軸Nと軸Wをとり,鉛直方向にV軸をとる。軸N
は計測の方位基準となるもので,真北にとることが多
い。X, Y,Z軸は慣性センサ,即ち,列車12に固定
の直交座標系であり,列車12の移動する方向をX軸と
している。列車12の姿勢は角度θ0 ,φ0 ,ψ0 で表
現される。添字Oが付与されているのは初期値であるこ
とを示し,移動後は添字は付さない。ピッチ角θ0 は,
X軸を含んで水平面Hに垂直な面と該水平面Hとの交線
とX軸とのなす角であり,この交線とN軸とのなす角が
方位角ψ0 であり,Y軸を含んで水平面Hに垂直な面と
該水平面Hとの交線とY軸とのなす角がロール角φ0
ある。
An axis N and an axis W orthogonal to each other are set in a horizontal plane H passing through the measurement reference point O, and a V axis is set in the vertical direction. Axis N
Is the azimuth reference for measurement and is often set to true north. The X, Y, and Z axes are inertial sensors, that is, rectangular coordinate systems fixed to the train 12, and the moving direction of the train 12 is the X axis. The posture of the train 12 is represented by angles θ 0 , φ 0 , ψ 0 . The subscript O is given to indicate that it is an initial value, and no subscript is given after the movement. The pitch angle θ 0 is
It is the angle between the X-axis and the line of intersection between the plane including the X-axis and perpendicular to the horizontal plane H and the horizontal plane H. The angle between this line of intersection and the N-axis is the azimuth angle ψ 0 , and the Y-axis is The angle formed by the Y axis and the line of intersection between the plane perpendicular to the horizontal plane H and the horizontal plane H is the roll angle φ 0 .

【0025】慣性センサ,即ち,列車の上記定義による
ピッチ角θ0 ,ロール角φ0 は以下の如く演算される。
所定の方向N(例えば北方向)に対する方位角ψ0 は0
とする。 θ0 =tanー1 (αX/G) φ0 =tanー1 (αY/G) ここで, G =(αX2 +αY2 +αZ21/2 である。
The inertial sensor, that is, the pitch angle θ 0 and the roll angle φ 0 of the train defined above are calculated as follows.
The azimuth angle ψ 0 with respect to the predetermined direction N (for example, north direction) is 0.
And θ 0 = tan -1 (αX / G) φ 0 = tan -1 (αY / G) where G = (αX 2 + αY 2 + αZ 2 ) 1/2 .

【0026】また,列車12の走行中においてはジャイ
ロスコープの各出力値を基に,次式(7)で表される方
向余弦マトリクスの各エレメントを用いると走行中のピ
ッチ角θ,ロール角φ,方位角ψは下記式(8),
(9),(10)のように演算される。
Further, while the train 12 is running, if each element of the direction cosine matrix expressed by the following equation (7) is used based on each output value of the gyroscope, the pitch angle θ and the roll angle φ during running are obtained. , Azimuth angle ψ is the following formula (8),
It is calculated as in (9) and (10).

【0027】[0027]

【数2】 [Equation 2]

【0028】 θ=tan-1(B31/(B32 2 +B33 21/2 ) ・・・(8) φ=tan-1(B32/B33) ・・・(9) ψ=tan-1(B21/B11) ・・・(10)[0028] θ = tan -1 (B 31 / (B 32 2 + B 33 2) 1/2) ··· (8) φ = tan -1 (B 32 / B 33) ··· (9) ψ = tan -1 (B 21 / B 11 ) ... (10)

【0029】然しながら,既述の如くジャイロドリフト
による基準のズレがあるため,正確な角度を求めるため
にはそのドリフトの補正を行う必要がある。ドリフトレ
ートは例えば10°/hのように表される。即ち,1時
間に10°だけ基準がずれるのであり,計測時間が長い
程そのズレが大きくなる。上記ピッチ角θ,ロール角
φ,方位角ψに対するドリフトレートは,慣性センサを
列車12に搭載して線路のカント量を計測する前に予め
較正しておいて,それぞれDθ,Dφ,Dψとする。
However, as described above, since there is a reference deviation due to the gyro drift, it is necessary to correct the drift in order to obtain an accurate angle. The drift rate is expressed as, for example, 10 ° / h. That is, the reference deviates by 10 ° per hour, and the longer the measurement time, the larger the deviation. The drift rates with respect to the pitch angle θ, the roll angle φ, and the azimuth angle ψ are previously calibrated before the inertia sensor is mounted on the train 12 and the cant amount of the line is measured, and are set as Dθ, Dφ, and Dψ, respectively. .

【0030】上記式(8),(9),(10)によって
各角度の組を演算する際に,演算装置としてのマイクロ
コンピュータ20の内蔵発振器の発振周波数を基準とし
たタイマー装置によって経過時間tを出力し,上記のド
リフトレートにこの時間tを掛けて求めたドリフト分を
加える補正を行う。即ち,次の補正を行うのである。 θ’=θ+Dθ・t φ’=φ+Dφ・t ψ’=ψ+Dψ・t
When calculating each set of angles by the above equations (8), (9) and (10), the elapsed time t is calculated by the timer device based on the oscillation frequency of the internal oscillator of the microcomputer 20 as an arithmetic device. Is output, and the drift amount obtained by multiplying the drift rate by the time t is corrected. That is, the following correction is performed. θ ′ = θ + Dθ · t φ ′ = φ + Dφ · t ψ ′ = ψ + Dψ · t

【0031】この各補正式の左辺の角度θ’,φ’,
ψ’がドリフト補正された慣性センサの姿勢角である。
この正確に求められた姿勢角度を基に水平面を判断し,
図2から図6を用いて説明した場合と異なり,列車12
に固定された直交X,Y,Z軸ではなくN軸とW軸が水
平面内に存在し,空間に対して回転しない直交N,W,
V軸の各軸方向について,既述の式(4)や式(5)を
たてたのと同様に式をたて,カント量や曲率半径を演算
する。
Angles θ ', φ'on the left side of each correction formula,
ψ ′ is the attitude angle of the inertia sensor with drift correction.
The horizontal plane is judged based on the posture angle that is accurately obtained,
Unlike the case described with reference to FIGS. 2 to 6, the train 12
The orthogonal X, Y, and Z axes that are fixed to the N axis and the W axis are in the horizontal plane and do not rotate relative to the space.
With respect to each axial direction of the V-axis, the cant amount and the radius of curvature are calculated by formulating in the same manner as the formulas (4) and (5) described above.

【0032】こうして正確な線路形状のデータが得られ
るが,このデータの他に,線路のカーブの開始点を列車
12の走行中に予め正確に予測すべく,各駅の所定の場
所に次のカーブ位置までの計測基準点であることを知ら
せる発光体を設け,また,列車12の下部にはこの発光
体の光信号を検知する光センサーが設けられている。こ
の光センサーによって計測基準点を検知すれば,その点
から所定の距離の所がカーブの開始点であることが判明
するため,そのカーブ開始点の直前まで高速運行がで
き,その後運行速度を低下させることができる。そのた
め効率的な運行が可能となる。また,記述の如く正確に
求めた線路16のカント量を基に,低下させるべき列車
の速度を無駄のない速度に調節することができる。更に
は,正確に求めたカント量に基づいて,線路のカーブ部
での遠心力の影響による乗客の乗り心地を向上させるべ
く,ここに開示しない手段によって列車の箱体12Aを
適宜な傾斜角度に強制的に振ることが可能となる。
In this way, accurate track shape data can be obtained. In addition to this data, in order to accurately predict in advance the starting point of the curve of the track while the train 12 is running, the next curve at a predetermined location of each station. A light-emitting body that informs that the position is a measurement reference point is provided, and an optical sensor that detects an optical signal of the light-emitting body is provided below the train 12. When this optical sensor detects the measurement reference point, it is found that the point at a predetermined distance from that point is the start point of the curve, so high-speed operation can be performed immediately before the start point of the curve, and then the operation speed decreases. Can be made. Therefore, efficient operation becomes possible. Further, the speed of the train to be reduced can be adjusted to a lean speed based on the cant amount of the line 16 which is accurately obtained as described above. Further, based on the cant amount accurately obtained, in order to improve the riding comfort of passengers due to the influence of centrifugal force at the curved portion of the track, the train box body 12A is adjusted to an appropriate inclination angle by means not disclosed here. It is possible to shake forcibly.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明した本発明に係る計測装置と計
測方法によれば,以下の利点が得られる。 1.列車の箱体の上下変位を考慮して線路形状を正確
に,かつ3次元的に計測できる。 2.列車が走行している時に計測するため,土木的な測
量と異なり,列車の負荷条件並びに速度条件下における
線路形状が計測できる。 3.従って,列車の運動特性と線路形状との相関関係が
判る。 4.従って,安全に効率よく列車の加減速を行い,列車
の運行速度を可及的に許容速度に近づけ,高速運行を実
現することが可能になると共に,乗客の乗り心地を向上
させる工夫がなされうる。 5.列車の走行中に線路形状がリアルタイムに計測でき
る。 6.線路形状を時系列に並べた保守管理データが得られ
る。
According to the measuring device and the measuring method of the present invention described above, the following advantages can be obtained. 1. The shape of the track can be accurately and three-dimensionally measured by considering the vertical displacement of the train box. 2. Since it is measured while the train is running, it is possible to measure the track shape under train load conditions and speed conditions, unlike civil engineering surveys. 3. Therefore, the correlation between train motion characteristics and track shape is known. 4. Therefore, it is possible to safely and efficiently accelerate and decelerate the train, to bring the train operation speed as close as possible to the allowable speed, and to realize high-speed operation, and to improve passenger comfort. . 5. Track shape can be measured in real time while the train is running. 6. Maintenance data in which the track shapes are arranged in time series can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明に係る線路の形状を計測する装置
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for measuring the shape of a line according to the present invention.

【図2】図2は本発明説明のための列車と線路の断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view of a train and a track for explaining the present invention.

【図3】図3は線路と列車の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a track and a train.

【図4】図4は本発明説明のための列車と線路の断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view of a train and a track for explaining the present invention.

【図5】図5は本発明説明のための列車の側面図であ
る。
FIG. 5 is a side view of a train for explaining the present invention.

【図6】図6は線路のカント量と曲率半径の演算用プロ
グラムフロー図である。
FIG. 6 is a program flow chart for calculating a cant amount and a radius of curvature of a line.

【図7】図7は本発明に係る第2実施例の説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a second embodiment according to the present invention.

【符号の説明】 10 検出部 12 列車 12A 箱体 12B シャーシ 16 線路 20 演算装置(マイクロコンピュータ) 30 速度検出器 30X,30Y,30Z 加速度検出器 32X,32Y,32Z 角速度検出器 34 箱体の上下変位量検出器 C1,C2,C3,C4 ばね部材 R 線路の曲率半径 φ0 線路の真の角度カント量[Explanation of reference numerals] 10 detection unit 12 train 12A box 12B chassis 16 line 20 arithmetic unit (microcomputer) 30 speed detector 30X, 30Y, 30Z acceleration detector 32X, 32Y, 32Z angular velocity detector 34 vertical displacement of box Quantity detector C1, C2, C3, C4 Spring member R Line radius of curvature φ0 True line angle cant amount

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江崎 浩康 名古屋市中村区名駅一丁目1番4号 東海 旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 高木 博 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プレ シジョン株式会社内 (72)発明者 斉藤 一晶 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プレ シジョン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Hiroyasu Ezaki 1-4-1, Mei Station, Nakamura-ku, Nagoya City Tokai Passenger Railway Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Takagi 345 Kamimachiya, Kamakura-shi, Kanagawa Mitsubishi Precision Incorporated (72) Inventor Kazuaki Saito 345 Kamimachiya, Kamakura, Kanagawa Mitsubishi Precision Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 線路上を走行する列車の速度を検出する
速度検出器と,前記列車の加速度を検出する加速度検出
器と,前記列車の本体である箱体に搭載されて該箱体の
角速度を検出する角速度検出器と,前記箱体を支える列
車のシャーシ上において箱体が上下に変位する変位量を
検出する変位量検出器と,列車速度と列車加速度と箱体
角速度と線路傾斜角度と箱体変位量とを関係付ける式に
前記各検出器から出力される検出データを代入すること
によって前記線路のカント量を算出する演算装置とを具
備することを特徴とする線路形状計測装置。
1. A speed detector for detecting the speed of a train traveling on a track, an acceleration detector for detecting the acceleration of the train, and an angular velocity of the box mounted on a box which is the main body of the train. An angular velocity detector for detecting the displacement, a displacement amount detector for detecting the displacement amount of the box vertically displaced on the train chassis supporting the box, the train speed, the train acceleration, the box angular velocity, and the line inclination angle. A line shape measuring device, comprising: a calculation device that calculates the cant amount of the line by substituting the detection data output from each of the detectors into an equation that relates the box displacement amount.
【請求項2】 上記装置に対して線路のカーブの開始点
を検出するための基準位置信号検知器を更に具備してな
る請求項1に記載の線路形状計測装置。
2. The line shape measuring device according to claim 1, further comprising a reference position signal detector for detecting a starting point of a curve of the line for the device.
【請求項3】 線路上を走行する列車の速度を検出する
速度検出器と,前記列車の加速度を検出する加速度検出
器と,前記列車の本体である箱体に搭載されて該箱体の
角速度を検出する角速度検出器と,前記箱体を支える列
車のシャーシ上において該箱体が上下に変位する変位量
を検出する変位量検出器とから刻々と各検出データを演
算装置に送信し,列車速度と列車加速度と箱体角速度と
箱体変位量と線路傾斜角度とを関係付ける式に前記各検
出データを代入することによって前記線路のカント量を
刻々と算出することを特徴とする線路形状計測方法。
3. A speed detector for detecting the speed of a train traveling on a track, an acceleration detector for detecting the acceleration of the train, and an angular velocity of the box mounted on a box body which is the main body of the train. Each of the detection data is transmitted from the angular velocity detector for detecting the train speed and the displacement amount detector for detecting the amount of displacement of the box body up and down on the train chassis supporting the box body to the arithmetic unit, and the train is trained. A track shape measurement characterized in that the cant amount of the track is calculated every moment by substituting each of the detection data into an equation that relates the speed, the train acceleration, the box angular velocity, the box displacement, and the track inclination angle. Method.
【請求項4】 前記角速度検出器がジャイロスコープで
あり,該ジャイロスコープと前記加速度検出器とを収容
していると共に前記列車の箱体に搭載されている慣性セ
ンサから刻々と送信される各検出データを前記演算装置
によって演算処理して前記列車のカント量を算出する場
合に行う前記慣性センサの姿勢の演算に対して刻々とド
リフト補正を行い,このドリフト補正演算による慣性セ
ンサの姿勢を基準として前記列車の速度と列車加速度と
箱体角速度と箱体変位量と線路傾斜角度とを関係付ける
式に前記各検出データを代入することによって前記線路
のカント量を刻々と算出して成る請求項3に記載の線路
形状計測方法。
4. The angular velocity detector is a gyroscope, and the detections accommodating the gyroscope and the acceleration detector and transmitted momentarily from an inertial sensor mounted on the box of the train. Drift correction is performed momentarily to the calculation of the attitude of the inertial sensor that is performed when the data is calculated by the calculation device to calculate the cant amount of the train, and the attitude of the inertial sensor based on the drift correction calculation is used as a reference. The cant amount of the track is calculated every moment by substituting each of the detection data into an equation that relates the train speed, train acceleration, box angular velocity, box displacement, and line inclination angle. The track shape measurement method described in.
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