JPH08136254A - 軌道狂い測定装置及び方法並びに曲率測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １台の計測車または機器構成を用い、長いス
パンでの計測が簡単に作業員一人で可能な軌道狂いの測
定装置を提供する。 【構成】 計測開始位置で計測する場所のレール画像を
計測車上の２次元画像センサ１１を用いて撮影し、画像
メモリ１２に記憶する。次に計測車下部に取り付けた変
位センサ１７ａ〜１７ｃにより、計測車基準面からの距
離を連続的に計測し、このデータから高低狂いを求め
る。この際、車輪の回転等から現在位置を更新する。こ
の位置データと敷設データを含めた高低狂いデータで補
正し、補正縦断線形を演算して再構築する。そして、計
測目標地点に到達した時点で、敷設データと上記補正縦
断線形のデータを用い、初めにレール画像を撮影した地
点から見た正常状態のレールを画像メモリ１２に描画
し、実際のレール画像上にオーバーラップさせて表示
し、各点でのずれ量を計測する。このずれ量が通り狂い
量となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道のように予め決め
られた軌道が存在する条件における敷設及び保線作業後
の軌道の通り狂い及び高低狂い並びに曲率を画像を利用
して連続的に測定できるようにした軌道狂い測定装置及
び方法並びに曲率測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軌道となるレールの狂いには、通り狂い
と高低狂いがある。通り狂いとは、軌道平面上でレール
の長手方向に対し直交する方向のレールのずれ量を示す
ものであり、適当な長さ、例えば１０ｍを取り、この間
をピアノ線等で結んで測定弦を張った時、測定弦の中央
点（正矢点）における測定弦とレールとの間隔距離（正
矢）の狂いを言うものであると定義されている。また、
高低狂いとは、同様にレールの高さの狂いを言うもので
あると定義されている。このような軌道狂いが生じると
列車の振動が大きくなり、乗り心地が悪くなったり、高
速走行が難しくなったりする。したがって、高速走行を
目的とする新幹線等の高速車両の軌道では、軌道狂い
は、重要な問題であり、軌道狂いの計測とその整正は非
常に重要な仕事である。

【０００３】従来において、軌道狂いを測定するものと
しては、既に軌道計測車が実用化されている。この計測
車による計測方法は、種々のものがあるが、軌道上を走
行させることにより、軌道狂いを自動的に計測するよう
にしたものである。

【０００４】図１６は、レールの狂いと従来の測定方法
を説明するもので、（ａ）はレール１が鉛直面の場合
は、高低狂いを表し、また水平面の場合は通り狂いを表
す。ここでレール１の適当な距離Ｌをなす測定点ｐ，ｑ
をとり、両点に対して測定弦Ｇを当てたとき、測定弦Ｇ
の中点とこれに対応するレール１の点ｍとの長さΔｓが
狂い量として定義されている。ただし、曲線部や勾配の
変化点付近においては、曲率半径の円弧をなしているの
で、上記Δｓはすぐに狂い量を示さず、円弧による変位
（正矢）を差し引くことにより正しい狂い量が求められ
る。

【０００５】以上の狂い量Δｓを求めるには、適当に基
準線Ａを設定し、これに対する３点ｐ，ｑ，ｍの変位量
を測定することが必要である。図１６（ｂ）は高低狂い
を例とした従来の測定方法を示し、計測車２に測定弦長
Ｌの１／２の間隔で取り付けられた３軸の走行車輪３
ａ，３ｂ，３ｃを利用し、これらの車輪３ａ，３ｂ，３
ｃの両側のレール１の３ケ所ずつの測定点ｐ，ｑ，ｍに
対応させる。また、各車輪３ａ，３ｂ，３ｃの軸箱に高
さ検出機構４ａ，４ｂ，４ｃを取り付け、計測車２の基
準線Ａとし、走行に従って基準線Ａに対して変化する各
走行車輪３ａ，３ｂ，３ｃの高さＺｐ，Ｚｑ，Ｚｍを同
時に測定すれば、次式により高低狂い量ΔＺを求めるこ
とができる。

【０００６】 ΔＺ＝Ｚｍ−（Ｚｐ＋Ｚｑ）／２ ・・・（１） なお、上記においては、３点ｐ，ｑ，ｍに対する高さＺ
ｐ，Ｚｑ，Ｚｍの測定は同時になされるが、もしこれら
が違う時点で測定されるときには、その間に車輪の回転
などにより基準線Ａの角度が変化するため、上記の３個
の走行車輪３ａ，３ｂ，３ｃによる３点の同時測定が必
要となる。また、通り狂いについても同様に、レール１
に接触してその左右変位を検出する測定車輪を３組設
け、上記と同様に３点の変位量より通り狂い量Δｙ（ｙ
はレールの方向に直角方向とする）が求められる。ただ
し、計測車２が高速度の場合は、測定車輪が走行に支障
を与えるため、新幹線の計測車では光学式の変位測定装
置を使用し、その３組を計測車に取り付けて通り狂いに
対する３点測定がなされている。

【０００７】また、計測車２のような大がかりな設備で
なく、例えば特開平５−２１３１９８号公報に示されて
いるようなレーザ光を利用した方法がある。この方法
は、発光器と受光目盛板から構成され、計測車２と比較
して長いスパンでの計測を行なうことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発光器と受光
器の二つの機器を併設することは、その機器間の連結が
難しく、曲線部では連続的に計測するためには一定の距
離を保ち、同時に移動させることが必要となる。また、
その際には、作業員が発光側と受光側の少なくとも２名
は必要となる。また、従来の軌道狂い測定装置では、上
記したように計測量から曲率で計算した正矢分だけ引か
なければ、通り狂いを計測することができない。このた
めレールの敷設が平面線形通りであればよいが、もし敷
設したレールの曲率が正しくなければ、曲線部では、計
測量が即、通り狂い量にならない等の問題がある。

【０００９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、２つの機器を併設することなしに、１台の計測車
で、長いスパンでの計測が簡単に作業員一人で可能な軌
道狂い測定装置及び方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、軌道の曲線部における曲率を自動的に
計測し得る曲率測定方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（第１の発明）本発明に係る軌道狂い測定装置は、軌道
となるレールを敷設した際、この敷設されたレールが敷
設条件である平面線形及び縦断線形に合致しているかど
うかを検査する軌道狂い測定装置において、上記レール
上を走行する計測車に設けられ、上記レールを２次元的
に撮影する画像入力手段と、この画像入力手段により入
力された画像を記憶する画像記憶手段と、上記計測車上
に取り付けられ、上記レールの高低狂いを計測する高低
狂い計測手段と、上記計測車の現在位置を検出する位置
検出手段と、正しい平面線形及び縦断線形をデータとし
て予め記憶しておくデータ記憶手段と、上記高低狂い計
測手段により計測された高低狂い量、上記位置検出手段
で検出された現在位置、上記データ記憶手段の記憶デー
タに基づき、上記画像入力手段で得られた画像内に通り
狂いのないレールイメージを描いて実画像のレールの通
り狂いを計測する手段と、上記手段により計測されたレ
ールの高低狂い及び通り狂いを表示する表示装置とを具
備したことを特徴とする。

【００１１】（第２の発明）本発明に係る軌道狂い測定
方法は、計測すべき場所における軌道となるレールを撮
影してそのレール画像を画像メモリに記憶し、計測車に
取り付けた変位センサによりレールまでの距離を連続的
に測定し、同測定値からレールの高低狂いを演算し、予
め入力された敷設データにより上記高低狂いデータを補
正して補正縦線形を演算し、計測目標地点で予め入力さ
れた平面線形と上記補正縦断線形データから正常状態の
レールをコンピュータグラフィック技術でレールイメー
ジとして描画し、同レールイメージと上記撮影レール画
像から画像処理によりレールの通り狂い量を求めること
を特徴とする。

【００１２】（第３の発明）本発明は、軌道となるレー
ルの曲線部での曲率を測定する曲率測定方法において、
上記レール上を走行する計測車に設けられ、上記レール
を２次元的に撮影する画像入力手段と、この画像入力手
段により入力された画像を記憶する画像記憶手段と、上
記計測車上に取り付けられ、上記レールの高低狂いを計
測する高低狂い計測手段と、上記計測車の現在位置を検
出する位置検出手段と、正しい平面線形及び縦断線形を
データとして予め記憶しておくデータ記憶手段と、上記
で画像入力手段で撮影されたレールの曲線部画像に対
し、曲率を少しずつ変更したレールイメージを順次描い
て実画像のレールとの重なり状態を計測し、最も重なっ
た曲率を実際のレールの曲率と判断することを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】計測動作を行なう場合、まず、計測開始位置を
正確に入力する。そして、その位置で計測したい場所の
レールを計測車上に設けられている画像入力手段、例え
ば２次元画像センサを用いて撮影し、その撮影したレー
ル画像を画像記憶手段に記憶する。次に計測車に取り付
けた高低狂い計測手段、例えば変位センサにより３点で
計測車基準面からレールまでの距離を計測し、その計測
データからこの位置での高低狂いを計算で求める。この
高低狂いの計測は、計測車を移動しながら連続的に実行
する。この際、車輪の回転等から計測車の現在位置を更
新する。この位置データと敷設データである縦断線形
（勾配等の高低に関する敷設データ）のデータを上記計
測した高低狂い量で補正して、補正縦断線形を演算して
再構築する。

【００１４】そして、最初に画像を撮影した範囲の高低
狂いが計測できた時点、つまり、計測目標地点に到達し
た時点で、コンピュータグラフィックの技術を応用し、
敷設データである平面線形と現地点まで計測してきた高
低狂いを加味した補正縦断線形のデータを用い、初めに
レール画像を撮影した地点から見た通り狂いのない正常
状態のレールをレールイメージとして上記画像記憶手段
に描画する。そして、このレールイメージを実際のレー
ル画像上にオーバーラップさせて表示し、画像処理にて
各点でのずれ量を計測する。このずれ量は、即通り狂い
量となる。

【００１５】そして、２次元画像センサにより撮影した
レール画像を連続して画像記憶手段に書き込んで、上記
の計測処理を連続的に実行することにより、すべての点
での計測が可能となる。

【００１６】また、レールの曲線部では、曲率そのもの
が、異常の場合が考えられるが、この時は、曲率を少し
ずつ変化させたレールイメージを作成し、実際のレール
画像と比較して一番良くマッチングするレールイメージ
曲率をその曲線部での曲率として求める。

【００１７】上記のように軌道狂い測定装置を１台の計
測車上に設置することにより、保線作業時等において、
一人で容易に操作することができる。また、この計測車
に連結機能を持たすことにより、保線作業車や確認車で
牽引して測定したり、あるいは装置一式を計測車から取
外して保線作業車や確認車上に積み込むことも可能であ
る。

【００１８】また、測定に際しては、レール画像の撮影
倍率を変えることで視野範囲を簡単に変えられ、曲率の
大きな場所から曲率の小さな場所まで自由に設定でき
る。また、計測精度が要求される場合は、撮影倍率を上
げれば良く、単に曲率だけを計測する場合には低倍率で
広範囲の撮影をする等の選択が可能である。更に、今ま
での計測車では不可能だった曲線部での測定が可能であ
る。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。まず、図１に本発明の軌道狂い測定装置のブロ
ック線図を示す。本装置は、計測車１０に搭載されるも
ので、軌道となるレールの通り狂いを計測するため前方
を撮影する２次元画像センサ１１とその画像を記憶して
おくための画像メモリ１２、この画像メモリ１２の内容
を表示させる表示装置例えばタッチパネル付きモニタＴ
Ｖ１３、並びに軌道の敷設データ（平面線形及び縦断線
形）をデータベース１４として持つ計算機１５、センサ
信号等を入力するためのインタフェース１６、さらにレ
ールの高低狂いを測定するための第１〜第３の変位セン
サ１７ａ，１７ｂ，１７ｃを備えている。また、計測車
１０の車輪１８部分に走行距離を計測するためのロータ
リエコンーダ１９が取り付けられている。このロータリ
エコンーダ１９は、車輪１８の回転から走行距離を計測
し、インタフェース１６を介して計算機１５に入力す
る。そして、上記計算機１５に計測開始位置と進行方向
を入力することにより、それ以降ロータリエコンーダ１
９の計測信号に基づいて計算機１５が計測車１０の現在
位置を計測できる構成になっている。

【００２０】上記データベース１４に記憶される平面線
形の敷設データとしては、例えば上り線と下り線の区
別、基準位置からのキロ程範囲、直線と曲線の区別、曲
線に対する線形キロ程、曲線種別、曲線左右別、曲線半
径、曲率等がある。また、縦線線形の敷設データとして
は、例えば上り線と下り線の区別、基準位置からのキロ
程範囲、線形の種類、勾配の上下別、勾配半径、標高等
がある。そして、上記データベース１４に記憶された敷
設データは、計算機１５がロータリエコンーダ１９の計
測データによって求めた計測車１０の現在位置に応じて
読出される。

【００２１】図２は、上記図１に示した軌道狂い測定装
置を計測車１０に乗せて用いる場合の概略構成図を示し
たものである。この図２では、計測車１０を保線作業車
により牽引して現場まで移動し、測定する場所で計測車
１０を切り離して単独で用いる場合の例を示している。
この場合、作業員が計測車１０を押して計測してもよい
し、計測車１０にエンジンを取り付け、自走させて計測
するようにしても良い。上記計測車１０は、軌道上を走
行可能なように車輪１８ａ，１８ｂを備え、一方の車輪
１８ａにはロータリエコンーダ１９が取り付けられてい
る。更に、計測車１０の下側には、レール１の高低狂い
を計測するための例えば光学式の第１ないし第３の変位
センサ１７ａ〜１７ｃが基準線Ａに沿って中央及び前後
の位置にＬ／２の間隔を保って設置される。これらの変
位センサ１７ａ〜１７ｃの検出信号は、何れもインタフ
ェース１６（図１参照）を介して計算機１５に入力さ
れ、レール１の高低狂いが求められるようになってい
る。

【００２２】そして、通り狂い計測用には、前方のレー
ル画像を撮影するための２次元画像センサ１１、その画
像を記憶するための画像メモリ１２、各種計測情報及び
データベース１４の記憶データ等に基づいて通り狂いを
計測する計算機１５、操作情報や軌道狂い量を表示及び
入力するためのタッチパネル付きモニタＴＶ１３が設け
られている。上記計算機１５は、ロータリエコンーダ１
９により計測した位置情報に基づき、データベース１４
に予め記憶している平面線形や縦断線形のデータを読出
し、そのデータからコンピュータグラフィック技術を用
いて画像メモリ１２上に軌道狂いのないレールイメージ
を描画する機能を有すると共に、画像メモリ１２に記憶
された前方のレール画像のレールだけを抽出して、その
実画像のレールとレールイメージとのずれを計ることに
より、通り狂いを計測する機能を有している。

【００２３】次に軌道狂いの測定処理について、図６の
フローチャートに従って手順を説明する。計測車１０を
計測開始位置まで移動し、その計測開始位置を示すデー
タ、例えば基準位置からのキロ程を計算機１５に入力
し、次に進行方向、つまり、上り方向か下り方向かを入
力する（ステップＡ１）。この場合、地点検知子やその
他の敷設物からの距離や衛星を用いて位置を計る等の技
術を用いても良い。そして、２次元画像センサ１１によ
り、その前方、つまり計測したい場所のレール１を撮影
し、その撮影したレール画像を画像メモリ１２に記憶さ
せる（ステップＡ２）。その後、計測車１０の移動を開
始して高低狂いを計測する（ステップＡ３，Ａ４）。

【００２４】ここで高低狂いの計算には、計測車１０の
下部基準線Ａに沿って配置した変位センサ１７ａ〜１７
ｃの検知信号を用いるが、まず計測車中央部のセンサ１
７ａでレール１までの距離Ｚｍを連続的に計測する。同
様に変位センサ１７ｂ，１７ｃにより計測車前後のレー
ル１までの距離Ｚｐ，Ｚｑを連続的に計測し、上記
（１）式を用いて高低狂いを計算する。ただし、本装置
を作業車等の大きい車両に搭載して用いる場合は、各変
位センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃの間隔Ｌ／２を十分と
ることができるが、保線作業時に持ち込む場合は、計測
車１０の寸法を小さくして運搬する関係でセンサ間隔Ｌ
／２を十分にとれない。そこで、このような場合には、
図３（ａ）に示す様に変位センサ１７ｂ，１７ｃに代え
て、計測車１０の前後に２台のスリット光源２０ａ，２
０ｂ及び２次元カメラ２１ａ，２１ｂを設け、計測車１
０から離れた地点におけるレール１の変位を測定する等
の工夫が必要となる。この場合、計測車中央部の変位セ
ンサ１７ａは、そのまま使用する。上記スリット光源２
０ａ，２０ｂは、例えばレーザ光を細いスリット状にし
た光２２を数ｍ前方のレール１に照射し、このスリット
光源２０ａ，２０ｂより高い場所に取り付けた２次元カ
メラ２１ａ，２１ｂでレール１上のスリット光を撮影す
る。この時の画像の一例を図３（ｂ）に示す。この場
合、光源２０ａ，２０ｂをスリット状としたのは、曲線
部や通り狂いにより、レール１の画像が図３（ｂ）の様
に直線とならず、点光源では位置がずれる場合を考慮し
たためである。また、この時２次元カメラ２１ａ，２１
ｂで撮影した画像上でレール１とスリット光２２の交点
が図３（ｂ）の中央線２３に来れば、中央の変位センサ
１７ａで求めた距離Ｚｍと同じ、つまり水平面Ｂであ
る、となるように２次元カメラ２１ａ，２１ｂ、及び光
源２０ａ，２０ｂをセットする。こうして２次元カメラ
２１ａ，２１ｂの画面上でレール１とスリット光２２の
交点が中央線２３からずれた量Ｄｐ，Ｄｑを計測すれ
ば、高低差Ｚｐ，Ｚｑを測定できる様にしておく。

【００２５】この方法としては、予め高低差Ｚｐ，Ｚｑ
と画像上での中央線２３と、レール１とスリット光２２
の交点とのずれ量Ｄｐ，Ｄｑの関係を調べておけば、容
易に高低差Ｚｐ，Ｚｑを計測できる。このようにして、
３点の距離Ｚｍ，Ｚｐ，Ｚｑが求まり、上記（１）式か
ら高低狂いを測定できる。これは縦曲線でない部分につ
いて述べたが、縦曲線上では、予め縦断線形から計算で
求めた変位量を加味して狂い量を求めることができる。

【００２６】また、上記図６に戻って計測手段の説明を
続ける。上記のようにしてレール高低狂いの計測を行な
うが、その計測が終了したか否かを判断し（ステップＡ
５）、計測が終了していなければステップＡ４の計測動
作を続ける。そして、計測目標地点に到達して上記計測
動作を終了すると、レール高低狂い計測結果を集計する
（ステップＡ６）。次いで、上記のようにして得られた
高低狂い量を用い、敷設データである縦断線形のデータ
を補正して、現状のレールの縦断線形、つまり補正縦断
線形を演算にて再構築する（ステップＡ７）。したがっ
て、初めに画像を撮影した位置からの位置情報と平面線
形と補正縦断線形が分かるので、その位置から見た前方
の高低狂いの無い線路形状が分かる。つまり、ある位置
から見える前方レールの高低狂いのない線路形状（レー
ルイメージ）を画像メモリ１２に描画してモニタＴＶ１
３の画面上に表示するすることが可能となる。

【００２７】具体的には、図４（ａ）のように計測車先
頭の線路中央部、レール頭面を原点とする３次元座標Ｏ
−ＸＹＺ系とすれば、敷設データ（平面線形及び縦断線
形）を用いて任意のレールの座標ｐ（ｘ，ｙ，ｘ）を計
算することができる。そして計測車先頭部の２次元画像
センサ１１で前方を撮影した場合、図４（ｂ）の様に画
面内で点ｐが見える位置（ｍ，ｎ）は、数学的な座標変
換で与えられる。この座標変換を説明するために図５に
示す様な座標系を設定する。 （１）Ｏ−ＸＹＺ系 計測車先頭の線路中央部、レール頭面を原点とする座標
である。 （２）Ｏ′−Ｘ′Ｙ′Ｚ′系 原点Ｏ′に２次元画像センサ１１が設置してあり、その
光軸はＹ′軸である。この座標系は２次元画像センサ１
１の取付状況で決まる座標系であり、Ｏ−ＸＹＺ系を取
付高さｈ、中央からのずれｗだけ平行移動し、各軸回り
に回転成分α（ヨー）、β（ピッチ）、γ（ロール）を
加えたものである。 （３）ｏ′−ｘ′ｙ′ｚ′系 ２次元画像センサ１１の画像平面をｏ′−ｘ′ｙ′ｚ′
とする座標系であり、Ｏ′−Ｘ′Ｙ′Ｚ′系の原点Ｏ′
Ｙ′軸に沿ってｆだけ平行移動したものである。 （４）ｏ−ＭＮ系 ｏ′−ｘ′ｙ′ｚ′を離散化した座標系であり、ｏ′が
画面の中心になる様に設定している。実際に画面上で見
る座標は、この座標系のデータである。そして、座標
（ｍ，ｎ）は、以下の座標変換を行なうことにより求ま
る。 （１）Ｏ−ＸＹＺ系からＯ′−Ｘ′Ｙ′Ｚ′系への変換 平行移動と回転の組み合わせで次式のようになる。

【００２８】

【数１】 （２）Ｏ′−Ｘ′Ｙ′Ｚ′系からｏ′−ｘ′ｙ′ｚ′系
への変換 平行移動量ｆに比例した相似変換になり、次式で表され
る。

【００２９】

【数２】 （３）ｏ′−ｘ′ｙ′ｚ′系からｏ−ＭＮ系への変換 ２次元画像センサ１１の水平方向の画角を２θｈ、その
画素数をＭ、垂直方向の画角を２θｖ、その画素数をＮ
とする。画像分解能をそれぞれｇｍ，ｇｎとすれば次式
が成立する。

【００３０】ｇｍ＝２ｆtan θｈ／Ｍ ｇｎ＝２ｆtan θｖ／Ｎ ・・・（４） 原点ｏ′が画面の中心にくるためのオフセットを加え
て、

【００３１】

【数３】

【００３２】以上により画面内での座標（ｍ，ｎ）が求
まる。 ｍ＝Ｍ／２・（１＋Ｘ′／Ｙ′tan θｈ） ｎ＝Ｎ／２・（１＋Ｘ′／Ｙ′tan θｖ） ・・・（６） 従って、任意の距離前方のレールイメージを画像メモリ
１２に描画してモニタＴＶ１３の画面に表示することが
できる（ステップＡ８）。図８は、直線部でのレールイ
メージ３０ａの一例を示したものである。

【００３３】この様にして求めたレールイメージ３０ａ
を軌道狂いを計測する“ものさし”として用いるわけで
ある。しかし、このレールイメージ３０ａと２次元画像
センサ１１の撮影画像の中から抽出した実際のレール画
像との間では、ずれている場合がある。図９は２次元画
像センサ１１の撮影画像の中から抽出した実際のレール
画像３１ａの一例を示したものである。また、図１０
は、レールイメージ３０ａと実際のレール画像３１ａを
重ね合わせた場合の画像のずれを示している。

【００３４】上記のようなレールイメージ３０ａと実際
のレール画像３１ａとのずれは、計測車１０が軌道に対
し平行になっていないか、蛇行したためである。また、
振動により上下左右方向にずれたためである。そこで、
レールイメージ３０ａを上下左右に平行移動させて、実
際のレール画像３１ａとの間でテンプレートマッチング
させ、最も良く重なる状態にしてずれを補正してから、
通り狂いを計測する（ステップＡ９，Ａ１０）。

【００３５】次に実際のレール画像３１ａとレールイメ
ージ３０ａとのテンプレートマッチング（以下レールマ
ッチングと呼ぶ）及び通り狂い計測のための２次元画像
センサ１１の撮影画像からレール画像３１ａを抽出する
方法について説明する。 （１）レールが画面の上下方向に連続するという特徴を
利用して、原画像ｆ（ｘ，ｙ）を水平方向に移動平均を
計算した背景部分の画像（移動平均画像）ｆＬ（ｘ，
ｙ）を求める。

【００３６】

【数４】 （２）原画像ｆ（ｘ，ｙ）から移動平均画像ｆＬ（ｘ，
ｙ）を引去り差分画像ｆＨ（ｘ，ｙ）を求める。

【００３７】 ｆＨ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｘ，ｙ）−ｆＬ（ｘ，ｙ） ・・・（８） （３）差分画像ｆＨ（ｘ，ｙ）の一部のエリアに対して
濃度の平均値（μ）と標準偏差（σ）を計算し、次式で
二値化し、二値化画像ｇ（ｘ，ｙ）を求める。

【００３８】 ｇ（ｘ，ｙ）＝１；ｆＨ（ｘ，ｙ）≧μ＋Ｋσ ０；ｆＨ（ｘ，ｙ）＜μ＋Ｋσ ・・・（９） ただし、Ｋ：定数 この様にして得られた二値画像ｇ（ｘ，ｙ）、つまり実
際のレール画像３１ａとレールイメージ３０ａとの間で
テンプレートマッチングを行ない、相関の最も強い位置
を求めて計測装置の位置関係と軌道との補正を行なう。

【００３９】図１１は、実際のレール画像３１ａに対し
て最も相関の強い位置にレールイメージ３０ａを描画し
た場合の状態を示したものである。そして、図１２に示
す様に、レールイメージ３０ａの各点を基準として実際
のレール画像３１ａとの左右方向のずれ量Ｔを計測す
る。このＴの値が各点での通り狂い量となる（ステップ
Ａ１１）。

【００４０】上述した方法は、画像だけで考えた場合の
実施例であるが、２次元画像センサ１１が所定の位置に
くる様に軌道と平行になる様にセンサや上下方向の振動
を計測するセンサを取付けて正しい姿勢（レールと平
行）に制御すれば、マッチングを行なわなくても、計測
できるようにすることも可能である。

【００４１】そして、２次元画像センサ１１により撮影
したレール画像を連続して画像メモリ１２に書き込み、
上記した計測処理を連続的に実行することにより、すべ
ての点での軌道狂いを計測することができる。

【００４２】次に、曲線部において通り狂いのみならず
曲率自体が違う場合に、その曲率を求める場合について
説明する。レール１の曲率を求める場合、画像メモリ１
２に記憶した画像上のレールから前記計算の逆演算によ
り求めることも可能ではあるが、ここでは、平面線形の
データを用いて求める場合について説明する。図７は、
その手順を示すフローチャートである。

【００４３】基本的には、軌道狂いと同様になるが、平
面線形のデータから得られる曲率の値Ｒを徐々に増加ま
たは減少してレールイメージを描画し、実際のレール画
像とのレールマッチングの一致率が最大になる曲率Ｒ′
を求める。また、曲線の種類としては、例えば円曲線、
緩和曲線等があるが、平面線形のデータに基づいてレー
ルイメージを描画する。

【００４４】まず、計算機１５に対し、曲率計測開始位
置を入力し、次に進行方向つまり、上り方向か下り方向
かを入力する（ステップＢ１）。次に、２次元画像セン
サ１１により前方のレール画像を撮影して画像メモリ１
２に記憶させ（ステップＢ２）、移動を開始して高低狂
いを計測する（ステップＢ３，Ｂ４）。そして、上記レ
ール高低狂いの計測が終了したか否かを判断し（ステッ
プＢ５）、計測が終了していなければステップＢ４の計
測動作を続ける。そして、上記計測動作が終了した後、
レール高低狂い計測結果を集計する（ステップＢ６）。
次いで、上記で得られた高低狂い量を用い、敷設データ
である縦断線形を補正して、現状のレールの縦断線形、
つまり補正縦断線形を演算にて再構築する（ステップＢ
７）。上記ステップＢ１〜Ｂ７の処理は、上記図６にお
けるステップＡ１〜Ａ７の処理と同様にして行なわれ
る。そして、まず、レール１の曲線部において、２次元
画像センサ１１の撮影画像の中から実際のレール画像を
抽出し、図１３に示すようにその抽出した実際のレール
画像３１ｂを画像メモリ１２を介してモニタＴＶ１３の
画面上に描画する。

【００４５】次にデータベース１４に記憶している平面
線形のデータから曲線の種別、曲率Ｒ等を読出し（ステ
ップＢ８）、その曲率を少しずつ変化させるための変化
曲率ΔＲを最初は「０」として、描画するレールイメー
ジの曲率Ｒ′を「Ｒ′＝Ｒ＋ΔＲ」により求める（ステ
ップＢ９，Ｂ１０）。そして、この曲率Ｒ′を用いて図
１４に示すように画面上に平面線形のデータで示される
種類のレールイメージ３０ｂを描画し（ステップＢ１
１）、上記実際のレール画像３１ｂと重ね合わせる（ス
テップＢ１２）。次に上記レールイメージ３０ｂと実際
のレール画像３１ｂとレールマッチングを行ない（ステ
ップＢ１３）、描画したレールイメージ３０ｂの全体の
うち何％がマッチングしているか（一致率）を求める
（ステップＢ１４）。次にこの一致率が最大か否かをチ
ェックし、最大でなければステップＢ１６により変化曲
率ΔＲに「１」を加算してステップＢ１０に戻り、上記
の処理を繰り返して実行する。

【００４６】上記のように曲率Ｒ′を少しずつ変えてレ
ールイメージ３０ｂを作り、実際のレール画像３１ｂと
レールマッチングを行ない、描画したレールイメージ全
体のうち何％がマッチングしているかを求める作業を繰
り返して実行する。そして、図１５に示す様に最もマッ
チングする曲率Ｒ′を実際のレールの曲率とする（ステ
ップＢ１７）。この方法では複雑な計算無しにレールイ
メージ描画の延長線で実現できる利点がある。尚、前記
実施例で説明したレール１のずれ量Ｄｐ，Ｄｑを求める
方法は、前記実施例の方法に限定されるものではなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能で
ある。

【００４７】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、作業
員１人でも簡単な操作により、連続したレールを対象に
して軌道狂いを効率良く計測することができる。また、
計測精度は、画像の撮影倍率を変えることで、必要な精
度を達成できる。更に、曲率の小さい場合から大きい場
合まで、見渡せる範囲であれば比較的容易に軌道狂いを
計測できる。また、本発明の曲率測定方法によれば、軌
道の曲線部における曲率そのものを確実且つ容易に測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る軌道狂い測定装置のブ
ロック図。

【図２】同実施例における軌道狂い測定装置を計測車に
搭載した状態を示す概略構成図。

【図３】（ａ）は計測車寸法が小さい場合において高低
狂い計測を行なう場合の構成図、（ｂ）は上記（ａ）で
高低狂い計測を実施した時の画像例を示す図。

【図４】（ａ）はレールイメージ計算方法を説明するた
めの概略斜視図、（ｂ）はレールイメージ計算方法を説
明するための（ａ）に対応する２次元画像センサ上の位
置を示す概略説明図。

【図５】レールイメージ計算のための各座標系を示す
図。

【図６】軌道狂い測定方法を示すフローチャート。

【図７】曲率測定方法を示すフローチャート。

【図８】直線部でのレールイメージの一例を示す図。

【図９】直線部での２次元画像センサの撮影画像の中か
ら抽出した実際のレール画像の一例を示す図。

【図１０】レールイメージと実際のレール画像の重ね合
わせを行なった画像例を示す図。

【図１１】テンプレートマッチングを行なった結果の画
像例を示す図。

【図１２】通り狂い量Ｔの計測方法を説明するため図１
１の一部を拡大して示す図。

【図１３】曲線部での２次元画像センサの撮影画像の中
から抽出した実際のレール画像の一例を示す図。

【図１４】曲線部での曲率Ｒのレールイメージを示した
図。

【図１５】曲線部での曲率Ｒ＋ΔＲのレールイメージを
示す図。

【図１６】（ａ）はレールの狂いと従来の測定方法の説
明図、（ｂ）は高低狂いを例とした従来の測定方法の説
明図。

【符号の説明】

１０ 計測車 １１ ２次元画像センサ １２ 画像メモリ １３ モニタＴＶ １４ データベース １５ 計算機 １６ インタフェース １７ａ〜１７ｃ 変位センサ １８，１８ａ，１８ｂ 車輪 １９ ロータリエコンーダ ２０ａ，２０ｂ スリット光源 ２１ａ，２１ｂ ２次元カメラ ２２ 前方レールの照射されたスリット光 ２３ 画像の中央線 ３０ａ，３０ｂ レールイメージ ３１ａ，３１ｂ ２次元画像センサの撮影画像の中から
抽出した実際のレール画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｃ (72)発明者 市倉 庸宏 東京都渋谷区代々木２丁目２番６号 東日 本旅客鉄道株式会社安全研究所内 (72)発明者 佐々木 敦 東京都渋谷区代々木２丁目２番６号 東日 本旅客鉄道株式会社安全研究所内 (72)発明者 山下 博 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 中元 淳 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道となるレールを敷設した際、この敷
   設されたレールが敷設条件である平面線形及び縦断線形
   に合致しているかどうかを検査する軌道狂い測定装置に
   おいて、 上記レール上を走行する計測車に設けられ、上記レール
   を２次元的に撮影する画像入力手段と、 この画像入力手段により入力された画像を記憶する画像
   記憶手段と、 上記計測車上に取り付けられ、上記レールの高低狂いを
   計測する高低狂い計測手段と、 上記計測車の現在位置を検出する位置検出手段と、 正しい平面線形及び縦断線形をデータとして予め記憶し
   ておくデータ記憶手段と、 上記高低狂い計測手段により計測された高低狂い量、上
   記位置検出手段で検出された現在位置、上記データ記憶
   手段の記憶データに基づき、上記画像入力手段で得られ
   た画像内に通り狂いのないレールイメージを描いて実画
   像のレールの通り狂いを計測する手段と、 上記手段により計測されたレールの高低狂い及び通り狂
   いを表示する表示装置とを具備したことを特徴とする軌
   道狂い測定装置。
2. 【請求項２】 計測すべき場所における軌道となるレー
   ルを撮影してそのレール画像を画像メモリに記憶し、 計測車に取り付けた変位センサによりレールまでの距離
   を連続的に測定し、同測定値からレールの高低狂いを演
   算し、 予め入力された敷設データにより上記高低狂いデータを
   補正して補正縦線形を演算し、 計測目標地点で予め入力された平面線形と上記補正縦断
   線形データから正常状態のレールをコンピュータグラフ
   ィック技術でレールイメージとして描画し、 同レールイメージと上記撮影レール画像から画像処理に
   よりレールの通り狂い量を求めることを特徴とする軌道
   狂い測定方法。
3. 【請求項３】 軌道となるレールの曲線部での曲率を測
   定する曲率測定方法において、 上記レール上を走行する計測車に設けられ、上記レール
   を２次元的に撮影する画像入力手段と、 この画像入力手段により入力された画像を記憶する画像
   記憶手段と、 上記計測車上に取り付けられ、上記レールの高低狂いを
   計測する高低狂い計測手段と、 上記計測車の現在位置を検出する位置検出手段と、 正しい平面線形及び縦断線形をデータとして予め記憶し
   ておくデータ記憶手段と、 上記で画像入力手段で撮影されたレールの曲線部画像に
   対し、曲率を少しずつ変更したレールイメージを順次描
   いて実画像のレールとの重なり状態を計測し、最も重な
   った曲率を実際のレールの曲率と判断することを特徴と
   する曲率測定方法。