JPH08178642A - 鉄道用測量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レール，枕木，橋桁などの位置関係を同時に
測量可能であり、かつ、リベットなどの位置確定が困難
な被検体の平面座標の測量が容易な鉄道用測量装置を提
供すること。 【構成】 レールに沿って移動可能なする台車ａに、移
動手段ｄにより移動可能な撮像手段ｃと、台車ａの走行
距離を検出する台車走行距離検出手段ｅと、台車ａに対
する撮像手段ｃの位置を検出する撮像位置検出手段ｆ
と、撮像手段ｃと被検体ｂとの垂直距離を検出する垂直
距離検出手段ｇと、台車ａの傾斜角を検出する傾斜角検
出手段ｈと、撮像手段ｃに対して所定の角度を有して被
検体ｂを照明する照明手段ｋと、撮像データ，台車ａの
走行距離，台車ａに対する撮像手段ｃの位置，撮像手段
とｃ被検体ｂとの垂直距離，台車ａの傾斜角，画面寸法
に基づいて被検体の位置あるいは寸法を測量する測量手
段ｊとを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レールに沿って移動し
ながら、レール自体あるいはその周辺に存在する被検体
の位置あるいは寸法を測量する鉄道用測量装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道のレールやその周辺の被検体
の位置や寸法を測量する装置として、特開平５−３１２
５６９号公報に記載のもの（第１従来技術）や特開平６
−１１３１５号公報に記載のもの（第２従来技術）や特
開平６−１１３１６号公報に記載のもの（第３従来技
術）が知られている。

【０００３】前記第１従来技術は、シールドトンネルに
セグメントを組み付けた後、セグメントの内側部に追尾
ターゲットを固着しておいて、レーザー光などによる自
動追尾装置の本体部が設置された測定車を走行させて、
測定車の絶対位置を算定し、さらに、セグメントの絶対
座標を求めて、トンネルの形状変化を測量するよう構成
されている。

【０００４】第２従来技術は、軌道に向けてスリット光
を照射するスリット光源と、スリット光により描かれた
軌道の断面を撮像するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラの
撮像データを画像処理して軌道の摩耗状態を検査する手
段と備えている。

【０００５】第３従来技術は、トンネル内で垂直にスリ
ット光を照射するスリット光源と、照射されたスリット
光を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラから得
られた画像データによりトンネルの壁面形状の三次元座
標を求める処理装置とを備えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各従来技術では、レールや枕木や橋桁などの位置関係を
同時に測量することができないという問題点があった。

【０００７】また、第１従来技術では、進行方向に垂直
な二次元断面での寸法・形状解析であり、例えば、リベ
ットの中心位置測量のように進行方向での位置決めには
不向きである。

【０００８】また、第２従来技術ならびに第３従来技術
では、強力なスリット光源が必要であり、また、被検体
との間に遮蔽物や異物などの障害がある場合、これを除
いて処理ができない。したがって、枕木に隠れた橋桁の
リベットの位置関係を測量することはできない。

【０００９】本発明は、上記のような問題に着目して成
されたもので、レール，枕木，橋桁などの位置関係を同
時に測量可能であり、かつ、リベットなどの位置確定が
困難な被検体の平面座標の測量が容易な鉄道用測量装置
を提供することを第１の目的としており、さらに、輪郭
の不確定なリベットなどの中心座標を簡易に算出可能と
することを第２の目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の鉄道用測量装置では、図１のクレーム対応図に
示すように、鉄道のレールに沿って移動可能に形成され
た台車ａと、前記レールの周辺の被検体ｂを垂直に撮像
可能に前記台車ａに設けられた撮像手段ｃと、この撮像
手段ｃを台車ａに対して移動させる移動手段ｄと、前記
台車ａのレール上の走行距離を検出する台車走行距離検
出手段ｅと、前記台車ａに対する撮像手段ｃの位置を検
出する撮像位置検出手段ｆと、前記撮像手段ｃと被検体
ｂとの垂直距離を検出する垂直距離検出手段ｇと、前記
台車ａの傾斜角を検出する傾斜角検出手段ｈと、前記撮
像手段ｃからの撮像データ，前記台車ａの走行距離，前
記台車ａに対する撮像手段ｃの位置，前記撮像手段ｃと
被検体ｂとの垂直距離，前記台車ａの傾斜角，画面寸法
に基づいて被検体ｂの位置あるいは寸法を測量する測量
手段ｊとを設けた。

【００１１】また、請求項２記載の発明では、前記台車
ａに、前記撮像手段ｃに対して所定の角度を有して被検
体ｂを照明する照明手段ｋを設け、前記測量手段ｊに
は、橋桁を締結するリベットを前記照明手段ｋにより斜
めから照射させて生じるリベットｍの影の画像データに
基づいてリベットｍの中心座標を求めるリベット中心演
算部ｎを設けた。

【００１２】

【作用】測量を行う場合、まず、レールの測量原点とな
る位置を定め、その位置に台車ａを配置させた後、台車
ａを被検体ｂの位置まで走行させる。

【００１３】次に、移動手段ｄにより撮像手段ｃを被検
体ｂの真上に移動させて、被検体ｂを真上から撮像す
る。

【００１４】測量手段ｊは、台車走行距離検出手段ｅか
ら入力される測量原点からの台車ａの走行距離と、撮像
位置検出手段ｆから入力される台車ａに対する撮像手段
ｃの位置とに基づいて、測量原点に対する撮像手段ｃの
座標上の位置を演算し、そして、垂直距離検出手段ｇか
ら入力される撮像手段ｃと被検体ｂとの垂直距離に基づ
いて、測量原点に対する座標上の被検体ｂの位置を演算
する。この時、傾斜角検出手段ｈにより台車ａの傾斜が
検出されている場合には、傾斜角度に応じた補正を行っ
て同一座標上に配置する。

【００１５】さらに、測量手段ｊは、撮像手段ｃの画像
データ上の寸法と、予めわかっている撮像手段ｃの視野
角と、撮像手段ｃと被検体ｂとの垂直距離から、実際の
寸法を演算する。

【００１６】したがって、レールに沿って移動する台車
ａに支持された撮像手段ｃによって撮像することのでき
るレール，枕木，橋桁などの位置関係を同時に測量可能
であり、かつ、橋桁上のリベットｍなども測量すること
ができる。

【００１７】また、請求項２記載の装置では、リベット
ｍを測量する際には、照明手段ｋにより撮像方向に対し
て斜めの方向からリベットｍを照明する。そして、撮像
手段ｃでは、照明によりリベットｍに生じた影を撮像
し、この影の内側の弧の部分を輪郭に持つ楕円を最小自
乗法により求め、その中心座標を算出する。したがっ
て、リベットｍの中心を正確に測量することができる。

【００１８】

【実施例】まず、本発明第１実施例の鉄道用測量装置に
ついて説明する。

【００１９】まず、実施例装置による測量対象である被
検体ｂについて説明すると、第１実施例の鉄道用測量装
置を示す斜視図である図２において１はレール、２は前
記レール１を支持している枕木、３は枕木２を支持して
いる橋桁である。そして、前記橋桁３には、図５に示す
ように一定のパターンでリベット３ａが設けられてい
る。

【００２０】次に、実施例装置について説明すると、図
２において４は台車である。この台車４は、左右１組の
車輪５が前後に設けられているとともに、台車４の後部
には逆Ｕ字状の把手４ａが立設されており、手押しによ
りレール１，１に沿って走行可能に構成されている。な
お、台車４に車輪５を駆動させる駆動装置を設けて自走
するように構成してもよい。

【００２１】前記台車４の後下部の左右（図２では台車
４の右側のものだけしか示していない）には、撮像手段
としてのＣＣＤカメラ６が設けられている。このＣＣＤ
カメラ６は、移動装置７により左右水平方向に移動可能
に支持され、かつ、垂直下方を撮像可能に支持されてい
る。すなわち、前記移動装置（移動手段）７は、駆動源
となる図示を省略したモータと、このモータにより回転
されるウォームギヤ７ａに螺合されて水平ロッド７ｂに
沿って水平移動するスライダ７ｃを備え、このスライダ
７ｃに前記ＣＣＤカメラ６が垂直下方を向いて取り付け
られている。なお、この図２では図示を省略している
が、前記スライダ７ｃの後面には、後述する照明８が取
り付けられており、前記ＣＣＤカメラ６と共に水平方向
に移動可能に台車４に支持されている。また、前記移動
装置７には、予め定められた撮像原点からのＣＣＤカメ
ラ６の移動量に応じて信号を出力する移動距離センサ
（撮像位置検出手段）９が設けられている（図３参照の
こと）。

【００２２】次に、第１実施例装置の要部を示す正面図
である図４に示すように、前記車輪５の１つには車輪５
の回転に伴ってパルス信号を出力する台車走行距離検出
手段としてのインクリメンタルエンコーダ（以下、エン
コーダという）１０が設けられており、また、前記台車
４の上面には、台車４の水平に対する傾斜角度を検出す
る傾斜角センサ１１が設けられている。なお、前記傾斜
角センサ１１は、台車４の傾斜角度を検出できるもので
あれば、読取式・角度計・水準器・電気的センサなどい
ずれの形式でもよい。また、前記車輪５は、空転により
エンコーダ１０の精度が低下するのを防止するために硬
質ウレタンやＭＣナイロンなどのようにレールに対する
密着性がよく、かつ変形・摩耗の少ない材質で形成する
のが好ましい。したがって、台車４を移動させるために
支持している４個の車輪５とは別個に上記素材による車
輪を設けて、この車輪にエンコーダ１０を設けるように
してもよい。

【００２３】ちなみに、前記エンコーダ１０は、台車４
の走行距離を検出するために設けられており、これに替
えて、後述する測量原点から自動的にメジャーを延ばし
てその目盛りを読み取る方式や、あるいは測量原点に配
置した目印に対して出力したエコーにより距離を検出す
るものなど他の手段を用いてもよい。

【００２４】次に、第１実施例装置を示すブロック図で
ある図３に示すように、前記ＣＣＤカメラ６には、垂直
距離センサ１２が取り付けられている。この垂直距離セ
ンサ１２は、ＣＣＤカメラ６と被検体との垂直距離を検
出するためのものであれば、超音波式・レーザー式・接
触式など形式はいずれでもよい。

【００２５】前述した移動距離センサ９が検出するＣＣ
Ｄカメラ６の水平方向移動距離，エンコーダ１０が検出
する台車４の走行距離，傾斜角センサ１１が検出する台
車４の傾斜角度，垂直距離センサ１２が検出するＣＣＤ
カメラ６と被検体ｂとの垂直距離，ＣＣＤカメラ６が撮
像した画像データは、コントロールユニット１３に入力
される。このコントロールユニット１３は、データ記憶
部１３ａとデータ処理部１３ｂとを有している。

【００２６】次に、測量の手順ならびにコントロールユ
ニット１３の動作を、リベット３ａの締結位置を測量す
る場合を例に挙げて説明する。

【００２７】測量を行う場合、まず、レール１の原点
（以下、これを測量原点という）となる位置を定め、特
に、橋梁の測量の場合には、アバット近傍に測量原点を
定め、その位置に台車４を配置させる。

【００２８】次に、作業者が把手４ａを押して台車４を
この測量原点から測量方向に進行させ、リベット３ａの
位置まで走行させたら、台車４を停止させる。この時、
台車４の走行に伴ってその走行距離に応じた信号がエン
コーダ１０からコントロールユニット１３に出力され
る。

【００２９】次に、傾斜角センサ１１により台車４の傾
斜角度を測定した後、移動装置７を作動させてＣＣＤカ
メラ６をリベット３ａが締結されている橋桁３の真上に
移動させて停止させる。この時、移動装置７の作動に伴
って、ＣＣＤカメラ６の撮像原点からの移動距離を示す
信号が移動距離センサ９から出力される。

【００３０】その後、ＣＣＤカメラ６でリベット３ａを
含む橋桁３の上面の撮像を行うが、このようにリベット
３ａを撮像する場合には、照明８を点灯させて、リベッ
ト３ａに影を付けた状態で撮像する。また、同時に、垂
直距離センサ１２を作動させて、ＣＣＤカメラ６と橋桁
３の上面との垂直距離を測定する。

【００３１】上述の作動に伴って得られた画像データ，
ＣＣＤカメラ６の水平方向移動距離データ，ＣＣＤカメ
ラ６と橋桁３との垂直距離データは、それぞれデータ記
憶部１３ａに記憶され、また、測量原点から撮像を行う
位置までの台車４の移動距離データならびに台車４の傾
斜角度データは、データ処理部１３ｂに直接入力され
る。

【００３２】こうして、各測量を確認したら、さらに台
車４を走行させて、次の測量点に停止させ、上記と同様
の作業を行う。そして、最終的に測量区間を終了した
ら、測量を終える。

【００３３】上述の測量後（これは、１点ごとの測量後
でもよいし、あるいは全点の測量後でもよい）、記憶し
た画像データを二値化するが、特に、リベット３ａの測
量時には、図６に示すように照明により生じたリベット
３ａの三日月状の影の輪郭を明確にし、さらに、この三
日月状の影の内側の弧の部分を輪郭に持つ楕円を最小自
乗法によって求め、その中心座標を算出して、この座標
をリベット中心座標とする。そして、得られた中心座標
と、垂直距離センサ１２で得られたＣＣＤカメラ６と橋
桁３との垂直距離と、画像データ中のリベット３ａの間
隔の寸法、ならびに枕木２の前後幅の寸法データからリ
ベット３ａの間隔、ならびに枕木２との位置関係を求め
る。すなわち、ＣＣＤカメラ６のレンズの視野角θは予
めわかっているから、画像データの画面上の寸法をＴ、
レンズと被検体との垂直距離をＬとすると、ｔａｎ（θ
／２）＝（Ｔ／２）／Ｌの関係が得られ、このＴとＬの
関係に基づいて実際の寸法を求めることができる。

【００３４】そして、測量原点からの距離に基づいて、
リベット締結位置を、測量原点からの同一座標上に順次
配置・記録して行く。ただし、枕木２で隠れている部分
は、撮像されないから、以下のようにして推測して記録
することになる。

【００３５】すなわち、リベット３ａの締結パターン
は、数種類に決まっているから、これらのパターンを予
めデータ記憶部１３ａに記憶しておき、この記憶した締
結パターンを、上記のように撮像して求めたリベット締
結位置の配置と照合して、枕木２の下になって撮像され
ないリベット締結位置の配置を推測して、座標上に順次
記録する。また、イレギュラー（橋桁３のつなぎの部分
に多い）が存在する場合は、上記パターンと合致しなく
なるため、前後のデータと推測データとが座標上合致し
ない場合は、枕木２の下にイレギュラーが存在すると認
識・記憶する。

【００３６】なお、傾斜角センサ１１により台車４が傾
斜していることが検出された場合、この傾斜角度に応じ
て、例えば、座標軸を傾斜角度分だけ回動させるといっ
た補正を行う。

【００３７】また、左右のＣＣＤカメラ６をそれぞれレ
ール１の上方に移動させてレール１を真上から撮像し、
かつ、ＣＣＤカメラ６とレール１との垂直距離を検出し
て、レール１の位置，寸法、左右の間隔を測量できる。
また、左右のＣＣＤカメラ６をそれぞれ枕木２の左右端
部まで移動させて測量を行うことで、枕木２の左右の位
置も測量できる。

【００３８】以上説明したように、第１実施例の鉄道用
測量装置にあっては、ＣＣＤカメラ６により被検体を垂
直に撮像して得られた画像データと、同時に検出したＣ
ＣＤカメラ６と被検体の垂直距離とに基づいて、被検体
の位置ならびに寸法を求めて同一座標上に配置・記憶さ
せるようにしたため、レール１，枕木２，橋桁３などの
位置関係を同時に測量することができるという効果が得
られ、しかも、平面上に設けられたリベット３ａなどの
位置を正確に測量することができるという効果が得られ
る。

【００３９】加えて、本実施例では、リベット３ａの締
結パターンをデータ記憶部１３ａに予め記憶しておき、
この記憶した締結パターンと撮像して求めたリベット締
結位置の配置と照合してリベット締結位置の配置を推測
するようにしたため、枕木２に隠れて撮像されない部分
まで測量することができるという効果が得られる。

【００４０】さらに、本実施例では、平面上のリベット
３ａを斜めから照明して、それにより生じる三日月状の
影から、リベット３ａの中心座標を演算するようにした
ために、輪郭の不確定なリベット３ａなどの中心座標を
簡易に正確に算出できるという効果が得られる。

【００４１】次に、本発明第２実施例の鉄道用測量装置
について説明する。なお、第２実施例装置を説明するに
あたり、第１実施例と同じ構成には同じ符号を付けて説
明を省略する。

【００４２】第２実施例装置は、第１実施例装置の照明
を省略した例である。したがって、コントロールユニッ
ト１３のデータ処理部１３ｂは、リベット３ａの測量を
行う場合には、ＣＣＤカメラ６により撮像したリベット
３ａ自体の像から位置および寸法を測量するように構成
されている。他の構成は第１実施例と同様であるので説
明を省略する。

【００４３】次に、本発明第３実施例の鉄道用測量装置
について説明する。なお、この場合も第１実施例との相
違点のみを説明し、第１実施例と同じ構成には同じ符号
を付けて説明を省略する。

【００４４】図８は、第３実施例装置のブロック図であ
って、本実施例では第１照明８ａと第２照明８ｂの２個
の照明を設けており、リベット３ａの位置の測量の際に
は２方向から光を照射するようにしている。

【００４５】したがって、本実施例では、データ処理部
１３ｂにおいてリベット３ａの中心座標を算出する手法
が第１実施例と異なっており、これについて説明する
と、両照明８ａ，８ｂでリベット３ａに光を照射した場
合、リベット３ａに図９（イ）に示すような三日月状の
影３ｂが生じる。そして、データ処理部１３ｂでは、記
憶した画像データを二値化する際に、この影３ｂの輪郭
を明確にした上で、これら三日月状の影３ｂの対称線３
ｃ［図９（ロ）参照］を求めるとともに各影３ｂの重心
３ｄ［図９（ハ）参照］を求め、この重心３ｄ，３ｄを
結ぶ線と対称線３ｃとの交点座標をリベット３ａの中心
座標と処理する［図９（ニ）参照］。

【００４６】また、他のリベット３ａの中心の求め方と
しては、図１０（イ）に示すような影３ｂが生じるよう
に斜め方向から光を照射した場合、２つの影３ｂの間の
対称線３ｃを求める点は同様であるが［図１０（ロ）参
照］、影３ｂの重心を求める代わりに、各影３ｂにおけ
る対称線３ｅ（照射方向線でもある）を求め［図１０
（ハ）参照］、各線３ｃ，３ｅ，３ｅの交点を中心座標
と処理する。なお、他の処理に関しては第１実施例と同
様である。

【００４７】以上、本発明の実施例を図面により詳述し
てきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の
変更等があっても本発明に含まれる。

【００４８】例えば、実施例では、移動手段としての移
動装置７は、ＣＣＤカメラ６を台車４に対して左右方向
のみに移動させるようにしたが、さらに、前後や上下に
移動させる移動手段を設けてもよい。また、この場合、
当然のことならがら撮像位置検出手段ｆは、台車４に対
するＣＣＤカメラ６の前後・左右・上下方向の位置を検
出できるように構成する。

【００４９】また、第３実施例では、２個の照明８ａ，
８ｂを設けた例を示したが、これらの照明の数は、３個
以上の複数としてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の鉄道用測
量装置にあっては、レールに沿って移動する台車に、移
動手段により移動可能な撮像手段と、台車の走行距離を
検出する台車走行距離検出手段と、台車に対する撮像手
段の位置を検出する撮像位置検出手段と、撮像手段と被
検体との垂直距離を検出する垂直距離検出手段と、台車
の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、撮像データ，台
車の走行距離，台車に対する撮像手段の位置，撮像手段
と被検体との垂直距離，台車の傾斜角，画面寸法に基づ
いて被検体の位置あるいは寸法を測量する測量手段とを
設けた構成としたため、撮像手段により、レール，枕
木，橋桁などの位置関係を撮像して、各位置を同時に測
量することができるという効果が得られ、しかも、平面
上に設けられたリベットなどの位置を正確に測量するこ
とができるという効果が得られる。

【００５１】さらに、請求項２記載の発明では、撮像手
段に対して所定の角度を有して被検体を照明する照明手
段を設け、測量手段には、橋桁を締結するリベットを前
記照明手段により斜めから照射させて生じるリベットの
影の画像データに基づいてリベットの中心座標を求める
リベット中心演算部を設けた構成としたため、輪郭の不
確定なリベットなどの中心座標を簡易に正確に算出でき
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄道用測量装置を示すクレーム対応図
である。

【図２】本発明第１実施例の鉄道用測量装置を示す斜視
図である。

【図３】第１実施例装置を示すブロック図である。

【図４】第１実施例装置の要部を示す正面図である。

【図５】第１実施例装置のリベットのパターンの推定方
法を示す説明図である。

【図６】第１実施例装置のリベットの中心座標の求め方
を示す説明図である。

【図７】本発明第２実施例の鉄道用測量装置を示すブロ
ック図である。

【図８】本発明第３実施例の鉄道用測量装置を示すブロ
ック図である。

【図９】第３実施例装置のリベットの中心座標の求め方
を示す説明図である。

【図１０】第３実施例装置のリベットの中心座標の求め
方を示す説明図である。

【符号の説明】

ａ 台車 ｂ 被検体 ｃ 撮像手段 ｄ 移動手段 ｅ 台車走行距離検出手段 ｆ 撮像位置検出手段 ｇ 垂直距離検出手段 ｈ 傾斜角検出手段 ｊ 測量手段 ｋ 照明 ｍ リベット ｎ リベット中心演算部

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 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｋ Ｇ０１Ｃ 9/00 Ｒ Ｇ０６Ｔ 1/00 7/60

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道のレールに沿って移動可能に形成さ
   れた台車と、 前記レールの周辺の被検体を垂直に撮像可能に前記台車
   に設けられた撮像手段と、 この撮像手段を台車に対して移動させる移動手段と、 前記台車のレール上の走行距離を検出する台車走行距離
   検出手段と、 前記台車に対する撮像手段の位置を検出する撮像位置検
   出手段と、 前記撮像手段と被検体との垂直距離を検出する垂直距離
   検出手段と、 前記台車の傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、 前記撮像手段からの撮像データ，前記台車の走行距離，
   前記台車に対する撮像手段の位置，前記撮像手段と被検
   体との垂直距離，前記台車の傾斜角度，画面寸法に基づ
   いて被検体の位置あるいは寸法を測量する測量手段と、
   を備えていることを特徴とする鉄道用測量装置。
2. 【請求項２】 前記台車に、前記撮像手段に対して所定
   の角度を有して被検体を照明する照明手段が設けられ、 前記測量手段には、橋桁を締結するリベットを前記照明
   手段により斜めから照射させて生じるリベットの影の画
   像データに基づいてリベットの中心座標を求めるリベッ
   ト中心演算部が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の鉄道用測量装置。