JPH0954104A - 鉄道走行列車の遠隔速度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄道走行列車の速度測定を行なうに当って測
定装置を走行経路に近接設置することなく、精度よく遠
隔測定を容易迅速に行なうこと。 【解決手段】 鉄道走行経路の側方離隔地点に、結像面
に光センサーを配設した望遠光学装置Ｃを置いて、その
視野中を通過する走行列車からの受光量変化データをコ
ンピュータに入力して、そのピーク値間の時間と走行方
向の距離により列車長、車輛長の既知又は未知の何れの
場合にも、容易迅速に列車走行速度及び列車走行方向を
表示出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道走行列車の速度
を、走行経路の側方離隔位置において、容易正確に遠隔
測定する手段を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道走行列車の速度測定は、走行状態の
監視、騒音振動による公害防止など基礎資料を得る上に
必要である。この走行速度測定手段としては、電波、
光、音波等の試験波のドップラー効果量を分析測定する
方法、一定の走行距離を通過する時間をストップウオッ
チや通過センサーにより計測する方法、走行列車の列車
長、車輛長、車輪軸間長など既知長さが一定の地点を通
過する所要時間をストップウオッチ、通過センサー、ビ
デオカメラなどによって計測する方法などが従来採用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の速度測定
方法において、ドップラー効果を利用するいわゆるスピ
ードガン、スピードレーダーなどの測定手段は、試験波
の照射方向を走行列車の移動方向になるべく一致せし
め、充分な反射波を得ることが必要であり、したがって
測定者が走行経路に近接しなければならなく、作業に危
険性が伴うとともに、試験波照射範囲内に他の移動体が
存在した場合には、測定精度が不安定となるなどの問題
点があった。

【０００４】また、走行経路上の一定距離を通過する時
間を測定する手段では、一定距離を置いた二点のそれぞ
れに通過センサーを設置し、あるいは走行列車長、車輛
長などの通過長が既知の場合には一地点のみに通過セン
サーを設置して、通過時間を測定するが、通過センサー
を走行経路に近接して設置するため、その作業に危険性
が伴うとともに、走行線路の地形、線路構造などの条件
により、測定装置の設置条件が制約される場合が多く、
機動的な測定が困難であった。さらにストップウオッチ
による測定方法では、目視手動操作による測定精度が不
安定となり易く、また長時間作業が困難であった。

【０００５】ビデオカメラによって、走行経路の側方か
ら通過列車を撮影して、そのビデオテープをコマ送り再
生して、所定距離の二点間の通過時間あるいは既知列車
長、車輛長の一点通過時間を算出する方法では、再生分
析に手間がかかり、コマ送り時間により測定精度が左右
され、即時測定が困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、結像面の一部
に光センサーを配置した望遠光学装置を列車走行経路の
側方離隔一に設置して、その視野中を通過する走行列車
の側面からの受光量変化を捉えて、これをコンピュータ
処理する手段によって、前記従来の測定方法における課
題を解決した走行列車の遠隔速度測定方法及びその装置
に関する。

【０００７】すなわち、本発明は結像面に光センサーを
配置した望遠光学装置を列車走行経路の側方離隔位置に
位置せしめて、その視野中を通過する走行列車の側面の
全高又はその一部を含む範囲の経時的な受光両変化に応
ずる電気信号を得て、これをＡ／Ｄ変換してコンピュー
タに入力し、そのピーク値の時間間隔を基礎データとし
て、走行列車の列車長又は車輛長が既知の場合には、直
ちに走行速度を計算して出力表示し、列車長又は車輛長
が未知の場合は走行方向の既知の距離に対する二つの基
礎データの対応するそれぞれのピーク値相互の時間間隔
により走行速度を計算して出力表示するようにした鉄道
走行列車の遠隔速度測定方法並びに該方法を実施する装
置に関するものである。

【０００８】本発明において用いる望遠光学装置は、鉄
道走行経路の側方へ約２０ｍ以上離隔した地点に設置し
て、走行列車の車輛側面の高さの全部又は少なくともそ
の上部が結像面に捕捉し得る倍率の望遠レンズを装着し
たものであり、その光軸が列車走行経路に対し直角ある
いはその前後１０゜以内になるように設置することが望
ましい。

【０００９】望遠光学装置の結像面に配設する光センサ
ーは、フォトトランジスター、フォトダイオードなどの
光電変換素子であって、走行列車の外郭形状あるいは外
面塗装などの表面の光反射率などにより、背景、あるい
は周縁部分との照度差異による入射する受光量変化に従
って電圧変化した電気信号を生ずるものであり、したが
って光センサーは、望遠光学装置の結像面中の通過走行
列車像の受光量変化が明瞭に表れる範囲、例えば車両連
結部、車輛側面の一定位置に表示された塗料部分を含む
小面積範囲に対応する位置に配置することが必要であ
り、これにより当該部分の受光量変化のピーク値を明瞭
に採取することができる。

【００１０】前記の望遠光学装置としては、望遠鏡、望
遠レンズを装着したカメラが用いられ、又その結像面に
配設する光センサーは一個の光電変換素子でもよいが、
走行列車と測定点間の距離、高低差、望遠光学装置の設
置状態による光軸方向の変動さらには走行列車の上り、
下りの走行方向による視差などの測定条件の変動に対応
できるように、複数の光電変換素子を縦方向に列設した
マルチ素子型の光センサーアレイとすることが好まし
く、この場合は該光センサーアレイはその列を復数に分
割した範囲毎の複数の素子の全部又は一部の素子の電気
信号を得るようにする。

【００１１】前記の受光量変化に基づく光センサーの出
力は、通常プリアンプ、ハイパスフィルターを介して、
あらかじめ設定した値を越えた時点から数１０秒の時間
範囲の電気信号を、中間アンプを経てＡ／Ｄ変換装置を
通して微小時間間隔のデジタル信号としてコンピュータ
に入力記憶されるとともに、そのピーク値間の時間間隔
を検出し、所要の計算処理により、走行列車長、車輛長
が既知である場合は直ちに走行速度が、又走行列車長、
車輛長が未知の場合は走行方向の既知の距離の二点にお
ける前記と同様にして得られた相互の対応ピーク値の時
間間隔により走行速度が出力表示される。

【００１２】上記のコンピュータに入力される受光量変
化のピーク値は、走行列車の先頭部、車両連結部分、車
輛塗装部分、後端部などの通過時点において、最も明瞭
に採取されるが、そのピーク値波形は往々にして複雑な
波形となるので、そのピーク値間の時間間隔は単一列車
に対して得られた単−データの場合は、得られたピーク
値波形相互間の自己相関関数の計算による極大値Ｙを示
す時間を採用し、単一列車に対して時間差を有して得ら
れた二つのデータを用いる場合は両者の対応するピーク
値波形の相互相関関数の計算による極大値Ｙを示す時間
を採用することにより、背景、周縁条件に左右されるこ
となく、ピーク値間の時間間隔を的確に算出して、正確
な走行速度を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は走行列車の外郭形状又は
各車輛の一定位置に表示された塗装部分などにより、望
遠光学装置の光センサーにより得られる受光量ピーク値
の時間間隔を基礎データとして速度測定するものである
が、該走行列車の全長又は連結される車輛長が既知また
は未知によって、その測定方法は下記のような種々の実
施形態がある。

【００１４】ａ．列車長又は車輛長が既知である場合 結像面に光センサーを配設した望遠光学装置を、列車走
行経路の側方離隔地点に位置せしめて、その視野中を通
過する走行列車の側面の全高又はその一部を含む範囲の
経時的な受光量変化に応ずる電気信号を得て、これをＡ
／Ｄ変換してコンピュータに入力し、そのピーク値の時
間間隔により列車走行速度を計算して出力表示する測定
方法（１）が用いられる。

【００１５】さらに、前記の測定方法（１）における望
遠光学装置の結像面に配設する光センサーとして、光電
変換素子を複数直列した光センサーアレイに代えて、こ
の光センサーアレイを結像面の縦方向に配設し、該光セ
ンサーを複数に分割した範囲毎の電気信号を、それぞれ
Ａ／Ｄ変換してコンピュータに入力し、その中のピーク
値が明確なデータを示すチャンネルのピーク値の時間間
隔に基づいて列車走行速度を計算して出力表示する測定
方法（２）とすることができる。

【００１６】ｂ．列車長、車輛長が未知である場合 列車走行方向に所定距離を置いた走行経路の二点のそれ
ぞれに対応して、走行経路の側方離隔した二地点に位置
して、結像面に光センサーを配設した二つの望遠光学装
置を設置し、それぞれの視野中を順次通過する走行列車
の側面の全高又はその一部を含む範囲の経時的な受光量
変化に応ずる電気信号を得て、この電気信号をＡ／Ｄ変
換してコンピュータに入力して、両データの対応するピ
ーク値相互間の時間間隔により列車走行速度を計算して
出力表示する測定方法（３）が用いられる。

【００１７】さらに、光電変換素子を複数直列した光セ
ンサーアレイの二個を結像面に間隔を置いて縦方向に平
行に配設した望遠光学装置を、列車走行経路の側方離隔
地点に位置せしめて、その視野中を通過する走行列車の
側面の全高又はその一部を含む範囲が、両光センサーア
レイを順次横切ることによる受光量変化に応ずる電気信
号を得て、これをＡ／Ｄ変換してコンピュータに入力
し、両光センサーアレイによる両データの対応するピー
ク値間の時間間隔と、走行列車の側面と望遠光学装置と
の間の距離により列車走行速度を計算して出力表示する
測定方法（４）とすることができる。

【００１８】前記の（１）〜（４）の測定方法におい
て、望遠光学装置は鉄道走行経路の側方へ２０〜２００
ｍ離隔し、且つ走行列車に対する光軸が水平又は±１０
°以内に収まる高低差を有するように設置することが望
ましく、２０ｍ以下の距離に設置すると、鉄道走行経路
の路肩、防音塀などの遮蔽、上り下りの走行列車への対
応の困難性などの問題が生じ、又２００ｍ以上の距離で
は長焦点望遠レンズが必要となり、装置の取扱性や経済
性が低下するのでこのましくない。

【００１９】なお、本発明の測定方法は、昼間は太陽光
を受ける走行列車面からの反射光及びその周縁の照度に
よる受光量変化を検知することにより行うものであり、
受光部の感度は天候条件によって調節することが望まし
く、夜間は測定対象位置を照明する投光器を設けて行う
ことができ、必要であれば通常の光センサーは赤外領域
まで対応しているので赤外線投光器を用いて暗闇環境に
影響を及ぼす事なく測定することができる。

【００２０】

【実施例】実施例１として走行列車の車輛長が既知の場
合について図１乃至図５を参照して説明する。図１は列
車走行経路と望遠光学装置の位置関係を示す説明的な正
面図、図２はその平面図であって、Ｔ１，Ｔ２は複線の
走行経路Ｒ上にある上り及び下りの走行列車、℃は走行
経路Ｒに対して直角方向の離隔距離に設置した望遠光学
装置、３０はコンピュータである。望遠光学装置Ｃは上
りの走行列車Ｔ１の車輛側面からの離隔距離Ｄが４０ｍ
の地点に設置し、走行列車Ｔ１の側面全高が捉えられる
２００ｍｍ望遠レンズ系を有し、その光軸方向が水平に
対し±１０°の範囲となるように設置することにより下
りの走行列車Ｔ２の車輛側面のほぼ全高も視野内に収め
ることができる。

【００２１】図３は上り走行列車Ｔ１の車輛側面から４
０ｍ離隔し、列車走行軌道面から約３ｍ低下した位置か
らの視差により上り下りの走行列車Ｔ１，Ｔ２の視界の
縦方向のずれを示し、一点鎖線で囲んだ縦Ｈ，横Ｂの長
方形Ｇ範囲は、該位置に設置した望遠光学装置Ｃとして
２００ｍｍ望遠レンズを装着した３５ｍｍ一眼レフカメ
ラを用いた場合の２４×３６ｍｍの結像面に収まる撮像
範囲であり、これは上り走行列車Ｔ１の側面位置で縦
Ｈ，横Ｂ４．８×７．２ｍの範囲に相当するものであ
り、このさいのカメラの光軸Ｘの仰角は約８°である。

【００２２】図４は前期の望遠光学装置Ｃとコンピュー
タ３０との電気的結線のブロック図であり、望遠光学装
置Ｃとした一眼レフカメラの裏蓋内面に位置する結像面
Ｆには、その中央縦方向に、縦横４×２ｍｍの受光面を
有する光センサー（フォトトランジスター）ＬＳが、
１．５ｍｍ間隔を置いて４個列設される。各光センサー
ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４はそれぞれプリアンプ
１０、ハイパスフィルター１１、中間アンプ１２を経る
別個の回路によりＡ／Ｄ変換器２０、コンピュータ３０
に接続され、コンピュータ３０は出力表示装置３１を有
している。

【００２３】図５は上越新幹線の８両編成の上り走行列
車について、前記の通りの測定条件の下に得られた信号
波形グラフであり、光センサーＬＳ１はパンタグラフを
含む車輛屋根上部、ＬＳ２は主として車両連結部の上部
空間を含む範囲、ＬＳ３は車両の窓部分を含む範囲、Ｌ
Ｓ４は車輛下部の通過範囲におけるそれぞれの受光量変
化状態を示す４個の波形グラフが表されている。

【００２４】前記の波形グラフにおいて、ＬＳ１，ＬＳ
２，ＬＳ３のグラフは先頭車輛Ｖ１の前端、各車輛連結
部Ｓ１〜Ｓ７、後尾車両Ｖ８の後端に相当する明瞭な９
個のピーク値が採取されるが、ＬＳ４のデータは線路肩
及び防護柵の遮蔽により明瞭なピーク値は得られなかっ
た。また、先頭車輛Ｖ１の前端、後尾車両Ｖ８の後端の
外部形状によってそのピーク値波形は複雑な波形であっ
たが、ＬＳ２によるデータの車両連結部のピーク値波形
は他のものよりも明瞭な波形であった。中間の車輛長２
５．０ｍは既知であるので、コンピュータ３０は前記Ｌ
Ｓ２のデータを選択して最初と最後のピーク値を除外し
て、各車輛連結部Ｓ１〜Ｓ７に相当するピーク値波形の
自己相関関数計算を行って所望のピーク値間の時間間隔
を得て、走行速度を算出して出力表示するものである。
例えば、二つのピーク値間の時間間隔が０．４３秒であ
れば列車走行速度は時速２０９．３ｋｍであることが算
出される。

【００２５】下り走行列車Ｔ２に対しては、前記の距離
Ｄが４５ｍとなり望遠光学装置Ｃの結像面Ｆにおいて、
その視差により画像が上方にずれて、所望測定データは
光センサーＬＳ３によって採取されて、前記と同様にし
てその走行速度が算出されて出力表示される。したがっ
て、光センサーのＬＳ２又はＬＳ３のデータ採取別を出
力表示することにより、走行列車Ｔ１，Ｔ２の走行方向
を区別表示することができる。

【００２６】なお、本測定装置のスイッチオンオフは、
近接する走行列車を視認又は振動、騒音の感知による測
定者の操作により行うが、当該走行列車が常時継続的に
発信する列車指令応答信号電波を傍受してその電界強度
レベルにしたがって警報を発して測定者が操作し、又は
電界強度レベルによって自動制御することもできる。

【００２７】実施例２として走行列車の車輛長が未知の
場合について、図６，図７を参照して説明する。本例は
前記した実施例１における望遠光学装置３０として用い
た一眼レフカメラの結像面Ｆに配設する光センサーＬＳ
に代えて、２個の光センサーアレイＬＡ１，ＬＡ２を用
い、これを図６に示すようにカメラ裏蓋Ｑの内面の結像
面Ｆの左右に離隔して縦方向に平行に配設して、それぞ
れから得られる２つの受光量変化データの対応するピー
ク値の時間間隔と、前記の２個の光センサーアレイＬＡ
の相互の中心間距離Ｐにより決定される列車側面におけ
る進行方向長さとによって、走行速度を算出表示するも
のである。

【００２８】光センサーアレイＬＡ１，ＬＡ２は何れも
縦横１×２ｍｍサイズのシリコンフォトダイオード素子
をその長辺間のピッチ１ｍｍで１２個列設固定したマル
チチャンネルアレイを用い、両アレイの中心間距離Ｐを
３４ｍｍとして結像面の左右に配設し、それぞれのアレ
イを３素子ごとに分割してその３素子をまとめて出力端
子を設けて、前実施例１と同様にして、各光センサーア
レイ毎に４個計８個の受光両変化波形出力を得て、これ
をコンピュータ３０に入力して、そのピーク値波形が明
瞭な左右の対応する波形を選択して、図７に示すような
左右対応波形を得て、それぞれの対応ピーク値波形例え
ば図７の３番目のピーク値波形の相互相関関数計算を行
って両ピーク値間の時間差Δｔを算出する。

【００２９】望遠光学装置Ｃと走行列車Ｔ１の車輛側面
との間の距離Ｄは４０ｍであるので、前記の両光センサ
ーアレイＬＡ１，ＬＡ２の中心間距離Ｐの３４ｍｍの間
隔は、列車側面の進行方向６．８ｍに相当し、前記の時
間差Δｔにしたがって走行速度を算出するとともに上り
下りの判別ができる。例えば左センサーのピーク値に対
して右センサーのピーク値が０．１１秒の遅れがあれ
ば、当該列車は上りで時速２２２．６ｋｍであることが
出力表示される。また、走行列車Ｔ２の車輛側面までの
距離が４５ｍであれば、ＬＡ１，ＬＡ２の間隔は列車側
面の７．６５ｍに相当し、左センサーの遅れΔｔが０．
１２秒であれば当該列車は下りで時速２１１．０ｋｍで
あることが表示される。

【００３０】

【発明の効果】実施例１，２の測定のさいに、現在最も
信頼し得るものとして採用されているＪＲ車軸検知測定
法（レール面に近接して光センサーを設置して、単位時
間に対する車軸通過数をカウントする方法）を同時に実
施してその精度を比較したところ、両者は時速０．１ｋ
ｍ単位で一致し、さらにその測定装置の設置、操作など
の取扱性、測定結果の即時表示性などの面で本発明のほ
うが極めて優れていた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における走行列車と望遠光学装置と位置
関係を示す説明的な正面図である。

【図２】走行列車と望遠光学装置との位置関係を示す平
面図である。

【図３】望遠光学装置設置位置における上り下りの走行
列車の側面に対する視差、視野を示す略示的な側面図で
ある。

【図４】望遠光学装置に配設した光センサーとコンピュ
ータとの電気的結線を示すブロック図である。

【図５】実施例１における４個の光センサーの受光量変
化測定データの出力波形図である。

【図６】実施例２におけるカメラ裏蓋内面の光センサー
アレイの配設状態を示す正面図である。

【図７】実施例２における２個の光センサーアレイの受
光両変化測定データの出力波形図である。

【符号の説明】

Ｔ１ 上り走行列車 Ｔ２ 下り走行列車 Ｖ 車輛 Ｓ 連結部 Ｃ 望遠光学装置 Ｆ 結像面 Ｄ 車輛側面と望遠光学装置間の離隔距離 Ｇ 撮像範囲 Ｘ 光軸 ＬＳ 光センサー ＬＡ 光センサーアレイ Ｐ 中心間距離 Δｔ 時間差 ３０ コンピュータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像面に光センサーを配設した望遠光学
   装置を列車走行経路の側方離隔地点に位置せしめて、そ
   の視野中を通過する走行列車の側面の全高又はその一部
   を含む範囲の経時的な受光量変化に応ずる電気信号を得
   て、これをＡ／Ｄ変換してコンピュータに入力し、その
   ピーク値の時間間隔により列車走行速度を計算して出力
   表示することを特徴とする列車長又は車輛長が既知であ
   る鉄道走行列車の遠隔速度測定方法。
2. 【請求項２】 光センサーが光電変換素子を複数直列し
   た光センサーアレイであって、該光センサーアレイが望
   遠光学装置の結像面の縦方向に配設され、その光センサ
   ーアレイを複数に分割した範囲毎の電気信号をそれぞれ
   Ａ／Ｄ変換してコンピュータに入力し、その中のピーク
   値が明確なデータを示すチャンネルのピーク値の時間間
   隔に基づいて列車走行速度を計算して出力表示する請求
   項１記載の列車長又は車輛長が既知である鉄道走行列車
   の遠隔速度測定方法。
3. 【請求項３】 列車走行方向に所定間隔を置いた走行経
   路の二点のそれぞれに対応して、走行経路の側方に離隔
   したに地点に位置して結像面に光センサーを配置した二
   つの望遠光学装置を設置し、それぞれの視野中に順次通
   過する走行列車の側面の全高又はその一部を含む範囲の
   経時的な受光量変化に応ずる電気信号を得て、この電気
   信号をＡ／Ｄ変換してコンピュータに入力し、両データ
   の対応するピーク値相互間の時間間隔により列車走行速
   度を計算して出力表示することをとを特徴とする列車長
   又は車輛長が未知である鉄道走行列車の遠隔速度測定方
   法。
4. 【請求項４】 光電変換素子を複数直列した光センサー
   アレイの二個を、結像面に間隔を置いて縦方向に平行に
   配設した望遠光学装置を、列車走行経路の側方離隔地点
   に位置せしめて、その視野中を通過する走行列車の側面
   の全高又はその一部を含む範囲が、両光センサーアレイ
   を順次横切ることによる経時的な受光両変化に応ずる電
   気信号を得て、これをＡ／Ｄ変換してコンピュータに入
   力し、両光センサーアレイによる両データの対応するピ
   ーク値間の時間間隔と、走行列車の側面と望遠光学装置
   との間の距離により列車走行速度を計算して出力表示す
   ることを特徴とする列車長又は車輛長が未知である鉄道
   走行列車の遠隔速度測定方法。
5. 【請求項５】 望遠光学装置と、該望遠光学装置の結像
   面に配設した光センサーと、該光センサーの出力電気信
   号のＡ／Ｄ変換回路と、該変換電気信号を入力して、そ
   のピーク値の時間間隔に基づいて走行速度を計算出力す
   るコンピュータとよりなることを特徴とする列車長又は
   車輛長が既知である鉄道走行列車の遠隔速度測定装置。
6. 【請求項６】 望遠光学装置と、該望遠光学装置の結像
   面に間隔を置いて縦方向に平行に配設した二個の光セン
   サーアレイと、各光センサーアレイを複数に分割した範
   囲毎の出力電気信号のＡ／Ｄ変換回路と、該各変換電気
   信号を入力して、その両データの対応するピーク値相互
   間の時間間隔と、走行列車の側面と望遠光学装置との間
   の距離に基づいて走行速度を計算出力するコンピュータ
   とよりなることを特徴とする列車長又は車輛長が未知で
   ある鉄道走行列車の遠隔測定装置。