TWI448399B - Electromechanical railway maintenance vehicle position measuring device - Google Patents

Description

電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置

本發明係關於測定架線及軌道等之保養所使用之電氣化鐵路保養用車輛之行駛位置之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，尤其係關於利用圖像處理取得電氣化鐵路保養用車輛之行駛位置與通過時刻之關係之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置。

作為電氣化鐵路之設備，主要可舉出架線與軌道。該等分別為鐵路營運之重要保養設備。架線在運用電氣化鐵路車輛中每當電氣化鐵路車輛通過時會與集電裝置接觸。因此架線逐漸磨耗，若未作更換將有最終因斷裂而招致事故之虞。又，軌道會因電車之運行而產生彎曲、應變、損傷、磨耗等，若放任不管該等之進展，則有招致電氣化鐵路車輛之脫軌等事故之虞。

因此，為迅速掌握因架線或軌道之磨耗等而需要注意處並提出因應之道，特定架線或軌道之需要注意處之位置(例如從某地點行駛幾公里之位置存在需要注意處等)之資訊，由保養管理之面而言為重要事項。

目前，進行架線或軌道等設備之保養之情形中，使用保養專用車輛或鐵公路兩用車等，當檢測結果檢測出需要注意處之情形時，由取得其資料時之車輛位置推斷需要注意處之位置(例如參照下述專利文獻1)。

此處，作為特定車輛位置之方法，先前例如有使用自動列車控制裝置(ATC)或旋轉編碼器之方法，分別具有以下特徵。

自動列車控制裝置係控制列車之位置或速度者，原為用以運轉車輛之系統，但該自動列車控制裝置中設有將列車之位置或速度之資訊向外部通信之機制。因此，使用自動列車控制裝置特定車輛位置之情形，係利用與該自動列車控制裝置之外部進行通信之機制而特定保養專用車輛之位置(例如參照下述專利文獻2)。

又，使用旋轉編碼器特定車輛位置之情形，係基於由旋轉編碼器而得之車輪之迴轉數，由該車輪之迴轉數與車輪之圓周之長度而求得以某地點為基準位置之車輛之行駛距離(例如參照下述專利文獻3)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-89523號公報

[專利文獻2]日本特開2006-248412號公報

[專利文獻3]日本特開2004-17700號公報

[非專利文獻]

[非專利文獻1]藤吉弘亘「斜率基底之特徵提取-SIFT與HOG-」資訊處理學會研究報告CVIM 160、2007年、p.211-224

但，利用上述先前之自動列車控制裝置之情形，不僅需要在車輛側設置收發機器，亦需要在軌道側以一定間隔設置收發裝置，因此設置於長距離之線區之情形中，有個數增多、耗費成本之問題。

又，由於旋轉編碼器為藉由計算車輪之迴轉角而測定行駛距離之構成，因此有以下問題：因剎車或坡道行駛等使得列車雖未行進但車輪仍在迴轉，或因車輪打滑使得車輪雖未迴轉但列車仍在行進等局部性產生之誤差累加，導致需要注意處之位置特定變困難之虞。

因此，先前之自動列車控制裝置中，於車輛之車頂上設置線感測器相機，將利用該線感測器(以下稱作線感測器)拍攝之架線附近之圖像進行圖像處理(模版比對或邊緣檢測等)而檢測吊架，基於拍攝該吊架之時刻而特定車輛之行駛位置與通過時刻之關係，藉此消除上述誤差。

但，若吊架自身傾斜伸出或吊架傾斜映照於畫面上，則利用模版比對進行吊架檢測之情形中會有與模版之對照時吊架檢查之精度低落之虞，而利用邊緣檢測進行吊架之檢測之情形中，有因縱向邊緣弱化而使得吊架檢測之精度低落之虞。

由上，本發明之目的係提供一種可高精度地特定車輛之行駛位置與通過時刻之關係之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置。

用以解決上述問題之第1發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之特徵在於具備：線感測器，其拍攝架線或懸吊支持架線之吊架之吊架線之圖像；圖像建立部，其將前述線感測器所拍攝之圖像建立為模版圖像與輸入圖像；記憶部，其保存在前述圖像建立部中建立之前述模版圖像與前述輸入圖像；模版建立處理部，其從保存於前述記憶部之前述模版圖像提取SIFT特徵量，建立模版圖像資料並保存於前述記憶部內；SIFT特徵量提取處理部，其從保存於前述記憶部之前述輸入圖像提取SIFT特徵量並保存於前述記憶部內；吊架位置檢測處理部，其探索保存於前述記憶部之前述模版資料之SIFT特徵量與前述輸入圖像之SIFT特徵量之對應點，而檢測前述輸入圖像中之吊架位置並保存於前述記憶部內。

用以解決上述問題之第2發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之特徵在於，前述第1發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置中，具備時刻記錄處理部，其基於前述線感測器之抽樣頻率與保存於前述記憶部之前述輸入圖像上之吊架位置，計算前述吊架經檢測之時刻，並將時刻資料保存於前述記憶部內。

用以解決上述問題之第3發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之特徵在於：前述第1發明或第2發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置中，於前述吊架位置檢測處理部中，當存在上次之吊架位置之情形時，交遞上次之吊架位置與吊架線及架線之傾斜資料，進行以上次之吊架位置為基準而限定處理區域之次處理區域之計算。

用以解決上述問題之第4發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之特徵在於，第3發明之電氣化鐵路保養用車輛位置特定裝置中，於前述吊架位置檢測處理部中，擴大前述次處理區域。

根據本發明，可提供一種可高精度地特定車輛之行駛位置與通過時刻之關係之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置。

以下，針對本發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之實施例，參照附圖進行說明。

[實施例1]

以下，針對本發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之第1實施例進行說明。

本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之特徵在於：使用設於車輛之車頂上之線感測器，使線感測器朝向枕木方向、且朝向斜上方拍攝吊架線與架線，求得作為大小或迴轉變化不易受影響之圖像特徵量即SIFT(尺度不變特徵轉換)特徵量(參照上述非專利文獻1)，求得與從預先求得之模版用之圖像提取之SIFT特徵量之對應點，藉此檢測吊架。

首先，針對本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之概要進行說明。

圖1係顯示本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之概要之模式圖。

如圖1所示，本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置具備：線感測器1，其係為了拍攝架線101或懸吊支持架線101之吊架102之吊架線103之圖像，而於車輛100之車頂上朝向枕木方向、且朝向斜上方設置，於圖1中箭頭L所示之攝影線上拍攝圖像；照明2，其為了在夜間或隧道內亦可利用線感測器1拍攝圖像，而設於線感測器1之周邊；處理用個人電腦3，其保存線感測器1所拍攝之圖像並進行圖像處理，且設於車輛100內。並且，線感測器與處理用個人電腦3以可收發圖像資料之方式連接。另，圖1中箭頭A所示之方向表示車輛100之行進方向。

接著，針對本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成進行說明。

圖2係顯示本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成之方塊圖。

如圖2所示，本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置具備：圖像建立部10，其將線感測器1所拍攝之圖像建立為模版圖像與輸入圖像；記憶體11，其保存圖像建立部10中建立之模版圖像與輸入圖像；模版建立處理部13，其根據保存於記憶體11之模版圖像提取SIFT特徵量，建立模版資料並保存於記憶體12內；SIFT特徵量提取處理部14，其從保存於記憶體11之輸入圖像提取SIFT特徵量並保存於記憶體12內；吊架位置檢測處理部15，其探索保存於記憶體12之模版資料之SIFT特徵量與輸入圖像之SIFT特徵量之對應點，檢測圖像中之吊架位置並保存於記憶體12內；時刻記錄處理部16，其基於線感測器1之抽樣頻率與保存於記憶體12之圖像上之吊架位置，算出檢測吊架102之時刻，並將時刻資料保存於記憶體12內。

另，本實施例中，處理用個人電腦3發揮圖像建立部10、記憶體11、12、模版建立處理部13、SIFT特徵量提取處理部14、吊架位置檢測處理部15、及時刻記錄處理部16之作用。又，記憶體11與記憶體12亦可為共通之記憶體。

接著，針對本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序進行說明。

圖3係顯示本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序之流程圖。

如圖3所示，作為本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序，首先於步驟P10中，從線感測器1取得抽樣用圖像。另，如圖4所示，模版圖像為切割出所拍攝之1個吊架102之部份之圖像。

接著，於步驟P11中，從模版圖像中提取SIFT特徵量而建立模版資料。另，如圖5中黑色圓點所示，SIFT特徵量於模版圖像上存在複數個，建立其所有的模版資料。另，對於SIFT特徵量之求取方法，係使用上述非專利文獻1所記載之方法，此處省略說明。

接著，於步驟P12中，從線感測器1建立輸入圖像。另，如圖6所示，輸入圖像之縱軸為高度，橫軸為時間。

接著，於步驟P13中，從輸入圖像提取SIFT特徵量。

接著，於步驟P14中，進行模版資料之SIFT特徵量與輸入圖像之SIFT特徵量之對應點探索，檢測輸入圖像內之所有吊架位置。另，吊架位置之檢測方法係計算模版資料之SIFT特徵量與輸入圖像之所有SIFT特徵量之歐幾里德距離，將最小值者作為對應點。又，同樣對模版資料之所有SIFT特徵量求取歐幾里德距離，基於各個對應點而檢測吊架位置。

此處，所謂歐幾里德距離，係將模版資料之SIFT特徵量與輸入圖像之SIFT特徵量之差平方，計算出該等之總和平方根者。具體言之，SIFT特徵量為128次元之特徵量。因此，歐幾里德距離之計算如下式(1)。

[數1]

上述式(1)中，V意指輸入圖像之SIFT特徵量，V^t 意指模版資料之SIFT特徵量，d意指歐幾里德距離。

另，通常，歐幾里德距離成為最小之處在1張輸入圖像內只會出現1處。又，根據車輛100之行駛速度不同，在1張輸入圖像內可能會拍攝到複數之吊架102，如此一來將無法檢測所有吊架102。

但，由線感測器1拍攝之橫軸為時間之輸入圖像中，於同一時間上不存在複數之吊架102。因此，本實施例中，如圖7中虛線所示，將1張輸入圖像依每小時劃分成短條狀而進行對應點探索，因而可檢測複數之吊架102。另，劃分之寬度為任意，但基本上與模版資料之寬度為相同程度。

接著，於步驟P15中，從所檢測之吊架位置計算時刻並記錄時刻。如圖6所示，輸入圖像之橫軸為時間。然後，基於線感測器1之抽樣頻率與輸入圖像上之吊架位置便可算出時刻。

例如，線感測器1之抽樣頻率為1 kHz，在時間軸方向之第100條線上檢測吊架102之情形中，每1線之攝影時間為1[sec]÷1000[Hz]=0.001[sec]，而在第100條線上檢測吊架102，故為0.001[sec]×100[線]=0.1[sec]。

最後，於步驟P16中，重複步驟P12~16直至對所有的輸入圖像之處理結束為止，在對所有的輸入圖像之處理結束之時間點，結束本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之一連串處理。

如上說明，根據本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，藉由進行使用模版資料之SIFT特徵量與輸入圖像之SIFT特徵量之對應點探索處理，而如圖6所示，即使吊架102與周圍之構造物104存在於同一處之情形中，亦可檢測吊架102，因此可防止吊架102之漏檢測。

又，根據本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，由於使用對於比例、迴轉或明亮度變化具穩健性之SIFT特徵量，因此無需對應於比例、迴轉或明亮度變化而準備所有情況之模版資料，即使在比例、迴轉或明亮度有所變化之情形中，只要有1個模版資料便可檢測，因此可提高吊架102之檢測效率。

[實施例2]

以下，針對本發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之第2實施例進行說明。

本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置係與第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置大致相同之構成，但具有以下不同點：當存在上次之吊架位置之情形時，以上次之吊架位置為基準而限定處理區域，藉此謀求處理之高速化。

接著，針對本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成進行說明。

圖8係顯示本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成之方塊圖。

如圖8所示，本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成與第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成大致相同，但具有以下不同點：於吊架位置檢測處理部15中，存在上次之吊架檢測位置之情形時，交遞上次之吊架位置與吊架線103及架線101之傾斜資料，進行以上次之吊架位置為基準而限定處理區域之次處理區域之計算。

接著，針對實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序進行說明。

本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序與第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成大致相同，但具有以下不同點：當存在上次之吊架位置之情形時，追加以上次之吊架位置為基準而限定處理區域之次處理區域之計算處理。

SIFT特徵量由於在算出處理上過於花費時間，因此需要謀求處理之高速化。SIFF特徵量之算出所需要之時間與處理區域之大小成比例，因此若可限定處理區域則可有效率地進行處理。此處，由於吊架102必定存在於吊架線103與架線101之間，且存在於吊架線103與架線101之傾斜方向之可能性高，因此若可檢測第1個吊架102，則可限定處理區域。如此，由於可根據吊架線103及架線101之傾斜而限定次處理區域，因此可謀求處理之高速化。

圖9係顯示本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序之流程圖。

如圖9所示，作為本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序，首先於步驟P10中，從線感測器1取得模版用圖像。另，如圖4所示，模版圖像為切割出所拍攝之1個吊架102之部份之圖像。

接著，於步驟P11中，從模版圖像提取SIFT特徵量而建立模版資料。另，如圖5中黑色圓點所示，SIFT特徵量於模版圖像上存在複數個，建立其所有之模版資料。另，對於SIFT特徵量之求取方法，於上述非專利文獻1中有記載，因此此處省略說明。

接著，於步驟P12中，從線感測器1建立輸入圖像。另，如圖6所示，輸入圖像之縱軸為高度，橫軸為時間。

接著，於步驟P20中，若存在上次之吊架位置之情形時，於步驟P21中執行次處理區域之計算處理。又，不存在上次之吊架位置之情形時，於步驟P13中根據輸入圖像全體進行吊架位置檢測處理。

接著，於步驟P21中，從第1張圖像中檢測吊架102，基於第1張圖像之吊架檢測位置4及吊架103與架線101之傾斜而決定次處理區域5。具體言之，如圖10所示，吊架線103與架線101之傾斜為右下方向之情形時，吊架102存在於吊架線103與架線101之間，因此存在於吊架線103與架線101之傾斜方向之可能性較高。因此，可以第1張圖像之吊架4為基準，在吊架線103與架線101之傾斜方向決定次處理區域5。

另，將圖10中A、B所示之一點鏈線作為圖像之切割線，將1點鏈線A左側作為第1張圖像，將一點鏈線A與一點鏈線B之間作為第2張圖像，將一點鏈線B右側作為第3張圖像。

接著，於步驟P14中，在次處理區域5內或圖像全體進行吊架位置檢測處理。

接著，於步驟P15中，從檢測出之吊架位置計算時刻並記錄時刻。

最後，於步驟P16中，若存在上次之吊架位置之情形時，重複步驟P12~15直至輸入圖像不存在為止，在對所有的輸入圖像結束處理之時間點，結束本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之一連串處理。

如上說明，根據本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，不僅發揮第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之效果，且藉由將處理區域限定於區域5，亦可謀求處理之高速化。

[實施例3]

以下，針對本發明之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之第3實施例進行說明。

本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置與第2實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置大致為相同構成，但具有以下不同點：將處理區域限定於次處理區域5之處理時，藉由擴大次處理區域5而提高吊架位置檢測精度。

接著，針對本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序進行說明。

將圖11中A所示之一點鏈線作為圖像之切割線，將一點鏈線A之左側作為第1張圖像，將一點鏈線A之右側作為第2張圖像。如圖11所示，於圖像之切割線上拍攝到吊架102之情形時，SIFT特徵量會有所不同，因此可能無法檢測出吊架102。因此，如圖11所示，藉由將次處理區域5之範圍擴大為包含前圖像、即包含第1張圖像之一部份，而可檢測在圖像之切割線上拍攝到之吊架102。

如上說明，根據本實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，除了發揮第2實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之效果外，並藉由擴大次處理區域5，如圖11所示，即使在圖像之切割線上拍攝吊架102之情形下，亦可高精度地檢測吊架102。

[產業上之可利用性]

本發明係適用於架線及軌道等之保養所使用之側定電氣化鐵路車輛之位置之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置者。

1．．．線感測器

2．．．照明

3．．．處理用個人電腦

4．．．吊架位置

5．．．次處理區域

10．．．圖像建立部

11、12．．．記憶體

13．．．模版建立處理部

14．．．SIFT特徵量提取處理部

15．．．吊架位置檢測處理部

16．．．時刻記錄處理部

100．．．車輛

101．．．架線

102．．．吊架

103．．．吊架線

104．．．結構物

圖1係顯示本發明之第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成之模式圖。

圖2係顯示本發明之第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成之方塊圖。

圖3係顯示本發明之第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序之流程圖。

圖4係顯示本發明之第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之模版圖像之例之圖。

圖5係顯示本發明之第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之模版資料之SIFT特徵量之例之圖。

圖6係顯示本發明之第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之輸入圖像之例之圖。

圖7係顯示本發明之第1實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之SIFT特徵量之對應點探索處理區域之例之圖。

圖8係顯示本發明之第2實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之構成之方塊圖。

圖9係顯示本發明之第2實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之處理順序之流程圖。

圖10係顯示本發明之第2實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之次處理區域之例之圖。

圖11係顯示將本發明之第3實施例之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置之次處理區域放大之例之圖。

1．．．線感測器

10．．．圖像建立部

11、12．．．記憶體

13．．．模版建立處理部

14．．．SIFT特徵量提取處理部

15．．．吊架位置檢測處理部

16．．．時刻記錄處理部

Claims (4)

1. 一種電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，其特徵在於其具備：線感測器，其拍攝架線或懸吊支持架線之吊架的吊架線之圖像進行攝影；圖像建立部，其將前述線感測器所拍攝之圖像建立為模版圖像與輸入圖像；記憶部，其保存在前述圖像建立部中建立之前述模版圖像與前述輸入圖像；模版建立處理部，其從保存於前述記憶部之前述模版圖像提取SIFT特徵量，建立模版圖像資料並保存於前述記憶部內；SIFT特徵量提取處理部，其從保存於前述記憶部之前述輸入圖像提取SIFT特徵量並保存於前述記憶部內；及吊架位置檢測處理部，其探索保存於前述記憶部之前述模版資料之SIFT特徵量與前述輸入圖像之SIFT特徵量之對應點，而檢測前述輸入圖像中之吊架位置並保存於前述記憶部內。
2. 如請求項1之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，其中具備時刻記錄處理部，其基於前述線感測器之抽樣頻率與保存於前述記憶部之前述輸入圖像上之吊架位置，計算檢測前述吊架之時刻，並將時刻資料保存於前述記憶部內。
3. 如請求項1或2之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，其中於前述吊架位置檢測處理部中，當存在上次之吊架位置之情形時，交遞上次之吊架位置與吊架線及架線之傾斜資料，進行以上次之吊架位置為基準而限定處理區域之次處理區域之計算。
4. 如請求項3之電氣化鐵路保養用車輛位置測定裝置，其中於前述吊架位置檢測處理部中，擴大前述次處理區域。