TWI573026B - A Method of Estimating Wear and Estimation of Overhead Lines - Google Patents

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TWI573026B
TWI573026B TW105111904A TW105111904A TWI573026B TW I573026 B TWI573026 B TW I573026B TW 105111904 A TW105111904 A TW 105111904A TW 105111904 A TW105111904 A TW 105111904A TW I573026 B TWI573026 B TW I573026B
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Takanori Hayashi
Makoto Niwakawa
Seiji Tabayashi
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Meidensha Electric Mfg Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
    • G01B11/105—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines

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Description

架空線之磨耗推定方法及推定裝置
本發明係關於一種架空線之磨耗推定方法及推定裝置。詳細而言，係關於一種用以架空線磨耗推定之測量資料解析方法。
於專利文獻1等中，藉由圖像測量而測定架空線磨耗(殘存直徑)，進行不使實測值超過臨限值之管理。
又，於非專利文獻1中，藉由雷射測定裝置等測定磨耗(殘存直徑)，且同樣管理。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-159971(磨耗測定裝置及其方法)
[非專利文獻]
[非專利文獻1]「面向架空線磨耗預測之電氣檢測車測定資料解析」平成26年電氣學會產業應用部門大會5-17
然而，於數個月左右之較短之測定間隔中，磨耗之進行亦較少，因測定誤差致使殘存直徑隨時間流逝而增加之情形亦不少見。為根據此種資料推定磨耗進行，於非專利文獻1中，使用1年半間隔之差分避免逆轉，或於位置方向取得移動平均而進行位置偏差修正。
最初，測定誤差因即便以打蘭單位(一捆架空線，平均1打蘭具有 1km左右之長度)平均亦大到產生逆轉，故進行上述般處理亦無法完全迴避，而設定過濾條件(若為臨限值以下，則磨耗值為0)。
本發明係提供對於此種誤差較大之測定值進行妥當之磨耗推定之方法及裝置者。
解決上述課題之本發明之技術方案1之架空線磨耗推定方法係推定架空線之磨耗之架空線之磨耗推定方法，其特徵在於，基於每個測定日之架空線之殘存直徑之測定值W[k]，於式(1)中，解開使目的函數T於下述制約條件下最小化之最佳化問題，藉此求得殘存直徑之推定值，進而藉由式(2)，推定磨耗率：
[數1]
目的函數：
制約條件：R[k]0：E[k] L[k]
其中
R[k]：第k次測定之磨耗率
E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值
L[k]=W[k]-ε：第k次測定之殘存直徑之下限值
ε：對測定值假定之誤差值
其中
C：換算磨耗率之係數(設為年率時C=365.25)
R[k]：第k次測定之磨耗率
E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值
D[k]：第k次測定之測定日之曆日(差值為測定間隔之日數)
解決上述課題之本發明之技術方案2之架空線磨耗推定方法如技術方案1記述之架空線磨耗推定方法，其特徵在於，取代上述架空線之殘存直徑之測定值W[k]，而使用上述架空線之殘存面積之算出值。
解決上述課題之本發明之技術方案3之架空線磨耗推定裝置係推定架空線之磨耗者，其特徵在於藉由殘存直徑推定部及式(2)推定磨耗率，上述殘存直徑推定部基於每個測定日之架空線之殘存直徑之測定值W[k]，於式(1)中，解開使目的函數T於下述制約條件下最小化之最佳化問題，藉此求得殘存直徑之推定值；
[數2]
目的函數：
制約條件：R[k]0：E[k] L[k]
其中
R[k]：第k次測定之磨耗率
E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值
L[k]=W[k]-ε：第k次測定之殘存直徑之下限值
ε：對測定值假定之誤差值
其中
C：換算磨耗率之係數(設為年率時C=365.25)
R[k]：第k次測定之磨耗率
E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值
D[k]：第k次測定之測定日之曆日(差值為測定間隔之日數)
解決上述課題之本發明之技術方案4之架空線磨耗推定裝置如技術方案3記述之架空線磨耗推定裝置，其特徵在於，取代上述架空線 之殘存直徑之測定值W[k]，而使用上述架空線之殘存面積之算出值。
藉由根據每個測定日之殘存直徑之測定值構成最佳化問題而推定殘存直徑之推定值與磨耗率，即便測定值因誤差而上下波動，亦可算出妥當之推定值及磨耗率。
10‧‧‧測定值行
20‧‧‧推定裝置
21‧‧‧殘存直徑推定部
22‧‧‧磨耗率推定部
30‧‧‧推定結果
C‧‧‧參數
D‧‧‧測定日
E‧‧‧推定值
L‧‧‧殘存直徑下限值
R‧‧‧磨耗率
T‧‧‧目的函數
W‧‧‧測定值
ε‧‧‧誤差值
圖1係本發明之架空線之磨耗推定裝置之方塊圖。
圖2係表示殘存直徑之推定值與磨耗率之時間變化之圖表。
圖3係推定裝置之方塊圖。
每個測定日之架空線之殘存直徑之測定值係於複數個測定日中求得架空線之相同位置中之磨耗(殘存直徑)之測定值者。亦可為修正了各者之測定中之位置之值，又可為於固定之位置範圍內平均化等加工之統計值。
本發明係如圖1所示對於測定值行10使用推定裝置20，推定妥當之推定值與磨耗率作為殘存直徑之變遷，且作為其推定結果30而輸出。
即，測定值行10由每個測定日D[1]、D[2]、...、D[n]之殘存直徑之測定值W[1]、W[2]、...、W[n]構成。測定值係例如，如專利文獻1所示，以設置於電車之頂部上之相機拍攝與集電弓接觸而磨耗之架空線之下表面而取得。
推定裝置20係基於每個測定日之殘存直徑之測定值行10，推定各測定日中之殘存直徑之推定值及磨耗率者，且包含如圖3所示之殘存直徑推定部21、及磨耗率推定部22。推定裝置20亦可藉由將軟體安裝於電腦而實現。
推定結果30係對每個測定日D[1]、D[2]、...、D[n]之殘存直徑之 測定值W[1]、W[2]、...、W[n]加上殘存直徑之推定值E[1]、E[2]、...、E[n]、與磨耗率R[2]、...、R[n]之行。磨耗率係殘存直徑之推定值相對於測定日間隔之變化。因此，磨耗率於第1日不存在，而自第2日起存在。
殘存直徑推定部21藉由構成並解開使式(1)所示之目的函數於以下之制約條件下最小化之最佳化問題而進行殘存直徑之推定。關於最佳化問題將於下文敍述。制約條件係磨耗率為0以上，殘存直徑之推定值為自殘存直徑之測定值減去誤差值ε之下限值以上之兩者。
磨耗率推定部22如式(2)所示基於推定值算出磨耗率。
其中，以殘存直徑推定部21藉由最佳化而算出殘存直徑後，未以磨耗率推定部22算出磨耗率，而是如圖3所示，以於殘存直徑推定部21與磨耗率推定部22之間附註兩個圓弧狀之箭頭之方式，實際上於最佳化之過程中反覆同時推定殘存直徑之推定值與磨耗率之推定值。即，於解開最佳化問題時，基於殘存直徑之推定值推定磨耗率算出目的函數，且基於其再進行殘存直徑之推定之反覆處理，藉此同時推定殘存直徑與磨耗率。
[數3]
目的函數：
制約條件：R[k]0：E[k] L[k]
其中
R[k]：第k次測定中之磨耗率
E[k]：第k次測定中之殘存直徑之推定值
L[k]=W[k]-ε：第k次測定中之殘存直徑之下限值
ε：對測定值假定之誤差值
其中
C：換算磨耗率之係數(設為年率時C=365.25)
R[k]：第k次測定中之磨耗率
E[k]：第k次測定中之殘存直徑之推定值
D[k]：第k次測定中之測定日之曆日(差成為測定間隔之日數)
最佳化問題例如以於Microsoft Excel(微軟公司之商品名)作為加載項被追加之解算器(solver)等解開。解算器係表計算軟體之功能之一種，即，可於包含複數個變數之數式中，求得用以取得作為目標之值之最佳變數之值之功能。於解算器中，可使複數個變數變化，且判斷變數之相互關係，算出最佳值。亦可對某變數附加特定制約，或為了取得特定變數之最大值、最小值而使其他變數值變化。
關於目的函數，作為補充而如下所述。
目的函數原本係減少磨耗率之時間變化，進而附加有第2項作為用以使推定值不易超過上限之制約緩衝項。
此次之問題之情形，本來之目的函數僅為第1項之
[數4]
第2項之
[數5]
本來係成為
[數6]
U[k]=W[k]+ε：第k次測定中之殘存直徑之上限值之制約條件之妥當者。
然而，此次之問題之情形，滿足制約條件(3)之解不存在之情形較多，因無法直接求解，故適當加權進行緩衝，設為
[數7]
進而因該緩衝方式略容易違反制約，故出於加強制約之目的，而設為
[數8]
max(a，b)意指a或b之任一者之較大者。
最後之式中，因有制約
[數9]
且因第2項未變為0以下，故可省略max，成為
[數10]
[實施例1]
圖2係以圖表表示本發明所推定之殘存直徑之推定值與磨耗率之時間變化。
於該案例中，參數C=365.25，α=1，ε=0.01mm，利用16次之測定資料而推定殘存直徑之推移。
於圖2中，殘存直徑(測定值)以實線表示，相對於殘存直徑之上限(0.01)、下限值(-0.01)以一點鏈線表示，磨耗率以二點鏈線表示。
推定值較測定值超過±0.01mm之部分如○所示，第3次及第5次之測定值變得異常小，但此外之部分，即推定值較測定值未超過±0.01mm之部分如●所示，可知推定值係選擇整體上為妥當者，磨耗率之推移亦為妥當。
即，推定值如以細線連結●○所示，於圖2中，隨著朝向右側、即伴隨時間之經過，成為逐漸減少之妥當之結果。同樣地，若基於推定值推定磨耗率，則磨耗率於圖2中，隨著朝向右側、即伴隨時間之經過，成為逐漸增大之妥當之結果。
[實施例2]
本實施例係關於架線(架空線)之接觸面積之磨耗率之修正。
上述實施例1中之目的函數之第1項係使磨耗率之變化最小化，其(只要外部條件不變)表明磨耗率固定。
然而，因架空線之新品當中，架空線與集電弓之接觸寬度較小，故考慮到殘存直徑基準，磨耗之進行較快。即，磨耗率未固定。
因此，於本實施例中，為了對其進行修正，而取代殘存直徑基準之磨耗率，使用殘存面積基準之磨耗率。若明確殘存面積為架空線之剖面形狀，則可根據殘存直徑算出。
具體而言，實施例1，將數3中之「殘存直徑」置換成「殘存面積」，基於每個測定日之殘存面積之算出值行，推定各測定日中之殘存面積之推定值及磨耗率。於圖3中，取代殘存直徑推定部21而設置殘存面積推定部。磨耗率推定部22基於殘存面積之推定值而算出磨耗率。
[產業上之可利用性]
本發明係可作為架空線之磨耗推定方法及推定裝置，廣泛用於產業上者。
10‧‧‧測定值行
20‧‧‧推定裝置
30‧‧‧推定結果
D‧‧‧測定日
E‧‧‧推定值
R‧‧‧磨耗率
W‧‧‧測定值

Claims (4)

  1. 一種架空線磨耗推定方法，其係推定架空線之磨耗之架空線之磨耗推定方法，且其特徵在於，基於每個測定日之架空線之殘存直徑之測定值W[k]，於式(1)中，解開使目的函數T於下述制約條件下最小化之最佳化問題，藉此求得殘存直徑之推定值，進而藉由式(2)，推定磨耗率，[數1] 目的函數： 制約條件：R[k]0：E[k] L[k]其中R[k]：第k次測定之磨耗率E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值L[k]=W[k]-ε：第k次測定之殘存直徑之下限值ε：對測定值假定之誤差值 其中C：換算磨耗率之係數(設為年率時C=365.25)R[k]：第k次測定之磨耗率E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值D[k]：第k次測定之測定日之曆日(差值為測定間隔之日數)。
  2. 如請求項1之架空線磨耗推定方法，其中取代上述架空線之殘存直徑之測定值W[k]，而使用上述架空線之殘存面積之算出值。
  3. 一種架空線磨耗推定裝置，其係推定架空線之磨耗者，且其特 徵在於藉由殘存直徑推定部及式(2)推定磨耗率，上述殘存直徑推定部基於每個測定日之架空線之殘存直徑之測定值W[k]，於式(1)中，解開使目的函數T於下述制約條件下最小化之最佳化問題，藉此求得殘存直徑之推定值；[數2] 目的函數： 制約條件：R[k]0：E[k] L[k]其中R[k]：第k次測定之磨耗率E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值L[k]=W[k]-ε：第k次測定之殘存直徑之下限值ε：對測定值假定之誤差值 其中C：換算磨耗率之係數(設為年率時C=365.25)R[k]：第k次測定之磨耗率E[k]：第k次測定之殘存直徑之推定值D[k]：第k次測定之測定日之曆日(差值為測定間隔之日數)。
  4. 如請求項3之架空線磨耗推定裝置，其中取代上述架空線之殘存直徑之測定值W[k]，而使用上述架空線之殘存面積之算出值。
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