TWI737624B

TWI737624B - 集電裝置監視系統

Info

Publication number: TWI737624B
Application number: TW105124415A
Authority: TW
Inventors: 坂上啓; 成瀨功; 中村幸太郎; 上野雅之; 谷山紀之; 岡田茂和
Original assignee: 日商東海旅客鐵道股份有限公司
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2021-09-01
Also published as: TW201805608A

Abstract

本發明的一種態樣之集電裝置監視系統係具備有集電電流測量單元、集電電流狀態判斷單元、影像取得單元、事象辨識單元、事象判斷單元以及判斷結果輸出單元。影像取得單元係在集電電流的狀態符合異常狀態的情況下，取得於影像視角內含有集電裝置所具備之集電靴之影像。

Description

集電裝置監視系統

本發明係有關於一種集電裝置監視系統。

鐵路車輛係於其車頂上具備有集電裝置。集電裝置係具有以集電弓(pantograph)支持集電靴(collector shoe)的構造。集電靴係具備有靴體以及設置於靴體的上表面之滑動板，且構成為將滑動板向架線的下緣按壓，自架線將電導入電車(參照專利文獻1)。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特許第4386253號公報。

集電裝置會產生各種異常。各種異常例如包含：鳥碰撞集電弓而集電弓變形以及異物附著在集電靴。

本發明的一種態樣，期望可以提供能及早發現集電裝置相關之異常之集電裝置監視系統。

本發明的一種態樣之集電裝置監視系統係具備有：集電電流測量單元，係構成為測量集電裝置所集電之集電電流；集電電流狀態判斷單元，係構成為判斷前述集電電流的狀態是否符合預先設定的異常狀態；影像取得單元，係構成為在前述集電電流的狀態符合前述異常狀態的情況下，取得於影像視角內含有前述集電裝置所具備的集電靴之影像；事象辨識單元，係構成為在前述影像中辨識有關前述集電靴的事象；事象判斷單元，係構成為判斷前述事象是否符合預先設定的異常事象；以及判斷結果輸出單元，係構成為輸出包含前述事象判斷單元的判斷結果之信號。

藉由此集電裝置監視系統，能及早發現集電裝置的相關異常。此外，該集電裝置監視系統係在集電電流的狀態符合異常狀態的情況下取得影像。因此，與恆常取得影像的方法相比，能減輕集電裝置監視系統執行處理的負擔。

本發明之另一種態樣之集電裝置監視系統係具備有：振動測量單元，係構成為測量集電裝置所具備的集電靴之振動；振動狀態判斷單元，係構成為判斷前述振動的狀態是否符合預先設定的異常狀態；影像取得單元，係構成為在前述振動的狀態符合前述異常狀態的情況下，取得於影像視角內含有前述集電靴之影像；事象辨識單元，係構成為在前述影像中辨識有關前述集電靴的事象；事象判斷單元，係構成為判斷前述事象是否符合預先設定的異常事象；以及判斷結果輸出單元，係構成為輸出包含前述事象判斷單元的判斷結果之信號。

藉由此集電裝置監視系統，能及早發現集電裝置的相關異常。此外，該集電裝置監視系統係在集電靴之振動的狀態符合異常狀態的情況下取得影像。因此，與恆常取得影像的方法相比，能減輕集電裝置監視系統執行處理的負擔。

1‧‧‧集電裝置監視系統(監視系統)

3‧‧‧集電裝置

5‧‧‧車頂

7、9‧‧‧礙子

10‧‧‧鐵路車輛

11‧‧‧基台

13‧‧‧集電靴

15‧‧‧集電弓

17‧‧‧配電電纜

19‧‧‧擋風部

21‧‧‧控制裝置

23‧‧‧第1攝影機

25‧‧‧第2攝影機

27‧‧‧加速度感測器

29‧‧‧第1夾式電流計

31‧‧‧第2夾式電流計

33‧‧‧車速感測器

35‧‧‧GPS

37‧‧‧輸出電流感測器

39‧‧‧駕駛座監視器

41‧‧‧通訊機

43‧‧‧指揮所

45‧‧‧車輛控制部

47‧‧‧記憶部

49‧‧‧集電電流測量單元

51‧‧‧集電電流狀態判斷單元

53‧‧‧振動測量單元

55‧‧‧振動狀態判斷單元

57‧‧‧影像取得單元

59‧‧‧事象辨識單元

61‧‧‧事象判斷單元

63‧‧‧判斷結果輸出單元

65‧‧‧車輛控制單元

67‧‧‧控制結果輸出單元

69‧‧‧車輛資訊取得單元

圖1係表示集電裝置監視系統之方塊圖。

圖2係表示集電裝置、第1攝影機、第2攝影機、加速度感測器以及第1夾式電流計(clamp meter)的配置之說明圖。

圖3係表示第1實施形態之集電裝置監視系統執行處理之流程圖。

圖4係表示第2實施形態之集電裝置監視系統執行處理之流程圖。

圖5係表示第3實施形態之集電裝置監視系統執行處理之流程圖。

依據圖式說明本發明之例示性的實施形態。

(第1實施形態)

1.集電裝置監視系統1之構成

依據圖1、圖2說明集電裝置監視系統1(以下簡稱「監視系統1」)的構成。監視系統1係搭載於鐵路車輛10。該鐵路車輛10係具備有複數個圖2所示之集電裝置3。在圖2為了簡化圖示，圖示複數個集電裝置3的其中之一。監視系統1係設置於各個集電裝置3。以下有將監視系統1監視之集電裝置3稱呼為與該監視系統1對應之集電裝置3之情形。

集電裝置3係設置於鐵路車輛10的車頂5。集電裝置3係具備有礙子(insulator)7、9、基台11、集電靴13以及集電弓15。

礙子7、9係將基台11固定在車頂5上。集電弓15係從基台11的前後方向(鐵路車輛10的行進方向)的一側向另一側往斜上方延伸並支持集電靴13。集電弓15係可於圖2所示之箭號方向擺動，並透過未圖示之彈簧將集電靴13往上壓的方向彈壓。

集電靴13係與未圖示之架線接觸，自該架線將電導入鐵路車輛10。被導入至集電靴13的電係經由通過集電裝置3內之未圖示之電纜傳送至配電電纜17。在車頂5上設置有用以減低集電裝置3所產生之風噪音之擋風部19。

如圖1所示，監視系統1係具備有控制裝置21、第1攝影機23、第2攝影機25、加速度感測器27、第1夾式電流計29、第2夾式電流計31、車速感測器33、GPS(Global Positioning System；全球衛星定位系統)35、輸出電流感測器37、駕駛座監視器39、通訊機41、車輛控制部45以及記憶部47。

控制裝置21係具備有CPU(Central Processing Unit；中央處理器)、RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)等的週知的電腦。控制裝置21係藉由記憶於ROM之程式執行後述之處理。控制裝置21係功能性地具備有集電電流測量單元49、集電電流狀態判斷單元51、振動測量單元53、振動狀態判斷單元55、影像取得單元57、事象辨識單元59、事象判斷單元61、判斷結果輸出單元63、車輛控制單元65、控制結果輸出單元67以及車輛資訊取得單元69。各單元之功能將於後述。

如圖2所示，第1攝影機23設置於車頂5上。在第1攝影機23的影像視角內係包含有集電靴13。第1攝影機23係具有用以在攝影的影像中辨識集電靴13之較佳的敏感度波長。

如圖2所示，第2攝影機25係設置於車頂5上。在第2攝影機25的影像視角內係包含有集電靴13。第2攝影機25係具有用以在攝影的影像中辨識集電靴13與架線之間產生的弧光之較佳的敏感度波長。

如圖2所示，加速度感測器27係設置於集電靴13。加速度感測器27可以各自計測集電靴13的上下方向、前後方向、寬度方向(圖2中與紙面正交之方向)之加速度。

如圖2所示，第1夾式電流計29係測量配電電纜17中的集電電流(以下作為對應集電電流)的值，該配電電纜17係連接於與監視系統1對應之集電裝置3。

第2夾式電流計31係測量配電電纜17中的集電電流(以下作為相鄰集電電流)的值，該配電電纜17係連接於與監視系統1對應的集電裝置3相鄰的集電裝置3。

車速感測器33係測量鐵路車輛10的速度。GPS35係取得鐵路車輛10的位置。輸出電流感測器37係測量鐵路車輛10的輸出電流值(鐵路車輛10的驅動用電流之電流值)。

駕駛座監視器39係設置於鐵路車輛10的未圖示之駕駛座，且為可以顯示影像之監視器。通訊機41係可以與存在於鐵路車輛10的外部之指揮所43進行無線通訊的裝置。車輛控制部45係控制鐵路車輛10的速度等。記憶部47係具備有硬碟驅動機(hard disk drive)等，可以記憶各種資訊。

2.監視系統1執行之處理

依據圖3說明監視系統1(特別是控制裝置21)在預定的週期反覆執行之處理。圖3中之「S」係表示步驟。後述之圖4及圖5中之「S」亦同。在圖3之步驟1中，集電電流測量單元49係利用第1夾式電流計29持續預定時間測量對應集電電流的值。此外，集電電流測量單元49係利用第2夾式電流計31持續預定時間測量相鄰集電電流的值。測量結果記憶於記憶部47。

在步驟2中，振動測量單元53係利用加速度感測器27持續預定時間測量集電靴13之加速度。其結果，可獲得集電靴13之加速度於時間序列地變化之資料。該資料係表示集電靴13的振動之資料。此外，在本步驟2中，除了加速度的測量之外，亦利用車速感測器33測量鐵路車輛10的速度。集電靴13之加速度於時間序列地變化之資料以及鐵路車輛10的速度係賦予關連並記憶於記憶部47。

在步驟3中，由集電電流狀態判斷單元51判斷前述步驟1所測量之集電電流的狀態是否符合預先設定的異常狀態。異常狀態係包含以下狀態(a1)至(a3)。

狀態(a1)：對應集電電流的大小偏離預先設定之正常範圍的狀態。此外，正常範圍可以為具有上限值及下限值的範圍，也可以為只具有上限值的範圍，也可以為只具有下限值的範圍。

狀態(a2)：在對應集電電流的測量結果中無電流狀態的發生頻率在臨限值以上的狀態。在此所謂的無電流狀態係指對應集電電流的值為0或是接近0之值的狀態。發生頻率係指每單位時間之無電流狀態的發生次數。

狀態(a3)：對應集電電流以及相鄰集電電流的電流值大小的差(集電裝置間的集電電流大小的偏差)在臨限值以上的狀態。

集電電流的狀態符合狀態(a1)至(a3)之中任一者的情況下則進入步驟4，都不符合的情況下則進入步驟13。

在步驟4中，由集電電流狀態判斷單元51判斷異常狀態的程度是否顯著。

例如，在集電電流為狀態(a1)的情況下，若對應集電電流的大小與正常範圍的上限值或下限值的差超過預定的值，則判斷異常狀態的程度為顯著；在此以外的情況下，判斷為異常狀態的程度不顯著。

此外，在集電電流為狀態(a2)的情況下，若無電流狀態的發生頻率與臨限值的差超過預定的值，則判斷異常狀態的程度為顯著；在此以外的情況下，判斷為異常狀態的程度不顯著。

此外，集電電流的狀態為(a3)的情況下，若集電裝置間的集電電流大小的偏差與臨限值的差超過預定的值，則判斷異常狀態的程度為顯著；在此以外的情況下，判斷為異常狀態的程度不顯著。

在異常狀態的程度為顯著的情況下進入步驟5，異常狀態的程度不顯著的情況下則進入步驟6。

在步驟5中，判斷結果輸出單元63係向駕駛座監視器39輸出異常信號，並利用通訊機41向指揮所43傳送異常信號。駕駛座監視器39係對應異常信號顯示警告影像。

在步驟6中，影像取得單元57利用第1攝影機23及第2攝影機25取得影像。取得之影像記憶於記憶部47。

在步驟7中，事象辨識單元59係辨識於透過步驟6所取得之影像中有關集電靴13的事象。作為有關集電靴13的事象，可列舉集電靴13的形狀、異物附著在集電靴13、集電靴13的動作(例如上下動作的週期、上下動作的振幅等)、集電靴13的傾斜以及集電靴13與架線之間發生的弧光。

集電靴13的形狀、異物附著在集電靴13、集電靴13的動作以及集電靴的傾斜，可在利用第1攝影機23取得之影像作辨識。此外，集電靴13與架線之間發生的弧光係可在利用第2攝影機25取得之影像中辨識。

此外，有關集電靴13的事象辨識中，可使用週知的影像辨識技術(例如圖案辨識(pattern recognition)技術)。

在步驟8中，事項判斷單元61判斷在前述步驟7所辨識之有關集電靴13的事象是否符合預先設定的異常事象。異常事象中係包含以下事象(e1)至(e6)。

事象(e1)：在前述步驟6所取得之影像中所辨識之集電靴13的形狀與集電靴13本來的形狀的差(集電靴13之變形的程度)在預定的臨限值以上。

事象(e2)：異物附著在集電靴13，該異物的大小在預定的臨限值以上。

事象(e3)：集電靴13之動作的態樣係偏離預先設定之正常範圍。例如集電靴13的上下動作的振幅或週期偏離正常範圍。

事象(e4)：集電靴13的傾斜在預定的臨限值以上。

事象(e5)：弧光之發生頻率在臨限值以上。

事象(e6)：1次的弧光之持續時間在臨限值以上。

有關集電靴13的事象為異常事象的情況下進入步驟9，非異常事象的情況下則進入步驟12。

在步驟9中，判斷結果輸出單元63向駕駛座監視器39輸出含有有關集電靴13之事象為異常事象之判斷結果的信號(以下作為異常事象信號)，並利用通訊機41向指揮所43傳送。駕駛座監視器39係因應異常事象信號顯示通報發生異常事象之訊息的影像。

此外，判斷結果輸出單元63在向駕駛座監視器39輸出異常事象信號時也輸出車輛資訊，並向指揮所43傳送。車輛資訊係含有鐵路車輛10的速度、鐵路車輛10的位置以及鐵路車輛10的輸出電流值等的資訊。駕駛座監視器39顯示車輛資訊。

此外，鐵路車輛10的速度係車輛資訊取得單元69利用車速感測器33所取得。此外，鐵路車輛10的位置係車輛資訊取得單元69利用GPS35所取得。此外，鐵路車輛10的輸出電流值係車輛資訊取得單元69利用輸出電流感測器37所取得。

此外，判斷結果輸出單元63在向駕駛座監視器39輸出異常事象信號及車輛資訊時，也輸出在前述步驟6所取得之影像，並向指揮所43傳送。駕駛座監視器39顯示該影像。

在步驟10中，車輛控制單元65利用車輛控制部45進行降低鐵路車輛10的速度之控制。降低速度之控制係可以為減低鐵路車輛10的驅動用電流之控制(降檔(notch down)或空檔(notch off))，也可以為剎車之控制。

在步驟11，控制結果輸出單元67在進行前述步驟10之處理的情況下，向駕駛座監視器39輸出特有的信號，並向指揮所43傳送。

另一方面，在前述步驟8中判斷為否的情況下則進入步驟12，判斷結果輸出單元63向駕駛座監視器39輸出含有有關集電靴13的事象並非異常事象的判斷結果的信號，並向指揮所43傳送。

此外，在前述步驟3中判斷為否的情況下則進入步驟13。在步驟13中，振動狀態判斷單元55判斷出現在步驟2所取得之資料的集電靴13的振動狀態是否符合預先設定的異常狀態。異常狀態係包含下述狀態(b1)、(b2)。

狀態(b1)：振動的振幅在臨限值以上的狀態。

狀態(b2)：鐵路車輛10的速度為比第1速度(低速)還高之第2速度(高速)時之振幅相對於鐵路車輛10的速度為第1 速度時之振幅的比例R未滿臨限值的狀態。此外，第1速度、第2速度可以預先設定。此外，第1速度、第2速度的速度係可以設定成具有一定幅度的區間。

此外，針對狀態(b2)，如同以下計算比例R。之前的前述步驟2所取得之資料為在第1速度所取得之資料的情況下，從記憶部47讀取過去在第2速度所取得之資料。接著，自之前的前述步驟2所取得之資料以及從記憶部47所讀取之資料計算比例R。

此外，之前的前述步驟2所取得之資料為在第2速度所取得之資料的情況下，從記憶部47讀取過去在第1速度所取得之資料。接著，自之前的前述步驟2所取得之資料以及從記憶部47讀取之資料計算比例R。

振動的狀態符合狀態(b1)或(b2)的情況下則進入步驟14，若兩者都不符合則結束本處理。

在步驟14中，振動狀態判斷單元55判斷異常狀態的程度是否顯著。

例如狀態(b1)為異常狀態的情況下，若振動的振幅以及臨限值的差超過預定的值，則判斷異常狀態的程度為顯著；在此之外的情況下則判斷異常狀態的程度為不顯著。

此外，狀態(b2)為異常狀態的情況下，若振幅的比例R以及臨限值的差超過預定的值，則判斷異常狀態的程度為顯著；在此之外的情況下則判斷異常狀態的程度為不顯著。

異常狀態的程度為顯著的情況下進入步驟15，異常狀態的程度不顯著的情況下則進入步驟6。

在步驟15中，判斷結果輸出單元63向駕駛座監視器39輸出異常信號，並利用通訊機41向指揮所43傳送異常信號。駕駛座監視器39係因應異常信號顯示警告影像。

3.監視系統1達成之功效

功效(1A)：監視系統1係取得於影像視角內含有集電靴13之影像，辨識在該影像中有關集電靴13的事象，並判斷辨識之事象是否符合異常事象。進而，監視系統1輸出含有其判斷結果之信號。藉此，鐵路車輛10的組員以及指揮所43的工作人員可以及早發現集電靴13的相關之異常。

功效(1B)：監視系統1將集電電流狀態是否符合異常狀態以及集電靴之振動的狀態符合異常狀態作為條件取得影像。因此，與恆常取得影像的方法相比，可以減輕監視系統1執行處理的負擔。

功效(1C)：監視系統1係設定狀態(a1)至(a3)作為集電電流的狀態之相關之異常狀態。藉此，可以更正確地判斷集電電流的狀態是否符合異常狀態。

功效(1D)：監視系統1係設定狀態(b1)、(b2)作為集電靴13之振動狀態的相關的異常狀態。藉此，可以更正確地判斷振動狀態是否符合異常狀態。

功效(1E)：監視系統1係辨識集電靴13的形狀、異物附著在集電靴13、集電靴13的動作、集電靴13的傾斜以及集電靴13與架線之間發生的弧光作為有關集電靴13的事象。藉此，可以廣泛地檢測集電靴13相關之異常。

功效(1F)：監視系統1在有關集電靴13的事象符合異常事象的情況下，降低鐵路車輛10的速度。藉此，提升鐵路車輛10的安全性。

功效(1G)：監視系統1在鐵路車輛10的速度降低的情況下，輸出該情況下特有的信號。藉此，鐵路車輛10的組員以及指揮所43的工作人員可以容易地理解鐵路車輛10的狀況。

功效(1H)：監視系統1向駕駛座監視器39輸出影像的資料，並向指揮所43傳送。藉此，鐵路車輛10的組員以及指揮所43的工作人員可以容易地理集電裝置3的狀況。

功效(1I)：監視系統1向駕駛座監視器39輸出車輛資訊，並向指揮所43傳送。藉此，鐵路車輛10的組員以及指揮所43的工作人員可以容易地理解鐵路車輛10的狀況。

(第2實施形態)

由於第2實施形態的基本的構成與第1實施形態相同，所以省略關於共通構成的說明，以差異點為中心進行說明。

本實施形態之監視系統1(特別是控制裝置21)係在預定的週期反覆執行如圖4所示的處理。

在圖4的步驟21中，集電電流測量單元49利用第1夾式電流計29持續預定時間測量對應集電電流的值。此外，集電電流測量單元49利用第2夾式電流計31持續預定時間測量相鄰集電電流的值。測量結果記憶於記憶部47。

在步驟22中，集電電流狀態判斷單元51判斷前述步驟21所測量之集電電流的狀態是否符合預先設定的異常狀態。該判斷方法與前述第1實施形態相同。集電電流的狀態符合異常狀態的情況下進入步驟23，不符合的情況下則結束本處理。

在步驟23中，由集電電流狀態判斷單元51判斷異常狀態的程度是否顯著。該判斷方法與前述第1實施形態相同。異常狀態的程度顯著的情況下進入步驟24，異常狀態的程度不顯著的情況下則進入步驟25。

在步驟24中，判斷結果輸出單元63向駕駛座監視器39輸出異常信號，並利用通訊機41向指揮所43傳送異常信號。駕駛座監視器39係因應異常信號顯示警告影像。

步驟25至31的處理與前述第1實施形態之前述步驟6至12的處理相同。

依據以上詳述之第2實施形態，除了前述第1實施形態的功效(1A)、(1C)、(1E)至(1I)之外，還可獲得以下功效(2A)。

功效(2A)：監視系統1將集電電流的狀態符合異常狀態作為條件取得影像。因此，與恆常取得影像的方法相比，可以減輕監視系統1執行處理的負擔。

(第3實施形態)

由於第3實施形態的基本的構成與第1實施形態相同，所以省略關於共通構成的說明，以差異點為中心進行說明。

本實施形態之監視系統1(特別是控制裝置21)係在預定的週期反覆執行如圖5所示的處理。

在圖5之步驟41中，振動測量單元53利用加速度感測器27持續預定時間測量集電靴13之加速度。其結果，可獲得集電靴13之加速度於時間序列地變化之資料。該資料為表示集電靴13的振動之資料。此外，在本步驟41中，除了加速度的測量之外，還利用車速感測器33測量鐵路車輛10的速度。集電靴13之加速度於時間序列地變化之資料以及鐵路車輛10的速度係記憶於記憶部47。

在步驟42中，振動狀態判斷單元55判斷出現在前述步驟41所取得之資料的集電靴13的振動的狀態是否符合預先設定的異常狀態。該判斷方法與前述第1實施形態相同。

振動的狀態符合異常狀態的情況下進入步驟43，不符合異常狀態的情況下則結束本處理。

在步驟43中，振動狀態判斷單元55判斷異常狀態的程度是否顯著。該判斷方法與前述第1實施形態相同。異常狀態的程度為顯著的情況下進入步驟44，異常狀態的程度為不顯著的情況下則進入步驟45。

在步驟44中，判斷結果輸出單元63向駕駛座監視器39輸出異常訊號，並利用通訊機41向指揮所43傳送異常信號。駕駛座監視器39係因應異常信號顯示警告影像。

步驟45至51的處理與前述第1實施形態之前述步驟6至12的處理相同。

依據以上詳述之第3實施形態，除了第1實施形態的功效(1A)、(1D)至(1I)之外，還可獲得以下功效(3A)。

功效(3A)：監視系統1將集電靴13之振動的狀態符合異常狀態作為條件取得影像。因此，與恆常取得影像的方法相比，可以減輕監視系統1執行處理的負擔。

(其他實施形態)

以上針對本發明之例示性的實施形態說明，但本發明並不被上述的實施形態所限制，可以採用各種方式。

變形例(1)：集電電流相關之異常狀態並不限定於上述，可以適宜地設定。且集電靴13之振動相關的異常狀態，並不限定於上述，可以適宜地設定。

變形例(2)：在影像中辨識之有關集電靴13的事象並不限定於上述，可以適宜地設定。

變形例(3)：監視系統1所具備的攝影機數亦可以為1台。在這情況下，可以在該1台之攝影機所取得的影像中，辨識集電靴13的形狀、異物附著在集電靴13、集電靴13的動作、集電靴13的傾斜以及弧光。

變形例(4)：1台之監視系統1也可以監視複數個集電裝置3。