WO2019093185A1 - 線路検査装置 - Google Patents

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cameras
track
line
images
inspection apparatus
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French (fr)
Inventor
広幸 小林
直人 瀬戸
雄史 鴨
蘇蘇 江
Original Assignee
株式会社東芝
東芝インフラシステムズ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a line inspection apparatus.
  • line inspection apparatus by embodiment is provided in the train which performs commercial driving
  • the line inspection apparatus includes a plurality of cameras and a detection unit.
  • the plurality of cameras are configured to be able to capture an image of a track on which a train travels from a plurality of directions.
  • the detection unit detects an abnormality in the line based on a plurality of images simultaneously captured by a plurality of cameras.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a train provided with a track inspection apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary block diagram showing a specific configuration of the line inspection apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the track ups and downs that can be detected in the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the track deviation of a track that can be detected in the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the level deviation of the line that can be detected in the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic view for explaining track deviation of a track that can be detected in the embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic view for explaining the planarity of the line that can be detected in the embodiment.
  • FIG. 8 is an exemplary flowchart showing a series of processes performed by the line inspection apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram showing a schematic configuration of a line inspection apparatus 100 according to an embodiment.
  • the line inspection apparatus 100 is an apparatus for inspecting whether there is an abnormality (a part requiring a track maintenance operation, the details will be described later) in the track R.
  • the line inspection apparatus 100 includes a plurality of cameras 101 and a detection unit 102.
  • the plurality of cameras 101 are configured to be able to capture an image of the track R on which the train 10 travels from a plurality of directions.
  • the detection unit 102 is configured to detect an abnormality of the line R based on a plurality of images simultaneously captured by a plurality of cameras 101 according to the configuration described below.
  • FIG. 1 illustrates a so-called stereo camera in which the number of cameras 101 is two, in the embodiment, the number of cameras 101 may be three or more.
  • the track inspection apparatus 100 is provided at both ends of the plurality of vehicles 11 constituting the train 10 capable of performing a commercial operation, that is, both the leading vehicle 11A and the rear vehicle 11B. It enabled efficient inspection of line R using time. That is, in the embodiment, the plurality of cameras 101 of the track inspection apparatus 100 of the lead vehicle 11A are used as a normal forward monitoring camera for safe traveling, and the track inspection apparatus 100 of the tail vehicle 11B is By conducting an inspection of the line R, we decided to realize an efficient inspection of the line R using the time of commercial operation.
  • the leading vehicle 11A and the trailing vehicle 11B are defined on the assumption that the traveling direction of the train 10 is the arrow D1. However, when the traveling direction of the train 10 is in the opposite direction to the arrow D1, the positional relationship between the leading vehicle 11A and the trailing vehicle 11B is defined reversely to the example shown in FIG.
  • FIG. 2 is an exemplary block diagram showing a specific configuration of the line inspection apparatus 100 according to the embodiment.
  • the detection unit 102 of the line inspection apparatus 100 according to the embodiment includes an image acquisition unit 103, a calculation unit 104, a comparison unit 105, a storage unit 106, and a determination unit 107.
  • the image acquisition unit 103 acquires images captured by a plurality of cameras 101.
  • the calculation unit 104 calculates information corresponding to the abnormality of the line R based on the image acquired by the image acquisition unit 103.
  • FIG. 3 is a schematic view for explaining the high and low deviation of the track R which can be detected in the embodiment.
  • the height deviation is, for example, the unevenness of the rail constituting the track R, and is defined as the unevenness in the direction (for example, the vertical direction) intersecting the installation surface of the rail. Therefore, in the example of FIG. 3, the depth 303 of the recess 302 present in the rail 301 in the vertical direction Z corresponds to the height deviation.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the passage of the track R which can be detected in the embodiment.
  • Passage is, for example, unevenness of a rail constituting the track R, and is defined as unevenness in a direction (for example, a horizontal direction and a direction perpendicular to the rail) in the installation plane of the rail. Therefore, in the example of FIG. 4, the depth 403 of the recess 402 present in the rail 401 along the direction X orthogonal to the rail 401 corresponds to a passing.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the level deviation of the track R that can be detected in the embodiment.
  • the level deviation is defined as, for example, the difference in height with respect to the level surface (e.g., the horizontal surface) of the pair of rails constituting the track R. Therefore, in the example of FIG. 5, the difference 502 in height along the vertical direction Z with respect to the horizontal plane P of the pair of rails 501 corresponds to a level deviation.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the gauge deviation of the track R that can be detected in the embodiment.
  • a deviation in track is defined, for example, as a deviation from a reference value (for example, a size determined by design) of the distance between a pair of rails constituting the track R.
  • a reference value for example, a size determined by design
  • the difference 606 in the dimension orthogonal to the rail 601 between the spacing 603 between the distorted portions 602 of the pair of rails 601 and the spacing 605 between the undistorted portions 604. is equivalent to a level deviation.
  • FIG. 7 is a schematic view for explaining the flatness of the line R that can be detected in the embodiment.
  • the planarity is defined as, for example, the difference between the level deviation calculated at a certain position on the track R and the level deviation calculated at another position different from the certain position.
  • the pair of rails constituting the line R are at the same level in the horizontal plane, but at a position 702 different from the position 701, the pair of rails One of them is distorted along the vertical direction Z compared to the other. Therefore, in the example of FIG. 7, the difference 703 between the level deviation calculated at the position 701 and the level deviation calculated at the position 702 corresponds to the planarity deviation.
  • the calculation unit 104 performs the above-mentioned height deviation and deviation as information corresponding to the abnormality of the line R based on the image acquired by the image acquisition unit 103 and the parallax of the plurality of cameras 101. Calculate the values of level deviation, gauge deviation and planarity. Then, the comparison unit 105 compares the calculation result by the calculation unit 104 with the predetermined inspection standard stored in the storage unit 106.
  • the determination unit 107 determines whether or not there is an abnormality in the line R that requires a track maintenance operation according to the comparison result of the comparison unit 105.
  • the inspection standard stored in the storage unit 106 may not be a preset threshold.
  • a plurality of cameras 101 captured in the past as inspection reference Information based on the past image including the same position information as the comparison target among the past images may be used.
  • the information based on the past image is, for example, a value indicating the past image's height deviation, street deviation, level deviation, gauge deviation, or flatness.
  • FIG. 8 is an exemplary flowchart showing a series of processes performed by the line inspection apparatus 100 according to the embodiment.
  • the plurality of cameras 101 respectively simultaneously capture a plurality of images.
  • the image acquisition unit 103 of the detection unit 102 acquires the image (plurality of images) captured in S1.
  • the calculation unit 104 of the detection unit 102 calculates information corresponding to the abnormality of the line R based on the plurality of images acquired in S2 and the parallaxes of the plurality of cameras 101.
  • the information corresponding to the abnormality is a value indicating height deviation, street deviation, level deviation, gauge deviation, or planarity deviation.
  • the comparison unit 105 of the detection unit 102 compares the calculation result in S3 with the inspection reference stored in the storage unit 106.
  • the inspection standard is, for example, a preset threshold.
  • the determination unit 107 of the detection unit 102 determines the presence / absence of abnormality of the line R based on the comparison result in S4. Then, the process ends.
  • the track inspection apparatus 100 since the track inspection apparatus 100 is provided in the normal train 10 performing commercial operation, the inspection of the track R can be performed more efficiently by using the commercial operation time. . Further, in the embodiment, since a plurality of images simultaneously taken by a plurality of cameras 101 are used for inspection of the line R, it is possible to more easily detect the abnormality of the line R by using the image processing technology.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

実施形態による線路検査装置は、営業運転を行う列車に設けられる。この線路検査装置は、複数のカメラと、検出部と、を備える。複数のカメラは、列車が走行する線路を複数方向から撮像可能に構成されている。検出部は、複数のカメラによって同時に撮像された複数の画像に基づいて、線路の異常を検出する。

Description

線路検査装置
　本発明の実施形態は、線路検査装置に関する。
　従来、線路のレールまでの距離を測定する距離センサなどを用いて、線路に異常（保線作業が必要な箇所）が存在するか否かを検査する技術が知られている。
特開２０１４－２４０２６２号公報
　上記のような従来の技術では、通常の列車の営業運転が終了した後（たとえば夜間など）に、線路に異常が存在するか否かを検査するための専用の検査車両を走行させることで、異常の有無を検査することが一般的であった。したがって、たとえば地方の鉄道で用いられる線路など、駅間の距離が比較的長い線路では、効率的に線路の検査を行うことが困難であった。
　実施形態による線路検査装置は、営業運転を行う列車に設けられる。この線路検査装置は、複数のカメラと、検出部と、を備える。複数のカメラは、列車が走行する線路を複数方向から撮像可能に構成されている。検出部は、複数のカメラによって同時に撮像された複数の画像に基づいて、線路の異常を検出する。
図１は、実施形態による線路検査装置が設けられる列車の概略的構成を示した例示的な図である。 図２は、実施形態による線路検査装置の具体的構成を示した例示的なブロック図である。 図３は、実施形態において検出されうる線路の高低狂いを説明するための概略図である。 図４は、実施形態において検出されうる線路の通り狂いを説明するための概略図である。 図５は、実施形態において検出されうる線路の水準狂いを説明するための概略図である。 図６は、実施形態において検出されうる線路の軌間狂いを説明するための概略図である。 図７は、実施形態において検出されうる線路の平面性狂いを説明するための概略図である。 図８は、実施形態による線路検査装置が実行する一連の処理を示した例示的なフローチャートである。
　以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。
　まず、実施形態の構成について説明する。
　図１は、実施形態による線路検査装置１００の概略的構成を示した例示的な図である。線路検査装置１００とは、線路Ｒに異常（保線作業が必要な箇所、詳細は後述する）が存在するか否かを検査するための装置である。
　図１に示されるように、線路検査装置１００は、複数のカメラ１０１と、検出部１０２と、を備える。複数のカメラ１０１は、列車１０が走行する線路Ｒを複数方向から撮像可能に構成されている。また、検出部１０２は、以下で説明する構成により、複数のカメラ１０１によって同時に撮像された複数の画像に基づいて、線路Ｒの異常を検出するように構成されている。なお、図１には、カメラ１０１の個数が２個であるいわゆるステレオカメラが例示されているが、実施形態では、カメラ１０１の個数が３個以上であってもよい。
　ここで、従来では、通常の列車の営業運転が終了した後（たとえば夜間など）に、線路に異常が存在するか否かを検査するための専用の検査車両を走行させることで、異常の有無を検査することが一般的であった。したがって、たとえば地方の鉄道で用いられる線路など、駅間の距離が比較的長い線路では、効率的に線路の検査を行うことが困難であった。
　そこで、実施形態では、線路検査装置１００を、営業運転を行うことが可能な列車１０を構成する複数の車両１１の両端、すなわち先頭車両１１Ａおよび後尾車両１１Ｂの両方に設けることで、営業運転の時間を利用して効率的に線路Ｒの検査を行うことを可能にした。つまり、実施形態では、営業運転中は、先頭車両１１Ａの線路検査装置１００の複数のカメラ１０１を、安全走行のための通常の前方監視カメラとして使用し、後尾車両１１Ｂの線路検査装置１００に、線路Ｒの検査を行わせることで、営業運転の時間を利用した効率的な線路Ｒの検査を実現することにした。なお、図１の例では、列車１０の進行方向が矢印Ｄ１であるものとして、先頭車両１１Ａおよび後尾車両１１Ｂが定義されている。しかしながら、列車１０の進行方向が矢印Ｄ１とは反対方向である場合、先頭車両１１Ａおよび後尾車両１１Ｂの位置関係は、図１に示される例とは逆に定義される。
　図２は、実施形態による線路検査装置１００の具体的構成を示した例示的なブロック図である。図２に示されるように、実施形態による線路検査装置１００の検出部１０２は、画像取得部１０３と、算出部１０４と、比較部１０５と、記憶部１０６と、判定部１０７と、を備える。
　画像取得部１０３は、複数のカメラ１０１が撮像した画像を取得する。算出部１０４は、画像取得部１０３が取得した画像に基づいて、線路Ｒの異常に対応した情報を算出する。
　ここで、線路Ｒの異常としては、線路Ｒの高低、通り、水準、軌間、または平面性の狂いが考えられる。以下では、これら５種類の異常（狂い、歪み）につき、図面を参照してより具体的に説明する。
（１）高低狂い
　図３は、実施形態において検出されうる線路Ｒの高低狂いを説明するための概略図である。高低狂いは、たとえば、線路Ｒを構成するレールの凹凸であって、レールの設置面と交差する方向（たとえば鉛直方向）の凹凸として定義される。したがって、図３の例では、レール３０１に存在している凹み３０２の、鉛直方向Ｚの深さ３０３が、高低狂いに相当する。
（２）通り狂い
　図４は、実施形態において検出されうる線路Ｒの通り狂いを説明するための概略図である。通り狂いは、たとえば、線路Ｒを構成するレールの凹凸であって、レールの設置面内で当該レールと交差する方向（たとえば水平方向でかつレールと直交する方向）の凹凸として定義される。したがって、図４の例では、レール４０１に存在している凹み４０２の、レール４０１と直交する方向Ｘに沿った深さ４０３が、通り狂いに相当する。
（３）水準狂い
　図５は、実施形態において検出されうる線路Ｒの水準狂いを説明するための概略図である。水準狂いは、たとえば、線路Ｒを構成する一対のレールの水準面（たとえば水平面）に対する高さの差として定義される。したがって、図５の例では、一対のレール５０１の、水平面Ｐに対する鉛直方向Ｚに沿った高さの差５０２が、水準狂いに相当する。
（４）軌間狂い
　図６は、実施形態において検出されうる線路Ｒの軌間狂いを説明するための概略図である。軌間狂いは、たとえば、線路Ｒを構成する一対のレールの間隔の基準値（たとえば設計で決められた寸法）に対する狂いとして定義される。したがって、図６の例では、一対のレール６０１における歪んだ部分６０２の間の間隔６０３と、歪んでいない部分６０４の間の間隔６０５との、レール６０１と直交する方向に沿った寸法の差６０６が、水準狂いに相当する。
（５）平面性狂い
　図７は、実施形態において検出されうる線路Ｒの平面性狂いを説明するための概略図である。平面性狂いとは、たとえば、線路Ｒ上のある位置で算出された水準狂いと、当該ある位置とは異なる別の位置で算出された水準狂いと、の差として定義される。図７の例では、線路Ｒ上のある位置７０１において、線路Ｒを構成する一対のレールが水平面内で同一の水準となっているが、位置７０１とは別の位置７０２において、一対のレールのうちの一方が、他方に比べて鉛直方向Ｚに沿って歪んでいる。したがって、図７の例では、位置７０１で算出された水準狂いと、位置７０２で算出された水準狂いと、の差７０３が、平面性狂いに相当する。
　図２に戻り、算出部１０４は、画像取得部１０３が取得した画像と、複数のカメラ１０１の視差と、に基づいて、線路Ｒの異常に対応した情報として、上述した高低狂い、通り狂い、水準狂い、軌間狂い、および平面性狂いの値を算出する。そして、比較部１０５は、算出部１０４による演算結果と、記憶部１０６に記憶された所定の点検基準と、を比較する。
　記憶部１０６に記憶される点検基準としては、たとえば、算出部１０４による演算結果が異常であるか否か、すなわち算出部１０４により算出された狂いが保線作業を要する程大きい狂いであるか否かを判定する指標として予め設定された閾値が考えられる。これにより、判定部１０７は、比較部１０５の比較結果に応じて、線路Ｒに、保線作業を要する程の異常が存在するか否かを判定する。
　なお、実施形態では、記憶部１０６に記憶される点検基準が、予め設定された閾値でなくてもよい。たとえば、実施形態では、複数のカメラ１０１が、撮像画像に撮像場所を示す位置情報を含めることが可能なように構成されている場合、点検基準として、複数のカメラ１０１が過去に撮像した複数の過去画像のうち、比較対象と同一の位置情報を含む過去画像に基づいた情報を用いてもよい。過去画像に基づいて情報とは、たとえば、過去画像の高低狂い、通り狂い、水準狂い、軌間狂い、または平面性狂いを示す値である。このように構成すれば、線路Ｒの状況が過去に対してどの程度変化したかを容易に特定することができるので、より効果的に異常判定を行うことができる。また、撮像画像が位置情報を含んでいる場合、当該位置情報に基づいて、保線作業が必要な箇所を容易に特定することができる。
　次に、実施形態の動作について説明する。
　図８は、実施形態による線路検査装置１００が実行する一連の処理を示した例示的なフローチャートである。
　図８に示されるように、実施形態では、まず、Ｓ１において、複数のカメラ１０１は、それぞれ、複数の画像を同時に撮像する。
　そして、Ｓ２において、検出部１０２の画像取得部１０３は、Ｓ１で撮像された画像（複数の画像）を取得する。
　そして、Ｓ３において、検出部１０２の算出部１０４は、Ｓ２で取得された複数の画像と、複数のカメラ１０１の視差と、に基づいて、線路Ｒの異常に対応した情報を算出する。ここで、異常に対応した情報とは、高低狂い、通り狂い、水準狂い、軌間狂い、または平面性狂いを示す値である。
　そして、Ｓ４において、検出部１０２の比較部１０５は、Ｓ３での算出結果を、記憶部１０６に記憶された点検基準と比較する。点検基準とは、たとえば、予め設定された閾値である。なお、実施形態では、前述したように、複数のカメラ１０１が撮像画像に位置情報を含めることが可能なように構成されている場合、点検基準として、複数のカメラ１０１が過去に撮像した過去画像のうち、比較対象と同一の位置情報を含む過去画像に基づいた情報を用いることも可能である。
　そして、Ｓ５において、検出部１０２の判定部１０７は、Ｓ４での比較結果に基づき、線路Ｒの異常の有無を判定する。そして、処理が終了する。
　以上説明したように、実施形態では、線路検査装置１００が営業運転を行う通常の列車１０に設けられるので、営業運転の時間を利用して、線路Ｒの検査をより効率的に行うことができる。また、実施形態では、線路Ｒの検査に複数のカメラ１０１が同時に撮像した複数の画像が用いられるので、画像処理の技術を利用して、より容易に線路Ｒの異常を検出することができる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (5)

  1. 　営業運転を行う列車に設けられる線路検査装置であって、
    　前記列車が走行する線路を複数方向から撮像可能な複数のカメラと、
    　前記複数のカメラによって同時に撮像された複数の画像に基づいて、前記線路の異常を検出する検出部と、
    　を備える、線路検査装置。
  2. 　前記異常は、前記線路の高低、通り、水準、軌間、または平面性の狂いを含み、
    　前記検出部は、前記複数の画像と、前記複数のカメラの視差と、に基づいて、前記狂いを検出する、
    　請求項１に記載の線路検査装置。
  3. 　前記複数のカメラは、前記列車の先頭車両および後尾車両の両方に設けられる、
    　請求項１または２に記載の線路検査装置。
  4. 　前記検出部は、
    　前記複数の画像と、前記複数のカメラの視差と、に基づいて、前記線路の異常に対応した情報を算出する算出部と、
    　前記算出部による算出結果と、所定の点検基準と、を比較する比較部と、
    　前記比較部による比較結果に基づいて、前記異常の有無を判定する判定部と、
    　を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の線路検査装置。
  5. 　前記複数のカメラは、前記複数の画像に、当該複数の画像の撮像場所を示す位置情報を含めることが可能なように構成されており、
    　前記比較部は、前記所定の点検基準として、前記複数のカメラが過去に撮像した複数の過去画像のうち、比較対象と同一の位置情報を含む過去画像に基づいた情報を用いる、
    　請求項４に記載の線路検査装置。
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