JP2012192759A - 検測車動揺補正方法及び装置、並びに検測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検測車走行時における車体動揺（ローリング及びヨーイング等）の影響を受けることなく検測できるようにする。
【解決手段】検測装置はレールに沿って走行する検測車両に搭載されており、車両の運行に関する周辺構造物の状態（サードレールの高さ）を測定する。検測車両には、検測車両の走行中に車両自体がレールに対して動揺する状態（車両のローリング及びヨーイング等）を測定する動揺状態測定手段が搭載されている。検測装置は、動揺状態測定手段によって測定された検測車両の動揺状態に基づいてその検測結果を補正する。これによって、検測装置は検測車走行時における車体動揺（ローリング及びヨーイング等）の影響を受けることなく正確な検測を行うことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の運行に関する周辺構造物を測定する検測車の測定中におけるローリング及びヨーイング等の動揺を補正する検測車動揺補正方法及び装置に関する。

鉄道の安定輸送には車両の軌道、架線、電気供給用サードレール等のような車両の運行に関する周辺構造物である電車線路設備等の測定管理が必要である。電車線路設備のうち、主に地下鉄などで使用される電気供給用サードレールの測定には、サードレール測定装置を搭載した専用の検測車を用いているが、走行時に検測車の車輪フランジにより車体動揺（ローリング及びヨーイング等）が発生していた。サードレール測定装置を搭載した検測車としては、特許文献１に記載のようなものが知られている。

特開平６−８２２２１号公報

特許文献１に記載のサードレール測定装置は、第三軌条（電気供給用サードレール）と上側防護版との間の隙間を非接触で簡便且つ高精度に測定できると同時に、第三軌条（電気供給用サードレール）と背面側防護版との間の隙間も精度良く測定でき、非常に高能率的な第三軌条（電気供給用サードレール）測定装置である。しかしながら、走行時に検測車の車輪フランジから発生される車体動揺（ローリング及びヨーイング等）を考慮していなかったため、検測結果に車体動揺による測定誤差を含む恐れがあった。

本発明は、上述の点に鑑みなされたものであって、検測車走行時における車体動揺（ローリング及びヨーイング等）の影響を受けることなく検測を行うことのできる検測車動揺補正方法及び装置、並びに検測方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る検測車動揺補正方法の第１の特徴は、レールに沿って走行する検測車両に搭載された状態測定手段を用いて車両の運行に関する周辺構造物の状態を測定するステップと、走行中における前記検測車両の前記レールに対する動揺状態を測定するステップと、前記検測車両の動揺状態に基づいて前記状態測定手段によって測定された検測結果を補正するステップとを備えたことにある。この発明は、検測車両の動揺状態を測定し、それに基づいて検測結果を補正するようにしたものである。これによって、本発明は検測車走行時における車体動揺（ローリング及びヨーイング等）の影響を受けることなく正確な検測を行うことができる。

本発明に係る検測車動揺補正方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載の検測車動揺補正方法において、前記周辺構造物の状態として、前記レールに沿って設けられたサードレールの高さを測定することにある。これは、地下鉄などで使用されるサードレールの高さを測定する検測車に適用して、正確な検測を行うようにしたものである。

本発明に係る検測車動揺補正方法の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載の検測車動揺補正方法において、前記レールに対する動揺状態として、前記検測車両の前記レールに沿った方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のヨーイングを測定すると共に前記検測車両の前記レールに沿った方向に対して略垂直方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のローリングを測定することにある。これは、走行レールを検出するセンサをレールに沿った方向及びその略垂直方向にそれぞれ設置することによって、検測車両の動揺（ローリング及びヨーイング等）を静的（停止状態と同等）に測定するようにしたものである。

本発明に係る検測車動揺補正装置の第１の特徴は、レールに沿って走行する検測車両に搭載され、車両の運行に関する周辺構造物の状態を測定する検測状態測定手段と、走行中における前記検測車両の前記レールに対する動揺状態を測定する動揺状態測定手段と、前記動揺状態測定手段によって測定された前記検測車両の動揺状態に基づいて前記状態測定手段によって測定された検測結果を補正する補正手段とを備えたことにある。これは、前記検測車動揺補正方法の第１の特徴に対応した検測車動揺補正装置の発明である。

本発明に係る検測車動揺補正装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載の検測車動揺補正装置において、前記検測状態測定手段が前記周辺構造物の状態として前記レールに沿って設けられたサードレールの高さを測定することにある。これは、前記検測車動揺補正方法の第２の特徴に対応した検測車動揺補正装置の発明である。

本発明に係る検測車動揺補正装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載の検測車動揺補正装置において、前記動揺測定手段が、前記検測車両の前記レールに沿った方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のヨーイングを前記レールに対する動揺状態として測定するヨーイング測定手段と、前記検測車両の前記レールに沿った方向に対して略垂直方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のローリングを前記レールに対する動揺状態として測定するローリング測定手段とを備えたことにある。これは、前記検測車動揺補正方法の第３の特徴に対応した検測車動揺補正装置の発明である。

本発明に係る検測方法の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載の検測車動揺補正方法を用いて、レールに沿って走行する検測車両に搭載された状態測定手段を用いて車両の運行に関する周辺構造物の状態の測定結果を補正することにある。これは、前記第１、第２又は第３の特徴に記載の検測車動揺補正方法を用いた検測方法の発明である。

本発明に係る検測装置の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載の検測車動揺補正装置を用いて、レールに沿って走行する検測車両に搭載された状態測定手段を用いて車両の運行に関する周辺構造物の状態の測定結果を補正することにある。これは、前記第１、第２又は第３の特徴に記載の検測車動揺補正装置を用いた検測装置の発明である。この発明において、検測装置とは検測車に搭載される検測装置及びこの検測装置を搭載した検測車を含む概念である。

本発明によれば、検測車走行時における車体動揺（ローリング及びヨーイング等）の影響を受けることなく検測を行うことができるという効果がある。

本発明に係る検測車動揺補正方法の適用された検測装置を搭載した検測車の概略構成を示す図である。 図１の検測装置を搭載した検測車の概略を上側から見て示す図である。 本発明の一実施の形態に係る車体の動揺を検出する変位センサの配置例を示す図である。 車体の動揺で発生するローリングの概略とその角度算出法を示す図である。 ローリング角を算出する方法の概念を示す図である。 車体の動揺で発生するヨーイングの概略とその角度算出法を示す図である。 ヨーイング角を算出する方法の概念を示す図である。

図１は、本発明に係る検測車動揺補正方法の適用された検測装置を搭載した検測車の概略構成を示す図である。図１は２本の走行レールのうち片方側（図では左側の走行レール１０Ｌ）のみを示している。従って、同様のものが他方の右側レールにも設けられているが図１ではその図示は省略してある。図１に示すように、車両が走行する方向（走行レール１０Ｌの敷設方向）に沿って数ｍ間隔に設置されている枕木上の碍子１１上に電気供給用サードレール１２が設けられている。電気供給用サードレール１２は、その上側に設けられた防護板１３によって保護されている。防護板１３はＬ字形の腕金１４によってボルトで固定されている。腕金１４は碍子１１と同様に、車両が走行する方向（走行レール１０Ｌの敷設方向）に沿って数ｍ間隔で設置されている。Ｌ字形の腕金１４は、図１に示すように短軸方向が地面と平行となり、長軸方向が地面と垂直となるように設置されいる。防護板１３は、地面と平行なＬ字形の短軸と地面との間であって、電気供給用サードレール１２の敷設方向に沿って電気供給用サードレール１２を保護するように設けられている。図１では電気供給用サードレール１２についても、片側面（図では左側）のみを示しているが、軌道上の分岐部等の構造物によってはサイドレールがレールの右側に設置されている場合がある。

図１において、検測装置は、腕金位置検出用測長センサ１ａ，１ｂ、走行レール用２次元センサ２、サードレール用２次元センサ３、腕金水平距離用測長センサ４、防護板用２次元センサ５、及び制御部１から構成されている。図では、前述と同様に、レールの片側面の検測装置が示してあるが、実際には右側にも同様の構成の検測装置が設けられている。腕金位置検出用測長センサ１ａ，１ｂは、Ｌ字形の腕金１４の上面位置がターゲットとなるように腕金１４の斜め上方からレーザ光を照射し、その反射光を受光するようになっている。図では、腕金１４の幅に沿って２個の腕金位置検出用測長センサ１ａ，１ｂを設けているが、１個でもよい。

走行レール用２次元センサ２は、電気供給用サードレール１２等の高さ及び水平距離の基準となる走行レール１０Ｌの位置を検出するものである。走行レール用２次元センサの構成については公知なのでその詳細は省略する。サードレール用２次元センサ３は、走行レール１０Ｌの頭頂面からの高さを電気供給用サードレール１２の高さＴＨとして検出すると共に走行レール１０Ｌの内側端面から電気供給用サードレール１２中央までの距離を水平距離ＴＤとして検出するものである。腕金水平距離用測長センサ４は、走行レール１０Ｌの内側端面からＬ字形の腕金１４の内側端面までの距離を腕金水平距離ＡＤとして検出するものである。防護板用２次元センサ５は、走行レール１０Ｌの頭頂面から防護板１３の下面までの高さを防護板１３の高さＰＨとし、走行レール１０Ｌの内側端面から防護板１３の内側（走行レール１０Ｌ側）端面までの距離を水平距離ＰＤとして検出するものである。腕金位置検出用測長センサ１ａ，１ｂは、レーザ光を用いて腕金１４を検出するものである。上述のサードレール用２次元センサ３、腕金水平距離用測長センサ４及び防護板用２次元センサ５がそれぞれ計測するポイントは、腕金位置検出用測長センサ１ａ，１ｂによって腕金１４を検出した箇所にて各測定値を算出している。図１において、一点鎖線１７は図示していない検測車の車両限界を示し、二点鎖線１８は建築限界を示し、点線１９はコレクターシュー限界をそれぞれ示す。

図２は、図１の検測装置を搭載した検測車の概略を上側から見て示す図である。検測車２０は、平行する２本の走行レール１０Ｌ，１０Ｒ上を２つの車軸２１，２２の両端に設けられた４つの車輪２１Ｒ，２１Ｌ，２２Ｒ，２２Ｌを介して走行する。図２では、サードレール用の各センサ（腕金位置検出用測長センサ１ａ，１ｂ、サードレール用２次元センサ３、腕金水平距離用測長センサ４及び防護板用２次元センサ５）を搭載した検出構造物２０Ｌ，２０Ｒ、検測車２０及び電気供給用サードレール１２をそれぞれ点線で示してある。検測車２０のフレーム枠２３Ｌには走行レール１０Ｌ側に３台の変位センサ２ａ，２ｂ，２ｃが、フレーム枠２３Ｒには走行レール１０Ｒ側に１台の変位センサ２ｄがそれぞれ配置されている。検測装置の制御部１は、検測車２０内に配置されている。

変位センサ２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ走行レール１０Ｌ，１０Ｒと平行で、且つそれぞれ均等の間隔で、同一直線上に配置されている。これは、検測車２０が走行レール１０Ｌ，１０Ｒと平行な状態を保てず、走行レール１０Ｌ，１０Ｒに対してある角度をもって傾斜してしまうヨーイングの影響を測定するためである。変位センサ２ｄは、変位センサ２ｂと枕木方向（走行レールと直角方向）の同一線上の位置に配置されている。これは、変位センサ２ｂ，２ｄで検測車２０のサードレールとは反対側の車輪が浮き上がるローリングの影響を測定するためである。変位センサ２ａ〜２ｄは、それぞれ二次元の変位センサである。

走行レール１０Ｌ，１０Ｒと平行するサードレール用の各センサを搭載した検出構造物２０Ｌ，２０Ｒ内のサードレール用２次元センサ３の中心は、変位センサ２ｂ，２ｄの中心と同一線上になるように検測車２０の左右に配置されている。電気供給用サードレール１２は走行レール１０Ｌ，１０Ｒの構造物(分岐器等)によって検測車２０の左右のどちら側にも存在するために、検測車２０の両側に検出構造物２０Ｌ，２０Ｒは取り付けられてある。なお、車体動揺に関しては、電気供給用サードレール１２の左右位置とは無関係であり、影響が無いため、左右どちらに設置してあっても構わない。また、検測車２０の両側にそれぞれ変位センサを３台ずつ配置することも可能である。また、変位センサ２ｂ，２ｄの取り付け位置は、車軸の内側、外側どちらでも配置可能である。なお、この実施の形態では、変位センサ２ａ〜２ｄが二次元の変位センサである場合を説明したが、三次元の変位センサを使用することもできる。また、三次元の変位センサで計測される２値を使用するようにしてもよい。

図３は、本発明の一実施の形態に係る車体の動揺を検出する変位センサの配置例を示す図である。図では、変位センサ２ａ〜２ｄと走行レール１０Ｌ，１０Ｒのみを示す。変位センサ２ａ〜２ｄは、平行する２本の走行レール１０Ｌ，１０Ｒ上であって、走行レール１０Ｌ，１０Ｒの内側の検測車２０上に搭載され、走行レール１０Ｌ，１０Ｒの踏頂面と車輪フランジが接するレール位置とが検出できるように、傾斜をつけて搭載されている。

図４は、車体の動揺で発生するローリングの概略とその角度算出法を示す図である。ローリングとは、図４（Ａ）に示すように、検測車２０が走行レール１０Ｌ，１０Ｒに接した面に対し、その重心位置が高いため、旋回するとその遠心力によって、検測車２０が外側に傾斜することである。図４（Ａ）では、検測車２０が走行レール１０Ｌの外側に角度θ１だけ傾斜している状態が示されている。この傾斜に連動して変位センサ２ｂ，２ｄの位置も図４（Ａ）のようになる。図４（Ｂ）は、変位センサ２ｂで得られるプロファイルと変位センサ２ｄで得られたプロファイルを示す。制御部１は、これらのプロファイルに基づいて、検測車２０のローリング角θ１を算出する。まず、変位センサ２ｂのプロファイルにおいて、走行レール１０Ｌ側のレール上面部における最高値４ｂを求める。同様に、変位センサ２ｄのプロファイルにおいて、走行レール１０Ｒ側のレール上面部における最高値４ｄを求める。

図５は、ローリング角θ１を算出する方法の概念を示す図である。変位センサ２ｂ，２ｄのプロファイルによって求められた走行レール１０Ｌの最高値４ｂと、走行レール１０Ｒの最高値４ｄとの位置関係は、図５（Ａ）に示すような三角関数の関係にある。図５（Ａ）において、走行レール１０Ｌとその最高値４ｂとは同じ位置にあり、ローリングを無視した走行レール１０Ｒの位置は、変位センサ２ｂのプロファイルの平行線上にある。また、走行レール１０Ｌ，１０Ｒ間（レール軌間長）は変位センサ２ｂ、２ｄのレール側面から求めることができる。また、変位センサ２ｂのプロファイルに基づいて走行レール１０Ｌ側のレール上面部の最高値４ｂと変位センサ２ｄのプロファイルに基づいて走行レール１０Ｒ側のレール上面部の最高値が求められているので、ローリング角θ１は、式（１）によって求めることができる。すなわち、ローリング角θ１は、ａｒｃｔａｎ（４ｂ−４ｄ）にて求めることができる。なお、図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）の変位センサ２ｄのプロファイルを左右反転させ、点線で示す図４（Ｂ）の変位センサ２ｂのプロファイルと合成したものである。図５（Ｂ）に示すような合成プロファイルの座標から走行レール１０Ｌ，１０Ｒのレール上面の成す角度θ１を求めることによって、ローリング角θ１を算出してもよい。

図６は、車体の動揺で発生するヨーイングの概略とその角度算出法を示す図である。ヨーイングとは、図６（Ａ）に示すように、検測車２０が走行レール１０Ｌ，１０Ｒ上の直線部分を走行するときに、検測車２０の車軸が鉛直軸まわりの回転振動を起こす現象のことである。図６（Ａ）では、検測車２０が走行レール１０Ｌ，１０Ｒの直線部分に対して角度θ２だけ反時計方向に回転している状態が示されている。この回転に連動して変位センサ２ａ，２ｃの位置も図６（Ａ）のようになる。図６（Ｂ）は、変位センサ２ａで得られるプロファイルと変位センサ２ｃで得られたプロファイルを示す。制御部１は、これらのプロファイルに基づいて、検測車２０のヨーイング角θ２を算出する。まず、変位センサ２ｂのプロファイルにおいて、走行レール１０Ｌ内側のレール側面からフランジまでの距離が最短となる最短部４ａを求める。同様に、変位センサ２ｃのプロファイルにおいて、走行レール１０Ｌ内側のレール側面からフランジまでの距離が最短となる最短部４ｃを求める。

図７は、ヨーイング角θ２を算出する方法の概念を示す図である。変位センサ２ａ，２ｃのプロファイルによって求められた走行レール１０Ｌ内側のレール側面からフランジまでの最短部４ａ，４ｃとの位置関係は、図７（Ａ）に示すような三角関数の関係になっている。図７（Ａ）において、走行レール１０Ｌとその最短部４ａとが同じ位置にあると仮定した場合における走行レール１０Ｌの位置は、変位センサ２ａのプロファイルの平行線上となる。また、変位センサ２ａ，２ｃとの間の距離（センサ間長）は固定値である。また、変位センサ２ａのプロファイルに基づいた走行レール１０Ｌ内側のレール側面部における最短部４ａ，４ｃは、レール側面からフランジまでの最短距離をそれぞれ示しているので、ローリング角θ２は、式（２）によって求めることができる。すなわち、ローリング角θ２は、ａｒｃｔａｎ（４ｃ−４ａ）にて求めることができる。なお、図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）の変位センサ２ｃのプロファイルと、点線で示す図６（Ｂ）の変位センサ２ａのプロファイルとを合成したものである。図７（Ｂ）に示すような合成プロファイルの座標から走行レール１０Ｌのレール側面の成す角度θ２を求めることによって、ヨーイング角θ２を算出してもよい。

制御部１は、上述のようにして算出したローリング角θ１及びヨーイング角θ２を補正率とし、この補正率をそれぞれの測定データに演算処理することにより、車体動揺（ローリング及びヨーイング等）を除去した静的（停止状態と同等）な測定を行うことができる。

上述の実施の形態では、車両の運行に関する周辺構造物の状態として電気供給用サードレール１２の高さＴＨを測定する場合について説明したが、走行レール１０Ｌの内側端面から電気供給用サードレール１２中央までの距離（水平距離ＴＤ）、走行レール１０Ｌの内側端面からＬ字形の腕金１４の内側端面までの距離（腕金水平距離ＡＤ）、走行レール１０Ｌの頭頂面から防護板１３の下面までの高さＰＨ、走行レール１０Ｌの内側端面から防護板１３の内側（走行レール１０Ｌ側）端面までの距離（水平距離ＰＤ）を測定する場合にも応用できる。

１…制御部、
１０Ｌ，１０Ｒ…走行レール、
１１…碍子、
１２…電気供給用サードレール、
１３…防護板、
１４…腕金、
１７…車両限界、
１８…建築限界、
１９…コレクターシュー限界
１ａ，１ｂ…腕金位置検出用測長センサ、
２…走行レール用２次元センサ
２０…検測車、
２０Ｌ，２０Ｒ…検出構造物、
２１，２２…車軸、
２１Ｒ，２１Ｌ，２２Ｒ，２２Ｌ…車輪、
２３Ｌ，２３Ｒ…フレーム枠、
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…変位センサ、
３…サードレール用２次元センサ、
４…腕金水平距離用測長センサ、
４ａ，４ｃ…最短部、
４ｂ，４ｄ…最高値、
５…防護板用２次元センサ

Claims (8)

1. レールに沿って走行する検測車両に搭載された状態測定手段を用いて車両の運行に関する周辺構造物の状態を測定するステップと、
   走行中における前記検測車両の前記レールに対する動揺状態を測定するステップと、
   前記検測車両の動揺状態に基づいて前記状態測定手段によって測定された検測結果を補正するステップと
   を備えたことを特徴とする検測車動揺補正方法。
2. 請求項１に記載の検測車動揺補正方法において、前記周辺構造物の状態として、前記レールに沿って設けられたサードレールの高さを測定することを特徴とする検測車動揺補正方法。
3. 請求項１又は２に記載の検測車動揺補正方法において、前記レールに対する動揺状態として、前記検測車両の前記レールに沿った方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のヨーイングを測定すると共に前記検測車両の前記レールに沿った方向に対して略垂直方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のローリングを測定することを特徴とする検測車動揺補正方法。
4. レールに沿って走行する検測車両に搭載され、車両の運行に関する周辺構造物の状態を測定する検測状態測定手段と、
   走行中における前記検測車両の前記レールに対する動揺状態を測定する動揺状態測定手段と、
   前記動揺状態測定手段によって測定された前記検測車両の動揺状態に基づいて前記状態測定手段によって測定された検測結果を補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とする検測車動揺補正装置。
5. 請求項４に記載の検測車動揺補正装置において、前記検測状態測定手段が前記周辺構造物の状態として前記レールに沿って設けられたサードレールの高さを測定することを特徴とする検測車動揺補正装置。
6. 請求項４又は５に記載の検測車動揺補正装置において、前記動揺測定手段が、前記検測車両の前記レールに沿った方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のヨーイングを前記レールに対する動揺状態として測定するヨーイング測定手段と、前記検測車両の前記レールに沿った方向に対して略垂直方向の離間した位置に設けられた少なくとも２個の２次元センサによって検出された前記レールのプロファイルに基づいて前記検測車両のローリングを前記レールに対する動揺状態として測定するローリング測定手段とを備えたことを特徴とする検測車動揺補正装置。
7. 請求項１、２又は３に記載の検測車動揺補正方法を用いて、レールに沿って走行する検測車両に搭載された状態測定手段を用いて車両の運行に関する周辺構造物の状態の測定結果を補正することを特徴とする検測方法。
8. 請求項４、５又は６に記載の検測車動揺補正装置を用いて、レールに沿って走行する検測車両に搭載された状態測定手段を用いて車両の運行に関する周辺構造物の状態の測定結果を補正することを特徴とする検測装置。

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