JP5476776B2 - トロリ線検測装置 - Google Patents

Description

本発明は、測域センサを用いてトロリ線の高さ、変位を測定するトロリ線検測装置に関し、特に、測定時の誤差を低減し、精度の高い測定値を得ることができるトロリ線検測装置に関する。

電気車に電気を供給するための電線であるトロリ線は、レールからの高さや電力供給を受けるパンタグラフ上での偏位の範囲が決められていることから、その高さや偏位が所定範囲内に収まるようにトロリ線を保全する必要がある。これには、トロリ線の高さや偏位の測定が重要となる。

従来、トロリ線を測定する方法としては例えば以下のようなものがある。第一に、パンタグラフのバネの部分にＬＥＤなどの光源を二個ずつ上下に設置し、パンタグラフからの相対位置を求める方法である（例えば、特許文献１参照）。第二に、パンタグラフのバネの位置に光を反射しやすいマーカを取り付けてラインセンサで撮影し、パターンマッチングにより相対位置を検出する方法である（例えば、特許文献２参照）。第三に、トロリ線にロータリエンコーダを取り付けたポリゴンミラーを介してレーザ光を当て、ポリゴンミラーからトロリ線までの距離と、ロータリエンコーダから読み取れる回転角度をもとに、ポリゴンミラーからの相対位置を求める方法である（例えば、特許文献３参照）。

また、上述した第一ないし第三の方法のほかに、測域センサを用いてトロリ線の高さと偏位を求めることもできる。即ち、図１２に示すように、車両１の屋根上に車両１の進行方向に平行な軸周りでトロリ線４をスキャンするように測域センサ２を設置する一方、車両１の内部に演算装置３を設置する。そして、測域センサ２においてレーザ光によりセンサの周囲を扇状にスキャンして得た測定対象物までの距離とステップ角とに基づき演算装置３において演算処理を行い、トロリ線の高さ及び偏位を求める。

つまり、測域センサ２の正面を鉛直上方に向けて車両１に配置し、その車両１を走行させることで測域センサ２の設置場所からトロリ線４までの距離と角度を取得し、これらを演算装置３側で座標に変換することで、測域センサ２からトロリ線４までの高さと偏位を求めるのである。

特開２００１−２３５３１０号公報 特開２００８−１０４３１２号公報 特開２００６−１２３７８７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では接触力を測定するために二箇所にＬＥＤやマーカを取り付ける必要がある。さらにパンタグラフの高さ・偏位・接触力が同時に得られるような計算を行っているため、高さと偏位のみを得たい場合には不要な計算が発生してしまうという問題があった。また、特許文献２に記載された構成では、まず時空画像を生成してからパターンマッチングを行うため、リアルタイムに高さや偏位を得ることが困難であるという問題があった。

一方、文献３や測域センサを用いた方法では直接的にトロリ線までの距離と角度が得られるため、最小限の計算でトロリ線までの高さや偏位が得られるという利点がある。しかし、図１２に示したように測域センサ４を用いてトロリ線４の高さを測定する際、第一にトロリ線４の形状による誤差が生じるという問題、第二に測域センサ２の精度による誤差が生じるという問題の二つの問題が生じるおそれがあった。

上記第一の問題は、図１３に示すように、測域センサ２は一定の微小な角度ごとに放射線状に周囲をスキャンように構成されているため、測域センサ２からの距離が近いトロリ線４Ａを測定する場合と、測域センサ２からの距離が遠いトロリ線４Ｂを測定する場合とでは、測域センサ２からの距離が遠いトロリ線４Ｂを測定する場合の方が測定誤差が大きくなる可能性が高いという問題である。これは、トロリ線４Ａ，４Ｂの大きさが同じ場合であっても測域センサ２からの距離によって測域センサ２による一回のスキャンでトロリ線４Ａ，４Ｂを検出できる回数が異なる場合があるためである。

即ち、測域センサ２によるトロリ線４の高さ測定では、一回のスキャンで得られるトロリ線４Ａ，４Ｂの座標のうちその位置が最も低い座標をトロリ線４の座標とする。ところが、トロリ線４Ａ，４Ｂの検出箇所Ｐｉが中心からずれると、図１４に示すようにずれた分だけ最下点Ｐｊとの誤差が大きくなる。この誤差を低減するには、角度分解能の高い測域センサを用いる必要があった。

また、第二の問題は、測域センサ２そのものの精度によるものであり、この場合にも、より測定精度の高い測域センサを用いる必要があった。

このようなことから本発明は、測域センサによる測定誤差を低減することを可能としたトロリ線検測装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係るトロリ線検測装置は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記検出範囲抽出手段において、前記検出範囲内にある測定対象物のみを抽出して求めた前記座標から、トロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角φを有するようにその設置角度を設定され、該傾斜角φをｒｍａｘ・ｓｉｎω＜ａ／ｃｏｓφ（ただし、ｒｍａｘは前記測域センサから前記トロリ線までの距離の最大値、ωは前記測域センサの角度分解能、ａは前記トロリ線の半径）とし、前記測域センサから前記トロリ線までの距離ｒが前記測域センサの測定可能距離を超えないものとすることを特徴とする。

上記の課題を解決する第２の発明に係るトロリ線検測装置は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とする。

上記の課題を解決する第３の発明に係るトロリ線検測装置は、車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角を有するとともに、前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とする。

上述した第１の発明に係るトロリ線検測装置によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、演算装置が、測域センサの操作を行う制御手段と、測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、検出範囲抽出手段において、検出範囲内にある測定対象物のみを抽出して求めた座標から、トロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、測域センサが、そのスキャン平面が車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角φを有するようにその設置角度を設定され、該傾斜角φをｒｍａｘ・ｓｉｎω＜ａ／ｃｏｓφ（ただし、ｒｍａｘは測域センサからトロリ線までの距離の最大値、ωは測域センサの角度分解能、ａはトロリ線の半径）とし、測域センサからトロリ線までの距離ｒが測域センサの測定可能距離を超えないものとするので、測域センサによる測定誤差を低減することができる。また、トロリ線を測定する領域を広くすることができるため、測域センサの角度分解能を変更することなく、一回のスキャンで一つのトロリ線を測定する回数を増加させることができ、測定値の精度が向上する。さらに、測域センサの測定可能距離内で確実にトロリ線の測定を行うことができる。

第２の発明に係るトロリ線検測装置によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、演算装置が、測域センサの操作を行う制御手段と、測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、測域センサが、そのスキャン平面が車両の進行方向に直交する面に対して車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたので、より角度分解能の高い測域センサを導入することなく、測域センサによる高さ方向の誤差を低減することができる。

第３の発明に係るトロリ線検測装置によれば、車両の屋根上に設置される測域センサと、車両の内部に設置される演算装置とを備え、測域センサの検出結果に基づいて演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、演算装置が、測域センサの操作を行う制御手段と、測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、測域センサが、そのスキャン平面が車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角を有するとともに、車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたので、測域センサの高さ方向の誤差を低減しつつ、トロリ線の測域センサによって測定される領域を広げることができる。

図１（ａ）は本発明の実施例１に係るトロリ線検測装置の適用例を示す正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図である。 図１（ａ）の上面図である。 本発明の実施例１における演算装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１におけるトロリ線検測の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１における測域センサとトロリ線との関係を示す説明図である。 本発明の実施例２に係るトロリ線検測装置の適用例を示す側面図である。 トロリ線の高さ及び偏位と測域センサの設置角度の関係を示す説明図である。 本発明の実施例３に係るトロリ線検測装置の適用例を示す側面である。 本発明の実施例３における測域センサの設置角度と測定対象物の測定値との関係を示す説明図である。 本発明の実施例３における測域センサの設置角度と測定対象物の測定値との関係を示す他の説明図である。 本発明の実施例３における測域センサの設置角度と測定対象物の測定値との関係を示す他の説明図である。 図１２（ａ）は従来のトロリ線検測装置の一例を示す正面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の側面図である。 測域センサから測定対象物までの距離と測域センサによる測定回数との関係を示す説明図である。 測域センサによる測定対象物の測定誤差を説明する説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るトロリ線検測装置の詳細を説明する。

図１乃至図１４を用いて本発明に係るトロリ線検測装置の第一の実施例を説明する。
図１に示すように、本実施例に係るトロリ線検測装置は、車両１の屋根上にトロリ線４を測定可能に設置された測域センサ２と、車両１の内部に設置された演算装置３とを備えて構成されている。

測域センサ２はレーザ光により測定領域Ａとしてその周囲を扇状にスキャンし、トロリ線４等の測定対象物までの距離とステップ角を演算装置３に出力するものであり、本実施例においては、図２に示すようにその正面を鉛直上方に向けるとともに、そのスキャン平面Ｓ（測域センサ２によってスキャンされる面）が車両１の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで角度φ（０°＜φ＜９０°）だけ傾斜するようにその設置角度を設定されている。また、本実施例では、測域センサ２は図１に示す測定範囲Ａ（スキャン角度２７０°）を１０８０ステップでスキャンするものとし、これにより角度分解能ωは０．２５°となっている。なお、図１中の符合Ｂは後述する検出範囲を示しており、図１（ｂ）及び図２においてはトロリ線４の直径を誇張して示している。また、図１（ｂ）において斜線を付した部分はトロリ線４と測定範囲Ａとが交差する面の例を示している。

本実施例では、上述したように測域センサ２をそのスキャン平面Ｓが車両１の進行方向に直交する面に対して斜めになるように配置することにより、トロリ線４に対するスキャン幅ｄ’が、測域センサ２のスキャン平面Ｓを車両１の進行方向に直交させた場合のスキャン幅ｄに比較して広くなっている。そのため、相対的に角度分解能を向上させることが可能となり、測定対象物の形状による誤差を解消することができる。

ここで、トロリ線４はその断面がほぼ円形である一方、パンタグラフに接する箇所、即ち測域センサ２によって位置を検出される面は平らになっているため、一つのトロリ線４に対して常に１スキャンで２回以上その位置の測定を行うことができれば十分な精度が得られると考えられる。

図１及び図２に示すように測域センサ２を車両１の進行方向に直交する面に対して角度φだけ傾斜させて設置した場合のスキャン幅ｄ’［ｍｍ］は、従来のスキャン幅ｄ［ｍｍ］を用いて下式（１）のように表される。

以下に、一例として角度分解能ωの測域センサ２を用いて直径２ａのトロリ線４を検測する場合を考える。測域センサ２による測定対象物の位置測定は、図１３に示し上述したように測域センサ２と測定対象物との間の距離に大きく影響される。

例えば、測域センサ２をそのスキャン平面Ｓが車両１の正面に対して平行するように設置した場合、一回のスキャンで常に２回以上トロリ線を検出するための条件式は、測域センサ２からこの測域センサ２によって測定されるトロリ線４の位置までの距離（以下、単に「測域センサ２からトロリ線４までの距離」という）ｒ［ｍｍ］を用いて下式（２）のように表せる。

例えば、測域センサ２の角度分解能をω＝０．２５°、トロリ線４の直径を２ａ＝１２．３７ｍｍとした場合、（２）式から、測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒは約ｒ＜１４１７．５ｍｍとなる。これに対し、トロリ線４は表１に示すようにレールから決まった高さと偏位に存在しなければならないことが定められている。

表１に示すように、新幹線に使われるトロリ線４の場合は、レール面から最高５３００ｍｍの高さに敷設される。ここで、一例として新幹線の車高を３３６０ｍｍとすると、車両１の上部からトロリ線４までの高さは最高１９４０ｍｍとなる。つまり、新幹線にこの測域センサ２を載せてトロリ線４を検測する場合には、１スキャンにつき１回しか検出できない箇所があることが分かる。

これに対し、本実施例に係るトロリ線検測装置を適用する場合は、測域センサ２からトロリ線４までの距離の最大値をｒmax［ｍｍ］とした場合に下式（３）を満たすようなφが存在すればその有効性が確認される。

一例として、測域センサ２の角度分解能をω＝０．２５°、トロリ線４の直径を２ａ＝１２．３７、測域センサ２からトロリ線４までの距離の上限をｒmax＝１９４０ｍｍとして上式を解くと、ｃｏｓφ＜０．７３０６…、即ちφ＞４３．０５…となる。従って、車両１の進行方向に直交する面に対して測域センサ２を例えば設置角度φ＝４５°で配置すれば、一回のスキャンで常に２回以上トロリ線４を測定することができることがわかる。このように、本実施例によれば測域センサ２による測定誤差を低減し、測定精度を向上させることが可能となる。

なお、本実施例では、車両１の正面に対する測域センサ２の設置角度φを９０°に近づけるほどトロリ線４に対するスキャン範囲を広く採ることができる。しかし設置角度φを９０°に近づけると、図５に示すように、測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒ［ｍｍ］が大きくなってしまう。これに対し、測域センサ２は測定可能範囲が決まっており、測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒが測域センサ２の測定可能距離Ｒを越えないようにする必要がある。

例えば、測域センサ２の角度分解能がω＝０．２５°、測定可能距離がＲ＝４０９５ｍｍ、トロリ線４の偏位の限界がｗmax＝３００／ｃｏｓφ［ｍｍ］、車両１の上部からトロリ線４までの高さがｈ＝１９４０ｍｍである場合、測域センサ２の設置角度φは下式（４）の条件を満たす必要がある。

（４）式から、測域センサ２の設置角度の範囲はφ＜８５．２２８となる。このように、測域センサ２の角度分解能ω、トロリ線４の偏位の上限ｗmax、車両１の上部からトロリ線４までの高さの上限ｈmaxに応じて測域センサ２の設置角度φを調整するようにすればよい。

このように構成される測域センサ２に対し、演算装置３は測域センサ２による測定結果に基づいてトロリ線４の高さや偏位等を算出する部分である。この演算装置３には、図３に示すように制御部３１、第一メモリ３２、検出範囲抽出部３３、第二メモリ３４、トロリ線座標検出部３５、第三メモリ３６、ログ出力部３７が設けられている。

制御部３１は測域センサ２の操作を行い、測域センサ２によって検出された測定対象物の距離・角度データは第一メモリ３２に格納される。検出範囲抽出部３３は、第一メモリ３２から取り出した距離・角度データに基づき、予め設定した検出範囲Ｂ内に存在する測定対象物の座標を対象物座標として抽出する。検出範囲Ｂは、測定範囲Ａ内に、トロリ線４の高さ方向及び水平方向の偏位に基づいて設定される。

より詳しくは、まず、測域センサ２から送られてきた距離・角度データの余弦ｘ_φ［ｍｍ］・正弦ｙ_φ［ｍｍ］を取り、測域センサ２にとっての直交座標に変換する。続いて、更にｘ＝ｘ_φｃｏｓφ［ｍｍ］、ｙ＝ｙ_φ［ｍｍ］により、測域センサ２によって取得した測定結果を実際の直交座標に変換する。その後、この座標が検出範囲Ｂ内に存在するか否かを判断し、検出範囲Ｂ内に存在する測定対象物の座標を対象物座標として出力する。検出範囲抽出部３３から出力された対象物座標は第二メモリ３４に格納される。

トロリ線座標検出部３５は、第二メモリ３４から取り出した一回のスキャンで連続して得られる複数の対象物座標のうち、最もその位置が低い座標をトロリ線４の座標とみなし、これをトロリ線座標として出力する。なお、一回のスキャンで連続して測定対象物を検出した後に、間隔をおいて検出範囲Ｂ内で再度測定対象物を検出した際には、二度目に検出された測定対象物を新たなトロリ線とみなし、第二のトロリ線の座標として出力する。トロリ線座標検出部３５から出力されたトロリ線座標は第三メモリ３６に格納される。

ログ出力部３７は、第三メモリ３６から取り出したトロリ線座標を履歴データとして特定のフォーマットで出力する。そしてこのログ出力部３７から出力された履歴データをログＬとして保管する。

図４に示すように、本実施例に係るトロリ線検測装置によりトロリ線の測定を行う場合、演算装置３では、まず、制御部３１により測域センサ２を操作してトロリ線４の測定を開始し、測域センサ２によって求めた測定範囲Ａ内にある測定対象物までの距離及び角度のデータを取得する（ステップＰ１）。続いて、検出範囲抽出部３３、トロリ線座標検出部３５によりトロリ線４の判定を行い（ステップＰ２）、ログ出力部３７により履歴データを出力する（ステップＰ３）。上記ステップＰ１からステップＰ３の工程を測定終了まで繰り返す（ステップＰ４）。

このように構成される本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、従来に比べてトロリ線４を測定する際のスキャン範囲を広く採ることができるため、一回のスキャンでトロリ線４を検出可能な回数が増加する。従ってより精度の高い測定値を得ることができる。また、測定結果の精度向上のために、より角度分解能の高い測域センサを導入する必要がなくなる。

図６及び図７を用いて本発明に係るトロリ線検測装置の第２の実施例を説明する。本実施例は図１乃至図１４に示し上述した実施例１に係るトロリ線検測装置とは測域センサ２の設置角度が異なるものである。その他の構成は実施例１に係るトロリ線検測装置と概ね同様であり、以下、同一の作用を奏する部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図６に示すように、本実施例において測域センサ２はそのスキャン平面Ｓが水平面に対して車両１の幅方向に平行な軸周りで角度θ（０＜θ＜９０°）だけ傾斜した状態となるように、換言すると、車両１の進行方向に直交する面に対して車両１の幅方向に平行な軸回りで角度（９０°−θ）だけ傾斜した状態となるように設置されている。

ここで、測域センサ２のセンサ固有誤差Ｅ［ｍｍ］は、常に測域センサ２のスキャン平面Ｓの方向に発生する。従って、測域センサ２を水平面に対して角度θだけ傾けたとき、高さ方向の誤差Ｅ’［ｍｍ］は下式（５）で表される。
Ｅ’＝Ｅｓｉｎθ ・・・（５）

例えば測域センサ２のセンサ固有誤差をＥ＝±３０ｍｍ、測域センサ２の設置角度をθ＝４５°とすると、（５）式から高さ方向の誤差Ｅ’は下式（６）に示す値となる。
Ｅ’＝Ｅｓｉｎ４５°＝±２１．２１… ・・・（６）

即ち、本実施例では、測域センサ２の設置角度θを小さくすればするほど誤差を低減することができる。ただし、設置角度θを小さくすると図７に示すように測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒ［ｍｍ］が大きくなる。このため、設置角度θは車両１の上部からトロリ線４までの高さをｈ、測定可能距離をＲ、トロリ線４の偏位をｗとすると、下式（７）を満たす必要がある。

例えば測域センサ２の測定可能距離をＲ＝４０９５ｍｍ、車両の屋根からトロリ線４までの高さの限界をｈ＝１９４０ｍｍ、トロリ線４の偏位をｗ＝０ｍｍとすると、測域センサ２の設置角度θは（７）式より、θ＞２８．２７…となる。

本実施例に係るトロリ線検測装置によるトロリ線４の検出手順を以下に示す。本実施例において、検出範囲抽出部３３では、第一メモリ３２から取り出した測定対象物の距離・角度データに対して、これの余弦ｘ_θ［ｍｍ］・正弦ｙ_θ［ｍｍ］を取り、測域センサ２にとっての直交座標に変換する。更にｘ＝ｘ_θ［ｍｍ］、ｙ＝ｙ_θｓｉｎθ［ｍｍ］により、実際の直交座標に変換する。その後、ｘ，ｙが検出範囲Ｂに入っていれば対象物座標、即ち、トロリ線の座標候補として第二メモリ３４に格納する。

このように構成される本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、測域センサ２の高さ方向の誤差を低減することができる。また、測定精度向上のためにより精度の高い測域センサ２を導入する必要がなくなる。

図８乃至図１１を用いて本実施例に係るトロリ線検測装置の第３の実施例を説明する。
図８に示すように、本実施例は上述した実施例１及び実施例２の構成を組み合わせたものである。即ち、本実施例において測域センサ２は、そのスキャン平面Ｓが車両１の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸周りに角度φだけ傾斜しているとともに、水平面に対して車両１の幅方向に平行な軸周りに角度θだけ傾斜するようにその設置角度を設定されている。

以下に、測域センサ２の水平面に対する傾きθの範囲の数値例を示す。

図９乃至図１１に示すように測定対象物（トロリ線４）の検出点Ｐをスキャン平面のｙθ軸に正射影した点をＱ、点Ｐと点Ｑを水平面Ｓ’に正射影した点をＰ’，Ｑ’とする。ここで、測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ＯＰをｒ［ｍｍ］、平面Ｓ’から検出点Ｐまでの距離ＰＰ’＝ＱＱ’をｈ［ｍｍ］、ＯＰ’をｐ［ｍｍ］とすると、測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ｒは下式（８）で表される。
ｒ²＝ｐ²＋ｈ² ・・・（８）

図１１からｈ＝ｐｃｏｓφｔａｎθであるから、これを（８）式に代入して測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ｒは下式（９）で表される。

ここで、測域センサ２から測定対象物（トロリ線４）までの距離ｒは、実施例１で示した（２）式から下式（１０）の関係を満たす必要がある。

以上をｃｏｓφについて整理すると、下式（１１）が得られる。

ここで、ｃｏｓ²φ≧０であるから、上記不等式の右辺は０より大きくなる。従って、例えば測域センサ２からトロリ線４までの高さをｈ＝１９４０ｍｍ、測域センサ２の角度分解能をω＝０．２５°、トロリ線４の直径を２ａ＝１２．３７、トロリ線４の偏位をｗ＝０とすると、ｔａｎθ＞１．３６８６…、即ちθ＞５３．３８８５°が得られる。

また、測域センサ２の傾斜角φの範囲は、上記（１１）式から下式（１２）で与えられる（ただし、θ＞５３．３８８５°）。

測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒは、トロリ線４が最大偏位の位置にあるとき（例えば、ｗ＝３００ｍｍ）に最大となる。いま、図１０の平面Ｓを角度φだけ傾斜した座標系における座標（ｘ，ｙ）は、図９のパラメータを用いて下式（１３）のように表される。

更に図９乃至図１１から下式（１４）が得られる。
ｒｓｉｎψｓｉｎθ＝ｈ ・・・（１４）

これらをｘ＝３００ｍｍ、ｈ＝１９４０ｍｍとして整理すると測域センサ２からトロリ線４までの距離ｒ［ｍｍ］は下式（１５）で表される。

上記（１３）式においてｒが測域センサの測定可能距離Ｒを越えないように、例えばｒ＜１９４０ｍｍを満たすようにパラメータθ，φの範囲を求めると、最小のθとそれに対応するφはそれぞれθ＝５９°、φ＝６６°となる。

このように構成される本実施例に係るトロリ線検測装置において、検出範囲抽出部３３では、まず、測域センサ２から送られてきた距離ｒ、角度ψのデータから余弦ｘ_θ・正弦ｙ_θを取り、測域センサ２にとっての直交座標に変換する。次にｘ_φ＝ｘ_θ、ｙ_φ＝ｙ_θｃｏｓθにより、スキャン平面Ｓを設置角度θだけ傾斜させた直交座標に変換する。更に、ｘ＝ｘ_φｃｏｓφ−ｙ_φｓｉｎφ、ｙ＝ｒｓｉｎψｓｉｎθにより、実際の直交座標に変換する。その後、ｘ，ｙが検出範囲Ｂに入っていれば対象物座標、即ち、トロリ線４の座標候補として第二メモリ３４に格納する。

トロリ線４の偏位ｘ［ｍｍ］と高さｙ［ｍｍ］は最終的に図９乃至図１１に示すパラメータを用いて下式（１６）、（１７）で表される。
ｘ＝ｒｃｏｓψｃｏｓφ−ｒｓｉｎψｓｉｎφｃｏｓθ ・・・（１６）
ｙ＝ｒｓｉｎψｓｉｎθ ・・・（１７）

本実施例に係るトロリ線検測装置によれば、測域センサの高さ方向の誤差を低減しつつ、測定範囲を広げることができる。また、上述した実施例２に比較して、角度分解能の高い測域センサを導入することなく、測域センサ２からトロリ線４までの距離が離れることによって、一回のスキャンでトロリ線４を検出できる回数が減る可能性を低減することができる。

上述した実施例２に係るトロリ線検測装置では、実施例１で述べた測域センサ２からトロリ線４までの距離により十分な測定精度を得られなくなる問題に対し、角度分解能の高い測域センサを用いることが必要となる。これに対し、本実施例に係るトロリ線検測装置は、実施例１と実施例２を組み合わせることにより、測域センサ２を交換することなく測域センサ２固有の誤差の影響を低減し、さらに測定範囲を拡張することを特徴とする。本実施例において、測域センサ２のスキャン平面Ｓによってスキャンされるトロリ線４の幅については実施例１と同様の議論ができ、測域センサ２の誤差については実施例２と同様の議論ができる。

本発明は、測域センサを用いてトロリ線の高さ・偏位を測定するトロリ線検測装置に適用可能である。

１ 車両
２ 測域センサ
３ 演算装置
３１ 制御部
３２ 第一メモリ
３３ 検出範囲抽出部
３４ 第二メモリ
３５ トロリ線座標検出部
３６ 第三メモリ
３７ ログ出力部
３８ ログ
４ トロリ線
Ａ 測定範囲
Ｂ 検出範囲
Ｓ スキャン平面

Claims (3)

1. 車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記検出範囲抽出手段において、前記検出範囲内にある測定対象物のみを抽出して求めた前記座標から、トロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、
   前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角φを有するようにその設置角度を設定され、該傾斜角φを
   ｒｍａｘ・ｓｉｎω＜ａ／ｃｏｓφ
   （ただし、ｒｍａｘは前記測域センサから前記トロリ線までの距離の最大値、ωは前記測域センサの角度分解能、ａは前記トロリ線の半径）
   とし、前記測域センサから前記トロリ線までの距離ｒが前記測域センサの測定可能距離を超えないものとすることを特徴とするトロリ線検測装置。
2. 車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、
   前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とするトロリ線検測装置。
3. 車両の屋根上に設置される測域センサと、前記車両の内部に設置される演算装置とを備え、前記測域センサの検出結果に基づいて前記演算装置によりトロリ線の高さ及び偏位を求めるトロリ線検測装置であって、前記演算装置が、前記測域センサの操作を行う制御手段と、前記測域センサによって測定した測定対象物の位置を直交座標に変換した後、予め設定した検出範囲内にある測定対象物のみを抽出してその座標を求める検出範囲抽出手段と、前記測域センサによる一回のスキャンにおいて検出される複数の前記測定対象物の座標からトロリ線候補座標を検出するトロリ線座標検出手段と、トロリ線座標を特定のフォーマットで出力するログ出力手段とを備え、
   前記測域センサが、そのスキャン平面が前記車両の進行方向に直交する面に対して鉛直方向に平行な軸回りで傾斜角を有するとともに、前記車両の幅方向に平行な軸回りで傾斜角を有するようにその設置角度を設定されたことを特徴とするトロリ線検測装置。

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