WO2017175768A1 - レール破断検知装置 - Google Patents

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WO2017175768A1
WO2017175768A1 PCT/JP2017/014136 JP2017014136W WO2017175768A1 WO 2017175768 A1 WO2017175768 A1 WO 2017175768A1 JP 2017014136 W JP2017014136 W JP 2017014136W WO 2017175768 A1 WO2017175768 A1 WO 2017175768A1
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waveform
vibration
vibration sensor
detection device
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明日香 昌
亘 辻田
知明 武輪
良次 澤
大輔 小篠
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042Track changes detection
    • B61L23/044Broken rails
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0033Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining damage, crack or wear
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02Vibration-testing by means of a shake table

Definitions

  • the present invention relates to a rail breakage detection device.
  • Patent Document 1 which is a conventional technique discloses a technique for detecting breakage of a rail by determining a threshold value of vibration information of a vibration sensor installed on the rail.
  • the rail resonance frequency is used for rail breakage detection. Therefore, there has been a problem that threshold values for determination must be set for each rail installation environment.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a rail breakage detection device that can be realized regardless of the installation environment of the rail.
  • the present invention provides a rail breakage detection device to which output waveforms of a plurality of vibration sensors respectively mounted at different locations on a rail are input, the plurality of vibrations
  • a waveform similarity determination unit that compares the impulse waveform separated from the output waveform output from the sensor or compares the continuous waveform separated from the output waveform to determine similarity; It is characterized by detecting the breakage of.
  • FIG. 1 is a diagram showing a rail breakage detection apparatus and peripheral configuration according to a third embodiment.
  • FIG. 2 shows a rail breakage detection apparatus and peripheral configuration according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a rail breakage detection apparatus and peripheral configuration according to a fourth embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a rail breakage detection apparatus and peripheral configuration according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a rail breakage detection apparatus and peripheral configuration according to a fifth embodiment;
  • FIG. 2 shows a rail breakage detection apparatus and peripheral configuration according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a rail breakage detection device 4 and a peripheral configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a vibration sensor 1 which is a first vibration sensor mounted on one of two rails, and a second vibration sensor mounted on a position facing the other vibration sensor 1 of the two rails.
  • a vibration sensor 2, a train 3 traveling on two rails, and a rail breakage detection device 4 are shown. That is, the vibration sensors 1 and 2 are mounted on different rails parallel to each other.
  • the vibration sensors 1 and 2 measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the rail breakage detection device 4 and the vibration sensors 1 and 2 according to the first embodiment.
  • the rail breakage detection device 4 shown in FIG. 2 includes waveform separation units 41 and 42 and a waveform similarity determination unit 43.
  • the waveform similarity determination unit 43 includes an impulse waveform similarity determination unit 44 and a continuous waveform similarity determination unit 45.
  • the waveform separation unit 41 which is the first waveform separation unit, separates the output waveform of the vibration sensor 1 into an impulse waveform and a continuous waveform and outputs them.
  • the impulse waveform that is the forced vibration component is referred to as a first impulse waveform for convenience, and the continuous waveform that is the free vibration component is referred to as a first continuous waveform for convenience.
  • a waveform separation unit 42 as a second waveform separation unit separates the output waveform of the vibration sensor 2 into an impulse waveform and a continuous waveform and outputs the separated waveform.
  • This impulse waveform is referred to as a second impulse waveform for convenience, and this continuous waveform is referred to as a second continuous waveform for convenience.
  • examples of the method for performing waveform separation include waveform analysis, time-frequency analysis, Fourier analysis, wavelet analysis, and sparse analysis.
  • the waveform similarity determination unit 43 uses the impulse waveform similarity determination unit 44 or the continuous waveform similarity determination unit 45 to compare the output waveform from the waveform separation unit 41 with the output waveform from the waveform separation unit 42 and to make similarity The degree of the degree is determined, and the rail breakage is detected from the degree of similarity.
  • the waveform similarity determination unit 43 compares the impulse waveforms using the impulse waveform similarity determination unit 44, and when the train 3 moves away from the vibration sensors 1 and 2.
  • the continuous waveform similarity determination unit 45 is used to compare continuous waveforms. When the train 3 approaches the vibration sensors 1 and 2, the impulse waveform component is large, so the impulse waveform is used. When the train 3 moves away from the vibration sensors 1 and 2, the impulse waveform component is attenuated and the continuous waveform component is used. The similarity is determined.
  • the impulse waveform similarity determination unit 44 compares the first impulse waveform from the waveform separation unit 41 with the second impulse waveform from the waveform separation unit 42 and determines the similarity of the impulse waveform.
  • the continuous waveform similarity determination unit 45 compares the first continuous waveform from the waveform separation unit 41 and the second continuous waveform from the waveform separation unit 42 to determine the similarity of the continuous waveforms.
  • a method of comparing RMS (Root Mean Square) values can be exemplified.
  • RMS Root Mean Square
  • the strongest value of the impulse vibration may be compared, or the cross-correlation values of the time series data may be compared.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the rail breakage detection device 4 in the first embodiment.
  • the waveform separation units 41 and 42 separate the waveforms from the two vibration sensors 1 and 2 into an impulse waveform that is a forced vibration component and a continuous waveform that is a free vibration component, respectively (S11).
  • the impulse waveform similarity determination unit 44 determines whether or not the two impulse waveforms of the separated waveforms are similar (S12).
  • the continuous waveform similarity determination unit 45 determines whether the two continuous waveforms of the separated waveforms are similar (S13).
  • the waveform similarity determination unit 43 determines that there is no rail fracture (S14), and ends the process.
  • the waveform similarity determination unit 43 determines that there is a rail break (S15), and performs processing. finish.
  • the waveform similarity determination unit 43 shown in FIG. 2 includes both the impulse waveform similarity determination unit 44 and the continuous waveform similarity determination unit 45, but the present invention is not limited to this, and the waveform similarity The determination unit 43 only needs to include at least one of the impulse waveform similarity determination unit 44 and the continuous waveform similarity determination unit 45.
  • the waveform similarity determination unit 43 includes the continuous waveform similarity determination unit 45 without including the impulse waveform similarity determination unit 44, the waveform similarity determination is performed when the train 3 moves away from the vibration sensors 1 and 2. Just do it.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the rail breakage detection device 4 when the waveform similarity determination unit 43 does not include the continuous waveform similarity determination unit 45 in the first embodiment.
  • the waveform separators 41 and 42 respectively extract impulse waveforms that are forced vibration components from the waveforms from the two vibration sensors (S11a).
  • the impulse waveform similarity determination unit 44 determines whether or not the extracted impulse waveforms are similar (S12). When the impulse waveforms are similar (S12: Yes), the waveform similarity determination unit 43 determines that there is no rail break (S14) and ends the process.
  • the impulse waveforms are not similar (S12: No)
  • the waveform similarity determination unit 43 determines that there is a rail break (S15) and ends the process.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the rail breakage detection device 4 when the waveform similarity determination unit 43 does not include the impulse waveform similarity determination unit 44 in the first embodiment.
  • the processing is started, and the waveform separators 41 and 42 respectively extract continuous waveforms as free vibration components from the waveforms from the two vibration sensors (S11b).
  • the continuous waveform similarity determination unit 45 determines whether or not the extracted continuous waveforms are similar (S13). When the continuous waveforms are similar (S13: Yes), the waveform similar (S13: Yes), the waveform similarity determination unit 43 determines that there is no rail fracture (S14), and ends the process. If the continuous waveforms are not similar (S13: No), the waveform similarity determination unit 43 determines that there is a rail break (S15), and ends the process.
  • the detection result of the presence or absence of the rail breakage is output to, for example, a route map, a display device, or a signal
  • the user can know the presence or absence of the rail breakage. is there.
  • the notification information to the user by a route map, a display device, a signal, or the like may be train travel availability information instead of the presence or absence of a rail break.
  • FIG. 6 is a diagram showing a vibration waveform when the two rails are not broken in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a vibration waveform when one of the two rails is broken in the first embodiment.
  • the output waveform 51 of the vibration sensor 1 and the output waveform 52 of the vibration sensor 2 have similar waveform shapes.
  • the output waveform 61 of the vibration sensor 1 and the output waveform 62 of the vibration sensor 2 have dissimilar waveform shapes.
  • each rail installation environment is determined. Since the difference in the state of the two rails is detected without setting the threshold values for determination one by one, the breakage of the rails can be detected regardless of the rail installation environment. Further, the detection accuracy can be improved by separating the output waveform of the vibration sensor into an impulse waveform and a continuous waveform.
  • the rail breakage detection device 4 includes at least a processor, a memory, and an input unit, and the operation of each device is realized by software.
  • FIG. 8 is a diagram showing a general configuration of hardware for realizing the rail breakage detection device 4 according to the present embodiment.
  • the apparatus shown in FIG. 8 includes a processor 46, a memory 47, and an input unit 48.
  • the processor 46 performs calculation and control by software using the received data.
  • the memory 47 stores received data, stores data necessary for the processor 46 to perform calculation and control, and stores software for the processor 46 to perform calculation and control.
  • the input unit 48 receives the output waveforms of the vibration sensors 1 and 2 as input.
  • the waveform separation units 41 and 42 are realized by the processor 46, the memory 47, and the input unit 48, and the waveform similarity determination unit 43 is realized by the processor 46 and the memory 47.
  • a plurality of processors 46 and memories 47 may be provided.
  • Embodiment 2 the mode in which the two vibration sensors are mounted on different rails has been described.
  • the present invention is not limited to this.
  • two vibration sensors may be mounted on the same rail.
  • this Embodiment about the point already demonstrated in Embodiment 1, the description which overlaps Embodiment 1 and abbreviate
  • FIG. 9 is a diagram showing the rail breakage detection device 4 and the peripheral configuration according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a vibration sensor 1 that is a first vibration sensor mounted on one of the two rails, and a second vibration sensor mounted on the same rail as the rail on which the vibration sensor 1 is mounted.
  • a vibration sensor 2a, a train 3 traveling on two rails, and a rail breakage detection device 4 are shown.
  • the vibration sensors 1 and 2a measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2a.
  • the rails that can be detected by the vibration sensors 1 and 2a are rails on which the vibration sensors 1 and 2a are mounted.
  • the vibration sensor is mounted on the rail on which the vibration sensors 1 and 2a are not mounted in the same manner as the vibration sensors 1 and 2a.
  • the output waveform 51 of the vibration sensor 1 and the vibration The output waveform 52 of the sensor 2a has a similar waveform shape, and when the rail to which the vibration sensor 2a is attached is broken, the output waveform of the vibration sensor 1 and the output waveform of the vibration sensor 2a are not similar. It becomes a shape.
  • the rail has a break, the propagation time of the propagating wave changes. Also, by performing within the propagation time width set in advance when calculating the similarity of the waveform, the vibration sensor 1 The output waveform and the output waveform of the vibration sensor 2a have a dissimilar waveform shape.
  • one of the two vibration sensors 1 and 2a has a waveform that is attenuated by the other waveform.
  • the deterioration here refers to a state in which no breakage is observed in the appearance of the rail, but an abnormality has occurred in the rail.
  • a threshold for judgment must be set for each rail installation environment.
  • rail breakage is detected from the similarity of vibration of rails at two or more different locations, and therefore affected by the rail material, the rail laying method, and the ground on which the rails are installed. Therefore, it is not necessary to set a threshold value for each installation environment for detecting rail breakage.
  • the technology that detects the breakage of the rail by referring to the current value cannot detect the case where the rail is partially broken.
  • partial rail breakage can be detected.
  • the vibration waveform when there is a rail break shown in FIG. 7 is dissimilar to the vibration waveform when there is no rail break shown in FIG. 6, but when the rail break is partial, it is shown in FIG. A vibration waveform similar to the vibration waveform when there is no rail breakage is obtained with a low RMS value.
  • vibration information measured by a plurality of vibration sensors is compared, vibration generated due to crossing of the vehicle, etc. is canceled out by comparison. Therefore, no erroneous detection occurs.
  • this invention is not limited to this, The vibration sensor should just be provided with two or more.
  • Embodiment 1, 2 it is preferable to apply Embodiment 1, 2 to the area containing the curve part on a route. That is, it is preferable that any one of the detection sections of the vibration sensor includes a curved portion on the route. This is because the rail breakage is likely to occur in the curved portion on the route due to friction with the wheel. It is particularly preferable to apply to a portion where the radius of curvature of the curved portion on the route is small.
  • Embodiments 1 and 2 are also preferably applied to a section including a weld on a route. That is, it is preferable that any one of the detection sections of the vibration sensor includes a weld on the route. This is because rail breakage tends to occur at the welded portion on the route.
  • Embodiment 3 FIG.
  • the present invention is not limited to the embodiments described in Embodiments 1 and 2, and can also be applied to a radio train control system called CBTC (Communications Based Train Control).
  • CBTC Common Train Control
  • an application example to CBTC will be described.
  • omits is abbreviate
  • FIG. 10 is a first diagram showing the rail breakage detection device 4 and the peripheral configuration according to the third embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor 1 which is the first vibration sensor mounted on one of the two rails and the other vibration sensor 1 of the two rails are mounted at positions facing each other.
  • a vibration sensor 2 that is a second vibration sensor, a train 3 that travels on two rails, and a rail breakage detection device 4 are shown.
  • the vibration sensors 1 and 2 measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2.
  • the same detection section is set for the vibration sensors 1 and 2 on the rails to which the vibration sensors 1 and 2 are attached.
  • the distance from the end of the detection section to the vibration sensors 1 and 2 is a distance at which the vibration sensors 1 and 2 can detect the rail breakage.
  • a plurality of vibration sensors are provided on each rail on which the vibration sensors 1 and 2 are mounted so that the rail breakage in the adjacent section can be detected, and the adjacent sections are detected.
  • the detection sections of the vibration sensor may overlap. If a part of the detection section of the vibration sensor that detects the sections adjacent to each other overlaps, it is possible to detect the rail breakage without generating a section that cannot be detected on the rail.
  • the vibration sensors 1 and 2 are preferably arranged at the center of the detection section, but the place where the vibration sensors 1 and 2 are arranged is not limited as long as they are within the detection section.
  • the terrestrial wireless device 6 acquires position information and speed information of the train 3 by communicating with an on-vehicle wireless device (not shown) mounted on the train 3 and transmits it to the ground control device 5.
  • the rail break detection device 4 transmits the rail break detection result to the ground control device 5.
  • the central control device 7 is connected to the ground control device 5.
  • the central control device 7 receives the position information, speed information, and rail breakage detection result of the train 3 from the ground control device 5 and manages the operation of the train 3.
  • the rail breakage detection result indicates that there is a rail breakage
  • a command for stopping the train 3 is sent to the train 3 via the ground control device 5 and the ground radio device 6 and the train 3 is stopped.
  • the rail breakage detection device 4 is at a timing at which the train 3 travels a point more than the braking distance L of the train 3 from the end of the direction in which the train 3 travels in the detection section of the vibration sensors 1 and 2.
  • the rail breakage in the detection section of the vibration sensors 1 and 2 is detected, and the detection result is transmitted to the ground control device 5.
  • This braking distance L can be calculated from the speed information of the train 3 and the rolling friction coefficient.
  • the train 3 can be stopped by detecting the rail break before the train 3 passes the rail break portion.
  • the rail breakage detection device 4 can calculate the braking distance L of the train 3. The calculation of the braking distance L may be performed by the ground control device 5 or the central control device 7.
  • FIG. 11 is a second diagram showing the rail breakage detection device 4 and the peripheral configuration according to the third embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor 1 that is the first vibration sensor mounted on one of the two rails and the first rail mounted on the same rail as the rail on which the vibration sensor 1 is mounted.
  • a vibration sensor 2a which is a vibration sensor 2, a train 3 traveling on two rails, and a rail breakage detection device 4 are shown.
  • the vibration sensors 1 and 2a measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2a.
  • the area between the vibration sensor 1 and the vibration sensor 2a is set as a detection section. That is, the installation position of the vibration sensor 1 and the vibration sensor 2a is the end of the detection section, and the distance between the vibration sensor 1 and the vibration sensor 2a is a distance at which the vibration sensors 1 and 2a can detect rail breakage.
  • a vibration sensor is similarly provided on the rail where the vibration sensors 1 and 2a are not mounted.
  • another vibration sensor is provided on the near side of the vibration sensor 1, and the detection sections of the vibration sensors that detect the sections adjacent to each other are arranged continuously on the rail as in FIG. Rail breakage can be detected without producing an undetectable section.
  • the terrestrial radio device 6 acquires position information and speed information of the train 3 by communicating with an on-vehicle radio device (not shown) mounted on the train 3 as in FIG. 10, and transmits it to the ground control device 5.
  • the rail break detection device 4 transmits the rail break detection result to the ground control device 5.
  • the central control device 7 is connected to the ground control device 5.
  • the central control device 7 receives the position information, speed information, and rail breakage detection result of the train 3 from the ground control device 5 and manages the operation of the train 3.
  • the rail breakage detection result indicates that there is a rail breakage
  • a command for stopping the train 3 is sent to the train 3 via the ground control device 5 and the ground radio device 6 and the train 3 is stopped.
  • the rail breakage detection device 4 is a rail in a detection section formed by the vibration sensor 1 and the vibration sensor 2a at a timing when the train 3 travels a point before the braking distance L of the train 3 from the vibration sensor 2a.
  • the fracture is detected and the detection result is transmitted to the ground control device 5.
  • the central control device 7 performs control to stop the train 3 via the ground control device 5 and the ground radio device 6, so that the train 3 has the vibration sensor 1 and the vibration sensor. It is possible to stop the train 3 before entering the detection zone formed by 2a. Therefore, according to the configuration of FIG. 11, the train 3 can be stopped by detecting the rail break before the train 3 passes the rail break portion.
  • the rail breakage detection device 4 can calculate the braking distance L of the train 3.
  • the calculation of the braking distance L may be performed by the ground control device 5 or the central control device 7.
  • Embodiment 4 When vibration generated by train travel is used as an excitation source for rail vibration, or when vibration due to train travel is small, such as when the train speed is low, rail breakage may not be detected. Therefore, in the present invention, a vibration device may be provided adjacent to the vibration sensor.
  • a vibration exciter is provided adjacent to the vibration sensor in the configuration of the third embodiment.
  • Embodiment 1 to 3 about the point already demonstrated in Embodiment 1-3, Embodiment 1 to 3 is used and the overlapping description is abbreviate
  • the configuration in which the vibration device is provided adjacent to the vibration sensor in the configuration of the third embodiment will be described, but the configurations of the first and second embodiments and the present embodiment May be combined.
  • FIG. 12 is a first diagram illustrating the rail breakage detection device 4 and the peripheral configuration according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor 1 which is the first vibration sensor mounted on one of the two rails, and the position opposite to the other vibration sensor 1 of the two rails are mounted.
  • a vibration sensor 2 that is a second vibration sensor, a train 3 that travels on two rails, and a rail breakage detection device 4 are shown.
  • the vibration sensors 1 and 2 measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2.
  • a vibration device 71 is provided on the front side in the traveling direction of the train 3 of the vibration sensor 1, and a vibration device 72 is provided on the front side of the vibration sensor 2 in the traveling direction of the train 3.
  • the vibration devices 71 and 72 vibrate the rails on which the train 3 is installed at a timing at which the position of the train 3 is a point before the braking distance L from the end of the detection section.
  • the rail breakage detection device 4 detects rail breakage using vibrations generated by the vibration generators 71 and 72.
  • Exciters 71 and 72 only need to be able to apply vibration to the rail. For example, a configuration in which a piston strikes the rail using electromagnetic force can be used.
  • FIG. 13 is a second diagram showing the rail breakage detection device 4 and the peripheral configuration according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor 1 which is the first vibration sensor mounted on one of the two rails, and the first rail mounted on the same rail as the rail on which the vibration sensor 1 is mounted.
  • a vibration sensor 2a which is a vibration sensor 2, a train 3 traveling on two rails, and a rail breakage detection device 4 are shown.
  • the vibration sensors 1 and 2a measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2a.
  • a vibration device 71 is provided on the front side in the traveling direction of the train 3 of the vibration sensor 1, and a vibration device 72 a is provided on the front side of the vibration sensor 2 a in the traveling direction of the train 3.
  • the vibration devices 71 and 72 a are timings at which the position of the train 3 is a point before the braking distance L from the end of the detection section by a command from the central control device 7 via the ground control device 5.
  • the vibration is applied to each installed rail.
  • the rail breakage detection device 4 detects rail breakage using vibrations generated by the vibration generators 71 and 72a.
  • the vibration devices 71, 72, 72a perform vibration according to a command from the central control device 7, but the present invention is not limited to this. You may output the command which vibrates to the vibration apparatus 71,72,72a at the timing which the rail breakage detection apparatus 4 or the ground control apparatus 5 detects a rail breakage.
  • the vibration devices 71, 72, 72a are provided in front of the vibration sensors 1, 2, 2a.
  • the present invention is not limited to this. It is not something. For example, when the route is a single line, the traveling direction of the train is switched, so that a vibration device may be provided on both sides of the vibration sensor.
  • the rail breaks by using the vibration by the vibration generator. Before passing through the location, the train can be stopped by detecting a rail break.
  • Embodiment 5 FIG.
  • the rail breakage is detected using the vibration generated by the train 3, but the present invention is not limited to this.
  • the rail breaks using both the vibration generated by the train 3 existing on the front side of the vibration sensor with respect to the train traveling direction and the vibration generated by the train 3a existing on the traveling direction side beyond the vibration sensor. Can also be detected.
  • Embodiment 1 to 4 is used and the overlapping description is abbreviate
  • the train 3 in the configuration of the third embodiment, is present on the front side in the traveling direction with respect to the train traveling direction with respect to the traveling direction of the train, and exceeds the vibration sensor in the configuration of the third embodiment.
  • the form in which the train 3a exists on the traveling direction side will be described.
  • FIG. 14 is a first diagram illustrating the rail breakage detection device 4 and the peripheral configuration according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor 1 which is the first vibration sensor mounted on one of the two rails and the other vibration sensor 1 of the two rails are mounted at positions facing each other.
  • a train 3a that travels on two rails on the traveling direction side beyond and a rail breakage detection device 4 are shown.
  • the vibration sensors 1 and 2 measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2
  • the train 3 a travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2.
  • the vibration waveform generated by the train 3 is a vibration generated when approaching the vibration sensors 1 and 2, an impulse waveform is used.
  • the vibration waveform generated by the train 3a is a vibration generated when moving away from the vibration sensors 1 and 2, a continuous waveform is used.
  • the rail breakage detection device 4 determines the similarity between the two impulse waveforms separated by the waveform separation units 41 and 42 by the impulse waveform similarity judgment unit 44 and the two separated by the waveform separation units 41 and 42.
  • the continuous waveform similarity determination unit 45 determines the similarity of the continuous waveforms.
  • the method for determining the similarity of waveforms has been described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • FIG. 15 is a second diagram showing the rail breakage detection device 4 and the peripheral configuration according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the vibration sensor 1 which is the first vibration sensor mounted on one of the two rails, and the first rail mounted on the same rail as the rail on which the vibration sensor 1 is mounted.
  • the train 3 traveling on the two rails closer to the traveling direction than the vibration sensors 1 and 2a, and the vibration sensors 1 and 2a.
  • a train 3a traveling on two rails on the traveling direction side and a rail breakage detection device 4 are shown.
  • the vibration sensors 1 and 2a measure rail vibration.
  • the train 3 travels on two rails in a direction approaching the vibration sensors 1 and 2a, and the train 3a travels on two rails in a direction away from the vibration sensors 1 and 2a.
  • the determination is performed in the same manner as in FIG. 14. If the two impulse waveforms or the two continuous waveforms are dissimilar as a result of this determination, a rail fracture occurs between the vibration sensor 1 and the vibration sensor 2 a. Is determined. In this manner, rail breakage can be detected using vibration waveforms generated by a plurality of knitting.
  • rail breakage can be detected using vibration waveforms generated by a plurality of knitting.
  • Embodiment 6 FIG.
  • the form in which the rail breakage is detected using the vibration generated by exciting the rail with the vibration apparatus has been described, but in this embodiment, the vibration by the vibration apparatus is performed a plurality of times. To calculate an average of a plurality of vibration waveforms generated by a plurality of vibrations.
  • the last vibration of a plurality of vibrations is performed at a timing when the position of the train 3 is a point before the braking distance L from the end of the detection section.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

レールの設置環境によらず実現可能なレール破断検知装置を得ることを目的とし、レールの異なる箇所に各々装着された第1の振動センサである振動センサ1からの出力波形及び第2の振動センサである振動センサ2からの出力波形が入力されて、これらの出力波形から分離された複数のインパルス波形を比較し又はこれらの出力波形から分離された複数の連続波形を比較して類似度を判定する波形類似度判定部43を備え、レールの破断を検知する。

Description

レール破断検知装置
 本発明は、レール破断検知装置に関するものである。
 従来技術である特許文献1には、レールに設置した振動センサの振動情報のしきい値判定によりレールの破断検知を行う技術が開示されている。
特開2015-34452号公報
 しかしながら、上記従来技術によれば、レールの破断検知にレールの共振周波数を用いている。そのため、レールの設置環境毎に判定用のしきい値を逐一設定しなければならない、という問題があった。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レールの設置環境によらず実現可能なレール破断検知装置を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レールの異なる箇所に各々装着された複数の振動センサの出力波形が入力されるレール破断検知装置であって、前記複数の振動センサから出力された前記出力波形から分離されたインパルス波形を比較し又は前記出力波形から分離された連続波形を比較して類似度を判定する波形類似度判定部を備え、前記類似度により前記レールの破断を検知することを特徴とする。
 本発明によれば、レールの設置環境によらず実現可能なレール破断検知装置を得ることができる、という効果を奏する。
実施の形態1にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す図 実施の形態1にかかるレール破断検知装置の構成と、振動センサとを示す図 実施の形態1においてレール破断検知装置の動作を示すフローチャート 実施の形態1において波形類似度判定部が連続波形類似度判定部を備えていない場合のレール破断検知装置の動作を示すフローチャート 実施の形態1において波形類似度判定部がインパルス波形類似度判定部を備えていない場合のレール破断検知装置の動作を示すフローチャート 実施の形態1において、2本のレールに破断がないときの振動波形を示す図 実施の形態1において、2本のレールのいずれかに破断があるときの振動波形を示す図 実施の形態1にかかるレール破断検知装置を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図 実施の形態2にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す図 実施の形態3にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第1図 実施の形態3にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第2図 実施の形態4にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第1図 実施の形態4にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第2図 実施の形態5にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第1図 実施の形態5にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第2図
 以下に、本発明の実施の形態にかかるレール破断検知装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す図である。図1には、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、2本のレールの他方の振動センサ1と対向する位置に装着された第2の振動センサである振動センサ2と、2本のレール上を走行する列車3と、レール破断検知装置4とが示されている。すなわち、振動センサ1,2は互いに並列する異なるレールに装着されている。振動センサ1,2は、レールの振動を計測する。列車3は、振動センサ1,2に近づく方向に2本のレール上を走行する。
 図2は、実施の形態1にかかるレール破断検知装置4の構成と、振動センサ1,2とを示す図である。図2に示すレール破断検知装置4は、波形分離部41,42と、波形類似度判定部43とを備える。波形類似度判定部43は、インパルス波形類似度判定部44と、連続波形類似度判定部45とを備える。
 第1の波形分離部である波形分離部41は、振動センサ1の出力波形をインパルス波形と連続波形とに分離して出力する。この強制振動成分であるインパルス波形を便宜上第1のインパルス波形と記載し、この自由振動成分である連続波形を便宜上第1の連続波形と記載する。第2の波形分離部である波形分離部42は、振動センサ2の出力波形をインパルス波形と連続波形とに分離して出力する。このインパルス波形を便宜上第2のインパルス波形と記載し、この連続波形を便宜上第2の連続波形と記載する。ここで、波形分離を行う方法には、波形解析、時間周波数解析、フーリエ解析、ウェーブレット解析及びスパース解析を例示することができる。
 波形類似度判定部43は、インパルス波形類似度判定部44又は連続波形類似度判定部45を用いて、波形分離部41からの出力波形と波形分離部42からの出力波形とを比較して類似度の判定を行い、この類似度からレール破断を検知する。波形類似度判定部43は、列車3が振動センサ1,2に近づく際にはインパルス波形類似度判定部44を用いてインパルス波形の比較を行い、列車3が振動センサ1,2から遠ざかる際には連続波形類似度判定部45を用いて連続波形の比較を行う。列車3が振動センサ1,2に近づく際にはインパルス波形成分が大きいためインパルス波形を用い、列車3が振動センサ1,2から遠ざかる際にはインパルス波形成分が減衰するため連続波形成分を用いて、類似度の判定を行う。
 インパルス波形類似度判定部44は、波形分離部41からの第1のインパルス波形と、波形分離部42からの第2のインパルス波形とを比較してインパルス波形の類似度の判定を行う。
 連続波形類似度判定部45は、波形分離部41からの第1の連続波形と、波形分離部42からの第2の連続波形とを比較して連続波形の類似度の判定を行う。
 ここで、波形類似度を判定する波形比較には、RMS(Root Mean Square)値を比較する方法を例示することができる。RMS値を比較する場合には、振動強度のRMS値の比が予め決められたしきい値の範囲内に収まっていればレール破断していないと判定し、振動強度のRMS値の比が予め決められたしきい値の範囲内に収まっていなければレール破断していると判定する。又は、波形類似度を判定する波形比較には、インパルス振動の最も強い値を比較してもよいし、時系列データの相互相関値を比較してもよい。
 図3は、実施の形態1においてレール破断検知装置4の動作を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、波形分離部41,42が、2つの振動センサ1,2からの波形を強制振動成分であるインパルス波形と、自由振動成分である連続波形とに各々分離する(S11)。次に、インパルス波形類似度判定部44が、分離された波形の2つのインパルス波形が類似しているか否かを判定する(S12)。インパルス波形が類似している場合には(S12:Yes)、連続波形類似度判定部45が、分離された波形の2つの連続波形が類似しているか否かを判定する(S13)。連続波形が類似している場合には(S13:Yes)、波形類似度判定部43は、レール破断なしと判定し(S14)、処理を終了する。インパルス波形が類似していない場合(S12:No)又は連続波形が類似していない場合(S13:No)には、波形類似度判定部43は、レール破断ありと判定し(S15)、処理を終了する。
 なお、図2に示す波形類似度判定部43は、インパルス波形類似度判定部44及び連続波形類似度判定部45の双方を備えるが、本発明はこれに限定されるものではなく、波形類似度判定部43は、インパルス波形類似度判定部44及び連続波形類似度判定部45の少なくともいずれか一方を備えていればよい。波形類似度判定部43がインパルス波形類似度判定部44を備えることなく連続波形類似度判定部45を備える場合には、列車3が振動センサ1,2から遠ざかる際に波形の類似度判定を行えばよい。
 図4は、実施の形態1において波形類似度判定部43が連続波形類似度判定部45を備えていない場合のレール破断検知装置4の動作を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、波形分離部41,42が、2つの振動センサからの波形から強制振動成分であるインパルス波形を各々抽出する(S11a)。次に、インパルス波形類似度判定部44が、抽出した各インパルス波形が類似しているか否かを判定する(S12)。インパルス波形が類似している場合には(S12:Yes)、波形類似度判定部43は、レール破断なしと判定し(S14)、処理を終了する。インパルス波形が類似していない場合(S12:No)には、波形類似度判定部43は、レール破断ありと判定し(S15)、処理を終了する。
 図5は、実施の形態1において波形類似度判定部43がインパルス波形類似度判定部44を備えていない場合のレール破断検知装置4の動作を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、波形分離部41,42が、2つの振動センサからの波形から自由振動成分である連続波形を各々抽出する(S11b)。次に、連続波形類似度判定部45が、抽出した各連続波形が類似しているか否かを判定する(S13)。連続波形が類似している場合には(S13:Yes)、波形類似度判定部43は、レール破断なしと判定し(S14)、処理を終了する。連続波形が類似していない場合(S13:No)には、波形類似度判定部43は、レール破断ありと判定し(S15)、処理を終了する。
 なお、図3から図5には示していないが、レール破断の有無の検知結果が、例えば路線図、表示装置又は信号等に出力されると、ユーザはレール破断の有無を知ることが可能である。ここで、路線図、表示装置又は信号等によるユーザへの報知情報は、レール破断の有無に代えて、列車の走行可否情報であってもよい。
 図6は、実施の形態1において、2本のレールに破断がないときの振動波形を示す図である。そして、図7は、実施の形態1において、2本のレールのいずれかに破断があるときの振動波形を示す図である。図6においては2本のレールに破断がないので、振動センサ1の出力波形51と、振動センサ2の出力波形52とは類似した波形形状となる。図7においては振動センサ2が装着されたレールに破断があるので、振動センサ1の出力波形61と、振動センサ2の出力波形62とは非類似の波形形状となる。
 このように、本実施の形態によれば、2本のレールの各々の対向する位置に装着された複数の振動センサの出力波形を比較して類似度を判定することで、レールの設置環境毎に判定用のしきい値を逐一設定することなく2本のレールの状態の相違を検知するため、レールの設置環境によらずレールの破断を検知することができる。また、振動センサの出力波形をインパルス波形と連続波形とに分離することで、検知精度を向上させることができる。
 なお、上記説明した本実施の形態において、レール破断検知装置4は、少なくともプロセッサと、メモリと、入力部とを備え、各装置の動作はソフトウエアにより実現する。図8は、本実施の形態にかかるレール破断検知装置4を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図である。図8に示す装置は、プロセッサ46、メモリ47及び入力部48を備える。プロセッサ46は受信したデータを用いてソフトウエアによる演算及び制御を行う。メモリ47は受信したデータの記憶を行い、プロセッサ46が演算及び制御を行うに際して必要なデータの記憶を行い、また、プロセッサ46が演算及び制御を行うためのソフトウエアの記憶を行う。入力部48は、振動センサ1,2の出力波形を入力とする。波形分離部41,42は、プロセッサ46、メモリ47及び入力部48により実現され、波形類似度判定部43は、プロセッサ46及びメモリ47により実現される。なお、プロセッサ46及びメモリ47は、各々複数設けられていてもよい。
実施の形態2.
 実施の形態1においては、2つの振動センサを異なるレールに装着した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施の形態にて示すように、2つの振動センサが同一のレールに装着されていてもよい。なお、本実施の形態において、実施の形態1にて既に説明した点については実施の形態1を援用して重複する説明を省略する。
 図9は、本発明の実施の形態2にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す図である。図9には、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、振動センサ1が装着されたレールと同一のレールに装着された第2の振動センサである振動センサ2aと、2本のレール上を走行する列車3と、レール破断検知装置4とが示されている。振動センサ1,2aは、レールの振動を計測する。列車3は、振動センサ1,2aに近づく方向に2本のレール上を走行する。ここで、振動センサ1,2aによって破断の検知が可能なレールは、振動センサ1,2aが装着されたレールである。なお、図示していないが、振動センサ1,2aが装着されていない方のレールにも振動センサ1,2aと同様に振動センサが装着されているものとする。
 図9に示すように、同一のレールに振動センサ1及び振動センサ2aが装着された場合であっても、2本のレールに破断がない場合には、振動センサ1の出力波形51と、振動センサ2aの出力波形52とは類似した波形形状となり、振動センサ2aが装着されたレールに破断がある場合には、振動センサ1の出力波形と、振動センサ2aの出力波形とは非類似の波形形状となる。なお、レールに破断がある場合には、伝搬する波の伝搬時間が変化するため、また、波形の類似度の演算時に予め設定された伝搬時間幅の範囲内で行うことで、振動センサ1の出力波形と、振動センサ2aの出力波形とは非類似の波形形状となる。レールに破断がない場合には、2つの振動センサ1,2aのうち、一方の波形形状は、他方の波形形状が減衰した形状となる。
 なお、実施の形態1,2によれば、レールの破断のみならず、レールの劣化を検知することも可能である。なお、ここでの劣化は、レールの外観には破断が観察されないが、レールの内部に異常が生じている状態を指す。
 レールの破断検知にレールの共振周波数を用いる技術では、レールの設置環境毎に判定用のしきい値を逐一設定しなければならない。実施の形態1,2によれば、異なる2つ以上の場所のレールの振動の類似度からレール破断を検知するので、レールの材質、レールの敷設方法及びレールが設置された地盤の影響を受けないため、レール破断を検知するための設置環境毎のしきい値の設定が不要である。
 また、電流値を参照することでレールの破断検知を行う技術では、レールが部分的に破断した場合を検知することができない。実施の形態1,2によれば、電流を用いないので、部分的なレール破断を検知することも可能である。なお、図7に示すレール破断があるときの振動波形は図6に示すレール破断がないときの振動波形とは非類似であるが、レール破断が部分的である場合には、図6に示すレール破断がないときの振動波形とは低いRMS値で類似する振動波形が得られる。
 また、左右のレールの画像データを比較することでレールの破断検知を行う技術では、画像データを取得する画像センサが汚れに弱く、画像センサにはオイルミスト及び鉄粉が付着することが想定されるため、頻繁な保守作業を要する。実施の形態1,2では、このような頻繁な保守作業は不要である。
 また、複数個の振動センサで計測した振動情報を比較するので、車両の踏切横断等に起因して発生する振動は比較により打ち消される。従って、これによる誤検知も生じない。なお、実施の形態1,2では2つの振動センサを用いる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、振動センサは複数個設けられていればよい。
 なお、実施の形態1,2は、路線上の曲線部を含む区間に適用することが好ましい。すなわち、振動センサの検知区間のいずれか1つが、路線上の曲線部を含むことが好ましい。路線上の曲線部では、車輪との摩擦によってレール破断が生じやすいからである。路線上の曲線部の曲率半径が小さい箇所に適用することが特に好ましい。
 なお、実施の形態1,2は、路線上の溶接部を含む区間に適用することも好ましい。すなわち、振動センサの検知区間のいずれか1つが、路線上の溶接部を含むことが好ましい。路線上の溶接部では、レール破断が生じやすいからである。
実施の形態3.
 本発明は、実施の形態1,2にて説明した形態に限定されず、CBTC(Communications Based Train Control)と呼ばれる無線列車制御システムに適用することも可能である。本実施の形態においては、CBTCへの適用例について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態1,2にて既に説明した点については実施の形態1,2を援用して重複する説明を省略する。
 図10は、本発明の実施の形態3にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す第1図である。図10には、図1と同様に、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、2本のレールの他方の振動センサ1と対向する位置に装着された第2の振動センサである振動センサ2と、2本のレール上を走行する列車3と、レール破断検知装置4とが示されている。振動センサ1,2は、レールの振動を計測する。列車3は、振動センサ1,2に近づく方向に2本のレール上を走行する。
 図10において、振動センサ1,2には、各々が装着されたレールにおいて同一の検知区間が設定されている。この検知区間の端から振動センサ1,2までの距離は、振動センサ1,2がレール破断を検知可能な距離とする。また、図示しないが、振動センサ1,2が装着された各レール上には隣接する区間のレール破断の検知が可能なように複数の振動センサが設けられており、互いに隣接する区間を検知する振動センサの検知区間が、重複していてもよい。互いに隣接する区間を検知する振動センサの検知区間の一部が重複すると、レール上に検知できない区間を生じることなくレール破断の検知が可能である。振動センサ1,2は検知区間の中心に配置されることが好ましいが、検知区間内であれば配置される場所は限定されない。
 地上無線装置6は、列車3に搭載された図示しない車上無線装置と通信を行うことで列車3の位置情報及び速度情報を取得し、地上制御装置5に送信する。レール破断検知装置4は、レール破断の検知結果を地上制御装置5に送信する。
 中央制御装置7は、地上制御装置5と接続される。中央制御装置7は、地上制御装置5から列車3の位置情報、速度情報及びレール破断の検知結果を受け取り、列車3の運行管理を行う。レール破断の検知結果がレール破断ありの場合には、地上制御装置5及び地上無線装置6を介して列車3を停止させるための指令を列車3に送り、列車3を停止させる。
 また、レール破断検知装置4は、振動センサ1,2の検知区間の列車3が進行してくる方向側の端から列車3の制動距離L以上手前の地点を列車3が走行しているタイミングにおいて、振動センサ1,2の検知区間のレール破断を検知して検知結果を地上制御装置5に送信する。この制動距離Lは、列車3の速度情報及び転がり摩擦係数から算出可能である。この検知結果がレール破断ありの場合には、中央制御装置7が、地上制御装置5及び地上無線装置6を介して列車3を停止させる制御を行うことで、列車3が振動センサ1,2の検知区間に侵入する前に列車3を停止させることが可能である。従って、図10の構成によれば、列車3がレール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車3を停止させることができる。列車3の位置情報及び速度情報がレール破断検知装置4に送られることで、レール破断検知装置4で列車3の制動距離Lの算出が可能となる。また、制動距離Lの算出は、地上制御装置5又は中央制御装置7で行われてもよい。
 図11は、本発明の実施の形態3にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す第2図である。図11には、図9と同様に、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、振動センサ1が装着されたレールと同一のレールに装着された第2の振動センサである振動センサ2aと、2本のレール上を走行する列車3と、レール破断検知装置4とが示されている。振動センサ1,2aは、レールの振動を計測する。列車3は、振動センサ1,2aに近づく方向に2本のレール上を走行する。
 図11においては、振動センサ1と振動センサ2aの間が検知区間として設定されている。すなわち、振動センサ1及び振動センサ2aの設置位置が検知区間の端であり、振動センサ1と振動センサ2aとの距離は、振動センサ1,2aがレール破断を検知可能な距離とする。なお、図示しないが、振動センサ1,2aが装着されていない方のレール上にも同様に振動センサが設けられている。また、振動センサ1よりも手前側には他の振動センサが設けられており、図10と同様に互いに隣接する区間を検知する振動センサの検知区間を連続して配することで、レール上に検知できない区間を生じることなくレール破断の検知が可能である。
 地上無線装置6は、図10と同様に、列車3に搭載された図示しない車上無線装置と通信を行うことで列車3の位置情報及び速度情報を取得し、地上制御装置5に送信する。レール破断検知装置4は、レール破断の検知結果を地上制御装置5に送信する。
 中央制御装置7は、地上制御装置5と接続される。中央制御装置7は、地上制御装置5から列車3の位置情報、速度情報及びレール破断の検知結果を受け取り、列車3の運行管理を行う。レール破断の検知結果がレール破断ありの場合には、地上制御装置5及び地上無線装置6を介して列車3を停止させるための指令を列車3に送り、列車3を停止させる。
 また、レール破断検知装置4は、振動センサ2aから列車3の制動距離L以上手前の地点を列車3が走行しているタイミングにおいて、振動センサ1と振動センサ2aとによって形成される検知区間のレール破断を検知して検知結果を地上制御装置5に送信する。この検知結果がレール破断ありの場合には、中央制御装置7が、地上制御装置5及び地上無線装置6を介して列車3を停止させる制御を行うことで、列車3が振動センサ1と振動センサ2aとによって形成される検知区間に侵入する前に列車3を停止させることが可能である。従って、図11の構成によれば、列車3がレール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車3を停止させることができる。列車3の位置情報及び速度情報がレール破断検知装置4に送られることで、レール破断検知装置4で列車3の制動距離Lの算出が可能となる。また、制動距離Lの算出は、地上制御装置5又は中央制御装置7で行われてもよい。
 以上説明したように、本実施の形態の構成によれば、列車がレール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車を停止させることができる。
実施の形態4.
 レール振動の加振源として列車走行による振動を利用する場合又は列車速度が低速である場合等の列車走行による加振が小さい場合には、レール破断を検知することができない場合もある。そこで、本発明では、振動センサに隣接して加振装置が設けられていてもよい。本実施の形態においては、実施の形態3の構成において、振動センサに隣接して加振装置が設けられた形態について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態1から3にて既に説明した点については実施の形態1から3を援用して重複する説明を省略する。なお、本実施の形態においては、実施の形態3の構成で、振動センサに隣接して加振装置が設けられた形態について説明するが、実施の形態1,2と本実施の形態の構成とを組み合わせてもよい。
 図12は、本発明の実施の形態4にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す第1図である。図12には、図1と同様に、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、2本のレールの他方の振動センサ1と対向する位置に装着された第2の振動センサである振動センサ2と、2本のレール上を走行する列車3と、レール破断検知装置4とが示されている。振動センサ1,2は、レールの振動を計測する。列車3は、振動センサ1,2に近づく方向に2本のレール上を走行する。振動センサ1の列車3の進行方向手前側には加振装置71が設けられており、振動センサ2の列車3の進行方向手前側には加振装置72が設けられている。
 加振装置71,72は、中央制御装置7からの指令により、列車3の位置が検知区間の端から制動距離L以上手前の地点であるタイミングで各々が設置されたレールに加振を行う。レール破断検知装置4は、加振装置71,72によって生じた振動を用いてレール破断を検知する。加振装置71,72は、レールに振動を与えることができるものであればよく、例えば電磁力を利用してピストンがレールを打撃する構成のものを利用することができる。
 図13は、本発明の実施の形態4にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す第2図である。図13には、図9と同様に、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、振動センサ1が装着されたレールと同一のレールに装着された第2の振動センサである振動センサ2aと、2本のレール上を走行する列車3と、レール破断検知装置4とが示されている。振動センサ1,2aは、レールの振動を計測する。列車3は、振動センサ1,2aに近づく方向に2本のレール上を走行する。振動センサ1の列車3の進行方向手前側には加振装置71が設けられており、振動センサ2aの列車3の進行方向手前側には加振装置72aが設けられている。
 加振装置71,72aは、図12と同様に、地上制御装置5を介した中央制御装置7からの指令により、列車3の位置が検知区間の端から制動距離L以上手前の地点であるタイミングで各々が設置されたレールに加振を行う。レール破断検知装置4は、加振装置71,72aによって生じた振動を用いてレール破断を検知する。
 なお、本実施の形態においては、加振装置71,72,72aは中央制御装置7からの指令により加振を行うものとしたが本発明はこれに限定されるものではない。レール破断検知装置4又は地上制御装置5がレール破断を検知するタイミングで加振装置71,72,72aに加振する指令を出力してもよい。
 なお、図12,13においては列車3の進行方向が一定であるため、振動センサ1,2,2aの手前に加振装置71,72,72aを設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば路線が単線である場合には、列車の進行方向が入れ替わるため、振動センサの両側に加振装置が設けられていてもよい。
 以上説明したように、本実施の形態の構成によれば、列車速度が低速である場合等の列車走行による加振が小さい場合であっても、加振装置による振動を用いることによって、レール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車を停止させることができる。
 なお、本実施の形態によれば、営業時間外でレール上を列車が走行していない場合であっても、加振装置による振動を用いることによって、レール破断を検知することが可能である。
実施の形態5.
 実施の形態1から4においては、レール上に列車3のみを示し、列車3によって生じる振動を用いてレール破断を検知する形態について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、列車進行方向に対して、振動センサよりも手前側に存在する列車3によって生じる振動、及び振動センサを越えて進行方向側に存在する列車3aによって生じる振動の双方を用いてレール破断を検知することも可能である。なお、本実施の形態において、実施の形態1から4にて既に説明した点については実施の形態1から4を援用して重複する説明を省略する。なお、本実施の形態においては、実施の形態3の構成において列車進行方向に対して、振動センサよりも進行方向手前側に列車3が存在し、実施の形態3の構成において振動センサを越えて進行方向側に列車3aが存在する形態について説明する。
 図14は、本発明の実施の形態5にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す第1図である。図14には、図1と同様に、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、2本のレールの他方の振動センサ1と対向する位置に装着された第2の振動センサである振動センサ2と、列車進行方向に対して、振動センサ1,2よりも進行方向手前側の2本のレール上を走行する列車3と、振動センサ1,2を越えて進行方向側の2本のレール上を走行する列車3aと、レール破断検知装置4とが示されている。振動センサ1,2は、レールの振動を計測する。列車3は振動センサ1,2に近づく方向に2本のレール上を走行し、列車3aは振動センサ1,2に近づく方向に2本のレール上を走行する。
 ここで、列車3によって生じる振動の波形は、振動センサ1,2に近づく際に生じる振動であるため、インパルス波形を用いる。列車3aによって生じる振動の波形は、振動センサ1,2から遠ざかる際に生じる振動であるため、連続波形を用いる。レール破断検知装置4は、波形分離部41,42によって分離された2つのインパルス波形の類似度をインパルス波形類似度判定部44にて判定するとともに、波形分離部41,42によって分離された2つの連続波形の類似度を連続波形類似度判定部45にて判定する。ここで、波形の類似度の判定方法は、実施の形態1にて説明したため説明を省略する。この判定の結果、2つのインパルス波形が非類似であれば列車3と振動センサ1,2との間にレール破断が生じていると判定する。また、2つの連続波形が非類似であれば列車3aと振動センサ1,2との間にレール破断が生じていると判定する。このようにして、複数の編成によって生じる振動波形を用いてレール破断を検知することができる。
 図15は、本発明の実施の形態5にかかるレール破断検知装置4及び周辺構成を示す第2図である。図15には、図9と同様に、2本のレールの一方に装着された第1の振動センサである振動センサ1と、振動センサ1が装着されたレールと同一のレールに装着された第2の振動センサである振動センサ2aと、列車進行方向に対して、振動センサ1,2aよりも進行方向手前側の2本のレール上を走行する列車3と、振動センサ1,2aを越えて進行方向側の2本のレール上を走行する列車3aと、レール破断検知装置4とが示されている。振動センサ1,2aは、レールの振動を計測する。列車3は、振動センサ1,2aに対して近づく方向に2本のレール上を走行し、列車3aは振動センサ1,2aに対して遠ざかる方向に2本のレール上を走行する。
 図15においても図14と同様に判定を行い、この判定の結果、2つのインパルス波形又は2つの連続波形が非類似であれば振動センサ1と振動センサ2aとの間にレール破断が生じていると判定する。このようにして、複数の編成によって生じる振動波形を用いてレール破断を検知することができる。
 本実施の形態によれば、複数の編成によって生じる振動波形を用いてレール破断を検知することができる。また、実施の形態3と同様に無線列車制御システムに適用することも可能であり、レール破断を検知した場合に、列車3がレール破断箇所を通過する前に、列車3を停止させることができる。
実施の形態6.
 実施の形態4においては、加振装置によってレールに加振を行って生じた振動を用いてレール破断を検知する形態について説明したが、本実施の形態では、加振装置による加振を複数回行って、複数回の加振によって生じた複数の振動波形の加算平均を算出する。
 ここで、複数回の加振のうち最後に行う加振は、列車3の位置が検知区間の端から制動距離L以上手前の地点であるタイミングで行われる。
 本実施の形態によれば、微弱な振動の計測が可能になるため、センサの設置間隔を長くすることができる。
 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
 1,2,2a 振動センサ、3,3a 列車、4 レール破断検知装置、5 地上制御装置、6 地上無線装置、7 中央制御装置、41,42 波形分離部、43 波形類似度判定部、44 インパルス波形類似度判定部、45 連続波形類似度判定部、46 プロセッサ、47 メモリ、48 入力部、51,52,61,62 出力波形、71,72,72a 加振装置。

Claims (15)

  1.  レールの異なる箇所に各々装着された複数の振動センサの出力波形が入力されるレール破断検知装置であって、
     前記複数の振動センサから出力された前記出力波形から分離されたインパルス波形を比較し又は前記出力波形から分離された連続波形を比較して類似度を判定する波形類似度判定部を備え、
     前記類似度により前記レールの破断を検知することを特徴とするレール破断検知装置。
  2.  前記複数の振動センサは、互いに並列する異なるレールに設けられていることを特徴とする請求項1に記載のレール破断検知装置。
  3.  前記複数の振動センサは、同一のレールに設けられていることを特徴とする請求項1に記載のレール破断検知装置。
  4.  前記複数の振動センサの検知区間のいずれか1つが、路線上の曲線部を含むことを特徴とする請求項1に記載のレール破断検知装置。
  5.  前記複数の振動センサの検知区間のいずれか1つが、路線上の溶接部を含むことを特徴とする請求項1に記載のレール破断検知装置。
  6.  レールに装着された第1の振動センサからの第1の出力波形と、前記第1の振動センサとは異なる位置に装着された第2の振動センサからの第2の出力波形とが入力されるレール破断検知装置であって、
     前記第1の出力波形から分離された第1のインパルス波形と前記第2の出力波形から分離された第2のインパルス波形とを比較し又は前記第1の出力波形から分離された第1の連続波形と前記第2の出力波形から分離された第2の連続波形とを比較して類似度を判定する波形類似度判定部を備え、
     前記類似度により前記レールの破断を検知することを特徴とするレール破断検知装置。
  7.  レールに装着された第1の振動センサからの第1の出力波形と、前記第1の振動センサとは異なる位置に装着された第2の振動センサからの第2の出力波形とが入力されるレール破断検知装置であって、
     前記第1の振動センサの出力波形を分離して第1のインパルス波形及び第1の連続波形を出力する第1の波形分離部と、
     前記第2の振動センサの出力波形を分離して第2のインパルス波形及び第2の連続波形を出力する第2の波形分離部と、
     前記第1のインパルス波形と前記第2のインパルス波形との比較及び前記第1の連続波形と前記第2の連続波形との比較の少なくともいずれか一方を行って、前記第1の出力波形と前記第2の出力波形との類似度を判定する波形類似度判定部とを備え、
     前記類似度によりレールの破断を検知することを特徴とするレール破断検知装置。
  8.  前記第1の振動センサと前記第2の振動センサとは、互いに並列する異なるレールに設けられていることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレール破断検知装置。
  9.  前記第1の振動センサは、前記第2の振動センサと同一のレールに設けられていることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレール破断検知装置。
  10.  前記第1及び第2の振動センサの検知区間が、路線上の曲線部を含むことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレール破断検知装置。
  11.  前記第1及び第2の振動センサの検知区間が、路線上の溶接部を含むことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレール破断検知装置。
  12.  前記レールを走行する列車の位置情報及び速度情報に基づいて、前記列車が前記第1及び第2の振動センサの検知区間に侵入する前に前記レールの破断を検知することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレール破断検知装置。
  13.  列車の進行方向に対して、前記第1及び第2の振動センサの手前側に加振装置が設けられていることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレール破断検知装置。
  14.  前記第1のインパルス波形と前記第2のインパルス波形とが非類似である場合には、前記第1及び第2の振動センサに近づく列車と前記第1及び第2の振動センサとの間にレール破断が生じていると検知し、
     前記第1の連続波形と前記第2の連続波形とが非類似である場合には、前記第1及び第2の振動センサから遠ざかる列車と前記第1及び第2の振動センサとの間にレール破断が生じていると検知することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のレール破断検知装置。
  15.  前記加振装置は、自装置が設けられているレールに対して複数回の加振を行い、
     複数回の前記加振により得られた前記第1の振動センサにて得られた複数の振動波形の加算平均を前記第1の振動センサの出力波形とし、
     複数回の前記加振により得られた前記第2の振動センサにて得られた複数の振動波形の加算平均を前記第2の振動センサの出力波形とすることを特徴とする請求項13に記載のレール破断検知装置。
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