JP2011069699A - レール変位量測定におけるレール検出方法およびレール変位量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
レール近傍にあって頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体をレールと誤検出することを防止することができるレール変位量測定装置におけるレール検出方法を提供することにある。
【解決手段】
この発明は、測定三角形が形成されたときのこの測定三角形において測定されるレールの位置とこの測定三角形において第１の距離検出器あるいは第２の距離検出器のいずれかにより測定されるレールの位置との位置誤差を算出して、この位置誤差が所定値の範囲にあるときに測定対象をレールとして検出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レール変位量測定におけるレール検出方法およびレール変位量測定装置に関し、詳しくは、既知の距離にある２点に配置された距離センサとレールとの間で測定三角形を形成して２点からレールに測定光を照射してレールの位置を測定するレール変位量測定において、脱線防止用ガードレール等の軌道内にある頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体をレールと誤検出することを防止することができるようなレール検出方法およびレール変位量測定装置に関する。

列車運行の安全を確保するために、軌道検測車は、レール変位量測定装置を搭載し、これによりレール間が基準ゲージの軌道間隔あるいはその許容範囲の間隔にあるか否かを定期的に測定している。
従来のレール変位量測定装置として、既知の距離にある２点に配置された距離センサ（レーザ変位センサ）とレールとの間で測定三角形を形成して２点の距離センサ（レーザ変位センサ）から測定光をレールに照射し、レールの位置を測定するものがある。
これは、レールとレーザ変位センサとの間に回動ミラーを介在させてレール上の特定の測定点の変動に応じて回動ミラーを追従回動させてレール上の測定点を追従制御することで測定三角形を維持しながらレールの測定点と測定基準点との距離（位置座標）を検出してレール変位量を測定するものである。
この測定技術は、車体が上下左右に変動する走行車輪のばねより上のシャーシ等に変位検出器（２点に配置されたレーザ変位センサ）を左右のレールに対応してそれぞれ設けるもので、レールの左右の変位量を測定三角形の角度と距離とから三角法を利用して演算処理において高精度に測定するができる。しかも、距離検出器を小型化することを可能にしている（特許文献１，２）。

ところで、検測車が走行する軌道上には脱線防止用ガードレールがレールに沿って所定の間隔を置いて軌道の内側に敷設されている。この脱線防止用ガードレールは、走行車輪がレール横断方向に一定以上移動することを阻止することにより脱線を防止する。
レールと脱線防止用ガードレールとの間隔は、通常、８０ｍｍ程度はあり、脱線防止用ガードレールは、レールより１０ｍｍ〜２５ｍｍ高く設置されている。

特開２００１−４１７０５号公報 特開２００３−２５４７４０号公報

三角法を利用して演算処理によりレールの位置（変位量）を測定する従来のレール変位量測定装置にあっては、分岐やレール継目等でレールに対する追従が外れることがある。このようなときにはレールが検出されなくなるのでレール検出が必要になる。このようなときにレール検出をすると、脱線防止用ガードレールをレールと誤認して脱線防止用ガードレールに追従してレール変位量測定が行われてしまう問題がある。
これと同様に、踏切などでも脱線防止用ガードレールと同様に地面がレールに沿って形成されている。この踏切の地面も車両の傾斜などによりレールと誤認される対象になる。
すなわち、三角法を利用する前記した従来のレール変位量測定では、レール近傍にあってレールと同様な上部が平面状の物体をレールと誤検出する傾向がる。

したがって、この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、レール近傍にあって頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体をレールと誤検出することを防止することができるレール変位量測定装置におけるレール検出方法を提供することにある。
この発明の他の目的は、レール追従制御のためのレール検出のデータ処理を行う装置の処理ロードを低減してレール変位量の測定精度を向上させることができるレール変位量測定装置を提供することにある。

このような目的を達成するためのこの発明のレール変位量測定におけるレール検出方法およびレール変位量測定装置の特徴は、既知の距離にある２点に配置された第１および第２の距離検出器とレールとの間で測定三角形を形成して第１および第２の距離検出器から測定光をレールに照射してレールの位置を測定するレール変位量測定装置におけるレール検出方法であって、
第１の距離検出器の測定光をレールの頭面に照射し、第２の距離検出器の測定光をレール頭部の内軌側側面に照射して測定三角形を形成してこの測定三角形において測定されるレールの位置とこの測定三角形において第１の距離検出器および第２の距離検出器のいずれかにより測定されるレールの位置との位置誤差をレール変位量測定装置において算出して、この位置誤差が所定値の範囲にあるときにレール変位量測定装置が測定対象をレールとするものである。

レール位置の近傍に設けられる脱線防止用ガードレールを始めとして、踏切の地面等の頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体は、検測車の車体が傾斜することなどにより、レールの位置が変動すると、同時に軌道内にある物体もレールの位置に併せて同様の方向にシフトしてレール変位量測定装置に検出されることがある。
レールの形状は、頭面が狭い平面で側面方向に湾曲した特殊な頭部形状をしている。その上、レールと距離検出器との間で形成される測定三角形の測定光の１つが頭部側面を照射することから測定対象との間に形成される測定三角形は、脱線防止用ガードレール等の頭面が比較的幅のある平面形状の物体とは異なってくる。
発明者等は、この測定三角形の形成形態の相違が測定三角形により測定されるレールの位置と距離検出器の１つで測定されるレールの位置との位置誤差として表れてくることに着目した。
そこで、この発明は、この位置誤差を基準としてレールと軌道内にある他の物体とを区分けして測定対象がレールであるか否かの判定をする。

すなわち、この発明は、測定三角形が形成されたときのこの測定三角形において測定されるレールの位置とこの測定三角形において第１の距離検出器あるいは第２の距離検出器のいずれかにより測定されるレールの位置との位置誤差を算出して、この位置誤差が所定値の範囲にあるときに測定対象をレールとして検出する。
これにより、車両が傾斜するカーブ等でレールの位置が大きく変化してレールに対する追従が外れてレールが検出されないときのレール検出においても脱線防止用ガードレール等の軌道内にある物体をレールと誤認することが防止され、容易にレールだけを検出することができる。
しかも、この場合のレール検出処理は、位置誤差の算出だけで済むので、データ処理を行う装置の処理ロードは小さいものとなる。したがって、後述するように、レールからの反射光がなくあるいは規定値以下となってレール未検状態となる場合に限らずに、この発明では、常時、レール判定をしながらレール変位量の測定をすることで、レールに沿って設けられた踏切の地面などの頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体に対する誤認も防止することができる。
その結果、追従制御のためのレール検出の処理ロードが低減でき、レール近傍に設けられるレール以外の検出を防止することができ、レールの追従を外れて軌道内にある物体をレールと誤検出して変位量測定することがほとんどなくなる。

図１は、この発明を適用した一実施例の軌道検測車に搭載されたレール変位量測定装置の説明図である。 図２は、測定三角形からレールの位置を算出する算出原理の説明図である。 図３は、脱線防止用ガードレール等に対して形成される測定三角形についての説明図である。 図４は、頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体に対して形成される測定三角形についての説明図である。 図５は、レール変位量測定におけるレール検出処理のフローチャートである。

図１は、軌道検測車に搭載されたレール変位量測定装置の説明図であって、この図１において、１０は、レール変位量測定装置である。１は、左右のレールに対応してそれぞれに設けられたレール変位検出器であり、図では、左側のレール９に対応するレール変位検出器１のみを示してある。右側のレールについては、単にレール変位検出器１のレーザ変位センサが軌道中心に対して対称に配置されるだけであり、その構造上においては本質的な相違はないので、左側のレール９について以下説明し、右側のレールについては割愛する。
レール変位検出器１の測定基板１ａには上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２と左右方向の距離検出のレーザ変位センサ３とがそれぞれ設けられている。

レーザ変位センサ２は、自己の測定基準点Ｐａとレール９の頭頂面（頭面の中央）９ａ（測定点Ａ）との間の変位量（距離）を検出する検出信号を発生する。レーザ変位センサ３は、自己の測定基準点Ｐｂとレール９の内軌側側面（軌道におけるレール内側側面）９ｂ（測定点Ｂ）との間の変位量（距離）を検出する検出信号を発生する。
Ｌａは、レーザ変位センサ２の投光光であり、Ｒａは、レーザ変位センサ２の受光光である。Ｌｂは、レーザ変位センサ３の投光光であり、Ｒｂは、レーザ変位センサ３の受光光である。
測定基板１ａは、検測車の車体動揺の影響を受けるばね上のシャーシ（車体）１１に取付けられ、測定基板１ａには回動ミラー４がレーザ変位センサ２の投受光光路Ｌ1に介在するように設けられ、また、回動ミラー５がレーザ変位センサ３の投受光光路Ｌ2に同様に設けられている。ここでは、回動ミラー４，５のそれぞれの測定光の反射位置がそれぞれの測定基準点Ｐａ，Ｐｂとなっている。

回動ミラー４，５は、それぞれサーボモータ（ステッピングモータ）４１，５１により回転駆動される。サーボモータ（ステッピングモータ）４１，５１には、角度検出器４２，５２が設けられ、ミラーの回転角度が検出される。検出されたミラーの回転角度は、サーボ回路４３，５３に入力される。サーボ回路４３，５３は、演算処理・制御回路２０によりそれぞれ制御され、サーボモータ（ステッピングモータ）４１，５１をそれぞれ回転駆動する。
距離算出回路部６は、レーザ変位センサ２，３の検出信号を受けて検出された変位量からレーザ変位センサ２と測定点Ａとの距離、レーザ変位センサ３と測定点Ｂとの距離を算出してデジタル値として演算処理・制御回路２０に送出する。
なお、ここでの距離検出器は、レーザ変位センサ３と距離算出回路部６とレーザ変位センサ２と距離算出回路部６とによりそれぞれ構成されている。なお、距離算出回路部６の距離算出機能は、Ａ／Ｄ変換したデジタル値を受けて演算処理・制御装置２０によるプログラム処理にて実現されてもよい。
演算処理・制御装置２０は、ＭＰＵ２１とメモリ２２、インタフェース２３、そしてキーボード等により構成され、これらがバスにより相互に接続されている。メモリ２２には、レール変位量測定プログラム２２ａ、測定三角形形成プログラム２２ｂ、測定光走査プログラム２２ｃ、レール位置誤差算出・レール検出プログラム２２ｄ等が記憶され、パラメータ領域２２ｅが設けられている。
なお、パラメータ領域２２ｅにはレール検出のときの判定基準値が記憶されている。

演算処理・制御装置２０は、距離算出回路部６から距離算出信号を受けて、それによりレール９が検出されているときに、ＭＰＵ２１がレール変位量測定プログラム２２ａを実行してレール９の位置移動に追従してレール９に対して測定三角形（後述）を形成して回動ミラー４と測定点Ａとの距離ＤAと、回動ミラー５と測定点Ｂとの距離ＤBとをそれぞれ算出する。このとき形成される測定三角形は距離ＤA、距離ＤB、そして距離ＤCからなる三角形である。距離ＤAは、レーザ変位センサ２の測定基準点Ｐａとレール頭頂面（測定点Ａ）９ａとの距離であり、距離ＤBは、レーザ変位センサ３の測定基準点Ｐｂとレールの内軌側側面（測定点Ｂ）９ｂとの距離であり、距離ＤCは、測定基準点Ｐａと測定基準点Ｐｂとの間の距離である。

この三角形の形成は、ＭＰＵ２１による測定三角形形成プログラム２２ｂの実行により、上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２の回動ミラー４と測定点Ａとの距離ＤA、左右方向の距離検出のレーザ変位センサ３の回動ミラー５と測定点Ｂとの距離ＤB、そして回動ミラー４と回動ミラー５との距離ＤCとから余弦定理に従って演算して角度制御値を発生し、レール９の上下、左右の移動に応じてその角度制御値により回動ミラー４をレール９の上下、左右の移動に応じて回動させ、レーザ変位センサ２の投受光光路Ｌ1を測定点Ａの移動に追従させ回動して次にミラー５を回動させて測定点Ｂの移動に追従させて投受光光路Ｌ2を測定点Ｂに一致させる。これを交互に繰り返すことで距離ＤA、距離ＤB、そして距離ＤCとレール９とにおいて距離ＤA、距離ＤBの変動が所定値以内に収まったところで測定三角形を形成し、これを維持する。こうして形成されるのが測定三角形Ｓであり、レーザ変位センサ２の測定光（投光光Ｌａ）とレーザ変位センサ３の測定光（投光光Ｌｂ）とのレール９上の交点をＰｃとすると、三角形ＰａＰｂＰｃとして形成される。

測定三角形Ｓにおいて測定されるレール９の位置は、通常、レールの頭頂面（測定点Ａ）９ａから１６ｍｍのところを基準点Ｐとしてこの基準点Ｐの位置をもってレールの位置と定めている。そのために、レール９の位置検出に際しては測定三角形Ｓの内側に基準点Ｐを頂点とするレールの位置を計算するための計算上の測定三角形ＳＡ（図２参照）が算出される。
計算上の測定三角形ＳＡは、図２に示すように、レーザ変位センサ３の測定基準点Ｐｂを通る水平線Ｈとレーザ変位センサ３の測定光に平行なレール９の基準点Ｐを通る線との交点をＫとすると、交点Ｋを通り三角形ＰａＰｂＰｃ（測定三角形Ｓ）の辺ＰａＰｂに平行な線Ｆとレーザ変位センサ２の投受光光路Ｌ1の測定光に当たる三角形ＰａＰｂＰｃ（測定三角形Ｓ）の辺ＰａＰｃに平行なレール９の基準点Ｐを通る線Ｅ（図２ではこの線は投光光Ｌａに重なっている。）との交点Ｍとが作る三角形ＰＫＭである。

図２は、測定三角形からレールの位置を算出する算出原理の説明図である。
上下、左右方向のレール９の変位量は、レール９の基準点Ｐが基準位置にあるときの基準点Ｐの座標を原点ＸＺ＝（０，０）として測定三角形Ｓを形成してレール９の変位に応じて同様な測定三角形Ｓを形成し、さらに計算上の測定三角形ＳＡを算出してレール９の位置座標を算出することにより測定することができる。
ただし、座標はＸＺ座標であり、Ｘ軸がレールを横断する左右方向、Ｚ方向がレールの高さ方向、そしてＹ方向が車両の走行方向である。
検測車が揺れたとしても測定値に対して通常傾斜補正や左右補正がなされるので、検測車の揺動は考慮しないものとしてレール９の位置座標について以下説明する。
まず、基準位置でのレール９の原点（０，０）からこのときのレーザ変位センサ２の測定基準点Ｐａの位置座標は、（０，Ｚ1）となる。ただし、Ｚ１は、レール９が基準位置にあるときの原点からみた測定基準点Ｐａの高さである。これは、測定基準点Ｐａから測定点Ａまでの距離Ｄａ＋１６ｍｍで算出される。レーザ変位センサ３の測定基準点Ｐｂの位置座標は、（Ｘ1，Ｚ2）となる。ただし、Ｘ1は、レール９が基準位置にあるときの原点からみた測定基準点ＰｂのＸ方向の距離であり、Ｚ2は、レール９が基準位置にあるときの原点からみた測定基準点Ｐｂの高さである。
なお、前記の距離Ｄａ＋１６ｍｍで算出するときの１６ｍｍは、特定路線の例であって、実際には路線に応じて任意の値が選択可能である。

これらは、測定基準点Ｐａから測定点Ａまでの距離Ｄｂとレール９の頭面の幅ＷRの半分＝ＷR／２、そして水平線Ｈとからの回動ミラー５の回転角θとによりＸ1＝Ｄｂ・ｓｉｎθ＋ＷR／２とＺ2＝Ｄｂ・ｃｏｓθにより算出される。
次に、レール９は、図２に示されるように右上方に移動したとした場合には、この測定三角形Ｓの座標（０，Ｚ1）と（Ｘ1，Ｚ2）の座標、そして回動ミラー４の回転基準位置からの回転角αと回動ミラー５のの回転基準位置からの回転角βと、このときに形成される測定三角形Ｓの各内角と計算上の測定三角形ＳＡ（三角形ＰＫＭ）と各内角との関係によりレール９の基準点Ｐの座標位置が算出される。

そこで、レール変位量測定装置１０の測定初期状態において、基準位置におかれたレール９に対して回動ミラー５の投受光光路Ｌ1の測定光（投光光Ｌａ）がレール９の頭面から１６ｍｍの側面に当たるように回動ミラー５の角度が設定される。そして、そのときの回動ミラー４の測定光（投光光Ｌｂ）がレール９の頭頂面９ａに当たるように回動ミラー４の角度が設定され、このときの回動ミラー４の回転角度が回転基準位置とされ、このときの座標位置（測定基準点Ｐａの座標）が演算処理・制御装置２０にそれぞれメモリ２２のパラメータ領域２２ｅに記録される。同様に、このときの回動ミラー５の回転角度が回転基準位置とされ、このときの回動ミラー５の座標位置（測定基準点Ｐｂの座標）が演算処理・制御装置２０にメモリ２２に記録される。
なお、回動ミラー４の座標位置（測定三角形の一方の頂点位置）と回動ミラー５の座標位置（測定三角形の他方の頂点位置）と回転基準角度とは、検測車にレーザ変位センサ２，３が固定されたときに基準位置におかれたレール９を測定することでこのとき読込まれあるいは設計値としてあらかじめメモリ２２のパラメータ領域２２ｅに記録されていてもよい。

測定点Ａから投受光光路Ｌ1を延長し、測定点Ｂから投受光光路Ｌ2を延長したレール９の内部にある交点Ｐｃにおいて、測定三角形Ｓが成立し、さらに、レールの基準位置Ｐとの間にも計算上の測定三角形ＳＡが成立し、回動ミラー４と回動ミラー５との距離ＤCは一定であるので、演算処理・制御装置２０の余弦定理を利用した追従制御として、例えば、レーザ変位センサ２により測定され距離ＤAが距離ＤBより大きく変化したときには、この変化に応じた距離ＤAと距離ＤCと、変化する以前の距離ＤBとから点Ｐｃとの間の測定三角形Ｓにおいて回動ミラー５の角度βを算出することができる。
なお、前記の算出ではレール９の頭頂面９ａから交点Ｐｃまでの距離は変化しないものとする。

実測された距離ＤBも変化しているときには、さらに、この角度βと変化した距離ＤBと、測定された距離ＤAと、距離ＤCとから回動ミラー４の角度αが算出されて、距離ＤBが再計算される。さらに算出された距離ＤBと測定された距離ＤBとが一致する方向に角度βが補正され、回動ミラー４の角度αが算出されて同様な処理が繰り返され、角度αと角度βとが測定された距離ＤBと測定された距離ＤAとに適合するように決定され、測定点Ａと測定点Ｂを維持する測定三角形Ｓが形成される。
逆にレーザ変位センサ３により測定され距離ＤBが距離ＤAより大きく変化したときには、この変化に応じて距離ＤBと、距離ＤCと距離ＤAとから同様にして回動ミラー４の角度αを算出する。そして、前記と同様にして実測値との差を優先させて回動ミラー５の角度βと回動ミラー４の角度αとを算出することで、レール９の測定点Ａ，Ｂの変動に対して追従させる回動ミラー４，５の角度α，βを算出して、それぞれの測定光がレール９のレールの頭頂面９ａと頭面の中央の測定点Ａと頭頂面９ａから１６ｍｍの側面の測定点Ｂにそれぞれ当たるように角度α，βと測定距離Ｄａ，Ｄｂと距離ＤCに基づいて測定点Ａと測定点Ｂを照射する適合条件になるように測定三角形Ｓを形成する追込み制御が測定三角形の内角と加えた余弦定理を利用してなされる。

図２に戻り、基準位置におかれたレール９に対して、図２に示すように、レール９の位置が右上に変位してその位置のレール９に対して追込み制御により測定三角形Ｓが形成されると、測定三角形Ｓの内側にレール９の基準位置Ｐを頂点とする測定三角形Ｓの３辺に平行な辺を持つ点線で示した計算上の測定三角形ＳＡが算出される。
この計算上の測定三角形ＳＡとこの三角形の内角の角度と三角形の辺の長さ、そして原点（０，０）に対する測定基準点Ｐａの位置座標（０，Ｚ1）、測定基準点Ｐｂの位置座標（Ｘ1，Ｚ2）とから変位したレール９の基準点Ｐの位置座標Ｇ＝（Ｘ3，Ｚ3）を算出することができる。
なお、計算上の測定三角形ＳＡの各辺の長さは、測定距離Ｄａ，Ｄｂと変位センサ間の距離ＤCと角度α，β、そして基準点Ｐの深さ１６ｍｍとの関係から算出される。
レール９の基準点Ｐの位置座標Ｇ＝（Ｘ3，Ｚ3）の算出については、先に挙げた特開２００１−４１７０５号公報に記載されているのでここでは割愛する。

ところで、基準位置におかれたレール９を測定して初期状態で形成した測定三角形をレール９の位置変動に追従させてレール９の位置を測定する場合に、レール９が変位する範囲は、現在のところ図２に示す変位枠Ｗの範囲にある。この変位枠Ｗの範囲は、
−１５０ｍｍ＜＝Ｘ＜＝＋１５０ｍｍでかつ−１００ｍｍ＜＝Ｚ＜＝＋１００ｍｍの範囲である。
したがって、レール８の測定点Ａを照射するレーザ変位センサ２の投光光Ｌａの角度とレール８の測定点Ｂを照射するレーザ変位センサ３の投光光Ｌｂの角度とは変位枠Ｗの範囲に入る一定の角度範囲にある。そして、レール９が基準位置にある初期状態で形成した測定三角形Ｓを基準として以後のレール９の変位に対応させて測定三角形Ｓを形成していくとすると、いずれか一方の角度αあるいはβが決まると測定距離Ｄａあるいは測定距離Ｄｂとからいずれか他方の角度βあるいはαが決まり、前記した測定三角形Ｓを形成する追い込み処理により変位したレール９の位置に対して新しい測定三角形Ｓを形成することが可能になる。なお、これらのことは、右側のレールについても同様である。
レール変位量測定装置１０は、この変位枠Ｗの範囲においてレール９の検出を行うことになるが、変位枠Ｗにおいてレール９に対して形成される測定三角形Ｓと脱線防止用ガードレール７に対して形成される測定三角形Ｓとは図３に示すようにその図形状が異なっている。

通常は、レール９に対して追従制御をしているので、レールと脱線防止用ガードレール等とは区別されて脱線防止用ガードレール等が測定対象として検出されることはないが、車両が傾斜するカーブ等でレールの位置が大きく変化してレールに対する追従が外れたときにはレールを検出しなければならない。そこで、従来では、レールと脱線防止用ガードレール等との誤認が発生する。
図３は、脱線防止用ガードレール等に対して形成される測定三角形についての説明図である。
前記したように、レール９の測定点Ａを照射するレーザ変位センサ２の投光光Ｌａの角度とレール９の測定点Ｂを照射するレーザ変位センサ３の投光光Ｌｂの角度とは変位枠Ｗの範囲に入る一定の角度範囲にあって、前記した追い込み処理により測定三角形Ｓが形成される関係にある。

上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２により軌道内を走査して脱線防止用ガードレール７をレールとして検出したときでも、図３（ａ）に示すように、脱線防止用ガードレール７の右端に位置しているときには、脱線防止用ガードレール７との間でレーザ変位センサ２の測定光（投光光Ｌａ）とレーザ変位センサ３の測定光（投光光Ｌｂ）とによる正規の測定三角形Ｓが形成されないことになり、誤検出の問題は生じない。このような場合には、レーザ変位センサ３の測定距離がレーザ変位センサ２の測地距離に対して非常に長くなるからであり、測定対象の誤認として処理をすることができる。
逆に上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２が脱線防止用ガードレール７の左端に位置した場合も同様に脱線防止用ガードレール７との間で正規の測定三角形Ｓが形成されないので前記と同様に問題は生じない。このような場合には、レーザ変位センサ３の測定距離がレーザ変位センサ２の測地距離に対して予測以上に短くなるからであり、これも測定対象の誤認として処理をすることができる。
問題は、図３（ｂ）に示すように、脱線防止用ガードレール７の頭面にレーザ変位センサ２の測定光（投光光Ｌａ）とレーザ変位センサ３の測定光（投光光Ｌｂ）とが照射されて測定三角形Ｓが形成されたときである。
このようなことは、図３（ｃ）に示すように、踏切などの地面８についても発生する。

図４は、頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体に対して形成される測定三角形についての説明図である。
レール９の変位を測定する各測定三角形Ｓは、脱線防止用ガードレール７等では、頭面がレール９よりも長い幅の平板であるので、図示するように、上下方向のレーザ変位センサ２の測定光（投光光Ｌａ）は平面上に設定される。これに対して左右方向の距離検出のレーザ変位センサ３の測定光（投光光Ｌｂ）は、レール９の頭頂面９ａから１６ｍｍ下の側面となる方向から照射され、測定三角形Ｓが形成されている。
しかし、脱線防止用ガードレール７等ではこの照射光が実際には測定点Ｂに相当する側面に当っていない。その結果、脱線防止用ガードレール７等ではレーザ変位センサ３の測定光による測定距離が本来よりも距離ｄだけ短くなる誤差を生じる。
この誤差ｄは、現在のところ変位枠Ｗの中の変位において、左側レールにおいて変位枠Ｗの左上側角にレール９が位置したときなどに最大で３０ｍｍ以上の誤差があり、左側レールにおいて変位枠Ｗの右下側角にレール９が位置したときに誤差は最小となって、それでも１９ｍｍ程度はある。

その結果、この測定三角形Ｓによりレールの位置（基準点Ｐ）として算出される座標ＸＺは、本来のレール９の基準点Ｐとして測定されるべき位置とにずれが生じる。このずれは、左右方向のレーザ変位センサ２の測定光により測定される基準点Ｐあるいはレーザ変位センサ３の測定光により測定される基準点Ｐとの間の位置ずれとして表れてくる。
シャーシ１１に取付けられたレール変位検出器１の上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２の測定基準点Ｐａは、通常、基準位置（原点）におかれたレール９の頭頂面９ａに対して３５０ｍｍ程度の位置であり、左右方向の距離検出のレーザ変位センサ３の測定基準点Ｐｂは、通常、基準位置（原点）におかれたレール９の頭頂面９ａに対して２６０ｍｍ程度の位置にある。そして、距離検出のレーザ変位センサ２の測定基準点Ｐａとレーザ変位センサ３の測定基準点ＰｂのＸ方向の距離は、４３０ｍｍ程度である。

このような条件下で測定三角形Ｓを形成して測定されるレール９の位置座標と、上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２のみで測定されるレール９の位置座標の測定値との間で発生する測定誤差（位置ずれ量）は、測定対象が脱線防止用ガードレール７になっているときには右方向（Ｘ方向）においては測定されるレール基準点Ｐの位置ずれ量ｋは、ｋ＞±３．３ｍｍであり、上下方向（Ｚ方向）においては、ｋ＞±１．５ｍｍである。
言い換えれば、レール９の検出については、測定されるレール基準点Ｐの位置ずれ量ｋが変位枠Ｗの範囲における位置座標の誤差として−３．３ｍｍ＜＝Ｘ＜＝＋３．３ｍｍでかつ−１．５ｍｍ＜＝Ｚ＜＝＋１．５ｍｍの範囲にあるとすることができる。
なお、左右方向の距離検出のレーザ変位センサ３のみで測定されるレール９の位置座標の測定値との間で発生する測定誤差は、対象が脱線防止用ガードレール７では左右方向（Ｘ方向）において測定されるレール基準点Ｐの位置ずれ量ｋは、ｋ＞±２．０ｍｍであり、上下方向（Ｚ方向）においては、ｋ＞±０．５ｍｍであり、左右方向と上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２の誤差の場合よりも小さい。

そこで、この誤差値をレール検出座標の位置ずれ量ｋとしてレール９と脱線防止用ガードレール７等とを区別することができる。
シャーシ１１に取付けられたレール変位検出器１のレール９に対する位置は、実際上は、前記のような条件より多少前後する数値の場合がある。そこで、次のレール検出処理として、ここでは、レール検出座標の位置ずれ量ｋとして、−２ｍｍ＜＝Ｘ＜＝＋２ｍｍでかつ−１ｍｍ＜＝Ｚ＜＝＋１ｍｍの範囲にあるものをもって行うことにする。このような条件に設定することで、シャーシ１１に取付けられたレール変位検出器１の位置が２５％程度変動しても問題なく、脱線防止用ガードレール７等を排除してレールだけを検出することが可能である。

図５は、レール変位量測定におけるレール検出座標の位置ずれ量ｋによるレール検出処理のフローチャートである。
ＭＰＵ２１によるレール変位量測定プログラム２２ａの実行による前記のような追従をさせても軌道上にあるカーブ等では、レール９の位置は大きく変動してレール９が検出できなくなることがある。
このような時には、レール未検出か否かの判定により（ステップ１０１）、レール９からの反射光がなくあるいは規定値以下となって、レール９を見失い、距離算出回路部６から正規の状態での距離算出信号が得られなくなると、ＭＰＵ２１が測定光走査プログラム２２ｃをコールして実行する。
なお、正規の状態での距離算出信号が得られると、ステップ１０１でＮＯになり、レール変位量測定プログラム２２ａにリターンしてステップ１１４のレール変位量測定を続行する。

一方、ステップ１０１でＹＥＳとなると、レール未検出処理スタートで測定光走査プログラム２２ｃがＭＰＵ２１に実行され、回動ミラー４の角度αを軌道内内側に振って上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２の測定光（投光光Ｌａ）を軌道内内側の初期位置から外側へとレール横断方向において回転走査をさせて（ステップ１０２）、距離測定に対応する反射光が測定光として得られているかを距離測定信号があるか否かにより判定し（ステップ１０３）、ここでＮＯとなると、ステップ１０２へと戻り、さらに外側へと測定光（投光光Ｌａ）を回転走査をさせる。
ここで、ＹＥＳのときには回転走査を停止する（ステップ１０４）。
そして、ＭＰＵ２１が測定三角形形成プログラム２２ｂをコールして実行し、追い込み処理を行い（ステップ１０５）、測定三角形Ｓが形成されたか否かを判定する（ステップ１０６）。

ステップ１０６でＮＯのときには、ステップ１０５へと戻り、回動ミラー４の角度αを変化させて回動ミラー５の角度βをそれに合わせて振って、測定点Ａの測定距離ＤAと測定点Ａの測定距離ＤBを得て測定三角形Ｓを形成する追い込み処理を続ける。
ステップ１０６でＹＥＳと判定されたときには、レール９の位置座標（Ｘ3，Ｚ3）を算出してメモリに記憶する（ステップ１０７）、さらに、上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２だけによるレール位置座標（Ｘ4，Ｚ4）を算出する（ステップ１０８）。
次に座標値の誤差ΔＸ＝Ｘ4−Ｘ3，ΔＺ＝Ｚ4−Ｚ3を算出して（ステップ１０９）、−２ｍｍ＜＝ΔＸ＜＝＋２ｍｍでかつ−１ｍｍ＜＝ΔＺ＜＝＋１ｍｍの範囲にある否かの判定をする（ステップ１１０）。
この判定の結果、ＮＯであるときには、回転走査終了かを判定して（ステップ１１１）、ＮＯのときには、ステップ１０２へと戻り、停止した回転走査を再開して軌道内で内側から外側へとさらに振って、ステップ１０２以降の処理を実行する。
ステップ１１１でＹＥＳのときには、上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２の測定光を軌道内の内側の回転走査の初期位置に戻して（ステップ１１２）、ステップ１０２へと戻り、再び回動ミラー４の角度αを軌道内内側に振って内側から外側へと測定光の回転走査を再開する。
ステップ１１０でＹＥＳのときには、ステップ１０７で算出したレール位置座標（Ｘ3，Ｚ3）からレール変位量を算出してレール変位量測定プログラム２２ａにリターンしてレール変位量測定処理に戻る（ステップ１１３）。そしてレール変位量測定処理を続行する（ステップ１１４）。
なお、この実施例では、ステップ１０２において軌道内内側の初期位置から外側へとレール横断方向において回転走査をしているが、これは逆に、初期位置をレールの外側として外側から内側に回転走査するようにしてもよい。

以上説明してきたが、実施例では、上下方向の距離検出のレーザ変位センサ２により検出されるレールの座標値を基準としてステップ１０９において座標値の誤差ΔＸ，ΔＺを算出しているが、この発明は、図３の説明から理解できるように、左右方向の距離検出のレーザ変位センサ３により検出されるレールの座標値を基準として座標値の誤差ΔＸ，ΔＺを算出を算出して所定値と比較してもよい。
また、実施例では、レールからの反射光がなくあるいは規定値以下となってレール未検状態となる場合のガードレールについての誤検出を中心に説明しているが、この発明では、常時、レール判定をしながらレール変位量の測定をすることで、レールに沿って設けられた踏切の地面などの頭面がレールに比べて比較的幅のある平面形状の物体に対する誤認も防止することができる。

１…レール変位検出器、１ａ…測定基板、
２，３…レーザ変位センサ、４，５…回転ミラー、
６…距離算出回路部、７…脱線防止用ガードレール、
８…踏切などの地面、９…レール、９ａ…頭頂面、
１０…レール変位量測定装置、１１…シャーシ（車体）、
２０…演算処理・制御装置、２１…ＭＰＵ、
２２…メモリ、２２ａ…レール変位量測定プログラム、
２２ｂ…測定三角形形成プログラム、
２２ｃ…測定光走査プログラム、
２２ｄ…レール位置誤差算出・レール検出プログラム、
２２ｅ…パラメータ領域、２３…インタフェース。

Claims (10)

1. 既知の距離にある２点に配置された第１および第２の距離検出器とレールとの間で測定三角形を形成して前記第１および前記第２の距離検出器から測定光を前記レールに照射してレールの位置を測定するレール変位量測定装置におけるレール検出方法であって、
   前記第１の距離検出器の測定光を前記レールの頭面に照射し、前記第２の距離検出器の測定光をレール頭部の内軌側側面に照射して前記測定三角形を形成してこの測定三角形において測定される前記レールの位置とこの測定三角形において前記第１の距離検出器および前記第２の距離検出器のいずれかにより測定される前記レールの位置との位置誤差を前記レール変位量測定装置において算出して、この位置誤差が所定値の範囲にあるときに前記レール変位量測定装置が測定対象を前記レールとするレール変位量測定装置におけるレール検出方法。
2. レールからの反射光がなくあるいは規定値以下となったときに前記第１の距離検出器の測定光をレール横断方向に走査して距離測定に対応するレベルの反射光があるときに前記測定三角形を形成してこの測定三角形において前記位置誤差が所定値の範囲にあるか否かが判定され前記レールの検出をする請求項１記載のレール変位量測定におけるレール検出方法。
3. 前記第１および前記第２の距離検出器はレーザ変位センサであり、前記レールの位置は、前記レールが基準位置にあるときの前記レールの位置を原点として前記レール横断方向と前記レールの高さ方向の位置座標として測定され、前記測定三角形の形成は、前記基準位置において形成された前記測定三角形の測定光の角度が角度基準とされて変位した前記レールに対して形成されるものであって、前記位置誤差は、座標誤差である請求項２記載のレール変位量測定におけるレール検出方法。
4. 前記レールに沿って脱線防止用ガードレールが鉄道軌道上に設けられていて、前記所定の範囲は、少なくとも前記レールと前記脱線防止用ガードレールとを区分けするものである請求項３記載のレール変位量測定におけるレール検出方法。
5. 前記所定値の範囲は、Ｘを前記レール横断方向とし、Ｚを前記レールの高さ方向としたときに、前記座標誤差が３．３ｍｍ＜＝Ｘ＜＝−３．３ｍｍ、１．５ｍｍ＜＝Ｚ＜＝−１．５ｍｍの範囲にあるときに前記レールと判定する請求項４記載のレール変位量測定におけるレール検出方法。
6. 既知の距離にある２点に配置された第１および第２の距離検出器とレールとの間で測定三角形を形成して前記第１および前記第２の距離検出器から測定光を前記レールに照射してレールの位置を測定するレール変位量測定装置において、
   前記第１の距離検出器の測定光を前記レールの頭面に照射し、前記第２の距離検出器の測定光をレール頭部の内軌側側面に照射して前記測定三角形を形成する測定三角形形成手段と、
   この測定三角形において測定される前記レールの位置とこの測定三角形において前記第１の距離検出器および前記第２の距離検出器のいずれかにより測定される前記レールの位置との位置誤差を算出する位置誤差算出手段と、
   この位置誤差が所定値の範囲にあるときに前記レール変位量測定装置が測定対象を前記レールと判定する判定手段とを備えるレール変位量測定装置。
7. 前記レールからの反射光がなくあるいは規定値以下となったときに前記第１の距離検出器の測定光をレール横断方向に走査する走査手段をさらに有し、
   距離測定に対応するレベルの反射光があるときに前記測定三角形形成手段が前記測定三角形を形成し、この測定三角形において前記位置誤差算出手段により算出された前記位置誤差が前記判定手段により前記所定値の範囲にあるか否かが判定されて前記レールが検出される請求項６記載のレール変位量測定におけるレール検出方法。
8. 前記第１および前記第２の距離検出器はレーザ変位センサであり、前記レールの位置は、前記レールが基準位置にあるときの前記レールの位置を原点として前記レール横断方向と前記レールの高さ方向の位置座標として測定され、前記測定三角形の形成は、前記基準位置において形成された前記測定三角形の測定光の角度が角度基準とされて変位した前記レールに対して形成されるものであって、前記位置誤差は、座標誤差である請求項７記載のレール変位量測定装置。
9. 前記レールに沿って脱線防止用ガードレールが鉄道軌道上に設けられていて、前記所定の範囲は、少なくとも前記レールと前記脱線防止用ガードレールとを区分けするものである請求項８記載のレール変位量測定装置。
10. 前記所定値の範囲は、Ｘを前記レール横断方向とし、Ｚを前記レールの高さ方向としたときに、前記座標誤差が３．３ｍｍ＜＝Ｘ＜＝−３．３ｍｍ、１．５ｍｍ＜＝Ｚ＜＝−１．５ｍｍの範囲にあるときに前記レールと判定する請求項９記載のレール変位量測定装置。

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