JP2015225055A - 画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異形みぞ付トロリ線の摩耗量を高精度に測定可能な摩耗測定装置及びその方法を提供する。
【解決手段】トロリ線の下面を撮影するラインセンサカメラを車両の屋根上に設置し、ラインセンサカメラで撮影されたトロリ線の下面の画像を画像処理してトロリ線の摩耗幅を測定する画像処理装置を備えた画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、画像処理装置に、パンタグラフの上面形状に倣って傾斜するトロリ線の下面の傾斜角度に応じて摩耗幅を補正しトロリ線の真の摩耗幅を求めるトロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部１４ｇと、トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部１４ｇにより求めたトロリ線の真の摩耗幅及びトロリ線摩耗面の枕木方向に対する傾斜角度に基づいてトロリ線の残存直径を求めるトロリ線残存直径の傾斜補正処理部１４ｈとを設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気鉄道車両の屋根上からトロリ線の下面を撮影し、このトロリ線の下面の画像を画像処理することでトロリ線の摩耗量を測定する画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法に関し、とくに、異形みぞ付トロリ線の摩耗量を測定する画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法に関する。

電気鉄道車両へ電力を供給するためのトロリ線は車両が通過するたびに集電装置との接触が生じる。このため、電気鉄道車両を運用していく中でトロリ線は徐々に摩耗していき、摩耗したトロリ線を交換しない場合は最終的には破断して事故を招くおそれがある。そこでトロリ線には摩耗限界が設けられており、その摩耗限界を目安にトロリ線を交換し電気鉄道車両の安全性を確保している。
なお、以下の説明において、「偏位」は「鉄道専門用語で、パンタグラフがトロリ線に接触する位置でパンタグラフの中央からの距離」を意味し、「変位」は「一般的な物理量で、元の位置からの移動量」を意味するものとする。

トロリ線の摩耗量を測定する方法には、大きく分けて、トロリ線の厚みを直接測定する方法と、トロリ線の摩耗部の幅（以下、トロリ線摩耗幅という）を測定してその幅からトロリ線の厚みを換算する方法（例えば、下記特許文献１参照）の二つの方法がある。

下記特許文献１には、トロリ線摩耗幅からトロリ線の厚みを換算するための装置として、検査車両の屋根上にトロリ線の下面（以下、トロリ線摩耗面という）を撮影するラインセンサカメラと、パンタグラフを撮影するラインセンサカメラとを設置し、これらのラインセンサカメラによって撮影された画像を画像処理してトロリ線摩耗幅を求めるものが開示されている。

特許第４９２３９４２号公報 特許第４６３５６５７号公報

「鉄道技術者のための電気概論 電車線路シリーズ２ 『電車線』」、（社）日本鉄道電気技術協会、平成２年８月３０日、p.4,32

しかしながら、上述した特許文献１においては、検査車両の進行方向に対してトロリ線が傾いていた場合であっても、その傾きを補正し、より正確なトロリ線摩耗幅を求めることができ、さらにトロリ線摩耗部の一方がギザギザ状や波状などの扁平に削れている場合にも対処して、より正確なトロリ線摩耗幅を求めることができる一方、トロリ線摩耗面が枕木方向（図１のＸ軸方向）に傾斜している場合については考慮されていないという問題があった。

ここで、トロリ線の検査車両の進行方向に対する傾きとは、トロリ線が検査車両の進行方向に対して左右方向に交差するように架設されることによって生じる傾きであり、トロリ線摩耗面の枕木方向の傾斜とは、枕木方向においてトロリ線摩耗面が水平面に対して上下方向に傾斜していることをいう。

すなわち、トロリ線はパンタグラフのすり板と接することで摩耗する。このパンタグラフは、車両の進行中に様々な傾斜をもつため、トロリ線摩耗面も様々な傾斜をもって削れる。そのため、トロリ線摩耗面の傾斜を考慮しないで摩耗幅を計測すると、ラインセンサ画像上での見かけの摩耗幅が真の摩耗幅よりも小さくなり、計測結果として得られるトロリ線の残存直径が実際よりも太く算出されるおそれがあった。この問題は特に押上げ力の強いパンタグラフを持つ日本国外で顕著に表れる。

また、特許文献１で測定対象としている円形トロリ線又は円形みぞ付トロリ線に対し、日本国外では異形みぞ付トロリ線が使用されることもある。異形みぞ付トロリ線とは非特許文献１（特に、第四ページ）にも示されるように、日本国内で使用される円形トロリ線又は円形みぞ付トロリ線とは異なる形状を持つトロリ線であり、例えば二つの円を合成したような形状を持つ（例えば、図９参照）。このような異形みぞ付トロリ線は、円形トロリ線又は円形みぞ付トロリ線とは異なり、図９に示すように摩耗幅が同じでもトロリ線摩耗面の枕木方向の傾斜によって残存直径が異なるため、従来のトロリ線測定装置では正確な残存直径を得ることができないという問題もあった。

このようなことから本発明は、異形みぞ付トロリ線であっても正確に摩耗量を測定することができる画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、
パンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影するトロリ線測定用撮像手段を車両の屋根上に設置し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して、前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理手段を備えた画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、
前記画像処理手段が、
前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記トロリ線の摩耗幅を補正し前記トロリ線の真の摩耗幅を求める摩耗幅傾斜補正処理手段と、
前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度に基づいて前記トロリ線の残存直径を求める残存直径傾斜補正処理手段と
を備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、第１の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、
前記画像処理手段が、前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成するトロリテーブル作成処理手段を備え、
前記残存直径傾斜補正処理手段が、前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、第１又は第２の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、
前記車両に、該車両の枕木方向に対する傾斜角度を検出する車両角度検出手段を設けるとともに、前記車両の屋根上に、前記パンタグラフに取り付けられ枕木方向に離間した二つのマーカーを各々撮影する二台のパンタグラフ撮影手段を設置し、
前記画像処理手段が、前記パンタグラフ撮影手段により取得された前記マーカーの画像に基づいて前記パンタグラフ全体の傾斜角度を算出するパンタグラフ傾斜計算処理手段と、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の画像から前記トロリ線の偏位位置を求めるトロリ線偏位位置出力処理手段とを備え、
前記摩耗幅傾斜補正処理手段が、前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両角度検出手段により検出した前記車両の角度と、前記パンタグラフ傾斜計算処理手段により算出した前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線偏位位置出力手段により求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置は、第３の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、
前記画像処理手段が、前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成するパンタグラフテーブル作成処理部を備え、
前記摩耗幅傾斜補正処理手段が、前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第５の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定方法は、
車両の屋根上に設置したトロリ線測定用撮像手段でパンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理によるトロリ線摩耗測定方法において、
前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜するトロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記摩耗幅を補正することにより求めた前記トロリ線の真の摩耗幅と前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度とに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第６の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定方法は、第５の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定方法において、
前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成し、
前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第７の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定方法は、第５又は第６の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定方法において、
前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両の角度と、前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第８の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定方法は、第７の発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定方法において、
前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成し、
前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
ことを特徴とする。

本発明によれば、異形みぞ付トロリ線であっても摩耗幅及び残存直径の測定を高精度に行うことができる。

本発明の実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置の概略図である。 図１に示すマーカーの拡大図である。 本発明の実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置によるトロリ線摩耗測定の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例におけるパンタグラフテーブル作成に関するパンタグラフ上面の形状の例を示す説明図である。 パンタグラフ全体の傾斜角度及びパンタグラフの上面形状による傾斜角度を示す説明図である。 図７（ａ）は見かけの摩耗幅と真の摩耗幅が一致する例を示す説明図、図７（ｂ）は見かけの摩耗幅と真の摩耗幅とが一致しない例を示す説明図である。 図８（ａ）は異形トロリ線の残存直径の例を示す説明図、図８（ｂ）は円形トロリ線の残存直径の例を示す説明図である。 図９（ａ）は異形トロリ線摩耗面が水平面に対して傾斜している場合の摩耗幅と残存直径との関係を示す説明図、図９（ｂ）は異形トロリ線摩耗面が水平面に対して平行である場合の摩耗幅と残存直径との関係を示す説明図である。 本発明の実施例に係るトロリテーブルの一例を示す説明図である。 車両の枕木方向に対する傾斜角度を示す説明図である。

以下、図面を用いて本発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法について説明する。
本発明は、特許文献１の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置に、摩耗面の枕木方向の傾斜を考慮してトロリ線の摩耗幅およびトロリ線の残存直径を補正する機能を新たに加えるものである。

図１から図１１に基づいて本発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法の一実施例について説明する。本実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法は、パンタグラフの傾斜情報を利用して異形みぞ付トロリ線摩耗面の枕木方向の傾斜を考慮したトロリ線摩耗測定を行うものである。

図１に示すように、本実施例に係るトロリ線摩耗測定装置は、電気鉄道車両（以下、車両という）１の集電装置の一つであるパンタグラフ２の舟体２ａに取り付けられた第一の高さマーカー１１Ａ及び第二の高さマーカー１１Ｂと、車両１の屋根上に設置されたトロリ線測定用ラインセンサカメラ１２Ａ、高さ測定用ラインセンサカメラ１２Ｂ、及びパンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ１２Ｃと、車両１の内部に設けられたジャイロセンサ１３、画像処理装置１４、及び記憶装置１５とを備えている。

図２に示すように、第一の高さマーカー１１Ａ及び第二の高さマーカー１１Ｂは、色又は材質の少なくとも一方により光を反射しにくくした帯状の領域（以下、黒マーカーという）１１ａで、色又は材質の少なくとも一方により光を反射しやすくした帯状の領域（以下、白マーカーという）１１ｂの上下を挟み込むことにより縞模様としたものである。なお、第一の高さマーカー１１Ａは舟体２ａの長手方向（枕木方向）中央部に取り付けられ、第二の高さマーカー１１Ｂは舟体２ａの長手方向端部側に第一の高さマーカー１１Ａとは離間するように取り付けられている。

また、トロリ線測定用ラインセンサカメラ１２Ａは、トロリ線（本実施例では、異形みぞ付トロリ線）３の下面、すなわちトロリ線摩耗面３ａ（図９等参照）を下から撮像するように、鉛直上方に向けてその走査線方向が枕木方向（車両１の幅方向）に平行となるように設置されている。
高さ測定用ラインセンサカメラ１２Ｂは、第一の高さマーカー１１Ａを撮像するように、該第一の高さマーカー１１Ａに向けてその走査線方向が上下方向となるように設置されている。
パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ１２Ｃは、第二の高さマーカー１１Ｂを撮像するように、該第二の高さマーカー１１Ｂに向けてその走査線方向が上下方向となるように設置されている。なお、該パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ１２Ｃのスキャン平面は、高さ測定用ラインセンサカメラ１２Ｂのスキャン平面に対して平行となっている。すなわち、ラインセンサカメラ１２Ｂ，１２Ｃのスキャン平面間距離ｌ_mrは、ラインセンサカメラ１２Ｂ，１２Ｃの素子面間距離とも言える。
また、ジャイロセンサ１３は、水平面に対する車両１の傾きを検出し、ジャイロセンサ角度として画像処理装置１４へ出力する。

画像処理装置１４は、図３に示すようにラインセンサ画像作成部１４ａ、パンタグラフテーブル作成処理部１４ｂ、トロリテーブル作成処理部１４ｃ、マーカー高さ測定処理部１４ｄ、トロリ線摩耗幅測定処理部１４ｅ、パンタグラフ傾斜計算処理部１４ｆ、トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部１４ｇ、トロリ線残存直径の傾斜補正処理部１４ｈ、及びメモリ１４ｉ，１４ｊを備えている。

ラインセンサ画像作成部１４ａは、トロリ線測定用ラインセンサカメラ１２Ａから画像信号を入力し、トロリ線測定用ラインセンサ画像を作成する。また、高さ測定用ラインセンサカメラ１２Ｂから画像信号を入力し、高さ測定用ラインセンサ画像を作成する。また、パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ１２Ｃから画像信号を入力し、パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサ画像を作成する。ラインセンサ画像作成部１４ａで作成された画像のデータはメモリ１４ｉに一時的に保管される。

パンタグラフテーブル作成処理部１４ｂはメモリ１４ｊから入力したパンタグラフ図面及びパラメータに基づきパンタグラフテーブルを作成する。
ここで、パンタグラフテーブルとは、トロリ線３の偏位方向の位置と当該位置におけるパンタグラフ２の上面の傾斜角度とを関連付けるためのものであり、具体的には、以下の（１）に一例を示すように、パンタグラフ２の偏位方向の位置ｘ［ｍｍ］とパンタグラフ２の上面の高さｈ（ｘ）［ｍｍ］とを関連付けたものである。
パンタグラフテーブル： h(0),h(Δd), h(2Δd),…,h(ｘ_max) （１）

すなわち、図５に示すように、パンタグラフ２の長手方向の中心位置をｘ＝０とし、この中心位置におけるパンタグラフ２の上面の高さを基準の高さｈ（０）＝０として、中心位置からの距離ｘとこの位置における基準の高さｈ（０）に対するパンタグラフ２の上面の高さｈ（ｘ）とを関連付けたものである。本実施例では、パンタグラフ２の枕木方向の長さＬをＬ＝２ｘ_maxとし、ｘ＝０から微小間隔Δｄ［ｍｍ］おきにパンタグラフ２の偏位方向の位置ｘとパンタグラフ２の上面の高さｈ（ｘ）とを関連付けている。

パンタグラフテーブルの具体例を以下の（２）に示す。
パンタグラフテーブル（例）：0,-0.01,-0.03, …,-300 （２）
作成されたパンタグラフテーブルはメモリ１４ｊに保管される。

また、トロリテーブル作成処理部１４ｃはメモリ１４ｊから入力したトロリ線図面及びパラメータに基づきトロリテーブルＤ（ｉ）（インデックスｉのときの残存直径Ｄ［ｍｍ］を返すテーブル）を作成する。
すなわち、トロリテーブルＤ（ｉ）とは、トロリ線摩耗面３ａの枕木方向の傾斜角度（以下、単に「トロリ線摩耗面３ａの角度」という）θ［ｄｅｇ］及びトロリ線摩耗面３ａの摩耗幅Ｗと、該トロリ線摩耗面３ａの角度θ及びトロリ線摩耗面３ａの摩耗幅Ｗに対応するトロリ線３の残存直径Ｄとを関連付けたものである。

ここで、本実施例の前提条件となる「トロリ線摩耗面３ａの枕木方向の傾斜はトロリ線３に接するパンタグラフ２の傾斜と一致する」という考えと、「残存直径Ｄの定義は、トロリ線摩耗幅の中点からトロリ線３上部に引いた垂線の長さとする」という考えについて説明する。

図６に示すように、例えばトロリ線３がパンタグラフ２の長手方向（枕木方向）の端部側に接触した場合、パンタグラフ２は、トロリ線３が接触した部分が該トロリ線３によって押し下げられることで頂点を中心として回転する。以下、頂点を中心として回転したことによるパンタグラフ２の傾きθ₁［ｄｅｇ］をパンタグラフ２全体の傾斜角度という。

また、パンタグラフ２はホーン２ｂ部分に大きな曲率を持つ。さらに、日本国外のパンタグラフにはすり板部でも曲率を持つものがある。トロリ線摩耗面３ａはパンタグラフ２の形状に倣って傾斜するため、パンタグラフ２のどの位置にトロリ線３が接するかによってトロリ線摩耗面３ａの傾斜が変化する。以下、パンタグラフ２の形状による傾斜θ₂［ｄｅｇ］をパンタグラフ２の上面形状による傾斜角度という。

上述したように、トロリ線摩耗面３ａはパンタグラフ２の形状に倣って傾斜するため、車両１の屋根上から見たトロリ線摩耗面３ａの角度は、車両１の屋根上から見たパンタグラフ２の傾斜角度（（パンタグラフ２全体の傾斜角度θ₁）＋（パンタグラフ２の上面形状による傾斜角度θ₂））と同一と考えることができる。

続いて、残存直径Ｄについて説明する。残存直径Ｄの定義については、残存直径Ｄを求めることの意味から考える。非特許文献１の３２頁に記述されているように、トロリ線３の抗張力が低下すると断線につながるおそれがある。トロリ線３の抗張力はトロリ線３の残存断面積Ａと相関があり、残存直径Ｄも断面積Ａと相関関係があるように設定すべきである。
そこで、本実施例では図７から図９に示すように、残存直径Ｄを、摩耗幅Ｗの中点からトロリ線３上部に引いた垂線の長さと定義する。このように定義することにより、摩耗面３ａが水平面に対して平行である場合も摩耗面３ａが水平面に対して傾斜している場合も残存直径Ｄと残存断面積Ａとの相関関係が保たれる。

ここで、図７に示すように、トロリ線３が円形トロリ線（又は円形みぞ付トロリ線）３Ｂである場合、ある摩耗幅Ｗに対する残存直径Ｄの値は摩耗面３ａに傾斜があっても変わらないので、画像２０上の見かけの摩耗幅Ｗ'から傾斜を考慮し真の摩耗幅Ｗに変換することが重要となる。
なお、通常、円形みぞ付トロリ線３Ｂの場合、図８（ｂ）に示すようにみぞ部分のへこみを無視し、円形トロリ線に置き換えて求めた垂線の長さを残存直径Ｄとする。本実施例では、異形みぞ付トロリ線３Ａの場合も同様に、図８（ａ）に示すようにみぞ部分を無視し、異形トロリ線に置き換えて求めた垂線の長さを残存直径Ｄとする。

さらに、図９に示すように異形みぞ付トロリ線３Ａは円形みぞ付トロリ線３Ｂと異なり、傾斜補正後の摩耗幅Ｗが同じでもトロリ線摩耗面３ａの角度θによって残存直径Ｄの値が異なる。図９に示す例では、図９（ｂ）に示す残存直径Ｄのほうが、図９（ａ）に示す残存直径Ｄよりも長い。
そのため、本来であればトロリ線摩耗面３ａの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Ｗの二つの変数の条件により残存直径Ｄの算出式を変更しなければならない。しかしこれには、処理時間の増大や、各異形トロリ線ごとに変数の条件と計算式を求めなければならない問題が発生する。
そこで、本実施例では図１０に一例を示すように、トロリ線摩耗面３ａの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Ｗとを入力値とし、残存直径Ｄを出力値とするトロリテーブルＤ（ｉ）を作成する。このようなトロリテーブルＤ（ｉ）は、トロリ線摩耗面３ａの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Ｗの刻みと最大値とを一定にすることにより、残存直径Ｄのみの一次元配列を確保すればよく、かつ参照時においても、求める残存直径Ｄのインデックスは検索することなく一意に決まるので処理時間が短くなる利点がある。なお、トロリ線摩耗面３ａの枕木方向の傾斜を考慮しない場合（トロリ線摩耗面３ａが枕木方向において水平面に対して平行である場合）はθ＝０として検索すればよい。

マーカー高さ測定処理部１４ｄはメモリ１４ｊから入力したパラメータと、メモリ１４ｉからメモリ１４ｊを介して入力した高さ測定用ラインセンサ画像及びパンタグラフ傾斜測定用ラインセンサ画像とに基づき第一のマーカー１１Ａ及び第二のマーカー１１Ｂの高さ（以下、マーカー高さという）を求める。求めたマーカー高さのデータはメモリ１４ｊに保管される。

トロリ線摩耗幅測定処理部１４ｅはメモリ１４ｊから入力したパラメータ及びメモリ１４ｉからメモリ１４ｊを介して入力したトロリ線測定用ラインセンサ画像に基づきトロリ線３の摩耗幅（見かけの摩耗幅）とトロリ線３の偏位位置とを求める。求めたトロリ線３の見かけの摩耗幅及び偏位位置はメモリ１４ｊに保管される。

パンタグラフ傾斜計算処理部１４ｆはメモリ１４ｊから入力したパラメータ、マーカー高さ、ジャイロセンサ角度、トロリ線３の偏位位置及びパンタグラフテーブルに基づき、トロリ線３の偏位位置に対応する車両１の屋根上から見たパンタグラフ２の傾斜角度とトロリ線３の偏位位置に対応する枕木方向におけるパンタグラフ２の水平面に対する傾斜角度（以下、パンタグラフ２の枕木方向の傾斜角度という）とを求める。求めた車両１の屋根上から見たパンタグラフ２の傾斜角度及びパンタグラフ２の枕木方向の傾斜角度はメモリ１４ｊに保管される。

トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部１４ｇはメモリ１４ｊから入力したパラメータ、パンタグラフテーブル、トロリ線摩耗幅、及び車両１の屋根上から見たパンタグラフ２の傾斜角度に基づきトロリ線３の摩耗幅を補正する。補正されたトロリ線３の摩耗幅（傾斜補正後トロリ線摩耗幅）はメモリ１４ｊに保管される。

トロリ線残存直径の傾斜補正処理部１４ｈはメモリ１４ｊから入力したパラメータ、パンタグラフ２の枕木方向の傾斜角度、トロリテーブルＤ（ｉ）及び傾斜補正後トロリ線摩耗幅に基づきトロリ線３の残存直径を求める。求めたトロリ線３の残存直径（傾斜補正後トロリ線残存直径）はメモリ１４ｊに保管される。
記憶装置１５は、画像処理装置１４で求めた処理結果等を記憶する。

以下、図４を用いて画像処理装置１４における摩耗測定処理の流れを具体的に説明する。

図４に示すように、画像処理装置１４では、まずパンタグラフテーブル作成処理部１４ｂにより、パンタグラフテーブルを作成する処理を行う（ステップＳ１）。
パンタグラフテーブルの作成は、パンタグラフ２の設計図面からＣＡＤなどを使用して求める方法や、実際の現場で、検査前にパンタグラフ２の上面データをレーザやカメラなどで測定する方法などがある。このパンタグラフテーブルは後述するパンタグラフ傾斜測定処理でパンタグラフ２の上面形状による傾斜を求める際に使用する。

ステップＳ１の処理に続いては、トロリテーブル作成処理部１４ｃにより、トロリテーブルＤ（ｉ）を作成する処理を行う（ステップＳ２）。
トロリテーブルＤ（ｉ）は、トロリ線摩耗面３ａの角度θと傾斜補正後の摩耗幅Ｗをある一定の刻みで変化させたときの残存直径値をシミュレーションによって求めることにより作成する。

ステップＳ２の処理に続いては、マーカー高さ測定処理部１４ｄにより、第一、第二のマーカー１１Ａ，１１Ｂの高さを求める処理を行う（ステップＳ３）。
このマーカー高さ測定処理部１４ｄによる処理は、高さ測定用ラインセンサカメラ１２Ｂと第一の高さマーカー１１Ａ、及び、パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ１２Ｃと第二の高さマーカー１１Ｂを使用し、既知の手法（例えば、上記特許文献２の実施例３に記述されている手法等）を用いて第一、第二のマーカー１１Ａ，１１Ｂの高さを測定すればよく、ここでの詳しい説明は省略する。

ステップＳ３の処理に続いては、トロリ線摩耗幅測定処理部１４ｅにより、トロリ線３の見かけの摩耗幅Ｗ'を測定する処理を行う（ステップＳ４）。
このトロリ線摩耗幅測定処理部１４ｅによる処理は、トロリ線測定用ラインセンサ画像をもとに既知の手法（例えば、上記特許文献１の実施例１に記述されている手法等）を用いてトロリ線の見かけの摩耗幅Ｗ'を求めるものとし、ここでの詳しい説明は省略する。なお、このトロリ線摩耗幅測定処理部１４ｅにおいては、トロリ線３の見かけの摩耗幅Ｗ'を測定することに加えて、トロリ線３の偏位位置を求めるものとする。

ステップＳ４の処理に続いては、パンタグラフ傾斜計算処理部１４ｆにより、トロリ線３の偏位位置における車両１の屋根上から見たパンタグラフ２の傾斜角度及びパンタグラフ２の枕木方向の傾斜角度を求める処理を行う（ステップＳ５）。

すなわち、パンタグラフ傾斜計算処理部１４ｆでは、マーカー高さ測定処理部１４ｄで得られた第一の高さマーカー１１Ａの高さｈ_m及び第二の高さマーカー１１Ｂの高さｈ_rとの差分をとり、傾斜角度θ₁を求める。つまり、上述したようにスキャン平面が平行になるように設置したラインセンサカメラ１２Ｂ，１２Ｃのスキャン平面間距離ｌ_mrをあらかじめ求めておくことで、各時間ステップのパンタグラフ２全体の傾斜角度θ₁が以下の（３）のようにして得られる。
θ₁＝arctan（（ｈ_r−ｈ_m）／ｌ_mr） （３）

さらに、トロリ線摩耗幅測定処理時に得られたトロリ線３の偏位位置に対応するパンタグラフテーブルを参照し、各時間ステップのパンタグラフ上面形状による傾斜角度θ₂を得る。

ここで、トロリ線３が円形トロリ線３Ｂである場合はトロリ線摩耗面３ａの枕木方向の傾斜角度によって残存直径Ｄは変わらないため、トロリ線３の残存直径を求めるときには車両１上に設置されたトロリ線測定用ラインセンサカメラ１２Ａから見たときのトロリ線摩耗面３ａの枕木方向の相対的な傾斜角度が分かればよかった。

しかし、トロリ線３として異形トロリ線３Ａが用いられている場合、図９に示すようにトロリ線摩耗面３ａの枕木方向の傾斜角度によって残存直径Ｄが変わる。上述したように、トロリ線摩耗面３ａはパンタグラフ２の上面形状に倣っているため、トロリ線摩耗面３ａの枕木方向に対する傾斜角度を求めるためにはパンタグラフ２の上面形状の枕木方向の傾斜角度が必要になる。

そこで、本実施例では車両１内にジャイロセンサ１３を設置し、車両１の枕木方向に対する傾斜角度としてジャイロセンサ角度θ₃［ｄｅｇ］を求める。なお、ジャイロセンサ角度θ₃は、図１１に示すようにレールカント角α及び車両カント角βを合わせた角度と同等になる（θ₃＝α＋β）。

これを先述したパンタグラフ２全体の傾斜角度θ₁、パンタグラフ２の上面形状による傾斜角度θ₂と足して、各時間ステップのトロリ線３の偏位位置における水平面に対するパンタグラフ２の枕木方向の傾斜角度（すなわちトロリ線摩耗面３ａの角度）θとする。

ステップＳ５の処理に続いては、トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部１４ｇにより、トロリ線摩耗幅Ｗを補正する処理を行う（ステップＳ６）。
すなわち、トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部１４ｇでは、パンタグラフ傾斜計算処理で得られたトロリ線摩耗面３ａの角度θをもとに、トロリ線摩耗幅測定処理で得られた見かけの摩耗幅Ｗ'［ｍｍ］を次式（４）を用いて真の摩耗幅Ｗ［ｍｍ］に変換する。
Ｗ＝Ｗ'／ｃｏｓθ・・・（４）

ステップＳ６に続いては、トロリ線残存直径の傾斜補正処理部１４ｈにより、トロリ線残存直径Ｄを求める処理を行う（ステップＳ７）。
すなわち、トロリ線残存直径の傾斜補正処理部１４ｈでは、トロリテーブルＤ（ｉ）を用いて、以下の式（５），（６）により傾斜補正を行ったトロリ線３の真の残存直径Ｄ_out［ｍｍ］を求めることができる。
Ｄ_out＝Ｄ（ｉ）・・・（５）
ｉ＝θ*Ｗ_max／ΔＷ＋Ｗ／ΔＷ・・・（６）
ここで、（５）と（６）のｉは同一のもので、トロリ線摩耗面３ａの角度をθ［ｄｅｇ］、最大摩耗幅をＷ_max［ｍｍ］、摩耗幅の刻み幅をΔＷ［ｍｍ］としている。

以上により、本実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置における異形みぞ付トロリ線の摩耗測定の処理を行う。

なお、本実施例においては、トロリ線測定用ラインセンサカメラ１２Ａによりトロリ線測定用撮像手段を構成し、高さ測定用ラインセンサカメラ１２Ｂ及びパンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ１２Ｃによりパンタグラフ撮影手段を構成し、ジャイロセンサ１３により車両角度検出手段を構成し、画像処理装置１４により画像処理手段を構成している。
また、パンタグラフテーブル作成処理部１４ｂによりパンタグラフテーブル作成処理手段を構成し、トロリテーブル作成処理部１４ｃによりトロリテーブル作成処理手段を構成し、トロリ線摩耗幅測定処理部１４ｅによりトロリ線偏位位置出力手段を構成し、パンタグラフ傾斜計算処理部１４ｆによりパンタグラフ傾斜計算処理手段を構成し、トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部１４ｇにより摩耗幅傾斜補正処理手段を構成し、トロリ線残存直径の傾斜補正処理部１４ｈにより残存直径傾斜補正処理手段を構成している。

上述した本実施例に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置及びその方法によれば、高精度にトロリ線３の摩耗量（摩耗幅及び残存直径）の測定が行えるようになる。また、枕木方向におけるトロリ線摩耗面３ａの水平面に対する傾斜を考慮した摩耗測定を行うことで、図９等に示すような異形みぞ付トロリ線３Ａの摩耗面３ａが水平面に対して傾斜している場合であっても高精度に摩耗幅及び残存直径の測定が行えるようになる。

なお、異形みぞ付トロリ線としては、図９等に示した形状だけでなく、トロリ線摩耗面の角度θと、真の摩耗幅Ｗが一意に決まるような断面形状を有するトロリ線であれば、本発明に係る画像処理によるトロリ線摩耗測定装置によって摩耗幅及び残存直径を測定することが可能である。

また、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、異形トロリ線や円形トロリ線の摩耗測定に利用することが可能であることは言うまでもない。本発明を円形トロリ線の摩耗測定に適用すれば、トロリ線の摩耗幅および残存直径の測定精度を向上させることができる。

本発明は、異形みぞ付トロリ線の摩耗幅及び残存直径を測定する画像処理によるトロリ線摩耗装置に適用して好適なものである。

１ 車両
２ パンタグラフ
２ａ 舟体
２ｂ ホーン
３ トロリ線
３Ａ 異形みぞ付トロリ線
３Ｂ 円形みぞ付トロリ線
３ａ トロリ線摩耗面
４ レール
１１Ａ 第一高さマーカー
１１Ｂ 第二高さマーカー
１２Ａ トロリ線測定用ラインセンサカメラ
１２Ｂ 高さ測定用ラインセンサカメラ
１２Ｃ パンタグラフ傾斜測定用ラインセンサカメラ
１３ ジャイロセンサ
１４ 画像処理装置
１４ａ ラインセンサ画像作成部
１４ｂ パンタグラフテーブル作成処理部
１４ｃ トロリテーブル作成処理部
１４ｄ マーカー高さ測定処理部
１４ｅ トロリ線摩耗幅測定処理部
１４ｆ パンタグラフ傾斜計算処理部
１４ｇ トロリ線摩耗幅の傾斜補正処理部
１４ｈ トロリ線残存直径の傾斜補正処理部
１４ｉ，１４ｊ メモリ
１５ 記憶装置
２０ ラインセンサ画像

Claims (8)

1. パンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影するトロリ線測定用撮像手段を車両の屋根上に設置し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して、前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理手段を備えた画像処理によるトロリ線摩耗測定装置において、
   前記画像処理手段が、
   前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜する前記トロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記トロリ線の摩耗幅を補正し前記トロリ線の真の摩耗幅を求める摩耗幅傾斜補正処理手段と、
   前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度に基づいて前記トロリ線の残存直径を求める残存直径傾斜補正処理手段と
   を備えることを特徴とする画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。
2. 前記画像処理手段が、前記摩耗幅傾斜補正処理手段により求めた前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成するトロリテーブル作成処理手段を備え、
   前記残存直径傾斜補正処理手段が、前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。
3. 前記車両に、該車両の枕木方向に対する傾斜角度を検出する車両角度検出手段を設けるとともに、前記車両の屋根上に、前記パンタグラフに取り付けられ枕木方向に離間した二つのマーカーを各々撮影する二台のパンタグラフ撮影手段を設置し、
   前記画像処理手段が、前記パンタグラフ撮影手段により取得された前記マーカーの画像に基づいて前記パンタグラフ全体の傾斜角度を算出するパンタグラフ傾斜計算処理手段と、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の画像から前記トロリ線の偏位位置を求めるトロリ線偏位位置出力処理手段とを備え、
   前記摩耗幅傾斜補正処理手段が、前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両角度検出手段により検出した前記車両の角度と、前記パンタグラフ傾斜計算処理手段により算出した前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線偏位位置出力手段により求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。
4. 前記画像処理手段が、前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成するパンタグラフテーブル作成処理手段を備え、
   前記摩耗幅傾斜補正処理手段が、前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定装置。
5. 車両の屋根上に設置したトロリ線測定用撮像手段でパンタグラフに接触するトロリ線の摩耗面を撮影し、前記トロリ線測定用撮像手段で撮影された前記トロリ線の摩耗面の画像を画像処理して前記トロリ線の摩耗量を測定する画像処理によるトロリ線摩耗測定方法において、
   前記パンタグラフの上面形状に倣って傾斜するトロリ線の摩耗面の傾斜角度に応じて前記摩耗幅を補正することにより求めた前記トロリ線の真の摩耗幅と前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度とに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
   ことを特徴とする画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。
6. 前記トロリ線の真の摩耗幅及び前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度と、該真の摩耗幅及び傾斜角度に対応する前記トロリ線の残存直径とを関連付けたトロリテーブルを作成し、
   前記トロリテーブルに基づいて前記トロリ線の残存直径を求める
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。
7. 前記トロリ線の摩耗面の枕木方向の傾斜角度として、前記車両の角度と、前記パンタグラフ全体の傾斜角度と、前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度とに基づいて求めた前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の枕木方向に対する傾斜角度を用いる
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。
8. 前記トロリ線の偏位位置と当該位置における前記パンタグラフ上面の傾斜角度とを関連付けたパンタグラフテーブルを作成し、
   前記パンタグラフの上面形状による傾斜角度として、前記パンタグラフテーブルに基づいて得られる前記トロリ線の偏位位置に対応する前記パンタグラフの上面の傾斜角度を用いる
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像処理によるトロリ線摩耗測定方法。

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