JP5064773B2 - 鉄道建築限界測定方法およびその測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道建築限界測定方法およびその測定装置に関するものである。
従来、このような技術分野の鉄道建築限界測定又は鉄道建築限界判定方法としては、下記の特許文献１〜３が挙げられる。
図７は従来のわが国の鉄道の在来線の建築限界と車両限界を示す図、図８はその曲線区間の偏倚量を示す図、図９はその偏倚量の算出図、図１０はそのカント区間における偏倚量の補正の説明図である。
図７は従来のわが国の鉄道の在来線の建築限界と車両限界を示す図、図８はその曲線区間の偏倚量を示す図、図９はその偏倚量の算出図、図１０はそのカント区間における偏倚量の補正の説明図である。
図７に示すように、従来、鉄道の線路には、車両１０１と地上構造物１０２等の接触を防ぐため、「建築限界」１０４と呼ばれる領域が設定され、これより内側には構造物等を建設しないよう定められている。また、車両１０１側にも同じく「車両限界」１０５と呼ばれる領域が設定され、これより大きい車両を製造しないよう定められている。鉄道事業者は定期的に建築限界１０４を測定し、必要により構造物位置の補正等を行うようにしている。なお、１０３はレール面である。
また、図８に示すように、鉄道線路は曲線２０１等で連続的に湾曲しているが、鉄道車両２０２は四角い形状をしているため、曲線２０１区間では建築限界と車両限界との間隔が変化する。この量を「偏倚量」と呼ぶ。この偏倚量には、曲線内側の偏倚量２０３と曲線外側の偏倚量２０４がある。
これらの偏倚量は、幾何学的な条件から以下の式で算出されることがわかっている（図９参照）。
（１）曲線内側の偏倚量
Ｗ1 ＝Ｒ−√〔（Ｒ−ｄ）2 −（Ｌ1 ／２）2 〕 …（１）
ｄ＝Ｒ−√〔Ｒ2 −（Ｌ0 ／２）2 〕
（２）曲線外側の偏倚量
Ｗ2 ＝√〔Ｒ＋（Ｂ／２）−Ｗ1 〕2 ＋（Ｌ2 ／２）2 〕−Ｒ−（Ｂ／２）
…（２）
ただし、変数の意味は以下のとおり
Ｌ0 ：台車の軸距（ホイールベース）、Ｌ1 ：台車中心間距離、Ｌ2 ：車体の全長、Ｂ：車体の全幅、Ｒ：曲線半径
また、図１０に示すように、軌道面が傾斜している区間（以下、「カント区間」という。）でも、車体（車両）３０１と構造物（プラットホーム）３０２の距離が変化する。例えば、図１０に示すように曲線の外側にプラットホーム３０２がある場合、偏倚量は下記式（３）のように修正される。
これらの偏倚量は、幾何学的な条件から以下の式で算出されることがわかっている（図９参照）。
（１）曲線内側の偏倚量
Ｗ1 ＝Ｒ−√〔（Ｒ−ｄ）2 −（Ｌ1 ／２）2 〕 …（１）
ｄ＝Ｒ−√〔Ｒ2 −（Ｌ0 ／２）2 〕
（２）曲線外側の偏倚量
Ｗ2 ＝√〔Ｒ＋（Ｂ／２）−Ｗ1 〕2 ＋（Ｌ2 ／２）2 〕−Ｒ−（Ｂ／２）
…（２）
ただし、変数の意味は以下のとおり
Ｌ0 ：台車の軸距（ホイールベース）、Ｌ1 ：台車中心間距離、Ｌ2 ：車体の全長、Ｂ：車体の全幅、Ｒ：曲線半径
また、図１０に示すように、軌道面が傾斜している区間（以下、「カント区間」という。）でも、車体（車両）３０１と構造物（プラットホーム）３０２の距離が変化する。例えば、図１０に示すように曲線の外側にプラットホーム３０２がある場合、偏倚量は下記式（３）のように修正される。
Ｘ2 ＝Ｗ2 −ｈ・ｔａｎα …（３）
ただし、ｈ：ホームの高さ、Ｃ：左右レールの高さの差（カント）、Ｇ：左右レールの距離（軌間）
通常、上記式（１）〜（３）の演算にあたって、曲線半径Ｒ、カントＣは、当該曲線の設計値が用いられる。
特開平０５−２８８５１４号公報
特開２００１−３０４８６０号公報
特開２００５−２７１７１７号公報
ただし、ｈ：ホームの高さ、Ｃ：左右レールの高さの差（カント）、Ｇ：左右レールの距離（軌間）
通常、上記式（１）〜（３）の演算にあたって、曲線半径Ｒ、カントＣは、当該曲線の設計値が用いられる。
しかしながら、実際の軌道には軌道変位と呼ばれる長手方向のレール位置の不整があるため、曲率半径やカントは設計値とは異なった値となる。これが原因で、車両とプラットホームが接触する事故が稀に発生している。
一方、建築限界測定手段として、上記した特許文献１や特許文献２があるが、これらはいずれも軌道上のある断面におけるレールと構造物との離れを考慮したものであり、軌道形状の長手方向の変化に着目したものではない。また、上記した特許文献３では曲線半径やカントとして現場での測定値を用いることが示されているが、曲線半径やカントの測定値の変化に対する具体的な測定方法については述べられていない。
一方、建築限界測定手段として、上記した特許文献１や特許文献２があるが、これらはいずれも軌道上のある断面におけるレールと構造物との離れを考慮したものであり、軌道形状の長手方向の変化に着目したものではない。また、上記した特許文献３では曲線半径やカントとして現場での測定値を用いることが示されているが、曲線半径やカントの測定値の変化に対する具体的な測定方法については述べられていない。
本発明は、上記状況に鑑みて、軌道計測データを用いて当該箇所の実曲線半径とカントを算出し、軌道の形状に応じて構造物と車体との離れを正確に算出する鉄道建築限界測定方法およびその測定装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕軌道と地上構造物との線路横方向の離れを測定する鉄道建築限界測定方法において、前記軌道と地上構造物との離れの他に当該軌道上で一定間隔に測定された通り変位を差分法により実測し、水準変位を鉄道車両の台車中心位置の軌道断面におけるカントにより実測し、前記通り変位及び水準変位の実測値に基づいて当該軌道の局所的な曲率および軌道面の傾斜角を算出する鉄道建築限界測定方法であって、前記曲率は、前記鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂ及び前記鉄道車両の妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃを通る円に基づいて算出することを特徴とする。
〔１〕軌道と地上構造物との線路横方向の離れを測定する鉄道建築限界測定方法において、前記軌道と地上構造物との離れの他に当該軌道上で一定間隔に測定された通り変位を差分法により実測し、水準変位を鉄道車両の台車中心位置の軌道断面におけるカントにより実測し、前記通り変位及び水準変位の実測値に基づいて当該軌道の局所的な曲率および軌道面の傾斜角を算出する鉄道建築限界測定方法であって、前記曲率は、前記鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂ及び前記鉄道車両の妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃを通る円に基づいて算出することを特徴とする。
〔２〕軌道と地上構造物との線路横方向の離れを測定する鉄道建築限界測定装置において、前記軌道と地上構造物との離れの他に前記軌道上で一定間隔に測定された通り変位を差分法により実測する通り変位実測手段と、鉄道車両の台車中心位置の軌道断面におけるカントを実測する水準変位実測手段と、前記通り変位実測手段と水準変位実測手段からの実測値に基づいて当該軌道の局所的な曲率および軌道面の傾斜角を算出する手段とを具備する鉄道建築限界測定装置であって、前記曲率の算出手段は前記鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂ及び前記鉄道車両の妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃの計３点を通る円に基づくように構成したことを特徴とする。
本発明によれば、軌道上で一定間隔に測定された通り変位データを用いて、当該箇所の実曲線半径を求める。また、カントとして鉄道車両の台車位置におけるカントの測定値を用いるようにしたので、経時変化に伴うデータの変化をカバーして鉄道建築限界測定を正確に行い、鉄道車両の安全運行を実施することができる。
また、軌道計測データを用いて当該箇所の実曲線半径とカントを算出し、特に鉄道車両の台車中心位置と車体中央または車体妻部の３点から構成される円に着目して、軌道の形状に応じて構造物と車体との離れを正確に算出することができる。
また、軌道計測データを用いて当該箇所の実曲線半径とカントを算出し、特に鉄道車両の台車中心位置と車体中央または車体妻部の３点から構成される円に着目して、軌道の形状に応じて構造物と車体との離れを正確に算出することができる。
本発明の軌道と地上構造物との線路横方向の離れを測定する鉄道建築限界測定方法は、前記軌道と地上構造物との離れの他に当該軌道上で一定間隔に測定された通り変位を差分法により実測し、水準変位を鉄道車両の台車中心位置の軌道断面におけるカントにより実測し、前記通り変位及び水準変位の実測値に基づいて当該軌道の局所的な曲率および軌道面の傾斜角を算出する鉄道建築限界測定方法であって、前記曲率は、前記鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂ及び前記鉄道車両の妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃを通る円に基づいて算出する。
また、軌道と地上構造物との線路横方向の離れを測定する鉄道建築限界測定装置は、前記軌道と地上構造物との離れの他に前記軌道上で一定間隔に測定された通り変位を差分法により実測する通り変位実測手段と、鉄道車両の台車中心位置の軌道断面におけるカントを実測する水準変位実測手段と、前記通り変位実測手段と水準変位実測手段からの実測値に基づいて当該軌道の局所的な曲率および軌道面の傾斜角を算出する手段とを具備する鉄道建築限界測定装置であって、前記曲率の算出手段は前記鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂ及び前記鉄道車両の妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃの計３点を通る円に基づくように構成した。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、軌道上で一定間隔に測定された通り変位データを用いて、当該箇所の実曲線半径を求める。また、カントとして鉄道車両の台車位置におけるカントの測定値を用いる。
図１は本発明の実施例を示す通り変位の測定方法を示す図である。
通り変位は、通常差分法と呼ばれる原理で測定される。例えば一般的に用いられる１０ｍ弦正矢法の場合、図１に示すようにレール（軌道）１に長さ１０ｍの弦２をあて、この弦２の中央の位置におけるレール１と弦２の上下、左右方向の離れｄを測定する。また、より簡便に測定するために、２ｍの弦に対し、その中央位置でのレールの離れを測定する方法も提案されている。なお、このような測定は、線路長手方向に一定間隔（例えば２５ｃｍ間隔）で線路の始点から終点まで連続的に行われる。
まず、軌道上で一定間隔に測定された通り変位データを用いて、当該箇所の実曲線半径を求める。また、カントとして鉄道車両の台車位置におけるカントの測定値を用いる。
図１は本発明の実施例を示す通り変位の測定方法を示す図である。
通り変位は、通常差分法と呼ばれる原理で測定される。例えば一般的に用いられる１０ｍ弦正矢法の場合、図１に示すようにレール（軌道）１に長さ１０ｍの弦２をあて、この弦２の中央の位置におけるレール１と弦２の上下、左右方向の離れｄを測定する。また、より簡便に測定するために、２ｍの弦に対し、その中央位置でのレールの離れを測定する方法も提案されている。なお、このような測定は、線路長手方向に一定間隔（例えば２５ｃｍ間隔）で線路の始点から終点まで連続的に行われる。
図２は本発明の実施例を示す台車中心位置と車体妻部の位置関係および台車位置における離れを示す図である。
ここで曲線外側の偏倚量について考える。図２に示すように鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂおよび車体妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃを通る円を考える。偏倚量を求める前記式（２）には、本来この円の半径を入力する必要がある。一方、図２で弦の長さｐ，ｑおよび点Ｂと弦ＡＣとの距離ｄ1 がわかっていれば、点Ａ，Ｂ，Ｃを通る円の半径Ｒは下記の式（４）で表される。
ここで曲線外側の偏倚量について考える。図２に示すように鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂおよび車体妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃを通る円を考える。偏倚量を求める前記式（２）には、本来この円の半径を入力する必要がある。一方、図２で弦の長さｐ，ｑおよび点Ｂと弦ＡＣとの距離ｄ1 がわかっていれば、点Ａ，Ｂ，Ｃを通る円の半径Ｒは下記の式（４）で表される。
Ｒ＝ｐｑ／２ｄ1 …（４）
弦の長さｐ，ｑは、車両の構造から既知である。したがって、点Ｂと弦ＡＣとの距離ｄ1 がわかっていれば、点Ａ，Ｂ，Ｃを通る円の半径Ｒを求めることができる。
ところで、軌道変位を差分法で測定していれば、これを異なる弦長のデータに変換することができる。
弦の長さｐ，ｑは、車両の構造から既知である。したがって、点Ｂと弦ＡＣとの距離ｄ1 がわかっていれば、点Ａ，Ｂ，Ｃを通る円の半径Ｒを求めることができる。
ところで、軌道変位を差分法で測定していれば、これを異なる弦長のデータに変換することができる。
図３は本発明の実施例を示す差分法から差分法への変換の説明図であり、図３（ａ）は検測時の弦とレールの位置関係を示し、図３（ｂ）は変換後の弦とレールの位置関係を示している。
図３において、１１は検測時のレール、１２は検測時の弦（ａ＋ｂ）、ｄ3 は検測時の測定値、２１は変換後のレール、２２は変換後の弦（ｐ＋ｑ）、ｄ2 は変換後の測定値である。
図３において、１１は検測時のレール、１２は検測時の弦（ａ＋ｂ）、ｄ3 は検測時の測定値、２１は変換後のレール、２２は変換後の弦（ｐ＋ｑ）、ｄ2 は変換後の測定値である。
軌道変位の検測が図３（ａ）に示すように、長さａ＋ｂの弦に対し、端部からの距離ａの位置で行われているとする。これにより得られる空間系列波形を、ｐ＋ｑの弦に対し、端部からの距離ｐでの位置（ただし、線路上での位置は、図３（ａ）と図３（ｂ）で等しい）での測定波形に変換する伝達関数は下記の式（５）で表される。
Ｙ（ω）：図３（ｂ）の弦による測定波形のフーリエ変換
したがって、図３（ａ）の方法による軌道検測波形に対し、上記式（５）で長さｐ＋ｑの弦に対する測定波形のフーリエ変換を求め、さらにこれを逆フーリエ変換すれば、図２に示した、点Ｂと弦ＡＣとの距離ｄ1 を線路長手方向に連続的に算出することができる。
これにより、前記式（４）で点Ａ，Ｂ，Ｃを通る円の半径が求められることから、これを前記式（２）に代入すれば、軌道の実形状を考慮した偏倚量が求められる。
なお、車体中央における偏倚量は、ｐ＝ｑ＝Ｌ1 ／２とすることで、車体妻部の場合と同様に算出することができる。
図４は本発明の鉄道建築限界測定装置の具体例を示すブロック図、図５は本発明の具体例を示す軌道変位測定装置（２ｍの弦）による通り変位と水準変位（カント）との測定状態を示す写真、図６は本発明の具体例を示す鉄道建築限界測定装置による測定状態を示す写真である。
なお、車体中央における偏倚量は、ｐ＝ｑ＝Ｌ1 ／２とすることで、車体妻部の場合と同様に算出することができる。
図４は本発明の鉄道建築限界測定装置の具体例を示すブロック図、図５は本発明の具体例を示す軌道変位測定装置（２ｍの弦）による通り変位と水準変位（カント）との測定状態を示す写真、図６は本発明の具体例を示す鉄道建築限界測定装置による測定状態を示す写真である。
図４において、３１は軌道変位測定装置、３２は鉄道建築限界測定装置、３３はデータ処理装置、３４は入力インタフェース装置、３５は演算装置、３６は出力インタフェース装置、３７は表示装置である。
軌道変位測定装置３１としては、図５に示すように、２ｍの弦による差分法により検測する通り変位と、水準変位（カント）を計測する軌道変位測定装置が挙げられる。鉄道建築限界測定装置３２は、図６に示すように、鉄道建築限界測定装置が挙げられる。軌道変位・水準変位（カント）と鉄道建築限界は、同一地点で測定されていれば、装置は一体でなくてもよい。
軌道変位測定装置３１としては、図５に示すように、２ｍの弦による差分法により検測する通り変位と、水準変位（カント）を計測する軌道変位測定装置が挙げられる。鉄道建築限界測定装置３２は、図６に示すように、鉄道建築限界測定装置が挙げられる。軌道変位・水準変位（カント）と鉄道建築限界は、同一地点で測定されていれば、装置は一体でなくてもよい。
データ処理装置３３は入力インタフェース装置３４、演算装置３５、出力インタフェース装置３６を備えており、演算装置３５は、上記した式（１）〜（５）の演算を行い、最終的に軌道と車体との離れを演算する。
また、表示装置３７は、ディスプレイや紙への印刷装置である。なお、磁気媒体への記録装置であってもよい。
また、表示装置３７は、ディスプレイや紙への印刷装置である。なお、磁気媒体への記録装置であってもよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明の鉄道建築限界測定方法及び装置は、正確な鉄道建築限界測定を実施するツールとして利用可能である。
１ レール（軌道）
２ 弦
Ａ，Ｂ 鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置
Ｃ 車体妻部の軌道断面におけるレール位置
Ｒ Ａ，Ｂ，Ｃを通る円の半径
１１ 検測時のレール
１２ 検測時の弦（ａ＋ｂ）
ｄ3 検測時の測定値
２１ 変換後のレール
２２ 変換後の弦（ｐ＋ｑ）
ｄ2 変換後の測定値
３１ 軌道変位測定装置
３２ 鉄道建築限界測定装置
３３ データ処理装置
３４ 入力インタフェース装置
３５ 演算装置
３６ 出力インタフェース装置
３７ 表示装置
２ 弦
Ａ，Ｂ 鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置
Ｃ 車体妻部の軌道断面におけるレール位置
Ｒ Ａ，Ｂ，Ｃを通る円の半径
１１ 検測時のレール
１２ 検測時の弦（ａ＋ｂ）
ｄ3 検測時の測定値
２１ 変換後のレール
２２ 変換後の弦（ｐ＋ｑ）
ｄ2 変換後の測定値
３１ 軌道変位測定装置
３２ 鉄道建築限界測定装置
３３ データ処理装置
３４ 入力インタフェース装置
３５ 演算装置
３６ 出力インタフェース装置
３７ 表示装置
Claims (2)
- 軌道と地上構造物との線路横方向の離れを測定する鉄道建築限界測定方法において、前記軌道と地上構造物との離れの他に当該軌道上で一定間隔に測定された通り変位を差分法により実測し、水準変位を鉄道車両の台車中心位置の軌道断面におけるカントにより実測し、前記通り変位及び水準変位の実測値に基づいて当該軌道の局所的な曲率および軌道面の傾斜角を算出する鉄道建築限界測定方法であって、前記曲率は、前記鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂ及び前記鉄道車両の妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃを通る円に基づいて算出することを特徴とする鉄道建築限界測定方法。
- 軌道と地上構造物との線路横方向の離れを測定する鉄道建築限界測定装置において、前記軌道と地上構造物との離れの他に前記軌道上で一定間隔に測定された通り変位を差分法により実測する通り変位実測手段と、鉄道車両の台車中心位置の軌道断面におけるカントを実測する水準変位実測手段と、前記通り変位実測手段と水準変位実測手段からの実測値に基づいて当該軌道の局所的な曲率および軌道面の傾斜角を算出する手段とを具備する鉄道建築限界測定装置であって、前記曲率の算出手段は前記鉄道車両の台車中心の軌道断面におけるレール位置Ａ，Ｂ及び前記鉄道車両の妻部の軌道断面におけるレール位置Ｃの計３点を通る円に基づくように構成したことを特徴とする鉄道建築限界測定装置。
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| JP2006326475A JP5064773B2 (ja) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | 鉄道建築限界測定方法およびその測定装置 |
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| JP2008139178A JP2008139178A (ja) | 2008-06-19 |
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