JP5402096B2 - 電気鉄道保守用車両位置測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、架線及び軌道などの保守に用いられる電気鉄道保守用車両の走行位置を測定する電気鉄道保守用車両位置測定装置に関し、特に、画像処理により電気鉄道保守用車両の走行位置と通過時刻との関係を取得する電気鉄道保守用車両位置測定装置に関する。

電気鉄道の設備としては、主に架線（以下、トロリ線）と軌道（以下、レール）とが挙げられる。これらはそれぞれ鉄道を運行するにあたり重要な保守設備となっている。

トロリ線は、電気鉄道車両を運用していく中で電気鉄道車両が通過するたびに集電装置と接触する。そのためトロリ線は徐々に摩耗していき、交換をしない場合は最終的に破断して事故を招くおそれがある。また、レールは、電車の運行によって曲がり、ゆがみ、傷、摩耗等が発生し、これらの進行を放置してしまうと電気鉄道車両の脱線など事故を招くおそれがある。

このようなことから、トロリ線やレールの摩耗等による要注意箇所を迅速に把握し、これに対応するために、トロリ線やレールの要注意箇所の位置（例えば、ある地点から何キロ走行した位置に要注意箇所が存在する等）の情報を特定することは保守管理の面から重要な事項となっている。

現在、トロリ線やレール等の設備の保守を行う場合、保守専用車両や軌陸車などが用いられており、検測した結果、要注意箇所が検出された場合はそのデータを取得したときの車両の位置から要注意箇所の位置を推定している（例えば、特許文献１参照）。

ここで、車両の位置を特定する方法としては、従来、例えば、自動列車制御装置（ＡＴＣ）やロータリーエンコーダを用いる方法があり、それぞれ以下の特徴を有している。

自動列車制御装置は、列車の位置や速度を制御するものであり、もともとは車両の運転のためのシステムであるが、この自動列車制御装置には列車の位置や速度の情報を外部に通信する仕組みが設けられている。そこで、自動列車制御装置を用いて車両の位置を特定する場合は、この自動列車制御装置の外部と通信を行う仕組みを利用して保守専用車両の位置を特定している（例えば、特許文献２参照）。

また、ロータリーエンコーダを用いて車両の位置を特定する場合は、ロータリーエンコーダにより得られる車輪の回転数に基づき、この車輪の回転数と、車輪の円周の長さとから、ある地点を基準位置として車両の走行距離を求めている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−８９５２３号公報 特開２００６−２４８４１２号公報 特開２００４−１７７００号公報

しかしながら、上述した自動列車制御装置を利用する場合、車両側に送受信機器を設置することに加え、レール側にも一定間隔で送受信装置を設置する必要があるため、長距離の線区に設置する場合、個数がかさみ、コストがかかるという問題があった。

また、ロータリーエンコーダは車輪の回転角をカウントすることにより走行距離を測定する構成になっているため、ブレーキや坂道走行などにより、列車は進行していないのに車輪が回転している、又は、車輪のすべりにより車輪は回転していないのに列車が進行している等の局所的に生じた誤差が加算的に増加して要注意箇所の位置の特定が困難になるおそれがあるという問題があった。

このようなことから本発明は、車両の走行位置と通過時刻との関係を高精度に特定することを可能とした電気鉄道保守用車両位置測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置は、等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、撮影する、車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって取得した画像の解析を行う画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、前記ラインセンサ画像中から前記ハンガを検出するハンガ検出手段と、前記ハンガ検出手段において前記ハンガが検出された場合に該ハンガが撮影された時刻を出力する時刻記録手段と、前記ハンガが撮影された時刻と、該ハンガの検出結果とを保存する記録装置とを有することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置は、第１の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置において、前記ハンガ検出手段が、予め登録されたテンプレートに基づいて前記ラインセンサ画像中の特徴を検出するテンプレートマッチング処理により前記ラインセンサ画像中から前記ハンガを検出するテンプレートマッチング手段であることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置は、第１の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置において、前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像中の鉛直方向に延びるエッジを前記ハンガとして検出するエッジ検出手段であることを特徴とする。

上述した第１の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、撮影する、車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラと、車両の内部に設置されラインセンサカメラによって取得した画像の解析を行う画像処理部とを備えて車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、画像処理部が、ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、ラインセンサ画像中からハンガを検出するハンガ検出手段と、ハンガ検出手段においてハンガが検出された場合にこのハンガが撮影された時刻を出力する時刻記録手段と、前記ハンガが撮影された時刻と、該ハンガの検出結果とを保存する記録装置とを有するので、ハンガが吊架線に概ね等間隔に設置されることを利用して、ハンガをラインセンサカメラによって撮影した時刻を求めることにより、車両の走行位置と通過時刻との関係をより高精度に特定することができる。そのため、ハンガを撮影した時刻と、設備保守システムによって検出したトロリ線又はレールの保守における要注意箇所を検出した時刻とを比較することにより、要注意箇所の位置を高精度に特定することができる。即ち、その設置間隔が長く且つ不等間隔である電柱等を基準として要注意箇所の位置を特定する場合に比較して、要注意箇所の位置をより正確に特定し易いという利点がある。

また、一台のラインセンサカメラのみを用いて車両の走行位置と通過時刻との関係を特定することができるため、自動列車制御装置のように地上側に大きな設備を追加する必要がなく、装置を低コストに抑えることができる。

更に、一定時間ごとに作成されるラインセンサ画像ごとに独立してハンガの検出処理を行うため、ロータリーエンコーダを用いて車両の位置を特定する場合のように部分的に生じた誤差が加算されて誤差が累積されるおそれがなく、車両の走行位置と通過時刻との関係を高精度に特定することができる。

更に加えて、ラインセンサカメラを用いて非接触でハンガを撮影する構成であるため、既存構造物との衝突を考慮する必要がなく、既存構造物が存在する場所でも基本的に全ての区間において撮影が可能であり、連続的に測定を行うことができる。また、高速な運用が可能であり、短時間で長距離区間を測定することができる。

第２の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、ハンガ検出手段が、予め登録されたテンプレートに基づいてラインセンサ画像中の特徴を検出するテンプレートマッチング処理によりラインセンサ画像中からハンガを検出するテンプレートマッチング手段であるので、ラインセンサ画像中に存在するハンガを精度よく検出することができる。

第３の発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、ハンガ検出手段が、ラインセンサ画像中の鉛直方向に延びるエッジをハンガとして検出するエッジ検出手段であるので、ラインセンサ画像中に存在するハンガを高精度に検出することができる。

本発明の実施例１に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の適用例を示す説明図である。 本発明の実施例１に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の概略構造を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る車両位置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１において取得されるラインセンサ画像の一例を示す説明図である。 ハンガテンプレートの一例を示す説明図である。 本発明の実施例１においてラインセンサ画像に対してテンプレートマッチングを行った結果の一例を示す説明図である。 本発明の実施例２に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の概略構造を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係る車両位置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２においてラインセンサ画像に対してエッジ検出を行った結果の一例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の詳細を説明する。

図１乃至図６を用いて本発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の第１の実施例について説明する。図１に示すように、本実施例において電気鉄道保守用車両位置測定装置は、車両１の屋根上に設置されたラインセンサカメラ２と、車両１の内部に設置された画像処理部３とを備えている。また、図示はしないが、本実施例において車両１の屋根上にはトロリ線４の摩耗具合を測定するトロリ線摩耗測定手段が設置されているものとする。また、トロリ線４は吊架線５に概ね等間隔に設置されたハンガ６によって支持されている。

ラインセンサカメラ２は、車両１の屋根上の側方に設置され、その光軸が車両１の進行方向に直交するように、且つ、ハンガ６を撮影することができるように設置角度及び仰角を設定されている。なお、図１中の符合Ｌは撮影ラインを示している。

一方、画像処理部３はラインセンサカメラ２によって取得した画像を解析して車両１の走行位置を求めるものであり、演算装置３１と記録装置３２とから構成されている。演算装置３１は、図２に示すように、ラインセンサ画像作成手段としてのラインセンサ画像作成部３１１、テンプレートマッチング手段としてのテンプレートマッチング部３１２、時刻記録手段としての時刻記録部３１３、及びメモリＭ１，Ｍ２を備えている。ラインセンサ画像作成部３１１はラインセンサカメラ２から入力される画像信号をもとにラインセンサ画像を作成する機能を備えている。テンプレートマッチング部３１２はラインセンサ画像に対して既存の技術であるテンプレートマッチング処理により、ラインセンサ画像中のハンガを抽出する機能を備えている。時刻記録部３１３はテンプレートマッチング部３１２においてハンガ６が撮影された時刻を出力する機能を備えている。記録装置３２には各種データが記録される。

図３に基づいて演算装置３１による処理の流れを説明する。図３に示すように、本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の演算装置３１においては、まず、ラインセンサカメラ２から画像信号を入力し、入力された画像信号をメモリＭ１，Ｍ２を介してラインセンサ画像作成部３１１に入力する。ラインセンサ画像作成部３１１では、入力された画像信号を時系列的に並べ、図４に示すようなラインセンサ画像を作成する（ステップＰ１）。ラインセンサ画像作成部３１１において作成されたラインセンサ画像はメモリＭ２を経て記録装置３２に記録される。

テンプレートマッチング部３１２では、メモリＭ２を介して記憶装置３２からパラメータ（ここでは、図５に示すような予め登録されたテンプレートＴを特定するようなパラメータ等）及びラインセンサ画像を取得し、テンプレートＴを用いてラインセンサ画像に対するテンプレートマッチング処理を行い、ラインセンサ画像中に存在するハンガ６の検出を行う（ステップＰ２）。

テンプレートマッチング部３１２は、テンプレートマッチング処理により図６に示すようにラインセンサ画像中にテンプレートＴと概ね一致するハンガ検出部Ａが存在する場合に、ハンガ検出フラグを出力する。テンプレートマッチング部３１２から出力されたハンガ検出フラグは、メモリＭ２を経て時刻記録部３１３に入力される。時刻記録部３１３では、ハンガ検出フラグが入力された場合はハンガが存在する（ＹＥＳ）とみなす一方、ハンガ検出フラグが入力されない場合はハンガが存在しない（ＮＯ）とみなす（ステップＰ３）。

ステップＰ３においてハンガ６が存在すると判定された場合は、そのハンガ６が撮影された時刻をハンガ検出時刻として出力する（ステップＰ４）。時刻記録部３１３から出力されたハンガ検出時刻は、メモリＭ２を経てハンガ６の検出結果とともに記録装置３２に保存される。これらステップＰ１〜ステップＰ４の処理を車両位置測定の間繰り返し行う。

ここで、図示しないトロリ線摩耗測定手段は、トロリ線４の摩耗量の測定結果にこの測定を行った時刻を添えて記録装置３２に保存するものとする。

このように構成される本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、一台のラインセンサカメラ２で撮影した画像を用いて非接触にハンガ６とハンガ６を通過した時刻との関係を記録することにより、車両の走行位置と車両の通過時刻との関係を高精度に特定することができ、また車両１の走行速度が高速な場合であっても運用が可能であり、短時間で長距離区間を測定することができる。

更に、トロリ線摩耗測定手段等の既存の設備保守システムと時刻を同期させることにより、ハンガ６の位置とトロリ線やレールの要注意箇所の位置との相互関係を高精度に（例えば、ある電柱から何個目に検出されたハンガ６の近くに要注意箇所が存在する等）求めることができる。またラインセンサカメラ２を用いて非接触でハンガ６を検出するため、既存構造物との衝突を考慮する必要がなく、基本的に全ての区間において測定が可能である。

また、一台のラインセンサカメラ２で撮影した画像からハンガ６を検出し、ハンガ６の位置と時刻とを同期させる構成であるため、自動列車制御装置のように地上側に大きな設備を追加する必要がなく、また毎回の画像（一定時間毎に作成されたラインセンサ画像）ごとに独立して検出処理を行うため、ロータリーエンコーダのように部分的な誤差が加算されることがなく、測定誤差を最小限に抑えることができる。

なお、上述した実施例においてテンプレートマッチング部３１２が、テンプレートマッチング処理によりラインセンサ画像中にテンプレートＴと概ね一致するハンガ検出部Ａを検出した場合にハンガ検出フラグを出力する例を示したが、テンプレートマッチング部３１２における処理はこれに限定されるものではなく、例えば、ハンガ６の有無を出力するようにしてもよい。

図７乃至図９を用いて本発明に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の第２の実施例について説明する。本実施例は、上述した実施例１における演算装置３１のテンプレートマッチング部３１２に代えて、図７に示すエッジ検出手段としてのエッジ検出部３１４を用いるものである。その他の構成は図１乃至図６に示し上述した実施例１の構成と概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図７に示すように、本実施例において演算装置３１は、ラインセンサ画像作成部３１１、エッジ検出部３１４、時刻記録部３１３、及びメモリＭ１，Ｍ２を備えている。ラインセンサ画像作成部３１１はラインセンサカメラ２から入力される画像信号をもとにラインセンサ画像を作成する機能を備えている。エッジ検出部３１２は既存の技術であるエッジ検出処理により、ラインセンサ画像中に存在する鉛直方向に延びるエッジを検出する機能を備えている。これにより、ラインセンサ画像中にある水平方向に延びるトロリ線４および吊架線５等をハンガ６以外のノイズとみなし、ラインセンサ画像中からハンガ６のみを検出することができる。時刻記録部３１３はテンプレートマッチング部３１２においてハンガ６が撮影された時刻を出力する機能を備えている。

図８に基づいて演算装置３１による処理の流れを説明する。図８に示すように、本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置の演算装置３１においては、まず、ラインセンサカメラ２から画像信号を入力し、入力された画像信号をメモリＭ１，Ｍ２を介してラインセンサ画像作成部３１１に入力する。ラインセンサ画像作成部３１１では、入力された画像信号を時系列的に並べ、図４に示すようなラインセンサ画像を作成する（ステップＰ１）。ラインセンサ画像作成部３１１において作成されたラインセンサ画像はメモリＭ２を経て記録装置３２に記録される。

エッジ検出部３１４では、メモリＭ２を介して記憶装置３２からラインセンサ画像を取得し、このラインセンサ画像に対して鉛直方向に延びるエッジのみを検出する処理を行う（ステップＰ２）。ラインセンサ画像中において、トロリ線４及び吊架線５は水平方向に延びる物体として表示され、ハンガ６は鉛直方向に延びる物体として表示されることから、鉛直方向に延びるエッジを検出することにより、図９に示すように、ハンガ６のみを抽出することができる。

エッジ検出部３１４は、エッジ検出処理によりラインセンサ画像中にハンガ６を検出した場合にハンガ検出フラグを出力する。エッジ検出部３１４から出力されたハンガ検出フラグは、メモリＭ２を経て時刻記録部３１３に入力される。時刻記録部３１３では、ハンガ検出フラグが入力された場合はハンガ６が存在する（ＹＥＳ）とみなし、ハンガ検出フラグが入力されない場合はハンガ６が存在しない（ＮＯ）とみなす（ステップＰ３）。

ステップＰ３においてハンガが存在すると判定された場合は、そのハンガ６が撮影された時刻をハンガ検出時刻として出力する（ステップＰ４）。時刻記録部３１３から出力されたハンガ検出時刻は、メモリＭ２を経てハンガ６の検出結果とともに記録装置３２に保存される。これらステップＰ１〜ステップＰ４の処理を車両位置測定の間繰り返し行う。

このように構成される本実施例に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置によれば、上述した実施例１に係る電気鉄道保守用車両位置測定装置と同様の効果を得ることができる。

なお、上述した実施例では、エッジ検出部３１４が、エッジ検出処理によりラインセンサ画像中にハンガ６を検出した場合にハンガ検出フラグを出力する例を示したが、エッジ検出部３１４における処理はこれに限定されるものではなく、例えば、ラインセンサ画像中のハンガ６の有無を出力するようにしてもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明は、架線及び軌道などの保守に用いられる電気鉄道車両の位置を測定する電気鉄道保守用車両位置測定装置に適用して好適なものである。

１ 車両
２ ラインセンサカメラ
３ 画像処理部
４ トロリ線
５ 吊架線
６ ハンガ
３１ 演算装置
３２ 記録装置
３１１ ラインセンサ画像作成部
３１２ テンプレートマッチング部
３１３ 時刻記録部
３１４ エッジ検出部
Ａ ハンガ検出部
Ｍ１，Ｍ２ メモリ
Ｔ テンプレート

Claims (3)

1. 等間隔に設置されトロリ線を支持するハンガを、撮影する、車両の屋根上に設置されたラインセンサカメラと、前記車両の内部に設置され前記ラインセンサカメラによって取得した画像の解析を行う画像処理部とを備えて前記車両の走行位置と通過時刻との関係を特定する電気鉄道保守用車両位置測定装置であって、
   前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮影された画像信号を時系列的に並べてなるラインセンサ画像を作成するラインセンサ画像作成手段と、
   前記ラインセンサ画像中から前記ハンガを検出するハンガ検出手段と、
   前記ハンガ検出手段において前記ハンガが検出された場合に該ハンガが撮影された時刻を出力する時刻記録手段と、
   前記ハンガが撮影された時刻と、該ハンガの検出結果とを保存する記録装置と
   を有することを特徴とする電気鉄道保守用車両位置測定装置。
2. 前記ハンガ検出手段が、予め登録されたテンプレートに基づいて前記ラインセンサ画像中の特徴を検出するテンプレートマッチング処理により前記ラインセンサ画像中から前記ハンガを検出するテンプレートマッチング手段である
   ことを特徴とする請求項１記載の電気鉄道保守用車両位置測定装置。
3. 前記ハンガ検出手段が、前記ラインセンサ画像中の鉛直方向に延びるエッジを前記ハンガとして検出するエッジ検出手段である
   ことを特徴とする請求項１記載の電気鉄道保守用車両位置測定装置。

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