JP5885895B1 - レール位置計測装置および演算部 - Google Patents

Abstract

計測車両によりレールの三次元位置を計測するレール位置計測装置であって、計測車両の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置４２と、レールの側面のうち少なくとも腹部および底部にレーザ光を照射可能に計測車両に搭載され、レールの三次元位置を計測するためのセンサであるレーザスキャナ１６と、を備えた。

Description

本発明は、走行車両によりレールの三次元位置を計測するレール位置計測装置に関する。

従来、レーザスキャナを搭載した計測車両を使用して、鉄道沿線の三次元データを取得し、建築限界測定などを行う技術が示されている。

例えば、下記特許文献１には、レーザ光を回転させながら対象物に放射し、反射光を受信して計測対象物までの距離を測定する装置であって、レーザ光の放射方向の回転断面をなす計測断面が鉄道車両の進行方向に対して鉛直面をなすように、鉄道車両の上部に搭載された第１のレーザスキャナと、レーザ光を回転させながら対象物に放射し、反射光を受信して対象物までの距離を測定する装置であって、レーザ光の放射方向の回転断面をなす計測断面が第１のレーザスキャナの計測断面に対して略進行方向に所定角度傾いた面を形成するように、鉄道車両の上部に搭載された第２のレーザスキャナと、を備えた三次元データ取得装置が開示されている。

特開２００５−６９７００号公報

鉄道沿線計測の一つに、レール自体の計測がある。また、例えば建築限界測定車を使用した計測では、レールの位置を基準として計測することが一般的である。このため、鉄道沿線計測では、レールの位置の計測を精度よく行うことが基本である。

ところが、上記従来の技術では、センサであるレーザスキャナが鉄道車両の上部に設置されるため、レール腹部は陰になってレーザ光が届かず、レール腹部の位置を正確に把握することができない、という問題があった。

また、レール頭部を計測したデータからレールの三次元位置を特定することも考えられる。しかしながら、レール頭部は車輪との接触で磨かれているため、レーザ計測光が鏡面反射を起こし、レーザスキャナに十分な反射光が戻らず精度のよい計測を行うことができない、という問題があった。

なお、レーザスキャナを車両に固定したとしても、レールのカーブ、走行時の列車の左右の揺れにより、レールの位置は車両やレーザスキャナに対して変動するため、やはり、その位置を精度よく計測しなければならない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レールの三次元位置を精度よく計測することができるレール位置計測装置を提供す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、計測車両によりレールの三次元位置を計測するレール位置計測装置であって、前記計測車両に搭載され、前記計測車両の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置と、前記レールの側面のうち少なくとも腹部および底部にレーザ光を照射可能に前記計測車両に搭載され、前記レールの三次元位置を計測するためのセンサであるレーザスキャナと、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、レールの三次元位置を精度よく計測することができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係るレール位置計測装置を搭載した計測車両の一構成例を示す側面図 図１に示した実施の形態１に係る計測車両を用いて鉄道車両が走行するレールの計測を行う場合の一例を示す図 図１に示した実施の形態１に係る計測車両の他の構成例を示す図 図３に示した計測車両を軌陸トラックに搭載する場合の一構成例を示す図 実施の形態１に係るレール位置計測装置を鉄道車両に搭載した場合の一構成例を示す図 実施の形態１に係るレール位置計測装置を鉄道車両に搭載した場合の他の構成例を示す図 レーザスキャナの自動位置調整機能が付加された実施の形態１に係るレール位置計測装置の機能構成を示すブロック図 レーザスキャナの自動位置調整を基台調整装置で実現する場合の実施の形態１に係るレール位置計測装置の機能構成を示すブロック図 脱線防止ガードがレーザスキャナの照射位置に及ぼす影響について説明する図 脱線防止ガードが一方のレール側のみに設けられている場合の好ましいレーザ光源位置を説明する図 実施の形態３に係るレール位置計測装置の機能構成の一例を示すブロック図 実施の形態３に係るレール位置計測装置の機能構成の他の例を示すブロック図 脱線防止ガードが存在する場合のレーザ照射位置を更に詳細に分析するための図 図１３に示したレーザ照射位置Ｖｈを更に詳細に考察した図 図１３に示したレーザ照射位置Ｖｌを更に詳細に考察した図 レール腹部の計測範囲とレーザ照射位置の高さの範囲との関係を示す図 レール底部の計測範囲とレーザ照射位置の高さの範囲との関係を示す図 主要レールに対する変数ａ，ｃ，ｄの値の一例を示す図 脱線防止ガードに対する変数ｂ，ｅの値の一例を示す図 図２２から図２４に示す計算結果の元となるレール断面の形状を示す図 図１８および図１９の変数値での変数ｆ値の一例を示す図 計測範囲ｈａ，ｈｂの計算結果の一例（標準軌、６０ｋｇレール）を示す図 計測範囲ｈａ，ｈｂの計算結果の一例（標準軌、５０ｋｇＮレール）を示す図 計測範囲ｈａ，ｈｂの計算結果の一例（狭軌、５０ｋｇＮレール）を示す図 図２２から図２４の各図における計測範囲ｈａと計測範囲ｈｂとの和を対比する図 ｈａ＝ｈｂとなるＨｖの値およびｈａ＋ｈｂが最大となるＨｖの値を示す図 レール腹部および底部を計測する際のレーザ照射位置を計測点数の観点から考察した図 光路角φ１，φ２の計算結果の一例（標準軌、６０ｋｇレール）を示す図 光路角φ１，φ２の計算結果の一例（標準軌、５０ｋｇＮレール）を示す図 光路角φ１，φ２の計算結果の一例（狭軌、５０ｋｇＮレール）を示す図 図２８から図３０の各図における光路角φ１と光路角φ２との和を対比する図 φ１＝φ２となるＨｖの値およびφ１＋φ２が最大となるＨｖの値を示す図 レール腹部およびレール底部において各２点以上の計測が可能なレーザ照射位置の計算結果を示す図 実施の形態３に係るレール位置計測装置の他の構成例を示す図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るレール位置計測装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレール位置計測装置を搭載した計測車両１の一構成例を示す図であり、計測車両１を側面から見た図である。図１に示すように、実施の形態１に係る計測車両１では、車両１０の上部には支持部１１を介して保持される天板１２が設けられ、天板１２の上部には３台のＧＰＳ受信機１８と、慣性センサ１９とが搭載されている。天板１２は、ＧＰＳ受信機１８および慣性センサ１９の搭載位置ならびに、後述するレーザスキャナ１６の位置の基準となる台部（以下、必要に応じて「基台部」と称する）を構成する。

また、車両１０の後方側には、レーザスキャナ１６を搭載するための側板１４が設けられている。側板１４は、延長天板１３を介して天板１２に連結されることで固定され、天板１２と共に計測車両１における基台部を構成する。

側板１４には、図示の太い両矢印線で示される方向、すなわち上下方向に可動可能に構成されるスライド部１５が設けられ、このスライド部１５にレーザスキャナ１６が搭載される。すなわち、スライド部１５には、レーザスキャナ１６の搭載位置を変更可能な可動機構が設けられ、レーザスキャナ１６は、搭載位置をスライド部１５によって上下方向に変更することが可能な構成になっている。なお、スライド部１５に設けられる可動機構は、どのような実現手段または実現手法を用いて構築してもよく、手段手法の差異は問わない。

上記の構成に加え、車両１０には、データ記憶部３０を具備するデータ処理部２０および、オドメータ２２が搭載されている。

つぎに、レール位置計測装置における各部の機能について説明する。なお、ここでいうレール位置とは、レールの三次元空間における位置を把握可能な三次元座標系上の位置を意味するものとする。ただし、レールの三次元座標系上の位置を把握するための情報には、レールの断面形状を把握するための２次元座標系上の位置情報も含まれるものとする。

ＧＰＳ受信機１８、慣性センサ１９、オドメータ２２および速度検出装置２１は、測位センサの一例である。

ＧＰＳ受信機１８は、測位衛星であるＧＰＳ衛星からの測位信号を受信する。ＧＰＳ受信機１８は、測位信号に設定されている航法メッセージおよび測位信号の搬送波位相の情報を測位情報の一例であるＧＰＳデータとして受信時刻または計測時刻毎にデータ処理部２０のデータ記憶部３０に記憶する。また、ＧＰＳ受信機１８は、３台を天板１２上に三角形状に配置して搭載し、天板１２の三次元の位置と姿勢（向き・傾き）とを算出する。なお、ＧＰＳ受信機１８は他のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）の衛星から測位信号を受信する受信機でもよい。

慣性センサ１９は、停止中または走行中において、計測車両１の三次元姿勢角の角速度の微小変異を計測し、計測データを計測時刻毎にデータ記憶部３０に記憶する。

オドメータ２２は、車輪１７の回転数を計数して計測車両１の走行速度の微小変位量を計測し、計測データを計測時刻毎にデータ記憶部３０に記憶する。

速度検出装置２１は、計測車両１の走行速度を検出する装置である。後述の実施の形態のように、計測車両１をトラックに載せて計測する場合、オドメータ２２では走行速度を計測することはできない。このため、オドメータ２２が使用できない場合、速度検出装置２１を使用して計測車両１の走行速度を検出し、検出データを検出時刻毎にデータ記憶部３０に記憶する。

レーザスキャナ１６は、計測対象物であるレールの三次元位置を計測するためのセンサであり、図示の細い矢印線で示すように、進行方向に直交する面内をスキャンすることができる。あるいは照射方向を進行方向に直交する面から当該進行方向に向けて予め設定された角度範囲内の任意の角度傾けた面内をスキャンするようにもできる。計測車両１の走行中、レーザスキャナ１６は、レーザ光を照射し、計測対象であるレールから反射したレーザ光を受光し、レーザ光の照射から受光までの時間とレーザ光の照射方向とに基づいて、レーザ光が照射された照射点毎にレーザスキャナ１６からの距離および方位を距離方位点として計測する。すなわち、距離方位点は、計測対象物に対する計測車両１からの距離および方位を表している。レーザスキャナ１６は、計測した複数の距離方位点からなる距離方位点群を計測時刻または取得時刻毎にデータ記憶部３０に記憶する。

図２は、図１に示した実施の形態１に係る計測車両１を用いて鉄道車両が走行するレールの計測を行う場合の一例を示す図である。実施の形態１に係る計測車両１を用いて、レール３の形状を計測する場合、図２に示すように、軌陸トラック２に計測車両１を搭載することで行うことができる。軌陸トラック２は、道路を走行できるように車輪４を備えているが、レール３を走行する場合には、車輪４の接地面よりも鉄輪５の接地面を低くすることで、レール３を走行することができる。なお、計測車両１を軌陸トラック２に搭載する場合、レーザスキャナ１６の搭載位置が高くなるが、実施の形態１の計測車両１ではスライド部１５を備えており、スライド部１５によって、レール面を基準とするレーザスキャナ１６の搭載位置を変更することができる。

図３は、図１に示した実施の形態１に係る計測車両１の他の構成例を示す図である。図１に示す例では、レーザスキャナ１６の搭載位置を上下方向に変更する機能をスライド部１５に持たせていたが、図３に示す例では、車両１０と天板１２との間に設けた基台位置調整装置２４に持たせている。基台位置調整装置２４を上下方向に伸縮させることにより、天板１２を上下方向に可動できるので、延長天板１３を介して天板１２に連結されている側板１４を上下方向に可動することができ、レーザスキャナ１６の搭載位置を変更することができる。

図３の構成によれば、支持部１１および、スライド部１５を省略できるという効果がある。また、基台位置調整装置２４を有することにより、レーザスキャナ１６の搭載位置を変更しても、レーザスキャナ１６の搭載位置と、計測車両１の位置および姿勢を計測するための測位センサであるＧＰＳ受信機１８および慣性センサ１９との間の相対位置関係は不変であるため、レーザスキャナ１６の搭載位置の変更が計測精度に与える影響を小さくできるという効果がある。

図４は、図３に示した計測車両１を軌陸トラック２に搭載する場合の一構成例を示す図である。図４に示す構成とすることにより、レール３の形状を計測することが可能となる。

図５は、実施の形態１に係るレール位置計測装置を鉄道車両７に搭載した場合の一構成例を示す図である。図５の構成によれば、図１に示す計測車両１と同様に、レーザスキャナ１６の搭載位置変更機能を、スライド部１５によって実現することができる。

図６は、実施の形態１に係るレール位置計測装置を鉄道車両７に搭載した場合の他の構成例を示す図である。図６の構成によれば、図３に示す計測車両１と同様に、レーザスキャナ１６の搭載位置変更機能を、基台位置調整装置２４によって実現することができる。

つぎに、実施の形態１に係るレール位置計測装置における要部機能について説明する。図７は、レーザスキャナ１６の自動位置調整機能が付加された実施の形態１に係るレール位置計測装置の機能構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る自動位置調整機能は、図７に示すように、基台部４０と、データ処理部２０に設けられた演算部３２とによって、実現することができる。

基台部４０の機能は、図７に示すように、位置姿勢計測装置４２、レーザスキャナ１６および、レーザ位置調整装置４４という３つの機能に区分することができる。図７において、位置姿勢計測装置４２は、計測車両１の三次元の位置と姿勢角を把握するための機能であり、図１で例示したＧＰＳ受信機１８および慣性センサ１９を使用することで実現できる。レーザ位置調整装置４４は、レーザスキャナ１６の位置を空間に対して上下方向に変更できればよく、図１に示したスライド部１５によって実現することができる。

また、演算部３２の機能は、位置算出部３２１、線路検出部３２２、脱線防止ガード検出部３２３およびレーザ位置算定部３２４に区分することができる。レーザスキャナ１６による計測結果は、データ記憶部３０に入力されると共に、位置算出部３２１、線路検出部３２２および脱線防止ガード検出部３２３にも入力される。

位置算出部３２１は、レーザスキャナ１６による計測情報からレール３に対するスキャナ位置を算出する。計測車両１が軌陸トラック２に搭載されている場合、例えば計測車両１が常に同一のものに搭載されるとは限らない。また、軌陸トラック２の搭載部が水平でない場合も有り得る。このため、レーザスキャナ１６による計測情報を使用してレール３に対するスキャナ位置を算出することが好ましい。

線路検出部３２２は、レーザスキャナ１６による計測情報からレール３の軌間の距離を算出する。ただし、軌間のずれ幅の精度がレーザスキャナ１６の位置に影響を及ぼさない範囲内であれば、軌間の算出は不要である。

レール３には、後述の図９などに示されるように脱線防止ガードが設けられる場合がある。脱線防止ガード検出部３２３は、レーザスキャナ１６による計測情報から脱線防止ガードの有無を検出する。なお、脱線防止ガードを有さない路線もあり、また、同一路線でも、脱線防止ガードを有する区間と有さない区間とがあり、脱線防止ガードを有する区間が予め分かっている場合には、脱線防止ガード検出部３２３を設けなくてもよい。

レーザ位置算定部３２４は、少なくとも位置算出部３２１の算出結果に基づき、また、必要であれば線路検出部３２２および脱線防止ガード検出部３２３のうちの少なくとも一つの算出結果を併用して、レール３の計測に適した基台部４０上でのレーザスキャナ１６を配置すべき位置（以下、必要に応じて「スキャナ位置」と称する）を計算すると共に、レーザスキャナ１６の移動量またはスキャナ位置を計算し、計算結果をレーザ位置調整装置４４に伝達する。レーザ位置調整装置４４は、伝達されたレーザスキャナ１６の移動量またはスキャナ位置の情報に基づいて、レーザスキャナ１６の位置を制御する。

図８は、レーザスキャナ１６の自動位置調整を基台位置調整装置２４で実現する場合の実施の形態１に係るレール位置計測装置の機能構成を示すブロック図である。基台位置調整装置２４を有する構成の場合には、基台位置調整装置２４がレーザ位置調整装置４４の機能を担う。また、図８での演算部３２に示すように、図７では設けられていたレーザ位置算定部３２４に代えて、基台位置算定部３２５が設けられている。すなわち、基台位置算定部３２５は、レーザ位置算定部３２４の機能を担う構成部である。なお、演算部３２において、他の構成部は、図７と同一または同等であり、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

基台位置算定部３２５は、少なくとも位置算出部３２１の算出結果に基づき、また、必要であれば線路検出部３２２および脱線防止ガード検出部３２３のうちの少なくとも一つの算出結果を併用して、基台部４０上でのレーザスキャナ１６の位置を計算すると共に、天板１２の移動量または移動位置を計算し、計算結果を制御情報として基台位置調整装置２４に伝達する。基台位置調整装置２４は、伝達された天板１２の移動量または移動位置の情報に基づいて、天板１２の位置を制御する。

つぎに、実施の形態１に係るレール位置計測装置がレール３の位置を計測する際のレーザスキャナ１６の照射位置に関し、幾つかの図面を参照して幾何学的な観点での考察を行う。

図９は、脱線防止ガード９がレーザスキャナ１６の照射位置に及ぼす影響について説明する図である。図９において、上部側に示される丸印は、レーザスキャナ１６の位置（以下「レーザ光源位置」と称する）を示している。レーザ光源位置は、一方のレール３と他方のレール３との間の中間点（以下「軌道中心」と称する）からの鉛直線Ｐ上にある高さＨの点にある。なお、高さＨは、一方のレール３と他方のレール３とを結ぶ平面であるレール面Ｍ１と、レーザ光源位置Ｖｋを含みレール面Ｍ１と平行なレーザ光源位置平面Ｍ２との間の距離である。

また、図示のように、一方のレール３と他方のレール３との間には、脱線防止ガード９が設けられている。ここで、レールの側面を、頭部、腹部および底部と区分するとき、脱線防止ガード９が存在する場合には、レールの側面のうちの腹部（以下「レール腹部」もしくは単に「腹部」と称する）、および、レールの側面のうちの底部（以下「レール底部」もしくは単に「底部」と称する）にレーザ光が届くように、レーザ照射位置を調節する必要がある。ここで、直線Ｋ１は、レール腹部の最高点を計測する場合のレーザ光路を示し、直線Ｋ２は、レール底部の最低点を計測する場合のレーザ光路を示している。すなわち、図９は、脱線防止ガード９が設けられていても、レール腹部およびレール底部を計測可能なレーザ照射位置が存在することを意味している。

以上説明したように、実施の形態１に係るレール位置計測装置によれば、レーザスキャナの位置を上下方向に可動させる可動機構を設けたので、レール腹部およびレール底部を計測可能な位置にレーザスキャナを移動させることができ、レールの位置および形状を精度よく計測することが可能となる。

また、実施の形態１に係るレール位置計測装置によれば、レーザスキャナの計測情報に基づいて、レーザスキャナの位置を演算し、当該演算結果に基づいて、レーザスキャナの位置を調整可能に構成したので、計測車両の走行中にレーザスキャナの位置を調整することができ、レール位置の計測を効率よく行うことが可能となる。

なお、レーザスキャナを上下方向に可動させる可動機構は、レーザスキャナが直接搭載されている構造物に上下方向のスライド機構を設ける構成であってもよい。

また、レーザスキャナを上下方向に可動させる可動機構は、レーザスキャナが搭載されている構造物に連結されていて、測位センサを搭載している構造物を上下方向に可動可能に構成される調整装置であってもよい。

実施の形態２．
つぎに、実施の形態２に係るレール位置計測装置について説明する。実施の形態１に係るレール位置計測装置は、レーザスキャナ１６の自動位置調整をレーザスキャナ１６の搭載面に沿った上下方向にのみ行う構成であったが、実施の形態２に係るレール位置計測装置では、当該上下方向に加えて、搭載面に沿った水平方向、すなわち、進行方向および上下方向の双方に直交する方向への可動機構を設けたものである。なお、実施の形態２に係るレール位置計測装置の基本的な構成は図１および図５に示したものと同等であり、実施の形態２に係るレール位置計測装置の機能は図７に示したものと同等である。

図１０は、脱線防止ガード９が一方のレール側のみに設けられている場合の好ましいレーザ光源位置を説明する図である。図１０と図９との比較から明らかなように、脱線防止ガード９が一方のレール側のみに設けられている場合には、脱線防止ガード９が存在する側にレーザスキャナ１６を配置することが好ましい。図１０の例では、軌道中心上の鉛直線Ｐから脱線防止ガード９が存在する側に距離Ｄだけ移動させた位置にレーザスキャナ１６を配置している。この場合、レール底部の最低点を計測する際のレーザ光路である直線Ｋ４は、脱線防止ガード９の角部であるＢ点に遮られる影響が図９の場合よりも小さくなるので、レール底部に対する照射点を多くすることで照射密度を高めることができ、より精度のよい計測が可能となる。ただし、距離Ｄをあまり大きくしてしまうと、レーザ光源位置Ｖｋとレール頭部側面の最下部点であるＡ点とを結ぶレーザ光路である直線Ｋ３の角度が深くなって、レール腹部に対する照射点が少なくなるので好ましくない。なお、このことは、裏を返せば、レーザ光源位置Ｖｋは、レール３と脱線防止ガード９との間の距離、脱線防止ガード９の高さ、レール３の頭部、腹部および底部の形状に基づいて、レーザ光源位置Ｖｋを決定すればよい、ということを意味するものである。

なお、実施の形態２に係るレール位置計測装置における水平方向への可動機構とは直接的には関係しないが、１台のレーザスキャナの位置を変更し複数回に亘って計測することが考えられる。しかしながら、１台のレーザスキャナで複数回計測する場合、ＧＰＳ誤差の影響を受けやすくなり、測位センサとしてＧＰＳ受信機を用いる場合には、好ましくない。

また、１台のレーザスキャナで複数回計測する場合の対比例として、例えば搭載位置を異ならせた２台のレーザスキャナを用いて一度に計測することが考えられる。しかしながら、２台のレーザスキャナを使用するためコストアップになり、コスト的には好ましくない。また、２台のレーザスキャナを用いる場合、２台のレーザスキャナ間の取付誤差の影響が大きく表れる場合があり、取付誤差の影響を受けないようにアライメントを正確にとる必要があるという欠点がある。したがって、実施の形態２のように、１台のレーザスキャナを水平方向の好ましい位置に配置し、１台のレーザスキャナで１度に計測することが、より好ましい実施形態であると言える。

以上説明したように、実施の形態２に係るレール位置計測装置によれば、レーザスキャナを上下方向、ならびに、当該上下方向および進行方向の双方に直交する方向に可動させる可動機構を設けたので、例えば脱線防止ガードが片側に設けられる場合であっても、脱線防止ガードが設けられる側のレールと、脱線防止ガードが設けられない側のレールとの間で、レール底部およびレール腹部に対する照射密度を好適に配分することができ、レールの位置を精度よく、且つ、効果的に計測することが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、実施の形態３に係るレール位置計測装置について説明する。図１１は、実施の形態３に係るレール位置計測装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図１１に示す構成は、図７に示す機能ブロックに対応している。なお、図１１に示す機能を有するレール位置計測装置の基本構成は、図１および図５に示したものと同等である。

図１１に示す機能構成における図７との相違点は、データ処理部２０の構成および、基台部４０とデータ処理部２０との間のデータ授受の流れである。図１１において、演算部３２には、位置算出部３２１、線路検出部３２２および脱線防止ガード検出部３２３を有する構成に代えて、位置情報処理部３２７が設けられている。また、データ処理部２０には、線路データを保持する線路データベース３２６が設けられている。なお、基台部４０の構成は、図７と同一または同等であり、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

線路データベース３２６には、走行路線における、線路位置での軌間情報および、脱線防止ガードの有無の情報を含む線路データが格納されている。位置情報処理部３２７は、位置姿勢計測装置４２の計測情報に基づいて、レーザスキャナ１６がスキャンを行っている現在位置を算出し、算出結果をレーザ位置算定部３２４に出力する。レーザ位置算定部３２４は、線路データベース３２６を参照し、現在の計測位置での軌間情報、脱線防止ガードの有無の情報を得て、レール３を計測する際のレーザスキャナ１６の好ましい配置位置を算出し、算出した配置位置の情報をレーザ位置調整装置４４に出力する。レーザ位置調整装置４４は、レーザスキャナ１６が算出された好ましい配置位置に配置されるようにレーザスキャナ１６を可動制御する。なお、好ましい配置位置として、実施の形態１のレール位置計測装置では、上下方向の移動のみが考慮されるが、実施の形態３のレール位置計測装置では、上下方向に加えて水平方向の移動も考慮されることは言うまでもない。

図１２は、実施の形態３に係るレール位置計測装置の機能構成の他の例を示すブロック図である。図１２に示す構成は、図８に示す機能ブロックに対応している。また、図１２に示すデータ処理部２０の構成の図１１との相違点は、演算部３２におけるレーザ位置算定部３２４が基台位置算定部３２５に置き換えられている点である。基台位置算定部３２５は、線路データベース３２６を参照し、現在の計測位置での軌間情報、脱線防止ガードの有無の情報を得て、レール３を計測する際のレーザスキャナ１６の好ましい配置位置を算出すると共に、算出された好ましい配置位置にレーザスキャナ１６を移動させるための基台位置情報を算出して基台位置調整装置２４に出力する。基台位置調整装置２４は、レーザスキャナ１６が、好ましい配置位置に配置されるように天板１２を可動制御する。

以上説明したように、実施の形態３に係るレール位置計測装置によれば、線路位置での軌間情報および、脱線防止ガードの有無の情報を含む線路データに基づいて、レーザスキャナの好ましい配置位置を算出することとしたので、レール腹部およびレール底部を計測可能な位置にレーザスキャナを移動させることができ、レールの位置および形状を精度よく計測することが可能となる。

また、実施の形態３に係るレール位置計測装置によれば、線路データを利用する構成としたので、演算部の構成を実施の形態１または実施の形態２のものよりもコンパクトにすることができ、演算部の処理速度を上げることで、計測精度に与える影響を軽減できるという効果が得られる。

なお、以上の実施の形態１から３に示した構成は、本発明の構成の一例であり、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、一部を省略し一部を組み合わせる等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

この段落以降は、脱線防止ガード９が存在する場合のレーザ照射位置について、更なる幾何学的考察を加える。図１３は、脱線防止ガード９が存在する場合のレーザ照射位置を考察した図である。図１３において、図１０と同一または同等の要素には同一符号を付して示している。

図１３において、Ａ点はレール頭部側面の最下部点であり、Ｂ点は脱線防止ガード９におけるレール側上部角点であり、Ｃ点はレール底部側面の最上部点である。ここで、直線Ｋ５の延長線上にあるＶｈ点は、レール底部側面の最上部点Ｃを計測できるレーザ光路上にあって、高さＨｈを有するレーザ照射位置を表し、直線Ｋ６の延長線上にあるＶｌ点は、レール底部側面の最上部点Ｃを計測できるレーザ光路上にあって、高さＨｌを有するレーザ照射位置を表している。したがって、レーザ照射位置Ｖｈ点の高さＨがＨｈ以上だと、レール腹部が計測できないことを意味し、レーザ照射位置Ｖｌ点の高さＨがＨｌ以下だと、レール底部が計測できないことを意味する。

上記のような、レーザ照射位置Ｖｈ点およびレーザ照射位置Ｖｌ点を把握した上で、レール腹部の輪郭線Ｌ１およびレール底部の輪郭線Ｌ２に対し、ともに同程度の長さの範囲で計測点が得られるようにすれば、レール断面における高さ方向および幅方向ともに正確な位置合わせができ、計測精度の向上が可能となる。

なお、レール腹部の輪郭線Ｌ１の全長において、レール底部側面の最上部点Ｃから５０％以上の計測点が得られれば、レール腹部の輪郭線Ｌ１の推定が可能である。また、レール底部側面の最上部点Ｃから７０％以上の計測点が得られれば、レール腹部の輪郭線Ｌ１の推定を精度よく行うことができる。なお、レール腹部の輪郭線Ｌ１において、直線部と見なされる図示の太線部分をレール腹部の輪郭線Ｌ１の全長とすることが可能である。

また、レール底部の輪郭線Ｌ２の全長において、レール底部側面の最上部点Ｃから５０％以上の計測点が得られれば、レール腹部の輪郭線Ｌ２の推定が可能である。また、レール底部側面の最上部点Ｃから７０％以上の計測点が得られれば、レール腹部の輪郭線Ｌ２の推定を精度よく行うことができる。なお、レール腹部と同様に、レール底部の輪郭線Ｌ２において、直線部と見なされる図示の太線部分をレール底部の輪郭線Ｌ２の全長とすることが可能である。

図１４は、図１３に示したレーザ照射位置Ｖｈを更に詳細に考察した図である。図１４において、直線Ｋ７の延長線上にあるＶｈ点は、一点鎖線で示す軌道中心上の鉛直線Ｐ上に位置し、レール底部側面の最上部点Ｃを計測できるレーザ光路上にある最も高い位置にあるレーザ照射位置を意味している。ここで、レール底部側面の最上部点Ｃとレール頭部側面の最下部点Ａとの間のレール幅方向の距離をｄ、レール頭部側面の最下部点Ａとレール面Ｍ１との間の鉛直方向の距離をａ、レール底部側面の最上部点Ｃとレール面Ｍ１との間の鉛直方向の距離をｃ、レール間の距離（以下「軌間距離」と称する）をＧ、レーザ照射位置の高さをＨｈとする。このとき、レーザ照射位置の高さＨｈは、これらｄ，ａ，ｃ，Ｇ，Ｈｈを用いて、次式のように表すことができる。

Ｈｈ＝｛（ｃ−ａ）・（Ｇ／２）／ｄ｝−ａ …（１）

図１５は、図１３に示したレーザ照射位置Ｖｌを更に詳細に考察した図である。図１５において、図１３および図１４に示す内容と同一または同等のものは、同一の符号を付して示している。図１５において、直線Ｋ８の延長線上にあるＶｌ点は、軌道中心上の鉛直線Ｐ上に位置し、レール底部側面の最上部点Ｃを計測できるレーザ光路上にある最も低い位置にあるレーザ照射位置を意味している。ここで、脱線防止ガード９におけるレール側上部角点Ｂを通り、レール面Ｍ１に平行な平面を脱線防止ガード面Ｍ３とし、レール面Ｍ１と脱線防止ガード面Ｍ３との間の距離をｂ、レール頭部側面の最下部点Ａとレール側上部角点Ｂとの間の距離をｅとする。そうすると、レーザ照射位置Ｖｌの高さＨｌは、図１４で定義したｄ，ｃ，Ｇおよび、ここで定義したｂ，ｅを用いて、次式のように表すことができる。

Ｈｌ＝｛（ｂ＋ｃ）・（Ｇ／２−ｅ）／（ｄ＋ｅ）｝＋ｂ …（２）

図１６は、レール腹部の計測範囲とレーザ照射位置の高さの範囲との関係を示す図である。図１６において、図１３から図１５までの何れかの図に示す内容と同一または同等のものは、同一の符号を付して示している。図１６において、Ｒａ点は、レール腹部の計測範囲をｈａとしたときのレール底部側面の最上部点Ｃからｈａの高さにある点である。また、このＲａ点と、レール頭部側面の最下部点Ａとを結ぶ直線Ｋ９の延長線上にあり、且つ、軌道中心上の鉛直線Ｐ上にある高さＨｖの点Ｖは、計測範囲がｈａとなるレーザ照射位置を意味している。そうすると、レール腹部における計測範囲ｈａは、図１３から図１５までの何れかの図で定義したｄ，Ｇ，Ｈｈおよび、ここで定義したレーザ照射位置Ｖの高さＨｖを用いて、次式のように表すことができる。

ｈａ＝（Ｈｈ−Ｈｖ）・ｄ／（Ｇ／２） …（３）

図１７は、レール底部の計測範囲とレーザ照射位置の高さの範囲との関係を示す図である。図１７において、図１３から図１５までの何れかの図に示す内容と同一または同等のものは、同一の符号を付して示している。図１７において、Ｒｂ点は、レール底部の計測範囲をｈｂとしたときのレール底部側面の最上部点Ｃからｈｂの距離にある点である。また、このＲｂ点と、脱線防止ガード９におけるレール側上部角点Ｂと、を結ぶ直線Ｋ１０の延長線上にあり、且つ、軌道中心上の鉛直線Ｐ上にある高さＨｖの点Ｖは、計測範囲がｈｂとなるレーザ照射位置を意味している。ここで、レール底部の輪郭線Ｌ３と、レール側上部角点Ｂを通り、輪郭線Ｌ３に平行な直線Ｌ４との間の距離をｆとし、直線Ｋ８と直線Ｋ１０との間の成す角のうちの小さい方の角をθとする。このとき、レール底部における計測範囲ｈｂは、図１３から図１７までの何れかの図で定義したｂ，Ｇ，Ｈｌおよび、ここで定義したレーザ照射位置Ｖの高さＨｖを用いて、次式のように表すことができる。

ｈｂ≒ｆθ
θ＝ｔａｎ^−１｛（Ｈｖ−ｂ）／（Ｇ／２−ｅ）｝
−ｔａｎ^−１｛（Ｈｌ−ｂ）／（Ｇ／２−ｅ）｝ …（４）

図１８は、主要レールに対する変数ａ，ｃ，ｄの値の一例を示す図である。図１８では、主要レールを、新幹線用の６０ｋｇレール、在来線用の５０ｋｇＮレールとしている。なお、図１８に示す数値は、レール断面の規格値に含まれる任意の数値を設定したものであり、本発明が、これらの数値に限定されるものではないことは言うまでもない。以下の数値例においても同様である。

図１９は、脱線防止ガードに対する変数ｂ，ｅの値の一例を示す図である。図２０は、図２２から図２６までの各図に示す計算結果の元となるレール断面の形状を示す図である。図２１は、図１８および図１９の変数値での変数ｆ値の一例を示す図である。図２０にも示すように、レール断面の中心線Ｐ１から測ったレール頭部側面の最下部点Ａまでの距離を３２．５ｍｍとし、また、レール底部輪郭線Ｌ３の傾きを、６０ｋｇレールでは１：４、５０ｋｇＮレールでは１：１．２７５として以下の計算を行っている。

図２２から図２５は、図１８から図２１までの各図に示す数値例を用いてｈａ，ｈｂおよびＨｖの計算を行った場合の計算結果を示す図（グラフ）であり、図２２は標準軌、６０ｋｇレールでの計測範囲ｈａ，ｈｂ（図１６、１７参照）を示し、図２３は標準軌、５０ｋｇＮレールでの計測範囲ｈａ，ｈｂを示し、図２４は狭軌、５０ｋｇＮレールでの計測範囲ｈａ，ｈｂを示している。これらのうち図２２から図２４の各図では、横軸にはレーザ照射位置Ｈｖをとり、縦軸には計測範囲ｈａ（太実線），ｈｂ（細実線）を示している。また、図２５では、図２２から図２４の各図における計測範囲ｈａと計測範囲ｈｂとの和を対比する形で示している。

図２２から図２４までの各図に示されるように、計測範囲ｈａと計測範囲ｈｂとの間には相反する関係、すなわち一方が増加すれば他方が減少し、一方が減少すれば他方が増加する関係にある。したがって、計測範囲ｈａと計測範囲ｈｂとの間には、ｈａ＝ｈｂとなるＨｖの値が存在し、また、図２５に示すように、両者の和（＝ｈａ＋ｈｂ）が最大となるＨｖの値が存在する。図２６は、それらの値を表形式で示したものであり、（１）がｈａ＝ｈｂとなる高さＨｖの値であり、（２）がｈａ＋ｈｂが最大となる高さＨｖの値である。

上記（１）および（２）共に、適切なレーザ照射位置を与える一例であるが、双方共に利点がある。

（１）の例、すなわちｈａ＝ｈｂとなるＨｖの値を選定した場合には、レール断面のレール底部における水平方向の輪郭線と、レール断面のレール腹部における上下方向の輪郭線とが同程度の長さに渡って計測点が得られるため、レールの上下方向（鉛直方向）および左右方向（水平方向）の位置合わせに有効である。例えば、レール腹部における上下方向の輪郭線部分だけでは、縦に連なった計測点が得られ、左右方向の位置は明確に定まるが、上下方向が定まらない場合が出てくる。逆に、レール底部における水平方向の稜線部分だけでは、横に連なった計測点が得られ、上下方向の位置は明確に定まるが、左右方向が定まらない場合が出てくる。また、一方だけ短いと計測点も少なく、ノイズの影響を受け易くなる。このことから明らかなように、ｈａ＝ｈｂとなるＨｖの値を選定すれば、横方向と縦方向のバランスがよくなり、位置合わせが容易となり、ノイズにも強いという効果が得られる。

また、（２）の例、すなわちｈａ＋ｈｂが最大となるＨｖの値を選定した場合には、より多くの計測点が得られることを意味する。計測点が多い程、位置合わせが容易となり、ノイズにも強くなるため、計測精度が向上するという効果が得られる。

図２７は、レール腹部および底部を計測する際のレーザ照射位置を計測点数の観点から考察した図である。図２７において、図１３から図１７までの何れかの図に示す内容と同一または同等のものは、同一の符号を付して示している。図２７において、Ｒｃ点は、レーザ照射位置Ｖとレール頭部側面の最下部点Ａとを結ぶ直線Ｋ１１がレール３の腹部と交わる点であり、Ｒｄ点は、レーザ照射位置Ｖとレール側上部角点Ｂとを結ぶ直線Ｋ１２がレール３の底部と交わる点である。ここで、レーザ照射位置Ｖとレール底部側面の最上部点Ｃとを結ぶ直線をＫ１３とし、直線Ｋ１３と直線Ｋ１１とのなす角（以下「光路角」と称する）をφ１、直線Ｋ１３と直線Ｋ１２とのなす角をφ２とすると、これらの光路角φ１，φ２は、次式のように表すことができる。

φ１＝ｔａｎ^−１｛（Ｇ／２）／（Ｈｖ＋ａ）｝
−ｔａｎ^−１｛（Ｇ／２＋ｄ）／（Ｈｖ＋ｃ）｝ …（５）

φ２＝ｔａｎ^−１｛（Ｇ／２＋ｄ）／（Ｈｖ＋ａ）｝
−ｔａｎ^−１｛（Ｇ／２−ｅ）／（Ｈｖ−ｃ）｝ …（６）

レーザスキャナからは一定の角度間隔でレーザ光が照射されるため、光路角に比例した計測点が得られることになる。

図２８から図３１は、図１８から図２１までの各図に示す数値例を用いて光路角φ１，φ２およびＨｖの計算を行った場合の計算結果を示す図（グラフ）であり、図２８は標準軌、６０ｋｇレールでの光路角φ１，φ２（図２７参照）を示し、図２９は標準軌、５０ｋｇＮレールでの光路角φ１，φ２を示し、図３０は狭軌、５０ｋｇＮレールでの光路角φ１，φ２を示している。これらのうち図２８から図３０の各図では、横軸にはレーザ照射位置Ｈｖをとり、縦軸にはφ１（太実線），φ２（細実線）を示している。また、図３１では、図２８から図３０の各図における光路角φ１と光路角φ２との和を対比する形で示している。

図２８から図３０までの各図に示されるように、光路角φ１と光路角φ２との間には相反する関係、すなわち一方が増加すれば他方が減少し、一方が減少すれば他方が増加する関係にある。したがって、光路角φ１と光路角φ２との間には、φ１＝φ２となるＨｖの値が存在し、また、図３１に示すように、両者の和（＝φ１＋φ２）が最大となるＨｖの値が存在する。図３２は、それらの値を表形式で示したものであり、（３）がφ１＝φ２となる高さＨｖの値であり、（４）がφ１＋φ２が最大となる高さＨｖの値である。

上記（３）および（４）共に、適切なレーザ照射位置を与える一例であるが、図２２から図２５において示した計測範囲ｈａ，ｈｂと同様に以下の利点がある。

（３）の例、すなわちφ１＝φ２となるＨｖの値を選定した場合には、レール底部側面の最上部点Ｃを基準として、レール腹部側を見通す角度と、レール底部側を見通す角度とが等しくなるので、レール腹部とレール底部とで同程度の計測点が得られるため、レールの上下方向（鉛直方向）および左右方向（水平方向）の位置合わせに有効であり、また、横方向と縦方向のバランスがよくなって位置合わせが容易となり、ノイズにも強いという効果が得られる。

また、（４）の例、すなわちφ１＋φ２が最大となるＨｖの値を選定した場合には、レール腹部およびレール底部を見通す角度が最大となるため、より多くの計測点が得られることとなり、計測点が多い分、ノイズ強度が高くなり、計測精度が向上するという効果が得られる。

図３３は、レール腹部およびレール底部において各２点以上の計測が可能なレーザ照射位置の計算結果を示す図である。レール腹部およびレール底部共に各２点以上の計測点を得るためには、光路角φ１，φ２をそれぞれ０．１４４°以上に設定する必要がある。よって、１周３６０°で、例えば５０００点を計測するレーザスキャナを使用し、例えば図１８から図２１までの各図に示す数値例のレールを想定すると、図３３に示すように、標準軌、６０ｋｇレールでは、１００６ｍｍ以上、２３３９ｍｍ以下の範囲にレーザ照射位置を設定し、標準軌、５０ｋｇＮレールでは、８７３ｍｍ以上、１９５５ｍｍ以下の範囲にレーザ照射位置を設定し、狭軌、５０ｋｇＮレールでは、６１９ｍｍ以上、１５０９ｍｍ以下の範囲にレーザ照射位置を設定すればよいことが示されている。

図３４は、実施の形態３に係るレール位置計測装置の他の構成例を示す図である。図３４に示すレール位置計測装置は、図７の構成において、レーザ位置調整装置４４に、入力表示部５０および記憶部５２を備える構成である。図７と同一または同等の構成部には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図３４において、レーザ位置調整装置４４に設けられる記憶部５２には、レーザ位置算定部３２４が算出したレール３の計測に適したスキャナ位置の情報、およびレーザスキャナ１６の移動量の情報が格納される。上述のように、走行路線には、脱線防止ガードを有する路線もあれば、脱線防止ガードを有さない路線もあり、また、脱線防止ガードを有する区間と有さない区間との双方を有する路線もある。さらに、図１８から図２１に一例を示したように、レールには種々の種類があり、レール幅も複数種ある。よって、脱線防止ガードの有無、レール幅およびレールの種類をパラメータにとり、これらのパラメータごとに、より好ましいスキャナ位置の情報を演算して記憶部５２に記憶するようにする。

記憶部５２に記憶するデータは、計測車両１を予め走行させることで、取得することができる。記憶部５２にデータを記憶しておけば、記憶部５２のデータを呼び出すことができる。記憶部５２のデータの呼び出しは、入力表示部５０を用いて行うことができる。このため、記憶部５２にスキャナ位置の情報を記憶しておけば、レーザスキャナ１６の自動位置調整機能を発揮する際に演算部３２を動作させる必要はない。すなわち、スキャナ位置の情報を記憶部５２に記憶しておけば、計測車両１に演算部３２が搭載されていなくてもよい。

なお、図７と同等の図３４の構成では、レーザ位置調整装置４４に設けられたスライド部１５には、レーザスキャナ１６の搭載位置を変更可能な可動機構が設けられることとしているが、この限りではなく、可動機構が設けられていなくてもよい。図３４の構成では、入力表示部５０が設けられているので、入力表示部５０を通じて記憶部５２の記憶データを呼び出すことができれば、入力表示部５０に表示された情報を見ることで、作業者が手動でレーザスキャナ１６の位置を変更するようにしてもよい。この場合、スライド部１５には、レーザスキャナ１６の位置が分かるように、スケール表示がなされていることが好ましい。

なお、図３４では、入力表示部５０および記憶部５２を設ける構成を図７の構成に適用する例を示したが、図１１のレーザ位置調整装置４４に設けるようにしてもよい。また、レーザ位置調整装置４４に限定されるものではなく、図８および図１２の基台位置調整装置２４に設けるようにしてもよい。

１ 計測車両、２ 軌陸トラック、３ レール、４ 車輪、５ 鉄輪、７ 鉄道車両、９ 脱線防止ガード、１０ 車両、１１ 支持部、１２ 天板、１３ 延長天板、１４ 側板、１５ スライド部、１６ レーザスキャナ、１７ 車輪、１８ ＧＰＳ受信機、１９ 慣性センサ、２０ データ処理部、２１ 速度検出装置、２２ オドメータ、２４ 基台位置調整装置、３０ データ記憶部、３２ 演算部、４０ 基台部、４２ 位置姿勢計測装置、４４ レーザ位置調整装置、５０ 入力表示部、５２ 記憶部、３２１ 位置算出部、３２２ 線路検出部、３２３ 脱線防止ガード検出部、３２４ レーザ位置算定部、３２５ 基台位置算定部、３２６ 線路データベース、３２７ 位置情報処理部。

Claims (11)

1. 計測車両によりレールの三次元位置を計測するレール位置計測装置であって、
   前記計測車両に搭載され、前記計測車両の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置と、
   前記レールの側面のうち少なくとも腹部および底部にレーザ光を照射可能に前記計測車両に搭載され、前記レールの三次元位置を計測するためのセンサであるレーザスキャナと、
   前記計測車両に搭載され、前記レーザスキャナの位置を上下方向に移動可能なレーザ位置調整装置と、
   を備えたことを特徴とするレール位置計測装置。
2. 前記計測車両に搭載され、前記レーザスキャナまたは前記位置姿勢計測装置のうちの何れかの計測情報に基づいて、前記レーザ光が前記レールの前記側面のうち少なくとも前記腹部および前記底部に照射可能になる前記レーザスキャナの位置を演算する演算部を備え、
   前記レーザ位置調整装置は、前記演算部からの情報に基づいて、前記レーザスキャナの位置を制御することを特徴とする請求項１に記載のレール位置計測装置。
3. 前記レーザスキャナは、前記レーザ位置調整装置に搭載されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレール位置計測装置。
4. 前記レーザ位置調整装置は、前記上下方向への可動機構に加えて、前記上下方向および前記計測車両の進行方向の双方に直交する水平方向への可動機構が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のレール位置計測装置。
5. 前記位置姿勢計測装置および前記レーザスキャナを搭載する基台部を備え、
   前記レーザ位置調整装置は、前記基台部の位置を上下方向に可動可能に構成される調整装置であることを特徴とする請求項１または２に記載のレール位置計測装置。
6. 前記演算部は、脱線防止ガードの有無に基づいて、前記レーザスキャナの位置を演算することを特徴とする請求項２から５の何れか１項に記載のレール位置計測装置。
7. 前記演算部は、前記レーザスキャナによる計測情報から脱線防止ガードの有無を検出する脱線防止ガード検出部をさらに備え、
   前記演算部は、前記脱線防止ガード検出部の検出結果に基づいて前記レーザスキャナの位置を演算することを特徴とする請求項２から５の何れか１項に記載のレール位置計測装置。
8. 走行路線における、線路位置での軌間情報および、脱線防止ガードの有無の情報を含む線路データが格納される線路データベースを有し、
   前記演算部は、前記線路データおよび前記位置姿勢計測装置による計測情報に基づいて、前記レーザスキャナの位置を演算する
   ことを特徴とする請求項２から５の何れか１項に記載のレール位置計測装置。
9. 前記レーザスキャナは、前記計測車両の進行方向に直交する面内または前記計測車両の進行方向に直交する面から前記進行方向に向けて予め設定された角度傾けた面内をスキャンすることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のレール位置計測装置。
10. 計測車両によりレールの三次元位置を計測するレール位置計測装置に用いられる演算部であって、
    前記演算部は、
    前記レールの側面のうち少なくとも腹部および底部にレーザ光を照射可能に前記計測車両に搭載され前記レールの三次元位置を計測するためのセンサであるレーザスキャナによる計測情報から前記レールに対するスキャナ位置を算出する位置演算部と、
    前記位置演算部の算出結果に基づいて、前記レーザスキャナの上下方向の移動量またはスキャナ位置を計算し、前記移動量または前記スキャナ位置の情報を前記レーザスキャナの位置を上下方向に移動可能なレーザ位置調節装置に伝達するレーザ位置演算部と
    を備えたことを特徴とする演算部。
11. 計測車両によりレールの三次元位置を計測するレール位置計測装置に用いられる演算部であって、
    前記演算部は、
    前記レールの側面のうち少なくとも腹部および底部にレーザ光を照射可能に前記計測車両に搭載され前記レールの三次元位置を計測するためのセンサであるレーザスキャナによる計測情報から前記レールに対するスキャナ位置を算出する位置演算部と、
    前記位置演算部の算出結果に基づいて、前記レーザスキャナを搭載する基台部の上下方向の移動量または移動位置を計算し、前記移動量または前記移動位置を前記基台部の位置を上下方向に移動可能な基台位置調節装置に伝達する基台位置算定部と、
    を備えたことを特徴とする演算部。

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