JP5900018B2 - パンタグラフ測定方法及びパンタグラフ測定装置 - Google Patents
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Description
従って、経年変化や車両の動的な因子に影響されず、トロリ線の高さが管理値内に収まっているか管理する必要がある。このときトロリ線の高さはパンタグラフの高さと等価なので、パンタグラフの高さを代用して管理している。パンタグラフとは、電気鉄道車両の屋根上に設置された集電装置の一つである。
パンタグラフの測定手段として、検測車や車両限界測定車等と呼ばれる専用の測定車があり、営業運転の合間を縫って、一定周期毎に運用されている。これら測定車には、車体の傾きやレールの偏位等を測定するセンサが多数取り付けられており、そのセンサの一つとしてパンタグラフの測定センサがある(電気学会著「電車線路設備保全の近代化技術」)。
1)レーザセンサは、主にスキャン式が使用され、ミラーなどでレーザをパンタグラフに走査し、この反射波の位置差や照射したレーザ形状の変形により、パンタグラフまでの距離を測定するセンサである。
2)光切断センサは、縞を測定対象に投光し、パンタグラフ形状に応じて凹凸になった縞を受光して、パンタグラフまでの距離を測定するセンサである。
3)加速度センサは、ジャイロや圧電素子などによって加速度を出力するセンサで、パンタグラフに直接取り付け、パンタグラフの加速度を測定するセンサである。
4)画像処理方式にはモデルマッチングやパターンマッチングでパンタグラフを検出する方式がある。
1.レーザセンサの走査周期は、ミラーを回転させるモータの回転数限界と、ミラーの共振防止のため、相対的に走査周期が遅い。これによりレーザセンサは、パンタグラフの位置(低周波数成分)は測定できるが、加速度(高周波数成分)の測定には向いていない問題がある。
2.光切断センサは昼間測定できない。これにより熱膨張の激しい昼間に測定できない。
(ア)パンタグラフにセンサを直接固定する必要がある。
(イ)センサ出力電圧を取り出すケーブルには、対ノイズ性を考慮する必要がある。
(ウ)センサ出力電圧を取り出すケーブルには、絶縁性を考慮する必要がある。
4.画像処理方式は、測定時間が長い場合や単位時間当たりのフレームレート数が多い場合、計算処理が膨大になる問題がある。また、トンネル坑口や陸橋下など背景の急激な変化によりパンタグラフを一時的に見失ってしまいデータ抜けが発生する恐れがある。
しかし、この方式では、図8に示すように、鏡面光沢を持つ構造物がマーカーの上を通過するとき、カメラから撮影された画像には実物のマーカーと鏡面反射したマーカーの2つが写り、誤認識が起こる可能性がある。
(1)レーザセンサの走査周期は、ミラーを回転させるモータの回転数限界と、ミラーの共振防止のため、相対的に走査周期が遅い。これによりレーザセンサは、パンタグラフの位置(低周波数成分)は測定できるが、加速度(高周波数成分)の測定には向いていない問題がある。
(3)加速度センサでパンタグラフの加速度を測定する方法は、現在主に用いられている方法である。しかし、パンタグラフにセンサを直接固定する必要がある、センサ出力電圧を取り出すケーブルには、対ノイズ性を考慮する必要がある、センサ出力電圧を取り出すケーブルには、絶縁性を考慮する必要がある、などの対策が必要で、簡易な測定方法ではない。
また、トンネル坑口や陸橋下など背景の急激な変化によりパンタグラフを一時的に見失ってしまいデータ抜けが発生する恐れがある。
また、特許文献1では、図8に示すように、白黒が等幅のマーカー5をパンタグラフ4に取り付けているため、鏡面光沢を持つ構造物6がマーカー5の上を通過するとき、カメラから撮影された画像には実物のマーカー5と構造物6で鏡面反射したマーカー61の2つが写り、誤認識が起こる可能性がある。
(ii)装置の構造上、ポイント、エアーセクション、アンカーといった既存構造物から離れた位置にセンサが設置されているため、既存構造物との衝突を考慮する必要が無い。
(iv)レーザ光を使用する方法に比べて人体への影響を考慮する必要が無く、取り扱いが簡単である。
(v)レーザ光を使用する方法に比べて光源と受光装置間で精密な位置あわせを行う煩わしさが無い。
(vii)トンネル坑口など、背景の輝度が急に変化する場合においても連続的にデータを取得することができる。
(viii)鏡面光沢を持つ構造物がマーカーの上を通過し鏡面反射が起こっても、誤認識せず連続的にデータを取得することができる。
本実施例は、パンタグラフの高さと加速度を、画像処理によって簡便に測定することを目的とする。
その構成は、例えば、図1に示すように、車両10の屋根上に、ラインセンサ20と照明器具30を設置し、照明器具30で照らしながら、パンタグラフ40の舟体に取り付けたマーカー50の映像をラインセンサ20で取得するものである。
マーカー50は、図2に拡大して示すように、光を反射しにくい色や材質の第1領域51(以後、黒マーカーという)をベースに、光を反射しやすい色や材質の第2領域52(以後、白マーカーという)を重ねた縞模様である。ここで、白マーカー52は2本以上とし、それぞれ幅が異なる形状とする。また、黒マーカー51は3本以上とし、幅は等しいものとする。
照明器具30としては通常のものを使用する。
画像処理部60における画像処理方法は図3に示すフローチャートに従い、次のように、時空画像生成(ステップS1)、パターンマッチング(ステップS2)、パンタグラフ位置補間(ステップS3)、処理終了判定(ステップS4)、高さ・加速度出力(ステップS5)の順で処理される。
まず、ラインセンサ20により単位時間毎(フレームレート毎)にパンタグラフ40に取り付けたマーカー50の映像を取得し、図4に示すように、ラインセンサ20の出力、つまり、ラインセンサ撮像面の高さ方向を縦軸とし、時間を横軸とする時空画像を生成する。
図4に示す時空画像は、マーカー50の形状通り、光の反射が少ない黒色の帯と光の反射が大きい白色の帯とで構成される縞模様が連続して撮像されている。つまり、二つの白領域と三つの黒領域よりなる縞模様が撮像されている。
また、パンタグラフ付近を高速で横切る電車線設備などパンタグラフの背景がノイズNとして現れている。
ラインセンサ20で撮影されるマーカー50は、パンタグラフ40が高い位置となる程、ラインセンサ20との距離が離れ、小さい画像として撮影される。そのため、マーカー50の大きさとラインセンサ20の向きを考慮に入れると、時空画像上の位置方向によって写るマーカー50の大きさがほぼ確定する。
そこで、図5に示すように、マーカーの模様と高さに応じた探索パターンを生成する。即ち、探索パターンは、幅の異なる2本の白マーカー52に対応して高い輝度を有する大小二つの山型をなすものであり、画像上の位置が高くなるほど、低くしたものである。
つまり、図6に示すように、第1候補b1、第2候補b2のように複数記録する。また、近似した箇所が存在しない場合は保留する。
パターンマッチングにおいて、図7に示すように保留されたパンタグラフ位置(保留部分)c1や連結していないパンタグラフ位置(不連結部分)c2は、前後の点から位置を補完する。
補間の方法は、単純には保留部分又は不連結部分における間隙を埋めるように直線的に補完する方法があるが、その他の方法により補完してもよい。
全ての時空画像について、上述したようにパターンマッチング(S2)、パンタグラフ位置補間(S3)の処理を繰り返し、探索パターンと一致又は一定以上近似する箇所をパンタグラフ位置として記録装置70に記録する。
<高さ出力>
記録装置70に記録されたパンタグラフ位置を、高さとして出力する。
<加速度出力>
記録装置70に記録されたパンタグラフ位置で、下に凸の変極点の極値を求め、所定の値以上の極値を加速度として出力する。
また装置の構造上、ポイント、エアーセクション、アンカーといった既存構造物から離れた位置にセンサが設置されているため、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ラインセンサ画像の撮像が可能である。
また、特別な照明を使用する必要がなく、レーザ光を使用するような人体への影響を考慮するような取り扱いへの難しさがない。光源と受光装置間での精密な位置合わせを行う煩わしさがない。
また、特許文献1では、図8に示すように、白黒が等幅のマーカー5をパンタグラフ4に取り付けているため、鏡面光沢を持つ構造物6がマーカー5の上を通過するとき、カメラから撮影された画像には実物のマーカー5と構造物6で鏡面反射したマーカー61の2つが写り、誤認識が起こる可能性がある。
20 ラインセンサ
30 照明器具
40 パンタグラフ
50 マーカー
51 黒マーカー
52 白マーカー
60 画像処理部
70 記録装置
Claims (2)
- 車両の屋根上に設置したラインセンサからパンタグラフに設置されたマーカーの映像を取得し、取得された映像から時空画像を生成する手順と、
前記時空画像を高さに応じた探索パターンと照合させることでマーカーを探索する手順と、
前記探索パターンと一致又は一定以上近似した箇所をパンタグラフ位置として記録する手順と、
記録されたパンタグラフ位置から高さと加速度を測定する手順とからなる画像処理によるパンタグラフ測定方法において、
前記マーカーは、光を反射しにくい第1領域と光を反射しやすい第2領域とを交互に配置してなる縞模様であり、かつ、前記第2領域は少なくとも二つ以上で縞幅がそれぞれ異なること、
前記探索パターンは、前記マーカーの縞模様に対応していることを特徴とする画像処理によるパンタグラフ測定方法。 - パンタグラフに設置されたマーカーの映像を取得する、車両の屋根上に設置したラインセンサと、
前記ラインセンサで取得した映像から時空画像を生成し、前記時空画像を高さに応じた探索パターンと照合させることでマーカーを探索し、前記探索パターンと一致又は一定以上近似した箇所をパンタグラフ位置として記録し、記録されたパンタグラフの位置から高さと加速度を測定する画像処理部とを備えたパンタグラフ測定装置において、
前記マーカーは、光を反射しにくい第1領域と光を反射しやすい第2領域とを交互に配置してなる縞模様であり、かつ、前記第2領域は少なくとも二つ以上で縞幅がそれぞれ異ること、
前記探索パターンは、前記マーカーの縞模様に対応していることを特徴とする画像処理によるパンタグラフ測定装置。
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