JP6077702B2 - 鉄道車両種別判定システム、鉄道車両種別判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の種別を判定する技術に関する。

従来より、鉄道車両の種別を判定する手法として様々な方法が提案されている。
例えば、監視カメラを沿線に設置し、監視カメラが撮影した通過車両の画像より、鉄道車両の種別を判別する手法がある。

また、鉄道車両側にＩＤタグを装備するとともに、地上側にＩＤタグ読取装置を設置し、鉄道車両の通過時に車種などの車両情報を読み取る手法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、超音波センサを地上側に設置し、超音波センサが検出した形状情報などに基づき鉄道車両の種別を判定する手法がある。

特開２００８−１４００２０号公報

しかし、上記技術では次のような問題があった。
まず、上述の監視カメラを用いる手法では、大雨や降雪の際には画像に雨や雪が映って鉄道車両の種別の判定が困難となることがある。すなわち、監視カメラを用いる手法では、鉄道車両の種別を判定する際に、気象条件に左右されやすいという問題があった。

また、上述のＩＤタグを用いる手法では、ＩＤタグを装備する鉄道車両が限定されるため、全ての鉄道車両の車種を識別することはできないという問題があった。
また、上述の超音波センサを用いる手法では、超音波センサの特性により応答性が高くはないため、極低速以外の速度で走行する鉄道車両の種別を判定することが困難である。このため、超音波センサを用いる手法では、極低速で走行する鉄道車両の種別の判定に限定されてしまうという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、様々な環境下で鉄道車両の種別を判定可能な技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明の鉄道車両種別判定システムは、鉄道車両の種別を判定する鉄道車両種別判定システムであって、温度値取得部と、特徴量算出部と、判定基準算出部と、種別判定部と、を備える。

温度値取得部は、鉄道車両の床下から、大変温部位温度値および小変温部位温度値を取得する。大変温部位温度値は、大変温部位の温度値である。大変温部位は、鉄道車両の運行中に温度が変化する部位である変温部位のうち温度変化が相対的に大きい部位である。小変温部位温度値は、小変温部位の温度値である。小変温部位は、変温部位のうち温度変化が相対的に小さい部位である。

特徴量算出部は、温度値取得部によって取得された大変温部位温度値に基づき、大変温部位温度値の特徴を示す特徴量を算出する。
判定基準算出部は、温度値取得部によって取得された小変温部位温度値に基づき、鉄道車両の種別を判定するための基準である判定基準を算出する。

種別判定部は、特徴量算出部によって算出された特徴量と、判定基準算出部によって算出された判定基準との比較により、特徴量が判定基準を満たす場合に、温度値取得部によって大変温部位温度値が取得された時機に基づき大変温部位位置を特定し、特定された大変温部位位置に応じて鉄道車両の種別を判定する。大変温部位位置は、鉄道車両の床下での大変温部位の位置である。

このように構成された本発明の鉄道車両種別判定システムによれば、鉄道車両の床下から取得した温度値に基づき、鉄道車両の運行中での温度変化が相対的に大きい大変温部位の鉄道車両の床下での位置である大変温部位位置を特定し、特定した大変温部位位置に応じて鉄道車両の種別を判定する。このような大変温部位位置の特定には、鉄道車両の床下から取得される温度値が用いられるが、鉄道車両の床下からの温度値の取得は、大雨や降雪などの外乱の影響を受けにくく、鉄道車両の種別の判定が大雨や降雪などの気象条件に左右されにくい。また、ＩＤタグを装備していない車両であっても、鉄道車両の床下から温度値を取得できるために、鉄道車両の種別を判定することができる。また、極低速以外の速度域でも、鉄道車両の床下から温度値を取得できるために、鉄道車両の種別を判定することができる。

したがって、本発明の鉄道車両種別判定システムによれば、様々な環境下で鉄道車両の種別を判定することができる。
なお、鉄道車両の種別を判定する具体的な手法としては、次の（１）〜（２）のような手法が考えられる。

（１）鉄道車両は、電動車および付随車から編成される。大変温部位は、電動車に配置される。小変温部位は、付随車に配置される。特徴量算出部は、大変温部位温度値の平均値を前記特徴量として算出する。判定基準算出部は、小変温部位温度値の平均値から偏差倍数値を減算した値を下限値とするとともに、平均値に偏差倍数値を加算した値を上限値とする範囲を判定基準として算出する。偏差倍数値は、小変温部位温度値の標準偏差の係数倍である。種別判定部は、特徴量が判定基準の下限値よりも小さいか上限値よりも大きい場合に判定基準を満たすと判断する。

（２）鉄道車両は、電動車および付随車から編成される。大変温部位および小変温部位は、前記付随車に配置される。特徴量算出部は、大変温部位温度値の平均値を特徴量として算出する。判定基準算出部は、小変温部位温度値の平均値を判定基準として算出する。種別判定部は、特徴量が判定基準から乖離する値である乖離値が基準値よりも大きい場合に判定基準を満たすと判断する。基準値は、鉄道車両の種別を判定するための値である。

なお、本発明は、鉄道車両種別判定方法としても実現可能である。

鉄道車両種別判定システムの概略構成を示すブロック図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、本発明は下記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
図１に示す鉄道車両種別判定システム１は、電動車および付随車から編成される鉄道車両の種別を判定する機能を有する。

［１．鉄道車両種別判定システム１の構成の説明］
鉄道車両種別判定システム１は、機器温度センサ１１と、機器部位検出部１２と、データ収集処理部１３と、特徴温度算出部１４と、機器配置記録部１５と、特徴温度統計量算出部１６と、特徴量比較部１７と、判別閾値記録部１８と、種別判定結果出力部１９と、を備える。

なお、鉄道車両種別判定システム１は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路であるＩ／Ｏおよびこれらの構成を接続するバスラインなどで構成されるコンピュータを搭載しており、このうちのＣＰＵが、データ収集処理部１３、特徴温度算出部１４、特徴温度統計量算出部１６および特徴量比較部１７として機能し、またＲＡＭが上述の機器配置記録部１５および判別閾値記録部１８として機能する。

また、ＣＰＵは、ＲＯＭおよびＲＡＭに記憶された制御プログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭは、プログラム格納領域とデータ記憶領域とを有している。プログラム格納領域には制御プログラムが格納され、データ記憶領域には制御プログラムの動作に必要なデータが格納されている。また、制御プログラムは、ＲＡＭ上にてワークメモリを作業領域とする形で動作する。

［１．１．機器温度センサ１１の構成の説明］
機器温度センサ１１は、線路（軌道）が敷設された地上側に、線路を走行する列車である鉄道車両の両側方それぞれに対応して配置され、鉄道車両の床下からの放射熱を検知して歯車箱などの各種部位の温度を測定する。

より具体的には、機器温度センサ１１は、筐体の内部に赤外線放射温度計を内蔵する構成を有しており、赤外線放射温度計が、温度を有する物体が放射する赤外線の強さ（エネルギー量）を検知することにより、線路を通過する鉄道車両の各車両の床下から歯車箱などの各種部位の温度値を、非接触で計測する。

なお、この機器温度センサ１１は、ＣＰＵからの指示に従って、予め設定された測定開始時刻となったら上述の測定を開始し、予め設定された測定終了時刻となったら測定を終了する。

そして、機器温度センサ１１は、測定した温度値をデータ収集処理部１３に出力する。
なお、機器温度センサ１１は、本発明の温度値取得部の一例である。
［１．２．機器部位検出部１２の構成の説明］
機器部位検出部１２は、車輪のフランジ部が近接すると信号を出力し、非接触で車輪の通過タイミングを精度良く検知可能である。なお、このような非接触での検出手法としては、例えば高周波誘導方式や光電方式が挙げられる。

機器部位検出部１２は、検知した車輪の通過タイミングに関する情報をデータ収集処理部１３に出力する。
［１．３．データ収集処理部１３の構成の説明］
データ収集処理部１３は、機器温度センサ１１が測定した温度値、および機器部位検出部１２が検知した車輪の通過タイミングに関する情報を収集する。

データ収集処理部１３は、収集した情報を特徴温度算出部１４に出力する。
［１．４．特徴温度算出部１４の構成の説明］
特徴温度算出部１４は、機器温度センサ１１が測定した温度値と機器部位検出部１２が検知した車輪の通過タイミングに関する情報とに基づき、次のように特徴温度を算出する。

具体的には、特徴温度算出部１４は、機器部位検出部１２が検知した車輪の通過タイミング、車輪の通過タイミングから算出した鉄道車両の移動速度に基づき、歯車箱の通過タイミングを算出する。特徴温度算出部１４は、機器配置記録部１５に記録される鉄道車両の種別ごとの床下の機器配置を参照して、その鉄道車両の種別ごとに、機器温度センサ１１が測定した床下からの温度値から、歯車箱の通過タイミングでの温度値を選択することで、鉄道車両の種別に対応づけられた特徴温度を算出する。

また、特徴温度算出部１４は、機器部位検出部１２が検知した車輪の通過タイミング、車輪の通過タイミングから算出した鉄道車両の移動速度に基づき、渦電流ディスクブレーキの通過タイミングを算出する。特徴温度算出部１４は、機器配置記録部１５に記録される鉄道車両の種別ごとの床下の機器配置を参照して、その鉄道車両の種別ごとに、機器温度センサ１１が測定した床下機器の温度値から、渦電流ディスクブレーキの通過タイミングでの温度値を選択することで、鉄道車両の種別に対応づけられた特徴温度を算出する。

特徴温度算出部１４は、算出した特徴温度を、特徴温度統計量算出部１６に出力する。
［１．５．機器配置記録部１５の構成の説明］
機器配置記録部１５は、鉄道車両の種別ごとの床下の機器配置を記録する。

［１．６．特徴温度統計量算出部１６の構成の説明］
特徴温度統計量算出部１６は、次のように特徴温度の統計量を算出する。
具体的には、特徴温度統計量算出部１６は、電動車の床下に設置される歯車箱の温度値の平均値を特徴量として算出する。なお、電動車の床下に設置される歯車箱は、大変温部位に該当する。大変温床下部位は、鉄道車両の運行中に温度が変化する部位である変温部位のうち温度変化が相対的に大きい部位である。

また、特徴温度統計量算出部１６は、付随車の床下に設置される渦電流ディスクブレーキの温度値の平均値を特徴量として算出する。なお、付随車の床下に設置される渦電流ディスクブレーキは、大変温部位に該当する。

また、特徴温度統計量算出部１６は、変温部位のうち温度変化が相対的に小さい部位である小変温部位の温度値の平均値から偏差倍数値を減算した値を下限値とするとともに平均値に偏差倍数値を加算した値を上限値とする範囲を判定基準として算出する。なお、偏差倍数値とは、当該温度値の標準偏差σの係数倍（ここでは２倍）である。このように算出された判定基準は、判別閾値記録部１８に記憶され、特徴温度が大変温部位にて計測された温度値に基づくものであるか否かの判定、ひいては、例えば７００系やＮ７００系といった鉄道車両の種別の判定に用いられる。例えば、付随車の床下に設置される歯車箱は、小変温部位に該当する。

また、特徴温度統計量算出部１６は、付随車の床下に設置される渦電流ディスクブレーキ等の大変温部位以外の部位の温度値の平均値と該平均値からの乖離量の上限値である乖離上限値とに基づいて判定基準を算出する。このように算出された判定基準は、判別閾値記録部１８に記憶され、特徴温度が大変温部位にて計測された温度値に基づくものであるか否かの判定、ひいては、例えば７００系といった鉄道車両の種別の判定に用いられる。この場合、大変温部位以外の部位が、小変温部位に該当する。

特徴温度統計量算出部１６は、算出した特徴温度の統計量を特徴量比較部１７に出力する。
なお、特徴温度統計量算出部１６は、本発明の特徴量算出部および判定基準算出部の一例である。

［１．７．特徴量比較部１７の構成の説明］
特徴量比較部１７は、特徴温度統計量算出部１６が算出した特徴温度の統計量としての特徴量と判別閾値記録部１８が記録する判別閾値としての判定基準とを比較する。具体的には、特徴量比較部１７は、特徴温度統計量算出部１６によって算出した特徴量と、判別閾値記録部１８によって記録される判定基準との比較により、特徴量が判定基準を満たす場合に、その特徴量との対応関係から鉄道車両の種別を判定する。

例えば、特徴量比較部１７は、次の（１）〜（３）のような手法を用いて、鉄道車両の種別を判定する。
（１）特徴量比較部１７は、次の場合に、鉄道車両の種別が７００系であると判定する。すなわち、特徴量比較部１７は、鉄道車両の種別が７００系であると仮定して、例えば、電動車の床下に設置される歯車箱の温度値から算出された特徴量が、７００系の鉄道車両を判定するために算出された判定基準を満たす場合、即ち、判定基準の下限値よりも小さいか当該判定基準の上限値よりも大きい場合に、鉄道車両の種別が７００系であると判定する。判定基準は、鉄道車両の種別ごとに異なっていてもよい。

（２）特徴量比較部１７は、次の場合に、鉄道車両の種別が７００系であると判定する。すなわち、特徴量比較部１７は、鉄道車両の種別が７００系であると仮定して、例えば、付随車の床下に設置される渦電流ディスクブレーキの温度値から算出された特徴量が７００系の鉄道車両を判定するために算出された判定基準を満たす場合、即ち、小変温部位温度値の平均値からの特徴量の乖離値が、乖離上限値よりも大きい場合に、鉄道車両の種別が７００系であると判定する。

なお、特徴量比較部１７は、本発明の種別判定部の一例である。
［１．８．判別閾値記録部１８の構成の説明］
判別閾値記録部１８は、特徴温度統計量算出部１６によって算出された判定基準を判別閾値として記録する。

［１．９．種別判定結果出力部１９の構成の説明］
種別判定結果出力部１９は、鉄道車両の種別を判定した判定結果を出力する。例えば、鉄道車両の種別を判定した判定結果をモニタなどの表示装置に表示させるといった具合である。

［３．実施形態の効果］
（１）このように本実施形態の鉄道車両種別判定システム１によれば、鉄道車両の床下から取得した温度値に基づき、鉄道車両の運行中での温度変化が相対的に大きい大変温部位の鉄道車両の床下での位置である大変温部位位置を特定し、特定した大変温部位位置に応じて鉄道車両の種別を判定する。このような大変温部位位置の特定には、鉄道車両の床下から取得される温度値が用いられるが、鉄道車両の床下からの温度値の取得は、大雨や降雪などの外乱の影響を受けにくく、鉄道車両の種別の判定が大雨や降雪などの気象条件に左右されにくい。また、ＩＤタグを装備していない車両であっても、鉄道車両の床下から温度値を取得できるために、鉄道車両の種別を判定することができる。また、極低速以外の速度域でも、鉄道車両の床下から温度値を取得できるために、鉄道車両の種別を判定することができる。

したがって、本実施形態の鉄道車両種別判定システム１によれば、様々な環境下で鉄道車両の種別を判定することができる。
［４．他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な態様にて実施することが可能である。

（１）上記実施形態では、鉄道車両の種別を判定するために、電動車の床下に設置される歯車箱の温度値から算出された特徴量を用いているが、これには限られず、鉄道車両の運行中での温度変化が相対的に大きい部位であれば、他の構成であってもよい。例えば、電動車の床下に設置される継手の温度値から算出された特徴量を用いてもよいし、電動車の床下に設置されるモータの温度値から算出された特徴量を用いてもよい。

（２）上記実施形態では、鉄道車両の種別を判定するために、付随車の床下に設置される渦電流ディスクブレーキの温度値から算出された特徴量を用いているが、これには限られず、鉄道車両の運行中の温度変化が相対的に小さい部位であれば、他の構成であってもよい。

１…鉄道車両種別判定システム、１１…機器温度センサ、１２…機器部位検出部、１３…データ収集処理部、１４…特徴温度算出部、１５…機器配置記録部、１６…特徴温度統計量算出部、１７…特徴量比較部、１８…判別閾値記録部、１９…種別判定結果出力部。

Claims (6)

1. 線路が敷設された地上側に配置され、前記線路を走行する鉄道車両の種別を判定する鉄道車両種別判定システムであって、
   前記鉄道車両の床下からの放射熱を検知して、各種部位の温度を測定する測定部と、
   前記鉄道車両が備える車輪の通過タイミングを検知する検知部と、
   前記車輪の位置を基準とした前記鉄道車両の床下機器の機器配置を、前記鉄道車両の種別である車両種別ごとに記録した機器配置記録部と、
   前記鉄道車両の運行中に温度が変化する部位である変温部位のうち温度変化が相対的に大きい前記床下機器が配置された部位を大変温部位として、前記検知部により検知された前記車輪の通過タイミングと該車両の通過タイミングから算出した前記鉄道車両の移動速度とに基づき、前記機器配置記録部に記録された機器配置を参照して、前記鉄道車両が前記車両種別のいずれかであると仮定し、前記測定部での測定結果を表す温度値から、前記大変温部位の通過タイミングで測定された温度値である大変温部位温度値を選択し、該大変温部位温度値に基づいて、前記車両種別ごとの特徴量を算出する特徴量算出部と、
   前記変温部位のうち温度変化が相対的に小さい部位を小変温部位として、前記測定部での測定結果を表す温度値から、前記小変温部位の通過タイミングで測定された温度値である小変温部位温度値を選択し、該小変温部位温度値に基づいて、前記特徴量が前記大変温部位の温度値により算出されたものであるか否かを判定するための基準である判定基準を算出する判定基準算出部と、
   前記特徴量算出部によって算出された特徴量が、前記判定基準算出部によって算出された前記判定基準を満たす場合に、該特徴量に対応づけられた前記車両種別が前記鉄道車両の種別であると判定する種別判定部と、
   を備えることを特徴とする鉄道車両種別判定システム。
2. 請求項１に記載の鉄道車両種別判定システムにおいて、
   前記特徴量算出部は、前記大変温部位温度値の平均値を前記特徴量として算出し、
   前記判定基準算出部は、前記小変温部位温度値の平均値から、前記小変温部位温度値の標準偏差の係数倍である偏差倍数値を減算した値を下限値とするとともに、前記平均値に前記偏差倍数値を加算した値を上限値とする範囲を前記判定基準として算出し、
   前記種別判定部は、前記特徴量が前記判定基準の前記下限値よりも小さいか前記上限値よりも大きい場合に前記判定基準を満たすと判断すること
   を特徴とする鉄道車両種別判定システム。
3. 請求項１に記載の鉄道車両種別判定システムにおいて、
   前記特徴量算出部は、前記大変温部位温度値の平均値を前記特徴量として算出し、
   前記判定基準算出部は、前記小変温部位温度値の平均値から乖離量の上限値によって決まる範囲を前記判定基準として算出し、
   前記種別判定部は、前記特徴量が前記判定基準から乖離する値である乖離値が、前記上限値よりも大きい場合に前記判定基準を満たすと判断すること
   を特徴とする鉄道車両種別判定システム。
4. 線路が敷設された地上側に配置され、前記線路を走行する鉄道車両の種別を判定する鉄道車両種別判定方法であって、
   前記鉄道車両の床下からの放射熱を検知して、各種部位の温度を測定し、
   前記鉄道車両が備える車輪の通過タイミングを検知し、
   前記鉄道車両の運行中に温度が変化する部位である変温部位のうち温度変化が相対的に大きい前記床下機器が配置された部位を大変温部位として、検知された前記車輪の通過タイミングと該車両の通過タイミングから算出した前記鉄道車両の移動速度とに基づき、前記鉄道車両の種別である車両種別ごとに記録された前記車輪の位置を基準とした前記鉄道車両の床下機器の機器配置を参照して、前記鉄道車両が前記車両種別のいずれかであると仮定し、前記測定部での測定結果を表す温度値から、前記大変温部位の通過タイミングで測定された温度値である大変温部位温度値を選択し、該大変温部位温度値に基づいて、前記車両種別ごとの特徴量を算出し、
   前記変温部位のうち温度変化が相対的に小さい部位を小変温部位として、前記測定による測定結果を表す温度値から、前記小変温部位の通過タイミングで測定された温度値である小変温部位温度値を選択し、該小変温部位温度値に基づいて、前記特徴量が前記大変温部位の温度値により算出されたものであるか否かを判定するための基準である判定基準を算出し、
   算出された特徴量が、算出された前記判定基準を満たす場合に、該特徴量に対応づけられた前記車両種別が前記鉄道車両の種別であると判定すること
   を特徴とする鉄道車両種別判定方法。
5. 請求項４に記載の鉄道車両種別判定方法において、
   前記大変温部位温度値の平均値を前記特徴量として算出し、
   前記小変温部位温度値の平均値から、前記小変温部位温度値の標準偏差の係数倍である偏差倍数値を減算した値を下限値とするとともに、前記平均値に前記偏差倍数値を加算した値を上限値とする範囲を前記判定基準として算出し、
   前記特徴量が前記判定基準の前記下限値よりも小さいか前記上限値よりも大きい場合に前記判定基準を満たすと判断すること
   を特徴とする鉄道車両種別判定方法。
6. 請求項４に記載の鉄道車両種別判定方法において、
   前記大変温部位温度値の平均値を前記特徴量として算出し、
   前記小変温部位温度値の平均値から乖離量の上限である乖離上限値によって決まる範囲を前記判定基準として算出し、
   前記特徴量が前記判定基準から乖離する値である乖離値が、前記乖離上限値よりも大きい場合に前記判定基準を満たすと判断すること
   を特徴とする鉄道車両種別判定方法。

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