WO2010032695A1 - 画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法 - Google Patents

画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法 Download PDF

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image
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vertical acceleration
image processing
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庭川 誠
伸行 藤原
貴雅 堀
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株式会社 明電舎
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    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/22Supporting means for the contact bow
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60M1/12Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28Manufacturing or repairing trolley lines

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring the vertical acceleration of a pantograph by image processing, and in particular, images of the behavior of a pantograph installed in a running vehicle with a single line sensor, and the pantograph of a measurement point detected by image processing.
  • the present invention relates to a device and a method for measuring a pantograph vertical acceleration by image processing that measures a vertical acceleration of a pantograph at an excitation point based on vertical acceleration (hereinafter referred to as vertical acceleration).
  • the method using a line sensor camera has the advantage that the pantograph's vertical behavior value can be measured without contact, but it is measured at a single point away from the contact point (excitation point) between the pantograph and the trolley line. There was a problem of poor accuracy. Further, when a plurality of line sensor cameras are attached in order to improve accuracy, there is a problem that the apparatus becomes large.
  • an object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring a pantograph vertical acceleration by image processing that can measure the vertical acceleration of the pantograph with high accuracy with a small apparatus.
  • a pantograph vertical acceleration measuring device by image processing images a pantograph with a line sensor camera attached to the vehicle, and calculates the vertical acceleration of the pantograph based on the captured image.
  • An apparatus for measuring by an image processing unit wherein the image processing unit inputs an image at a measurement point of a pantograph imaged by a line sensor camera, and performs image processing on a line sensor image composed of the input image Pantograph position detection means for determining the position of the pantograph on the line sensor image by applying the pantograph position, the pantograph position on the line sensor image, one or more transfer functions determined in advance, and the displacement position of the pantograph Punter that calculates vertical acceleration at the point of contact with the line Characterized in that it comprises a rough vertical acceleration calculation means.
  • the pantograph vertical acceleration measuring device by image processing according to the second invention is the pantograph vertical acceleration measuring device by image processing according to the first invention, wherein the image processing unit is perpendicular to the pantograph at one or more excitation points.
  • Transfer function calculating means for calculating a transfer function based on the vertical acceleration derived from the position of the pantograph on the line sensor image when the vibration is applied and the vertical acceleration of the pantograph at one or more excitation points. It is characterized by.
  • a pantograph vertical acceleration measuring device based on image processing according to a third invention is a pantograph vertical acceleration measuring device based on image processing according to the first invention, wherein the line sensor camera is installed on a camera platform so that the orientation can be adjusted. It is characterized by.
  • a pantograph vertical acceleration measuring method based on image processing in which a pantograph is imaged by a line sensor camera attached to a vehicle, and the vertical acceleration of the pantograph is measured by an image processing unit based on the captured image. Then, the image data is input from the line sensor camera, the line sensor image composed of the input image data is compared with the pattern matching model registered in advance, and the position of the pantograph at the measurement point on the line sensor image is determined. Detected and contact point of the pantograph trolley line from the vertical acceleration obtained based on the position of the detected pantograph on the line sensor image, one or more transfer functions obtained in advance, and the displacement position of the pantograph The vertical acceleration at is calculated.
  • the pantograph vertical acceleration measuring method by image processing according to the fifth invention is the pantograph vertical acceleration measuring method by image processing according to the fourth invention, wherein the transfer function is vertically applied to one or more excitation points with respect to the pantograph.
  • the pantograph measurement point is picked up by the line sensor camera at the same time as the vibration of the direction is given, and the pantograph vertical acceleration of the pantograph at one or more excitation points and the pantograph at the measurement point on the line sensor image composed of the picked up images It is calculated from the vertical acceleration.
  • the pantograph is imaged by a line sensor camera attached to the vehicle, and the vertical acceleration of the pantograph is measured based on the image captured by the image processing unit.
  • An image input unit that inputs an image at a measurement point of a pantograph imaged by a line sensor camera, and an image processing unit that performs image processing on the line sensor image including the input image
  • the pantograph position detecting means for obtaining the position of the pantograph on the image, the position of the pantograph on the line sensor image, one or more transfer functions obtained in advance, and the displacement position of the pantograph based on the pantograph trolley line Pantograph vertical acceleration calculation to calculate vertical acceleration
  • the pantograph on the line sensor image when the image processing unit gives vertical vibrations to the pantograph at one or more excitation points the pantograph on the line sensor image when the image processing unit gives vertical vibrations to the pantograph at one or more excitation points.
  • Transfer function calculating means for calculating a transfer function based on the vertical acceleration derived from the position of the sensor and the vertical acceleration of the pantograph at one or more excitation points, so that the transfer function can be calculated and the pantograph trolley in one device.
  • the vertical acceleration at the contact point with the line can be measured, and convenience is improved.
  • the line sensor camera is installed on the camera platform so that the orientation can be adjusted. It is possible to adjust the position so that the image can be taken, and the possibility of erroneous detection of the pantograph can be reduced.
  • the pantograph is imaged by a line sensor camera attached to the vehicle, and the vertical acceleration of the pantograph is measured based on the image captured by the image processing unit.
  • a method for inputting image data from a line sensor camera, comparing a line sensor image composed of the input image data with a pattern matching model registered in advance, and a pantograph at a measurement point on the line sensor image The vertical acceleration obtained based on the detected position of the pantograph on the line sensor image, one or two or more transfer functions obtained in advance, and the pantograph's displacement position, The vertical acceleration at each contact point is calculated, so non-contact and measurement results are accumulated with a small device.
  • the transfer function is given a vertical vibration to one or more excitation points with respect to the pantograph, and at the same time, a pantograph is obtained by a line sensor camera.
  • the measurement point is picked up and calculated from the vertical acceleration of the pantograph at one or more excitation points and the vertical acceleration of the pantograph at the measurement point on the line sensor image consisting of the picked-up images.
  • the calculation of the function and the measurement of the vertical acceleration at the contact point with the trolley line of the pantograph can be performed, and the convenience is improved.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram showing a pantograph vertical acceleration measuring apparatus by image processing according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the pantograph vertical acceleration measuring apparatus by image processing according to the present embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a line sensor image
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a pattern matching model.
  • the pantograph vertical acceleration measuring device by image processing is composed of a line sensor camera 1 and an image processing unit 2.
  • the line sensor camera 1 is installed on the roof of the vehicle 3 on which the pantograph 31 is mounted.
  • the line sensor camera 1 is configured such that the elevation angle is set so that the optical axis is directed obliquely upward, and a predetermined position of the pantograph 31 is imaged as the measurement point Ps.
  • the scanning line direction of the line sensor camera 1 is set to be orthogonal to the pantograph 31. That is, the scanning line direction is set to the vertical direction.
  • the image processing unit 2 mainly performs a transfer function calculation process and a vertical acceleration calculation process. As shown in FIG. 2, an image input unit 21, an image recording unit 22, a pantograph position A detection unit 23, a transfer function calculation unit 24, a data recording unit 25, and a pantograph vertical acceleration calculation unit 26 are provided.
  • the image input unit 21 serving as an image input unit is a unit that inputs an image captured by the line sensor camera 1 at predetermined time intervals.
  • the image recording unit 22 is means for storing the image data input by the image input unit 21.
  • a pattern matching model that is a model for pattern matching registered in advance is stored in the image recording unit 22.
  • the pantograph position detection unit 23 as a pantograph position detection unit compares a line sensor image (see FIG. 4) in which image data stored in the image recording unit 22 are arranged in time series with the above-described pattern matching model. This is a means for extracting the locus 11 of the pantograph on the line sensor image from the background 12 and obtaining the position of the pantograph 31 on the line sensor image.
  • the transfer function calculation unit 24 serving as a transfer function calculation unit is captured by the line sensor camera 1 and the behavior of the trajectory 11 of the pantograph on the line sensor image when a vertical vibration is applied to the pantograph 31 at the excitation point.
  • the data recording unit 25 uses the vertical acceleration y (t) obtained by second-order differentiation of the position of the trajectory 11 of the pantograph on the line sensor image detected by the pantograph position detection unit 23, and the transfer function calculated by the transfer function calculation unit 24.
  • H ( ⁇ , x) is a means for storing the vertical acceleration u (t) of the pantograph 31 obtained by the pantograph vertical acceleration calculator 26 described later.
  • the image processing unit 2 first registers a pattern matching model as shown in FIG. 5 (step S1), and then performs a process of calculating a transfer function H ( ⁇ , x). (Step S2).
  • the transfer function H ( ⁇ , x) is calculated as follows. First, a predetermined position Ps of the pantograph 31 is imaged as a measurement point by the line sensor camera 1, and a vertical vibration is applied to the position separated from the measurement point Ps by a known distance x W as an excitation point Pw. The vertical acceleration u (t) at the excitation point Pw of the pantograph 31 at this time is measured by an acceleration sensor (not shown).
  • an image captured by the line sensor camera 1 is input at a predetermined fixed time interval in the image input unit 21 of the image processing unit 2 and stored in the image recording unit 22.
  • the pantograph position detection unit 23 compares the line sensor image taken out from the image recording unit 22 with the pattern matching model registered in advance, and extracts the trajectory 11 of the pantograph on the line sensor image. The position of the pantograph 31 on the image is detected.
  • the transfer function calculation unit 24 calculates the vertical acceleration obtained by second-order differentiation of the vertical acceleration u (t) at the excitation point Pw of the pantograph 31 and the position of the pantograph 31 on the line sensor image obtained by the pantograph position detection unit 23.
  • the transfer function H ( ⁇ , x) is calculated by the following equation (1).
  • H ( ⁇ ) Y ( ⁇ ) / U ( ⁇ ) (1)
  • Y ( ⁇ ), H ( ⁇ ), and U ( ⁇ ) are the vertical acceleration y (t) of the pantograph 31 on the line sensor image, the transfer function h (t), and the vertical acceleration u of the actual pantograph 31, respectively. Represents the Fourier transform of (t).
  • , x) H 2 ( ⁇ , x) may be obtained.
  • the calculated transfer function H ( ⁇ , x) is stored in the data storage unit 25.
  • the primary mode and the secondary mode correspond to, for example, the vibration mode 3 (bending primary mode) and the vibration mode 4 (bending secondary mode) described in FIG. To do.
  • the measurement point Ps of the pantograph 31 is imaged by the line sensor camera 1 while the vehicle is running, and this is input by the image input unit 21 at predetermined time intervals and stored in the image recording unit 22 (step S3). .
  • the pantograph position detection unit 23 extracts the line sensor image and the previously registered pattern matching model from the image recording unit 22 and compares them to extract the pantograph locus 11 on the line sensor image ( In step S4), the position of the pantograph 31 on the line sensor image is detected (step S5).
  • the pantograph vertical acceleration calculation unit 26 separately obtains a deviation position of the trolley line 4 (excitation point Pw) by a known method, and a transfer function H n ( ⁇ , x) corresponding to the position closest to this, Using the vertical acceleration y (t) at the position Ps obtained from the change in the position of the pantograph 31 on the line sensor image, a calculation based on the following equation (4) is performed.
  • U ( ⁇ , x) Y ( ⁇ ) / H ( ⁇ , x) (4)
  • the vertical acceleration u (t) at the displacement position of the trolley wire 4 (excitation point Pw) is obtained (step S6).
  • the acceleration at the excitation point is calculated using the transfer function, so the pantograph 31 imaged by the line sensor camera 1 is used. From the behavior of the measurement point Ps, the vertical acceleration of the pantograph 31 at the displacement position of the trolley line 4 (excitation point Pw) can be obtained with high accuracy.
  • the position of the pantograph 31 on the image is detected using a pattern matching model when the transfer function is obtained.
  • the method for detecting the position of the pantograph on the image is the above-described method.
  • a method described in JP-A-2006-250774 may be used.
  • the image recording unit 22 is provided in the image processing unit 2.
  • the image captured by the line sensor camera 1 is immediately processed to detect the pantograph trajectory 11, and the pantograph vertical acceleration is detected in real time. Needless to say, various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic structural view showing a pantograph vertical acceleration measuring apparatus by image processing according to the present embodiment.
  • the above-described line sensor camera 1 of Embodiment 1 is installed on a pan head 5 shown in FIG.
  • the central portion of the pantograph 31 is in a darkened state due to iron powder or the like adhering due to sliding of the trolley wire. For this reason, it is difficult to distinguish between the background and the pantograph 31 particularly when measurement is performed at night, and erroneous detection may occur when the trajectory of the pantograph 31 is extracted.
  • the line sensor camera 1 while viewing the actual image of the line sensor camera 1, the line sensor camera 1 is mounted on the platform so that the line sensor camera 1 captures a clear image of the pantograph 31 such as the horn 31 a of the pantograph 31. It is possible to adjust the direction of the line sensor camera 1 by being installed on the top 5.
  • Other configurations are substantially the same as the configurations shown in FIGS. 1 to 3 and described above, and members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the trajectory of the pantograph 31 can be extracted with certainty. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment, the trolley wire 4 (excitation) The vertical acceleration of the pantograph 31 at the deviation position of the point Pw) can be measured with higher accuracy.
  • the present invention is applicable to a pantograph vertical acceleration measuring apparatus and measuring method by image processing.

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Abstract

車両に取り付けたラインセンサカメラ(1)でパンタグラフを撮像し、画像処理部(2)により撮像された画像に基づいてパンタグラフの鉛直加速度を測定する装置において、画像処理部(2)は、ラインセンサカメラ(1)によって撮像したパンタグラフの測定点における画像を入力する画像入力部(21)と、入力された画像からなるラインセンサ画像に対して画像処理を施すことによってラインセンサ画像上のパンタグラフの位置を求めるパンタグラフ位置検出部(23)と、ラインセンサ画像上のパンタグラフの位置、予め求めた1又は2以上の伝達関数およびパンタグラフの偏位位置に基づきパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度を算出するパンタグラフ鉛直加速度算出部(24)とを備えるので、小型の装置で高精度にパンタグラフの鉛直加速度を計測することが可能となる。

Description

画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法
 本発明は、画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法に関し、とくに一台のラインセンサで走行中の車両に設置されたパンタグラフの挙動を撮像し、画像処理によって検出した測定点のパンタグラフの鉛直方向の加速度(以下、鉛直加速度という)に基づいて、加振点におけるパンタグラフの鉛直加速度を測定する画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法に関する。
 電気鉄道の車両の屋根上に設置されるパンタグラフに対して、地上に固定されるトロリ線が熱膨張や風圧によって下降すると、まれに走行中のパンタグラフを鉛直下方へ所定の高さよりも押し下げてトロリ線とパンタグラフが離線することがある。このようなトロリ線とパンタグラフとの離線はトロリ線の異常摩耗に繋がるため、パンタグラフの鉛直加速度が一定値になるようにトロリ線を架設するようにしてトロリ線の長寿命化が図られている。
 そして従来、このようなパンタグラフの鉛直加速度を測定する方法として、複数の加速度センサをパンタグラフに取り付けてパンタグラフの鉛直加速度を測定する方法(例えば、下記非特許文献1、下記特許文献1参照)や、電車の屋根上に設置したラインセンサカメラでパンタグラフの上下挙動を撮像し、この画像を処理してパンタグラフの鉛直加速度を計測する方法(例えば、下記特許文献2、3参照)が公知となっている。
特開2003-156397号公報 特開2006-250774号公報 特開2003-341389号公報
岩井中、佐藤、出野、「パンタグラフ接触力測定システムの開発とデータの活用」、JR EAST Technical Review-No.10、p.68-72
 しかしながら、上述した加速度センサを用いる方法では、特高圧2.5kVのパンタグラフに加速度センサを取り付けるため、加速度センサの出力をそのまま車内に取り込めず、加速度センサの出力をテレメータで伝送するか、光ケーブルで伝送する。テレメータで伝送する場合は電源電池の交換が必要になるという問題があった。また、光ケーブルで伝送する場合は安定度の問題や温度による出力値ドリフトの低減などの問題があった。
 また、ラインセンサカメラを用いる方法では、非接触でパンタグラフの上下挙動値を計測できる利点があるが、パンタグラフとトロリ線との接触点(加振点)から離れた一箇所で計測するため、測定精度が悪いという問題があった。また精度を向上させるためにラインセンサカメラを複数個取り付けると、装置が大型になるという問題があった。
 このようなことから本発明は、小型の装置で高精度にパンタグラフの鉛直加速度を計測することが可能な画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法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の発明に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度計測装置は、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、撮像された画像に基づいてパンタグラフの鉛直加速度を画像処理部により測定する装置であって、画像処理部が、ラインセンサカメラによって撮像したパンタグラフの測定点における画像を入力する画像入力手段と、入力された画像からなるラインセンサ画像に対して画像処理を施すことによってラインセンサ画像上のパンタグラフの位置を求めるパンタグラフ位置検出手段と、ラインセンサ画像上のパンタグラフの位置、予め求めた1又は2以上の伝達関数およびパンタグラフの偏位位置に基づきパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度を算出するパンタグラフ鉛直加速度算出手段とを備えることを特徴とする。
 第2の発明に係る画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定装置は、第1の発明に係る画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定装置において、画像処理部が、1又は2以上の加振点においてパンタグラフに鉛直方向の振動を与えたときのラインセンサ画像上のパンタグラフの位置から導出した鉛直加速度及び1又は2以上の加振点におけるパンタグラフの鉛直加速度とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数算出手段を備えることを特徴とする。
 第3の発明に係る画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定装置は、第1の発明に係る画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定装置において、ラインセンサカメラが雲台上に設置されて向きを調整可能に構成されていることを特徴とする。
 第4の発明に係る画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定方法は、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、撮像された画像に基づいてパンタグラフの鉛直加速度を画像処理部により測定する方法であって、ラインセンサカメラから画像データを入力し、入力された画像データからなるラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上の測定点におけるパンタグラフの位置を検出し、検出されたパンタグラフのラインセンサ画像上の位置に基づいて求めた鉛直加速度と、予め求めた1又は2以上の伝達関数と、パンタグラフの偏位位置とからパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度を算出することを特徴とする。
 第5の発明に係る画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定方法は、第4の発明に係る画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定方法において、伝達関数を、パンタグラフに対して1又は2以上の加振点に鉛直方向の振動を与えると同時に、ラインセンサカメラによってパンタグラフの測定点を撮像し、1又は2以上の加振点におけるパンタグラフの鉛直加速度及び撮像された画像からなるラインセンサ画像上の測定点におけるパンタグラフの鉛直加速度とから算出することを特徴とする。
 第1の発明に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度計測装置によれば、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの鉛直加速度を測定する装置であって、画像処理部が、ラインセンサカメラによって撮像したパンタグラフの測定点における画像を入力する画像入力手段と、入力された画像からなるラインセンサ画像に対して画像処理を施すことによってラインセンサ画像上のパンタグラフの位置を求めるパンタグラフ位置検出手段と、ラインセンサ画像上のパンタグラフの位置、予め求めた1又は2以上の伝達関数およびパンタグラフの偏位位置に基づきパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度を算出するパンタグラフ鉛直加速度算出手段とを備えるので、小型の装置で非接触かつ計測結果を蓄積しつつ、高精度にパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度を測定することができる。
 第2の発明に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度計測装置によれば、画像処理部が、1又は2以上の加振点においてパンタグラフに鉛直方向の振動を与えたときのラインセンサ画像上のパンタグラフの位置から導出した鉛直加速度及び1又は2以上の加振点におけるパンタグラフの鉛直加速度とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数算出手段を備えるので、ひとつの装置で伝達関数の算出とパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度の測定とを行うことができ、利便性が向上する。
 第3の発明に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度計測装置によれば、ラインセンサカメラが雲台上に設置されて向きを調整可能に構成されているので、測定点をパンタグラフの鮮明な画像を撮影することができる位置となるように調整することが可能となり、パンタグラフを誤検出する可能性を低減することができる。
 第4の発明に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度計測方法によれば、車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、画像処理部により撮像された画像に基づいてパンタグラフの鉛直加速度を測定する方法であって、ラインセンサカメラから画像データを入力し、入力された画像データからなるラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上の測定点におけるパンタグラフの位置を検出し、検出されたパンタグラフのラインセンサ画像上の位置に基づいて求めた鉛直加速度と、予め求めた1又は2以上の伝達関数と、パンタグラフの偏位位置とからパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度を算出するので、小型の装置で非接触かつ計測結果を蓄積しつつ、高精度にパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度を測定することができる。
 第5の発明に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度計測方法によれば、伝達関数を、パンタグラフに対して1又は2以上の加振点に鉛直方向の振動を与えると同時に、ラインセンサカメラによってパンタグラフの測定点を撮像し、1又は2以上の加振点におけるパンタグラフの鉛直加速度及び撮像された画像からなるラインセンサ画像上の測定点におけるパンタグラフの鉛直加速度とから算出するので、ひとつの装置で伝達関数の算出とパンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直加速度の測定とを行うことができ、利便性が向上する。
本発明の実施例1に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例1に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例1の画像処理部における処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例1のラインセンサカメラによって得られるラインセンサ画像の一例を示す説明図である。 本発明の実施例1のパタンマッチ用モデルの一例を示す説明図である。 本発明の実施例2に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置を示す概略構成図である。
 本発明の実施形態を以下に示す実施例において詳細に説明する。
 図1ないし図5に基づいて本発明の第1の実施例を詳細に説明する。図1は本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置を示す概略構造図、図2は本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置の構成を示すブロック図、図3は本実施例の画像処理部における処理の流れを示すフローチャート、図4はラインセンサ画像の一例を示す説明図、図5はパタンマッチ用モデルの一例を示す説明図である。
 図1に示すように、本実施例において画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置は、ラインセンサカメラ1と画像処理部2とから構成されている。
 ラインセンサカメラ1は、パンタグラフ31を搭載した車両3の屋根上に設置されている。このラインセンサカメラ1は光軸が斜め上方を向くようにその仰角を設定され、測定点Psとしてパンタグラフ31の所定の位置を撮像するように構成されている。このラインセンサカメラ1の走査線方向はパンタグラフ31に直交するように設定される。つまり、走査線方向は鉛直方向に設定される。
 また、本実施例において画像処理部2は、主に、伝達関数算出処理と鉛直加速度算出処理とを行うものであり、図2に示すように、画像入力部21、画像記録部22、パンタグラフ位置検出部23、伝達関数算出部24、データ記録部25及びパンタグラフ鉛直加速度算出部26とを備えている。
 画像入力手段としての画像入力部21は、ラインセンサカメラ1によって撮像された画像を所定の一定時間間隔で入力する手段である。画像記録部22は画像入力部21によって入力された画像データが保存される手段である。また、この画像記録部22には予め登録されるパタンマッチ用のモデルであるパタンマッチ用モデルが保存されているものとする。
 パンタグラフ位置検出手段としてのパンタグラフ位置検出部23は、画像記録部22に保存された画像データを時系列的に並べてなるラインセンサ画像(図4参照)と上述したパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡11を背景12から抽出し、ラインセンサ画像上のパンタグラフ31の位置を求める手段である。
 伝達関数算出手段としての伝達関数算出部24は、加振点においてパンタグラフ31に鉛直方向の振動を与えたときの、ラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡11の挙動と、ラインセンサカメラ1によって撮像されている測定点Psの位置をx=0としたときの加振点Pwの位置(x=xW)と、加振点Pwにおけるパンタグラフ31の鉛直加速度とを用いて、測定点Psにおけるパンタグラフ31の鉛直加速度から加振点Pwにおけるパンタグラフ31の実際の鉛直加速度を導出するための伝達関数H(ω,x)を算出する手段である。
 データ記録部25は、パンタグラフ位置検出部23において検出したラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡11の位置を二階微分して得た鉛直加速度y(t)、伝達関数算出部24において算出された伝達関数H(ω,x)、後述するパンタグラフ鉛直加速度算出部26によって求めたパンタグラフ31の鉛直加速度u(t)等が保存される手段である。
 パンタグラフ鉛直加速度算出手段としてのパンタグラフ鉛直加速度算出部26は、伝達関数算出部23において算出した伝達関数H(ω,x)と、トロリ線4(加振点Pw)の偏位位置x(=xW)とに基づいてパンタグラフ31のトロリ線4との接触点における鉛直加速度U(ω,x)を算出する手段である。
 以下、図3に基づいて本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置の画像処理部2によりパンタグラフ31の加振点Pwにおける鉛直加速度u(t)を求める処理の流れについて説明する。
 図3に示すように、画像処理部2においては、まず図5に示すようなパタンマッチ用のモデルを登録し(ステップS1)、続いて伝達関数H(ω,x)を算出する処理を行う(ステップS2)。
 伝達関数H(ω,x)の算出は、以下のように行う。
 先ず、ラインセンサカメラ1によって測定点としてパンタグラフ31の所定の位置Psを撮像する一方、この測定点Psから既知の距離xWだけ離間した位置を加振点Pwとしてここに鉛直方向の振動を加え、このときのパンタグラフ31の加振点Pwにおける鉛直加速度u(t)を図示しない加速度センサで計測する。
 このとき、ラインセンサカメラ1によって撮像した画像を画像処理部2の画像入力部21において所定の一定時間間隔で入力し、これを画像記録部22に保存する。続いて、パンタグラフ位置検出部23において画像記録部22から取り出したラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡11を抽出し、ラインセンサ画像上のパンタグラフ31の位置を検出する。
 そして、伝達関数算出部24において、パンタグラフ31の加振点Pwにおける鉛直加速度u(t)とパンタグラフ位置検出部23で求めたラインセンサ画像上のパンタグラフ31の位置を二階微分して得た鉛直加速度y(t)とを用いて、次式(1)により伝達関数H(ω,x)を算出する。
H(ω)=Y(ω)/U(ω)      ・・・(1)
 ただし、Y(ω)、H(ω)、U(ω)は、それぞれ、ラインセンサ画像上のパンタグラフ31の鉛直加速度y(t)、伝達関数h(t)、実際のパンタグラフ31の鉛直加速度u(t)のフーリエ変換を表す。
 ここで、加振点Pwに振動を加えたときのラインセンサ画像上のパンタグラフ31の測定点Psにおける鉛直加速度y(t)、伝達関数h(t)、加振点Pwにおけるパンタグラフ31の鉛直加速度u(t)の関係は次式(2)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 そしてこの上式(2)から次式(3)が得られる。
Y(ω)=H(ω)・U(ω)      ・・・(3)
 この(3)式から上記(1)式が得られる。
 なお、この伝達関数H(ω,x)はパンタグラフ31の所望の振動モードによって個数が異なり、一次モードを求めたい場合は例えばパンタグラフ31の中央(x=x0)を加振点として一個の伝達関数H0(ω,x)を求め、二次モードを求めたい場合は例えばパンタグラフ31の左右の二点を加振点(x=x1,x2)として二個の伝達関数H1(ω,x),H2(ω,x)を求める等とすればよい。算出した伝達関数H(ω,x)はデータ記憶部25に保存する。なお、ここでいう一次モード、二次モードは、例えば上記特許文献1の図3及びその説明に記載されている振動モード3(曲げ1次モード)、振動モード4(曲げ2次モード)に相当する。
 つぎに、車両の走行中にラインセンサカメラ1でパンタグラフ31の測定点Psを撮像し、これを画像入力部21によって所定の一定時間間隔で入力し、画像記録部22に保存する(ステップS3)。
 続いて、パンタグラフ位置検出部23において画像記録部22からラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを取り出し、これらを比較してラインセンサ画像上のパンタグラフの軌跡11を抽出し(ステップS4)、ラインセンサ画像上のパンタグラフ31の位置を検出する(ステップS5)。
 その後、パンタグラフ鉛直加速度算出部26において、既知の手法によりトロリ線4(加振点Pw)の偏位位置を別途求め、これに最も近い位置に対応する伝達関数Hn(ω,x)と、ラインセンサ画像上のパンタグラフ31の位置の変化から求めた位置Psにおける鉛直加速度y(t)とを用いて、次式(4)に基づく演算を行う。
U(ω,x)=Y(ω)/H(ω,x)      ・・・(4)
 これにより、トロリ線4(加振点Pw)の偏位位置における鉛直加速度u(t)が得られる(ステップS6)。
 上述した本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法によれば、伝達関数を用いて加振点の加速度を算出するようにしたので、ラインセンサカメラ1によって撮像したパンタグラフ31の測定点Psの挙動から、トロリ線4(加振点Pw)の偏位位置におけるパンタグラフ31の鉛直加速度を高精度に求めることができる。
 なお、本実施例では伝達関数を求める際に画像上のパンタグラフ31の位置をパタンマッチ用モデルを用いて検出する例を示したが、画像上のパンタグラフの位置を検出する方法は上述した方法に限定されるものではなく、例えば、特開2006-250774号公報に記載されている方法を用いてもよい。また、本実施例では画像処理部2に画像記録部22を設ける例を示したが、ラインセンサカメラ1によって撮像した画像を即時に処理してパンタグラフの軌跡11を検出し、リアルタイムでパンタグラフ鉛直加速度を出力するようにするなど、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。
 図6に基づいて本発明の第2の実施例を説明する。図6は本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置を示す概略構造図である。
 図6に示すように、本実施例は上述した実施例1のラインセンサカメラ1を図6に示す雲台5上に設置したものである。通常、パンタグラフ31の中心部はトロリ線が摺動することにより鉄粉などが付着して黒ずんだ状態となっている。そのため、とくに夜間に計測を行うような場合には背景とパンタグラフ31との区別がつきにくくなり、パンタグラフ31の軌跡を抽出する際に誤検出が生じるおそれがある。
 そこで、本実施例では、ラインセンサカメラ1の実画像を閲覧しながら、ラインセンサカメラ1が例えばパンタグラフ31のホーン31aなどパンタグラフ31の鮮明な映像を撮像するように、ラインセンサカメラ1を雲台5上に設置してこのラインセンサカメラ1の向きを調整可能としている。その他の構成は図1ないし図3に示し上述した構成と概ね同様であり、同一の作用を奏する部材には同一の符合を付し、重複する説明は省略する。
 本実施例に係る画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法によれば、確実にパンタグラフ31の軌跡を抽出することができるので、実施例1の効果に加えて、トロリ線4(加振点Pw)の偏位位置におけるパンタグラフ31の鉛直加速度をより高精度に計測することができる。
 本発明は、画像処理によるパンタグラフの鉛直加速度測定装置および測定方法に適用可能である。

Claims (5)

  1.  車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、撮像された画像に基づいてパンタグラフの鉛直方向の加速度を画像処理部により測定する装置であって、
     前記画像処理部が、前記ラインセンサカメラによって撮像した前記パンタグラフの測定点における画像を入力する画像入力手段と、入力された前記画像からなるラインセンサ画像に対して画像処理を施すことによって前記ラインセンサ画像上の前記パンタグラフの位置を求めるパンタグラフ位置検出手段と、前記ラインセンサ画像上のパンタグラフの位置、予め求めた1又は2以上の伝達関数および前記パンタグラフの偏位位置に基づき前記パンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直方向の加速度を算出するパンタグラフ鉛直加速度算出手段とを備えることを特徴とする画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定装置。
  2.  前記画像処理部が、1又は2以上の加振点において前記パンタグラフに鉛直方向の振動を与えたときの前記ラインセンサ画像上の前記パンタグラフの位置から導出した鉛直方向の加速度及び前記加振点における前記パンタグラフの鉛直方向の加速度とに基づいて前記伝達関数を算出する伝達関数算出手段を備えることを特徴とする請求項1記載の画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定装置。
  3.  前記ラインセンサカメラが雲台上に設置されて向きを調整可能に構成されていることを特徴とする請求項1記載の画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定装置。
  4.  車両に取り付けたラインセンサカメラでパンタグラフを撮像し、撮像された画像に基づいてパンタグラフの鉛直方向の加速度を画像処理部により測定する方法であって、
     前記ラインセンサカメラから画像データを入力し、
     入力された前記画像データからなるラインセンサ画像と予め登録しておいたパタンマッチ用モデルとを比較してラインセンサ画像上の測定点におけるパンタグラフの位置を検出し、
     検出されたパンタグラフのラインセンサ画像上の位置に基づいて求めた鉛直方向の加速度と、予め求めた1又は2以上の伝達関数と、前記パンタグラフの偏位位置とから前記パンタグラフのトロリ線との接触点における鉛直方向の加速度を算出する
     ことを特徴とする画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定方法。
  5.  前記伝達関数を、前記パンタグラフに対して1又は2以上の加振点に鉛直方向の振動を与えると同時に、前記ラインセンサカメラによって前記パンタグラフの測定点を撮像し、
     前記加振点におけるパンタグラフの鉛直方向の加速度及び撮像された画像からなるラインセンサ画像上の前記測定点におけるパンタグラフの鉛直方向の加速度とから算出する
     ことを特徴とする請求項4記載の画像処理によるパンタグラフ鉛直加速度測定方法。
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