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技術 鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法

出願人 公益財団法人鉄道総合技術研究所
発明者 矢澤英治南木聡明
出願日 2010年2月2日 (10年10ヶ月経過) 出願番号 2010-021042
公開日 2011年8月18日 (9年4ヶ月経過) 公開番号 2011-158372
状態 特許登録済
技術分野 測定手段を特定しない測長装置 機関車 鉄道車両の補助装置
主要キーワード 平面路 縦曲線 高低変化 相対傾斜角 平面曲線 こう配 縦断線形 軌道管理
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年8月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

測定範囲低速域にまで広げることができる鉄道軌道曲率曲線半径測定方法を提供する。

解決手段

鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、軌道検測車角度計をセットし、この角度計により計測した情報に基づいて鉄道軌道の2点の接線の相対角度を求め、一方、前記軌道検測車に車輪回転計をセットし、この車輪回転計により計測した情報に基づいて前記鉄道軌道の2点間の距離を求め、前記鉄道軌道の2点間の相対角度及び前記鉄道軌道の2点間の距離を所与計算式代入して計算結果を求め、この計算結果にローパスフィルタ処理を施す。

概要

背景

従来、車体傾斜制御用データの取得を目的として、台車枠に取り付けたジャイロ信号を元に、鉄道軌道曲率曲線半径を実測する技術は既に存在している(下記特許文献1参照)。
図8はかかる従来の鉄道軌道の曲線形データ取得装置の模式図である。
この図において、101は鉄道軌道、102は車体、103はセンサ部、104は傾斜はり、105は台車枠、106は車輪軸、107は車体方位角速度センサ、108は速度センサ、109は傾斜角センサ、110は車体左右振動加速度センサ、111は演算・記憶部、112は曲率演算部、113はカント演算部、114は記憶部である。

ここでは、台車枠105に取り付けた傾斜角センサ(ジャイロセンサ)109からの信号に基づいて車体傾斜制御用データの取得を行うようにしている。
また、本願発明者らは、検出器ユニットを車両の台車枠に取付けることで、加速度計の傾きの影響を回避し、加速度計、変位計ともに個数を減らし、取付車両を選ばず、軸箱部品を取り付ける必要のない慣性正矢軌道狂い検測装置を提案している(下記特許文献2参照)。

概要

測定範囲低速域にまで広げることができる鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法を提供する。鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、軌道検測車角度計をセットし、この角度計により計測した情報に基づいて鉄道軌道の2点の接線の相対角度を求め、一方、前記軌道検測車に車輪回転計をセットし、この車輪回転計により計測した情報に基づいて前記鉄道軌道の2点間の距離を求め、前記鉄道軌道の2点間の相対角度及び前記鉄道軌道の2点間の距離を所与計算式代入して計算結果を求め、この計算結果にローパスフィルタ処理を施す。

目的

本発明は、上記状況に鑑みて、測定範囲を低速域にまで広げることができる鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

(a)軌道検測車角度計をセットし、(b)該角度計により計測した情報に基づいて鉄道軌道の2点の接線の相対角度を求め、(c)一方、前記軌道検測車に車輪回転計をセットし、(d)該車輪回転計により計測した情報に基づいて前記鉄道軌道の2点間の距離を求め、(e)前記鉄道軌道の2点間の相対角度及び前記鉄道軌道の2点間の距離を所与計算式代入して計算結果を求め、(f)該計算結果にローパスフィルタ処理を施すことを特徴とする鉄道軌道の曲率曲線半径測定方法

請求項2

請求項1記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が方位角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の相対角度/前記鉄道軌道の2点間の距離であり、それによって前記鉄道軌道の平面線形の曲率を求めることを特徴とする鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法。

請求項3

請求項1記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が方位角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の距離/前記鉄道軌道の2点間の相対角度であり、それによって前記鉄道軌道の平面線形の曲線半径を求めることを特徴とする鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法。

請求項4

請求項1記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が傾斜角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の相対角度/前記鉄道軌道の2点間の距離であり、それによって前記鉄道軌道の縦断線形の曲率を求めることを特徴とする鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法。

請求項5

請求項1記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が傾斜角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の距離/前記鉄道軌道の2点間の相対角度であり、それによって前記鉄道軌道の縦断線形の曲線半径を求めることを特徴とする鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法。

請求項6

請求項1記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計が測定途中で停止した場合には、前記2点間の相対角の計算の段階で、途中停止直後の数データとして停止直前値を用い、誤差軽減処理を行うことを特徴とする鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法。

技術分野

0001

本発明は、鉄道軌道管理のための平面線形縦断線形(それぞれの、ある地点での曲率曲線半径)の測定方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、車体傾斜制御用データの取得を目的として、台車枠に取り付けたジャイロ信号を元に、鉄道軌道の曲率・曲線半径を実測する技術は既に存在している(下記特許文献1参照)。
図8はかかる従来の鉄道軌道の曲線形データ取得装置の模式図である。
この図において、101は鉄道軌道、102は車体、103はセンサ部、104は傾斜はり、105は台車枠、106は車輪軸、107は車体方位角速度センサ、108は速度センサ、109は傾斜角センサ、110は車体左右振動加速度センサ、111は演算・記憶部、112は曲率演算部、113はカント演算部、114は記憶部である。

0003

ここでは、台車枠105に取り付けた傾斜角センサ(ジャイロセンサ)109からの信号に基づいて車体傾斜制御用データの取得を行うようにしている。
また、本願発明者らは、検出器ユニットを車両の台車枠に取付けることで、加速度計の傾きの影響を回避し、加速度計、変位計ともに個数を減らし、取付車両を選ばず、軸箱部品を取り付ける必要のない慣性正矢軌道狂い検測装置を提案している(下記特許文献2参照)。

先行技術

0004

特開2002−195818号公報
特許第3411861号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記した従来の測定方法は、車体傾斜制御用データの取得を目的としており、台車枠105に取り付けた傾斜角センサによって、営業列車の速度で走行させて測定することを前提としている。このため、この方法の場合、曲率(平面曲線)の算出は、
曲率(1/m)=台車枠の方位角速度(rad/s)/走行速度(m/s)
で計算するようにしている。

0006

しかし、この方法では、低速時には方位角速度、走行速度とも出力値が小さくなる。ここで計測器分解能無限に小さくできるわけではないから、結果として計算誤差が大きくなり、この方法を適用可能な速度には下限が生じる。ゆえに、この方法は、例えば、歩行速度で用いる計測器への適用は困難である。
本発明は、上記状況に鑑みて、測定範囲低速域にまで広げることができる鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、軌道検測車角度計をセットし、この角度計により計測した情報に基づいて鉄道軌道の2点の接線の相対角度を求め、一方、前記軌道検測車に車輪回転計をセットし、この車輪回転計により計測した情報に基づいて前記鉄道軌道の2点間の距離を求め、前記鉄道軌道の2点間の相対角度及び前記鉄道軌道の2点間の距離を所与計算式代入して計算結果を求め、この計算結果にローパスフィルタ処理を施すことを特徴とする。

0008

〔2〕上記〔1〕記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が方位角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の相対角度/前記鉄道軌道の2点間の距離であり、それによって平面線形の曲率を求めることを特徴とする。
〔3〕上記〔1〕記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が方位角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の距離/前記鉄道軌道の2点間の相対角度であり、それによって前記鉄道軌道の平面線形の曲線半径を求めることを特徴とする。

0009

〔4〕上記〔1〕記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が傾斜角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の相対角度/前記鉄道軌道の2点間の距離であり、それによって前記鉄道軌道の縦断線形の曲率を求めることを特徴とする。
〔5〕上記〔1〕記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計からの情報が傾斜角であり、前記計算式が前記鉄道軌道の2点間の距離/前記鉄道軌道の2点間の相対角度であり、それによって前記鉄道軌道の縦断線形の曲線半径を求めることを特徴とする。

0010

〔6〕上記〔1〕記載の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法において、前記角度計が測定途中で停止した場合には、前記2点間の相対角の計算の段階で、途中停止直後の数データとして停止直前値を用い、誤差軽減処理を行うことを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法によれば、ごく低速、例えば歩行速度で、また、途中で停止しながらの測定も可能である。また、低速測定であれば、ジャイロセンサなどの高価なセンサを搭載しなくとも、安価な地磁気による方位センサ傾斜計で実現することも可能である。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道の平面線形の曲率・曲線半径を求める方法の模式図である。
本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(平面線形)の曲率の測定フローチャートである。
本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(平面線形)の曲線半径の測定フローチャートである。
本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道の縦断線形の曲率・曲線半径を求める方法の模式図である。
本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(縦断線形)の曲率の測定フローチャートである。
本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(縦断線形)の曲線半径の測定フローチャートである。
軌道検測車での実測値と、本発明の測定方法での計算例を示す図である。
従来の鉄道軌道の曲線形状データ取得装置の模式図である。

0013

本発明の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法は、軌道検測車に角度計をセットし、この角度計により計測した情報に基づいて鉄道軌道の2点の接線の相対角度を求め、一方、前記軌道検測車に車輪回転計をセットし、この車輪回転計により計測した情報に基づいて前記鉄道軌道の2点間の距離を求め、前記鉄道軌道の2点間の相対角度及び前記鉄道軌道の2点間の距離を所与の計算式に代入して計算結果を求め、この計算結果にローパスフィルタ処理を施す。

0014

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
低速時の測定を安定的に精度良く行うには、速度の項を排した演算式を用い、それに応じた項目を測ればよい。具体的には、平面線形を見る平面曲線なら方位角(ヨー角)、縦断線形を見る縦曲線ら線路長手方向の傾斜角(ピッチ角)を測定することになる。
ここで、平面線形とは平面路線の形状を言う。また、縦断線形とは線路こう配や縦曲線など、線路長手方向の高低変化の形状を言う。

0015

図1は本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道の平面線形の曲率・曲線半径を求める方法の模式図、図2は本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(平面線形)の曲率の測定フローチャート、図3は本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(平面線形)の曲線半径の測定フローチャートである。
〔A〕鉄道軌道の平面線形の曲率を求める場合(図2参照)
(1)まず、角度計(ジャイロセンサ、傾斜計、方位センサなど)を用いて、方位角を検出する(ステップS1)。

0016

(2)次に、方位角に基づいて、鉄道軌道1の2点A,Bのそれぞれの接線C,Dの相対角度γを計算する(ステップS2)。
(3)一方、車輪回転計(ロータリーエンコーダなど)を用いて、距離信号(車輪回転パルスなど)を検出する(ステップS3)。
(4)次に、距離信号に基づいて、鉄道軌道1の2点A,B間の距離d(サンプリング間隔)を計算する(ステップS4)。

0017

(5)次に、鉄道軌道1の2点A,Bのそれぞれの接線C,Dの相対角度γ/鉄道軌道1の2点A,B間の距離dを計算し、曲率を求める(ステップS5)。ここで、実際には、曲率(1/m)=鉄道軌道1の2点A,B間の相対方位角γ(rad)/鉄道軌道1の2点A,Bの距離d(m)を求める。
(6)上記ステップS5で得られているデータは角度計の分解能に依存した階段状波形なので、ローパスフィルタ処理を施す(ステップS6)。それにより、鉄道軌道1の管理に必要十分な精度の滑らかな曲率が得られる。

0018

このようにして、鉄道軌道の平面曲線の曲率を測定することができる。
〔B〕鉄道軌道の平面線形の曲線半径を求める場合(図3参照)
(1)ステップS11〜S14は、上記した図1のステップS1〜S4と同様である。
(2)次に、鉄道軌道1の2点A,B間の距離d/鉄道軌道1の2点A,Bのそれぞれの接線C,Dの相対角度γを計算して、曲線半径Rを求める(ステップS15)。

0019

なお、R≫dのとき、R≒(1/2)d/sin〔(1/2)γ〕≒d/γ
である。ここで、鉄道軌道1の2点A,B間の距離dは、軌道検測車が低速なほど小さくなる。
(3)次いで、ローパスフィルタ処理を施す(ステップS36)。それにより、鉄道軌道1の管理に必要十分な精度の滑らかな曲線半径が得られる。

0020

このようにして、鉄道軌道の平面線形の曲線半径を測定することができる。
図4は本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道の縦断線形の曲率・曲線半径を求める方法の模式図、図5は本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(縦断線形)の曲率の測定フローチャート、図6は本発明の実施例を示す低速で測定可能な鉄道軌道(縦断線形)の曲線半径の測定フローチャートである。

0021

〔C〕鉄道軌道の縦断線形の曲率を求める場合(図5参照)
(1)まず、角度計(ジャイロセンサ、傾斜計、方位センサなど)を用いて、傾斜角を検出する(ステップS21)。
(2)次に、傾斜角に基づいて、鉄道軌道11の2点A′,B′のそれぞれの接線C′,D′の相対角度γ′を計算する(ステップS22)。

0022

(3)一方、車輪回転計(ロータリーエンコーダなど)を用いて、距離信号(車輪回転パルスなど)を検出する(ステップS23)。
(4)次に、距離信号に基づいて、鉄道軌道11の2点A′,B′間の距離d′(サンプリング間隔)を計算する(ステップS24)。
(5)次に、鉄道軌道11の2点A′,B′のそれぞれの接線C′,D′の相対角度γ′/鉄道軌道11の2点A′,B′間の距離d′を計算し、曲率を求める(ステップS25)。ここで、実際には、曲率(1/m)=軌道方向2点A′,B′間の相対傾斜角γ′(rad)/鉄道軌道11の2点A′,B′間の距離d′(m)を求める。

0023

(6)上記ステップS25で得られているデータは角度計の分解能に依存した階段状波形なので、ローパスフィルタ処理を施す(ステップS26)。それにより、鉄道軌道11の管理に必要十分な精度の、滑らかな曲率が得られる。
このようにして、鉄道軌道の縦断線形の曲率を測定することができる。
〔D〕鉄道軌道の縦断線形の曲線半径を求める場合(図6参照)
(1)ステップS31〜S34は、上記した図5のステップS21〜S24と同様である。

0024

(2)次に、鉄道軌道11の2点A′,B′間の距離d′/鉄道軌道11の2点A′,B′のそれぞれの接線C′,D′の相対角度γ′を計算して、曲線半径R′を求める(ステップS35)。
(3)次いで、ローパスフィルタ処理を施す(ステップS36)。それにより、鉄道軌道11の管理に必要十分な精度の、滑らかな曲線半径が得られる。

0025

このようにして、鉄道軌道の縦断線形の曲線半径を測定することができる。
鉄道軌道の2点間の距離は、例えば、GPSを利用した場合には直前1秒間の移動距離が得られるので、それを元に計算することになる。この場合、2点間の距離は走行速度が低速であるほど小さくなる。また、実際の軌道検測車では、車輪の回転をエンコーダで検出するなど、何らかの形で等距離間隔の信号を得てデータを記録しているので、2点間の距離はこの信号の間隔に応じた定数となり、計算は非常に単純となる。

0026

図7は鉄道軌道の平面線形の軌道検測車での実測値と、本発明の測定方法での計算例を示す図であり、図7(a)は方位角を、図7(b)は2点の方位角の差を、図7(c)はローパスフィルタ処理前の正矢量を示し、図7(d)はローパスフィルタで処理された正矢量を示しており、eは本発明による計算値、fは軌道検測車による実測値を示している。

0027

これらの図に示すように、角度センサ(角度計)の分解能の関係で、この曲率の計算結果は、往々にして、角度センサの最小分解能を1ステップとした階段状になる。しかし、鉄道軌道の場合、車輪を円滑に通過させるというその役目から、ある点で急に折れ曲がるような箇所は存在せず、曲率がある程度なめらかに変化することは保証されている。このため、軌道管理上必要とされる波長より長い波長を通過させるローパスフィルタで処理することで、鉄道軌道の管理に必要十分な精度の、滑らかに変化した曲率、および曲率半径が得られる。

0028

なお、角度計によっては、測定途中で停止すると、時間経過に伴ってドリフトを発生し、計算誤差の要因となるが、2点間の相対角の計算の段階で、途中停止直後の数データにのみ便宜的に停止直前値を与える。誤差は単純なホールド処理により大幅に軽減できる。このような誤差軽減処理が実行できることも本発明の特徴である。
また、上記実施例では、軌道検測車による計測に基づいて曲率・曲線半径を測定する場合について述べたが、車両の形をなしていなくても、本発明の手法を用いて歩行速度で使えるポータブル機器として展開することも可能である。

実施例

0029

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

0030

本発明の鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法は、測定範囲を低速域にまで広げることができる鉄道軌道の曲率・曲線半径測定方法として利用可能である。

0031

1,11軌道
A,A′,B,B′ 軌道上の2点
C,C′,D,D′鉄道軌道上の2点のそれぞれの接線
γ 2点のそれぞれの接線の相対角度
γ′ 2点のそれぞれの接線の相対角度
d,d′ 鉄道軌道の2点間の距離
R 鉄道軌道の平面線形の曲線半径
R′ 鉄道軌道の縦断線形の曲線半径

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