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公開番号2025044643
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023152343
出願日2023-09-20
発明の名称線路検出装置および線路検出方法
出願人東芝インフラシステムズ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類B61L 23/04 20060101AFI20250326BHJP(鉄道)
要約【課題】撮像画像から、線路中に存在する分岐器の開閉状態をより正確かつ容易に判定すること。
【解決手段】実施形態の線路検出装置は、画像を入力して一対のレールからなる線路の検出結果である線路検出画像を出力する学習済みモデルである線路検出モデルを用いて、鉄道車両の周辺の領域を撮像する撮像装置による撮像画像から前記線路を検出して前記線路検出画像を出力する線路検出部と、前記線路検出画像に画像処理を施すことで、前記線路検出画像から、前記レール間の形状が三角形となる一対の三角領域を検出し、前記一対の三角領域が検出された場合に、前記一対の三角領域のそれぞれの頂点を、前記線路を複数の線路に分岐させまたは前記複数の線路を合流させるための分岐器のポイントとして特定した特定画像を出力する分岐器検出部と、前記分岐器のポイントを含む画像を入力して前記分岐器の開閉状態を出力する学習済みモデルである分岐器状態判定モデルを用いて、前記特定画像から、前記分岐器の開閉状態を判定する分岐器状態判定部と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
鉄道車両に搭載される線路検出装置であって、
画像を入力して一対のレールからなる線路の検出結果である線路検出画像を出力する学習済みモデルである線路検出モデルを用いて、前記鉄道車両の周辺の領域を撮像する撮像装置による撮像画像から前記線路を検出して前記線路検出画像を出力する線路検出部と、
前記線路検出画像に画像処理を施すことで、前記線路検出画像から、前記レール間の形状が三角形となる一対の三角領域を検出し、前記一対の三角領域が検出された場合に、前記一対の三角領域のそれぞれの頂点を、前記線路を複数の線路に分岐させまたは前記複数の線路を合流させるための分岐器のポイントとして特定した特定画像を出力する分岐器検出部と、
前記分岐器のポイントを含む画像を入力して前記分岐器の開閉状態を出力する学習済みモデルである分岐器状態判定モデルを用いて、前記特定画像から、前記分岐器の開閉状態を判定する分岐器状態判定部と、
前記分岐器の開閉状態の判定結果を出力する出力部と、
を備える線路検出装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記分岐器検出部は、前記線路検出画像に対して、前記線路検出画像における前記レールのそれぞれの幅を膨張させる膨張処理を実行し、前記膨張処理が実行された画像から前記一対の三角領域を検出する、
請求項１に記載の線路検出装置。
【請求項３】
前記線路検出部は、前記線路検出モデルを用いて、前記撮像画像から複数の線路を検出して前記線路検出画像を出力し、
前記分岐器検出部は、前記複数の線路が検出された前記線路検出画像から、前記鉄道車両が走行する線路を特定し、特定された走行する線路の前方で一または複数の対の三角領域を検出し、前記一または複数の対の三角領域の前記三角形の頂点を一または複数の分岐器のポイントとして特定した前記特定画像を出力する、
前記分岐器状態判定部は、前記分岐器状態判定モデルを用いて、前記一または複数の分岐器のポイントが特定された特定画像から、前記一または複数の分岐器のそれぞれの開閉状態を判定する、
請求項１に記載の線路検出装置。
【請求項４】
前記分岐器検出部は、前記三角領域の頂点を前記分岐器のポイントの端部と特定し、前記頂点を含む所定の範囲を前記ポイントの範囲を示す分岐領域として設定した前記特定画像を出力する、
請求項１に記載の線路検出装置。
【請求項５】
前記分岐器検出部は、前記分岐領域における前記鉄道車両の進行方向に交差する方向の長さである横幅を、前記一対のレールの間隔より長く設定する、
請求項４に記載の線路検出装置。
【請求項６】
前記分岐器検出部は、前記分岐領域における前記鉄道車両の進行方向の長さである縦幅を、前記横幅に基づいて設定する、
請求項５に記載の線路検出装置。
【請求項７】
前記分岐器検出部は、前記分岐領域における前記鉄道車両の進行方向の長さである縦幅を、前記横幅と前記撮像装置に関するパラメータとに基づいて設定する、
請求項５に記載の線路検出装置。
【請求項８】
前記分岐器検出部は、前記分岐領域における前記鉄道車両の進行方向の長さを、前記鉄道車両の現在位置から前記分岐器のポイントまで距離が長い程、長く設定する、
請求項５に記載の線路検出装置。
【請求項９】
前記分岐器検出部は、前記分岐領域における前記鉄道車両の進行方向の長さを、検出された前記三角領域の頂点の角度が小さい程、長く設定する、
請求項５に記載の線路検出装置。
【請求項１０】
前記線路検出部は、前記線路検出モデルを用いて、前記撮像画像を、前記一対のレールの画素と、前記一対のレールの間である軌間の画素と、前記一対のレールおよび前記軌間以外の領域の画素と、に分類した前記線路検出画像を出力する、
請求項１に記載の線路検出装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、線路検出装置および線路検出方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両の自動運転が求められている。鉄道車両の自動運転を実現するためには、より正確な詳細な地図データベース（例えば、分岐位置や合流位置を含むデータベース）が必要とされる。また、既存の地図データベースに対して頻繁にメンテナンスを行う必要がある。
【０００３】
ここで、鉄道施設には複数の線路があり、線路の途中には、線路を複数の線路に分岐させたり、複数の線路を合流させるための分岐器が設置されている。鉄道車両を別の線路に移動させる場合、分岐器において実際に線路を分岐させる部分である転轍機を示すポイントの開閉を切り替える必要がある。このような分岐器の開閉方向が鉄道車両の進行方向が一致しているかどうかを判断するため、鉄道車両に搭載された車載カメラで撮影した画像を処理し、分岐器の開閉方向の状態を正確に判定する技術が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第６８５５７１２号公報
特開２０２１－１５７４８６号公報
特許第７０６８０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鉄道車両の走行環境では、天候や季節等の環境および時間帯の変動により、照度が大きく変動し、レールの見え方が大きく変化する。また、鉄道車両の走行時の揺れや傾きにより、撮影角度が大きく変化し、撮像画像中で線路を常に安定して検出することは困難である。従って、線路から分岐器を検出し、分岐器のスイッチの開閉状態を正確に判定することは更に困難となっている。
【０００６】
本実施形態の課題の一つは、撮像画像から、線路中に存在する分岐器の開閉状態をより正確かつ容易に判定することができる線路検出装置および線路検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の線路検出装置は、鉄道車両に搭載される線路検出装置であって、画像を入力して一対のレールからなる線路の検出結果である線路検出画像を出力する学習済みモデルである線路検出モデルを用いて、前記鉄道車両の周辺の領域を撮像する撮像装置による撮像画像から前記線路を検出して前記線路検出画像を出力する線路検出部と、前記線路検出画像に画像処理を施すことで、前記線路検出画像から、前記レール間の形状が三角形となる一対の三角領域を検出し、前記一対の三角領域が検出された場合に、前記一対の三角領域のそれぞれの頂点を、前記線路を複数の線路に分岐させまたは前記複数の線路を合流させるための分岐器のポイントとして特定した特定画像を出力する分岐器検出部と、前記分岐器のポイントを含む画像を入力して前記分岐器の開閉状態を出力する学習済みモデルである分岐器状態判定モデルを用いて、前記特定画像から、前記分岐器の開閉状態を判定する分岐器状態判定部と、前記分岐器の開閉状態の判定結果を出力する出力部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施形態にかかる車両システムの全体構成の一例を示す図である。
図２は、実施形態にかかる線路検出装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。
図３は、実施形態における分岐器の一例を示す模式図である。
図４は、実施形態にかかる判定部の出力結果のうち分岐の場合の一例を示す図である。
図５は、実施形態において二つの線路が合流する場合の判定部の出力例を示す図である。
図６は、実施形態における分岐領域の範囲の決定方法の一例を説明するための図である。
図７は、実施形態における分岐領域の範囲の決定方法の一例を説明するための図である。
図８は、実施形態にかかる地図ＤＢの線路の分岐に関する情報のレイヤのデータ構造の一例を示す模式図である。
図９は、実施形態において照合結果が正常な場合の一例を示す図である。
図１０は、実施形態において照合結果が異常な場合の一例を示す図である。
図１１は、実施形態において地図ＤＢに登録されていない場所から分岐器を検出した場合の例を示す図である。
図１２は、実施形態にかかる線路検出処理の手順の一例を示すフローチャートである。
図１３は、実施形態にかかる線路検出処理の過程で生成される画像の一例を示す図である。
図１４は、実施形態にかかる照合処理の手順の一例を示すフローチャートである。
図１５は、実施形態において、本線路から２本線路に分岐する場合の分岐器スイッチの開閉状態の判定結果の一例を示す図である。
図１６は、実施形態において、２本線路から１本線路に合流する場合の分岐器の状態の判定結果の例を示す図である。
図１７は、実施形態において一つの撮像画像に分岐と合流の双方が同時に存在する場合の分岐器の開閉状態の判定結果の一例を示す図である。
図１８は、実施形態において、複雑な分岐の一例を示す図である。
図１９は、実施形態においてシーケンサクロッシングの分岐が存在する複数の線路を含む撮像画像の一例を示す図である。
図２０は、実施形態において複雑な分岐の構造の場合の分岐領域の範囲の設定の一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付の図面を用いて、本実施形態について説明する。
【００１０】
（実施形態）
（車両システム１の全体構成）
図１は、実施形態にかかる車両システム１の全体構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる車両システム１は、鉄道車両ＲＶと、鉄道車両ＲＶの外部に設けられた中央装置２００と、を備えている。鉄道車両ＲＶは、レールＲ上を走行する。鉄道車両ＲＶは、カメラ１０と、アンテナ５０と、表示装置３０と、線路検出装置１００と、を含む。線路検出装置１００と中央装置２００とは、無線ネットワークで接続される。アンテナ５０、表示装置３０のそれぞれは線路検出装置１００と有線または無線で接続されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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