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公開番号2025113052
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007686
出願日2024-01-22
発明の名称軌道状態監視装置およびレール間隔拡大判別装置
出願人独立行政法人自動車技術総合機構
代理人弁理士法人勇智国際特許事務所
主分類B61K 9/08 20060101AFI20250725BHJP(鉄道)
要約【課題】レール間隔拡大を容易に判別することができる技術を開示する。
【解決手段】撮像手段320(330)は、車輪230(240)の車輪外面231c(241c)とレール110(120)の頭部111(121)の頭部外面111c(121c)を含む領域を撮像する。画像処理手段311は、撮像手段320(330)で撮像した撮像画像を画像処理して、車輪230(240)の車輪外面231c(241c)とレール110(120)の頭部外面111c(121c)との間の間隔(飛び出し量)M1(M2)を判別する。比較手段312は、間隔M1(M2)と設定値を比較する。軌道異常判別手段314は、比較手段312の比較結果および車両位置検出装置600で検出した車両位置に基づいて、レール間隔が拡大している軌道位置を判別する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
車両の走行方向に沿って延在し、当該走行方向と交差する交差方向に離間して配置されている第１のレールと第２のレールにより構成される軌道の状態を監視する軌道状態監視装置であって、
前記第１のレールは、上方に第１の頭部を有し、前記第１の頭部は、上方に第１の頭部頭頂面を有しているとともに、前記交差方向に沿って前記第２のレールと反対側に第１の頭部外側面を有しており、
前記第２のレールは、上方に第２の頭部を有し、前記第２の頭部は、上方に第２の頭部頭頂面を有しているとともに、前記交差方向に沿って前記第１のレールと反対側に第２の頭部外側面を有しており、
前記車両は、前記交差方向に離間して配置されている複数の第１の車輪と複数の第２の車輪を有し、前記複数の第１の車輪は、前記第１のレールの前記第１の頭部頭頂面に当接する第１の車輪踏面が外周に形成されているとともに、前記交差方向に沿って、前記第１の車輪踏面より前記第２の車輪と反対側に第１の車輪外面が形成されており、前記複数の第２の車輪は、前記第２のレールの前記第２の頭部頭頂面に当接する第２の車輪踏面が外周に形成されているとともにと、前記交差方向に沿って、前記第２の車輪踏面より前記第１の車輪と反対側に第２の車輪外面が形成されており、
レール間隔拡大判別手段と、軌道異常判別手段と、を備え、
前記レール間隔拡大判別手段は、前記複数の第１の車輪のうちの少なくとも１つの第１の車輪の前記第１の車輪外面と前記第１のレールの前記第１の頭部外側面との間の前記交差方向に沿った第１の間隔と、前記複数の第２の車輪のうちの少なくとも１つの第２の車輪の前記第２の車輪外面と前記第２のレールの前記第２の頭部外側面との間の前記交差方向に沿った第２の間隔を判別するとともに、前記第１の間隔あるいは前記第２の間隔が設定値を超えているか否かを判別し、
前記軌道異常判別手段は、前記レール間隔拡大判別手段によって前記第１の間隔あるいは前記第２の間隔が前記設定値を超えていることが判別された場合に、前記軌道が異常状態であることを判別することを特徴とする軌道状態監視装置。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の軌道状態監視装置であって、
前記車両の前記軌道に沿った車両位置を検出する車両位置検出手段を備え、
前記軌道異常判別手段は、前記レール間隔拡大判別手段によって前記第１の間隔あるいは前記第２の間隔が前記設定値を超えていることが判別された場合に、前記車両位置検出手段で検出された車両位置において前記軌道が異常状態であることを判別することを特徴とする軌道状態監視装置。
【請求項３】
請求項１に記載の軌道状態監視装置であって、
前記少なくとも１つの第１の車輪と前記少なくとも１つの第２の車輪は、同じ車軸に連結されていることを特徴とする軌道状態監視装置。
【請求項４】
請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の軌道状態監視装置であって、
前記レール間隔拡大判別手段は、飛び出し量判別手段と、比較手段と、を含み、
前記飛び出し量判別手段は、前記第１のレールの前記第１の頭部頭頂面が、前記少なくとも１つの第１の車輪の前記第１の車輪外面から前記交差方向に沿って飛び出ている第１の飛び出し量を前記第１の間隔として判別するとともに、前記第２のレールの前記第２の頭部頭頂面が、前記少なくとも１つの第２の車輪の前記第２の車輪外面から前記交差方向に沿って飛び出ている第２の飛び出し量を前記第２の間隔として判別し、
前記比較手段は、前記飛び出し量判別手段で判別した前記第１の飛び出し量と前記第２の飛び出し量を前記設定値と比較し、前記第１の飛び出し量あるいは前記第２の飛び出し量が前記設定値を超えている否かを示す比較結果を出力し、
前記軌道異常判別手段は、前記比較手段から、前記第１の飛び出し量あるいは前記第２の飛び出し量が前記設定値を超えていることを示す比較結果が出力された場合に、前記軌道が異常状態であることを判別することを特徴とする軌道状態監視装置。
【請求項５】
請求項４に記載の軌道状態監視装置であって、
前記飛び出し量判別手段は、前記第１の飛び出し量を判別する第１の飛び出し量判別手段と、前記第２の飛び出し量を判別する第２の飛び出し量判別手段を含んでいることを特徴とする軌道状態監視装置。
【請求項６】
請求項５に記載の軌道状態監視装置であって、
前記飛び出し量判別手段は、第１の撮像手段と、第２の撮像手段と、画像処理手段と、を含み、
前記第１の撮像手段は、前記少なくとも１つの第１の車輪の前記第１の車輪外面と前記第１のレールの前記第１の頭部外側面を含む領域を撮像可能に配置され、
前記第２の撮像手段は、前記少なくとも１つの第２の車輪の前記第２の車輪外面と前記第２のレールの前記第２の頭部外側面を含む領域を撮像可能に配置され、
前記画像処理手段は、前記第１の撮像手段で撮像した撮像画像に基づいて前記第１の飛び出し量を判別し、また、前記第２の撮像手段で撮像した撮像画像に基づいて前記第２の飛び出し量を判別し、
前記第１の飛び出し量判別手段は、前記第１の撮像手段と前記画像処理手段により構成され、
前記第２の飛び出し量判別手段は、前記第２の撮像手段と前記画像処理手段により構成されていることを特徴とする軌道状態監視装置。
【請求項７】
請求項５に記載の軌道状態監視装置であって、
前記飛び出し量判別手段は、第１の光センサーと、第２の光センサーと、形状判別手段と、を含み、
前記第１の光センサーは、前記少なくとも１つの第１の車輪の前記第１の車輪外面と前記第１のレールの前記第１の頭部外側面を含む領域に光を照射可能な第１の光照射手段と、前記第１の光照射手段から照射された光が物体で反射した反射光を受光可能な第１の受光手段と、を含み、
前記第２の光センサーは、前記少なくとも１つの第２の車輪の前記第２の車輪外面と前記第２のレールの前記第２の頭部外側面を含む領域に光を照射可能な第２の光照射手段と、前記第２の光照射手段から照射された光が物体で反射した反射光を受光可能な第２の受光手段と、を含み、
前記形状判別手段は、前記第１の光照射手段から照射された光の照射角度および前記第１の光照射手段から光を照射してから前記第１の受光手段で反射光を受光するまでの時間に基づいて前記第１の車輪の前記第１の車輪外面と前記第１のレールの前記第１の頭部外側面の外周形状を判別するとともに、判別した外周形状に基づいて前記第１の飛び出し量を判別し、また、前記第２の光照射手段から照射された光の照射角度および前記第２の光照射手段から光を照射してから前記第２の受光手段で反射光を受光するまでの時間に基づいて前記第２の車輪の前記第２の車輪外面と前記第２のレールの前記第２の頭部外側面の外周形状を判別するとともに、判別した外周形状に基づいて前記第２の飛び出し量を判別し、
前記第１の飛び出し量判別手段は、前記第１の光センサーと前記形状判別手段により構成され、
前記第２の飛び出し量判別手段は、前記第２の光センサーと前記形状判別手段により構成されていることを特徴とする軌道状態監視装置。
【請求項８】
車両の走行方向に沿って延在し、当該走行方向と交差する交差方向に離間して配置されている第１のレールと第２のレールの間のレール間隔が拡大したことを判別するレール間隔拡大判別装置であって、
前記第１のレールは、上方に第１の頭部を有し、前記第１の頭部は、上方に第１の頭部頭頂面を有しているとともに、前記交差方向に沿って前記第２のレールと反対側に第１の頭部外側面を有しており、
前記第２のレールは、上方に第２の頭部を有し、前記第２の頭部は、上方に第２の頭部頭頂面を有しているとともに、前記交差方向に沿って前記第１のレールと反対側に第２の頭部外側面を有しており、
前記車両は、前記交差方向に離間して配置されている複数の第１の車輪と複数の第２の車輪を有し、前記複数の第１の車輪は、前記第１のレールの前記第１の頭部頭頂面に当接する第１の車輪踏面が外周に形成されているとともに、前記交差方向に沿って、前記第１の車輪踏面より前記第２の車輪と反対側に第１の車輪外面が形成されており、前記複数の第２の車輪は、前記第２のレールの前記第２の頭部頭頂面に当接する第２の車輪踏面が外周に形成されているとともに、前記交差方向に沿って、前記第２の車輪踏面より前記第１の車輪と反対側に第２の車輪外面が形成されており、
飛び出し量判別手段と、比較手段と、を含み、
前記飛び出し量判別手段は、前記第１のレールの前記第１の頭部頭頂面が、前記複数の第１の車輪のうちの少なくとも１つの第１の車輪の前記第１の車輪外面から前記交差方向に沿って飛び出ている第１の飛び出し量を判別するとともに、前記第２のレールの前記第２の頭部頭頂面が、前記複数の第２の車輪のうちの少なくとも１つの第２の車輪の前記第２の車輪外面から前記交差方向に沿って飛び出ている第２の飛び出し量を判別し、
前記比較手段は、前記飛び出し量判別手段で判別した前記第１の飛び出し量と前記第２の飛び出し量を設定値と比較し、前記第１の飛び出し量あるいは前記第２の飛び出し量が前記設定値を超えている場合に、レール間隔が拡大していることを示す比較結果を出力することを特徴とするレール間隔拡大判別装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両が走行する軌道の状態を監視する軌道状態監視装置に関する。
続きを表示（約 5,900 文字）【背景技術】
【０００２】
レールを有する軌道と、レールに沿って転動する車輪を有する車両を含む輸送システムでは、安全性を確保するために軌道の状態を監視する必要がある。例えば、軌道を構成する第１のレールと第２のレールの間のレール間隔（「軌間」と呼ばれている）が拡大すると列車が脱線するおそれがあるため、レール間隔を監視する必要がある。
従来、レール間隔等の軌道状態を監視する軌道状態監視装置として、例えば、特許文献１（特開２０１９－８４９５５号公報）に開示されている軌道状態監視装置が知られている。
特許文献１に開示されている軌道状態監視装置では、車両に取り付けた複数の撮像装置により同時に複数の撮像画像を取得し、取得した複数の撮像撮像を画像処理することによって軌道状態を監視している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－８４９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている軌道状態監視装置は、車両に複数の撮像装置を取り付けるとともに、複数の撮像装置により同時に取得した複数の撮像画像を画像処理することによって軌道状態を監視している。
このため、処理が煩雑であり、また、高価となる。
本発明は、安価に、簡単な処理で軌道状態を監視することができる軌道状態監視装置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】
【０００５】
第１発明は、軌道を構成する第１のレールと第２のレールの間のレール間隔が拡大したことを監視する軌道状態監視装置に関する。
本発明の軌道状態監視装置を用いて監視する軌道は、車両の走行方向に沿って延在し、車両の走行方向と交差する交差方向に離間して配置されている第１のレールと第２のレールにより構成されている。
第１のレールは、上方に第１の頭部を有している。第１の頭部は、上方に第１の頭部頭頂面を有しているとともに、交差方向に沿って第２のレールと反対側に第１の頭部外側面を有している。
第２のレールは、上方に第２の頭部を有している。第２の頭部は、上方に第２の頭部頭頂面を有しているとともに、交差方向に沿って第１のレールと反対側に第２の頭部外側面を有している。
軌道に沿って走行する車両は、交差方向に離間して配置されている複数の第１の車輪と複数の第２の車輪を有している。複数の第１の車輪は、第１のレールの第１の頭部頭頂面に当接する第１の車輪踏面が外周に形成されているとともにと、交差方向に沿って、第１の車輪踏面より第２の車輪と反対側に第１の車輪外面が形成されている。複数の第２の車輪は、第２のレールの第２の頭部頭頂面に当接する第２の車輪踏面が外周に形成されているとともに、交差方向に沿って、第２の車輪踏面より第１の車輪と反対側に第２の車輪外面が形成されている。
本発明の軌道状態監視装置は、レール間隔拡大判別手段と軌道異常判別手段を備えている。
レール間隔拡大判別手段は、複数の第１の車輪のうちの少なくとも１つの第１の車輪の第１の車輪外面と第１のレールの第１の頭部外側面との間の交差方向に沿った第１の間隔と、複数の第２の車輪のうちの少なくとも１つの第２の車輪の第２の車輪外面と第２のレールの第２の頭部外側面との間の交差方向に沿った第２の間隔を判別する。そして、第１の間隔あるいは第２の間隔が設定値を超えているか否かを判別する。第１の間隔あるいは第２の間隔は、第１のレールと第２のレールの間のレール間隔に対応する。設定値は、レール間隔が、車両が脱線するおそれがあるレール間隔に拡大した場合における第１の間隔あるいは第２の間隔に基づいて設定される。これにより、レール間隔拡大判別手段は、レール間隔が、車両が脱線するおそれがあるレール間隔に拡大したことを判別することができる。
軌道異常判別手段は、レール間隔拡大判別手段によって第１の間隔あるいは第２の間隔が設定値を超えていることが判別された場合に、軌道が異常状態であることを判別する。
第１発明の軌道状態監視装置では、安価に、簡単な処理で軌道状態を監視することができる。
第１発明の異なる形態では、車両の、軌道に沿った車両位置を検出する車両位置検出手段を備えている。車両位置検出手段としては、公知の車両位置検出手段を用いることができる。
軌道異常判別手段は、レール間隔拡大判別手段によって第１の間隔あるいは第２の間隔が設定値を超えていることが判別された場合に、車両位置検出手段で検出された車両位置において軌道が異常状態であることを判別する。
本形態では、軌道が異常状態である個所を容易に判別することができる。
第１発明の異なる形態では、少なくとも１つの第１の車輪と少なくとも１つの第２の車輪は、同じ車軸に連結されている。
本形態では、第１の間隔と第２の間隔を容易に判別することができる。
第１発明の異なる形態では、レール間隔拡大判別手段は、飛び出し量判別手段と比較手段を含んでいる。
飛び出し量判別手段は、第１のレールの第１の頭部頭頂面が、少なくとも１つの第１の車輪の第１の車輪外面から交差方向に沿って飛び出ている第１の飛び出し量を第１の間隔として判別するとともに、第２のレールの第２の頭部頭頂面が、少なくとも１つの第２の車輪の第２の車輪外面から交差方向に沿って飛び出ている第２の飛び出し量を第２の間隔として判別する。
比較手段は、飛び出し量判別手段で判別した第１の飛び出し量と第２の飛び出し量を設定値と比較し、第１の飛び出し量あるいは第２の飛び出し量が設定値を超えている否かを示す比較結果を出力する。
軌道異常判別手段は、比較手段から、第１の飛び出し量あるいは第２の飛び出し量が設定値を超えていることを示す比較結果が出力された場合に、軌道が異常状態であることを判別する。
本形態では、レール間隔が拡大していることを容易に判別することができる。
第１発明の異なる形態では、飛び出し量判別手段は、第１の飛び出し量を判別する第１の飛び出し量判別手段と、第２の飛び出し量を判別する第２の飛び出し量判別手段を含んでいる。
本形態では、レール間隔が拡大していることを容易に判別することができる。
第１発明の異なる形態では、飛び出し量判別手段は、第１の撮像手段、第２の撮像手段および画像処理手段を含んでいる。
第１の撮像手段は、少なくとも１つの第１の車輪の第１の車輪外面と第１のレールの第１の頭部外側面を含む領域（撮像領域）を撮像可能に配置されている。好適には、第１の撮像手段は、少なくとも１つの第１の車輪の第１の車輪踏面と第１のレールの第１の頭部頭頂面が当接している箇所が撮像領域に含まれるように配置される。第２の撮像手段は、少なくとも１つの第２の車輪の第２の車輪外面と第２のレールの第２の頭部外側面を含む領域（撮像領域）を撮像可能に配置されている。好適には、第２の撮像手段は、少なくとも１つの第２の車輪の第２の車輪踏面と第２のレールの第２の頭部頭頂面が当接している箇所が撮像領域に含まれるように配置される。第１の撮像手段、第２の撮像手段としては、公知の撮像手段を用いることができる。
画像処理手段は、第１の撮像手段で撮像した撮像画像に基づいて第１の飛び出し量を判別し、また、第２の撮像手段で撮像した撮像画像に基づいて第２の飛び出し量を判別する。画像処理手段としては、公知の画像処理手段を用いることができる。画像処理手段は、第１の飛び出し量と第２の飛び出し量を判別する共通の画像処理手段により構成することもできるし、第１の飛び出し量を判別する第１の画像処理手段と第２の飛び出し量を判別する第２の画像処理手段により構成することもできる。
本形態では、第１の飛び出し量判別手段は、第１の撮像手段と画像処理手段により構成され、第２の飛び出し量判別手段は、第２の撮像手段と画像処理手段により構成されている。
本形態では、レール間隔拡大判別手段を安価に構成することができる。
第１発明の異なる形態では、飛び出し量判別手段は、第１の光センサー、第２の光センサーおよび形状判別手段を含んでいる。
第１の光センサーは、第１の光照射手段と第１の受光手段により構成されている。第１の光照射手段は、少なくとも１つの第１の車輪の第１の車輪外面と第１のレールの第１の頭部外側面を含む領域（照射領域）に光を照射可能に配置されている。好適には、第１の光照射手段は、少なくとも１つの第１の車輪の第１の車輪踏面と第１のレールの第１の頭部頭頂面が当接している箇所が照射領域に含まれるように配置される。第１の受光手段は、第１の光照射手段から照射された光が物体で反射した反射光を受光可能に配置される。
第２の光センサーは、少なくとも１つの第２の車輪の第２の車輪外面と第２のレールの第２の頭部外側面を含む領域（照射領域）に光を照射可能に配置される。好適には、第２の光照射手段は、少なくとも１つの第２の車輪の第２の車輪踏面と第２のレールの第２の頭部頭頂面が当接している箇所が照射領域に含まれるように配置される。第２の受光手段は、第２の光照射手段から照射された光が物体で反射した反射光を受光可能に配置される。
形状判別手段は、第１の光照射手段から照射された光の照射角度および第１の光照射手段から光を照射してから第１の受光手段で反射光を受光するまでの時間に基づいて第１の車輪の第１の車輪外面と第１のレールの第１の頭部外側面の外周形状を判別するとともに、判別した第１の車輪外面と第１の頭部外側面の外周形状に基づいて前記第１の飛び出し量を判別する。また、第２の光照射手段から照射された光の照射角度および第２の光照射手段から光を照射してから第２の受光手段で反射光を受光するまでの時間に基づいて第２の車輪の第２の車輪外面と第２のレールの第２の頭部外側面の外周形状を判別するとともに、判別した第２の車輪外面と第１の頭部外側面の外周形状に基づいて第２の飛び出し量を判別する。形状判別手段は、第１の飛び出し量と第２の飛び出し量を判別する共通の形状判別手段により構成することもできるし、第１の飛び出し量を判別する第１の形状判別手段と第２の飛び出し量を判別する第２の形状判別手段により構成することもできる。
本形態では、第１の飛び出し量判別手段は、第１の光センサーと形状判別手段により構成され、第２の飛び出し量判別手段は、第２の光センサーと形状判別手段により構成されている。
本形態では、レール間隔拡大判別手段を安価に構成することができる。
第２発明は、軌道を構成する第１のレールと第２のレールの間のレール間隔が拡大したことを判別するレール間隔拡大判別装置に関する。
軌道を構成する第１のレールおよび第２のレールと、車両に配置されている第１の車輪および第２の車輪は前述した形状を有している。
第２発明の飛び出し量判別手段および比較手段は、前述した飛び出し量判別手段および比較手段と同様の構成である。
第２発明のレール間隔拡大判別装置では、安価に、簡単な処理でレール間隔が拡大していることを判別することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の軌道状態監視装置およびレール間隔拡大判別装置を用いることにより、安価に、簡単な処理で軌道状態を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
軌道と車両の一例を説明する図である。
軌道を構成するレールと車両の車輪を説明する図である。
図２の一部を拡大した図である。
直線軌道と曲線軌道を説明する図である。
車両が直線軌道を走行する場合における、本発明の軌道状態監視装置の一実施形態の動作を説明する図である。
車両が曲線軌道を走行する場合における、本発明の軌道状態監視装置の一実施形態の動作を説明する図である。
本発明の軌道状態監視装置の第１実施形態のブロック図である。
本発明の軌道状態監視装置の第２実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、図１～図８では、車両の走行方向をＸで示し、車両の走行方向と交差する交差方向（左右方向）をＹで示し、上下方向をＺで示している。車両が曲線軌道を走行する場合には、走行方向と交差する交差方向Ｙは、軌道に沿った位置に応じて変化する（図４（ｂ）参照）。
また、以下で説明する実施形態では、車両２００が矢印Ｘ１方向に走行するものとし、矢印Ｘ１側（図１～図３、図５、図６では紙面表側）を進行方向前側、矢印Ｘ２側（図１～図３、図５、図６では紙面裏側）を進行方向後側とする。また、矢印Ｙ１側を「進行方向左側」、矢印Ｙ２側を「進行方向右側」とする。また、矢印Ｚ１側を上方、矢印Ｚ２側を下方とする。
勿論、車両２００は、矢印Ｘ２方向に走行することもできる。この場合には、矢印Ｘ２側が進行方向前側となり、矢印Ｘ１側が進行方向後側となる。また、矢印Ｙ２側が進行方向左側、矢印Ｙ１側が進行方向右側となる。
【０００９】
先ず、本発明の軌道状態監視装置およびレール間隔拡大判別装置が適用される軌道１００と車両２００について、図１～図３を参照して説明する。図１は、軌道１００と車両２００の一例の概要を示す図である。図２は、軌道を構成するレールと車両の車輪を説明する図である。図３は、図２の一部を拡大した図である。
【００１０】
軌道１００は、車両２００の走行方向（Ｘ方向）に沿って延在し、走行方向（Ｘ方向）と交差する交差方向（Ｙ方向）に離間して配置されているレール１１０とレール１２０を有している。
（【００１１】以降は省略されています）

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