(57)【要約】【課題】列車走行によってバラスト軌道の道床内に生じる加速度を長期的に計測することができる技術の提供。【解決手段】検出システム１は、まくらぎ１３下方の道床１１内に配置された加速度センサ３１を有する検知器３と、道床法面に配置された中継装置５とを備え、列車走行によってバラスト軌道１０の道床１１内に生じる加速度を検出する。検知器３は、加速度センサ３１によって所定の計測タイミングで加速度を計測して計測値を中継装置５に出力し、中継装置５は、検知器３から入力された計測値を外部出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車走行によってバラスト軌道の道床内に生じる加速度を検出するための検出システムであって、
まくらぎ下方の道床内に配置された加速度センサを有する検知器と、
道床法面に配置された中継装置と、
を備え、
前記検知器は、前記加速度センサによって所定の計測タイミングで加速度を計測して計測値を前記中継装置に出力し、
前記中継装置は、前記検知器から入力された前記計測値を外部出力する、
検出システム。
【請求項２】
前記計測タイミングは、前記バラスト軌道を走行する始発列車の走行時刻に基づいて予め設定され、
前記検知器は、前記計測タイミングに応じて起動状態となって前記加速度の計測を行った後にスリープ状態となる、
請求項１に記載の検出システム。
【請求項３】
異なるまくらぎの下方に配置された複数の前記検知器を備え、
前記中継装置は、計測した前記検知器の識別情報と関連付けて前記計測値を外部出力する、
請求項１又は２に記載の検出システム。
【請求項４】
前記検知器は、駆動源である内蔵電池と、無線通信により前記計測値を前記中継装置に出力する無線通信装置とを有し、
前記中継装置は、温度差発電装置と、前記温度差発電装置の発電電力により充電する駆動源である二次電池と、無線通信装置とを有し、前記検知器から入力された前記計測値を無線通信により外部装置へ送信することで外部出力する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車走行によってバラスト軌道の道床内に生じる加速度を検出するための検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バラスト軌道における道床内部の劣化状態や動的応答特性を把握するためには、道床内部における振動加速度の計測が有効である。そのため、従来から、道床内の加速度計測が行われている。例えば、特許文献１には、加速度の計測時にセンシングスティックを打ち込んで道床内の所定位置に設置し、計測を終えたらこれを引き抜いて回収する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３５６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の技術は、センシングスティックの設置及び回収作業を簡単に行うことを目的としたものであり、センシングスティックを継続的に設置しておくことを前提としていない。実際に、センシングスティックを道床に打ち込んだまま常設しておくのでは、その露出部分等が保守作業の邪魔になり好ましくない。そのため、加速度の計測を定期的に行うときには、その都度センシングスティックを設置し、回収する作業が必要になる問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した課題に鑑み、列車走行によってバラスト軌道の道床内に生じる加速度を長期的に計測することができる技術の提供を目的として考案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の発明は、
列車走行によってバラスト軌道の道床内に生じる加速度を検出するための検出システムであって、
まくらぎ下方の道床内に配置された加速度センサを有する検知器と、
道床法面に配置された中継装置と、
を備え、
前記検知器は、前記加速度センサによって所定の計測タイミングで加速度を計測して計測値を前記中継装置に出力し、
前記中継装置は、前記検知器から入力された前記計測値を外部出力する、
検出システムである。
【０００７】
第１の発明によれば、道床内のまくらぎ下方に検知器を配置し、道床法面に中継装置を配置して、バラスト軌道に検知システムを設置することができる。そして、列車走行時等の所定の計測タイミングにおいて検知器により加速度を計測し、中継装置を介して計測値を外部出力することができる。これによれば、別体である検知器と中継装置とをそれぞれ適所に配置できるため、保守作業の邪魔になることがなく、列車の走行によってバラスト軌道の道床内に生じる加速度を、長期的に検出することが可能となる。また、検知器の剛性はバラスト（例えば砕石）と異なるが、検知器は特許文献１に記載されたセンシングスティックよりも小型であり、まくらぎ下方の道床内には中継装置５配置せずに済み、中継装置は道床の法面に配置される。そのため、列車走行時のまくらぎ下方のバラストにかかる荷重の分散に検知器が与える影響は特許文献１のセンシングスティックよりも明らかに小さく、中継装置にいたっては影響を与えないと言える。そのため、列車走行時のまくらぎ下方にかかる加速度をより適切に計測することが可能となる。
【０００８】
また、第２の発明は、
前記計測タイミングは、前記バラスト軌道を走行する始発列車の走行時刻に基づいて予め設定され、
前記検知器は、前記計測タイミングに応じて起動状態となって前記加速度の計測を行った後にスリープ状態となる、
第１の発明の検出システムである。
【０００９】
第２の発明によれば、始発列車の走行時を計測タイミングとして加速度を計測することができる。また、計測タイミングである始発列車の走行時だけ検知器を起動し、それ以外はスリープ状態とすることができる。したがって、検知器の消費電力を大幅に低減できるので、長期にわたって定期的に加速度を計測し、外部出力することが可能となる。
【００１０】
また、第３の発明は、
異なるまくらぎの下方に配置された複数の前記検知器を備え、
前記中継装置は、計測した前記検知器の識別情報と関連付けて前記計測値を外部出力する、
第１又は第２の発明の検出システムである。
【００１１】
第３の発明によれば、中継装置が、異なるまくらぎの下方において計測した加速度の計測値を、その検知器の識別情報と関連付けて外部出力することができる。
【００１２】
また、第４の発明は、
前記検知器は、駆動源である内蔵電池と、無線通信により前記計測値を前記中継装置に出力する無線通信装置とを有し、
前記中継装置は、温度差発電装置と、前記温度差発電装置の発電電力により充電する駆動源である二次電池と、無線通信装置とを有し、前記検知器から入力された前記計測値を無線通信により外部装置へ送信することで外部出力する、
第１〜第３の何れかの発明の検出システムである。
【００１３】
第４の発明によれば、検知器は加速度の計測値を無線通信によって中継装置に送信することができる。また、温度差発電装置の発電電力によって中継装置を動作させ、検出器からの計測値を無線通信によって外部装置に送信することができる。中継装置が温度差発電装置を備えているため、外部から電力を得るための電源ケーブル自体が不要となり、線路設備の点検等の邪魔になることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】検出システムの全体構成例を示す図。
【図２】検出システムの全体構成例を示す他の図。
【図３】検知器の主要な内部構成例を示すブロック図。
【図４】中継装置の主要な内部構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。
【００１６】
図１および図２は、本実施形態における検出システム１の全体構成例を説明するための模式図である。検出システム１は、列車走行によってバラスト軌道１０の道床１１内に生じる加速度を検出するためのものであり、図１は、その設置場所付近をバラスト軌道１０の方向から見た模式図であり、図２は、当該設置場所付近のバラスト軌道１０を側面からみた図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、バラスト軌道１０は、路盤の上にバラストが盛られた道床１１に所定間隔でまくらぎ１３を埋めて、その上にレール１５を載置・固定することにより敷設される。そして、検出システム１は、道床１１内においてまくらぎ１３の下方に配置された検知器３と、道床１１の法面（道床法面）に配置された中継装置５と、を備えて構成される。
【００１８】
より詳細には、本実施形態の検出システム１は、異なるまくらぎ１３の下方に配置された複数の検知器３を備える。例えば、所定数個おきに対象のまくらぎ１３を選び、その下方に検知器３を配置する。また、中継装置５は、その発電装置５１（図４を参照）の高温部を太陽光が当たるように大気側にし、低温部を道床１１側にして、道床法面に配置される。
【００１９】
検知器３は、所定の計測タイミングで加速度を計測する加速度センサ３１を有し、加速度センサ３１の計測値を中継装置５へ出力する。図３は、検知器３の主要な内部構成例を示すブロック図である。
【００２０】
図３に示すように、検知器３は、加速度センサ３１と、電源部３３と、無線通信装置３５と、制御部３７と、タイマー起動部３９と、で構成される。
【００２１】
無線通信装置３５は、無線通信によって外部の装置（例えば中継装置５）との間でデータを送受する。
【００２２】
制御部３７は、例えばＣＰＵや検知器３の動作に必要な各種データを保持するメモリ等を内蔵したマイクロコンピュータで構成され、検知器３を構成する各部の動作を制御して検知器３を統括的に制御する。具体的には、制御部３７は、加速度センサ３１の計測値を無線通信装置３５を介して中継装置５へと送信するための制御を行う。そして、当該送信制御に続いてタイマー起動部３９にタイマーの計時を開始させた後、検知器３を起動状態からスリープ状態へと遷移させる制御を行う。これにより、検知器３は、タイマー起動部３９のみが動作しているスリープ状態となる。
【００２３】
タイマー起動部３９は、計測タイミングに応じて検知器３のスリープ状態を解除し、検知器３の各部に電力を供給して起動状態に遷移させるためのものである。本実施形態では、加速度センサ３１の計測値を中継装置５へと送信し終わってからの経過時間を計時し、所定時間が経過した時点で電源部３３へウェイクアップ信号を出力する。
【００２４】
タイマー起動部３９が計測する所定時間は、計測タイミングをもとに予め設定しておくことができる。本実施形態では、例えば、１日に１回、バラスト軌道１０を走行する始発列車の走行時に加速度の計測を行って、計測値を中継装置５へ出力することとする。そのため、予め検知器３毎に、その配置位置を始発列車が通過する時刻に当該検知器３が起動状態となっているように起動時刻が定められ、次に到来する当該起動時刻までの時間長が所定時間として設定される。ただし、計測タイミングは一例であり、適宜設定してよい。例えば、１日に２回以上加速度を計測する構成としてもよいし、１週間毎に１回ずつ加速度を計測する構成でもよい。
【００２５】
電源部３３は、駆動源である内蔵電池３４を有し、スリープ状態の間の電力を供給する他、タイマー起動部３９からのウェイクアップ信号に応じて検知器３の各部に起動状態とするための電力を供給する。
【００２６】
中継装置５は、検知器３から入力される計測値を外部出力する。図４は、中継装置５の主要な内部構成例を示すブロック図である。図４に示すように、中継装置５は、発電装置５１と、二次電池５２と、無線通信装置５３と、制御部５５とを含む。
【００２７】
発電装置５１は、環境発電技術を利用した発電装置であり、例えば、対向配置された高温部と低温部との温度差を利用して発電する温度差発電装置を用いることができる。前述のように、中継装置５は、日中の太陽光を受けて発電装置５１に温度差が生じるように、その高温部が大気側、低温部が道床１１側を向くように道床法面に配置される。
【００２８】
二次電池５２は、発電装置５１で得られた発電電力を蓄電し、駆動源として中継装置５の各部に電力を供給する。
【００２９】
無線通信装置５３は、無線通信によって外部の装置（例えば検知器３や、計測値の外部出力先である外部装置７）との間でデータを送受する。外部装置７は、例えば、パソコン等の処理装置であり、中継装置５から送信された計測値を検知器３毎に蓄積し、道床１１内の状態監視等に必要なデータ処理等を行う。
【００３０】
制御部５５は、例えばＣＰＵや中継装置５の動作に必要な各種データを保持するメモリ等を内蔵したマイクロコンピュータで構成され、中継装置５を構成する各部の動作を制御して中継装置５を統括的に制御する。具体的には、制御部５５は、検知器３による加速度の計測値を収集し、無線通信装置５３を介して外部装置７へ無線通信により送信するための制御を行う。本実施形態では、検知器３から送信された計測値に送信元の検知器３の識別情報を関連付けて、外部装置７に送信制御する。各検知器３から計測値を受信するたびにそれを外部装置７に送信制御するのでもよいし、全ての検知器３からの計測値が揃った後でまとめて送信制御するのでもよい。或いは、内蔵する記憶部に収集した加速度の計測値を一旦蓄積しておき、所定の出力タイミングで蓄積した計測値をまとめて外部出力する構成としてもよい。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、複数の検知器３を異なるまくらぎ１３の下方に配置するとともに、道床法面にそれらと無線通信接続可能な中継装置５を配置して、検出システム１を設置することができる。そして、例えば、始発列車の走行時刻に基づく計測タイミング毎に各検知器３で加速度を計測し、それら計測値を中継装置５が収集して外部出力することができる。これによれば、列車の走行によってバラスト軌道１０の道床内に生じる加速度を、定期的に計測することができる。
【００３２】
また、本実施形態の検知器３は、加速度を計測して中継装置５へと送信するときだけ起動状態となり、それ以外は、消費電力低減のためスリープ状態となる。したがって、個々の検知器３の内蔵電池３４を長持ちさせることができる。中継装置５については、道床法面に配置することで、温度差発電の発電電力によって駆動源を確保できる。これによれば、外部からの電源供給や電池交換そのものも必要とせずに長期に亘って定期的に加速度を計測し、計測値を収集して外部出力することができる。また、検知器３をまくらぎの下方に配置することができるので、列車走行によって道床１１内に生じる加速度を精度良く計測することができる。検知器３の剛性はバラスト（例えば砕石）と異なるが、検知器３は小型であり、まくらぎ下方の道床内には中継装置５を配置せずに済み、中継装置５は道床の法面に配置される。そのため、列車走行時のまくらぎ下方のバラストにかかる荷重の分散に検知器３が与える影響は小さく、中継装置５にいたっては影響を与えないと言える。そのため、列車走行時のまくらぎ下方にかかる加速度を高精度に計測することが可能となる。加えて、計測のたびに検知器の設置や回収する作業が不要となるため、加速度計測のための作業効率が図れる。
【００３３】
また、バラスト軌道１０による鉄道線路は、列車の荷重等による沈下が生じることから、その保守作業が必要となる。具体的には、砕石を補充しながらバラストをつき固めるつき固め作業が実施される。このつき固め作業では、保線用機械（マルチプルタイタンパ：マルタイ）を用い、レール１５をクランプで保持しながらタンピングツールを隣接するまくらぎ１３の間から道床１１内に挿入して、その振動動作で砕石をつき固めて沈下した軌道を修復する。このつき固め作業は随時又は定期的に実施されるが、本実施形態の検出システム１は、検知器３をまくらぎの下方に配置するため、当該作業（より詳細には、道床１１内に挿入されるタンピングツール）の影響を受け難い。また、中継装置５を道床法面に配置し、検知器３との間のデータの送受を無線通信によって行うため、その配置やケーブルの類が当該作業の邪魔になり難い。
【００３４】
なお、本実施形態の検出システム１は、バラスト軌道１０に沿ってその全域に複数設置するとしてもよい。これによれば、バラスト軌道１０の全域で道床１１内の加速度を計測・収集することができる。またその場合、道床１１内の著大加速度発生個所を把握することができるので、道床破壊が予測される箇所のスポット的な調査が可能となり、線路巡回を効率化することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…検出システム
３…検知器
３１…加速度センサ
３３…電源部
３４…内蔵電池
３５…無線通信装置
３７…制御部
３９…タイマー起動部
５…中継装置
５１…発電装置
５２…二次電池
５３…無線通信装置
５５…制御部
１０…バラスト軌道
１１…道床
１３…まくらぎ
１５…レール
【図１】
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【図２】
2020204196.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020204196.tif 000006