(57)【要約】【課題】三面摩耗トロリ線の残存直径相当値を求めることが可能な摩耗測定装置および摩耗測定方法を提供する。【解決手段】車両１０の屋根上に設置された第一，第二のラインセンサカメラ１１，１２によって撮影した画像Ｉ１，Ｉ２を解析して画像Ｉ１からトロリ線中心点の実座標Ｐ０を算出し、トロリ線最下面位置測定手段によって取得した情報に基づいてトロリ線１６の最下面の高さを求め、画像Ｉ１およびトロリ線１６の最下面の高さを用いて境界点ｐ１〜ｐ５の実座標Ｐ０〜Ｐ５を算出し、実座標Ｐ０〜Ｐ５に基づいて三面摩耗トロリ線１６の摩耗断面積Ｓを算出し、三面摩耗トロリ線１６の摩耗断面積Ｓに基づいて三面摩耗トロリ線１６と断面積が同一である水平摩耗部１６ａのみを有する水平摩耗トロリ線１６Aの残存直径を、三面摩耗トロリ線１６の残存直径相当値Ｈとして算出するようにした。【選択図】図７
2020098533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車車両の屋根上に設置されトロリ線の下面を撮影する摩耗測定用カメラと、
前記トロリ線の最下面の高さを取得するためのトロリ線最下面位置測定手段と、
前記摩耗測定用カメラによって撮影した画像及び前記トロリ線最下面位置測定手段によって取得した情報を解析して前記トロリ線の残存直径相当値を求める処理装置と
を備え、
前記処理装置が、
前記トロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出するトロリ線中心位置算出処理部と、
前記トロリ線最下面位置測定手段によって取得した情報に基づいて前記トロリ線の最下面の高さを求めるトロリ線最下面高さ算出処理部と、
前記トロリ線の下面の画像および前記トロリ線の最下面の高さを用いて少なくとも一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する境界点位置算出処理部と、
前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標に基づいて前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積を算出する摩耗断面積算出処理部と、
前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積に基づいて、一つの水平摩耗部および二つの傾斜摩耗部を有する三面摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記三面摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する残存直径相当値算出処理部と
を含むことを特徴とする摩耗測定装置。
【請求項２】
前記境界点位置算出処理部が、前記トロリ線の下面の画像から取得した少なくとも前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部のピクセル位置、並びに前記トロリ線の最下面の高さに基づいて、前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の摩耗測定装置。
【請求項３】
前記境界点位置算出処理部が、前記トロリ線の最下面の高さを、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点および前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点の高さとして適用する
ことを特徴とする請求項２記載の摩耗測定装置。
【請求項４】
電車車両の屋根上に設置された摩耗測定用カメラにより撮影したトロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出するトロリ線中心点位置算出処理工程と、
前記電車車両の屋根上に設置されたトロリ線最下面位置測定手段により取得した情報に基づいて前記トロリ線の最下面の高さを求めるトロリ線最下面高さ算出処理工程と、
前記トロリ線の下面の画像および前記トロリ線の最下面の高さを用いて少なくとも一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する境界点位置算出処理工程と、
前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標に基づいて前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積を算出する摩耗断面積算出処理工程と、
前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積に基づいて、一つの水平摩耗部および二つの傾斜摩耗部を有する三面摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記三面摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する残存直径相当値算出処理工程と
を含むことを特徴とする摩耗測定方法。
【請求項５】
前記境界点位置算出処理工程では、前記トロリ線の下面の画像から取得した少なくとも前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部のピクセル位置、並びに前記トロリ線の最下面の高さに基づいて、前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する
ことを特徴とする請求項４記載の摩耗測定方法。
【請求項６】
前記境界点位置算出処理工程では、前記トロリ線の最下面の高さを、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点および前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点の高さとして適用する
ことを特徴とする請求項５記載の摩耗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電車の屋根上からトロリ線の下面の幅を撮影して得られる画像を処理することでトロリ線の摩耗を測定する摩耗測定装置および摩耗測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラインセンサによりトロリ線を撮影した画像を処理してトロリ線の摩耗部の幅を求めるようにしたトロリ線摩耗測定装置が公知となっている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
また、トロリ線の摩耗部が、水平摩耗部と傾斜摩耗部とからなる偏摩耗と呼ばれる摩耗状態である場合に、残存断面積に基づき水平摩耗部及び傾斜摩耗部を考慮した一つの残存直径相当値を算出するようにしたトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法も公知となっている（例えば、下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６３５６５７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４２５４０号公報
【特許文献３】特許第５４１８１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、トロリ線の摩耗部は、多分割すり板を使用したパンタグラフの影響で図４に示すように水平摩耗部１６ａの両側に傾斜摩耗部１６ｂ，１６ｃを有する状態となることがある（以下、このような摩耗状態にあるトロリ線を三面摩耗トロリ線と称する）。
【０００６】
しかしながら、従来のトロリ線摩耗測定装置では、このような三面摩耗トロリ線の残存直径相当値を求めることができないという問題があった。
【０００７】
このようなことから本発明は、三面摩耗トロリ線の残存直径相当値を求めることが可能な摩耗測定装置および摩耗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】
【０００８】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る摩耗測定装置は、
電車車両の屋根上に設置されトロリ線の下面を撮影する摩耗測定用カメラと、
前記トロリ線の最下面の高さを取得するためのトロリ線最下面位置測定手段と、
前記摩耗測定用カメラによって撮影した画像及び前記トロリ線最下面位置測定手段によって取得した情報を解析して前記トロリ線の残存直径相当値を求める処理装置と
を備え、
前記処理装置が、
前記トロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出するトロリ線中心位置算出処理部と、
前記トロリ線最下面位置測定手段によって取得した情報に基づいて前記トロリ線の最下面の高さを求めるトロリ線最下面高さ算出処理部と、
前記トロリ線の下面の画像および前記トロリ線の最下面の高さを用いて少なくとも一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する境界点位置算出処理部と、
前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標に基づいて前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積を算出する摩耗断面積算出処理部と、
前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積に基づいて、一つの水平摩耗部および二つの傾斜摩耗部を有する三面摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記三面摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する残存直径相当値算出処理部と
を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る摩耗測定装置は、
前記境界点位置算出処理部が、前記トロリ線の下面の画像から取得した少なくとも前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部のピクセル位置、並びに前記トロリ線の最下面の高さに基づいて、前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する
ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る摩耗測定装置は、
前記境界点位置算出処理部が、前記トロリ線の最下面の高さを、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点および前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点の高さとして適用する
ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る摩耗測定方法は、
電車車両の屋根上に設置された摩耗測定用カメラにより撮影したトロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出するトロリ線中心点位置算出処理工程と、
前記電車車両の屋根上に設置されたトロリ線最下面位置測定手段により取得した情報に基づいて前記トロリ線の最下面の高さを求めるトロリ線最下面高さ算出処理工程と、
前記トロリ線の下面の画像および前記トロリ線の最下面の高さを用いて少なくとも一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する境界点位置算出処理工程と、
前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標に基づいて前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積を算出する摩耗断面積算出処理工程と、
前記三面摩耗トロリ線の摩耗断面積に基づいて、一つの水平摩耗部および二つの傾斜摩耗部を有する三面摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記三面摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する残存直径相当値算出処理工程と
を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、上記の課題を解決するための第５の発明に係る摩耗測定方法は、
前記境界点位置算出処理工程では、前記トロリ線の下面の画像から取得した少なくとも前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部のピクセル位置、並びに前記トロリ線の最下面の高さに基づいて、前記一方の傾斜摩耗部の端部、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点、前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点および前記他方の傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する
ことを特徴とする。
【００１３】
また、上記の課題を解決するための第６の発明に係る摩耗測定方法は、
前記境界点位置算出処理工程では、前記トロリ線の最下面の高さを、前記一方の傾斜摩耗部と前記水平摩耗部との境界点および前記水平摩耗部と前記他方の傾斜摩耗部との境界点の高さとして適用する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る摩耗測定装置および摩耗測定方法によれば、三面摩耗トロリ線の残存直径相当値を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る摩耗測定装置の装置概要を示す説明図である。
【図２】図１に示す処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】三面摩耗トロリ線の一例を示す断面図である。
【図５】図４に示すトロリ線を撮影した画像の例を示す模式図である。
【図６】トロリ線とカメラ中心点とセンサ面との関係を示す説明図である。
【図７】残存直径相当値の算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、電車の屋根上からトロリ線の下面の幅を撮影し、この画像を処理することでトロリ線の摩耗を測定する摩耗測定装置および摩耗測定方法であり、特に、トロリ線のパンタグラフ摺動面が相互に異なる傾斜を有する三つの面を含む場合に、トロリ線の寿命を知る指標となる残存直径相当値を測定するためのものである。
以下、図面を用いて本発明に係る摩耗測定装置および摩耗測定方法について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１７】
図１から図７を用いて本発明の一実施例に係る摩耗測定装置および摩耗測定方法の詳細を説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施例において摩耗測定装置は、電車車両（以下、単に車両と称する）１０の屋根上に設置された摩耗測定用カメラとしての第一のラインセンサカメラ１１と、トロリ線最下面位置測定手段としての第二のラインセンサカメラ１２と、照明装置１３と、車両１０の内部に設置された処理装置２０とを備えている。
【００１９】
第一のラインセンサカメラ１１は、車両１０の屋根上に鉛直上向きに、その走査線の方向１８が枕木方向と同じ方向になるように設置されている。これにより、第一のラインセンサカメラ１１はその走査線がトロリ線１６を横切るようになっている。
【００２０】
また、第二のラインセンサカメラ１２は、車両１０の屋根上にパンタグラフ１４に向けて斜め上方向きに設置され、その走査線の方向１９が車両上下方向と同じ方向になるように設置されている。これにより、第二のラインセンサカメラ１２はその走査線がパンタグラフ１４を横切るようになっている。本実施例では、後述するトロリ線最下面高さ算出処理部２０ｃによりトロリ線１６の最下面の高さ（パンタグラフ１４の上部位置１５の高さ）を求める際に第二のラインセンサカメラ１２を用いる。
【００２１】
これら第一，第二のラインセンサカメラ１１，１２によって取得した画像データは処理装置２０に入力される。
【００２２】
照明装置１３は、第一のラインセンサカメラ１１によって撮像される領域にあるトロリ線１６を照らす。なお、図中に示す１７はトロリ線を支持する構造物である。
【００２３】
処理装置２０は、例えば、コンピュータなどの装置であり、装置構成としては、演算装置、記憶装置、入出力装置などからなり、機能構成としては、図２に示す構成となっている。
【００２４】
以下、図２から図７を用いて処理装置２０における処理の詳細を説明する。
処理装置２０は、図２に示すように、ラインセンサ画像作成部２０ａと、トロリ線中心点位置算出処理部２０ｂと、トロリ線最下面高さ算出処理部２０ｃと、境界点位置算出処理部２０ｄと、摩耗断面積算出処理部２０ｅと、残存直径相当値算出処理部２０ｆと、記憶手段としてのメモリＭ１，Ｍ２とから構成されている。
【００２５】
処理装置２０は、図３に示すフローチャートに従い、第一のラインセンサカメラ１１および第二のラインセンサカメラ１２から入力された画像信号を画像処理してトロリ線摩耗部の残存直径相当値Ｈ（図７参照）を算出する。
【００２６】
すなわち、処理装置２０では、まず第一のラインセンサカメラ１１から入力された画像信号，第二のラインセンサカメラ１２から入力された画像信号が、それぞれラインセンサ画像作成部２０ａにて時系列に並べられ、ラインセンサ画像Ｉ１，ラインセンサ画像Ｉ２としてメモリＭ１へ保存される（ステップＳ１）。
【００２７】
ここで、ラインセンサ画像Ｉ１上において、トロリ線１６は例えば図５に示すように表示される。本実施例では図５に示す背景２１とトロリ線１６との境界であるトロリ線１６の左端ｐ１，非摩耗部１６ｄと傾斜摩耗部１６ｂの境界点（摩耗部端部）ｐ２，傾斜摩耗部１６ｂと水平摩耗部１６ａの境界点ｐ'３、水平摩耗部１６ａと傾斜摩耗部１６ｃの境界点ｐ３，傾斜摩耗部１６ｃと非摩耗部１６ｅの境界点（摩耗部端部）ｐ４，トロリ線１６と背景２１との境界であるトロリ線１６の右端ｐ５（図４に示す点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ'３，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に対応。以下、ｐ１〜ｐ５を単に「境界点」という）のピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ２，ｐｘ'３，ｐｘ３，ｐｘ４，ｐｘ５［ｐｉｘ］を、ラインセンサ画像Ｉ１を画像処理することによりシステムが自動で設定する、またはユーザがＧＵＩ上で設定する等により付与するものとする。また、カメラパラメータ（焦点距離、センサ素子数およびセンサ幅）は予め設定されているものとする。
【００２８】
ステップＳ１に続いては、ラインセンサ画像Ｉ１に基づき設定した境界点ｐ１，ｐ５のピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５がメモリＭ２を経てカメラパラメータと共にトロリ線中心点位置算出処理部２０ｂヘ送られ、トロリ線１６の中心点ｐ０の実座標Ｐ０（ｘ0，ｙ0）が算出される（ステップＳ２）。
【００２９】
具体的に説明すると、まず、ラインセンサ画像Ｉ１上の境界点ｐ１，ｐ５のピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５を図６に示すセンサ面座標ｕ１，ｕ５［ｍｍ］に変換する。以下では簡単のため、レンズ歪みがないときの計算式を示す。
ここで、１素子当たりのセンサ幅がΔｕのとき、センサ面２ａの左端を原点としてピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５は下式（1）によりセンサ面座標ｕ１'，ｕ５'［ｍｍ］に変換される。さらに、センサ面２ａの中心を原点、センサ面の幅をＵとすると、センサ面上の座標ｕ１，ｕ５［ｍｍ］は下式（2）に変換される。ただし、下式（1），（2）ではピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５をｐｘ、センサ面座標ｕ１'，ｕ５'をｕ'、センサ面座標ｕ１，ｕ５をｕとして示している。
ｕ'＝Δｕ×ｐｘ  ・・・（1）
ｕ＝ｕ'−Ｕ／２  ・・・（2）
なお、このときレンズの歪みを考慮して変換することでより高精度の結果が得られる。
【００３０】
以上のようにラインセンサ画像Ｉ１上の境界点ｐ１，ｐ５のピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５からセンサ面座標ｕ１，ｕ５を求めた後、図６に示すように、センサ面座標ｕ１とカメラ中心点Ｃを通る直線Ｌ１、センサ面座標ｕ５とカメラ中心点Ｃを通る直線Ｌ５の式を求める。ただしこのとき、座標原点はカメラ中心点Ｃとする。
【００３１】
直線Ｌ１，Ｌ５の式は焦点距離ｆを用いて下式（3）で求められる。また、直線Ｌ１，Ｌ５の傾きａ1，ａ5はａ1＝ｆ／ｕ1、ａ5＝ｆ／ｕ5であり、水平方向（ｘ方向）に対する直線Ｌ１，Ｌ５の角度θ1，θ5は下式（4）で求められる。ただし、下式（3），（4）では直線Ｌ１，Ｌ５をＬ、センサ面座標ｕ１，ｕ５をｕ、直線Ｌ１，Ｌ５の傾きａ1，ａ5をａ、ｘ方向に対する直線Ｌ１，Ｌ５の傾きθ1，θ5をθとして示している。
ｙ＝ａｘ＝（ｆ／ｕ）ｘ  ・・・（3）
θ＝arctan(ｆ／ｕ)  ・・・（4）
【００３２】
以上により求めた直線Ｌ１，Ｌ５の式、直線Ｌ１，Ｌ５の傾きａ1，ａ5およびｘ方向に対する直線Ｌ１，Ｌ５の傾きθ1，θ5を用いてトロリ線１６の中心点ｐ０の実座標Ｐ０（ｘ0，ｙ0）を求める。
すなわち、図６に示すように、トロリ線１６の中心点ｐ０の実座標Ｐ０とカメラ中心点Ｃを通る直線Ｌ０を考えると、ｘ方向に対する直線Ｌ０の角度θ0はθ0＝（θ1＋θ5）／２であることから、直線Ｌ０の式は下式（5）で求められる。
ｙ＝ａ0ｘ＝tan(θ0)ｘ  ・・・（5）
さらに、この直線Ｌ０上にあるトロリ線１６の中心点Ｐ０(ｘ0，ｙ0)から直線Ｌ１までの距離と、トロリ線の半径ｒ［ｍｍ］とが等しいことから、トロリ線１６の中心点Ｐ０のｘ座標ｘoは下式（6）により求まる。また、ｙ0＝ａ0ｘ0から、ｙ0も求まる。なお、式（6）は下式（7）に示す「点と直線の距離ｄの公式」を用いて求めた。
【００３３】
【数１】
2020098533.tif 000003
【００３４】
以上により、トロリ線１６の中心点ｐ０の実座標Ｐ０（ｘ0，ｙ0）が求められた。
【００３５】
ステップＳ２に続いては、図２に示すように、境界点位置算出処理部２０ｄヘカメラパラメータと共にラインセンサ画像Ｉ１上の境界点ｐ１〜ｐ５のピクセル位置ｐｘ１〜ｐｘ５がメモリＭ２を経て送られると、図３に示すように、境界点位置算出処理部２０ｄは境界点６点（ｐ１，ｐ２，ｐ'３，ｐ３，ｐ４，ｐ５）の実座標Ｐ１（ｘ1，ｙ1），Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ'３（ｘ'3，ｙ'3），Ｐ３（ｘ3，ｙ3），Ｐ４（ｘ4，ｙ4），Ｐ５（ｘ5，ｙ5）を求める（ステップＳ３）。
【００３６】
具体的には、まず、境界点ｐ１，ｐ５の実座標Ｐ１，Ｐ５を求める。実座標Ｐ１，Ｐ５は、トロリ線１６と直線Ｌ１，Ｌ５との接点であるという条件を利用して求める。すなわち、トロリ線１６の中心点Ｐ０(ｘ0，ｙ0)を通る直線Ｌ１の垂線ｙ＝（−１／ａ1）ｘ＋（１／ａ1）ｘ0＋ｙ0と直線Ｌ１（ｙ＝ａ1ｘ）との交点がＰ１、トロリ線１６の中心点Ｐ０(ｘ0，ｙ0)を通る直線Ｌ５の垂線ｙ＝（−１／ａ5）ｘ＋（１／ａ5）ｘ0＋ｙ0と直線Ｌ５（ｙ＝ａ5ｘ）との交点がＰ５となる。実座標Ｐ１，Ｐ５のｘ座標，ｙ座標（高さ）は、それぞれ下式(8)，(9)で求まる。ただし、下式（8）および（9）では実座標Ｐ１，Ｐ５のｘ座標であるｘ1，ｘ5をｘとして示し、実座標Ｐ１，Ｐ５のｙ座標であるｙ1，ｙ5をｙとして示し、直線Ｌ１，Ｌ５の傾きａ1，ａ5をａとして示している。
【００３７】
【数２】
2020098533.tif 000004
【００３８】
次に、境界点ｐ２，ｐ４の実座標Ｐ２，Ｐ４を求める。直線Ｌ２，Ｌ４の式（ｙ＝ａ2ｘ，ｙ＝ａ4ｘ）はＬ１，Ｌ５と同様にして求める。図４からわかるように境界点ｐ２，ｐ４の実座標Ｐ２，Ｐ４はトロリ線１６の円周上の点であることから、下式（10）に示すトロリ線１６の中心点Ｐ０（ｘ0，ｙ0）を中心とする半径ｒの円と直線Ｌ２，Ｌ４との交点として求めることができる。ただし、下式（10）では実座標Ｐ２，Ｐ４のｘ座標であるｘ2，ｘ4をｘとして示し、直線Ｌ２，Ｌ４の傾きａ2，ａ4をａとして示している。
【００３９】
【数３】
2020098533.tif 000005
【００４０】
実座標Ｐ２，Ｐ４のｙ座標であるｙ2，ｙ4はｙ2＝ａ2ｘ2，ｙ4＝ａ4ｘ4から求められる。
以上により、実座標Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ４（ｘ4，ｙ4）が得られた。
【００４１】
続いて、境界点ｐ３，ｐ'３の実座標Ｐ３，Ｐ'３を求める。まず、実座標Ｐ３，Ｐ'３のｙ座標であるｙ3，ｙ'3を求める。ここで、境界点ｐ３，ｐ'３は、トロリ線の円周上の点ではなく、かつ、他の境界点ｐ１，ｐ２，ｐ４，ｐ５の中に、境界点ｐ３，ｐ'３と同じ高さの境界点は存在しない。そこで、図２に示すように、トロリ線最下面高さ算出処理部２０ｃにおいてメモリＭ２を経て送られるカメラパラメータおよびラインセンサ画像Ｉ２に基づき、例えば、上記特許文献３の手法を利用してトロリ線最下面高さを求める。すなわち、境界点ｐ３，ｐ'３はトロリ線１６の最下面と同一の高さであるので、トロリ線１６の最下面の高さを求め、これを境界点位置算出処理部２０ｄに送り、境界点ｐ３，ｐ'３の高さｙ3，ｙ'3として適用する。高さｙが求まれば、ｘ＝（ｕ／ｆ）ｙとして境界点ｐ３，ｐ'３の偏位ｘ3，ｘ'3を求めることができる。
以上で、三面摩耗トロリ線の境界点６点の偏位ｘと高さｙが求められた。
【００４２】
次いで、図２に示すように、摩耗断面積算出処理部２０ｅへトロリ線１６の中心点ｐ０の実座標Ｐ０および境界点ｐ２，ｐ'３，ｐ３，ｐ４の実座標Ｐ２，Ｐ'３，Ｐ３，Ｐ４がメモリＭ２を経て送られると、摩耗断面積算出処理部２０ｅは、図３に示すように摩耗断面積の算出を行う（ステップＳ４）。
【００４３】
以下に、摩耗断面積を算出する処理を具体的に説明する。
まず、実座標Ｐ０，Ｐ２，Ｐ'３，Ｐ３，Ｐ４の位置ベクトルを
【数４】
2020098533.tif 000006
とする。
【００４４】
このとき、多角形Ｐ０Ｐ２Ｐ'３Ｐ３Ｐ４の面積Ｓaは、外積を用いて下式（11）により求められる。
【数５】
2020098533.tif 000007
【００４５】
一方、図４に示すように、下式（12），（13）に示す平面ベクトルを用いると、∠Ｐ２Ｐ０Ｐ４の角度θ0は、下式（14）で求められる。
【数６】
2020098533.tif 000008
【００４６】
また、扇形Ｐ０Ｐ２Ｐ４の面積Ｓbは、下式（15）で求められる。
【数７】
2020098533.tif 000009
以上より、摩耗断面積Ｓは、下式（16）で求められる。
Ｓ＝Ｓb−Ｓa  …（16）
【００４７】
次いで、図２に示すように、残存直径相当値算出処理部２０ｆへ摩耗断面積ＳがメモリＭ２を経て送られると、残存直径相当値算出処理部２０ｆは、図３に示すように、残存直径相当値の算出を行う（ステップＳ５）。
【００４８】
以下、三面摩耗トロリ線１６の残存直径相当値Ｈを求める方法を説明する。
まず、図７の右側に示すように水平摩耗部１６ａのみを有する水平摩耗トロリ線１６Aの摩耗断面積ＳAを求める式は、水平摩耗トロリ線１６Aの半径ｒと、摩耗角αを用いて、下式（17）となる。
【００４９】
【数８】
2020098533.tif 000010
【００５０】
ここで、下式（18）とおいて、図７の左側に示す三面摩耗トロリ線１６の摩耗断面積Ｓが既知であれば、下式（18）のＳに摩耗断面積ＳAを代入しニュートン法を適用して、下式（19）により摩耗角αを算出することができる。
【００５１】
【数９】
2020098533.tif 000011
【００５２】
以上により、摩耗断面積算出処理部２０ｅにより求めた三面摩耗トロリ線１６の断面積Ｓと同面積となる摩耗断面積ＳAを有する水平摩耗トロリ線１６Aの摩耗角αが求められる。
求められた摩耗角αより、残存直径相当値Ｈは下式（20）で求められる。
【００５３】
【数１０】
2020098533.tif 000012
【００５４】
以上により、既知である三面摩耗トロリ線１６の摩耗断面積Ｓと同面積となる摩耗断面積ＳAを有する水平摩耗トロリ線１６Aの残存直径値、すなわち三面摩耗トロリ線１６の残存直径相当値Ｈが求められる。
【００５５】
なお、本発明に係るトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法は、上述した実施例に限定されるものではなく、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言うまでもない。
【００５６】
例えば、上述した実施例では、境界点位置算出処理部２０ｄにおいて境界点ｐ１，ｐ２，ｐ'３，ｐ３，ｐ４，ｐ５の実座標Ｐ１（ｘ1，ｙ1），Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ'３（ｘ'3，ｙ'3），Ｐ３（ｘ3，ｙ3），Ｐ４（ｘ4，ｙ4），Ｐ５（ｘ5，ｙ5）の算出を行う例を示したが、境界点位置算出処理部２０ｄでは少なくとも境界点ｐ２，ｐ'３，ｐ３，ｐ４の実座標Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ'３（ｘ'3，ｙ'3），Ｐ３（ｘ3，ｙ3），Ｐ４（ｘ4，ｙ4）の算出を行えばよい。
【００５７】
上述した本実施例に係るトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法によれば、水平摩耗部１６ａと傾斜摩耗部１６ｂ，１６ｃを有する三面摩耗トロリ線１６であっても、その残存断面積Ｓに基づき水平摩耗部１６ａ及び傾斜摩耗部１６ｂ，１６ｃを考慮した残存直径相当値Ｈを算出することができるため、トロリ線１６の抗張力を正確に把握することが可能となる。
【００５８】
また、残存直径相当値Ｈは、通常の水平摩耗トロリ線１６Aの残存直径値と同列に扱うことができるため、三面摩耗トロリ線１６と通常の水平摩耗トロリ線１６Aを一元管理することができるという利点もある。
【００５９】
なお、本実施例ではトロリ線最下面高さ算出処理部２０ｃにおいて上記特許文献３の手法を利用してトロリ線の最下面の高さを求める例を示したが、トロリ線の最下面の高さは、他の手法を用いて求めてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０  車両
１１  第一のラインセンサカメラ
１２  第二のラインセンサカメラ
１３  照明装置
１４  パンタグラフ
１５  パンタグラフの上部位置
１６  トロリ線
１６ａ  水平摩耗部
１６ｂ，１６ｃ  傾斜摩耗部
１６ｄ，１６ｅ  非摩耗部
１７  構造物
１８  第一のラインセンサカメラの走査線方向
１９  第二のラインセンサカメラの走査線方向
２０  処理装置
２０ａ  ラインセンサ画像作成部
２０ｂ  トロリ線中心点位置算出処理部
２０ｃ  トロリ線最下面高さ算出処理部
２０ｄ  境界点位置算出処理部
２０ｅ  摩耗断面積算出処理部
２０ｆ  残存直径相当値算出処理部
２１  背景
Ｍ１，Ｍ２  記憶手段としてのメモリ
Ｐ０  トロリ線中心点の実座標
ｐ１，ｐ２，ｐ'３，ｐ３，ｐ４，ｐ５  画像上の境界点
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ'３，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５  境界点の実座標
【図１】
2020098533.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020098533.tif 000018
【図７】
2020098533.tif 000019