(57)【要約】【課題】立位の人体に対する列車風の影響を評価する。【解決手段】列車風の風速を測定し、前記列車風の風速に基づいて床反力の水平成分を演算し、前記床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定し、前記決定に基づいて信号を表示する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車風の風速を測定し、
前記列車風の風速に基づいて床反力の水平成分を演算し、
前記床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定し、
前記決定に基づいて信号を表示する
列車風評価方法。
【請求項２】
列車風の風速を測定する風速計と、
前記列車風の風速に基づいて床反力の水平成分を演算する水平成分演算手段と、
前記床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定する閾値比較手段と、
前記閾値比較手段の決定に基づいて信号を表示する表示手段を有する列車風評価システム。
【請求項３】
コンピュータを、
風速計に列車風の風速を測定させる風速計制御手段と、
前記列車風の風速に基づいて床反力の水平成分を演算する水平成分演算手段と、
前記床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定する閾値比較手段と、
前記閾値比較手段の決定に基づいて表示手段に信号を表示させる表示制御手段として機能させる列車風評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立位の人体に対して鉄道車両の走行に基づく列車風の影響を評価する列車風評価方法、列車風評価システム及び列車風評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
列車風は、列車が駅のホームなどを通過する際に引き起こされ、列車速度に依存して強くなる。このため、列車の高速化を進める際には、事前に立位の旅客又はしゃがんだ状態の保守作業員などの人体に列車風が及ぼす影響を考慮した安全管理が必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】小美濃  幸司、種本  勝二：「列車風とホーム上の安全」，ＲＲＲ，ｖｏｌ．６２，Ｎｏ．１１，ｐ．２２−２５，２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、列車風が立位の人体に及ぼす影響を評価する方法は知られていなかった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、立位の人体に対する列車風の影響を評価する列車風評価方法、列車風評価システム及び列車風評価プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、実施形態に限定するものでない。
【０００７】
本発明の第１の特徴に係わる列車風評価方法は、列車風（Ｗ１）の風速を測定し、前記列車風（Ｗ１）の風速に基づいて床反力の水平成分を演算し、前記床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定し、前記決定に基づいて信号を表示する。
【０００８】
本発明の第２の特徴に係わる列車風評価システムは、列車風（Ｗ１）の風速を測定する風速計（１１）と、前記列車風（Ｗ１）の風速に基づいて床反力の水平成分を演算する水平成分演算手段（１５）と、前記床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定する閾値比較手段（１５）と、前記閾値比較手段の決定に基づいて信号を表示する表示手段（１３）を有する。
【０００９】
本発明の第３の特徴に係わる列車風評価プログラムは、コンピュータを、風速計に列車風の風速を測定させる風速計制御手段と、前記列車風の風速に基づいて床反力の水平成分を演算する水平成分演算手段と、前記床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定する閾値比較手段と、前記閾値比較手段の決定に基づいて表示手段に信号を表示させる表示制御手段として機能させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係わる列車風評価方法、列車風評価システム及び列車風評価プログラムによれば、列車風の風速に基づいて立位の人体の上下運動を示す信号を表示するので、列車風に対する人体の安全性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】列車風評価システムの構成を示す概略図である。
【図２】駅のホームにおける人体と列車風を示す概略図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は試験装置を示す概略図である。
【図４】固有周波数と減衰比との関係を示すグラフである。
【図５】床反力の水平成分（Ｆｘ）とＦｚ変動率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、列車風評価システム１０は、風速計１１と、風速計１１の測定して風速に基づいて評価する評価装置１２を有する。風速計１１は、例えば、超音波風速計を用いる。評価装置１２は、表示部１３と、記憶部１４と、演算部１５を有する。
【００１４】
表示部１３は、例えば、液晶、又は、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）からなるパネルを有する。表示部１３は所定の条件で信号を表示する。信号は、例えば、色、画像、音を用いる。表示部１３は本願発明の表示手段として機能する。
【００１５】
記憶部１４は風速計１１で測定した風速データ、及び、演算部１５によって風速データに基づいて演算された演算結果を格納する。
【００１６】
演算部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、演算プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、演算に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＲＯＭ（Read Only Memory）はCPUの演算に用いる演算プログラムを格納している。演算部１５は、本願発明の風速計制御手段、水平成分演算手段、閾値比較手段、表示制御手段として機能する。風速計制御手段としての演算部１５は、風速計１１に列車風の風速を計測させる。水平成分演算手段としての演算部１５は風速データをＲＡＭに読み込ませ、ＲＯＭの演算プログラムを使用して風速データに基づいて床反力の水平成分を演算する。閾値比較手段としての演算部１５は、床反力の水平成分と閾値とを比較し、床反力の水平成分が閾値以上であると決定する。表示制御手段としての演算部１５は表示部１３に信号を表示させる。
【００１７】
次に、列車風評価システム１０の使用方法を説明する。
【００１８】
図２に示すように、例えば、駅のホーム１０１の上に人体Ｈ１が立っている。列車１０２が矢印Ｆ１の方向にホーム１０１の側を通過すると、列車風Ｗ１が人体Ｈ１に当たる。立位の人体Ｈ１は列車風Ｗ１に抵抗して姿勢を維持しようとするので、ホーム１０１の床から反力（以下、床反力と称する）を受ける。床反力は水平成分（水平抗力）及び垂直成分(垂直抗力)を有する。
【００１９】
ここで、列車風評価システム１０は列車風の風速に対する立位の人体の上下運動を評価する。
【００２０】
図２において、風速計１１は列車風の風速を測定する。図１に示すように、測定された列車風の風速は評価装置１２の記憶部１４に風速データとして格納される。
【００２１】
評価装装置１２の演算部１５は、記憶部１４の風速データをＲＡＭに読み込ませる。演算部１５は、ＲＯＭに格納された演算プログラムを実行し、風速データ及び伝達関数を用いて、床反力の水平成分を計算する。この計算方法は、例えば、伝達関数表現を状態空間表現に変換し、連立一階微分方程式を四次のルンゲ・クッタ法により数値計算する。記憶部１４は計算した床反力の水平成分を水平成分データとして格納する。演算部１５は、ＲＡＭに水平成分データを読み込ませ、床反力の水平成分の値と３０Ｎの閾値とを比較する。ここで、３０Ｎの閾値は、立位の人体の上下運動が開始することを示す。人体の上下運動とは、例えば、踵が浮く、足を一歩踏み出すことである。
【００２２】
演算部１５は床反力の水平成分が３０Ｎの閾値未満であると決定した場合、表示部１３に青色の信号を表示させる。青色の信号は、立位の人体が上下運動を行っていないことを示す、一方、演算部１５は、床反力の水平成分が３０Ｎの閾値以上であると決定した場合、表示部１３に赤色の信号を表示させる。赤色の信号は、立位の人体が上下運動を行っていることを示す。
【００２３】
以上の実施形態によれば、列車風評価システム１０は、列車風の風速が３０Ｎの閾値以上である場合に人体の上下運動を示す信号を表示するので、列車風に対する立位の人体の安全性を評価することができる。
【００２４】
なお、以上の実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。本実施形態は、列車風の代わりに、高所風に適用してもよい。
【００２５】
実施例
◎伝達関数のパラメータ決定
先ず、列車風の風速及び床反力の水平成分の伝達関数について説明する。
【００２６】
ホーム上で立位の人体が列車風を受けた場合、人体は姿勢を維持するため列車風に抵抗し、床から床反力（抗力）を受ける（図２参照）。この列車風の風速の２乗値（ｍ／ｓ）2を入力値とし、床反力の水平成分（Ｆｘ）（Ｎ）を出力値とし、立位の人体にばね−質量系のモデルを適用すると、以下の関係が成立する。
【００２７】
Ｙ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）Ｕ（ｓ）
ここで、Ｙ（ｓ）は出力をラプラス変換したものである。Ｕ（Ｓ）は入力をラプラス変換したものである。Ｇ（ｓ）は伝達関数であり、以下の式で示される。
【００２８】
【数１】
2010234926.tif 000003
【００２９】
次に、この伝達関数の各パラメータの決定方法を説明する。
【００３０】
試験装置
図３に示すように、試験装置は、風洞内に設置されたル−バー装置２１と、ルーバー装置２１の前に設置された風力計２２と、ルーバー装置２１の風下に被験者Ｈ２、Ｈ３を載せる床反力計２３を有する。
【００３１】
ルーバー装置２１は、２０枚のルーバーと、ルーバーを操作ハンドルに連動して一斉にルーバーを開閉するリンク機構を有する。ルーバー装置２１は、ルーバーの開閉によって列車風に相当する試験風Ｗ２、Ｗ３を発生させる。床反力計２３は被験者Ｈ２、Ｈ３に加わる床反力を計測する。床反力は水平成分（Ｆｘ）及び垂直成分（Ｆｚ）を有する。
【００３２】
試験風の条件
試験風Ｗ２、Ｗ３は、ステップ状の風速を有する、すなわち、試験風Ｗ２、Ｗ３の風速
は試験風の開始とともに鋭く増大し、約０．５秒で定常風速に達する。試験風Ｗ２、Ｗ３定常風速は、それぞれ１０ｍ/ｓ、１５ｍ/ｓを用いた。試験風Ｗ２、Ｗ３の定常風速の作用時間はともに約５秒である。ステップ波状の風速の発生は、ルーバーを電動モーターで制御することにより調整した。
【００３３】
姿勢
被験者は立位で足を肩幅程度に開き、手は体側にたらし、目線は水平方向に向けた状態で、自然に立った。試験１として、図３（Ａ）に示すように、被験者Ｈ２は試験風Ｗ２に対して背中を向けた。試験２として、図３（Ｂ）に示すように、被験者Ｈ３は試験風Ｗ３に対して横に向いた。
【００３４】
試験方法
上記試験風Ｗ２、Ｗ３を用いて、ステップ応答試験を実施した。
【００３５】
試験１として、図３（Ａ）に示すように、ルーバー装置２１は被験者Ｈ２へ向かって１０ｍ／ｓの定常風速を持つステップ状の試験風Ｗ２を所定の作用時間で出力する。被験者Ｈ２は背面から試験風Ｗ２を受ける。このとき、風速計２２は試験風Ｗ２の風速を測定し、また、床反力計２３は被験者Ｈ２に加わる床反力を測定した。被験者の人数は１６名であった。
【００３６】
試験２として、図３（Ｂ）に示すように、ルーバー装置２１は被験者Ｈ３へ向かって１５ｍ/ｓの定常風速を持つステップ状の試験風Ｗ３を所定の作用時間で出力する。被験者Ｈ３は側面から試験風Ｗ３を受ける。このとき、風速計２２は試験風Ｗ３の風速を測定し、また、床反力計２３は被験者Ｈ３に加わる床反力を測定した。被験者の人数は８名であった。
【００３７】
パラメータ推定方法
試験風の風速及び床反力の水平成分から伝達関数のパラメータを推定した。伝達関数のパラメータの探索方法は、ＰＳＯ（Particle Swarm Optimization）アルゴリズムを使用した。
【００３８】
表１は、試験１の測定結果を用いた伝達関数のパラメータの推定結果を示す。
【００３９】
【表１】
2010234926.tif 000004
表２は、試験２の結果を用いた伝達関数のパラメータの推定結果を示す。
【００４０】
【表２】
2010234926.tif 000005
【００４１】
試験１の場合、固有周波数（ｆｎ）は０．６３Ｈｚ〜２．２６Ｈｚの範囲であり、平均は１．２７Ｈｚであった。減衰比（ζ）は０．０７〜０．３０の範囲であり、平均は０．１６であった（図４参照）。ゲイン（Ｋ）は０．２８〜０．３８の範囲であり、平均は０．３３であった。無駄時間（Ｔｄ）は、０．００〜０．１４ｓｅｃの範囲であり、平均は０．０２ｓｅｃであった。
【００４２】
一方、試験２の場合、固有周波数（ｆｎ）は１．１３Ｈｚ〜２．５８Ｈｚの範囲であり、平均は１．５０Ｈｚであった。減衰比（ζ）は、０．０９〜０．４２の範囲にあり、平均は０．２５であった（図４参照）。ゲイン（Ｋ）は、０．２１〜０．２４の範囲であり、平均は０．２３であった。無駄時間（Ｔｄ）は、０．００〜０．０４５ｓｅｃの範囲であり、平均は０．０１ｓｅｃであった。
【００４３】
以上の推定結果より、ゲイン（Ｋ）は、試験２よりも試験１の方が大きくなる。これは、被験者は、被験者が側面から試験風を受けるより背面から試験風を受ける方が影響を受け易いからであると考察される。よって、試験１のパラメータ推定結果を採用する。
【００４４】
次に、試験１の結果から、被験者ＮＯ．９のパラメータ推定結果を採用する。表３は被験者ＮＯ．９の属性を示す。
【００４５】
【表３】
2010234926.tif 000006
【００４６】
被験者ＮＯ．９を選択した理由は、被験者の中で一番小柄であり、最も小さい床反力の水平成分で上下運動が発生する（踵が浮く）可能性が高いからである。
【００４７】
以上から、列車風の風速の測定すれば、伝達関数に基づいて風速から床反力の水平成分（Ｆｘ）を決定することができる。
【００４８】
◎床反力の水平成分（Ｆｘ）の閾値の決定
次に、床反力の水平成分（Ｆｘ）の閾値の決定方法について説明する。
【００４９】
試験装置
図３（Ａ）に示す試験装置を用いた。
【００５０】
試験風の条件
試験風Ｗ４は三角波状の風速を有する。試験風Ｗ４の風速は、作用時間の開始から増加し、作用時間の中心でピーク値となり、作用時間の中心から終了まで減少する。試験風Ｗ４のピーク値は約５ｍ／ｓ〜約３０ｍ／ｓである。試験風Ｗ４の作用時間は０．４ｓｅｃ〜４．０ｓｅｃである。三角波状の風速の発生は、ルーバーを電動モーターで制御することにより調整した。
【００５１】
姿勢
被験者は立位で足を肩幅程度に開き、手は体側にたらし、目線は水平方向に向けた状態で、自然に立った。図３（Ａ）に示すように、被験者Ｈ２は試験風に対して背中を向けた。
【００５２】
試験方法
上記試験風を用いて、風速応答試験を実施した。図３（Ａ）に示すように、ルーバー装置２１は被験者Ｈ２へ向かって三角波状の風速を持つ試験風Ｗ４を所定の作用時間で出力する。被験者Ｈ２は背面から試験風Ｗ４を受ける。このとき、風速計２２は試験風Ｗ４の風速を測定し、また、床反力計２３は被験者Ｈ２に加わる床反力（水平成分（Ｆｘ）と垂直成分（Ｆｚ））を測定した。
【００５３】
試験結果
図５は、床反力の水平成分（Ｆｘ）と垂直成分（Ｆｚ）の変動率（以下、Ｆｚ変動率と称する。）の関係を示す。ここで、Ｆｚ変動率とは、床反力の垂直方向成分の変動（ｐｐ値（ピークツーピーク値））を被験者の体重で除算して正規化したものであり、垂直方向の動きの大きさを意味する。各測定点のＦｚ変動率は、３０Ｎ未満の床反力の水平成分（Ｆｘ）において略１０％以下であり、ほとんど変化していない。一方、床反力の水平成分（Ｆｘ）が３０Ｎを越えると、Ｆｚ変動率は１０％を越えて急激に増加する。よって、３０Ｎの床反力の水平成分は臨界性を有するので、３０Ｎの床反力の水平成分は閾値として決定された。この３０Ｎの閾値は、被験者の上下運動が始まる値である。現象的には、被験者の踵が浮き始める、被験者が足を一歩踏み出すこととして説明される。また、３０Ｎの閾値は、安全サイドに作用する。
【００５４】
ここで、床反力の水平成分の閾値と主観評価との関係について説明する。図４に示すグラフにおいて、○は被験者が床反力の水平成分に対応する試験風のピーク値の風速を駅ホーム上の列車風として許容可と判定したものである。同図において、△は被験者が床反力の水平成分に対応する試験風のピーク値の風速を駅ホーム上の列車風として許容不可と判定したものである。この主観評価においても、３０Ｎの床反力の水平成分を境に許容不可が急激に増加すると認められる。よって、３０Ｎの床反力の水平成分は主観評価によっても閾値として確認された。
【符号の説明】
【００５５】
１０  列車風評価システム
１１  風速計
１２  評価装置
１３  表示部
１４  記憶部
１５  演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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