(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道建築限界を支障する支障物を検知し、適切な警報発生等に供するための鉄道の力学式限界支障検知システムであって、鉄道建築限界外の鉄道線路の近傍に前記鉄道線路に沿って略鉛直に建植される複数の検知柱と、前記各検知柱に内装され、対応する前記検知柱が前記鉄道建築限界を支障する支障物により鉛直軸方向から傾斜した時に水平面上での方角に関らずその傾斜角に応じた電気信号を出力する全方位型の傾斜計と、前記各傾斜計の出力信号を順次選択し、選択した前記傾斜計の出力信号と予め設定した閾値との比較に基づき前記各検知柱の傾斜が前記鉄道建築限界を支障する支障物により生じたことを判別して警報信号を生成する信号処理装置と、前記鉄道線路の沿線に配設され、前記警報信号に基づいて点滅発光信号を発生する特殊信号発光機を具備することを特徴とする鉄道の力学式限界支障検知システム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道の力学式限界支障検知システムにおいて、前記信号処理装置は、前記傾斜計の出力信号をそれぞれ傾斜角度に応じた角度値に変換するための角度変換手段と、前記角度値と所定の閾値との比較に基づいて限界支障を判定するための限界支障判定手段とを含むことを特徴とする鉄道の力学式限界支障検知システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鉄道の力学式限界支障検知システムにおいて、前記信号処理装置は、前記傾斜計の出力信号レベルが予め設定した所定の範囲外にあるときは該傾斜計を異常と判定する異常判定手段を含むことを特徴とする鉄道の力学式限界支障検知システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の鉄道の力学式限界支障検知システムにおいて、前記傾斜計は、その出力信号および所定の閾値の少なくとも一方を相対的に調整することにより傾斜計の初期値を零に調整する零調整手段を含むことを特徴とする鉄道の力学式限界支障検知システム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の鉄道の力学式限界支障検知システムにおいて、前記傾斜計は、密閉ケースと、この密閉ケース内にあって常に鉛直姿勢を維持するように支持体によりあらゆる方向に揺動可能に支持された揺動体と、この揺動体の下端に取付けられた磁石と、前記密閉ケースの中心軸線上であって前記磁石から所定間隔離して対向するように前記密閉ケースに一体的に設置されたホール素子と、上記密閉ケースの下部に連接された回路収容ケース内に収納され前記ホール素子に一定の電圧の電力を供給したりホール電圧を増幅したりする回路部品と、この回路部品と接続されその回路部品より出力される信号を前記回路収容ケースから導出するケーブルとを備え、前記密閉ケースおよび回路収容ケースを前記検知柱の上方部位に設置してなることを特徴とする鉄道の力学式限界支障検知システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の鉄道の力学式限界支障検知システムにおいて、前記各検知柱には、対応する前記傾斜計の設置角度を確認するための水準器が設置されていることを特徴とする鉄道の力学式限界支障検知システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の鉄道の力学式限界支障検知システムにおいて、前記警報信号が伝送される監視センタを具備することを特徴とする鉄道の力学式限界支障検知システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鉄道の力学式限界支障検知システムに関し、より詳しくは、鉄道線路が敷設される近傍に鉄道限界を支障する現象が発生した時に、これを即刻検知し、適切な警報発生等を行なうのに好適な鉄道の力学式限界支障検知システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、新幹線にあっては、これに隣接する道路または高架橋からの自動車等の転落、切り取り箇所での土砂崩壊を始め、新幹線に並設される在来線での列車脱線など、鉄道建築限界を支障する現象が発生した場合、線路自体を破壊する危険性があるほか、線路の破壊に至っていなくとも、列車等の通行を阻害または不能にしたり、列車衝突や脱線事故を引き起こす虞れがある。
【０００３】
従って、このような建築限界支障は、鉄道の安全性確保の面からも早期に発見し、早期に対処して列車の衝突や脱線等の事故を未然に防止しなければならない。
ここで、建築限界とは、車両の走行に支障をきたさないように、沿線建造物の位置に対して設けられた寸法上の限度をいい、いかなる建造物もこれを侵してその内に入ることを許さない規則となっている。この建築限界は、車両限界に余裕空間を加えた寸法をもっている。
【０００４】
この余裕空間は、車輪の軌間に対する横動遊間、軌道狂い、車両走行中の動揺、車両ばねの不つり合い、車輪タイヤの摩耗などによっても車両と建造物が接触しないこと、またその際、乗客、乗務員が窓より身体の一部を出しても危険でないこと等を条件として定められている。
ところで、鉄道建築限界を支障する現象が発生しているか否かを確認する最も典型的な従来の方法としては、鉄道の線路近傍を保線区員等が巡回し、その保線区員等の目視による安全確認方法が行なわれていた。
【０００５】
しかしながら、このような安全確認は、保線区員等の巡回警備での目視に頼っているため、多くの人手と時間を要していた。しかも、保線区員等が線路周辺の異常を発見したとしても、それを走行中の列車に伝達するまでには、更に時間を要するため、列車側での安全の確認がなされるまでの間、列車を徐行させたり、停止させたりすることにより対処せざるを得なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の鉄道建築限界支障検知は、保線作業員等の目視による監視に頼っていたため、線路周辺の異常を早期に発見し、早期に対処することが困難であった。
また、鉄道の線路周辺を人手により常時巡回監視するには、多数の保線区員等が必要になり、その人員の確保に困難を来すほか、人件費も膨大なものとなってしまうという難点があった。
【０００７】
従って、人手による線路周辺の点検、監視には限度があり、しかも、線路周辺の点検、監視の結果を確認するために列車側でも徐行または停車等を強いられ、結果的に特に異常がない場合でも、確認作業等のために列車の運行に支障をきたしていた。
ところで、上述のような鉄道線路周辺の異常を人海戦術的に監視する方法に代え、監視要員無しでも監視し得るようにするには、何らかの検知器を鉄道建築限界の線路近傍に設置し、その出力信号に基づいて線路近傍の異常を判定し得るような設備を設ければよいと考えられる。
【０００８】
例えば、検知器としては、検知線、検知網、水銀スイッチなどを用いたスイッチ方式や汎用型の傾斜計を用いればよいと考えられる。
しかしながら、スイッチ方式等は、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号により異常の有無を判定するだけであるので、このスイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号だけでは、異常の程度が判定できず、連続的な監視も不向きで、線路周辺の異常を未然乃至は早期に検知することができず、また正確性に欠けるという問題がある。
【０００９】
また、汎用型の傾斜計を用いた場合、スイッチ方式の有する上記のような難点はある程度解消し得るものの、特定の方向の傾斜にのみ感応する構造になっているため、単一のもので全方位に対する傾斜を検知することができない。
そこで、汎用型の傾斜計を複数個その受感軸方向を互いにずらせて組み合わせれば、その傾斜計個数に応じた方位の傾斜を検知することができる。
しかしながら、この汎用型傾斜計の場合１つの測定点に数個の傾斜計を設けねばならないため、大幅なコストアップに繋がるという問題があり、しかも、汎用型の傾斜計は、その取扱いが面倒で、極端に傾斜すると故障してしまうという難点がある。
【００１０】
また、上記スイッチ方式のセンサおよび汎用型の傾斜計は、いずれの場合も、その出力信号が一定レベル以上に達したことをもって直ちに限界支障したものと判定するように構成した場合、これらのセンサに保線区員などが不用意に接触したりして、センサが傾斜すると異常の警報が発せられてしまい、原状態に復旧することが直ちに行えず、また、センサから異常の信号が生じた場合に、現実に異常事態が発生したのか、センサ自体の不良なのかの判別が困難であり、結局、誤作動・誤警報を生じてしまう虞れがあるほか、保線区員などが不用意に傾斜させたセンサの初期設定も面倒で多くの場合、センサの交換を伴うなど多くの手数がかかるという問題がある。
【００１１】
このため、保線区員等の目視に頼ることなく、いかにして誤動作、誤警報の発生を阻止し、真の限界支障のみを的確に且つ早期に検知し、正しい警報を発し得るようにするかということが克服すべき大きな課題として存在する。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、保線区員等の目視に頼ることなく、また、傾斜計自体の故障や断線に基づく限界支障検知の不良や誤検出の発生を排除でき、鉄道建築限界の支障を常時監視し、限界支障している時はこれを迅速に且つ的確に把握するとともに、限界支障が生じた旨の警報信号を生成し、その限界支障に対して、迅速に対処することができる鉄道の力学式限界支障検知システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、鉄道建築限界を支障する支障物を検知し、適切な警報発生等に供するための鉄道の力学式限界支障検知システムであって、鉄道建築限界外の鉄道線路の近傍に前記鉄道線路に沿って略鉛直に建植される複数の検知柱と、前記各検知柱に内装され、対応する前記検知柱が前記鉄道建築限界を支障する支障物により鉛直軸方向から傾斜した時に水平面上での方角に関らずその傾斜角に応じた電気信号を出力する全方位型の傾斜計と、前記各傾斜計の出力信号を順次選択し、選択した前記傾斜計の出力信号と予め設定した閾値との比較に基づき前記各検知柱の傾斜が前記鉄道建築限界を支障する支障物により生じたことを判別して警報信号を生成する信号処理装置と、前記鉄道線路の沿線に配設され、前記警報信号に基づいて点滅発光信号を発生する特殊信号発光機を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明における上記信号処理装置は、前記傾斜計の出力信号をそれぞれ傾斜角度に応じた角度値に変換するための角度変換手段と、前記角度値と所定の閾値との比較に基づいて限界支障を判定するための限界支障判定手段とを含んで構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明における信号処理装置は、前記傾斜計の出力信号レベルが予め設定した所定の範囲外にあるときは該傾斜計を異常と判定する異常判定手段を含んで構成されていることを特徴とするものである。
また、本発明における傾斜計は、その出力信号および所定の閾値の少なくとも一方を相対的に調整することにより傾斜計の初期値を零に調整する零調整手段を含んで構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明における傾斜計は、密閉ケースと、この密閉ケース内にあって常に鉛直姿勢を維持するように支持体によりあらゆる方向に揺動可能に支持された揺動体と、この揺動体の下端に取付けられた磁石と、前記密閉ケースの中心軸線上であって前記磁石から所定間隔離して対向するように前記密閉ケースに一体的に設置されたホール素子と、上記密閉ケースの下部に連接された回路収容ケース内に収納され、前記ホール素子に一定の電圧の電力を供給したり、ホール電圧を増幅したりする回路部品と、この回路部品と接続され、その回路部品より出力される信号を、前記回路収容ケースから導出するケーブルとを備え、前記密閉ケースおよび回路収容ケースを前記検知柱の上方部位に設置してなることを特徴とするものである。
また、本発明における各検知柱には、対応する前記傾斜計の設置角度を確認するための水準器が設置されていることを特徴とするものである。
また、本発明における力学式限界支障検知システムは、前記警報信号が伝送される監視センタを具備することを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
上記のように構成された鉄道の力学式限界支障検知システムは、鉄道建築限界外の鉄道線路の近傍に鉄道線路に沿って略鉛直に設置された複数の検知柱内に装着され、対応する検知柱が鉄道建築限界を支障する何らかの物理的現象により鉛直軸に対して傾斜した時にその傾斜角に応じた電気信号を出力する各傾斜計の出力信号を順次選択し、選択した傾斜計の出力信号と所定の閾値との比較に基づき前記限界支障を判別して警報信号を生成すると共に、鉄道線路の沿線に配設された特殊信号発光機が前記警報信号に基づいて点滅発光信号を発生するので、列車の走行に支障を来すおそれのある限界支障状況を検出器である傾斜計の出力に基づいて把握し、限界支障が生じたときには、警報等を発生させることができる。これにより、列車側から容易に限界支障発生を目視することができる。
【００１７】
また、傾斜計の出力信号を、角度値に変換し、限界支障判定手段により、その角度が所定値以上となったときに限界支障と判定するようにし、また、傾斜計の出力信号および所定の閾値の少なくとも一方を相対的に調整する零調整手段により傾斜計の初期値を零に調整し得るようにしているため、必ずしも傾斜計は、正確に鉛直に設置する必要はなく、また、たとえ保線区員等が所定範囲内で不用意に傾けてもその角度を初期値（零）として設定することができ、直ちに原状に復旧させることができる。
【００１８】
さらに、異常判定手段を設け、傾斜計の出力信号レベルが予め設定した所定の範囲外（上限また下限を越える状態）にあるときは、傾斜計を異常と判定するようにして、傾斜計の自己診断を可能にしている。
また、傾斜計を全方位型にすることにより、設置時の検知柱の周方向の向き（水平面上での方向）を任意とし、検知柱が鉛直軸に対していずれの方向に傾斜しても、その傾斜角を正確に検出できるほか、一箇所に設置される検知柱内に傾斜計を１個収容するだけで足り、コストの低減化と検出器の小型化を実現している。このようにして、鉄道建築限界を支障する物理的現象を監視し、この物理的現象による限界支障を的確に把握するとともに、限界支障を早期に発見して、迅速な対処に供することを可能にしている。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明に係る鉄道の力学式限界支障検知システムの全体構成を示すブロック図である。
図１に示す鉄道の力学式限界支障検知システムは、複数の傾斜計を含む検出器１、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器２、および演算処理装置（信号処理装置）３を備えている。なお、各検出器１は、鉄道線路の近傍の鉄道建築限界外に略鉛直に設置される後述の検知柱と、この検知柱内に装着される全方位型傾斜計から構成される。
【００２０】
前記各検出器１は、鉄道建築限界外であって、その鉄道建築限界近傍の鉄道線路に沿って後述の検知柱によって所定間隔（例えば、２０ｍ間隔）に設置される。これらの検出器１は、各々鉛直方向からの傾斜角に対応する電気信号を出力する。
上記傾斜計は、鉛直方向に維持されているとき、最大出力を示し、鉛直方向からの傾きに応じて図７に示す特性曲線に示すような特性でその出力電圧が減少する。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器２は、各検出器１からの出力信号であるアナログ信号（電圧）を図示省略の多点切換器（例えば、マルチプレクサ）により順次選択し、そのアナログ信号を予め設定した所定の時間間隔で離散的にサンプリングし、このサンプリング値を電圧値（振幅値）に応じて量子化し、符号化することによりディジタル信号（検出データ）に変換する。
【００２２】
演算処理装置３は、各検出器１のＡ／Ｄ変換された検出データを取り込むと共に、これら検出データと予め設定した所定の閾値とを比較することにより前記限界支障を判別して警報信号を生成する信号処理手段と、各傾斜計の出力信号を、所定の演算式［例えば後述する（１）式］により傾斜角度に応じた角度値θｓに変換するための角度変換手段と、前記角度値と所定の閾値ｄとの比較に基づいて限界支障を判定するための限界支障判定手段と、傾斜計の出力信号レベルが予め設定した所定の範囲外にあるときに該傾斜計を異常と判定する異常判定手段を含んだ構成になっている。
【００２３】
演算処理装置３で生成され出力される警報信号は、例えば沿線に設置された点滅発光する特殊信号発光機４のような警報装置に信号伝送ケーブルなどを介して与えられ、さらに、前記警報信号及び限界支障判定信号、異常判定信号等は、監視センタ５に図示省略の信号伝送装置及び信号伝送ケーブルを通して監視センタ５に伝送される。前記Ａ／Ｄ変換器２及び演算処理装置３は、例えば現場に設置される図示省略の制御盤内に設けられる。
【００２４】
具体的には、演算処理装置３は、図２に示すフローチャートに従った処理を行う。
即ち、各検出器１（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．ｍ）の出力電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  がそれぞれ図３に示すように、Ｖａ−Ｖｂ間にあるか否かを判定し（ステップＳ１１）、Ｖａ−Ｖｂ間にあるときは検出器１が正常に作動していることを意味する。尚、この実施例における各検出器１、即ち傾斜計１１の正常時の出力電圧の範囲は、この実施例の場合、０．８Ｖ〜９．２Ｖである。
【００２５】
ステップＳ１１で、電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  がＶａよりも小さい場合またはＶｂより大きい場合には、検出器１の異常または該当する検出器１を接続するケーブルの断線と判定して、その異常のある検出器１の信号を限界支障の判定から除外する。尚、このような機能部分を、ここでは、異常判定手段と称することとする。
次に、角度変換手段によって、図７に示すような特性を示す出力電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  をそれぞれ角度値に変換する。
【００２６】
この変換は、電圧をＶｓ（ｓ＝１〜ｍ  ）とすると、例えば最小自乗法による近似を用いて、下記の（１）式の係数α、β、γ、δを、予め検出器１毎に計測した角度に対する変換特性曲線に基づいて設定し、検出電圧Ｖｓを下記の（１）式に当てはめることにより角度に変換する（ステップＳ１２）。
θｓ＝αｓ・Ｖｓ３  ＋βｓ・Ｖｓ２  ＋γｓ・Ｖｓ＋δｓ  ………（１）
尚、このように、各検出器の出力信号を傾斜角度に応じた角度値に変換する機能実現手段を、ここでは、角度変換手段と称することとする。
【００２７】
図３は、検出器１の出力電圧Ｖｓと、正常時の出力電圧範囲Ｖａ〜Ｖｂ及び閾値電圧Ｖｃとの関係を模式的に表した図である。この図３から明らかなように、出力電圧ＶｓがＶｃ−Ｖｂ間にある時は限界支障が発生しておらず、出力電圧ＶｓがＶａ−Ｖｃ間にある時は、限界支障が発生しているとして処理される。また、出力電圧ＶｓがＶａに満たない時、またはＶｂを越える時は、検出器１を接続するケーブルの断線または検出器１の異常として処理される。
【００２８】
ステップＳ１３では、角度θ１  〜θｍ  を閾値ｄと比較し、角度θ１  〜θｍ  のうちの１つでも閾値ｄ以上であれば限界支障発生と判定し、警報を発生する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３において、角度θ１  〜θｍ  が全て閾値ｄに満たなければ限界支障は発生していない、と判定して次の測定に戻る。このような処理を繰り返して、限界支障の検出を行う。
【００２９】
次に、この実施例に用いられる検出器の具体的な構成について、図４〜図６を参照して説明する。
図４は、本実施例における検出器の外観図を示す。
この図４において、検出器１は、所定長さの金属製の筒状の検知柱１０と、この検知柱１０内の上端部に装着された傾斜計１１を備える。検知柱１０の下端には、検知柱１０を鉄道線路の近傍に鉛直に設置するための補強リブ１２ａを有する基板１２が固定され、検知柱１０の上端部に、その開口を閉塞するキャップ１３が取り付けられている。
【００３０】
１４は検知柱１０にステンレスバンド１４ａにより取り付けられた接続箱であり、この接続箱１４の内部で、外部から導入される制御盤等からの信号ケーブルと傾斜計１１の信号ケーブルとを接続する。
前記傾斜計１１は、図５に示すように、ケース１５と、このケース１５の下端開口を密封するアクリル等の樹脂材から成形された円筒状をなす結合部材１６およびケース１５の上端開口を密封するアクリル等の樹脂材から成形された上部板１７とにより密閉空間を形成する。
【００３１】
結合部材１６の下面中央に形成した凹部１６ａ内には、ケース１５の中心軸線上に位置してホール素子１８が固定配置されている。上部板１７の中央には、ケース１５の中心軸線Ｌに一致させて水密に螺合した調整ねじ１９が設けられており、この調整ねじ１９のケース１５内に突出した下端部中心には、可撓性を有する細線状の吊り材２０が固着され、この吊り材２０の垂下端には、上端中央を固着することにより３〜５ｇ程度の揺動体としての振子体２１が鉛直に吊下されている。この振子体２１の下端部中央には、永久磁石２２が埋設されている。
【００３２】
結合部材１６の下面には、図示は省略したが、永久磁石２２の磁束Ｂ（図６参照）をホール素子１８に対し直角に有効に誘導させるための磁性部材を添着することが望ましい。
上記ケース１５内には、所定の空気溜め空間２４を存してシリコンオイル等のダンピング液体２５が充填されている。
【００３３】
前記調整ねじ１９は、ホール素子１８と永久磁石２２間の間隔を調節するものであり、これにより、ホール素子１８のホール電圧を調整し得るようになっている。また、前記ダンピング液体２５は、振子体２１に作用する振動を抑制して微小振動、衝撃等の外乱に対する応答を低減させるためのものであり、さらに、空気溜め空間２４は、ダンピング液体２５の温度の上昇に伴う熱膨張を吸収してケース１５内の圧力上昇を抑制するものである。
【００３４】
図５において、２６はケース１５の下端に一体的に結合した回路収容部であり、この回路収容部２６は、ケース１５より長い合成樹脂製の円筒状のケース２７と、このケース２７の上端開口を閉塞し、ケース１５の下端をも閉塞する合成樹脂製の上記の結合部材１６と、ケース２７の下端開口を閉塞する合成樹脂製の蓋部材２９と、ケース２７内に収容され、前記結合部材１６と蓋部材２９間に差し渡し状態に支持された回路基板３０とから構成されている。
【００３５】
前記回路基板３０には、後述する、電源回路３４と、この電源回路３４の電圧を一定化してホール素子１８に供給する定電圧レギュレータ３５、ホール素子１８から発生するホール電圧を差動的に増幅する差動増幅回路３６、この差動増幅回路３６の出力を増幅する増幅回路３７、バッファ回路３８等から成る回路部品３０ａが実装されている。
また、蓋部材２９には、ケーブル取付部材３１によって信号及び電源用ケーブル３２の端部が結合されている。
【００３６】
このケーブル３２の信号用及び電源の伝送用の各芯線３２ａは、回路基板３０に設けた信号出力端子及び電源端子（いずれも図示省略）に接続され、さらに回路基板３０とホール素子１８間は、リード線３３により接続されている。
上述のようなホール素子１８、振子体２１及び永久磁石２２等を収容するケース１５は、検知柱１０の最上部に設置され、その下部には、各種回路を実装する回路基板３０を収容するケース２７が設置されており、そして、信号及び電源用ケーブル３２がケース２７の下端から引き出されている。
【００３７】
次に、回路基板３０に実装された各種回路の具体的構成を図６に基づいて説明する。
図６において、３４はＤＣ２４Ｖの電圧をＤＣ１２Ｖの電圧に変換する電源回路であり、この電源回路３４の出力端には、ホール素子１８に供給される所定の定電圧を発生する定電圧レギュレータ（定電圧発生回路）３５が接続されている。
【００３８】
定電圧レギュレータ３５は、スイッチングトランジスタ３５ａと、抵抗Ｒ１とＲ２により検出した出力電圧とツェナーダイオード３５ｂで設定される基準電圧とを比較して出力電圧が一定となるようにトランジスタ３５ａのゲートを制御するオペアンプ３５ｃとから構成され、この定電圧レギュレータ３５の出力端には、ホール素子１８が接続されている。
【００３９】
３６はホール素子１８に永久磁石２２の磁界をかけることにより、ホール素子１８から発生する電圧（ホール起電力）の差分を増幅する差動増幅回路であり、この差動増幅回路３６は、オペアンプ３６ａから構成され、ホール素子１８に発生する温度および外乱によるドリフト成分を相殺して傾斜角に相当する電圧成分のみを取り出すようになっている。
【００４０】
また、差動増幅回路３６の出力側には、これらの出力電圧を増幅する増幅回路３７が接続されており、この増幅回路３７は、差動増幅回路３６からの出力電圧を増幅するオペアンプ３７ａと、振子体２１の鉛直方向がケース１５の中心軸線に一致して永久磁石２２がホール素子１８に正対しているとき、または検出器１を鉄道線路の近傍に設置したときに増幅回路３７の出力初期値が最大となるようにオペアンプ３７ａの出力を調整する零調用可変抵抗３７ｂとゲインを決定する入力抵抗３７ｃと、帰還抵抗３７ｄとから構成されている。
【００４１】
また、増幅回路３７の出力側には、オペアンプ３８ａ、抵抗３８ｂ，３８ｃおよびコンデンサ３８ｄからなるバッファ回路３８が接続されており、このバッファ回路３８の出力信号は、ケーブル３２を通して不図示の傾斜角処理用の制御盤等へ送出される。
【００４２】
次に、このように構成された、鉄道の力学式限界支障検知システムの動作を説明する。
各検出器１が鉄道建築限界を支障する物理的現象により傾斜されると、各検出器１の傾斜計１１から傾斜角度に応じた電圧信号Ｖ１  〜Ｖｍ  が出力される。
この電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器２で離散的にサンプリングされディジタル化されて、電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  を示すデータとして演算処理装置３に与えられる。
【００４３】
演算処理装置３内の異常判定手段（図示せず）は、ステップＳ１１で、各検出器１の各出力電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  がそれぞれ図３に示すＶａ−Ｖｂ間にあるか否かを判定する。出力電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  が、Ｖａ−Ｖｂ間にあるときは、検出器１が正常に作動していると判定する。ステップＳ１１では、電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  がＶａよりも小さい場合またはＶｂより大きい場合には、検出器１の異常または該当する検出器１を接続するケーブルの断線と判定する。この場合は、その異常のある検出器１の信号は、限界支障の判定から除外される。
【００４４】
次に、ステップＳ１２で、角度変換手段が、電圧Ｖ１  〜Ｖｍ  をそれぞれ角度値に変換する。この変換は、（１）式に基づいて行われる。
ステップＳ１３では、比較手段により、角度θ１  〜θｍ  が閾値ｄと比較され、角度θ１  〜θｍ  のうちの１つでも閾値ｄ以上であれば限界支障発生と判定され、ステップＳ１４で警報が発生される。
ステップＳ１３で、角度θ１  〜θｍ  が全て閾値ｄ以下であれば、比較手段により正常な状態にあると判定して次の測定に戻る。このような処理を繰り返して、限界支障の検出を行う。
【００４５】
このようにして、鉄道建築限界を支障する物理的現象により検出器１が傾動して限界支障が検出され、警報信号が生成されると、沿線の適宜個所に配設した特殊信号発光機４から点滅発光信号が発生し、監視センタ５に限界支障発生による警報が通知されるなどして、列車側から容易に限界支障発生を目視することができる。
【００４６】
次に、検出器１の動作について説明する。
図４〜図６において、鉄道建築限界を支障する物理的現象が発生しない場合は、検知柱１０等を含む検出器１全体が略鉛直姿勢を保っており、その結果、常に鉛直姿勢を保つ振子体２１の軸線はケース１５の中心軸Ｌと略一致する状態におかれ、且つ永久磁石２２は、ホール素子１８に正対している。このため、定電圧レギュレータ３５から定電圧を印加することによりホール素子１８に流れる電流Ｉの方向に対し永久磁石２２の磁束Ｂが直角に加えられると、ホール素子１８から発生するホール電圧Ｖは最大値を示す。
【００４７】
図７は、横軸に傾斜角度、縦軸に出力電圧（Ｖ）を取って表わしたホール素子１８の出力特性を示すもので、ホール素子１８の出力電圧Ｖは、傾斜角度が０度のときに最大（例えば、９．２Ｖ）となり、傾斜角度が０度を中心にして（＋）方向および（−）方向へ増加するにつれて図示のように減少する。
このホール電圧は、差動増幅回路３６において差分が検出され、温度その他のドリフト成分を相殺された後、増幅回路３７に入力される。  この増幅回路３７では、差動増幅回路３６からの出力電圧をオペアンプ３６ａで増幅して出力する。この時の傾斜角に対するホール素子１８の出力電圧は、０．８Ｖ〜９．２Ｖである。
【００４８】
一方、図５において、鉄道建築限界を支障する物理的現象により、検知柱１０を含めた傾斜計１１全体が矢印Ａで示す左方向へ傾いたとすると、吊り材２０により吊下され、且つダンピング液体２５内に浸漬されている振子体２１は、鉛直姿勢を保ったまま、その下端側がホール素子１８に対し傾斜角度に応じて中心軸線Ｌから左方向へ相対的に変位する。これに伴い永久磁石２２からホール素子１８に直角に加えられる有効磁束数Ｂが永久磁石２２の相対変位量に応じて減少し、ホール素子１８から発生するホール電圧Ｖも減少する。
【００４９】
このホール電圧Ｖが差動増幅回路３６に入力されると、温度および外乱によるドリフト成分が除去され、傾斜角度に応じた成分のみが増幅回路３７に出力される。増幅回路３７では、差動増幅回路３６からの出力電圧をオペアンプ３７ａにより増幅する。以下、演算処理装置３において、図２に示す処理が上記と同様に行われる。
【００５０】
以上のように、この検出器１においては、検出器１が鉄道建築限界を支障する物理的現象により任意の方位に傾斜したときに、永久磁石２２とホール素子１８との相対的位置が変化し、これにより、ホール素子１８と直交する永久磁石２２からの有効磁束数を変化させ、このときのホール素子１８に発生するホール電圧値から傾斜角を検出するようにしているから、被測定対象に設置された傾斜計が鉛直軸からいずれの方位に傾斜しても、その傾斜角度を測定することができるとともに、振子体２１は、吊り糸あるいはピアノ線のような細線状の可撓性を有する吊り材２０により吊持されているから、傾斜に対する振子体２１の機械的応答性が良好となり、摩擦摺動部分が存在しないから、ヒステリシス特性が頗る良好であり、高精度の傾斜角測定が実現可能になる。
【００５１】
また、この検出器１においては、振子体２１の鉛直方向がケース１５の中心軸線に一致して永久磁石２２がホール素子１８に正対しているとき、または検出器１を鉄道線路の近傍に設置したときに増幅回路３７の出力初期値が最大となるようにオペアンプ３７ａの出力を調整する零調用可変抵抗３７ｂを備えているので、検出器１の保守時などに、検出器１が僅かに傾斜した場合、その傾斜計１１の傾きがゼロになるように（鉛直になるように）、その姿勢を元に戻すことなく、零調用可変抵抗３７ｂを調節することにより、検出器１から出力される初期値を零調整することができる。
【００５２】
そして、零調用可変抵抗３７ｂを外部から調節できるように構成にしておけば、その零調整操作が簡便になる。
さらに、傾斜計１１を図５に示すように全方位型構造にすることにより、設置時の検知柱１０の周方向の向きは任意であり、検知柱１０が鉛直軸に対していずれの方向に傾斜しても、その傾斜角を検出できるほか、一箇所に設置される検知柱及びこれに装着される傾斜計も１個で済み、検知柱１０の小型化と鉄道の力学式限界支障検知システムの低コスト化を実現できる。
【００５３】
さらに、この実施例の検出器１においては、ホール素子１８、振子体２１及び永久磁石２２等を収容するケース１５を検知柱１０の最上部に位置させ、その下部に各種回路を実装する回路基板３０を収容するケース２７を位置させ、そして、信号及び電源用ケーブル３２をケース２７の下端から引き出す配置構成になっているから、傾斜計１１の傾斜角検出部分を検知柱１０の最上部に位置させることにより、検知柱１０の小さな傾斜角に対してもホール素子１８と振子体２１内の永久磁石２２との相対変位を大きくすることができ、また、ケーブル３２を傾斜計１１の下端から引き出すことにより、ケーブル３２の接続箱１４への配線が検知柱１０内を通して可能となり、ケーブル３２の外力の影響を受けにくくすることができる。
【００５４】
ケース１５および２７を検知柱１０内に収納するに当たっては、結合部材１６および蓋部材２９の外周面に形成された凹溝に嵌入させたＯリング２３が検知柱１０の内壁に密着し、回路収容部２６内へ水分が侵入するのを防止する役目を果たしている。
【００５５】
尚、本発明は、上述し且つ図面に示された実施例のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。
例えば、傾斜計については、例示したものに限らず、水平面上での方角に関らずその傾斜に対応した電気信号を出力するものであれば、いかなる原理に基づくものであっても適用することができる。
また、何らかの原因で傾斜計がある程度傾斜（軽度の局部傾斜）した場合、その傾斜計の傾きがゼロになるように（即ち、鉛直になるように）姿勢を元に戻すことなく、角度変換手段により求めた角度値を零調整することで、再計測が可能なるように構成してもよい。
【００５６】
また、施設管理の省力化を図るために、遠隔地での自動計測システムとその計測データの伝送システムを構築することもできる。
また、本発明に係る傾斜計は、図７に示すような傾斜角度に対する出力特性を有しているから、鉄道線路等に設置するに際しては、必らずしも鉛直に設置する必要はなく、設置角度（鉛直方向からの）から鉄道限界を支障するまでの角度が検出できる範囲内ならば、傾斜した状態で設置してもよい。
従って、厳密に鉛直状態での設置をしなくてすむので、設置作業が極めて容易化される。
【００５７】
また、図示は省略したが、傾斜計の設置角度を確認するための水準器が、検知柱の上部から視認し得るように、キャップ１３の上面側に確認窓を設け、その確認窓をメタクリル樹脂のような透明体でカバーされた状態で設置されている。この水準器で検知柱の鉛直方向からのずれ状態を観察しながら、検知柱を設置することができ、便宜である。
【００５８】
また、検知柱を保線区員等が不用意に接触して、傾動させたような場合、上記水準器を目安にして傾斜状態から鉛直方向に向けて復旧させるときなどにも役立たせることができる。
もちろん、このように設置角度を人為的にあるいは不用意に僅かでも変化させた場合は、零調整手段によって傾斜計の出力信号が零となるように設定すればよい。
【００５９】
また、検知柱の設置区間は、列車脱線や破損自動車等により隣接線路に走行してくる列車が併発事故を発生するのを防止するという観点から定められるもので、例えば、１０ｍとか２０ｍ間隔に設置する場合が多いが必らずしもこれに限られるものではない。
また、各検知柱から出力される信号は、現場検知器を介して監視センターに送信されるが、監視センターにおいて、検知柱単位で位置検知ができるように配線処理することが望ましい。
【００６０】
また、傾斜計の出力信号と比較するために設定する閾値のレベルは、この実施例の場合、初期状態より１０°傾斜したときのレベルに設定してあるが、検知対象が、従来線車両の脱線による限界支障の検知であるのか、従来線車両からの積荷落下による限界支障を検知するのか、限界内であっても列車運転に支障のないものは検知しないようにするのか、等によって異なるレベルに設定するようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、鉄道建築限界外の鉄道線路の近傍に鉄道線路に沿って略鉛直に設置された複数の検知柱内に装着され、対応する検知柱が鉄道建築限界を支障する物理的現象により鉛直軸方向から所定量を越えて傾斜した時にその傾斜角に応じた電気信号を出力する各傾斜計の出力信号を順次選択し、選択した傾斜計の出力信号と所定の閾値との比較に基づき前記限界支障を判別して警報信号を生成すると共に、鉄道線路の沿線に配設された特殊信号発光機が前記警報信号に基づいて点滅発光信号を発生するようにしたので、保線区員等の目視に頼ることなく、鉄道建築限界を支障する物理的現象を常時監視し、この物理的現象による限界支障を迅速に且つ的確に把握するとともに、その限界支障に対して迅速に対処し得る鉄道の力学式限界支障検知システムを提供することができる。
【００６２】
また、本発明によれば、信号処理装置の角度変換手段により傾斜計の出力信号を、それぞれ傾斜角度に応じた角度値に変換し、さらにその角度値と所定の閾値との比較に基づいて限界支障を判定するように構成したので、傾斜計を内蔵した検知柱の設置に際し、必らずしも鉛直に設置する必要はなく、ある程度傾いた状態に設置することができ、設置作業が容易になるほか、不用意に保線区員等が検知柱に触れて傾けても、一定の範囲ならば初期位置に復旧させる必要はなく、大きく傾けたとしても略鉛直方向に復旧させるだけでよい。
【００６３】
また、本発明によれば、傾斜計の出力信号および所定の閾値の少なくとも一方を相対的に調整する零調整手段により傾斜計の初期値を零に設定するすることができるので、上述したように、検知柱の設置角度が鉛直方向に設置されていなくても、任意の角度位置において零調整することができる。さらに、本発明によれば、異常判定手段を設けたので装置の動作状態を常時監視する自己診断が可能になり、実際に鉄道限界を支障しているにも拘らず、その限界支障の検出がなされなかったり、逆に、鉄道限界を支障していないにも拘らず、限界支障が生じたと判定するような誤検出を確実に回避することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、傾斜計を密閉ケース内にあって常に鉛直姿勢を維持するように支持体によりあらゆる方向に揺動可能に揺動体を支持し、この揺動体の下端には磁石を取付け、さらに密閉ケースの中心軸線上であって磁石から所定間隔離して対向するように密閉ケースの下部にホール素子を収容するように構成したから、構成が簡素で、小型に構成でき、従って細長い検知柱の中に、収容することができ、従来の汎用型の傾斜計のように過傾斜により故障してしまうという欠点がないばかりでなく、倒立させて振動を加えても故障する虞れはなく、極めて堅牢で長期に亘る使用においても故障および性能（特性）の低下を来たすことがなく、実地試験において、温度の変化や電源電圧の変動などの影響を実験してみたところは、実用上問題のない程度に収っていることが確認された。
【００６５】
そして、このような構成であるから、従来の傾斜計であれば、少なくともＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ受感軸を持つものを２個並設する必要があったものを、本発明によれば、単に１個の傾斜計を検知柱に収納すれば足りるため、傾斜計に対するコストを低減化でき、さらには、傾斜計を収容する検知柱の直径も小型化でき、その分でもコストを低減化でき、延いては、鉄道線路の近傍に設置される検知柱は、無数といえる程の数量であることから、トータルのコストダウンは膨大な額にのぼり、この面での効果だけでも甚大である。
また、本発明によれば、各検知柱に対応する傾斜計の設置角度を確認するための水準器を設置するようにしたので、この水準器で検知柱の鉛直方向からのずれ状態を観察しながら、検知柱を設置することができ、便宜である。また、検知柱を保線区員等が不用意に接触して、傾動させたような場合、上記水準器を目安にして傾斜状態から鉛直方向に向けて復旧させるときなどにも役立たせることができる。もちろん、このように設置角度を人為的にあるいは不用意に僅かでも変化させた場合は、零調整手段によって傾斜計の出力信号が零となるように設定すればよい。
また、本発明によれば、警報信号が伝送される監視センタを具備するので、監視センタに限界支障発生による警報が通知されるなどして、列車側から容易に限界支障発生を目視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る鉄道の力学式限界支障検知システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例における鉄道の力学式限界支障検知システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本実施例における鉄道の力学式限界支障検知システムの動作を説明するための検出器出力電圧と上下限電圧および閾値との関係を模式的に示す図である。
【図４】本実施例における検出器の側面図である。
【図５】本実施例の検出器を構成する傾斜計の拡大断面図である。
【図６】本実施例の傾斜計の信号処理に使用される各部回路の一具体例を示す回路構成図である。
【図７】本実施例におけるホール素子の傾斜角度に対する出力特性図である。
【符号の説明】
１  検出器
２  Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器
３  演算処理装置
４  特殊信号発光機
５  監視センタ
１０  検知柱
１１  傾斜計
１２  基板
１３  キャップ
１４  接続箱
１５  ケース
１６  結合部材
１７  上部板
１８  ホール素子
１９  調整ねじ
２０  吊り材
２１  振子体
２２  永久磁石
２３  Ｏリング
２４  空気溜め
２５  ダンピング液体
２６  回路収容部
２７  ケース
２９  蓋部材
３０  回路基板
３０ａ  回路部品
３１  ケーブル取付部材
３２  信号及び電源用ケーブル
３３  リード線
３４  電源回路
３５  定電圧レギュレータ
３６  差動増幅回路
３７  増幅回路
３８  バッファ回路
【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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【図６】
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【図７】
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