(57)【要約】  レールの設置環境によらず実現可能なレール破断検知装置を得ることを目的とし、レールの異なる箇所に各々装着された第１の振動センサである振動センサ１からの出力波形及び第２の振動センサである振動センサ２からの出力波形が入力されて、これらの出力波形から分離された複数のインパルス波形を比較し又はこれらの出力波形から分離された複数の連続波形を比較して類似度を判定する波形類似度判定部４３を備え、レールの破断を検知する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールの異なる箇所に各々装着された複数の振動センサの出力波形が入力されるレール破断検知装置であって、
前記複数の振動センサから出力された前記出力波形から分離されたインパルス波形を比較し又は前記出力波形から分離された連続波形を比較して類似度を判定する波形類似度判定部を備え、
前記類似度により前記レールの破断を検知することを特徴とするレール破断検知装置。
【請求項２】
前記複数の振動センサは、互いに並列する異なるレールに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレール破断検知装置。
【請求項３】
前記複数の振動センサは、同一のレールに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレール破断検知装置。
【請求項４】
前記複数の振動センサの検知区間のいずれか１つが、路線上の曲線部を含むことを特徴とする請求項１に記載のレール破断検知装置。
【請求項５】
前記複数の振動センサの検知区間のいずれか１つが、路線上の溶接部を含むことを特徴とする請求項１に記載のレール破断検知装置。
【請求項６】
レールに装着された第１の振動センサからの第１の出力波形と、前記第１の振動センサとは異なる位置に装着された第２の振動センサからの第２の出力波形とが入力されるレール破断検知装置であって、
前記第１の出力波形から分離された第１のインパルス波形と前記第２の出力波形から分離された第２のインパルス波形とを比較し又は前記第１の出力波形から分離された第１の連続波形と前記第２の出力波形から分離された第２の連続波形とを比較して類似度を判定する波形類似度判定部を備え、
前記類似度により前記レールの破断を検知することを特徴とするレール破断検知装置。
【請求項７】
レールに装着された第１の振動センサからの第１の出力波形と、前記第１の振動センサとは異なる位置に装着された第２の振動センサからの第２の出力波形とが入力されるレール破断検知装置であって、
前記第１の振動センサの出力波形を分離して第１のインパルス波形及び第１の連続波形を出力する第１の波形分離部と、
前記第２の振動センサの出力波形を分離して第２のインパルス波形及び第２の連続波形を出力する第２の波形分離部と、
前記第１のインパルス波形と前記第２のインパルス波形との比較及び前記第１の連続波形と前記第２の連続波形との比較の少なくともいずれか一方を行って、前記第１の出力波形と前記第２の出力波形との類似度を判定する波形類似度判定部とを備え、
前記類似度によりレールの破断を検知することを特徴とするレール破断検知装置。
【請求項８】
前記第１の振動センサと前記第２の振動センサとは、互いに並列する異なるレールに設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレール破断検知装置。
【請求項９】
前記第１の振動センサは、前記第２の振動センサと同一のレールに設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレール破断検知装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の振動センサの検知区間が、路線上の曲線部を含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレール破断検知装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２の振動センサの検知区間が、路線上の溶接部を含むことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレール破断検知装置。
【請求項１２】
前記レールを走行する列車の位置情報及び速度情報に基づいて、前記列車が前記第１及び第２の振動センサの検知区間に侵入する前に前記レールの破断を検知することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレール破断検知装置。
【請求項１３】
列車の進行方向に対して、前記第１及び第２の振動センサの手前側に加振装置が設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレール破断検知装置。
【請求項１４】
前記第１のインパルス波形と前記第２のインパルス波形とが非類似である場合には、前記第１及び第２の振動センサに近づく列車と前記第１及び第２の振動センサとの間にレール破断が生じていると検知し、
前記第１の連続波形と前記第２の連続波形とが非類似である場合には、前記第１及び第２の振動センサから遠ざかる列車と前記第１及び第２の振動センサとの間にレール破断が生じていると検知することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレール破断検知装置。
【請求項１５】
前記加振装置は、自装置が設けられているレールに対して複数回の加振を行い、
複数回の前記加振により得られた前記第１の振動センサにて得られた複数の振動波形の加算平均を前記第１の振動センサの出力波形とし、
複数回の前記加振により得られた前記第２の振動センサにて得られた複数の振動波形の加算平均を前記第２の振動センサの出力波形とすることを特徴とする請求項１３に記載のレール破断検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レール破断検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術である特許文献１には、レールに設置した振動センサの振動情報のしきい値判定によりレールの破断検知を行う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２０１５−３４４５２号公報
【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、上記従来技術によれば、レールの破断検知にレールの共振周波数を用いている。そのため、レールの設置環境毎に判定用のしきい値を逐一設定しなければならない、という問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レールの設置環境によらず実現可能なレール破断検知装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レールの異なる箇所に各々装着された複数の振動センサの出力波形が入力されるレール破断検知装置であって、前記複数の振動センサから出力された前記出力波形から分離されたインパルス波形を比較し又は前記出力波形から分離された連続波形を比較して類似度を判定する波形類似度判定部を備え、前記類似度により前記レールの破断を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レールの設置環境によらず実現可能なレール破断検知装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかるレール破断検知装置の構成と、振動センサとを示す図
【図３】実施の形態１においてレール破断検知装置の動作を示すフローチャート
【図４】実施の形態１において波形類似度判定部が連続波形類似度判定部を備えていない場合のレール破断検知装置の動作を示すフローチャート
【図５】実施の形態１において波形類似度判定部がインパルス波形類似度判定部を備えていない場合のレール破断検知装置の動作を示すフローチャート
【図６】実施の形態１において、２本のレールに破断がないときの振動波形を示す図
【図７】実施の形態１において、２本のレールのいずれかに破断があるときの振動波形を示す図
【図８】実施の形態１にかかるレール破断検知装置を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図
【図９】実施の形態２にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す図
【図１０】実施の形態３にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第１図
【図１１】実施の形態３にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第２図
【図１２】実施の形態４にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第１図
【図１３】実施の形態４にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第２図
【図１４】実施の形態５にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第１図
【図１５】実施の形態５にかかるレール破断検知装置及び周辺構成を示す第２図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態にかかるレール破断検知装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す図である。図１には、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、２本のレールの他方の振動センサ１と対向する位置に装着された第２の振動センサである振動センサ２と、２本のレール上を走行する列車３と、レール破断検知装置４とが示されている。すなわち、振動センサ１，２は互いに並列する異なるレールに装着されている。振動センサ１，２は、レールの振動を計測する。列車３は、振動センサ１，２に近づく方向に２本のレール上を走行する。
【００１１】
図２は、実施の形態１にかかるレール破断検知装置４の構成と、振動センサ１，２とを示す図である。図２に示すレール破断検知装置４は、波形分離部４１，４２と、波形類似度判定部４３とを備える。波形類似度判定部４３は、インパルス波形類似度判定部４４と、連続波形類似度判定部４５とを備える。
【００１２】
第１の波形分離部である波形分離部４１は、振動センサ１の出力波形をインパルス波形と連続波形とに分離して出力する。この強制振動成分であるインパルス波形を便宜上第１のインパルス波形と記載し、この自由振動成分である連続波形を便宜上第１の連続波形と記載する。第２の波形分離部である波形分離部４２は、振動センサ２の出力波形をインパルス波形と連続波形とに分離して出力する。このインパルス波形を便宜上第２のインパルス波形と記載し、この連続波形を便宜上第２の連続波形と記載する。ここで、波形分離を行う方法には、波形解析、時間周波数解析、フーリエ解析、ウェーブレット解析及びスパース解析を例示することができる。
【００１３】
波形類似度判定部４３は、インパルス波形類似度判定部４４又は連続波形類似度判定部４５を用いて、波形分離部４１からの出力波形と波形分離部４２からの出力波形とを比較して類似度の判定を行い、この類似度からレール破断を検知する。波形類似度判定部４３は、列車３が振動センサ１，２に近づく際にはインパルス波形類似度判定部４４を用いてインパルス波形の比較を行い、列車３が振動センサ１，２から遠ざかる際には連続波形類似度判定部４５を用いて連続波形の比較を行う。列車３が振動センサ１，２に近づく際にはインパルス波形成分が大きいためインパルス波形を用い、列車３が振動センサ１，２から遠ざかる際にはインパルス波形成分が減衰するため連続波形成分を用いて、類似度の判定を行う。
【００１４】
インパルス波形類似度判定部４４は、波形分離部４１からの第１のインパルス波形と、波形分離部４２からの第２のインパルス波形とを比較してインパルス波形の類似度の判定を行う。
【００１５】
連続波形類似度判定部４５は、波形分離部４１からの第１の連続波形と、波形分離部４２からの第２の連続波形とを比較して連続波形の類似度の判定を行う。
【００１６】
ここで、波形類似度を判定する波形比較には、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値を比較する方法を例示することができる。ＲＭＳ値を比較する場合には、振動強度のＲＭＳ値の比が予め決められたしきい値の範囲内に収まっていればレール破断していないと判定し、振動強度のＲＭＳ値の比が予め決められたしきい値の範囲内に収まっていなければレール破断していると判定する。又は、波形類似度を判定する波形比較には、インパルス振動の最も強い値を比較してもよいし、時系列データの相互相関値を比較してもよい。
【００１７】
図３は、実施の形態１においてレール破断検知装置４の動作を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、波形分離部４１，４２が、２つの振動センサ１，２からの波形を強制振動成分であるインパルス波形と、自由振動成分である連続波形とに各々分離する（Ｓ１１）。次に、インパルス波形類似度判定部４４が、分離された波形の２つのインパルス波形が類似しているか否かを判定する（Ｓ１２）。インパルス波形が類似している場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、連続波形類似度判定部４５が、分離された波形の２つの連続波形が類似しているか否かを判定する（Ｓ１３）。連続波形が類似している場合には（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、波形類似度判定部４３は、レール破断なしと判定し（Ｓ１４）、処理を終了する。インパルス波形が類似していない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）又は連続波形が類似していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）には、波形類似度判定部４３は、レール破断ありと判定し（Ｓ１５）、処理を終了する。
【００１８】
なお、図２に示す波形類似度判定部４３は、インパルス波形類似度判定部４４及び連続波形類似度判定部４５の双方を備えるが、本発明はこれに限定されるものではなく、波形類似度判定部４３は、インパルス波形類似度判定部４４及び連続波形類似度判定部４５の少なくともいずれか一方を備えていればよい。波形類似度判定部４３がインパルス波形類似度判定部４４を備えることなく連続波形類似度判定部４５を備える場合には、列車３が振動センサ１，２から遠ざかる際に波形の類似度判定を行えばよい。
【００１９】
図４は、実施の形態１において波形類似度判定部４３が連続波形類似度判定部４５を備えていない場合のレール破断検知装置４の動作を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、波形分離部４１，４２が、２つの振動センサからの波形から強制振動成分であるインパルス波形を各々抽出する（Ｓ１１ａ）。次に、インパルス波形類似度判定部４４が、抽出した各インパルス波形が類似しているか否かを判定する（Ｓ１２）。インパルス波形が類似している場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、波形類似度判定部４３は、レール破断なしと判定し（Ｓ１４）、処理を終了する。インパルス波形が類似していない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、波形類似度判定部４３は、レール破断ありと判定し（Ｓ１５）、処理を終了する。
【００２０】
図５は、実施の形態１において波形類似度判定部４３がインパルス波形類似度判定部４４を備えていない場合のレール破断検知装置４の動作を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、波形分離部４１，４２が、２つの振動センサからの波形から自由振動成分である連続波形を各々抽出する（Ｓ１１ｂ）。次に、連続波形類似度判定部４５が、抽出した各連続波形が類似しているか否かを判定する（Ｓ１３）。連続波形が類似している場合には（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、波形類似度判定部４３は、レール破断なしと判定し（Ｓ１４）、処理を終了する。連続波形が類似していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）には、波形類似度判定部４３は、レール破断ありと判定し（Ｓ１５）、処理を終了する。
【００２１】
なお、図３から図５には示していないが、レール破断の有無の検知結果が、例えば路線図、表示装置又は信号等に出力されると、ユーザはレール破断の有無を知ることが可能である。ここで、路線図、表示装置又は信号等によるユーザへの報知情報は、レール破断の有無に代えて、列車の走行可否情報であってもよい。
【００２２】
図６は、実施の形態１において、２本のレールに破断がないときの振動波形を示す図である。そして、図７は、実施の形態１において、２本のレールのいずれかに破断があるときの振動波形を示す図である。図６においては２本のレールに破断がないので、振動センサ１の出力波形５１と、振動センサ２の出力波形５２とは類似した波形形状となる。図７においては振動センサ２が装着されたレールに破断があるので、振動センサ１の出力波形６１と、振動センサ２の出力波形６２とは非類似の波形形状となる。
【００２３】
このように、本実施の形態によれば、２本のレールの各々の対向する位置に装着された複数の振動センサの出力波形を比較して類似度を判定することで、レールの設置環境毎に判定用のしきい値を逐一設定することなく２本のレールの状態の相違を検知するため、レールの設置環境によらずレールの破断を検知することができる。また、振動センサの出力波形をインパルス波形と連続波形とに分離することで、検知精度を向上させることができる。
【００２４】
なお、上記説明した本実施の形態において、レール破断検知装置４は、少なくともプロセッサと、メモリと、入力部とを備え、各装置の動作はソフトウエアにより実現する。図８は、本実施の形態にかかるレール破断検知装置４を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図である。図８に示す装置は、プロセッサ４６、メモリ４７及び入力部４８を備える。プロセッサ４６は受信したデータを用いてソフトウエアによる演算及び制御を行う。メモリ４７は受信したデータの記憶を行い、プロセッサ４６が演算及び制御を行うに際して必要なデータの記憶を行い、また、プロセッサ４６が演算及び制御を行うためのソフトウエアの記憶を行う。入力部４８は、振動センサ１，２の出力波形を入力とする。波形分離部４１，４２は、プロセッサ４６、メモリ４７及び入力部４８により実現され、波形類似度判定部４３は、プロセッサ４６及びメモリ４７により実現される。なお、プロセッサ４６及びメモリ４７は、各々複数設けられていてもよい。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１においては、２つの振動センサを異なるレールに装着した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施の形態にて示すように、２つの振動センサが同一のレールに装着されていてもよい。なお、本実施の形態において、実施の形態１にて既に説明した点については実施の形態１を援用して重複する説明を省略する。
【００２６】
図９は、本発明の実施の形態２にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す図である。図９には、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、振動センサ１が装着されたレールと同一のレールに装着された第２の振動センサである振動センサ２ａと、２本のレール上を走行する列車３と、レール破断検知装置４とが示されている。振動センサ１，２ａは、レールの振動を計測する。列車３は、振動センサ１，２ａに近づく方向に２本のレール上を走行する。ここで、振動センサ１，２ａによって破断の検知が可能なレールは、振動センサ１，２ａが装着されたレールである。なお、図示していないが、振動センサ１，２ａが装着されていない方のレールにも振動センサ１，２ａと同様に振動センサが装着されているものとする。
【００２７】
図９に示すように、同一のレールに振動センサ１及び振動センサ２ａが装着された場合であっても、２本のレールに破断がない場合には、振動センサ１の出力波形５１と、振動センサ２ａの出力波形５２とは類似した波形形状となり、振動センサ２ａが装着されたレールに破断がある場合には、振動センサ１の出力波形と、振動センサ２ａの出力波形とは非類似の波形形状となる。なお、レールに破断がある場合には、伝搬する波の伝搬時間が変化するため、また、波形の類似度の演算時に予め設定された伝搬時間幅の範囲内で行うことで、振動センサ１の出力波形と、振動センサ２ａの出力波形とは非類似の波形形状となる。レールに破断がない場合には、２つの振動センサ１，２ａのうち、一方の波形形状は、他方の波形形状が減衰した形状となる。
【００２８】
なお、実施の形態１，２によれば、レールの破断のみならず、レールの劣化を検知することも可能である。なお、ここでの劣化は、レールの外観には破断が観察されないが、レールの内部に異常が生じている状態を指す。
【００２９】
レールの破断検知にレールの共振周波数を用いる技術では、レールの設置環境毎に判定用のしきい値を逐一設定しなければならない。実施の形態１，２によれば、異なる２つ以上の場所のレールの振動の類似度からレール破断を検知するので、レールの材質、レールの敷設方法及びレールが設置された地盤の影響を受けないため、レール破断を検知するための設置環境毎のしきい値の設定が不要である。
【００３０】
また、電流値を参照することでレールの破断検知を行う技術では、レールが部分的に破断した場合を検知することができない。実施の形態１，２によれば、電流を用いないので、部分的なレール破断を検知することも可能である。なお、図７に示すレール破断があるときの振動波形は図６に示すレール破断がないときの振動波形とは非類似であるが、レール破断が部分的である場合には、図６に示すレール破断がないときの振動波形とは低いＲＭＳ値で類似する振動波形が得られる。
【００３１】
また、左右のレールの画像データを比較することでレールの破断検知を行う技術では、画像データを取得する画像センサが汚れに弱く、画像センサにはオイルミスト及び鉄粉が付着することが想定されるため、頻繁な保守作業を要する。実施の形態１，２では、このような頻繁な保守作業は不要である。
【００３２】
また、複数個の振動センサで計測した振動情報を比較するので、車両の踏切横断等に起因して発生する振動は比較により打ち消される。従って、これによる誤検知も生じない。なお、実施の形態１，２では２つの振動センサを用いる場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、振動センサは複数個設けられていればよい。
【００３３】
なお、実施の形態１，２は、路線上の曲線部を含む区間に適用することが好ましい。すなわち、振動センサの検知区間のいずれか１つが、路線上の曲線部を含むことが好ましい。路線上の曲線部では、車輪との摩擦によってレール破断が生じやすいからである。路線上の曲線部の曲率半径が小さい箇所に適用することが特に好ましい。
【００３４】
なお、実施の形態１，２は、路線上の溶接部を含む区間に適用することも好ましい。すなわち、振動センサの検知区間のいずれか１つが、路線上の溶接部を含むことが好ましい。路線上の溶接部では、レール破断が生じやすいからである。
【００３５】
実施の形態３．
本発明は、実施の形態１，２にて説明した形態に限定されず、ＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｂａｓｅｄ  Ｔｒａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれる無線列車制御システムに適用することも可能である。本実施の形態においては、ＣＢＴＣへの適用例について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態１，２にて既に説明した点については実施の形態１，２を援用して重複する説明を省略する。
【００３６】
図１０は、本発明の実施の形態３にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す第１図である。図１０には、図１と同様に、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、２本のレールの他方の振動センサ１と対向する位置に装着された第２の振動センサである振動センサ２と、２本のレール上を走行する列車３と、レール破断検知装置４とが示されている。振動センサ１，２は、レールの振動を計測する。列車３は、振動センサ１，２に近づく方向に２本のレール上を走行する。
【００３７】
図１０において、振動センサ１，２には、各々が装着されたレールにおいて同一の検知区間が設定されている。この検知区間の端から振動センサ１，２までの距離は、振動センサ１，２がレール破断を検知可能な距離とする。また、図示しないが、振動センサ１，２が装着された各レール上には隣接する区間のレール破断の検知が可能なように複数の振動センサが設けられており、互いに隣接する区間を検知する振動センサの検知区間が、重複していてもよい。互いに隣接する区間を検知する振動センサの検知区間の一部が重複すると、レール上に検知できない区間を生じることなくレール破断の検知が可能である。振動センサ１，２は検知区間の中心に配置されることが好ましいが、検知区間内であれば配置される場所は限定されない。
【００３８】
地上無線装置６は、列車３に搭載された図示しない車上無線装置と通信を行うことで列車３の位置情報及び速度情報を取得し、地上制御装置５に送信する。レール破断検知装置４は、レール破断の検知結果を地上制御装置５に送信する。
【００３９】
中央制御装置７は、地上制御装置５と接続される。中央制御装置７は、地上制御装置５から列車３の位置情報、速度情報及びレール破断の検知結果を受け取り、列車３の運行管理を行う。レール破断の検知結果がレール破断ありの場合には、地上制御装置５及び地上無線装置６を介して列車３を停止させるための指令を列車３に送り、列車３を停止させる。
【００４０】
また、レール破断検知装置４は、振動センサ１，２の検知区間の列車３が進行してくる方向側の端から列車３の制動距離Ｌ以上手前の地点を列車３が走行しているタイミングにおいて、振動センサ１，２の検知区間のレール破断を検知して検知結果を地上制御装置５に送信する。この制動距離Ｌは、列車３の速度情報及び転がり摩擦係数から算出可能である。この検知結果がレール破断ありの場合には、中央制御装置７が、地上制御装置５及び地上無線装置６を介して列車３を停止させる制御を行うことで、列車３が振動センサ１，２の検知区間に侵入する前に列車３を停止させることが可能である。従って、図１０の構成によれば、列車３がレール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車３を停止させることができる。列車３の位置情報及び速度情報がレール破断検知装置４に送られることで、レール破断検知装置４で列車３の制動距離Ｌの算出が可能となる。また、制動距離Ｌの算出は、地上制御装置５又は中央制御装置７で行われてもよい。
【００４１】
図１１は、本発明の実施の形態３にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す第２図である。図１１には、図９と同様に、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、振動センサ１が装着されたレールと同一のレールに装着された第２の振動センサである振動センサ２ａと、２本のレール上を走行する列車３と、レール破断検知装置４とが示されている。振動センサ１，２ａは、レールの振動を計測する。列車３は、振動センサ１，２ａに近づく方向に２本のレール上を走行する。
【００４２】
図１１においては、振動センサ１と振動センサ２ａの間が検知区間として設定されている。すなわち、振動センサ１及び振動センサ２ａの設置位置が検知区間の端であり、振動センサ１と振動センサ２ａとの距離は、振動センサ１，２ａがレール破断を検知可能な距離とする。なお、図示しないが、振動センサ１，２ａが装着されていない方のレール上にも同様に振動センサが設けられている。また、振動センサ１よりも手前側には他の振動センサが設けられており、図１０と同様に互いに隣接する区間を検知する振動センサの検知区間を連続して配することで、レール上に検知できない区間を生じることなくレール破断の検知が可能である。
【００４３】
地上無線装置６は、図１０と同様に、列車３に搭載された図示しない車上無線装置と通信を行うことで列車３の位置情報及び速度情報を取得し、地上制御装置５に送信する。レール破断検知装置４は、レール破断の検知結果を地上制御装置５に送信する。
【００４４】
中央制御装置７は、地上制御装置５と接続される。中央制御装置７は、地上制御装置５から列車３の位置情報、速度情報及びレール破断の検知結果を受け取り、列車３の運行管理を行う。レール破断の検知結果がレール破断ありの場合には、地上制御装置５及び地上無線装置６を介して列車３を停止させるための指令を列車３に送り、列車３を停止させる。
【００４５】
また、レール破断検知装置４は、振動センサ２ａから列車３の制動距離Ｌ以上手前の地点を列車３が走行しているタイミングにおいて、振動センサ１と振動センサ２ａとによって形成される検知区間のレール破断を検知して検知結果を地上制御装置５に送信する。この検知結果がレール破断ありの場合には、中央制御装置７が、地上制御装置５及び地上無線装置６を介して列車３を停止させる制御を行うことで、列車３が振動センサ１と振動センサ２ａとによって形成される検知区間に侵入する前に列車３を停止させることが可能である。従って、図１１の構成によれば、列車３がレール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車３を停止させることができる。列車３の位置情報及び速度情報がレール破断検知装置４に送られることで、レール破断検知装置４で列車３の制動距離Ｌの算出が可能となる。また、制動距離Ｌの算出は、地上制御装置５又は中央制御装置７で行われてもよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態の構成によれば、列車がレール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車を停止させることができる。
【００４７】
実施の形態４．
レール振動の加振源として列車走行による振動を利用する場合又は列車速度が低速である場合等の列車走行による加振が小さい場合には、レール破断を検知することができない場合もある。そこで、本発明では、振動センサに隣接して加振装置が設けられていてもよい。本実施の形態においては、実施の形態３の構成において、振動センサに隣接して加振装置が設けられた形態について説明する。なお、本実施の形態において、実施の形態１から３にて既に説明した点については実施の形態１から３を援用して重複する説明を省略する。なお、本実施の形態においては、実施の形態３の構成で、振動センサに隣接して加振装置が設けられた形態について説明するが、実施の形態１，２と本実施の形態の構成とを組み合わせてもよい。
【００４８】
図１２は、本発明の実施の形態４にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す第１図である。図１２には、図１と同様に、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、２本のレールの他方の振動センサ１と対向する位置に装着された第２の振動センサである振動センサ２と、２本のレール上を走行する列車３と、レール破断検知装置４とが示されている。振動センサ１，２は、レールの振動を計測する。列車３は、振動センサ１，２に近づく方向に２本のレール上を走行する。振動センサ１の列車３の進行方向手前側には加振装置７１が設けられており、振動センサ２の列車３の進行方向手前側には加振装置７２が設けられている。
【００４９】
加振装置７１，７２は、中央制御装置７からの指令により、列車３の位置が検知区間の端から制動距離Ｌ以上手前の地点であるタイミングで各々が設置されたレールに加振を行う。レール破断検知装置４は、加振装置７１，７２によって生じた振動を用いてレール破断を検知する。加振装置７１，７２は、レールに振動を与えることができるものであればよく、例えば電磁力を利用してピストンがレールを打撃する構成のものを利用することができる。
【００５０】
図１３は、本発明の実施の形態４にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す第２図である。図１３には、図９と同様に、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、振動センサ１が装着されたレールと同一のレールに装着された第２の振動センサである振動センサ２ａと、２本のレール上を走行する列車３と、レール破断検知装置４とが示されている。振動センサ１，２ａは、レールの振動を計測する。列車３は、振動センサ１，２ａに近づく方向に２本のレール上を走行する。振動センサ１の列車３の進行方向手前側には加振装置７１が設けられており、振動センサ２ａの列車３の進行方向手前側には加振装置７２ａが設けられている。
【００５１】
加振装置７１，７２ａは、図１２と同様に、地上制御装置５を介した中央制御装置７からの指令により、列車３の位置が検知区間の端から制動距離Ｌ以上手前の地点であるタイミングで各々が設置されたレールに加振を行う。レール破断検知装置４は、加振装置７１，７２ａによって生じた振動を用いてレール破断を検知する。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、加振装置７１，７２，７２ａは中央制御装置７からの指令により加振を行うものとしたが本発明はこれに限定されるものではない。レール破断検知装置４又は地上制御装置５がレール破断を検知するタイミングで加振装置７１，７２，７２ａに加振する指令を出力してもよい。
【００５３】
なお、図１２，１３においては列車３の進行方向が一定であるため、振動センサ１，２，２ａの手前に加振装置７１，７２，７２ａを設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば路線が単線である場合には、列車の進行方向が入れ替わるため、振動センサの両側に加振装置が設けられていてもよい。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態の構成によれば、列車速度が低速である場合等の列車走行による加振が小さい場合であっても、加振装置による振動を用いることによって、レール破断箇所を通過する前に、レール破断を検知して列車を停止させることができる。
【００５５】
なお、本実施の形態によれば、営業時間外でレール上を列車が走行していない場合であっても、加振装置による振動を用いることによって、レール破断を検知することが可能である。
【００５６】
実施の形態５．
実施の形態１から４においては、レール上に列車３のみを示し、列車３によって生じる振動を用いてレール破断を検知する形態について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、列車進行方向に対して、振動センサよりも手前側に存在する列車３によって生じる振動、及び振動センサを越えて進行方向側に存在する列車３ａによって生じる振動の双方を用いてレール破断を検知することも可能である。なお、本実施の形態において、実施の形態１から４にて既に説明した点については実施の形態１から４を援用して重複する説明を省略する。なお、本実施の形態においては、実施の形態３の構成において列車進行方向に対して、振動センサよりも進行方向手前側に列車３が存在し、実施の形態３の構成において振動センサを越えて進行方向側に列車３ａが存在する形態について説明する。
【００５７】
図１４は、本発明の実施の形態５にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す第１図である。図１４には、図１と同様に、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、２本のレールの他方の振動センサ１と対向する位置に装着された第２の振動センサである振動センサ２と、列車進行方向に対して、振動センサ１，２よりも進行方向手前側の２本のレール上を走行する列車３と、振動センサ１，２を越えて進行方向側の２本のレール上を走行する列車３ａと、レール破断検知装置４とが示されている。振動センサ１，２は、レールの振動を計測する。列車３は振動センサ１，２に近づく方向に２本のレール上を走行し、列車３ａは振動センサ１，２に近づく方向に２本のレール上を走行する。
【００５８】
ここで、列車３によって生じる振動の波形は、振動センサ１，２に近づく際に生じる振動であるため、インパルス波形を用いる。列車３ａによって生じる振動の波形は、振動センサ１，２から遠ざかる際に生じる振動であるため、連続波形を用いる。レール破断検知装置４は、波形分離部４１，４２によって分離された２つのインパルス波形の類似度をインパルス波形類似度判定部４４にて判定するとともに、波形分離部４１，４２によって分離された２つの連続波形の類似度を連続波形類似度判定部４５にて判定する。ここで、波形の類似度の判定方法は、実施の形態１にて説明したため説明を省略する。この判定の結果、２つのインパルス波形が非類似であれば列車３と振動センサ１，２との間にレール破断が生じていると判定する。また、２つの連続波形が非類似であれば列車３ａと振動センサ１，２との間にレール破断が生じていると判定する。このようにして、複数の編成によって生じる振動波形を用いてレール破断を検知することができる。
【００５９】
図１５は、本発明の実施の形態５にかかるレール破断検知装置４及び周辺構成を示す第２図である。図１５には、図９と同様に、２本のレールの一方に装着された第１の振動センサである振動センサ１と、振動センサ１が装着されたレールと同一のレールに装着された第２の振動センサである振動センサ２ａと、列車進行方向に対して、振動センサ１，２ａよりも進行方向手前側の２本のレール上を走行する列車３と、振動センサ１，２ａを越えて進行方向側の２本のレール上を走行する列車３ａと、レール破断検知装置４とが示されている。振動センサ１，２ａは、レールの振動を計測する。列車３は、振動センサ１，２ａに対して近づく方向に２本のレール上を走行し、列車３ａは振動センサ１，２ａに対して遠ざかる方向に２本のレール上を走行する。
【００６０】
図１５においても図１４と同様に判定を行い、この判定の結果、２つのインパルス波形又は２つの連続波形が非類似であれば振動センサ１と振動センサ２ａとの間にレール破断が生じていると判定する。このようにして、複数の編成によって生じる振動波形を用いてレール破断を検知することができる。
【００６１】
本実施の形態によれば、複数の編成によって生じる振動波形を用いてレール破断を検知することができる。また、実施の形態３と同様に無線列車制御システムに適用することも可能であり、レール破断を検知した場合に、列車３がレール破断箇所を通過する前に、列車３を停止させることができる。
【００６２】
実施の形態６．
実施の形態４においては、加振装置によってレールに加振を行って生じた振動を用いてレール破断を検知する形態について説明したが、本実施の形態では、加振装置による加振を複数回行って、複数回の加振によって生じた複数の振動波形の加算平均を算出する。
【００６３】
ここで、複数回の加振のうち最後に行う加振は、列車３の位置が検知区間の端から制動距離Ｌ以上手前の地点であるタイミングで行われる。
【００６４】
本実施の形態によれば、微弱な振動の計測が可能になるため、センサの設置間隔を長くすることができる。
【００６５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１，２，２ａ  振動センサ、３，３ａ  列車、４  レール破断検知装置、５  地上制御装置、６  地上無線装置、７  中央制御装置、４１，４２  波形分離部、４３  波形類似度判定部、４４  インパルス波形類似度判定部、４５  連続波形類似度判定部、４６  プロセッサ、４７  メモリ、４８  入力部、５１，５２，６１，６２  出力波形、７１，７２，７２ａ  加振装置。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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