(57)【要約】  【課題】計測対象物の変位を３次元的に計測できる技術を提案して、レールの横ずれ等も非接触で計測可能とすること。  【解決手段】本発明にかかるノンプリズム測距手段による３次元移動量計測方法は、測定対象物を視準可能な位置に設置したノンプリズム測距手段を用いて、前記測定対象物の位置変化を測定する方法であって、前記測定対象物と一体で位置変化し、互いに非平行な少なくとも２つの測定対象面を設定し、前記ノンプリズム測距手段によって前記２つの測定対象面までの距離変化を測定することによって前記測定対象物の３次元的な位置変化を測定するように構成した。【選択図】      図１
2006071356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を視準可能な位置に設置したノンプリズム測距手段を用いて、前記測定対象物の位置変化を測定するノンプリズム測距手段を用いた３次元移動量計測方法であって、
前記測定対象物と一体で位置変化し、互いに非平行な少なくとも２つの測定対象面を設定し、
前記ノンプリズム測距手段によって前記２つの測定対象面までの距離変化を測定することによって前記測定対象物の３次元的な位置変化を測定するノンプリズム測距手段を用いた３次元移動量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道のレールの横方向のずれや垂直方向の沈下／上昇などの変位を、非接触で計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ここでいうノンプリズム測距手段とは、いわゆるノンプリズムトータルステーションと称されている測距装置のように、赤外線やレーザー等の電磁波を対象物に照射して、対象物で反射して帰ってくるまでの時間、あるいは位相差を計測することによって、対象物までの距離を計測する技術を用いた装置であり、特に、対象物に反射プリズム等の特定のターゲットを設置しなくても計測可能なものをいう。前記ノンプリズムトータルステーション等は、対象物を視準したときの方位角も計測することによって、対象物までの距離、方角を３次元的に計測できる。
このようなノンプリズムトータルステーションを用いて路面の沈下等の変位を、非接触で計測する技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０７３３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述したような従来の計測方法は、路面等のほぼ水平な面の垂直方向の変位（沈下）は計測可能であるが、水平方向の横ずれ等の変位は計測できなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、計測対象物の変位を３次元的に計測できる技術を提案して、レールの横ずれ等も非接触で計測可能とすることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるノンプリズム測距手段による３次元移動量計測方法は、
測定対象物を視準可能な位置に設置したノンプリズム測距手段を用いて、前記測定対象物の位置変化を測定する方法であって、
前記測定対象物と一体で位置変化し、互いに非平行な少なくとも２つの測定対象面を設定し、
前記ノンプリズム測距手段によって前記２つの測定対象面までの距離変化を測定することによって前記測定対象物の３次元的な位置変化を測定するように構成した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のノンプリズム測距手段による３次元移動量計測方法によれば、測定対象物と一体で位置変化し、互いに非平行な少なくとも２つの測定対象面を設定できる測定対象物であれば、前記測定対象物の３次元的な位置変化を計測することができるので、レール等の横方向のずれや垂直方向の沈下／上昇をも非接触で計測することができるので、高度な安全管理を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明にかかるノンプリズム測距手段による３次元移動量計測方法を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、
前記測定対象物Ａと一体で位置変化し、互いに非平行な少なくとも２つの測定対象面を設定する。具体例としては、前記測定対象物Ａを直方体としてＸ軸に垂直な平面Ｘ（垂直面）と、Ｚ軸に垂直な平面Ｚ（水平面）とを測定対象面とする。測定対象物が、互いに非平行な少なくとも２つの測定対象面を持っていない場合には、前記測定対象物に、互いに非平行な少なくとも２つの平面を持った物体を付設し、前記物体の平面を測定対象面とする。
前記測定対象物Ａを視準可能な位置に、ノンプリズム測距手段としてのノンプリズムトータルステーションを設置し、このノンプリズムトータルステーションで初期状態における前記測定対象面Ｘ，Ｚを視準し、その方向と距離を記憶する。
前記測定対象物Ａが、破線で示した初期状態における位置から実線で示した位置に移動した場合、ノンプリズムトータルステーションの視準方向を前記初期状態と同一方向に固定した状態では、前記測定対象面Ｘまでのでの距離がＬｘだけ変化し、前記測定対象面Ｚまでのでの距離がＬｚだけ変化する。
この場合、前記測定対象面Ｘと視準方向とのなす角をθｘとし、前記測定対象面Ｚと視準方向とのなす角をθｚとすると、前記測定対象物ＡのＸ軸方向への移動量Ｄｘ＝Ｌｘ・sinθｘ、前記測定対象物ＡのＺ軸方向への移動量Ｄｚ＝Ｌｚ・sinθｚとして求めることができる。（図７参照）
【０００９】
このようにして、測定対象物ＡのＸ軸方向の移動量（水平方向のずれ量）と、Ｚ軸方向の移動量（沈下量）とを計測する。
なお、前記測定対象物ＡのＹ軸に垂直な平面Ｙ（垂直面）も測定対象面として設定して、その平面までの距離の変化を測定すれば、測定対象物ＡのＹ軸方向の移動量（水平方向のずれ量）も計測できる。
このとき、ノンプリズムトータルステーションの視準方向を前記初期状態と同一方向に固定した状態で、前記測定対象面Ｘまでのでの距離がＬｘだけ変化し、前記測定対象面Ｙまでのでの距離がＬyだけ変化し、前記測定対象面Ｚまでのでの距離がＬｚだけ変化するとする。そして、前記測定対象面Ｘと視準方向とのなす角をθｘとし、前記測定対象面Ｙと視準方向とのなす角をθyとし、前記測定対象面Ｚと視準方向とのなす角をθｚとすると、前記測定対象物ＡのＸ軸方向への移動量Ｄｘ＝Ｌｘ・sinθｘ、前記測定対象物ＡのＹ軸方向への移動量Ｄy＝Ｌy・sinθy、前記測定対象物ＡのＺ軸方向への移動量Ｄｚ＝Ｌｚ・sinθｚとして求めることができる。
このようにして、３次元的な移動量を計測することができるのである。
なお、レール（軌道）の測定のように、レールの長手方向の移動量は計測する必要が少ない場合で、沈下量と横方向へのずれの測定を重視する場合には、測定対象面は２面でよい。
【実施例１】
【００１０】
図２は、鉄道の軌道の工事中の管理もしくは運用中の軌道の管理のために、敷設されたレールの位置変化（変位）を連続的に計測し、安全な運用に供することを目的とした測定方法の実施例の説明図である。
【００１１】
この実施例においては、レールと枕木の変位を測定し、以下の6項目について確認を行う。
・ 沈下
・ 横移動
・ 横断方向の高低差
・ 縦断方向の高低差
・ 軌間長
・ 通り
【００１２】
図２において、
Ａ１、Ａ２はレール、Ａ３は枕木であり、これらが測定対象物の軌道である。
１は前記軌道を視準し得る位置（具体例としては、電柱上。）に設置された自動追尾式ノンプリズムトータルステーション（Trimble 5600 DR200+）である。
２は計測室に設置されたパーソナルコンピュータ、３は前記ノンプリズムトータルステーションのぞれぞれに設置された専用インターフェイスボックス、４は前記ノンプリズムトータルステーション１と前記パーソナルコンピュータ２とを接続したＲＳ−４２２規格等の通信路、６は前記パーソナルコンピュータ２と外部の監視システムとを接続する通信手段、７は前記計測室に設置された安定化電源である。その他、必要に応じて、避雷器やプリンタ等を設置する。
【００１３】
平面配置を示した図３のように、４台のノンプリズムトータルステーション１、１、１、１を、それぞれの位置の電柱に設置する。
上記４台のノンプリズムトータルステーションによる計測範囲は600mの区間とする。
また、測定対象面としては、図４、５に示したように、レールの側面（ほぼ垂直な面）と、枕木の表面（ほぼ水平な面）とを設定する。
また、計測時間間隔は1時間に1回計測する。
【００１４】
実際の測定においては、軌道にプリズム等の特別なターゲットを使用せずかつ、列車等の通行規制も行わずに軌道を使用しながら自動計測を行う。
測定状況および結果は通信回線を介して、別の場所のコンピュータにて常時受信し解析を行う。
【００１５】
次に、図６に示した計測フローチャートに基づいて計測手順を説明する。
ステップＳ１においては、測定の基準となる基準点を軌道とは別の位置に設定する。
ステップＳ２においては、ノンプリズムトータルステーションを軌道の近くの電柱の上に設置する。
ステップＳ３においては、ノンプリズムトータルステーションとパソコンとを通信路で接続する。
ステップＳ４においては、前記基準点を視準してその位置を記憶する。
ステップＳ５においては、レールの側面と枕木の表面とを視準してその方向と距離とを計測する。この計測は、連続して複数回（例えば２〜１０回）行い、それらのデータのうち、所定の範囲以上に突出した異常なデータは除外する。
ステップＳ６においては、計測したデータを前記パーソナルコンピュータに取り込んで記憶する。このとき、前記ステップＳ５において除外した異常データ以外の正常データの平均を有効データとして使用する。
【００１６】
ステップＳ７においては、前記取り込んだ有効データを解析して、基準点を基準にした位置データを算出してパーソナルコンピュータのディスプレイ上に表示する。このとき、前回の計測結果とは異なる色で表示する。また、前回の計測データとの差を算出して数値表示も行う。
このとき、前述した手順と同様にして、前記レールの側面が横方向（ほぼ水平方向）にずれた変位量と、枕木の表面が上下方向にずれた変位量とを算出する。
レールの側面はノンプリズムトータルステーションによる計測に関しては、ほぼ垂直面と見なすことができ、枕木の表面はノンプリズムトータルステーションによる計測に関しては、ほぼ水平面と見なすことができる。
なお、初期状態からの変位が所定の範囲を超えた場合には警報を出力するようにするとよい。
【００１７】
ステップＳ８においては、時間経過を監視して、設定された所定の計測間隔、例えば１時間が経過するとステップＳ５へ戻って計測を繰り返す。また、設定された所定の校正間隔、例えば２４時間が経過するとステップＳ４へ戻って基準点の視準から繰り返す。
【００１８】
計測室には、パーソナルコンピュータ等の機器に電源を供給するための無停電装置や、落雷からの事故を防止するための避雷対策装置等を備えている。
【００１９】
なお、前記ノンプリズムトータルステーションの性能は以下の通りである。
角度測定             3秒（水平・垂直とも）
最小角度表示         1秒
距離測定      ノンプリズム
2〜200m       ±（3mm＋3ppm）
200〜400m     ±（5mm＋3ppm）
自動レベル補正機構   ±5分
自動視準可能範囲     1.0度
自動視準距離         標準RMT       1.5〜300m
サーチ範囲                  水平  360度
垂直  ＋60〜-30度
データ入出力         RS232C双方向
電源                        DC12V
使用温度範囲         -20〜+50℃
重量                        7.5kg
外形寸法 （W×D×H mm）     195×195×350
【００２０】
また、前記通信路を介して、ノンプリズムトータルステーション側の作業者とパーソナルコンピュータ側の作業者とが会話できるように、インターホン機能を備えるとよい。
また、必要に応じて、自動整準台の上にノンプリズムトータルステーションを設置しても良い。
【００２１】
前記パーソナルコンピュータは、図６に示した計測フローチャートに準じた動作をするソフトウェアがインストールされている。該ソフトウエアは以下の機能を含んでいる。
（１） 処理ソフト
・モード選択  プリズムモード、ノンプリズムモード計測機能
・計測開始    連続計測、任意時間開始、正時開始に対応
・計測器台数  1台のパソコンで6台まで接続可能
・計測時間    40〜120秒/1測点 （軌道面、計測回数、方法等による）
・計測間隔    通常は1時間に1計測
・計測回数    1測点あたりの計測回数は、1〜10回の任意設定
・不採用データ       通過車両等による異常データの不採用判断値設定
・有効データ  複数の計測データより信頼値を取り出す抽出機能
・伝送機能    NTT回線で自動送信
【００２２】
（２） データ分析・表示ソフト
・平面表示    初期値からの沈下量表示（単位は任意設定）
・縦横断表示  縦横断表示
・経時変化表示       1、７、30日の経時時間変化グラフ作成
・沈下量一覧表       基準日からの沈下量一覧表表示
・日報表示    計測データからの沈下量、高さ、縦横断図作成
・月報表示    計測ポイント毎の沈下量一覧表作成（月単位）
・伝送機能    計測ソフトからの自動受信、データ更新
・データ異常時       電話連絡機能（3箇所まで）
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明のノンプリズムトータルステーションによる３次元移動量計測方法を応用すると、軌道や、橋梁等の構造物の変位を３次元的に監視することができる。
また、本発明の方法は、一定視準角度における対象面までの距離を計測することによって、対象面の位置変化を計測するものであるので、本発明に用いるノンプリズム測距手段としては視準角度を計測する機能は必須ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかるノンプリズム測距手段による３次元移動量計測方法の説明図である。
【図２】本発明に用いるシステムブロック図である。
【図３】実施例の平面配置図である。
【図４】実施例の要部の側面図である。
【図５】実施例の要部の平面図である。
【図６】実施例のフローチャートである。
【図７】移動量計算の説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ１、Ａ２  レール、測定対象物
Ａ３  枕木、測定対象物
１  自動追尾式ノンプリズムトータルステーション
２  パーソナルコンピュータ
３  専用インターフェイスボックス
４  通信路
６  通信手段
【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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