(57)【要約】線路近辺の障害物の識別のため、および、障害物が列車への脅威と見なされた場合に、列車の運転手に警報を提供するための方法およびシステムが開示される。本システムは、列車の前面に配置され進行の方向を向くＩＲセンサを含む。このＩＲセンサは、列車の前方のレールの画像を受信する。本システムは、当該列車機関車の事前格納された振動プロフィールを含み、これは機関車の振動が、受信された画像の正確さに及ぼす影響を排除するために使われる。レールと、レールの背景中の線路枕木およびその下の材料などの基材と、の間の本来固有の温度差に基づいて、受信されたフレーム中のレールの存在が検出される。本システムは、列車の電気導体システム中の不具合を検出することもできる。【選択図】図８
2019503302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線路の障害物識別のための方法であって、前記方法は、
列車機関車の上に設置された少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）センサからＩＲ画像を受信するステップであって、前記少なくとも１つのＩＲセンサは、進行方向を向いている、ステップと、
振動プロフィールを取得するステップと、
前記振動プロフィールに基づいて前記ＩＲ画像から振動の影響をフィルタするステップと、
所定のルールおよびパラメータに基づいて、前記ＩＲ画像が障害物の画像を包含しているかどうか、およびその障害物が前記列車の進行への脅威となるかどうかを判定するステップと、
前記ＩＲ画像が障害物および架線ケーブル中に検出された変則事象のうちの少なくとも１つの画像を包含している場合に警報信号を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記レールとそれらの背景との間の温度差に基づいて、前記ＩＲ画像中のレールを検出するステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＩＲ画像中の前記レールのパターンおよび位置に基づいて、前記振動プロフィールを抽出するステップ、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記振動プロフィールが事前格納される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記列車機関車の前記振動プロフィールを動的に検討するステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記検出されたレール周囲の対象区域を画定するステップと、
前記対象区域内のオブジェクトを検出するステップと、
を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
受信されたＩＲフレーム中の移動するオブジェクトの動きの方向を見積もるステップと、
連続するＩＲ画像の捕捉の間に前記列車が通過した距離を考慮に入れて、前記連続するＩＲ画像中の移動する前記オブジェクトの位置を比較するステップと、
前記移動するオブジェクトが前記連続するＩＲ画像の間で動いた距離を査定し、前記連続するＩＲ画像の間で前記移動するオブジェクトが動いた前記距離を、前記連続するＩＲ画像の前記捕捉の間の時間幅で除算することによって、前記移動するオブジェクトの速度を見積もるステップと、
前記移動するオブジェクトの動きの前記速度および前記方向に基づいて、前記移動するオブジェクトが前記列車にリスクを及ぼすがどうかを判定するステップと、
を含む、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニットから場所データを取得するステップと、
前記場所データに基づいて前記列車の進行を追跡するステップと、
視程が限られているレール区間に前記列車が近付くときに情報を提供するステップと、
を含む、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記レールおよび前記レール近接域の変化を検証するため、前記列車の前面の前記レールの区間の事前格納された画像と、前記列車の進行の間に得られたフレームとを比較するステップと、
前記比較に基づいて障害物を検出するステップと、
を含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記列車の速度を取得するステップと、
前記ＩＲ画像の分析に基づいて、線路の状態を評価するステップと、
前記線路の状態に対し、前記機関車の速度が適切であるかどうかを判断するステップと、
を含む、請求項２〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記線路の状態を評価するステップは、
前記線路の前記ＩＲ画像中の前記レールの２つの軌道の間の距離を観測することによって、軌道のカーブを検出するステップ、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
線路関連の障害物の識別のためのシステムであって、前記システムは、
赤外線（ＩＲ）画像を捕捉するために、進行方向に面して設置された少なくとも１つのＩＲセンサと、
処理および通信ユニットであって、
列車機関車の上に設置された少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）センサからＩＲ画像を受信するステップであって、前記少なくとも１つのＩＲセンサは、前記進行方向を向いている、ステップ、
振動プロフィールを取得するステップ、
前記振動プロフィールに基づいて、前記ＩＲ画像から振動の影響をフィルタするステップ、
所定のルールおよびパラメータに基づいて、前記ＩＲ画像が前記線路域にある障害物および架線ケーブルでの変則事象のうちの少なくとも１つの画像を包含しているかどうか、ならびにその障害物が前記列車の進行への脅威となるかどうかを判定するステップ、および、
前記ＩＲ画像が障害物または架線ケーブルでの変則事象の画像を包含している場合に警報信号を提供するステップ、
を含む方法を実行するように構成された、処理および通信ユニットと、
ユーザに前記警報信号を提供するように構成された機関手用操作ユニットと、
を含む、システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのＩＲセンサを安定化し照準設定するための安定化および照準設定基台をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記安定化および照準設定基台は、事前格納された振動プロフィールに基づく安定化制御ループを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのＩＲセンサの光学素子の外面を清掃するようになされた手段を含む、請求項１２〜１４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのＩＲセンサは、８〜１２マイクロメートルの範囲の波長を有する、請求項１２〜１５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのＩＲセンサのサンプリング周波数が少なくとも２４サイクル／ｍＲａｄであり、前記少なくとも１つのＩＲセンサの焦点長さが少なくとも０．５ｍである、請求項１２〜１６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのＩＲセンサは、パン／傾斜／ズーム（ＰＴＺ）制御手段を含む、請求項１２〜１７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
データおよび前記警報信号を交換するべく外部のユニットとのデータリンクを可能にするための通信アンテナを含む、請求項１２〜１８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
所定のルールおよびパラメータに基づいて、前記ＩＲ画像が障害物の画像を包含しているかどうかを判定するステップが、前記障害物の温度を測定するステップを含む、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＩＲ画像に基づいて、電気導体システム中の不具合を検出するステップ、をさらに含む、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記処理および通信ユニットは、
前記ＩＲ画像に基づいて、電気導体システム中の不具合を検出するステップ、
を含む前記方法を実行するようにさらに構成される、請求項１２〜１９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
列車の電気導体システム中の不具合を検出するための方法であって、前記方法は、
列車上に設置された少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）センサからＩＲ画像を受信するステップであって、前記少なくとも１つのＩＲセンサは、前記列車の前記電気導体システムに照準設定される、ステップと、
振動プロフィールを取得するステップと、
前記振動プロフィールに基づいて、前記ＩＲ画像から振動の影響をフィルタするステップと、
前記ＩＲ画像に基づいて、前記電気伝導システム中の不具合を検出するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
障害物が機関手（engine driver）に見えないか、またはそれにぶつかるのを避けられない距離になってから見えるような障害物が線路上または線路に隣接して存在することによる、多くの列車事故が世界中で起こっている。かかる障害物との衝突を避ける能力は、例えば、環境および天気に左右される視程、線路の形状（カーブ、トンネルなど）、ならびに地形（見通し線を遮る小山および岩石）に左右される視程、障害物の存在とその大きさ、位置および色（オブジェクト固有の視認性）とを知った瞬間の列車の速度および質量（総運動エネルギ）を含め、様々な要素に依存する。かかる要素の各々が、障害物との事故を回避すべく走行中の列車を停止するために必要な距離と時間とに直接影響を有する。一部は完全停止までの距離に直接影響し、一部はオブジェクトに気付きそのオブジェクトが障害物であることを明確にする能力に影響する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な機関手の決断時間、列車の一般的な進行速度とともに走行中の列車の総質量では、多くの場合、障害物を検出し、緊急ブレーキ作動を決断し、列車を制動するのに１〜２キロメートルを超える距離を必要とする。かかる距離は、障害物との事故を回避するために、機関手は、２キロメートルまたはそれに近い距離からオブジェクトを見ることができ、観察されたオブジェクトが実際に避けなければならない障害物であるかどうかを決めることができ、次いで制動手段を操作できる必要があり、これら全てはこの制動距離が尽きる前に行う必要があることを要求する。線路沿いのオブジェクトを捕捉し、その存在の危険性を評価し、列車の制動が必要かどうかの操作決断を行い、これらの全てを障害物にぶつかる前に列車を安全に制動するのに十分な迅速さで行えるように、機関手を助力し支援できるシステムおよび方法が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物識別の方法が開示され、本方法は、列車機関車（engine of the train）の上に設置され、進行方向を向いた赤外線（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）センサからのＩＲ画像を受信するステップと、振動プロフィールを取得するステップと、振動プロフィールに基づいてＩＲ画像から振動の影響をフィルタするステップと、所定のルールおよびパラメータに基づいて、ＩＲ画像が障害物の画像を包含しているかどうか、および障害物が列車進行の脅威となるかどうかを判定するステップと、ＩＲ画像が障害物の画像を包含している場合に警報信号を提供するステップと、を含む。
【０００４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、本方法は、レールとそれらの背景との間の温度差に基づいて、ＩＲ画像中のレールを検出するステップをさらに含む。
【０００５】
まださらなる実施形態によれば、この振動プロフィールは列車の走行の前に格納される。
【０００６】
まださらなる実施形態によれば、本方法は、列車機関車の振動プロフィールの動的検討をさらに含む。
【０００７】
さらなる追加の実施形態によれば、本方法は、検出されたレール周囲の対象区域を画定するステップと、その対象区域内のオブジェクトを検出するステップとをさらに含む。
【０００８】
さらなる追加の実施形態によれば、本方法は、受信されたＩＲフレーム中の移動するオブジェクトの動きの方向の見積もりと、連続するＩＲ画像の捕捉の間に列車が通過した距離を考慮に入れて、連続する受信ＩＲ画像中の移動オブジェクトの位置を比較するステップと、該移動オブジェクトが、連続するＩＲ画像の間で動いた距離をそれらＩＲ画像の捕捉の間の時間幅で除算するステップと、移動オブジェクトの動きの速度および方向に基づいて、その移動オブジェクトが列車にリスクを及ぼすがどうかを判定するステップと、を含む。
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態による線路障害物の識別の方法は、全地球測位システム（ＧＰＳ：ｇｌｏｂａｌ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）ユニットから場所データを取得するステップと、その場所データに基づいて列車の進行を追跡するステップと、視程が限られているレール区間に列車が近付くと情報を提供するステップと、をさらに含む。
【００１０】
本方法は、レールおよびレール近接域の変化を検証するために、列車の前方のレールの区間の事前格納された画像と、列車が進行する間に得られたフレームとを比較するステップと、その比較に基づいて障害物を検出するステップとをさらに含む。
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態による線路障害物の識別の方法において、線路の状態を評価するステップは、得られた線路画像中のレールの２つの軌道の間の距離を観測することによって軌道のカーブを検出するステップをさらに含む。
【００１２】
線路障害物の識別のためのシステムが開示され、本システムは、ＩＲ画像を捕捉するために、進行方向に面して設置された赤外線（ＩＲ）センサと、上記で請求された何れかの方法ステップを実行するように構成された、処理および通信ユニットと、ユーザに警報信号を提供するように構成された、機関手用操作ユニットと、を含む。本発明のいくつかの実施形態によれば、本システムは、ＩＲセンサを安定化し照準設定（aiming）するための、安定化および照準設定基台（basis）をさらに含む。この安定化および照準設定基台は、事前格納された振動プロフィールに基づく安定化制御ループさらに含むことができる。
【００１３】
線路障害物の識別のための本システムは、ＩＲセンサが８〜１２マイクロメートルの範囲の波長で動作可能であることをさらに含む。
【００１４】
本発明に関する主題は、具体的に指摘され、本明細書の結論部分ではっきりと請求される。但し、本発明は、そのオペレーションの機構および方法の両方について、それらの目的、特徴、および利点とともに、以下の詳細説明を添付の図面と併せ読み参照することによって最良に理解することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物の識別および回避のためのシステムを備えた列車を概略的に表す。
【図１Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物の識別および回避のためのシステムを備えた列車を概略的に表す。
【図２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物の識別および回避のためのシステムの概略的ブロック図である。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、処理および通信ユニットの概略的ブロック図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による、ＳＮＲ、ＰＯＤ、およびＦＡＲの大きさの間の関係を表す例示的なグラフである。
【図４】本発明のいくつかの実施形態による、乱気流の関数としての、ＭＷおよびＬＷ波長範囲におけるＩＲ波長の伝達性を概略的に表す。
【図５Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、影付き区域中のレールの部分の視認性を表す、ＩＲ撮像装置により撮られた画像である。
【図５Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、フィルタにかけた後の、図５Ａに示されたレールの同じシーンの画像である。
【図５Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、レール沿いの２つの異なる点のレールの温度分散、およびレールとそれらの背景との間の温度の差を示す画像である。
【図５Ｄ】本発明のいくつかの実施形態による、撮像装置から約０．５ｋｍの距離にある、レールの間に位置する障害物と、レールの間の背景と、レールと、の間の温度の差を表す画像である。
【図５Ｅ】本発明のいくつかの実施形態による、背景に対する、２つの異なる障害物と、レールとの高い視認性を表す画像である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物の識別および回避のためのシステムのオペレーションを表す概略的フロー図である。
【図７】本発明のいくつかの実施形態による、運転安全性評価の方法を表す概略的フロー図である。
【図８】本発明のいくつかの実施形態による、電気導体(electric conductor)の不具合識別のためのシステムを備えた列車を概略的に表す。
【図９】本発明のいくつかの実施形態による、電気導体の不具合検出のためのシステムのオペレーションを表す概略的フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
当然のことながら、図の簡明化および明瞭化のため、図中の諸要素は必ずしも縮尺通りに描かれてはいない。例えば、これら要素の一部の寸法は、明瞭化のため他の要素に対して誇張されていることがある。さらに、適切と考えられる場合、相対応するまたは類似の要素を示すために、諸図の間で参照符号が反復使用されることがある。
【００１７】
以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために数々の具体的詳細が述べられる。但し、当業者には当然のことながら、本発明はこれらの具体的詳細がなくても実践が可能である。他の例では、本発明をあいまいにしないために、周知された方法、手順、およびコンポーネントについては詳細に説明していない。
【００１８】
本発明の一部の実施形態は以下に限定はされないが、例えば、「処理する」、「コンピュータ計算する」、「計算する」、「判断する」、「確立する」、「分析する」、「チェックする」などの用語を用いての説明は、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリ内に物理的（例えば電気的）量として表現されたデータを操作し、オペレーションおよび／またはプロセスを実行するための命令を格納することが可能な、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリあるいは他の情報ストレージ媒体内に、同様に物理量として表現された他のデータに変換する、コンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、または他の電子コンピューティングデバイスのオペレーション（群）および／またはプロセス（群）を称し得る。
【００１９】
本発明の一部の実施形態は以下に限定はされないが、本明細書で使われる用語「複数」および「多数」は、例えば、「複合」または「２つ以上」を含み得る。用語「複数」および「多数」は、２つ以上のコンポーネント、デバイス、要素、ユニット、パラメータなどを表すために本明細書全体に亘って使われ得る。明示で述べられている場合を除き、本明細書中で説明される方法の実施形態は、特定の順序またはシーケンスに制限されない。さらに、説明された方法の実施形態およびその要素のいくつかは、同じ時点で生じることがあり、または実行されることがある。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、レール軌道が、熱画像化手段を用いて比較的容易にその近傍から区別できる熱フットプリントを有するという事実の利点が使われる。本発明の発明者らは、列車のレールが金属で作製され、通常、低い熱伝導性を有するコンクリートまたは他の材料（群）で作製された線路枕木（ｓｌｉｐｐｅｒｓ）上に置かれるという事実を理解した。結果として、金属レールは、レールの高い熱伝導性に起因して、線路の非常に長い区間沿いに比較的等しい温度を維持する傾向があり、一方、レール近傍の地面は、レール温度の均一性より低いレベルの均一性を有する付近温度を維持する。さらに、列車レールと地面中に一般的に包含される材料との間の熱伝導性および温度比熱の差によって、線路に沿った温度分配および温度のレベルは、少なくとも両方のパラメータにおいて、その近傍の地面のものから区別されるのは明らかである。
【００２１】
発明者らが測定した、レールとその背景の地面との間の一般的な温度差は、１５〜２０度であり、一方、レール沿いのレールの温度の変化は、１ｋｍ沿いに２度より小さい変化を示す。これは、ＩＲセンサによって撮られた画像フレーム内のレールの良好な検出性を確実にし、線路の障害物の識別および回避のための温度画像化システムおよび方法に対する具体的なベースの確立を可能にする。図５Ｃ（これについては以降で詳細に説明する）に見られるように、例えば、これらオブジェクトの間の差は２０グレーレベルである。典型的な検出器では、単一グレーレベルは、通常、フルレンジに対し１３ビットで５０ｍＫを表す。図５Ｃの画像は８ビットの撮像装置で撮られ、したがって、図５Ｃ中の各グレーレベルは、２５×５０ｍＫ＝１６００ｍＫ＝１．６℃である（説明を単純化するためにガンマ補正は無視する）。
【００２２】
ここで図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、これらは、本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物の識別および回避のためのシステム１００を備えた列車１０を概略的に表している。列車１０は、その先頭に１台の列車ロコモーティブまたは機関車１０Ａおよび随意的に１台以上の鉄道貨車１０Ｂを含んでよい。システム１００は、列車機関車１０Ａに設置することが可能で、処理および通信ユニット１０２と、機関手用操作ユニット１０４と、随意的にカメラの照準設定基台１０６Ａを使って配置された、少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）前方注視センサ１０６と、随意的に通信アンテナ１０８とを含むことが可能である。
【００２３】
ＩＲセンサ１０６は、進行の方向に面する列車機関車の前端である機関車１０Ａの最前面に、好ましくは、図１Ａ中の列車１０の側面図上部に概略的に描かれているように、より良好な前方注視パフォーマンスのために上昇された位置に設置することができる。ＩＲセンサ１０６は、開口視野角αｖ１および水平線に対し角度αｖ２で傾斜する中心光軸１１６Ａを有する垂直視野１１６を有することが可能である。
【００２４】
図１Ｂ中の列車１０の上面図中に見られるように、ＩＲセンサ１０６は、開口視野角βｈ１、および、通常、機関車１０Ａの長手方向軸沿いに向かう中心軸１１７Ａを有する水平視野１１７を有してよい。この開口角および下向き傾斜角は、中心が列車機関車１０Ａの直接前方、機関車１０Ａから約２ｋｍまでの区域である対象領域、およびその長手方向開口および横方向開口は、線路のレールおよびその直近域が、全ての予期されるレールの軌道の変化個所においてＩＲセンサ１０６の視野内に在ることを確実にするように、ＩＲセンサ１０６の特定目標捕捉性能に関連させて選択することが可能である。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、以下で詳しく説明するように、ＩＲセンサ１０６は、特定性能を有するレンズまたはレンズのセットを備えたＩＲ撮像装置を使って、好ましくは、ＬＷＩＲ（具体的には、波長が８〜１２マイクロメートルの範囲）波長範囲で、冷却なしでもまたは極低温冷却でも、具現化が可能である。ＩＲセンサ１０６は、センサ安定化および照準設定基台１０６Ａ上に設置してよい。安定化および照準設定は、任意の既知の手段および方法を使って実現することが可能である。動的安定化ループは、撮られた画像から測定／抽出された振動／不安定度に基づいて、または加速計などの動き測定センサに基づいて行えばよい。ＩＲセンサ１０６は、センサ１０６の光学素子の外面を物理的に／化学的に／機械的に清掃するようになされた手段１０６Ｂをさらに備えてもよい。ＩＲセンサ１０６には、任意の既知の手段によって実現されたパン／傾斜／ズーム（ＰＴＺ：ｐａｎ／ｔｉｌｔ／ｚｏｏｍ）制御手段の１つ以上を備えてもよい。
【００２６】
ここで図２Ａを参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物の識別および回避のためのシステム１００の概略的ブロック図である。システム１００は、処理および通信ユニット１０２と、機関手用操作ユニット１０４と、少なくとも１つの赤外線（ＩＲ）前方注視センサ１０６と、随意的に通信アンテナ１０８とを含んでよい。処理および通信ユニットは、プロセッサ１０２Ａおよび非一時的ストレージ手段１０２Ｂを含んでよい。プロセッサ１０２Ａは、ストレージ手段１０２Ｂに格納されたプログラムおよびコマンドを実行するようになされてよく、ストレージ手段１０２Ｂ上に値およびパラメータを格納し、読み出すようにさらになされてもよい。プロセッサ１０２Ａは、機関手用操作ユニット１０４を制御し、ユニット１０４にデータを供給し、ユニット１０４でまたはこれと動作的に連通してその近くで警報信号を作動し、ユニット１０４のユーザからコマンドおよびデータを受信するようにさらになすことが可能である。ＩＲセンサ１０６は、ＩＲ画像を提供するために、処理および通信ユニット１０２と動作可能に接続してよい。本発明のいくつかの実施形態によれば、システム１００は、列車１０の進行に関連するデータおよび警報を外部のユニットおよびシステムと交換するため、外部のユニットとのデータリンクを可能にするアンテナ１０８をさらに含むことが可能である。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、機関手用操作ユニット１０４は、機関手が、機関車の前方の視界を表すＩＲ画像の動的な流れを受信し検視することであって、ここで温度的に区別されたオブジェクトは強調された仕方で提示され、選択可能な運転方式の間での選択をすることと、ＩＲセンサ１０６から受信された視界の画像の流れの記録を制御するなど、オプションを作動／停止することと、遠隔のストレージデバイスなどから参照軌道画像を取得することと、障害物が検出されたとき、警報信号および／または表示を受信することと、ができるようになすことが可能である。
【００２８】
システム１００に必要な性能は、障害物との事故が検出されたときに、列車がその障害物に到達する前に、列車１０の安全な制動ができるように、線路上のおよび／または所定の線路近傍内の潜在的障害物を、十分に前もって捕捉し識別することを確実にする必要があることである。１５０Ｋｍ／時の速度、すなわち約４２ｍ／秒の速度で走行している列車１０に対する制動距離は約１．６Ｋｍ（おおよそ１マイル）である。１０秒の決断必要時間および操作必要時間を含めた典型的な反応時間は、追加の４００ｍの障害物識別距離を必要とし、しかして、検出および識別の距離は２Ｋｍに設定される。列車１０の一定の減速を前提とすれば、列車１０の減速軌道上のどの点においても、距離／時間／瞬間速度を計算するために基本運動方程式を用いることが可能である。このように、上記で提示された数字に対し、一定減速αは−１．６５ｍ／秒に等しく、合計制動時間ｔＢは２６秒に等しい。当業者には当然のことながら、列車の軌道沿いの何れかの点での運動パラメータを解くために、例えば、エネルギベースの方程式のセットなど他の方程式のセットも使用が可能で、何れかの瞬間における減速中の列車の運動エネルギ、ならびに制動される車輪が生成された熱によってレールおよび周辺に与える最大エネルギ放散量を計算することができる。
【００２９】
ここで図２Ｂを参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、処理および通信ユニット２００の概略的なブロック図である。ユニット２００は、図２Ａのユニット１０２に対応する。処理および通信ユニット２００は、ＩＲセンサ１０６（図２Ａ）などのＩＲセンサからＩＲ画像２１０を受信するようになされる。ＩＲ画像２１０の画像信号とともに出現するノイズの少なくとも一部は反復的であり、したがって予測可能であると考えられる。かかるノイズは、記録して事前設定されたノイズユニット２６０に保存することが可能で、またはオンラインでサンプリングすることもできる。ユニット２００は、過去のノイズ描写２６０をさらに受信することが可能である。ＩＲ画像信号２１０および過去のノイズ信号２６０は、より良好な信号対ノイズ比のノイズ除去画像信号２０４Ａを受信するため、逆重畳（de-convolution）ユニット２０４中に入力することができる。ノイズ除去画像信号２０４Ａは、ユニットＳＵＢ２０６中でのサブトラクションを使って従前の画像と対比することが可能である。ノイズ除去画像信号２０４Ａは、ノイズ除去画像を、または本発明のいくつかの実施形態によれば平均化画像を、非一時的高速ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）であるユニット２２０中に格納のために送り込むことができる。
【００３０】
画像２０４Ａからの以前の画像のサブトラクションは、以前の画像からの現在の画像の変化を示す派生画像２０６Ａを生成する。このサブトラクション産物２０６Ａは、決定ユニットＤＳＣＮ２０８に送り込まれる。ＤＣＳＮユニット２０８は、サブトラクション産物画像２０６Ａを分析し、所定のルールおよびパラメータに基づいて、決定を行うようになされる。かかる所定のルールおよびパラメータには、様々な論拠を考慮に入れることが可能である。例えば、画像化され分析中の或る場所の事前格納された画像は、その分析されているフレーム中のオブジェクトの検証を可能にできよう。別の例において、感度および知覚度を向上するために、分析される画像が撮られたときの、例えば温度、雲量など実際の天気の影響を考慮に入れることができる。関係する天気情報は、ＩＲセンサによって撮られた画像から抽出することができ、あるいは、ワイヤレスリンクを介し、外部の天気情報源から受信することも可能である。これらのルールは、プランクの分配則に基づいて、ＩＲセンサによる温度測定または査定の精度を向上するようになされる。いくつかの実施形態によれば、これらのルールおよびパラメータは、例えば決定ユニットＤＳＣＮ２０８によって、列車の前方のレールがカーブしている点を、それらレールの画像が一致し単一のラインのように見えるように、自動的に識別するために用いることが可能である。レールの画像のかかる部分において、潜在的脅威に見える画像が、実際に脅威をもたらす距離内にあるかどうかを識別するために、当該オブジェクトのレールからの距離を見積もる必要がある。この状況において、レール間の横方向距離は直接抽出することはできないので、識別された疑念のオブジェクトとレールとの間の距離は、オブジェクトとの距離の計算を可能にするのに十分な長さを列車が進行したことが確実な時間間隔をおいて撮られた、関係するシーンの連続する画像に基づいて、三角測量方式など既知の方法を使って計算された、ＩＲセンサからのレールの当該部分の距離の見積もりと、該ＩＲセンサからの疑念オブジェクトの距離の見積もりとに基づいて算定することができ、これは、シーン、場所、および天気に合わせて適合される必要があり、これらのルールおよびパラメータは、プランクの分配則、レールの予期されるカーブに従ってオブジェクトの温度を測定するための選択肢であって、このアルゴリズムは、分析された画像または連続する画像が障害物の画像を包含しているかどうか、およびその障害物が列車の走行に対し脅威を形成するかどうかによって、検出アルゴリズムをレール上の前方観測から側方観測に切り替える必要がある。脅威となる障害物が検出された場合、結合信号２３０Ａを生成し、ユニット１０４（図２Ａ）などの機関手用操作ユニットに提供することができる。結合信号２３０Ａは、警報信号、および識別された障害物を、逆重畳ユニット２０４から受信される映像フレーム上に示すための障害物表示オーバーレイ映像を含んでよい。
【００３１】
セルラインターフェースユニット２４６は、ユニット２００のセルラ通信を管理するようになされ、ＣＰＵユニット２４０からの信号、コマンドおよび／またはデータにより制御され、それらを受信し、提供することができる。
【００３２】
全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニット２４２は、ＧＰＳ衛星から受信された信号から抽出された場所データを管理することが可能である。場所データ２４２Ａは、列車管理システム（図示せず）によって、関係する近辺中の他の列車の場所の表示を受信することにより列車対列車の相対的位置データについて、および、列車が、例えば丘の向こうのカーブなどによる限られた視程のレール区間に接近しているときに機関手への前もっての情報について、列車の進行を追跡するために利用することができる。また、場所データは、レールおよびその近接域中の変化を検証するために、（セルラチャネルなどの）ワイヤレス通信チャネルを介して受信することが可能な、現在のレールに対する過去の走行のフレームを、現在の走行のフレームと同期させるために用いられてもよい。
【００３３】
ＣＰＵユニット２４０は、必要なデータおよび／または制御コマンドを与えることによって、および他のユニットの動作を同期させることによって、ユニット２００の他のユニットの少なくとも一部の動作を制御するようになされる。ユニット２００のオペレーションのために必要ソフトウェアプログラム、データおよびパラメータは非一時的なストレージユニット２４４中に格納することが可能で、このストレージは、任意の既知の読み取り／書き込みストレージ手段であってよい。ストレージ２４４中に格納されたプログラムは、実行されると、ユニット２００に、本明細書に記載された諸オペレーションおよび諸活動をさせることができる。
【００３４】
ユニット２００は、図２Ａのユニット１０２の実施形態の一例である。但し、ユニット１０２は他の仕方で具現されてもよい。ユニット２００は、全体として、もしくはその部分が別のユニット上に、または、システムもしくはユーザ専用のチップの部分として、または既存のプラットフォームおよび制御用の既存のユニット（群）上で実行される単なるソフトウェアとして具現されてもよい。ユニット２００の全ての電力消費部は電源ユニット２５０によって電力供給することができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、必要な有効視野は、ＥＦ（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）とも言われ、レールおよびレールの縁辺を網羅することが必要である。レールの間隔を１．５ｍと見なせば、２ｋｍの距離での１．５ｍに対する視程の開口角は約１ｍＲａｄに等しい。ＩＲ撮像装置は、２５６×２５６から１０００×１０００画素、およびそれより高い範囲の解像度のものが市販品で入手可能である。対象の障害物の横方向寸法が０．５ｍで、２Ｋｍの距離があるとすれば、かかる障害物は約０．２５ｍＲａｄを占め、２サイクル／ｍＲａｄのサンプリングを必要とする。ナイキストサンプリング周波数の要求事項に適合するには、サンプリング周波数ｆＮ＝４サイクル／ｍＲａｄが必要となる。撮像装置によって捕捉されたオブジェクトの認識に対するジョンソン基準によれば、認識を確実するためのサンプリング周波数ｆＲＥＣは、
ｆＲＥＣ＝ｆＮ×６＝４×６＝２４サイクル／ｍＲａｄ
に等しい。したがって、各横方向画素ＦＯＶＰＩＸの視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）は、
【数１】
2019503302.tif 000003
に等しい。市販のＩＲセンサ中の２０μｍの横方向寸法を有する典型的な画素に対し、焦点長さｆは、
２０×１０−６＝ｆ×４０×１０−６
ｆ＝０．５ｍ
ということになる。２Ｋｍの距離から０．５ｍ横幅サイズの障害物の認識を確実にするためには、０．５ｍの焦点長さｆが必要となる。当然、これより短い距離で認識を確実にするための制約は緩和される。例えば、５００ｍの距離にある障害物は４倍の数の画素を占めることになり、これは４８画素／対象体がジョンソン基準を満たすことを意味し、これにより２５６×２５６画素のＩＲ撮像装置の使用が可能になる（２５６×２５６は、５００ｍより長い距離に適し得る）。不正確な設置、またはセンサの見通し線の動態などの撮像誤差が、
【数２】
2019503302.tif 000004
を超えない限り、無視可能と見なせようが、但し、これより大きい誤差にはより高い解像度のＩＲ撮像装置が必要なことになり、システムのコストが増すことになる。検出目的だけのためであれば、焦点長さは、
０．５ｍ／６＝０．０８３３ｍ
であってよい。比較的に短い焦点長さが必要な場合には、Ｆ＃を低減することによって感度を向上させることが可能である。
システムの主たる目標が障害物の検出である場合は、制作を容易にし寸法を小さくするために、焦点長さを約１５０ｍｍ近辺に低減することが可能である。
【００３６】
オブジェクト検出のために使われる熱システムは、通常、画素あたり約１００ｍＫｅｌｖｉｎの雑音等価温度差（ＮＥＴＤ：Ｎｏｉｓｅ−Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）の区別をサポートするＦ／２数を有し、これは２Ｋｍより長い距離からの障害物の検出をサポートする。この対象障害物が生体、例えば人間である場合、人体の温度とその画像の周りの地面の温度との温度差は、５°Ｋ〜２５°Ｋの間で変化し得る。結果として、信号対ノイズ比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）は５０以上になり得る。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、対象障害物の検出の確率（ＰＯＤ：ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）が一定の範囲、および間違い警報比率（ＦＡＲ：ｆａｌｓｅ  ａｌａｒｍ  ｒａｔｉｏ）が一定の範囲である必要がある。
【００３８】
ここで図３を参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、ＳＮＲ、ＰＯＤ、およびＦＡＲの大きさの間の関係を表す例示的なグラフである。ＳＮＲは無次元数で表されて水平軸上に提示され、ＰＯＤは、パーセントで表され、無次元数で表された所与のＦＡＲに対して垂直軸に沿って提示されている。図３のグラフから分かるように、所与のＦＡＲ値に対し、ＰＯＤ値は、ＳＮＲ値に直接比例し、例えば１２．５より高い十分に高いＳＮＲの値に対しては、９９を上回り、ＦＡＲは１０−２２に等しくさえなる。すなわち、十分高いＳＮＲにあってはＦＡＲの値は無視が可能である。さらに、ＦＡＲが上記で特定されたものよりも高い場合にあっても、システム１００は、その範囲でユニット２００が警報信号を出すように同調されていれば、システムが警報に機関手の注意を向けることになるので、なお機関手の助力となり得る。ＳＮＲが１０に等しいと、ＦＡＲの値は非常に低く、ＳＮＲが１０より高いと、ＦＡＲの値が実際上ゼロであるのは明白である。１０に等しいＳＮＲに対するＰＯＤの値は、センサ１０６によって捕捉された単一のフレームに対し９９．９９％に近く、当然ながら、２つ以上のフレームが捕捉された場合はさらに１００％に近付く。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態による、システム１００などの、線路の障害物の識別および回避のためのシステムは、少なくとも２つの相異なる波長の範囲で動作することが可能である。第１波長範囲は、中波長赤外線（ＭＷＩＲ：ｍｉｄ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）としても知られる、３〜８μｍであり、第２波長範囲は、長波長赤外線（ＬＷＩＲ：ｌｏｎｇ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）としても知られる、８〜１５μｍである。これらの範囲のそれぞれでのシステムのオペレーションは、それ自体の利点と欠点とを伴う。ＭＷＩＲ範囲でのオペレーションは、赤外線（ＩＲ）ミサイルプルームを検出する必要あるときに利点を有する。本明細書での使用において、ＩＲミサイルプルームとは、ミサイルの排ガスから放出されるＩＲ放射を称し得る。さらに、ＭＷＩＲ範囲は、良好な大気状態、例えば、低レベルの空気乱流の環境などでより良好な伝達性を有する。ＬＷＩＲ範囲でのオペレーションは、高レベルの大気乱流の環境で動作する際に大きな利点を有する。ＩＲ範囲内の波の伝達性は、ＩＲエネルギの波長がＬＷＩＲ範囲にあるときに非常に高い。撮像装置のパフォーマンスへの乱気流の影響は、対象のオブジェクトと撮像装置との間の媒体の屈折率の変動のレベルを示すパラメータＣｎ２を使って評価することが可能である。この単位は、物理次元［ｍ−２／３］を有し、この数字が高くなるほど屈折値の変動が高くなり、その結果、撮像装置のパフォーマンスがより低くなる。
【００４０】
ここで図４を参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、乱気流の関数としての、ＭＷおよびＬＷ波長範囲におけるＩＲ波長の伝達性を概略的に表している。水平軸に沿って提示された、観察されたオブジェクトおよびオブジェクトと撮像装置との間の媒体中の、乱気流Ｃｎ２の関数としてのＭＷおよびＬＷ波長範囲におけるＩＲ波長の伝達性が垂直軸沿いに提示されている。図４で見取れるように、低レベルの乱気流Ｃｎ２でのＭＷＩＲの伝達性は、ＬＷＩＲのものよりも高い。しかしながら、ＭＷＩＲに対する乱気流の影響は、ＬＷＩＲに対するよりもずっと高く、２ｋｍ範囲の対象領域での高レベルの乱気流では、ＬＷＩＲの伝達性の方がまさる。
【００４１】
システム１００などの、本発明のいくつかの実施形態によるシステムのＩＲスペクトルのＬＷ範囲でのオペレーションの利点は、低い視認性状態において動作するときにも適用される。撮像システムの伝達性は、レイリーの回析式によって評価することができる。
【数３】
2019503302.tif 000005
上式において、要素（ｌ／λ）４は、悪天候状態での伝達性に対し最重要であり、長波長の使用が高伝達性をもたらすことが判明している。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、システム１００などの、線路の障害物の識別および回避のためのシステムは、画像フレーム中の線路のレールの画像に自動的に焦点を合わせることが可能である。レールの画像は、主として、画像フレーム中のレールの温度とその背景の温度との間の差によって、フレーム中で高レベルの区別性を有することが予期される。線路のレールは、金属、典型的には鋼鉄でできており、レールが置かれている地面とは異なる熱貫流率（heat transmission coefficient）を有する。鉄の熱貫流率は５０Ｗ／ｍ２・ｋ（平方メートル当たりのワット、ケルビン）であり、一方、岩石、土壌およびエアポケットを含めた地面の同等な熱貫流率は１Ｗ／ｍ２・ｋより低い。この差異は、一日の全時間にわたり天候変化の全範囲を通して、背景の温度に比べてのレール表面の温度の顕著な違いを確実にする。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態によるシステムは、汚染され、または低い視程を有することがあり、屈折率変動があり得る媒体を通して、２ｋｍ以上の距離から、幅約０．５ｍの障害物を識別できる必要がある。さらに、このＩＲセンサは、高速で走行する列車機関車上への設置による一連の複雑な振動にさらされる。かかる一連の複雑な振動は、個別機関車の固有の振動、レール上の走行などに起因する振動などを含む。列車機関車からＩＲセンサに伝わる振動は、捕捉された画像に２つの異なる種類の悪影響を招き得る。第１の悪影響は、捕捉された画像の振動であり、第２の悪影響は、画像のスミアリングである。
【００４４】
第１の悪影響の結果は、各オブジェクトが、いくつかの異なった位置で、縦方向および／または横方向に不明の幅で相互に対しずれてフレーム中に数回出現する画像である。第２の悪影響の結果は、画像のシャープさ低下させる、フレーム中のオブジェクトのスミアリングである。第１の悪影響の取り扱いは、どの画素がオブジェクトを表現しているのかを自動的に判断するのが難しく、しかして、フレーム中の撮られたオブジェクトの正確な位置を記録し、その後でサブトラクションによって悪影響を除去する可能性が排除されるのでより高難度である。第２の悪影響は、真のオブジェクトを受信するため、にじんだオブジェクトを時間的に平均化することによってオブジェクトを抽出することが可能なので、取り扱いがより容易である。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、例えば、個別の機関車に対する、および／または様々な個別の走行プロフィールでの機関車に対する、および／または個別の区間の線路沿いに走行する機関車に対する、振動プロフィールを格納することによって、個別の列車機関車の振動の固有の性質を、記録し、分析し、検討することができる。かかる振動データは、システム１００などのシステムによって、格納が可能で、いつでも使えるようにしておくことができる。本発明の代わりのまたは追加の実施形態によれば、個別機関車の振動の固有の性質は、障害物のＩＲ画像を鮮明にするため使用すべく、動的に検討し分析することが可能である。
【００４６】
本発明のまださらなる実施形態によれば、捕捉されたＩＲ画像は、線路レールの少なくとも１つが撮像装置の見通し線（ＬＯＳ：ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ）中にある限り、前述のようなレールの顕著な熱特徴による、画像フレーム中のレールの位置探索の容易さに頼って振動の影響の抜き取りがより容易にできる、との前提に依存して、振動の悪影響を克服するためさらに改善することが可能である。撮られたＩＲ画像を改善するために、ウィナーフィルタ（Weiner Filter）を使ってもよい。ウィナーフィルタの周波数応答は、
【数４】
2019503302.tif 000006
で表すことができ、上式の、
Ｓηη（ｗ１，ｗ２）は、均一な分散を有するフレーム中の位置から採られたノイズスペクトルであり、
Ｓμμ（ｗ１，ｗ２）は、元のオブジェクトの画像のスペクトルである。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、線路軌道沿いに撮られた画像は、後の使用のため格納されてよい。かかる用途の１つは、参照画像としての使用であってよい。例えば、図２Ｂに関連して前述したように、システム１００は、センサ１０６などのＩＲセンサによって現在観察されている線路の区間に対応する、事前格納された画像をフェッチすることが可能である。この事前格納された画像は、例えば、ＧＰＳ入力ユニット２４２から受信される連続的な位置情報に基づいてフェッチされてよい。事前格納された画像は、それらが高品質であることを前提とすれば、例えばサブトラクションによって、比較のために使用することができる。加えてまたはその代わりに、事前格納された参照軌道画像は、遠隔のストレージ手段から、セルラネットワークなどの通信リンクを介してフェッチして受信されてもよい。
【００４８】
発明者らのいくつかの実施形態が今回の出願の主題となっている、本発明の発明者らは、線路のレールとレールに隣接して置かれたオブジェクトとの検出について、昼光時間帯および夜間時間帯にＩＲセンサによって撮られた画像に対して、同じ時間帯に通常のカメラで撮られた同じレールとオブジェクトとの画像を比較する実験を行った。レールは、通常のカメラで夜間時間帯に撮られた画像中では全く視認できなかったが、同じ時間にＩＲカメラで撮られた画像中では明瞭に視認できた。さらに、この実験では、たとえ昼光時間帯であっても、通常のカメラによって写されたレールは、影になる領域を通る際は全く視認できなかったが、ＩＲセンサによって観察されたときは十分に視認可能なことが判明した。日影になる領域を通っているレールの温度は、日光に曝されているレールの温度よりも低かったが、レールの高い熱貫流数に起因して、一部の熱は日光に曝された部分から移送され、その結果、日影領域のレールの温度は、その周りの地面よりも低下が少なく、結果としてＩＲフレーム中で目立ったまま残る、ということが認識された。
【００４９】
ここで図５Ａ〜図５Ｅを参照すると、これらは、本発明のいくつかの実施形態により撮られ処理された、列車機関車の前方にシーンの画像である。
【００５０】
図５Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、白色フレーム５０２の内側に見られる影付き区域中のレール５００の部分の視認性を表す、列車機関車の前面に配置されたＩＲ撮像装置で撮られた画像である。フレーム５０２の内側に位置する線路５００の部分が、たとえ人間の目には区別できなくとも、このＩＲ画像中では区別可能であることが分かる。
【００５１】
図５Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、フィルタにかけた後の、図５Ａに示されたレール５００の同じシーンの画像である。図５Ｂの例において、エッジ検出のため、１次差分フィルタともいわれる１次微分フィルタが適用されている。この図でも、白色フレーム５０４内の画像の影付き領域中のレール５００は、影付き領域のパターン中で十分に区別可能である。
【００５２】
図５Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、レール沿いの２つの異なる点のレール５００の温度分散、およびレールとそれらの背景との間の温度の差を示す画像である。場所５１２と５１６とは、相互に約１ｋｍの距離を空けたレール５００上の点である。点５１２と５１６との間の温度差をグレーレベル（２０レベル差である）によって抽出すると、計算された差は、１ｋｍ越しで約１．６℃である。点５１４で測定されたグレーレベルは０であり、これは、約２３０レベルだけレールの表現から隔たっており、非常に大きな差である。しかして、レール沿いの温度の変動は、この場合、レールとそれらの背景との間の温度の差に比べて無視可能である。
【００５３】
図５Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による、列車機関車の前面に配置されたＩＲ撮像装置によって撮られた、該撮像装置から約０．５ｋｍの距離にある、レール５００の間に位置する障害物５２２と、レール５００とレール５２６との間の背景５２４との間の温度の差を表す画像である。図５Ｃ中の温度の分析と同様に、この図でも、背景５２４の温度は、障害物５２２の温度から約２４６グレーレベル分（これはおおよそ８０ｍＫ×２４６、ほぼ２０℃）違っており、おおよそ０．５ｋｍの距離にあるレール５２６の温度から約２２０グレーレベル分（これはおおよそ１７．５℃）違っている。これも同様に、ＩＲ撮像装置によるレール５００および障害物５２２の視認性を例証している。
【００５４】
図５Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による、列車機関車の前面に配置されたＩＲ撮像装置によって撮られた、背景に対する、障害物５３０および５３２と、レール５００との高い視認性を表す画像である。
【００５５】
ここで図６を参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、線路の障害物の識別および回避のためのシステムのオペレーションを表す概略的フロー図である。例えばＬＷＩＲ画像などのＩＲ画像は、（図１および図２Ａの）ＩＲ撮像装置１０６などのＩＲ撮像装置から連続的に（または間欠的に）受信されてよい（ブロック６０２）。
【００５６】
ＩＲ画像のストリームは、振動ノイズを除去または部分的に排除するためフィルタすることが可能である（ブロック６０４）。
【００５７】
振動ノイズが低減されたＩＲ画像は、事前格納された画像、または同じ走行の以前の画像、または平均化された以前の画像と比較することができる（ブロック６０６）。
【００５８】
レールとそれらの背景との間の温度差に基づいて、画像フレーム中のレールが検出される（ブロック６０８）。
【００５９】
検出されたレールの周りに対象区域が画定され、その対象区域内のオブジェクトが検出される（ブロック６１０）。
【００６０】
検出されたオブジェクトの潜在的リスクが評価され、および／または潜在的リスクのある動きが検出される。検出されたオブジェクトおよび潜在的リスクのある動きが、それぞれ以前に格納された情報と比較され、かかる情報はワイヤレス通信を介して、あるいは列車上のストレージ手段から受信することが可能である（ブロック６１２）。なお、静止したオブジェクトだけでなく、動いているオブジェクトも検出が可能である。動いているオブジェクトが検出された場合、引き続く画像中の動くオブジェクトの位置と大きさとを比較することによって、動きの速度および方向を見積もることができる。例えば、動いているオブジェクトの速度は、連続するフレームの間に通過した列車の距離を考慮に入れて、これら連続するフレームの間でオブジェクトが動いた距離を査定し、その距離をこれらフレームの捕捉の間の時間幅で除すことによって見積もればよい。動きの速度と方向とを査定することによって、その動くオブジェクトが列車にリスクを及ぼすかどうかを決めることができる。
【００６１】
例えば、自動車が検出された場合、その動きの方向の分析に基づいて、その自動車が列車と平行して運転されていることが判断され、これによりその自動車はリスクを及ぼさないと結論付けることも可能である。また一方、その自動車の動きの方向の分析が、該自動車が軌道に近付いていることを示し、動きの速度の分析が、該自動車が軌道を横切る可能性があることを示している場合には、その自動車は列車にリスクを及ぼすと結論付けられることもある。
【００６２】
潜在的衝突のリスクが検出されたとき、警報信号を発行し、列車機関手に提示することができ、できれば、警報信号および関連するデータが中央管理施設にワイヤレスに送信される（ブロック６１４）。
【００６３】
ここで図７を参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、運転安全性評価の方法を表す概略的フロー図である。この運転安全性評価の方法は、図６に示し、本明細書で前述した、線路の障害物の識別および回避のためのシステムのオペレーションのブロック６０６〜６１４に加えてまたはこれらに換えて行うことが可能である。
【００６４】
ブロック７１０で、機関車の速度が取得される。この速度は、ＩＲ撮像装置から受信されたＩＲ画像に基づいて計算されてよい。例えば、この速度は、引き続く画像の間で機関車が通過した距離を査定し、その距離をフレーム捕捉の間の時間幅で除算することによって計算が可能である。引き続く画像の間に機関車が通過した距離は、連続する画像の間の位置決めを行うことによって査定することができる。例えば、対象領域に位置するオブジェクトまたは特別な標識はＩＲ画像中に位置付けることが可能で、連続する画像の間に機関車が通過した距離は、連続するフレーム中に位置するオブジェクトの位置と大きさとを比較することによって査定が可能である。加えてまたは代わりに、機関車の速度は、機関車の速度計から、例えばＧＰＳユニット２４２によってＧＰＳ衛星から受信された信号から抽出された場所データから、直接に得ることが可能で、あるいはこの速度は任意の適用可能な他の仕方で取得されてもよい。
【００６５】
ブロック７２０で、ＩＲ撮像装置から受信されたＩＲ画像の分析に基づいて線路の状態が評価される。レール軌道のカーブは、レールの２つの軌道の間の距離を観測することによって検出が可能である。レール軌道にカーブがなく直線の場合、図５ＥにＤ１で標示された平行する軌道の間の距離は、軌道が無限遠に集中するまで、知られたパターンで徐々に減少するはずである。この軌道の間の距離が、例えば図５Ｅの位置Ｄ２に見られるように、予期されるよりも大きな割合で減少する場合、カーブがあると想定してもよい。カーブの鋭さ、またはカーブの半径は、軌道の間の距離の減少のペースによって見積もることが可能である。また、カーブまでの距離も、軌道の間の距離が予期されるよりも大きな比率で低減し始める、ＩＲ画像上の位置を観測することによって見積もることが可能である。カーブまでの時間は、カーブからの距離と、ブロック７１０で導出された機関車の速度とに基づいて見積もればよい。
【００６６】
ブロック７３０で、線路の状態に対し、機関車の速度が適切かどうか判断される。例えば、カーブに近付いたときには、機関車を或る一定の速度まで減速する必要がある。ブロック７４０に示すように、カーブに近付く機関車の速度がこの一定の速度よりも高い場合、機関手に対し通知を行うことができる。この通知は、例えば機関手用操作ユニット１０４を介して機関手に与えることが可能である。例えば、機関手は、前方にカーブがあり、列車を減速すべきことを警告されてよい。加えてまたは代わりに、望ましい場合、例えばセルラインターフェースユニット２４６を介して、中央管理施設（図示せず）に通知を送信することもできる。
【００６７】
線路の障害物の識別および回避のためのシステム１００によって収集されたデータは、後の使用および分析のためシステム１００によって保存することができる。これらのデータは、カーブ、障害物の存在などの線路状態に関する情報に適応した列車の速度、およびＩＲ画像の一部または全部を含んでよい。正常な巡行での機関手の質および安全性、ならびに事故の調査についてオンラインまたはオフラインで分析することができる。データはストレージ手段１０２Ｂに保存することが可能であり、および／またはこれらデータは、例えばセルラインターフェースユニット２４６を介して、中央管理施設（図示せず）に送信しアップロードすることもできる。中央管理施設に保存のためのデータを送信することで、ストレージ手段１０２Ｂ中のストレージ容量の必要量を削減することが可能である。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、線路の障害物の識別および回避のためのシステム１００は、例えば、高架線または導体レールなどの列車の電気伝導システムの保全のために用いることも可能である。本明細書で用いる高架線とは、列車に電気エネルギを送るために使われる電線または電線群を称し得る。また、高架線は、高架線設備（ＯＬＥまたはＯＨＬＥ：ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｌｉｎｅ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、架空接触システム（ＯＣＳ：ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｓｙｓｔｅｍ）、架空設備（ＯＨＥ：ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、架空電線（ＯＨＷ：ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｗｉｒｉｎｇ）、懸架線または吊架線をも称し得る。本明細書で用いる第３レールまたは導体レールとは、レールに沿ってまたはその間に設置され、列車に電力を供給するために使われる導体を称し得る。
【００６９】
電動列車は、多くの場合、列車に隣接し、例えば一般にレールの上方に配置された電線または電線群など、電動列車に電力供給するための架線ケーブルを包含する、電気伝導システムを含む。一部の電動列車は、レール沿いにまたはその間に配置された導体ラインによって電力供給される。架線ケーブルまたは導体レールを通って流れる電流は、該導体の固有抵抗に起因してケーブルまたは導体上に熱を発散する。どこかの点で例えば屈曲、疲労などで電気接触の不具合が生じると、導体の有効断面積が減少する可能性があり、これによりその点の抵抗率が上昇することがある。かくして、この点での発散熱がより高くなり、したがってＩＲセンサによって区別可能になり得る。また、ＩＲセンサは、ケーブル上の木片など、架線ケーブルまたは導体レールの切れ目の検出を可能にできる。しかして、本発明のいくつかの実施形態は、電気導体システムをモニタするために、例えば導体の温度の急な変化により表されるような、変則事象を検出するために用いることができる。
【００７０】
ここで図８を参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、電気導体の不具合識別のためのシステム８００を備えた列車１０を概略的に表している。列車１０およびシステム８００は、一般に図１Ａおよび図１Ｂに示された列車１０およびシステム１００と類似であり、類似のコンポーネントおよび機能が再度説明されることがある。列車１０は、例えば、架線ケーブル８０２または導体レールなどの電気導体システムをモニタするためのＩＲセンサ８０６を含むことができる。センサ８０６の視角βは、列車１０の前方の架線ケーブル８０２の位置を網羅するように、すなわち、架線ケーブル８０２の完全性、または損傷もしくは変則事象についてモニタを可能にすべく該ケーブルの画像が視角β内に入るように、設定することが可能である。架線ケーブル８０２には、電線または電線群、電気接続部、およびＩＲセンサ８０６に対し露呈されている、列車に電力を供給する電気システムの任意の他の部分を含めてよい。いくつかの実施形態によれば、列車１０は、レールおよび架線ケーブル８０２の両方をモニタするのに十分な幅のＦＯＶを備えた単一のセンサ１０６または８０６を含むことが可能である。いくつかの実施形態によれば、列車１０は、例えば、レールをモニタするためのＩＲセンサ１０６および架線ケーブル８０２をモニタするためのＩＲセンサ８０６など、複数のセンサを含んでもよい。ＩＲセンサ８０６の技術的機能は、ＩＲセンサ１０６のものと同様でよいが、但しこれは必須ではなく、センサ８０６はセンサ１０６と異なってもよく、例えば、各センサが同じまたは異なる波長範囲を用いてもよい。さらに、本明細書で開示したのと同様な技法を、ＩＲセンサ８０６を安定化し照準させるため、および振動をフィルタリングするために、またはＩＲセンサ１０６に関連して本明細書で開示した任意の他の機能のために、用いることが可能である。例えば、センサ８０６は、本明細書で開示したようなレールの探索に頼るのと同様に、目立つ温度的特徴に依って画像フレーム中の架線ケーブル８０２のケーブル（または導体レール）を探す容易さを頼りに、振動をフィルタすることが可能である。加えてまたは代わりに、２つのセンサが使われた場合、１つのＩＲセンサのために導入された単一のフィルタは、第２センサにも同様に用いることが可能である。列車１０が、導体レールで電力供給されている場合、本明細書で開示したように、ＩＲセンサ８０６またはＩＲセンサ１０６の何れかをこの導体レールに照準し不具合を検出することができる。機関車上に進行の方向を向いて設置されると説明したが、これは必須ではなく、センサは、電気導体システムの映像化を可能にする任意の適切な位置に取付けてよい。
【００７１】
ここで図９を参照すると、この図は、本発明のいくつかの実施形態による、電気導体の不具合検出のためのシステムのオペレーションを表す概略的フロー図である。この電気導体の不具合検出のためのシステムは、例えば図８に描かれたシステム８００、または、任意の他の適切な線路電気導体不具合検出システムを含んでよい。
【００７２】
例えばＬＷＩＲ画像などのＩＲ画像は、（図８の）ＩＲ撮像装置８０６または（図１Ａおよび１Ｂの）ＩＲ撮像装置１０６などのＩＲ撮像装置から、連続的に（または間欠的に）受信することが可能である（ブロック９０２）。ＩＲ画像のストリームは、振動ノイズを除去また部分的に排除するためフィルタすることができる（ブロック９０４）。例えば架線ケーブルまたは導体レールなど、列車の電気伝導システム中の不具合を検出することが可能である（ブロック９０６）。例として、例えば架線ケーブルまたは導体レールなど、電気導体システムの近辺域に関連する温度の上昇した領域は、潜在的不具合領域として検出することが可能である。例えば、温度差が閾値を超える領域を、不具合が生じた可能性がある領域として検出し識別することができる。さらに、このシステムは、電気導体システム中の、絶対温度が所定の閾値を超えている個所を不具合領域または点として識別することも可能である。加えて、本システムは、起こり得る不具合の典型的なパターンを見出すために、電気導体システム沿いの熱分布を分析してもよい。潜在的不具合が検出されたとき、警報信号を発行し、列車機関手に提示することができ、できれば、警報信号および関連するデータが中央管理施設にワイヤレスに送信される（ブロック９０８）。
【００７３】
本明細書で、本発明のいくつかの特徴を例示し説明してきたが、当業者には多くの修改、代替、変更、および等価物が思い浮かぶであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、全てのかかる修改および変更を、本発明の真髄の内に入るものとして網羅することが意図されていることを理解すべきである。
【図１Ａ】
2019503302.tif 000007
【図１Ｂ】
2019503302.tif 000008
【図２Ａ】
2019503302.tif 000009
【図２Ｂ】
2019503302.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2019503302.tif 000014
【図５Ｃ】
2019503302.tif 000015
【図５Ｄ】
2019503302.tif 000016
【図５Ｅ】
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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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【国際調査報告】
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