(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道のレール上を走行する車両に搭載され、車両走行中に、前記レールから側方に離れた位置で地面と一体的に設けられた基準マーカを撮影する基準マーカ用ラインセンサと、
前記車両に搭載され、車両走行中に、前記レールと一体的に設けられたレールマーカを撮影するレールマーカ用ラインセンサと、
前記基準マーカ用ラインセンサ及び前記レールマーカ用ラインセンサで撮影された各画像上において前記基準マーカ及び前記レールマーカを検出する画像処理手段と、
前記画像処理手段で検出された情報から前記基準マーカ及び前記レールマーカのレール長手方向の位置を算出する位置算出手段と、
前記位置算出手段で算出された各位置から前記レールのふく進量を算出するふく進量算出手段と、を備え、
前記基準マーカ用ラインセンサ及び前記レールマーカ用ラインセンサの各々は、その撮影ラインがレール長手方向に直交するような向きに前記車両に取り付けられ、
前記位置算出手段は、前記各画像中の横方向及び縦方向をｘ方向及びｙ方向とした画像座標系を設定し、
前記ふく進量算出手段は、前記基準マーカ用ラインセンサ及び前記レールマーカ用ラインセンサによりレール長手方向の位置が同一である対象物を撮影した各画像から、前記画像座標系においてレール長手方向と直交する直線であるキャリブレーション線を求め、前記位置算出手段で算出された前記位置の前記キャリブレーション線からのｙ方向変位を求め、前記ｙ方向変位から前記レールのふく進量を算出する、ふく進測定装置。
【請求項２】
前記基準マーカは、それらの間に前記レールが介在するように一対設けられており、
前記ふく進量算出手段は、前記ｙ方向変位をＹ位置とし、前記基準マーカ及び前記レールマーカの前記レールに直交する方向の位置をＸ位置とした実座標系を設定し、前記実座標系において前記一対の基準マーカの各位置を直線で結んだ基準線を求め、前記レールマーカのＹ位置の前記基準線からのＹ方向変位を求め、前記Ｙ方向変位から前記レールのふく進量を算出する、請求項１に記載のふく進測定装置。
【請求項３】
前記画像処理手段は、前記画像上において前記レールを認識し、
前記位置算出手段は、前記画像処理手段で認識された前記レールの位置を算出し、
前記画像処理手段は、前記レールの位置に基づいて前記レールマーカの探索範囲を前記画像上に設定し、前記探索範囲内で前記レールマーカを探索して認識する、請求項１又は２に記載のふく進測定装置。
【請求項４】
前記位置算出手段は、前記画像処理手段で認識された前記レールマーカの位置を算出し、
前記画像処理手段は、前記レールマーカの位置に基づいて前記基準マーカの探索範囲を設定する、請求項３に記載のふく進測定装置。
【請求項５】
前記撮影手段の撮影時に前記基準マーカを照らすための基準マーカ用照明手段と、
前記撮影手段の撮影時に前記レールマーカを照らすためのレールマーカ用照明手段と、をさらに備え、
前記基準マーカ用照明手段は、前記レールマーカ用照明手段よりも光の照射角が広く構成されており、前記レールマーカ用照明手段は、前記基準マーカ用照明手段よりも均一に光を照射可能に構成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載のふく進測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のふく進測定装置と、
地面と一体的に設置され、前記基準マーカが形成された基準マーカ部材と、
レールと一体的に設置され、前記レールマーカが形成されたレールマーカ部材と、を備え、
前記基準マーカ部材及び前記レールマーカ部材の少なくとも一方は、非水平な傾斜面を有し、前記傾斜面に前記マーカが形成されている、ふく進測定システム。
【請求項７】
前記基準マーカ部材及び前記レールマーカ部材の少なくとも一方は、上下に貫通した穴部を有し、前記穴部を前記マーカとしている、請求項６に記載のふく進測定システム。
【請求項８】
前記基準マーカ部材及び前記レールマーカ部材の少なくとも一方は、上方に突出した凸部を有し、前記凸部を前記マーカとしている、請求項６に記載のふく進測定システム。
【請求項９】
鉄道のレール上を走行しながら、前記レールから側方に離れた位置で地面と一体的に設けられた基準マーカと、前記レールと一体的に設けられたレールマーカとを、レール長手方向に直交するように撮影ラインを向けた基準マーカ用ラインセンサとレールマーカ用ラインセンサとで個別に撮影する工程と、
前記撮影された各画像を処理して、前記各画像上において前記基準マーカ及び前記レールマーカを検出する工程と、
前記画像中の横方向及び縦方向をｘ方向及びｙ方向とした画像座標系を設定し、前記検出された情報から前記基準マーカ及び前記レールマーカのレール長手方向の位置を算出する工程と、
前記基準マーカ用ラインセンサ及び前記レールマーカ用ラインセンサによりレール長手方向の位置が同一である対象物を撮影した画像から、前記画像座標系においてレール長手方向と直交する直線であるキャリブレーション線を求め、前記位置算出手段で算出された前記位置の前記キャリブレーション線からのｙ方向変位を求め、前記ｙ方向変位から前記レールのふく進量を算出する工程と、を備えている、ふく進測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道レールのふく進量を測定するためのふく進測定装置、ふく進測定システム及びふく進測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道レールは、温度変化による伸縮や車両加減速時に車輪から受ける力によって長手方向に移動しうる。このようなレールの移動は「ふく進」と称され、その移動量は「ふく進量」と称されている。鉄道各社では、レールに異常が生じないように定期的にふく進量を計測してレール管理を行っている。ところが、現状は、作業員が現場で定規等を用いた手作業によりふく進量を目視で測定しているため、作業効率が悪く、多くの作業員を要するとともに、測定誤差も生じやすい。
【０００３】
そこで、特許文献１には、レールから側方に離れた位置で地面に打ち込まれた基準杭にレーザ発信機を取り付け、このレーザ発信機からのレーザ光を走行する車両に搭載した受光センサで受光し、その受光センサからの信号に基づいてレールに取り付けた識別体を撮影し、その画像上における識別体の位置からレール変動量を測定することが開示されている。これによれば、ふく進量の測定作業を自動化することができ、作業効率や測定精度等が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５８２７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の技術は、地上設備として基準杭ごとにレーザ発信機を設けねばならず、レーザ発信機を動作させる電源も準備する必要があり、多大な設備投資が必要となるため、現実的ではない。
【０００６】
そこで本発明は、簡素な構成でふく進量測定の作業効率や測定精度等を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るふく進測定装置は、鉄道のレール上を走行する車両に搭載され、車両走行中に、前記レールから側方に離れた位置で地面と一体的に設けられた基準マーカと、前記レールと一体的に設けられたレールマーカとを撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された画像を処理して、前記画像上において前記基準マーカ及び前記レールマーカを検出する画像処理手段と、前記画像処理手段で検出された情報から前記基準マーカ及び前記レールマーカのレール長手方向の位置を算出する位置算出手段と、前記位置算出手段で算出された各位置から前記レールのふく進量を算出するふく進量算出手段と、を備えている。
【０００８】
前記構成によれば、地上設備としては撮影対象となるマーカを設ければ足りるので、設備投資が大幅に低減される。そして、ふく進量は、基準マーカ及びレールマーカを撮影した画像を処理して各マーカの位置を算出することで正確かつ簡単に算出することができる。したがって、簡素な構成でふく進量測定の作業効率や測定精度等を向上させることができる。
【０００９】
前記撮影手段は、その撮影画像がレール長手方向に沿うような向きに前記車両に取り付けられ、前記位置算出手段は、前記画像中の横方向及び縦方向をｘ方向及びｙ方向とした画像座標系を設定し、前記ふく進量算出手段は、前記画像座標系においてレール長手方向と直交する直線であるキャリブレーション線を求め、前記位置算出手段で算出された前記位置の前記キャリブレーション線からのｙ方向変位を求め、前記ｙ方向変位から前記レールのふく進量を算出してもよい。
【００１０】
前記構成によれば、画像座標系においてレール長手方向と直交する直線であるキャリブレーション線を求め、当該キャリブレーション線からのｙ方向変位を求めるので、車両における撮影手段の取付角度がずれて、画像中のｙ方向及びｘ方向が実際のレール長手方向及びそれに直交する方向と一致しない場合にも、ふく進量を正確に測定することができる。
【００１１】
前記撮影手段は、前記基準マーカを撮影するための基準マーカ用撮影手段と、前記レールマーカを撮影するためのレールマーカ用撮影手段と、を有し、前記ふく進量算出手段は、前記基準マーカ用撮影手段及び前記レールマーカ用撮影手段によりレール長手方向の位置が同一である対象物を撮影した画像から前記キャリブレーション線を求めてもよい。
【００１２】
前記構成によれば、基準マーカ用撮影手段及びレールマーカ用撮影手段によりレール長手方向の位置が同一である対象物を撮影した画像からキャリブレーション線を求めるので、車両における各撮影手段の取付位置が互いにレール長手方向にずれて、各撮影手段で撮影された各画像中の各座標が互いにレール長手方向に一致しない場合にも、ふく進量を正確に測定することができる。
【００１３】
前記基準マーカは、それらの間に前記レールが介在するように一対設けられており、前記ふく進量算出手段は、前記ｙ方向変位をＹ位置とし、前記基準マーカ及び前記レールマーカの前記レールに直交する方向の位置をＸ位置とした実座標系を設定し、前記実座標系において前記一対の基準マーカの各位置を直線で結んだ基準線を求め、前記レールマーカのＹ位置の前記基準線からのＹ方向変位を求め、前記Ｙ方向変位から前記レールのふく進量を算出してもよい。
【００１４】
前記構成によれば、実座標系において一対の基準マーカの各位置を直線で結んだ基準線を求め、レールマーカのＹ位置の基準線からのＹ方向変位を求めるので、一対の基準マーカが互いにレール長手方向にずれて設けられていた場合にも、ふく進量を正確に測定することができる。
【００１５】
前記画像処理手段は、前記画像上において前記レールを認識し、前記位置算出手段は、前記画像処理手段で認識された前記レールの位置を算出し、前記画像処理手段は、前記レールの位置に基づいて前記レールマーカの探索範囲を前記画像上に設定し、前記探索範囲内で前記レールマーカを探索して認識してもよい。
【００１６】
前記構成によれば、車輪が通過して頂面が綺麗であり高輝度の部分が連続するように撮影されるレールを先に画像処理で認識し、その認識されたレールの位置に基づいてレールマーカの探索範囲を設定するので、画像上のレールマーカを安定して且つ効率良く認識することができる。
【００１７】
前記位置算出手段は、前記画像処理手段で認識された前記レールマーカの位置を算出し、前記画像処理手段は、前記レールマーカの位置に基づいて前記基準マーカの探索範囲を設定してもよい。
【００１８】
前記構成によれば、レール長手方向に関して基準マーカと同じような位置に存在するレールマーカに基づいて基準マーカの探索範囲を設定するので、画像上の基準マーカを安定して且つ効率良く認識することができる。
【００１９】
前記撮影手段の撮影時に前記基準マーカを照らすための基準マーカ用照明手段と、前記撮影手段の撮影時に前記レールマーカを照らすためのレールマーカ用照明手段と、をさらに備え、前記基準マーカ用照明手段は、前記レールマーカ用照明手段よりも光の照射角が広く構成されており、前記レールマーカ用照明手段は、前記基準マーカ用照明手段よりも均一に光を照射可能に構成されていてもよい。
【００２０】
前記構成によれば、車両から近いレールマーカを照らす照明手段には、均一に光を照射するものを使用し、車両から遠い基準マーカを照らす照明手段には、照射角が広いものを使用することで、各マーカを明瞭に撮影することができ、各マーカの認識精度を向上させることができる。
【００２１】
本発明に係るふく進測定システムは、前記ふく進測定装置と、地面と一体的に設置され、前記基準マーカが形成された基準マーカ部材と、前記レールと一体的に設置され、前記レールマーカが形成されたレールマーカ部材と、を備え、前記基準マーカ部材及び前記レールマーカ部材の少なくとも一方は、非水平な傾斜面を有し、前記傾斜面に前記マーカが形成されている。
【００２２】
前記構成によれば、マーカ部材のうち塵や水等の異物が落ちやすい傾斜面にマーカが形成されているので、画像処理によるマーカの認識精度を向上させることができる。
【００２３】
前記基準マーカ部材及び前記レールマーカ部材の少なくとも一方は、上下に貫通した穴部を有し、前記穴部を前記マーカとしてもよい。
【００２４】
前記構成によれば、異物が自重で通過可能な穴部をマーカとしたので、異物がマーカ上に留まることが防止され、画像処理によるマーカの認識精度を向上させることができる。
【００２５】
前記基準マーカ部材及び前記レールマーカ部材の少なくとも一方は、上方に突出した凸部を有し、前記凸部を前記マーカとしてもよい。
【００２６】
前記構成によれば、マーカ部材から上方に突出した凸部をマーカとしたので、異物がマーカ上に留まることが抑制され、画像処理によるマーカの認識精度を向上させることができる。
【００２７】
本発明に係るふく進測定方法は、鉄道のレール上を走行しながら、前記レールから側方に離れた位置で地面と一体的に設けられた基準マーカと、前記レールと一体的に設けられたレールマーカとを撮影する工程と、前記撮影された画像を処理して、前記画像上において前記基準マーカ及び前記レールマーカを検出する工程と、前記検出された情報から前記基準マーカ及び前記レールマーカのレール長手方向の位置を算出する工程と、前記算出された各位置から前記レールのふく進量を算出する工程と、を備えている。
【００２８】
前記方法によれば、地上設備としては撮影対象となるマーカを設ければ足りるので、設備投資が大幅に低減される。そして、ふく進量は、基準マーカ及びレールマーカを撮影した画像を処理して各マーカの位置を算出することで正確かつ簡単に算出することができる。したがって、簡素な構成でふく進量測定の作業効率や測定精度等を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、簡素な構成でふく進量測定の作業効率や測定精度等を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るふく進測定システムを概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示すシステムを正面から見た要部断面図である。
【図３】図１に示すシステムを側方から見た要部断面図である。
【図４】図１に示すシステムのレールマーカ部材を表す斜視図である。
【図５】図１に示すシステムの基準マーカ部材を表す斜視図である。
【図６】図４に示すレールマーカ部材の変形例を表す斜視図である。
【図７】図１に示すふく進測定装置を表すブロック図である。
【図８】図７に示すふく進測定装置による測定手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】図１に示すふく進測定装置を用いたプレ処理工程を説明するための斜視図である。
【図１０】図９に示すプレ処理工程で撮影された画像を表す図面である。
【図１１】図１０に示す画像からのキャリブレーション線の求め方を説明するための図面である。
【図１２】図１に示すふく進測定装置を用いた画像処理での探索範囲の設定を説明するための図面である。
【図１３】図１に示すふく進測定装置を用いたマーカ位置の算出を説明するための図面である。
【図１４】図１に示すふく進測定装置で算出された画像座標系でのキャリブレーション線とマーカのズレ量の関係を説明する図面である。
【図１５】図１４のキャリブレーションにより実座標系に変換されたマーカ位置からのふく進量の算出を説明する図面である。
【図１６】図１５で算出されたふく進量を説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態に係るふく進測定システム１を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態のふく進測定システム１は、鉄道車両５が走行するレール６Ｒ，６Ｌから側方に離れた位置で地面と一体的に設置された基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌと、レール６Ｒ，６Ｌと一体的に設置されたレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌと、基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌ及びレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌを撮影してレール６Ｒ，６Ｌのふく進量を算出するふく進測定装置４とを備えている。基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌは、路盤７上の砕石８に突き刺すように立設した基準杭９Ｒ，９Ｌに固定されている。レールマーカ部材３Ｒ，３Ｌは、基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌとレール長手方向の位置が同じになるように、レール６Ｒ，６Ｌの上方のカメラからマーカが見える位置にレール６Ｒ，６Ｌに固定されている。
【００３３】
ふく進測定装置４は、車両５に搭載された基準マーカ用ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ（撮影手段）及びレールマーカ用ラインセンサ１２Ｒ，１２Ｌ（撮影手段）と、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌに接続された車載コントローラ１３と、車載コントローラ１３から離れて地上に設けられたアナライザ１４とを備えている。ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌは、例えば、２０４８画素の１次元ＣＣＤカメラであって、最大３５ｋＨｚのパルスで駆動され、１パルス毎に１フレームの１次元画像を出力する。
【００３４】
図２は、図１に示すシステム１を正面から見た要部断面図である。図３は、図１に示すシステム１を側方から見た要部断面図である。図２及び３に示すように、基準マーカ用ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌは、基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌを撮影するために、その撮影方向が鉛直方向よりも基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌに向けて傾斜して且つレール長手方向と直交している。レールマーカ用ラインセンサ１２Ｒ，１２Ｌは、ミラーＭを介してレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌを撮影しており、その撮影方向が鉛直方向に沿って且つレール長手方向と直交している。また、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌは、その撮影画像の縦方向がレール長手方向に沿うような向きに車両５に取り付けられている。
【００３５】
また、ふく進測定装置４は、基準マーカ用ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌの撮影時に基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌを照らすための基準マーカ用ライト１５（照明手段）と、レールマーカ用ラインセンサ１２Ｒ，１２Ｌの撮影時にレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌを照らすためのレールマーカ用ライト１６（照明手段）とをさらに備えている。車両５から遠い基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌを照らす基準マーカ用ライト１５には、例えば、レールマーカ用ライト１６よりも強い光を照射できて光の照射角が広いＨＩＤライトが用いられている。車両５から近いレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌを照らすレールマーカ用ライト１６には、例えば、基準マーカ用ライト１５よりも輝度のムラがなく均一に光を照射できて光量調節も容易なＬＥＤライトが用いられている。これにより、各マーカ部材２Ｒ，２Ｌ，３Ｒ，３Ｌを明瞭に撮影することができ、後述する画像処理によるマーカ認識精度が向上する。
【００３６】
図４は、図１に示すシステム１のレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌを表す斜視図である。図４に示すように、レール６Ｒ，６Ｌは、砕石８に設置される底部６ａと、底部６ａよりも幅狭で上方に向けて突出する腹部６ｂと、腹部６ｂよりも幅広で且つ底部６ａよりも幅狭であり腹部６ｂの上端に設けられた頭部６ｃとを有し、その底部６ａの上面にレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌが取り付けられている。レールマーカ部材３Ｒ，３Ｌは、金属等からなる支持板２０と、支持板２０に取り付けられて上面が非水平な傾斜面２１ａとなるマーカ形成板２１とを備えている。レールマーカ部材３Ｒ，３Ｌは、その支持板２０がレール６Ｒ，６Ｌと一緒に動くように固定されている。図４では、レールマーカ部材３Ｒ，３Ｌを磁石２５にて底部６ａの上面に固定しているが、レールマーカ部材３Ｒ，３Ｌのレール６Ｒ，６Ｌへの固定手段としては、その他に溶接、接着、締結部材（ネジやボルト）による固定等が利用できる。
【００３７】
支持板２０は、底板部２０ａと、底板部２０ａの端部から斜め上に突出した傾斜板部２０ｂとを有している。磁石２５は、底板部２０ａの下面に取り付けられており、マーカ形成板２１は、傾斜板部２０ｂの上面に取り付けられている。マーカ形成板２１には、レール長手方向に沿って３つのレールマーカ２２〜２４が形成されており、レールマーカ２２〜２４が形成されたマーカ形成板２１の傾斜面２１ａは、水平面から傾斜している（例えば、水平面に対して約４５度）。このように、レールマーカ２２〜２４が傾斜面２１ａに形成されることで、レールマーカ２２〜２４が形成された面から塵や水等の異物が落ちやすくなるとともに、レールマーカ用ライト１６による光のレールマーカ用ラインセンサ１２Ｒ，１２Ｌへの正反射が防がれ、後述する画像処理によるレールマーカ２２〜２４の認識精度が向上する。
【００３８】
また、レールマーカ２２〜２４は、マーカ形成板２１に上下貫通して形成された円形状の穴部であり、レールマーカ用ラインセンサ１２Ｒ，１２Ｌから見て（真上から見て）真円形状に撮影されるように略楕円形状に形成されている。また、レールマーカ２２〜２４のうち中央のレールマーカ２３は両側のレールマーカ２２，２４よりも少し大きい。そして、支持板２０の傾斜板部２０ｂにもレールマーカ２２〜２４と連通する貫通穴が形成されている。これにより、異物が自重でレールマーカ２２〜２４を通過することができ、異物がレールマーカ２２〜２４上に留まることが防止され、後述する画像処理によるマーカ認識精度が向上する。
【００３９】
図５は、図１に示すシステム１の基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌを表す斜視図である。図５に示すように、基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌは、基準杭９Ｒ，９Ｌにネジ等の固定具によって取り付けられている。基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌは、基準杭９Ｒ，９Ｌにネジ等の固定具によって取り付けられる支持板２７と、支持板２７に取り付けられて上面が非水平な傾斜面２８ａとなるマーカ形成板２８とを備えている。
【００４０】
支持板２７は、側板部２７ａと、側板部２７ａの上端部から斜め下に突出した傾斜板部２７ｂとを有している。マーカ形成板２８には、レール長手方向に沿って３つの基準マーカ２９〜３１が形成されており、基準マーカ２９〜３１が形成されたマーカ形成板２８の傾斜面２８ａは、水平面から傾斜している（例えば、傾斜面２８ａの法線が基準マーカ用ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌに向く角度）。このように、基準マーカ２９〜３１が傾斜面２８ａに形成されることで、基準マーカ２９〜３１が形成された面から塵や水等の異物が落ちやすくなり、後述する画像処理による基準マーカ２９〜３１の認識精度が向上する。
【００４１】
また、基準マーカ２９〜３１は、マーカ形成板２８に上下貫通して形成された円形状の穴部であり、基準マーカ用ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌから見て真円形状に撮影されるように略真円形状に形成されている。また、基準マーカ２９〜３１のうち中央のレールマーカ２３は両側のレールマーカ２２，２４よりも少し大きい。そして、支持板２７の傾斜板部２８ｂにも基準マーカ２９〜３１と連通する貫通穴が形成されている。これにより、異物が自重で基準マーカ２９〜３１を通過することができ、異物がレールマーカ２９〜３１上に留まることが防止され、後述する画像処理によるマーカ認識精度が向上する。
【００４２】
図６は、図４に示すレールマーカ部材の変形例を表す斜視図である。図６に示すように、変形例のレールマーカ部材３Ｒ’，３Ｌ’は、そのマーカ形成板２１’の傾斜面２１ａ’から上方に突出した凸部をレールマーカ２２’〜２４’としている。レールマーカ２２’〜２４’の上面は、略水平で真円形状である。このように、レールマーカ２２’〜２４’を凸部とすることで、異物がレールマーカ２２’〜２４’上に留まることが抑制され、後述する画像処理によるマーカ認識精度が向上する。
【００４３】
図７は、図１に示すふく進測定装置４を表すブロック図である。図７に示すように、ふく進測定装置４は、前述したように、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌ、車載コントローラ１３、及び、アナライザ１４を備えている。車載コントローラ１３は、画像入力部４１Ｒ，４１Ｌ，４２Ｒ，４２Ｌ、パルス生成部４３、カウンタ部４４、マップ記憶部４５、画像形成部４６、及び、外部記憶部４７を備えている。
【００４４】
画像入力部４１Ｒ，４１Ｌ，４２Ｒ，４２Ｌは、車両走行中にラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌからそれぞれ受信した画像信号を画像形成部４６に伝送する。パルス生成部４３は、車両５の車軸に設けられた回転検出器３９によって走行距離に対応して発生されるパルス信号を駆動パルスとして画像入力部４１Ｒ，４１Ｌ，４２Ｒ，４２Ｌに供給する。本実施形態では、ふく進測定装置４を所定速度（例えば、７０ｋｍ／ｈ）で走行する軌道確認車に搭載したときに、測定対象に対して略１ｍｍ毎にラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌの信号が出力されるように設定されている。即ち、撮影画像の１ピクセルが測定対象の１ｍｍに対応するように設定されている。
【００４５】
カウンタ部４４は、車両５に設けられた回転検出器３９から受信するパルス信号を積算して走行距離を算出する。マップ記憶部４５は、いわゆるキロ程マップを記憶しており、マーカ部材２Ｒ，２Ｌ，３Ｒ，３Ｌが存在する位置（走行距離）を記憶している。画像形成部４６は、カウンタ部４４で算出された走行距離をマップ記憶部４５に記憶されたマップに対照し、マーカ部材２Ｒ，２Ｌ，３Ｒ，３Ｌが存在すると推測される位置を含む所定領域に絞って処理対象となる画像を形成する。外部記憶部４７は、画像形成部４６で形成された画像を適宜保存する。
【００４６】
アナライザ１４は、画像処理部５１、位置算出部５２、ふく進量算出部５３、マップ記憶部５４、外部記憶部５５、及び、表示装置５６を備えている。画像処理部５１は、車載コントローラ１３の外部記憶部４７に記憶された情報を記録媒体又は通信手段を介して受信して所定の画像処理を行う。具体的には、画像処理部５１は、受信した画像をパターンマッチング処理して画像上における基準マーカ２９〜３１及びレールマーカ２２〜２４を検出する。位置算出部５２は、画像処理部５１で検出された情報から基準マーカ２９〜３１及びレールマーカ２２〜２４のレール長手方向の位置を算出する。
【００４７】
マップ記憶部５４は、いわゆるキロ程マップを記憶しており、レール長手方向に直交する方向におけるレールマーカ２２〜２４と基準マーカ２９〜３１との間の距離や、左右のレールマーカ２２〜２４同士の間の距離を記憶している。ふく進量算出部５３は、マップ記憶部５４に記憶された情報を参照しつつ、位置算出部５２で算出された各位置からレール６Ｒ，６Ｌのふく進量を算出する。外部記憶部５５は、ふく進量算出部５３で算出されたふく進量を記憶する。表示装置５６は、ふく進量算出部５３で算出されたふく進量を画面で表示する。
【００４８】
図８は、図７に示すふく進測定装置４による測定手順を説明するためのフローチャートである。図９は、図１に示すふく進測定装置４を用いたプレ処理工程を説明するための斜視図である。図８に示すように、まず、後述するキャリブレーション時に用いるキャリブレーション線を画像から取得するためのプレ処理工程を実施する（ステップＳ１）。車両５に設置したラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌは、実際にはレール長手方向及び光軸回りの回転角度において設置誤差等があり、撮影画像の位置補正が必要である。そこで、図９に示すように、レール６Ｒ，６Ｌと直交する直線となるレーザ光をレーザ発信器６３で照射し、そのレーザ光の上に光軸調整用マーカ６１を設置する。即ち、光軸調整用マーカ６１は、レール長手方向の位置が同一である撮影対象物である。光軸調整用マーカ６１は、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌ毎に２つずつ設けられるように用意される。光軸調整用マーカ６１は、例えば、２つの三角形を頂点で突き合わせたような形状であり、そのくびれた点を光軸調整用マーカ６１の基準位置とする。そして、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌは、それぞれ２つの光軸調整用マーカ６１を撮影する。
【００４９】
図１０は、図９に示すプレ処理工程で撮影された画像を表す図面である。図１１は、図１０に示す画像からのキャリブレーション線の求め方を説明するための図面である。プレ処理工程において光軸調整用マーカ６１をラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌで撮影した画像は、図１０のようになる。図１０の各画像において２つの光軸調整用マーカ６１の各基準位置が上下（レール長手方向）にずれているのは、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌの設置誤差によるものである。そして、図１１に示すように、画像上の２つの光軸調整用マーカ６１の基準位置の間を結んだ直線をキャリブレーション線として求める（ラインセンサ１１Ｒ，１２Ｒ，１２Ｌ，１１Ｌの各キャリブレーション線をそれぞれＣＬ１〜ＣＬ４とする）。具体的には、位置算出部５２が画像中の横方向及び縦方向をｘ方向及びｙ方向とした画像座標系を設定し、画像上の一方の光軸調整用マーカ６１の基準位置（ｘ１，ｘ１）と他方の光軸調整用マーカ６１の基準位置（ｘ２，ｙ２）とを結ぶ直線を以下の数式１の式ように定義する。
【００５０】
（数式１）
ｙ＝ａｘ＋ｂ  
そして、この数式１のｘ，ｙに前記２つの基準位置を代入することで係数ａ，ｂを算出し、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌごとにカメラパラメータとして保持しておく。
【００５１】
次に、図８に示すように、実際に営業線路を車両５で走行しながら、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌにより基準マーカ２９〜３１及びレールマーカ２２〜２４を撮影する撮影工程を実施する（ステップＳ２）。そして、車載コントローラ１３は、画像形成部４６で形成された画像を外部記憶部４７に適宜保存する。そして、車両５は営業線路の走行後に車庫に戻り、外部記憶部４７に集められた画像を記録媒体又は通信手段により地上設備として設けたアナライザ１４に入力する。アナライザ１４の画像処理部５１は、その入力された画像を処理して、画像上において基準マーカ２９〜３１及びレールマーカ２２〜２４をパターンマッチング処理によって検出する画像処理工程を実施する（ステップＳ３）。
【００５２】
図１２は、図１に示すふく進測定装置４を用いた画像処理での探索範囲ＳＲ１，ＳＲ２の設定を説明するための図面である。パターンマッチング処理では、マーカの３つの円の寸法と位置関係からマッチングモデルを作成し、その作成されたモデルを元にして画像内から一致するパターンを検出する。その際、パターンマッチング処理を行う対象となる画像上の範囲が探索範囲ＳＲ１，ＳＲ２として設定される。まず、画像上において高輝度の部分が連続するという明確な特徴を有するレール６Ｒ，６Ｌを画像処理部５１によって先に認識し、その認識されたレール６Ｒ，６Ｌの画像座標系における位置を位置算出部５２によって算出する。そして、画像処理部５１は、そのレール６Ｒ，６Ｌの直ぐ横にレールマーカ２２〜２４用の探索範囲ＳＲ１を画像上に設定し、探索範囲ＳＲ１内でレールマーカ２２〜２４を探索してパターンマッチングを行う。このように、レール６Ｒ，６Ｌを先に画像処理で認識し、その認識されたレール６Ｒ，６Ｌの位置に基づいてレールマーカ２２〜２４の探索範囲ＳＲ１を設定することで、画像上のレールマーカ２２〜２４が安定して且つ効率良く認識されることとなる。
【００５３】
また、基準マーカ２９〜３１は、レールマーカ２２〜２４と同じキロ程に設置されているので、レールマーカ２２〜２４を検出した付近に基準マーカ２９〜３１用の探索範囲ＳＲ２を画像上に設定し、探索範囲ＳＲ２内で基準マーカ２９〜３１を探索してパターンマッチングを行う。これにより、レール長手方向に関して基準マーカ２９〜３１と同じような位置に存在するレールマーカ２２〜２４に基づいて基準マーカ２９〜３１用の探索範囲ＳＲ２を設定するので、画像上の基準マーカ２９〜３１が安定して且つ効率良く認識されることとなる。
【００５４】
次に、図８に示すように、位置算出部５２は、画像処理部５１で検出された基準マーカ２９〜３１及びレールマーカ２２〜２４から、それらのレール長手方向の位置を算出する位置算出工程を実施する（ステップＳ４）。
【００５５】
図１３は、図１に示すふく進測定装置４を用いたマーカ位置の算出を説明するための図面である。図１３に示すように、画像処理により認識されたレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌのレールマーカ２２〜２４の各中心位置を求め、中央のレールマーカ２３の中心位置ｂと、その両側のレールマーカ２２，２４の各中心位置ａ，ｃの平均をレールマーカ２２〜２４の代表位置として求める。その平均した代表位置は、中央のレールマーカ２３の中心位置ｂから両側のレールマーカ２２，２４の中心位置ａ，ｃまでの距離ｍ，ｎを使用して、下記の数式２によって中央のレールマーカ２３の中心位置ｂを補正して求めてもよいし、又は、下記の数式３によって求めてよい。なお、図１３ではレールマーカについて説明したが基準マーカについても同様である。
【００５６】
（数式２）
代表位置＝ｂ−（（ｍ−ｎ）／２）
（数式３）
代表位置＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／３
次に、図８に示すように、ふく進量算出部５３は、位置算出部５２で算出された各代表位置をラインセンサ１１Ｒ，１２Ｒ，１２Ｌ，１１Ｌごとにキャリブレーションし、そのキャリブレーションされた各位置からレール６Ｒ，６Ｌのふく進量を算出するふく進量算出工程を実施する（ステップＳ５）。
【００５７】
図１４は、図１に示すふく進測定装置４で算出された画像座標系でのキャリブレーション線とマーカのズレ量の関係を説明する図面である。図１４に示すように、ラインセンサ１１Ｒ，１２Ｒ，１２Ｌ，１１Ｌの各画像で検出されたマーカの代表位置をそれぞれ点Ａ〜Ｄとすると、点Ａ〜Ｄのｙ座標（レール長手方向）は各キャリブレーション線ＣＬ１〜ＣＬ４からのｙ方向変位にキャリブレーションされる。即ち、点Ａ〜Ｄのｙ座標と同一のｙ座標を有するキャリブレーション線ＣＬ１〜ＣＬ４上の点と、点Ａ〜Ｄとのｙ方向距離の値を点Ａ〜ＤのＹ座標に変換するようにキャリブレーションされる。
【００５８】
図１５は、図１４のキャリブレーションにより実座標系に変換されたマーカ位置からのふく進量の算出を説明する図面である。図１５に示すように、ふく進量算出部５３は、図１４のキャリブレーションにより求められたｙ方向変位をＹ位置とし（Ｙ＝０の線がキャリブレーション線に相当）、基準マーカ２９〜３１及びレールマーカ２２〜２４のレール６Ｒ，６Ｌに直交する方向の実際の位置をＸ位置とした実座標系を設定する。実座標系におけるＸ座標及びＹ座標の単位はｍｍとし、Ｙ座標では画像の１ピクセルを１ｍｍとしている。また、図１５の点Ａ〜ＤのＸ座標は、点ＡのＸ座標を所定のＸ１に決めた場合に、点Ｂ〜ＤのＸ座標は、マップ記憶部５４から取得されるレール長手方向に直交する方向におけるレールマーカ２２〜２４と基準マーカ２９〜３１との間の距離（Ｘ２−Ｘ１又はＸ４−Ｘ３）や左右のレールマーカ２２〜２４同士の間の距離（Ｘ３−Ｘ２）からそれぞれＸ２〜Ｘ４に決められる。なお、マーカの高さが同一平面上にあるときは、画像座標系のｘ方向距離を実座標系のＸ方向距離に変換する補正係数を予め求めておき、画像より実座標系のＸ座標を求めるようにしてもよい。
【００５９】
そして、実座標系において点Ａと点Ｄの各位置を結んだ線を基準線ＢＬとして求め、点Ｂ及び点Ｃの基準線ＢＬからのＹ方向変位ｕ１，ｕ２を算出し、その変位ｕ１，ｕ２をふく進量として外部記憶部５５に保存する。このようにして算出されたふく進量ｕ１，ｕ２は図１６に示す変位量ｕ１，ｕ２に相当することとなる。
【００６０】
以上に説明した構成によれば、地上設備としては撮影対象となる基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌ及びレールマーカ部材３Ｒ，３Ｌを設ければ足りるので、設備投資が大幅に低減される。そして、ふく進量は、基準マーカ２９〜３１及びレールマーカ２２〜２４を撮影した画像を処理して各マーカの位置を算出することで正確かつ簡単に算出することができる。したがって、簡素な構成でふく進量測定の作業効率や測定精度等を向上させることができる。また、画像座標系においてレール長手方向と直交する直線であるキャリブレーション線ＣＬ１〜ＣＬ４を求め、キャリブレーション線ＣＬ１〜ＣＬ４からのｙ方向変位を求めるので、車両５におけるラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌの取付角度がずれて、画像中のｘ方向及びｙ方向が実際のレール長手方向及びそれに直交する方向と一致しない場合にも、ふく進量を正確に測定することができる。
【００６１】
さらに、ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌによりレール長手方向の位置が同一である複数の光軸調整用マーカ６１を撮影した画像からキャリブレーション線ＣＬ１〜ＣＬ４を求めるので、車両５における各ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌの取付位置が互いにレール長手方向にずれて、各ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌで撮影された各画像中の各座標が互いにレール長手方向に一致しない場合にも、ふく進量を正確に測定することができる。また、実座標系において、基準マーカ用ラインセンサ１１Ｒ，１１Ｌの各画像で検出されたマーカ代表位置である点Ａ，Ｄの各位置を結んだ線を基準線ＢＬとして求め、レールマーカ用ラインセンサ１２Ｒ，１２Ｌの各画像で検出されたマーカ代表位置である点Ｂ及び点Ｃの基準線ＢＬからのＹ方向変位ｕ１，ｕ２をふく進量として算出するので、一対の基準マーカ部材２Ｒ，２Ｌが互いにレール長手方向にずれて設けられていた場合にも、ふく進量を正確に測定することができる。
【００６２】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、マーカは、レール又は基準杭に取り付けるマーカ部材に形成するものに限定されず、レール又は基準杭に直接マーク付けしたものでもよい。また、アナライザ１４は、地上に設置するものに限定されず、車両５に搭載して車上でふく進量測定を完了させるものでもよい。また、図１５において点Ｂ，Ｃの点ＡからのＹ方向変位をふく進量として求め、点Ｄを不要としてもよい（その場合、基準マーカを設けるのは１つの基準杭のみで足りることとなる。）。また、本実施形態では、レールマーカ及び基準マーカをそれぞれ別のラインセンサで撮影したが、１つのラインセンサでレールマーカ及び基準マーカの両方を撮影した場合には、画像処理で認識したレールに直交するラインをキャリブレーション線として決定してもよい。また、本実施形態ではラインセンサを用いたが、撮影手段としてエリアカメラを用いた場合には、時系列的に連続する複数の画像上のマーカ移動方向に直交するラインをキャリブレーション線として決定してもよい。また、本実施形態では、キャリブレーション線を取得するために光軸調整用マーカ６１を撮影する工程（ステップＳ１）を撮影工程（ステップＳ２）の前に実施したが、撮影工程の後に実施してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明は、簡素な構成でふく進量測定の作業効率や測定精度等を向上させることができる優れた効果を有し、鉄道のレール管理に広く適用すると有益である。
【符号の説明】
【００６４】
１  ふく進測定システム
２Ｒ，２Ｌ  基準マーカ部材
３Ｒ，３Ｌ  レールマーカ部材
４  ふく進測定装置
５  鉄道車両
６Ｒ，６Ｌ  レール
１１Ｒ，１１Ｌ  基準マーカ用ラインセンサ（基準マーカ用撮影手段）
１２Ｒ，１２Ｌ  レールマーカ用ラインセンサ（レールマーカ用撮影手段）
１５  基準マーカ用ライト（基準マーカ用照明手段）
１６  レールマーカ用ライト（レールマーカ用照明手段）
２２〜２４  レールマーカ
２９〜３１  基準マーカ
５１  画像処理部（画像処理手段）
５２  位置算出部（位置算出手段）
５３  ふく進量算出部（ふく進量算出手段）
ＣＬ１〜ＣＬ４  キャリブレーション線
ＳＲ１，ＳＲ２  探索範囲
【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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【図１６】
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