(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車屋根上に設置した摩耗測定用カメラで、パンタグラフに接触するトロリ線の下面を撮影し、撮影された前記トロリ線の下面の画像を画像処理して、前記トロリ線の残存直径を求めるトロリ線摩耗測定方法において、
水平摩耗部及び傾斜摩耗部を有する偏摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記偏摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する
ことを特徴とするトロリ線摩耗測定方法。
【請求項２】
前記トロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出する工程と、
前記トロリ線の下面の画像から前記水平摩耗部の端部の実座標、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点の実座標、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する工程と、
前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記水平摩耗部の端部、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標に基づき前記偏摩耗トロリ線の断面積を算出する工程と、
前記偏摩耗トロリ線の断面積に基づき前記残存直径相当値を算出する工程と
を有することを特徴とする請求項１記載のトロリ線摩耗測定方法。
【請求項３】
パンタグラフに接触するトロリ線の下面を撮影する摩耗測定用カメラを電車屋根上に設置し、前記摩耗測定用カメラで撮影された前記トロリ線の下面の画像を画像処理して、前記トロリ線の残存直径を求める画像処理部を備えたトロリ線摩耗測定装置において、
前記画像処理部は、水平摩耗部及び傾斜摩耗部を有する偏摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記偏摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する残存直径相当値算出処理部を備える
ことを特徴とするトロリ線摩耗測定装置。
【請求項４】
前記画像処理部は、
前記トロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出するトロリ線中心点位置算出処理部と、
前記トロリ線の下面の画像からすくなくとも前記水平摩耗部の端部の実座標、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点の実座標、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する境界点位置算出処理部と、
前記トロリ線中心点位置算出処理部により算出した前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記境界点位置算出処理部により算出した前記水平摩耗部の端部、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標に基づき前記偏摩耗トロリ線の断面積を算出する摩耗断面積算出処理部と
を備え、
前記残存直径相当値算出処理部は、前記摩耗断面積算出処理部により算出した前記偏摩耗トロリ線の断面積に基づき前記残存直径相当値を算出する
ことを特徴とする請求項３記載のトロリ線摩耗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電車の屋根上からトロリ線の下面の幅を撮影し、この画像を処理することでトロリ線の摩耗を測定する架線検測分野に関し、特に、トロリ線のパンタグラフ摺動面が一部傾斜した偏摩耗部分について、トロリ線の寿命を知る指標となる残存直径相当値を求めるトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８にトロリ線の断面の模式図を示す。トロリ線５は、図８（ａ）に示す摩耗していないトロリ線５に対し、図示しないパンタグラフに接触することで、図８（ｂ）に示すようにトロリ線５の下面が水平面に平行に摩耗したり、図８（ｃ）に示すようにトロリ線５の下面が水平面に対して傾斜して摩耗したりする。以下、水平面に平行に摩耗した摩耗部を水平摩耗部５ａ、水平面に対して傾斜して摩耗した摩耗部を傾斜摩耗部５ｂという。
また、トロリ線５のオーバーラップ箇所や渡り線が入り込む箇所においては、図８（ｄ）に示すように、トロリ線５の摩耗部が、水平摩耗部５ａと傾斜摩耗部５ｂとからなる偏摩耗と呼ばれる摩耗状態となることもある。
【０００３】
このようなトロリ線５の摩耗に対し、下記特許文献１には、図８（ｂ）に示すような水平摩耗部５ａを有するトロリ線５の摩耗量を測定するトロリ線測定方法が記載されている。また、下記特許文献２には、図８（ｃ）に示すような傾斜摩耗部５ｂを有するトロリ線５の摩耗量を測定するトロリ線測定方法が記載されている。
【０００４】
また、図８（ｄ）に示すようなトロリ線５の偏摩耗に対し、下記特許文献３にはレーザを使用した偏摩耗計測を行うことが開示されている。該特許文献３では、レーザの反射光の強度差で、水平摩耗部５ａと傾斜摩耗部５ｂを二値化し、それらの幅とあらかじめ用意した残存直径テーブルを利用して、図９に示すように、水平摩耗部５ａの残存直径ＨAと傾斜摩耗部５ｂの残存直径ＨBとを算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６３５６５７号公報
【特許文献２】特許第５５３４０５８号公報
【特許文献３】特許第５３８００００号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】執筆グループ共著、「鉄道技術者のための電気概論 電車線路シリーズ２ 電車線」、（社）日本鉄道電気技術協会出版、平成１０年１１月１０日、ｐ．４−５，３２−３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、上記非特許文献１に記載されているように、トロリ線の抗張力が低下すると断線につながるおそれがある。トロリ線５の抗張力はトロリ線５の残存断面積と相関があり、トロリ線の測定により算出される残存直径も残存断面積と相関があるように設定されるべきである。すなわち、水平摩耗部５ａと傾斜摩耗部５ｂとを有する偏摩耗トロリ線の摩耗状態を表す指標としては、水平摩耗部５ａの残存直径と傾斜摩耗部５ｂの残存直径の二つの残存直径で表すのではなく、断面積を基にした一つの値（以下、残存直径相当値という）で表すことが適切だと考えられる。
【０００８】
しかしながら、上述した従来のトロリ線測定方法では、水平摩耗部５ａ、傾斜摩耗部５ｂに対してそれぞれ残存直径値を求めることはできるものの、特に偏摩耗の状態にあるトロリ線５に対し、残存断面積に基づき水平摩耗部５ａ及び傾斜摩耗部５ｂを考慮した一つの残存直径相当値を求めることができないため、トロリ線５の抗張力を正確に把握することが困難であるという問題があった。
【０００９】
このようなことから本発明は、残存断面積に基づき水平摩耗部及び傾斜摩耗部を考慮した一つの残存直径相当値を算出することを可能としたトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るトロリ線摩耗測定方法は、
電車屋根上に設置した摩耗測定用カメラで、パンタグラフに接触するトロリ線の下面を撮影し、撮影された前記トロリ線の下面の画像を画像処理して、前記トロリ線の残存直径を求めるトロリ線摩耗測定方法において、
水平摩耗部及び傾斜摩耗部を有する偏摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記偏摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する
ことを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明に係るトロリ線摩耗測定方法は、
前記トロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出する工程と、
前記トロリ線の下面の画像から前記水平摩耗部の端部の実座標、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点の実座標、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する工程と、
前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記水平摩耗部の端部、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標に基づき前記偏摩耗トロリ線の断面積を算出する工程と、
前記偏摩耗トロリ線の断面積に基づき前記残存直径相当値を算出する工程と
を有することを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明に係るトロリ線摩耗測定装置は、
パンタグラフに接触するトロリ線の下面を撮影する摩耗測定用カメラを電車屋根上に設置し、前記摩耗測定用カメラで撮影された前記トロリ線の下面の画像を画像処理して、前記トロリ線の残存直径を求める画像処理部を備えたトロリ線摩耗測定装置において、
前記画像処理部は、水平摩耗部及び傾斜摩耗部を有する偏摩耗トロリ線と断面積が同一である水平摩耗部のみを有する水平摩耗トロリ線の残存直径を、前記偏摩耗トロリ線の残存直径相当値として算出する残存直径相当値算出処理部を備える
ことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明に係るトロリ線摩耗測定装置は、
前記画像処理部は、
前記トロリ線の下面の画像から前記トロリ線の中心点の実座標を算出するトロリ線中心点位置算出処理部と、
前記トロリ線の下面の画像からすくなくとも前記水平摩耗部の端部の実座標、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点の実座標、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標を算出する境界点位置算出処理部と、
前記トロリ線中心点位置算出処理部により算出した前記トロリ線の中心点の実座標、並びに前記境界点位置算出処理部により算出した前記水平摩耗部の端部、前記水平摩耗部と前記傾斜摩耗部との境界点、及び前記傾斜摩耗部の端部の実座標に基づき前記偏摩耗トロリ線の断面積を算出する摩耗断面積算出処理部と
を備え、
前記残存直径相当値算出処理部は、前記摩耗断面積算出処理部により算出した前記偏摩耗トロリ線の断面積に基づき前記残存直径相当値を算出する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法によれば、水平摩耗部と傾斜摩耗部とからなる摩耗部を有する偏摩耗トロリ線であっても残存断面積を考慮した残存直径相当値を算出して偏摩耗トロリ線の抗張力を正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るトロリ線摩耗測定装置を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例に係るトロリ線摩耗測定装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例に係るトロリ線摩耗測定装置の画像処理部による処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】ラインセンサ画像の一例を示す説明図である。
【図５】トロリ線とカメラ中心点とセンサ面との関係を示す説明図である。
【図６】トロリ線の断面積の算出方法を説明するための説明図である。
【図７】残存直径相当値の算出方法を説明するための説明図である。
【図８】トロリ線の断面を示す模式図であり、図８（ａ）はトロリ線が摩耗していない状態、図８（ｂ）はトロリ線が水平摩耗部を有する状態、図８（ｃ）はトロリ線が傾斜摩耗部を有する状態、図８（ｄ）はトロリ線が水平摩耗部と傾斜摩耗部とを有する状態を示す。
【図９】従来の偏摩耗トロリ線の残存直径算出例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るトロリ線摩耗測定装置を詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１ないし図７を用いて本発明に係るトロリ線摩耗測定装置の一実施例について説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施例において検査車両（電車）１の屋根上には画像の入力手段として図示しないパンタグラフに接触するトロリ線５の下面を撮影するラインセンサカメラ（摩耗測定用カメラ）２が設置されている。また、検査車両１の車内には画像処理装置（画像処理部）３及び記録装置４が設置されている。
【００１９】
ラインセンサカメラ２は検査車両１の鉛直上方を撮影するように、且つその走査線方向がレール６の枕木方向、換言すると検査車両１の進行方向に直交する方向となるようにその向きを設定されている。これにより、ラインセンサカメラ２の走査線がトロリ線５を横切るようになっている。このラインセンサカメラ２により撮影されたトロリ線５の下面の画像信号は画像処理装置３に入力される。
【００２０】
画像処理装置３は、図２に示すように、ラインセンサ画像作成部３ａと、トロリ線中心点位置算出処理部３ｂと、境界点位置算出処理部３ｃと、摩耗断面積算出処理部３ｄと、残存直径相当値算出処理部３ｅと、記憶手段としてのメモリＭ１，Ｍ２とから構成されている。
【００２１】
画像処理装置３は、図３に示すフローチャートに従い、ラインセンサカメラ２から入力された画像信号を画像処理してトロリ線摩耗部の残存直径相当値Ｈ（図７（ｂ）参照）を算出する。
【００２２】
すなわち、画像処理装置３では、まずラインセンサカメラ２から入力された画像信号が、ラインセンサ画像作成部３ａにて時系列に並べられラインセンサ画像Ｉ（図４参照）としてメモリＭ１へ保存される（ステップＳ１）。
【００２３】
ここで、本実施例では図４に示すラインセンサ画像Ｉ上のトロリ線の左端ｐ１，水平摩耗部左端（水平摩耗部端部）ｐ２，水平摩耗部と傾斜摩耗部の境界点ｐ３，傾斜摩耗部右端（傾斜摩耗部端部）ｐ４，トロリ線の右端ｐ５（図６に示す点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に対応。以下、ｐ１〜ｐ５を単に「境界点」という）のピクセル位置は、ラインセンサ画像Ｉを画像処理することによりシステムが自動で設定する、またはユーザがＧＵＩ上で設定する等により付与するものとする。また、カメラパラメータ（焦点距離、センサ素子数およびセンサ幅）は予め設定されているものとする。
【００２４】
ステップＳ１に続いては、ラインセンサ画像Ｉに基づき設定した境界点ｐ１，ｐ５のピクセル位置がメモリＭ２を経てカメラパラメータと共にトロリ線中心点位置算出処理部３ｂヘ送られ、トロリ線中心位置算出処理部３ｂによりトロリ線５の中心点の実座標Ｐ０（ｘ0，ｙ0）が算出される（ステップＳ２）。
【００２５】
具体的に説明すると、まず、ラインセンサ画像Ｉ上の境界点ｐ１，ｐ５のピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５［ｐｉｘ］を図５に示すセンサ面座標ｕ１，ｕ５［ｍｍ］に変換する。以下では簡単のため、レンズ歪みがないときの計算式を示す。
ここで、１素子当たりのセンサ幅がΔｕのとき、センサ面２ａの左端を原点としてピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５［ｐｉｘ］は下式（1）によりセンサ面座標ｕ１’，ｕ５’［ｍｍ］に変換される。さらに、センサ面２ａの中心を原点、センサ面の幅をＵとすると、センサ面上の座標ｕ１，ｕ５［ｍｍ］は下式（2）に変換される。ただし、下式（1），（2）ではピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５をｐｘ、センサ面座標ｕ１’，ｕ５’をｕ’、センサ面座標ｕ１，ｕ５をｕとして示している。
ｕ’＝Δｕ×ｐｘ  ・・・（1）
ｕ＝ｕ’−Ｕ／２  ・・・（2）
なお、このときレンズの歪みを考慮して変換することでより高精度の結果が得られる。
【００２６】
以上のようにラインセンサ画像Ｉ上の境界点ｐ１，ｐ５のピクセル位置ｐｘ１，ｐｘ５からセンサ面座標ｕ１，ｕ５を求めた後、図５に示すように、センサ面座標ｕ１とカメラ中心点Ｃを通る直線Ｌ１、センサ面座標ｕ５とカメラ中心点Ｃを通る直線Ｌ５の式を求める。ただしこのとき、座標原点はカメラ中心点Ｃとする。
【００２７】
直線Ｌ１、Ｌ５の式は焦点距離ｆを用いて下式（3）で求められる。また、直線Ｌ１，Ｌ５の傾きａ1，ａ5はａ1＝ｆ／ｕ1、ａ5＝ｆ／ｕ5であり、水平方向（ｘ方向）に対する直線Ｌ１，Ｌ５の角度θ1，θ5は下式（4）で求められる。ただし、下式（3），（4）では直線Ｌ１，Ｌ５をＬ、センサ面座標ｕ１，ｕ５をｕ、直線Ｌ１，Ｌ５の傾きａ1，ａ5をａ、ｘ方向に対する直線Ｌ１，Ｌ５の傾きθ1，θ5をθとして示している。
ｙ＝ａｘ＝（ｆ／ｕ）ｘ  ・・・（3）
θ＝arcTan(ｆ／ｕ)  ・・・（4）
【００２８】
以上により求めた直線Ｌ１，Ｌ５の式、直線Ｌ１，Ｌ５の傾きａ1，ａ5およびｘ方向に対する直線Ｌ１，Ｌ５の傾きθ1，θ5を用いてトロリ線５の中心点Ｐ０の実座標（ｘ0，ｙ0）を求める。
すなわち、図５に示すように、トロリ線５の中心点Ｐ０とカメラ中心点Ｃを通る直線Ｌ０を考えると、ｘ方向に対する直線Ｌ０の角度θ0＝（θ1＋θ5）／２であることから、直線Ｌ０の式は下式（5）で求められる。
ｙ＝ａ0ｘ＝tan(θ0)ｘ  ・・・（5）
さらに、この直線Ｌ０上にあるトロリ線５の中心点Ｐ０(ｘ0，ｙ0)から直線Ｌ１までの距離と、トロリ線の半径ｒ［ｍｍ］とが等しいことから、トロリ線５の中心点Ｐ０のｘ座標ｘoは下式（6）により求まる。また、ｙ0＝ａ0ｘ0から、ｙ0も求まる。なお、式（6）は下式（7）に示す「点と直線の距離ｄの公式」を用いて求めた。
【００２９】
【数１】
0006450971.tif 000002
【００３０】
以上により、トロリ線５の中心点の実座標Ｐ０（ｘ0，ｙ0）が求められた。
【００３１】
ステップＳ２に続いては、図２に示すように、境界点位置算出処理部３ｃヘカメラパラメータと共にラインセンサ画像Ｉ上の境界点ｐ１〜ｐ５のピクセル位置がメモリＭ２を経て送られると、図３に示すように、境界点位置算出処理部３ｃは境界点ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５の実座標Ｐ１（ｘ1，ｙ1），Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ３（ｘ3，ｙ3），Ｐ４（ｘ4，ｙ4），Ｐ５（ｘ5，ｙ5）を求める（ステップＳ３）。
【００３２】
まず、境界点ｐ１，ｐ５の実座標Ｐ１，Ｐ５を求める。実座標Ｐ１，Ｐ５は、トロリ線５と直線Ｌ１，Ｌ５との接点であるという条件を利用して求める。すなわち、トロリ線５の中心点Ｐ０(ｘ0，ｙ0)を通る直線Ｌ１の垂線ｙ＝（−１／ａ1）ｘ＋（１／ａ1）ｘ0＋ｙ0と直線Ｌ１（ｙ＝ａ1ｘ）との交点がＰ１、トロリ線５の中心点Ｐ０(ｘ0，ｙ0)を通る直線Ｌ５の垂線ｙ＝（−１／ａ5）ｘ＋（１／ａ5）ｘ0＋ｙ0と直線Ｌ５（ｙ＝ａ5ｘ）との交点がＰ５となる。実座標Ｐ１，Ｐ５のｘ座標，ｙ座標は、それぞれ下式(8)，(9)で求まる。
【００３３】
【数２】
0006450971.tif 000003
【００３４】
また、境界点ｐ２，ｐ３，ｐ４の実座標Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の算出を行うためには、まず、境界点ｐ２，ｐ４の実座標Ｐ２，Ｐ４を求める。直線Ｌ２，Ｌ４の式（ｙ＝ａ2ｘ，ｙ＝ａ4ｘ）はＬ１，Ｌ５と同様にして求める。図６からわかるように境界点ｐ２，ｐ４の実座標Ｐ２，Ｐ４はトロリ線５の円周上の点であることから、下式（10）に示すトロリ線５の中心点Ｐ０（ｘ0，ｙ0）を中心とする半径ｒの円と直線Ｌ２，Ｌ４との交点として求めることができる。ただし、下式（10）では実座標Ｐ２，Ｐ４のｘ座標であるｘ2，ｘ4をｘとしてまとめて記載し、直線Ｌ２，Ｌ４の傾きａ2，ａ4をａとしてまとめて記載している。
【００３５】
【数３】
0006450971.tif 000004
【００３６】
実座標Ｐ２，Ｐ４のｙ座標であるｙ2，ｙ4はｙ2＝ａ2ｘ2，ｙ4＝ａ4ｘ4から求められる。
以上により、実座標Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ４（ｘ4，ｙ4）が得られた。
【００３７】
続いて、境界点ｐ３の実座標Ｐ３（ｘ3，ｙ3）を考える。トロリ線５の中心点Ｐ０とＰ３を通る直線Ｌ３の式ｙ＝ａ3ｘは、直線Ｌ２，Ｌ４と同様に求められる。ここで、境界点ｐ３の実座標Ｐ３のｙ座標であるｙ3は、Ｐ２−Ｐ３間及びＰ３−Ｐ４間のうちのどちらが水平摩耗部５ａでどちらが傾斜摩耗部５ｂかを判断することで求めることができる。図６のように、水平摩耗部５ａとそれよりも削れた傾斜摩耗部５ｂとが存在する場合、実座標Ｐ３のｙ座標ｙ3は、Ｐ２，Ｐ４のｙ座標ｙ2，ｙ4の値で判断できる。つまり、実座標Ｐ２，Ｐ４のうちｙの値が小さいほうがＰ３のｙ座標ｙ3と一致することになる。これを条件式で書くと下式（11）となる。
【００３８】
【数４】
0006450971.tif 000005
【００３９】
そしてｘ3＝ｙ3／ａ3より、ｘ3も求まる。
以上により境界点ｐ３の実座標Ｐ３（ｘ3，ｙ3）が得られた。
【００４０】
次いで、図２に示すように、摩耗断面積算出処理部３ｄへトロリ線中心の実座標Ｐ０および境界点ｐ２，ｐ３，ｐ４の実座標Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４がメモリＭ２を経て送られると、摩耗断面積算出処理部３ｄは、図３に示すように摩耗断面積の算出を行う（ステップＳ４）。
【００４１】
以下に、摩耗断面積を算出する処理を具体的に説明する。
まず、理想状態における摩耗断面積の算出処理について説明する。例えば、図６のように半径ｒ［ｍｍ］のトロリ線５のｘ方向の頂点をＰ６，Ｐ７として、Ｐ６−Ｐ２間、Ｐ２−Ｐ３間、Ｐ３−Ｐ４間、Ｐ４−Ｐ７間のｘ方向の距離ｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4［ｍｍ］が分かっている場合について考える（ｄ1＋ｄ2＋ｄ3＋ｄ4＝２ｒ）。
【００４２】
この場合、摩耗断面積Ｓは次のようにして求めることができる。
すなわち、パラメータｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4が与えられたときの摩耗断面積Ｓは、扇形Ｐ６Ｐ０Ｐ２、Ｐ４Ｐ０Ｐ７の面積Ｓ1，Ｓ2、三角形Ｐ０Ｐ２Ｐ４、Ｐ２Ｐ３Ｐ４の面積Ｓ3，Ｓ4を用いて下式（12）により求められる。
【００４３】
【数５】
0006450971.tif 000006
【００４４】
ここで、θ11（＝∠Ｐ２Ｐ０Ｐ６），θ12（＝∠Ｐ４Ｐ０Ｐ７），ｈ1，ｈ2，ｈ4をそれぞれ下式（13），（14）とおくと、摩耗断面積Ｓは下式（15）で表される。
【００４５】
【数６】
0006450971.tif 000007
【００４６】
上述した理想状態では、頂点Ｐ６，Ｐ７がトロリ線の両端となり、Ｐ６−Ｐ７間の距離ｄ67がトロリ線の直径値２ｒになる（ｄ67＝２ｒ）。これに対し、ラインセンサカメラ２でトロリ線５を撮像すると、ラインセンサ画像Ｉ上の境界点ｐ１，ｐ５に対応する実座標Ｐ１，Ｐ５は、トロリ線５のｘ方向の頂点Ｐ６，Ｐ７とは異なり、図６に示すように、カメラ中心点Ｃを通る直線と、トロリ線５との接点となる。そのためＰ１−Ｐ５間の距離ｄ15はトロリ線の直径値２ｒにはならない（ｄ15≠２ｒ）。
【００４７】
さらに、図５に示すようにＰ１，Ｐ５のトロリ線中心Ｐ０からの相対位置はラインセンサカメラ２に対するトロリ線５の偏位位置により変動する点も考慮しなければならない。上記の点を考慮したトロリ線の残存直径相当値を求める方法を以下で説明する。
すなわち、実際の摩耗断面積は、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の座標とｒが分かれば求められる。まず、Ｐ２−Ｐ４間の長さｄ24を求めれば三角形Ｐ０Ｐ２Ｐ４の面積Ｓ3は三辺の長さ（ｄ24，ｒ，ｒ）が既知の三角形になるので、下式（16）で求まる。
【００４８】
【数７】
0006450971.tif 000008
【００４９】
ここで、上式（16）では、ａ＝ｄ24、ｂ＝ｃ＝ｒである。
また、三角形Ｐ２Ｐ３Ｐ４の面積Ｓ4についてもＰ２−Ｐ３間の長さｄ23（＝ｄ2），Ｐ３−Ｐ４間の長さｄ34，Ｐ２−Ｐ４間の長さｄ24が既知の三角形の面積の公式でＳ3と同様に求められる。
【００５０】
続いて、∠Ｐ２Ｐ０Ｐ４（＝θ13）を求める。すなわち、三角形の基本公式である面積＝（底辺×高さ）／２より、Ｐ２−Ｐ４を底辺としたときの三角形Ｐ０Ｐ２Ｐ４の高さｈを求め、二等辺三角形の性質を利用して下式（17）により角度θ13を求める。
【００５１】
【数８】
0006450971.tif 000009
【００５２】
上記角度θ13を用いれば扇形Ｐ２Ｐ０Ｐ４の面積が求められ、摩耗断面積ＳはＳ＝（扇形Ｐ２Ｐ０Ｐ４の面積）−（Ｓ3＋Ｓ4）により求められる。
【００５３】
次いで、図２に示すように、残存直径相当値算出処理部３ｅへ摩耗断面積がメモリＭ２を経て送られると、残存直径相当値算出処理部３ｅは、図３に示すように、残存直径相当値の算出を行う（ステップＳ５）。
【００５４】
トロリ線５の水平摩耗部５ａ及び傾斜摩耗部５ｂを有する部分の残存直径相当値Ｈを求める方法を説明する（以下、トロリ線５の水平摩耗部５ａ及び傾斜摩耗部５ｂを有する部分を偏摩耗トロリ線５ABという）。まず、水平摩耗部５ａのみを有するトロリ線５（以下、水平摩耗トロリ線５Aという）の断面積Ｓを求める式は、水平摩耗トロリ線５Aの半径ｒと、図７（ｂ）に示す摩耗角αを用いて、下式（18）により求まる。
【００５５】
【数９】
0006450971.tif 000010
【００５６】
ここで、下式（19）とおいて、偏摩耗トロリ線５ABの断面積ＳABが既知であれば、下式（19）のＳに断面積ＳABを代入しニュートン法を適用して、下式（20）により摩耗角αを算出することができる。
【００５７】
【数１０】
0006450971.tif 000011
【００５８】
以上により、図７（ｂ）に示すように、既知である偏摩耗トロリ線５ABの断面積ＳABと同面積となる水平摩耗トロリ線５Aの摩耗角αが求められる。
求められたαより、残存直径相当値Ｈは下式（21）で求められる。
【００５９】
【数１１】
0006450971.tif 000012
【００６０】
以上により、既知である偏摩耗トロリ線５ABの断面積ＳABと同面積となる水平摩耗トロリ線５Aの残存直径値、すなわち偏摩耗トロリ線５ABの残存直径相当値Ｈが求められる。
こうして求めた残存直径相当値Ｈは記録装置４に記録しておく。
【００６１】
なお、本発明に係るトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法は、上述した実施例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種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施例では、境界点位置算出処理部３ｃにおいて境界点ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５の実座標Ｐ１（ｘ1，ｙ1），Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ３（ｘ3，ｙ3），Ｐ４（ｘ4，ｙ4），Ｐ５（ｘ5，ｙ5）の算出を行う例を示したが、境界点位置算出処理部３ｃでは少なくとも境界点ｐ２，ｐ３，ｐ４の実座標Ｐ２（ｘ2，ｙ2），Ｐ３（ｘ3，ｙ3），Ｐ４（ｘ4，ｙ4）の算出を行えばよい。
また、上述した本実施例ではトロリ線５の摩耗面が一つの水平摩耗部５ａと一つの傾斜摩耗部５ｂとを有する例を示したが、トロリ線５の摩耗面は他の異なる摩耗形状であってもよい。
【００６２】
上述した本実施例に係るトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法によれば、水平摩耗部５ａと傾斜摩耗部５ｂを有する偏摩耗トロリ線５ABであっても、残存断面積ＳABに基づき水平摩耗部５ａ及び傾斜摩耗部５ｂを考慮した残存直径相当値Ｈを算出することができるため、トロリ線５の抗張力を正確に把握することが可能となる。
また、残存直径相当値Ｈは、通常の水平摩耗トロリ線５Aの残存直径値と同列に扱うことができるため、偏摩耗トロリ線５ABと通常の水平摩耗トロリ線５Aを一元管理することができるという利点もある。さらに、断面積から残存直径相当値Ｈを求める考え方は、偏摩耗だけでなく、さらに異なる摩耗形状のトロリ線に対しても柔軟に応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、電車屋根上に設置した摩耗測定用カメラで、パンタグラフに接触するトロリ線の下面を撮影し、撮影されたトロリ線の下面の画像を画像処理して、トロリ線の残存直径を求めるトロリ線摩耗測定装置およびトロリ線摩耗測定方法に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００６４】
１  車両
２  ラインセンサカメラ
３  画像処理装置
３ａ  ラインセンサ画像作成部
３ｂ  トロリ線中心点位置算出処理部
３ｃ  境界点５点の位置算出処理部
３ｄ  摩耗断面積算出処理部
３ｅ  残存直径相当値算出処理部
４  記録装置
５  トロリ線
５A  水平摩耗トロリ線
５AB  偏摩耗トロリ線
５ａ  水平摩耗部
５ｂ  傾斜摩耗部
６  レール
【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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