(57)【要約】【課題】  鉄道用高架橋への自動車等の衝突による外部からの危害振動を遠隔の管理部署にて常時把握でき、鉄道用高架橋構造物の安全性をリアルタイムで把握することを可能にした衝突検知方法を提供することを目的とする。【解決手段】  列車が通過する高架橋に加速度センサＡ、Ｂ、Ｃを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置１にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記振動出力が予め設定した閾値を超えた場合には、前記高架橋に外部から危害振動が加わったことを判定して管理部署３に通信手段にて伝達することにより、高架橋に対する外部からの大きな危害振動を生じさせる自動車等による衝突が、リアルタイムで管理部署３に自動的に通報されるため、効率的な保守および補修を行うことが可能となって安全かつ経済的であり、不必要に保守作業者が出向いて危険箇所を点検する必要がなくなる。【選択図】  図１
2008111686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車が通過する高架橋に加速度センサを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記振動出力が予め設定した閾値を超えた場合には、前記高架橋に外部から危害振動が加わったことを判定して管理部署に通信手段にて伝達することを特徴とする高架橋の衝突検知方法。
【請求項２】
列車が通過する高架橋に加速度センサを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記高架橋の２か所以上に加速度センサを設置して、これらのセンサ出力から該高架橋上での列車通過中の振動と外部からの危害振動との伝達関数（コヒーレンス関数）を算出して、その大小から前記外部からの危害振動を判別することを特徴とする列車通過中の高架橋の衝突検知方法。
【請求項３】
前記高架橋の２か所以上の加速度センサのうち、少なくとも１か所の加速度センサを橋梁の床板部に設置することを特徴とする請求項２に記載の高架橋の衝突検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車が通過する高架橋に加速度センサを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置にて常時監視する高架橋の衝突検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両等の列車が通過する鋼橋やコンクリート橋等、あるいはガード等が自動車用道路等と立体交差する構造物においては、列車用線路が配設された橋梁が橋脚により支持されていわゆる高架橋が自動車用道路上に起立・設置されている。このような鉄道用高架橋の強度保全および安全確保のために、種々の技術が提案（例えば下記特許文献１および２参照）されて採用されている。
【特許文献１】特開平７−１２８１８２号公報（公報要約書参照）
【特許文献２】特開２００１−７１９０４号公報（公報請求項１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記特許文献１に開示された第１従来例の橋梁特性検査機器について図８を用いて説明すると、橋梁１０１に外部より振動を加えて、この振動を振動検出部における振動センサ１１１で検出し、その振動波形を有線で伝送して中継局１０７に一時蓄積してから無線で計測部１０８に伝送し、この計測部１０８の判定部１１９で、振動波形から橋梁の安全性を判定するようにしたものである。
【０００４】
また、前記特許文献２に開示された第２従来例の車輪踏面の状態検知方法および装置について図９を用いて説明すると、鉄道車両が高架橋２０３等の構造物を通過したときの構造物の振動を、支柱２０７の上端部のマイクロフォン２０５を通じて計測部２０６にて捕捉して測定し、測定した騒音レベルの波形の山の高さから鉄道車両の車輪踏面の状態を検知するように構成したものである。
【０００５】
前記図８の特許文献１に開示されたものでは、橋梁１０１を加振手段により振動を加えることにより、加振で生じた振動波形を検出して分析することで、橋梁の安全性を判定して安全性の予知が可能となった。また、前記図９の特許文献２に開示されたものでは、高架橋２０３上の線路を鉄道車両が通過した時の構造物の振動を測定することで、車輪踏面の状態を高精度に把握して検知し、遠隔の事務所のデータ処理装置２０９等にて把握することができて安全性の確保に寄与できるものである。
【０００６】
ところが、これらの従来のものにあって、前記特許文献１に開示されたものでは、橋梁等の構造物の強度等の安全性を検出するためには、構造物を加振手段により振動を加えた時のみ、加振で生じた振動波形を検出して分析することができるが、リアルタイムにて常時橋梁等の構造物の強度等の安全性を検出できる訳ではなかった。また、前記特許文献２に開示されたものでは、高架橋２０３上の線路を鉄道車両が通過した時の構造物の振動を測定することで、車輪踏面の状態をリアルタイムで高精度に把握して検知することができるものの、飽くまで鉄道車両の通過時の鉄道車両の車輪踏面の状態を把握するに留まるものであった。
【０００７】
これらの従来の鉄道用高架橋構造物に対して、自動車用道路等と立体交差する鉄道用高架橋構造物においては、鉄道用高架橋の橋脚が自動車事故によって損傷する機会が増大している。これにより、鉄道用高架橋構造物自体の強度低下や線路等の軌道にも損傷を与える可能性があって安全性の確保が急務であった。このような鉄道用高架橋構造物の損傷が生じた場合には、速やかに損傷の状態を把握して適切に補修する必要がある。
【０００８】
しかしながら、常時、保守担当の作業員を配置して監視することは不経済で現実的でない。衝突事故の当事者や目撃者による通報に頼ることが現状であり、自損事故による当て逃げまでは把握できない。そのようなことから、保守担当作業員が定期的に現場に出向いて危険箇所を点検しているのが現状であった。そこで、本発明は、前記従来の高架橋の検知方法の諸課題を解決して、鉄道用高架橋への自動車等の衝突による外部からの危害振動を遠隔の管理部署にて常時把握でき、鉄道用高架橋構造物の安全性をリアルタイムで把握することを可能にした衝突検知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】
【０００９】
このため本発明は、列車が通過する高架橋に加速度センサを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記振動出力が予め設定した閾値を超えた場合には、前記高架橋に外部から危害振動が加わったことを判定して管理部署に通信手段にて伝達することを特徴とする。また本発明は、列車が通過する高架橋に加速度センサを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記高架橋の２か所以上に加速度センサを設置して、これらのセンサ出力から該高架橋上での列車通過中の振動と外部からの危害振動との伝達関数（コヒーレンス関数）を算出して、その大小から前記外部からの危害振動を判別することを特徴とする。また本発明は、前記高架橋の２か所以上の加速度センサのうち、少なくとも１か所の加速度センサを橋梁の床板部に設置することを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、列車が通過する高架橋に加速度センサを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記振動出力が予め設定した閾値を超えた場合には、前記高架橋に外部から危害振動が加わったことを判定して管理部署に通信手段にて伝達することにより、高架橋に対する外部からの大きな危害振動を生じさせる自動車等による衝突が、リアルタイムで管理部署に自動的に通報されるため、迅速かつ効率的な保守および補修を行うことが可能となって安全かつ経済的であり、不必要に保守作業者が出向いて危険箇所を点検する必要がなくなる。
【００１１】
また、列車が通過する高架橋に加速度センサを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記高架橋の２か所以上に加速度センサを設置して、これらのセンサ出力から該高架橋上での列車通過中の振動と外部からの危害振動との伝達関数（コヒーレンス関数）を算出して、その大小から前記外部からの危害振動を判別することにより、高架橋上を列車が通過中であっても、高架橋に対する外部からの大きな危害振動を生じさせる自動車等による衝突信号が区別できるので、他の格別なセンサ、例えば監視カメラ等を使用せずとも、複数の加速度センサのみの設置だけで、安価にリアルタイムで管理部署に自動的に欠報なく自動車等による衝突信号を通報できて、高架橋の保守が可能となって安全である。さらに、前記高架橋の２か所以上の加速度センサのうち、少なくとも１か所の加速度センサを橋梁の床板部に設置する場合は、列車通過時に橋梁の床板部に設置した加速度センサの信号が大きくなることを利用して、該信号を列車の通過信号トリガとして、橋脚等に設置したその他の加速度センサの出力信号のコヒーレンス関数の演算を開始できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明に係る衝突検知方法を実施するための好適な形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の衝突検知方法の概略構成図、図２は本発明の衝突検知方法が採用された高架橋に対する自動車の衝突状態を示す説明図、図３は橋脚に設置した加速度センサＡの振動検知フローチャート図、図４は橋脚に設置した加速度センサＢの振動検知フローチャート図、図５は列車が高架橋上を通過していないときの自動車等の衝突の有無による加速度センサの波形出力図、図６は列車が高架橋上を通過しているときの衝突信号検知方法の概略構成および一部フローチャート図、図７は列車が高架橋上を通過しているときの自動車等の衝突の有無による加速度センサの波形出力図である。
【実施例１】
【００１３】
本発明の高架橋の衝突検知方法の基本的な構成は、図１に示すように、列車が通過する高架橋に加速度センサＡ、Ｂ、Ｃを設置し、該加速度センサからの振動出力を制御装置１にて常時監視する高架橋の衝突検知方法において、前記振動出力が予め設定した閾値を超えた場合には、前記高架橋に外部から危害振動が加わったことを（判定手段２により）判定して管理部署３に通信手段にて伝達することを特徴とする。
【００１４】
図１の構成図では加速度センサＡ、ＢおよびＣの３台を設置した例が示されている。図２（Ａ）に示すように、これら３台の加速度センサの中、加速度センサＡおよびＢは橋脚４および５における基部近傍の道路側（自動車等が通行する車道側）に設置され、あるいは図２（Ｂ）に示すように、橋脚の車道側面の全長に渡って複数の加速度センサＡ1 、Ａ2 、Ａ3 が設置されてもよく、橋脚４および５の振動状態を常時監視する。加速度センサＣは高架橋の橋梁６の床板下面に設置され、列車通過時の振動を常時監視するものでありピンポイントの設置でよいが、自動車等が通行する車道幅全長に渡り設置して、車高違反車両の橋梁への衝突をも検知するように構成してもよい。符号７は橋梁６上を通過する列車を示す。
【００１５】
図１に示すように、これら３台の加速度センサＡ、ＢおよびＣからの振動出力は、高架橋の適宜部位に設置されたトロン等の組込みＣＰＵ等から構成された制御装置１に入力される。制御装置１は、加速度センサのインターフェース（ＡＤ変換器、制御装置の回路自体を駆動する商用電源や太陽発電によるバッテリーによる電源回路）や加速度センサの出力信号の演算および信号処理を担う判定手段２等、警報器等への出力回路、管理部署３へのデータ通信回路（インターネット、専用回路あるいは鉄道電話等）を具備している。
【００１６】
次に、自動車等が橋脚４あるいは５に衝突したときの本発明の検知アルゴリズムについて説明する。
＜列車が高架橋上を通過していないとき＞
列車が高架橋上を通過していない場合、橋脚に発生する振動は「暗振動」と言われる。列車の通過により発生する振動とは区別されるもので、高架橋下の道路上を走行する自動車等により発生する振動、近隣工場等から発生する機械振動等の非常に微細なレベルの振動である。そのために、自動車等が加速度センサＡやＢが設置されている高架橋における橋脚４や５に衝突した場合には、比較にならない大きな振動が発生する。
【００１７】
図３は橋脚４に設置した加速度センサＡの振動検知フローチャート図である。加速度センサＡが橋脚４に対する自動車等の衝突により発生した振動を検知すると、図示省略の制御装置１における判定手段２内にて所定の閾値と比較され、高架橋に対して安全性に問題のない程度の軽微な衝突の場合には、制御装置１は待機状態にスタンバイされる。橋脚４に対する自動車等の衝突により発生した振動が判定手段２内にて所定の閾値と比較されて、高架橋に対する安全性に問題を生じる程度に大きいと判定された場合には、危害振動として、制御装置１における警報回路を通じて警報を発する（事故現場にて。管理部署３に対する警報も同時に送出してもよい）とともに、データ通信回路を通じて、管理部署３に警報信号を送出する。図４は橋脚５に設置した加速度センサＢの振動検知フローチャート図で、前記加速度センサＡの振動検知フローチャートと同じなので説明を省略する。
【００１８】
図５は列車が高架橋上を通過していないときの自動車等の衝突の有無による加速度センサの波形出力図である。ここでは、加速度センサＡの橋脚４側に自動車等が衝突したときの加速度センサＡおよびＢの波形出力を示す。図５の上段に示すように、橋脚に対する衝突がないときには、加速度センサＡおよびＢは、振動レベルが所定の閾値内の暗振動のみを検知している。図５の下段に示すように、橋脚４のみに対して自動車等が衝突したときには、加速度センサＡのみが振動レベルが所定の閾値を大きく超える危害振動を検知する。これにより、図３に示したような、制御装置１における警報回路を通じた警報およびデータ通信回路を通じた管理部署３への警報信号の送出等の発報動作がなされる。
＜列車が高架橋上を通過しているとき＞
図６は列車が高架橋上を通過しているときの衝突信号検知方法の概略構成および一部フローチャート図である。高架橋の橋梁上を列車が通過している場合には、橋脚の振動については、列車の走行振動が線路等の軌道から橋梁の床板を通じて橋脚にまで伝わる。この状態では、列車振動が大きすぎて、自動車等の衝突により発生した危害振動が列車振動に埋もれてしまう可能性が生じる。このため、前述の図３〜図５に示したような閾値の判定がしにくい状態が発生する。
【００１９】
図６に示された列車通過時の衝突検知方法のアルゴリズムのフローを説明する。高架橋梁上を列車が通過している場合は、橋梁の床板に取り付けた加速度センサＣ（図２）の信号が大きくなることを利用して、列車の通過信号トリガとして演算が開始される。本演算は加速度センサＣの信号を入力信号として、加速度センサＡおよび加速度センサＢの出力信号とのコヒーレンス関数を、前記加速度センサＡ、加速度センサＢおよび加速度センサＣのパワースペクトルからコヒーレンス関数の演算理論に基づいて演算するものである。ここで、コヒーレンス関数とは、出力信号中の入力信号に基づく成分のパワー比率を表し、入力信号との間に位相的な干渉を起こし得る成分の比率であり、入力、出力信号の相関の程度（コリレーション）を表すものである。このように、コヒーレンス関数は、入力と出力の関係の強さを表現する比率で、その値は０〜１の間にある。０ならば入力と出力が全く無関係であることを表し、１ならば出力が全て入力の寄与が成分であることを表す。
【００２０】
一般に、コヒーレンス関数が１より小さくなる理由は、以下の原因が１つあるいはその複合が考えられる。                                                              （１）系が線形でない場合。
（２）測定系に無関係な外部雑音が混入する場合。
（３）漏れ誤差（分解能バイアス誤差）が生じる場合（伝達系のインパルス応答が時間窓長より長い時）
（４）着目する入力信号以外の他の信号が系に入力されている場合。
【００２１】
本発明にコヒーレンス関数による振動分析を適用する場合には、図７の加速度センサの波形出力図に示すように、列車の通過振動を入力信号として、自動車等の橋脚への衝突信号がなければ、加速度センサＣの信号を入力信号として、加速度センサＡおよび加速度センサＢの出力信号のコヒーレンス関数は加速度センサＣとの相関が大きくなり値は１に近くなる。このことは橋脚の振動が列車の通過振動に伴うものであることが推測されることを意味している。加速度センサＡあるいは加速度センサＢが取り付けられた橋脚に自動車等が衝突した場合には、前述の（２）測定系に無関係な外部雑音が混入する場合および（４）着目する入力信号以外の他の信号が系に入力されている場合となり、加速度センサＡあるいは加速度センサＢの出力信号のコヒーレンス関数は加速度センサＣとの相関が小さくなり値は０近くになる。つまり、橋脚の振動が列車の通過振動に伴うものとは別の要素が加わったこと、すなわち衝突等があったことが推測されることを意味している。加速度センサＡ、あるいは加速度センサＢのコヒーレンス関数が規定値以上小さくなった場合は、自動車等が橋脚に衝突したと判定してＣＰＵが発報信号を送出して（図６）、警報装置を作動させたり、警報信号を管理部署に送出する。
【００２２】
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、高架橋を構成する橋脚、橋梁の形状、形式、高架橋が設置される場所（自動車道路と交差する場所のみならず、船舶航行河川における橋脚への船舶の衝突等も検知し得る）、振動検知手段である加速度センサの形式（振動を検知できる適宜のセンサが採用可能である）、加速度センサの設置部位（列車振動検知センサは橋梁床板下面が好適であるが、列車振動が検知できるなら適宜部位に設置できる。自動車等の衝突検知センサは走行中の自動車等が衝突する橋脚の地上近傍が好適である。車道側のみならず歩道側にも設置してもよい）、制御装置の形状、形式（トロン等を組み込んだＣＰＵ等適宜の制御装置が採用できる）およびその設置場所（風雨や日照および自動車等衝突の影響を受けにくい橋脚と橋梁との交差隅部等）、閾値の設定値、警報手段の形式、警報信号を転送する通信手段の形式（インターネット、専用回線、鉄道電話等）、伝達関数の算出形態等は適宜選定できる。また、実施例に記載の諸元はあらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の衝突検知方法の概略構成図である。
【図２】本発明の衝突検知方法が採用された高架橋に対する自動車の衝突状態を示す説明図である。
【図３】同、橋脚に設置した加速度センサＡの振動検知フローチャート図である。
【図４】同、橋脚に設置した加速度センサＢの振動検知フローチャート図である。
【図５】同、列車が高架橋上を通過していないときの自動車等の衝突の有無による加速度センサの波形出力図である。
【図６】同、列車が高架橋上を通過しているときの衝突信号検知方法の概略構成および一部フローチャート図である。
【図７】同、列車が高架橋上を通過しているときの自動車等の衝突の有無による加速度センサの波形出力図である。
【図８】第１従来例の橋梁特性検査機器の説明図である。
【図９】第２従来例の車輪踏面の状態検知方法および装置の説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１        制御装置
２        判定手段
３        管理部署
４        橋脚
５        橋脚
６        橋梁
７        列車
【図１】
2008111686.tif 000003
【図２】
2008111686.tif 000004
【図３】
2008111686.tif 000005
【図４】
2008111686.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008111686.tif 000009
【図８】
2008111686.tif 000010
【図９】
2008111686.tif 000011