(57)【要約】      （修正有）【課題】この発明は、簡易な方式により、レール温度が過度の上昇する区間と時間帯に対してのみ少量の散水をピンポイントで行い、特定範囲のレール温度を一定の管理値以下に抑制することができるレール温度管理方法を提供する。【解決手段】気象条件を用いたレール温度予測システム等からレール温度を算出するレール温度算出工程１と、レール温度算出工程で算出されたレール温度が予め設定した基準管理温度を超えるかを判定する高温判定工程２と、高温判定工程で判定された基準管理温度を超えるレールの区間／時刻を算出する特定域判定工程３と、特定域判定工程で算出された区間／時刻及び列車運行データから算出時刻に当該区間を通行する列車を選定する散水計画立案工程４と、散水計画立案工程で選定された列車により当該区間へ散水する散水工程５と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
日照量と気象条件とからレール温度を算出するレール温度算出工程と、
前記レール温度算出工程で算出されたレール温度が予め設定した基準管理温度を超えるか否かを判定する高温判定工程と、
前記高温判定工程で判定された基準管理温度を超えるレールの区間／時刻を算出する特定域判定工程と、
前記特定域判定工程で算出された区間／時刻及び列車運行データから、当該区間／時刻を通過する列車を選定して散水実行のための運行ダイヤグラムを作成する散水計画立案工程と、
前記散水計画立案工程で立案された運行ダイヤグラムに基づき当該区間へ散水する散水工程と、を有することを特徴とするレール温度管理方法。
【請求項２】
前記工程を繰り返して前記基準管理温度を超えたレールへの散水作業をシミュレーションし、そのシミュレーション結果に基づき、レール温度が当該基準管理温度を超えるか否かを判定するとともに、当該基準管理温度以下となるまで、前記散水計画立案工程における運行ダイヤグラムの立案を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のレール温度管理方法。
【請求項３】
前記散水計画立案工程は、前記特定域判定工程で定めた区間にて、レール温度が基準管理温度以上に上昇する時刻より前の時刻から、散水処理を開始するための運行ダイヤグラムを立案することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のレール温度管理方法。
【請求項４】
前記基準管理温度以上に上昇する時刻より前の時刻は、予め定められたバッファ時間だけ前に設定されることを特徴とする請求項３に記載のレール温度管理方法。
【請求項５】
前記散水の処理では、通常の運行ダイヤグラムに組み込まれた列車に搭載した散水タンクから、前記基準管理温度を超える区間のレールへ散水を行わせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレール温度管理方法。
【請求項６】
前記散水の処理では、通常の運行ダイヤグラムに追加して組み込まれた散水専用の列車に搭載した散水タンクから、前記基準管理温度を超える区間のレールに向けて散水を行わせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレール温度管理方法。
【請求項７】
前記散水の処理では、前記基準管理温度を超える区間のレールに水を噴射することを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項に記載のレール温度管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車の営業線の冷却に用いられて、レール温度の過度の上昇を防ぐことができるレール温度管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日照量の多い夏季においては、太陽光の照射によりレール温度が過度に上昇することがあり、このような過度のレール温度の上昇は、熱応力による軌道座屈の原因となる。
この軌道座屈を避けるべく、鉄道管理者は、レール温度を常時測定し、レール温度が基準管理温度を超過した際には、即座に巡回、運転規制（徐行、運休）を行う等の対応を講じている。
【０００３】
そして、夏季高温時における鉄道用レールの温度上昇を抑制するための技術として、特許文献１が知られている。
特許文献１では、レールと、これを支持する支持面とを備えた軌道において、該レールの側面に、塗膜のＪＩＳ  Ａ  ５７５９に定義される日射反射率が１５％以上でかつＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間におけるＬ＊値が５０〜８０である塗料を塗布することで、夏季高温時における鉄道用レールの温度上昇を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９６４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１では、レール表面を特殊な塗料で覆って温度上昇を抑制するが、温度上昇が予測される区間の全部のレールを処理するには膨大な量の塗料が必要となり、塗料自体のコスト、および塗布作業の工数が膨大となるという問題がある。
すなわち、特許文献１に示される技術は、極端な温度上昇が予想される狭い範囲に適用することが現実的であり、広範囲にわたるレールの温度上昇の抑制に実施することは難しい。
一方、レール温度を抑制するには、多量の水を積んだ散水車を走らせて一度に多くの水をレールに撒くという方式もある。しかしながら、散水車は、運行ダイヤの隙間を縫って走行するために、散水できる時間帯が限られており、また、過剰な散水により、線路の路盤の強度に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、レール温度が過度の上昇する区間と時間帯に対してのみ少量の散水をピンポイントで行い、特定範囲のレール温度を一定の管理値以下に抑制することができるレール温度管理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。すなわち、本発明に示すレール温度管理方法では、気象条件を用いたレール温度予測システム等からレール温度を算出するレール温度算出工程と、前記レール温度算出工程で算出されたレール温度が予め設定した基準管理温度を超えるか否かを判定する高温判定工程と、前記高温判定工程で判定された基準管理温度を超えるレールの区間／時刻を算出する特定域判定工程と、前記特定域判定工程で算出された区間／時刻及び列車運行データから、当該区間／時刻を通過する列車を選定して散水実行のための運行ダイヤグラムを作成する散水計画立案工程と、前記散水計画立案工程で立案された運行ダイヤグラムに基づき当該区間へ散水する散水工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、気象条件を用いたレール温度予測システムを利用してレール温度の変化を予測し、基準管理温度を超過する場所と時間帯を限定し、少量の散水でその場所と時間帯のレール温度をピンポイントで低下させることができる。
例えば、本発明では、１ｍ当り５０ｍｌ程度の少量の散水をピンポイントで行うことで、散水車のように大量に散水する必要がなくなる。
その結果、本発明では、特定範囲のレールに対してピンポイントの散水を実施して、レール温度を制御することで、巡回や運転規制を不要あるいは減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のレール温度管理方法を利用したレール温度管理システムの概略図である。
【図２】レール温度の予測値及び実測値を示すものであって、（Ａ）はレール各位置における値、（Ｂ）は特定地点における値である。
【図３】レール温度と単位時間当たりの散水量との関係を示す解析値であって、（Ａ）は一例として示した地点０の値、（Ｂ）は一例として示した地点２２４の値である。
【図４】レールへの散水に使用する車両及び散水装置を示す図であって、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図５】本発明のレール温度管理方法を適用した列車の運行ダイヤグラムを作成するためのフローチャートである。
【図６】図５で作成した運行ダイヤグラムを示す図であって、（Ａ）１回目に作成した運行ダイヤグラム、（Ｂ）再作成した運行ダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る「レール温度管理方法」を利用したレール温度管理システム１００について、図１〜図６を参照して説明する。
このレール温度管理システム１００は、図１に示すように、レール温度算出手段１、高温判定手段２、特定域判定手段３、散水計画立案手段４、及び散水手段５を有しており、いずれの手段１〜５もコンピュータが有する機能の一部を示している。
【００１１】
また、これら手段１〜５は、本発明に係る「レール温度管理方法」の具体的工程となる「レール温度算出工程、高温判定工程、特定域判定工程、散水計画立案工程、及び散水工程」をそれぞれ実行するための構成要素である。
【００１２】
まず、レール温度算出手段１では、レール温度予測システムＳＡから供給される気象予測データからレール温度を算出する。
レール温度予測システムＳＡは鉄道総合技術研究所が開発したものであって、予め入手した地理データ、及びリアルタイムで受信される気象データからレールの熱エネルギーの収支を計算し、レール温度に変換する。
【００１３】
また、このレール温度予測システムＳＡとしては、例えば、ＧＩＳ（Geographic Information System） データを使用した広域レール温度予測法（鉄道総研報告第３４巻第４号（２０２０年４月１日発行、発行所  公益財団法人鉄道総合技術研究所）に関する技術が採用されている。
【００１４】
そして、レール温度算出手段１で算出された各位置におけるレール温度の予測値は図２（Ａ）及び図２（Ｂ）で示すように表される。
図２（Ａ）には、レール温度算出手段１で算出された午後２時の各位置（基準点０から３６０ｍ以内）における冬季（１月２１日）と、夏季（８月２日）おけるレール温度（℃）の変化を示すグラフ１０，１１が示されている。
これらグラフ１０，１１で示される計算値は、「●」で示される実測値にほぼ一致することが確認されている。
また、これらグラフ１０，１１では、建物１２及び塀１３などの遮蔽物でレールに日陰ができた場合に、矢印Ａ１〜Ａ３で示すように部分的に温度低下が生じることも確認されている。
また、図２（Ａ）において符号１４で示すものは踏切である。
【００１５】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に「測点６」で示される２８０ｍ地点（建物１２及び塀１３などの遮蔽物で日陰とならない箇所）の時間毎の温度変化を示すグラフ１４（１４Ａ，１４Ｂ）及び１５（１５Ａ，１５Ｂ）である。
グラフ１４は、冬季（１月２１日）におけるレール温度（℃）の予測値１４Ａと実測値１４Ｂを示しており、これら予測値１４Ａと実測値１４Ｂとがほぼ近似した値になることが確認されている。
また、グラフ１５は、夏季（８月２日）におけるレール温度（℃）の予測値１５Ａと実測値１５Ｂを示しており、これら予測値１５Ａと実測値１５Ｂとがほぼ近似した値になることが確認されている。
【００１６】
そして、これらのグラフ１４，１５の中で、特に演算された夏季のグラフ１５の予測値１５Ａにおいて、予め定めた基準管理温度Ｋ（例えば５０℃）を超えたか否かを検出することができる。
なお、このようなレール温度が基準管理温度Ｋを超えたか否かは、図１に示す高温判定手段２にて判定し、かつその判定を、日陰・日向の区別なく、レール温度が高いか低いかで判定する。例えば、この高温判定手段２では、図２（Ａ）において日中に日陰にならない各地点、及び日中に一時的に日陰になったとしても、レール温度が高温になる各地点で、レール温度が基準管理温度Ｋを超えたか否かを判定する。
そして、特定域判定手段３では、高温判定手段２での判定結果に基づき、基準管理温度Ｋを超えるレールの区間／時刻を特定域として算出する。
【００１７】
その後、散水計画立案手段４にて、特定域判定工程で算出された特定域の区間／時刻及び列車運行データから、当該区間／時刻を通過する列車を選定して散水実行のための運行ダイヤグラムＤ（図６参照）を立案する。
その後、散水手段５にて、散水計画立案工程で立案された運行ダイヤグラムＤに基づき当該区間へ散水する。
なお、このような運行ダイヤグラム立案の具体例については、以下のフローチャート（図５参照）で詳述する。
【００１８】
また、散水手段５では、列車から高温となっているレールに向けて水を散水するが、このときの単位時間当たりの散水量は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるような温度との関係に基づく解析値により定められる。
例えば、図３（Ａ）に示される地点０及び図３（Ｂ）に示される地点２２４では、「散水なし」、「２時間／１時間／０．５時間の間、１ｍ当たり１００ｍｌを散水」、「２時間／１時間／０．５時間の間、１ｍ当たり５０ｍｌを散水」した場合のレール温度変化をそれぞれ示しており、単位時間当たりの散水量が多いほどレール温度が低下することが確認されている。
そして、このようなレール温度と単位時間当たりの散水量との関係は、散水によるレール温度上昇対策時のレール温度予測に利用され、かつ解析上、散布した水の気化熱に相当する熱エネルギーを排出熱に加算して、散水した場合におけるレール温度の再計算に利用される。すなわち、このような関係は、高温状態にあるレールへ散水した後のレール温度の変化を計算で予測することができる。
【００１９】
より具体的には、図３に示されるレール温度と単位時間当たりの散水量との関係から、レール温度が５０℃の場合に、１００ｍｌ／ｍの散水で約８℃、５０ｍｌ／ｍの散水で約４℃低下し、低下効果（散水なしとの温度差）は１時間後に約半分になり、２時間後にほぼゼロとなることを確認することができる。すなわち、このような関係から、所定量の水を散水したと仮定した場合におけるレールの低下温度を、コンピュータ上でシミュレーションすることができる。
【００２０】
図４（Ａ）はレールＲへの散水に使用する車両２０を示す正面図であって、車体２１の底部又は腹部に散水装置３０が設置されている。この車両２０は散水専用に走行させる専用車であっても良いし、普通車両、特急車両といった通常の営業車両であっても良い。
散水装置３０は水を貯留するタンク３１と、タンク３１から供給された水を線レールＲに噴出させる散水ノズル３２とを有しており、基準管理温度Ｋを超える区間のレールに向けて散水を行わせる。
なお、この散水ノズル３２では、列車の制動及びレール頭部の傷の進展に影響を与えないよう、図４（Ｂ）に示されるように、車輪とレールＲとが接触する箇所を避けて該レールＲの側面に向けて散水することが好ましい。
【００２１】
次に、レール温度管理システム１００の処理内容を示すフローチャート及び該フローチャートにより列車の運行ダイヤグラムＤを作成するためのステップ（Ｓ）について、図５及び図６を参照して説明する。
【００２２】
なお、以下のフローチャートはレール温度が大きく上昇すると予想される日の早朝又は前日に実行する。
また、以下のフローチャートにおいて、ステップＳ１〜ステップＳ３はレール温度算出手段１、高温判定手段２及び特定域判定手段３により実行される。また、ステップＳ４〜ステップＳ８は散水計画立案手段４及び散水手段５により実行される。
【００２３】
〔ステップＳ１〕
レール温度予測システムＳＡから供給される気象予測データを取り込む。
【００２４】
〔ステップＳ２〕
ループ回数（ｉ）を「１」に設定する。
【００２５】
〔ステップＳ３〕
ステップＳ１で取り込んだ気象予測データに基づきレール温度を算出するとともに、レール温度が予め設定した基準管理温度Ｋ（例えば５０℃）を超えるレールの区間／時刻を特定域として算出する。
【００２６】
〔ステップＳ４〕
ステップＳ３で算出されたレール温度が基準管理温度Ｋを超えるＹＥＳの場合に次のステップＳ５に進み、当該レール温度が基準管理温度Ｋを超えないＮＯの場合に本フローチャートを終了する。
【００２７】
〔ステップＳ５〕
ステップＳ３で特定域とされた区間／時刻及び列車運行データ（複数本の列車が連続して走行する時間帯）から、当該区間／時刻を通過する列車を選定して散水実行（散水領域を符号Ｗで示す）のための運行ダイヤグラムＤを作成する。
ここで作成する運行ダイヤグラムＤでは、図６（Ａ）に示すように、特定域の区間にて、レール温度が基準管理温度（Ｋ）以上に上昇する時刻（符号Ｔ１で示す基準管理温度開始時刻）のバッファ（符号Ｂ１で示す時間間隔）前から、走行列車に散水処理を行わせるようにしている。
図６（Ａ）では、例えば、レール温度が基準管理温度（Ｋ）以上に上昇する時刻Ｔ１が１２：００、バッファが１５分（符号Ｂ１で示す１１：４５〜１２：００）で、散水装置３０を有する列車が１１：３０と１１：５０に通過する場合に、Ｔ１直前の１１：５０ではなく、「Ｔ１−バッファ（Ｂ１）」の直前である１１：３０の列車で、当該レールへの散水処理を行わせるようにしている。
【００２８】
また、図６（Ｂ）には、図６（Ａ）に示す運行ダイヤグラムＤで散水処理のシミュレーションをした後で、再度、追加の散水処理を含む運行ダイヤグラムＤをシミュレーションした例が示されている。
図６（Ｂ）に示される新たな運行プログラムでは、特定域の区間にて、レール温度が基準管理温度（Ｋ）以上に上昇する時刻（符号Ｔ２で示す基準管理温度開始時刻）のバッファ（符号Ｂ２で示す時間間隔）前から、走行列車に散水処理を行わせるようにしている。
【００２９】
このとき、図６（Ｂ）の運行プログラムでは、第１回目に運行ダイヤグラムＤを作成したときよりもレール温度が低下している（既に1度目の散水シミュレーションが終了している）状況の下、１度目に散水した箇所において、図６（Ａ）よりもレール温度が基準管理温度（Ｋ）以上に上昇する時刻Ｔ２が遅くなる、又はレール温度が基準管理温度（Ｋ）を超えなくなることを示している。
なお、本例では、バッファＢ１，Ｂ２が例えば１５分前後の時間間隔に設定されるが、当該時間は自由に設定できる。例えば、当該列車の遅れ、時刻算定の誤差、気象条件の変化、さらには、車両の散水可能水量（散水タンクの容量、あるいは水の残量）を考慮して、バッファ時間を予め定め、これらの条件に応じて適宜変更しても良い。
【００３０】
〔ステップＳ６〕
ループ回数（ｉ）が予め定めたＮ回となったか否かを判断し、ＮＯの場合にステップＳ７に進み、ＹＥＳの場合にステップＳ８に進む。
【００３１】
〔ステップＳ７〕
ループ回数（ｉ）を１アップさせた後で先のステップＳ３に戻る。
【００３２】
〔ステップＳ８〕
運行ダイヤグラム作成のシミュレーションを所定回（Ｎ回）実行しても計算上のレール温度が低下しないとして、別の対策を講じるように指示を出す。
別の対策としては、レールが高温となる区間／時刻に走行する列車に徐行運転するように指示を出す、列車の運転を中止する又は別の手段で多量の散水を実行する等がある。
【００３３】
そして、本実施形態では、以上のようなフローチャートの中のステップＳ２〜ステップＳ７を繰り返して、基準管理温度Ｋを超えた際のレールへの散水作業を複数回シミュレーションし、そのシミュレーション結果に基づき、レール温度が当該基準管理温度Ｋを超えるか否かを複数判定するとともに、当該基準管理温度Ｋ以下となるまで運行ダイヤグラムＤの立案を繰り返すようにしている。
そして、本実施形態では、このようにして立案された運行ダイヤグラムＤに基づき当該区間に列車からピンポイントで散水をさせるようにしている。
【００３４】
すなわち、本実施形態によれば、レール温度予測システムＳＡを利用してレール温度の変化を予測し、基準管理温度Ｋを超過する場所と時間帯を限定し、少量の散水でその場所と時間帯のレール温度をピンポイントで低下させることができる。
その結果、本実施形態では、ピンポイントの散水により、レール温度を制御することで、巡回や運転規制を不要あるいは減らすことができる。
【００３５】
（変形例）
上記実施形態では、図６に示す運行ダイヤグラムＤにおいて、連続して走行する２本の列車を対として特定域に散水するようにしたが、１本の列車又は３本以上の列車により、特定域に散水する運行ダイヤグラムＤのシミュレーションをしても良い。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、列車の営業線の冷却に使用されてレール温度の過度の上昇を防ぐことができるレール温度管理方法に関する。
【符号の説明】
【００３８】
１  レール温度算出手段
２  高温判定手段
３  特定域判定手段
４  散水計画立案手段
５  散水手段
２０  車両
３０  散水装置
３２  散水ノズル
１００  レール温度管理システム
Ｂ  バッファ
Ｄ  運行ダイヤグラム
Ｋ  基準管理温度
Ｒ  レール  
ＳＡ  レール温度予測システム
【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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