(57)【要約】【課題】屋根上機器監視装置とパンタすり板厚さ測定装置を相互の機能に影響を与える事無く同一支持建造物に設置する。【解決手段】屋根上機器監視のための撮影は、装置支持建造物の中央で行い、パンタすり板厚さ計測のための撮影は、装置支持建造物の外側で行うことにより、パンタすり板撮影時の高輝度ストロボフラッシュが、屋根上機器撮影画像に写りこむことなく同一支持建造物上に屋根上機器監視装置とパンタすり板厚さ測定装置を設置することを可能とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両が走行中に、車両屋根上を監視する屋根上機器監視装置とパンタグラフすり板厚さを測定するパンタすり板厚さ測定装置を備えた鉄道車両用屋根上機器監視測定装置において、
線路を挟んで４本の支柱と前記支柱上部を架線より高い位置で接続する梁とからなる構造部を有し、前記梁のうち線路に対して直角方向の梁に上部にパンタすり板を撮像する複数台のすり板撮像カメラを車両進行方向で梁で囲まれた領域の外側を撮像するように、同じ梁に前記複数台のすり板撮像カメラを挟むようにすり板部を照射するストロボフラッシュを配置し、かつ同じ梁に梁で囲まれた領域内を通過する車両屋根上を撮像するように複数台の屋根上撮像用カメラを配置し、線路と平行方向の梁に梁で囲まれた領域内を照射するように複数台のランプを配置した構成としたことを特徴とする鉄道車両用屋根上機器監視測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の屋根上機器監視測定装置において、
前記構造物は別の位置に車両の進入を検知する車両検知センサと、パンタグラフの通過を検出するパンタ検出センサを設け、前記パンタ検出センサがパンタグラフの通過を検出すると、前記ストロボフラッシュを動作させ同時にすり板撮像カメラで画像を撮影することを特徴とする鉄道車両用屋根上機器監視測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両などの屋根上機器の自動監視およびパンタグラフのすり板厚さの自動測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両の屋根上機器、特にパンタグラフの摩耗の状態をカメラを用いて測定するための装置として、特開平９−２６５５２４号公報等で提案されているものがある。この方法では、画像データからすり板の上端位置とすり板の下端位置及び両者の間隔を求め、求められた間隔に対して前記すり板の上端位置と前記すり板の下端位置に基づいて補正して、厚みを測定することを行っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２６５５２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１では、パンタグラフのすり板の厚みを測定することとのみを目的しており、その他の屋根上機器の状態を監視すること等は考慮していない。また、本特許文献１ではすり板撮像前に、その周囲の明るさ等によりランダムシャッタカメラの輝度を自動調整し、車両が侵入してきたことを、車両検知センサ等が検出すると、照明を点灯して、その状態でパンタグラフ検知センサがパンタグラフの侵入を検出すると複数台のランダムシャッタカメラを動作させてすり板部を撮像するようにしている。この方法では、周囲の明るさの影響を取り除くため、ランダムシャッタカメラという特殊なカメラを用い撮像のたびに輝度調整を必要とする。
【０００５】
一般に屋根上機器の点検は架線の通電を停止し、架線を接地して人が屋根上に登り行ってきたが、複数台のＣＣＤカメラを用いて監視する方法も考えられている。
【０００６】
しかし、屋根上機器を監視する場合の照度をパンタグラフのすり板の計測のための照度と同じにすると明る過ぎて、正確に機器の状態を監視することができない。また、屋根上機器の状態監視の明るさにするとパンタグラフのすり板の状態を精度良く計測することができないという問題がある。そこで、屋根上機器監視には、すり板計測用の照明の影響を極力受けず、かつすり板の摩耗状態も高精度に計測できる装置を実現する必要が有る。
【０００７】
本発明は、特殊なカメラを用いずに、高精度にパンタグラフのすり板の磨耗量の計測が出来、かつ屋根上機器の状態の監視も略同時に行える屋根上機器監視測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、架線より上に設けた梁上に、パンタすり板測定用の複数台のカメラと、屋根上監視用の複数台のカメラを逆向きに設置し、すり板測定用には複数のフラッシュランプを、屋根上監視用には複数のハロゲンランプを設ける構成としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の一実施例を説明する。
図１（ａ）に本発明の屋根上機器監視測定装置の一実施例の側面図を、図１（ｂ）に上面図を示す。
【００１０】
ところで、鉄道車両の線路を挟むように撮像装置支持建造物を設置する場合に、車両の運行や架線から車両への電力供給に影響を与えないために、構造物を堅固に製作する必要がある。また、安全確保のため吊架線の絶縁が必要となる場合もあり、建造に当たっては、相当の技術・時間・資金を要することになる。このため、１つの建造物上に前記屋根上機器監視装置と前記パンタすり板厚さ測定装置の両方を同時に備える構成とする必要がある。
【００１１】
そのため、図１において鉄道車両車庫の入出庫線等に線路１５を挟むように装置支持建造物１を設置する。この装置支持構造物は線路を挟んで４本の支柱１６が立てられ、その支柱１６の上部を接続するビーム（梁）１７、１８とから構成されている。梁は線路に対して平行方向に長い梁１８が２本と、線路に対して直角方向に長い梁１７が２本とからなる。梁１７上には、建造物１の内側に向けて車両２０の屋根上機器監視のために複数の屋根上機器監視カメラ３と、建造物１の外側（車両の進行方向）に向けてパンタすり板厚さ測定用に複数のすり板撮像カメラ２を設置してある。屋根上機器監視カメラ３は、車両屋根上に設置された機器の前後左右を死角無く撮影するため、車両屋根上を斜め方向から向い合うように撮像できるように設置してある。また、本実施例では、屋根上機器の集中している中央部付近を中心に撮像できるように、車両進行方向の正面側を撮影するもう１台のカメラ３を設置してある。さらに、線路と平行に設置された両側の梁１８上には車両の屋根上を照らすために、複数のハロゲンランプからなる屋根上機器監視用照明１１が建造物１の内側に向けて設けてある。
【００１２】
なお、線路に対して直角方向に長い梁１７上のパンタすり板厚さ測定用の複数のカメラ２に連動して作動するストロボフラッシュ１０を、カメラ２を挟んでパンタすり板部を照射するように複数設置してある。
【００１３】
さらに、地上側には車両の編成番号を検知するため無線通信機能を備えた編成番号検知装置９と、車両の進入を検出するための車両検知センサ６及び、パンタグラフ４の通過を検出するためのパンタ検知センサ５等が設けてある。図２に車両検知センサの取付け位置を示す。図２に示すように、車両検知センサ６、７は車両２０の所定の高さの側面に光を当て、その反射光１２の有無によって車両２０の侵入退出を検出する。なお、車上側には編成番号等の情報を非接触で地上側の編成番号検知装置９が報知できるように編成番号情報報知装置８を備えている。
【００１４】
この編成番号情報報知装置８は無線の発信機能を持つものでも、ＩＤタグのように発信機能を持つタグを取り付けても良い。
【００１５】
以上のように、パンタグラフのすり板撮像カメラ２及びストロボフラッシュ１０と、屋根上機器監視カメラ３及び屋根上機器監視用照明１１との向きを、それぞれの照明がそれぞれのカメラに影響を及ぼさないように略逆方向になるように配置することで、高精度の観察及び計測を可能にしたものである。
【００１６】
図３に図１の各機器の制御システム構成の概要を示す。図に示すように、本システムでは、大きく区分するとパンタすり板計測装置３５と屋根上機器撮像装置４５と前記２つの装置からの情報を受取りすり板の厚みを求めたり、屋根上機器の状態を監視する画像を蓄積する情報処理装置５０から構成されている。
【００１７】
パンタすり板計測装置３５は主に、先に述べたようにパンタすり板部を撮像するための複数台のすり板撮像カメラ２と、パンタグラフに所定のタイミングで光を照射する複数台のストロボフラッシュ１０と、所定の位置でパンタの通過を検出するパンタ検知センサ５と前記すり板撮像カメラ２やストロボフラッシュ１０を制御するためのパンタ板厚計測用制御装置３０からなる。制御装置３０にはこの他に、車両検知センサ６、７の信号及び車両編成番号検知装置９からの信号を受信できるようになっている。
【００１８】
また、屋根上機器撮像装置４５は、屋根上機器撮像用の複数台の屋根上機器撮像カメラ３と、車両屋根上を照らし出すための複数のハロゲンランプからなる屋根上機器監視用照明１１と屋根上監視制御装置４０とからなる。さらに、先のパンタすり板計測装置３５でも用いているパンタ検知センサ５と車両検知センサ６、７及び車両編成番号検知装置９を共用して、それらが信号ケーブル等で屋根上監視制御装置４０に接続されている。また、パンタすり板計測装置３５と屋根上機器撮像装置４５とは情報処理装置５０に光ケーブルで接続されている。
【００１９】
この情報処理装置５０では、パンタすり板計測装置３５から画像情報に基づいて、摩耗量を求め異常摩耗を起こしたすり板を検出すると警報を発してすり板交換を促すと共に、摩耗状態からすり板の交換時期を予測し、管理者に報知する機能を備えている。また、屋根上機器撮像装置４５からの画像信号に車両編成番号に合わせて、撮像日時を加えて保存する機能を有している。なお、管理者は動画の状態で屋根上機器の状態を監視もできる機能を備えている。
【００２０】
次に、それぞれの装置の動作の詳細を説明する。
【００２１】
まず、パンタすり板計測装置３５では、まず計測位置に車両２０の進入を車両検知センサ６が検知すると、パンタ検知センサ５がパンタ４の有無の検出を開始し、パンタすり板測定用のカメラ２も同時に撮像可能状態になる。そして、車両進入側のパンタ検知センサ５がパンタグラフ４を検出すると、車両進入側のストロボフラッシュ１０を発光させ、同時に複数のパンタすり板撮像カメラ２がパンタすり板部の撮像を行い、撮影した画像を制御装置３０のメモリに取り込む。取り込まれた画像データは、制御装置３０で画像処理される。その後、車両退出側のパンタ検知センサ５がパンタ４を検出すると車両退出側のストロボフラッシュが１０が発光し、同時に同方向のパンタすり板部を撮像するためのパンタすり板撮像カメラ２がパンタすり板部の撮影を行い、撮影した画像を制御装置３０のメモリに取り込む。そして、前方側と同じく制御装置３０で画像処理される。
【００２２】
この画像処理の手順を図４に示す。図４（ａ）には舟体全体の内、撮像カメラで撮像する範囲の一例を示している。図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）にが像処理の手順を示している。画像処理では、まずすり板の厚さを求めるための基準となるパンタグラフの舟体４ｆとすり板４ｓの結合面ライン４ｂを、撮像した画像の輝度差から検出する。結合面ライン４ｂが求まると、その結合面ライン４ｂが水平になるように画像を回転処理する。回転処理が終了すると、結合面ライン４ｂ垂直上方のすり板側面と、上面エッジを検出して、それらを用いてすり板の厚さを求めている。
【００２３】
なお本実施例では、計測用のカメラとして１４０万画素のものを用い、１つの舟体４ｆを４台のカメラ５ａ、５ｂ、５Ｃ、５ｄで分割してすり板全体をカバーすように撮像した。なお、隣り合うカメラの撮像領域は重なり部分があるようにして、重なり合う領域は一方の撮像データを用いて処理するようにしている。なおこの重なり位置は、カメラを設置したときに、カメラを駆動して撮像し、予め重なり領域を求めておき、一方のデータからこの領域のデータを削除することで、処理している。これにより、本実施例では、約０．２５ｍｍの分解能を得ることができることを確認した。
【００２４】
制御装置３０で画像処理したデータは、別に取り込んだ車両編成番号と一緒に光ケーブルで接続されている情報処理装置５０に伝送され、情報処理装置に設けてある記憶部に記憶される。さらに情報処理装置５０では、以前に測定、記録した同一車両編成番号のすり板の厚さ測定値や測定日時データを用いて、すり板の摩耗状況の変化を求め、交換すべき摩耗量となる日時を予測して、その結果を報知できるようにしてある。さらに計測したすり板の摩耗量がすり板を交換すべき摩耗量に近づいた値を第１の基準値（注意基準値）とし、交換すべき摩耗量を第２の基準値（警告基準値）として設定しておき、これらの基準値を測定値が超えた場合それぞれその状態を報知するようにしている。すなわち、第１の基準値と第２の基準値の間の値のときは注意警報を、第２の基準値を超えた場合は、警告警報を発するようにしてある。また、すり板が異常摩耗を起こしていたり、表面異常を起こしている場合は、直ちに警報を発するようにしてある。
【００２５】
次に、屋根上機器撮像装置４５の動作について説明する。
屋根上機器撮像装置４５は、図１に示すように３台の屋根上機器撮像用のカメラ３を前方正面、前方斜め、後方斜めに設置して屋根上機器監視測定装置の設置して部分に進入してくる車両２０の屋根上を３方から死角がないように撮影する。
【００２６】
まず、車両検知センサ６が車両２０の侵入の検知信号を制御装置４０に入力すると、制御装置４０は屋根上照明用のハロゲンランプ１１を自動点灯させる。そして、所定時間経過後（車両検知センサ位置から撮像位置に車両が移動する時間）に撮像を開始する。屋根上撮像用のカメラ３は走行中の車両の屋根上を高精細に撮影するために、本実施例では１／２０００のシャッタスピードで１秒間に１５フレーム撮影できるものを使用している。また、高速シャッタで撮影するために、撮影ポイントの照度を５０００ルクス以上確保できるように、５００Ｗのハロゲンランプを１０灯用いるようにしている。
【００２７】
各カメラで撮影した画像データは、情報処理装置５０に光ケーブルを介して送信され、そこで、別設のモニタ装置に表示すると共に、車両編成番号及び撮像日時と一緒に動画及び静止画がデータ圧縮され記憶される。管理者はモニタ画面を見て、動画又は静止画の状態で屋根上機器の状態を繰り返し観察することが可能となり静止画の拡大縮小表示により車両屋根上の状態を詳細に確認できる効果がある。また、点検作業のために架線の通電を停止して架線を接地し、人が屋根上に登る必要がなくなる。その他、パンタ検知センサ５’  の信号にてパンタグラフの通過時間を知ることができ、パンタグラフ通過した時のフレーム数を検出して記録しておき、最も屋根上機器の集中しているパンタグラフ周辺の画像を、すばやく検索し表示することができるようにしている。又、撮像日時や車両編成番号に基づいて撮影した画像を簡単にモニタに呼び出すことが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明では屋根上機器監視用のカメラと照明及び、パンタすり板の厚さ測定用のカメラとストロボを１つの構造物に設置して、車両を１回通過するときに両方の撮像を実施でき、点検の時間を短縮できる。また、車両検知センサや編成番号検知装置などの機器も共有化できるため、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】屋根上機器監視装置およびパンタすり板厚さ測定装置の構成を示す図である。
【図２】車両検知センサ設置位置の説明図である。
【図３】屋根上機器監視測定装置の信号処理系を示した図である。
【図４】パンタすり板の厚みを求める概略手順を示した図である。
【符号の説明】
１…装置支持建造物、２…パンタすり板測定用カメラ、３…屋根上機器監視用カメラ、４…パンタグラフ、５…パンタ検知センサ、６…車両検知センサ（進入側）、７…車両検知センサ（進入側）、８…編成番号情報発信装置、９…編成番号検知装置、１０…ストロボフラッシュ、１１…屋根上機器監視用照明、５’…屋根上機器監視用パンタ検知センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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