(57)【要約】【課題】少なくとも２台以上のカメラから撮影された映像を用いて軌道に沿って配設された鉄道設備の建築限界を確認する鉄道設備管理装置を提供する。【解決手段】車体に鉄輪を有し軌道上を走行可能な軌道走行車両２０に、軌道に沿って延びる鉄道設備（例えば架線Ｋ）を撮影するように車体に配設され鉄道設備の映像を出力する少なくとも２台のカメラ１１と、これらのカメラ１１から出力された映像を記憶する記憶手段１２と、記憶手段１２に記憶された映像を処理して被撮像体ＯＢＪの３次元情報を出力する画像処理手段１３と、鉄道設備に対する基準領域Ｓの３次元情報を設定する領域設定手段１５と、被撮像体ＯＢＪの３次元情報と基準領域Ｓの３次元情報とを比較して基準領域Ｓ内にある被撮像体ＯＢＪを出力する比較手段１５とを有するように鉄道設備管理装置１０を構成する。【選択図】  図１
2004352107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に鉄輪を有し軌道上を走行可能な軌道走行車両に設けられる鉄道設備管理装置であって、
前記軌道に沿って配置される鉄道設備を撮影するように前記車体に配設され前記鉄道設備の映像を出力する少なくとも２台のカメラと、
前記カメラから出力された映像を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された映像を処理して前記鉄道設備の３次元情報を出力する画像処理手段と、
前記鉄道設備に対する建築限界内の基準領域の３次元情報を設定する領域設定手段と、
前記鉄道設備の３次元情報と前記基準領域の３次元情報とを比較して、前記基準領域内にある前記鉄道設備を出力する比較手段とを有するように構成したことを特徴とする鉄道設備管理装置。
【請求項２】
表示装置を有し、
前記鉄道設備と前記基準領域とを重ねて前記表示装置に表示するとともに、前記比較手段から出力された前記基準領域内にある前記鉄道設備を区別して前記表示装置に表示する表示手段を有するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道設備管理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体に鉄輪を有し軌道上を走行可能な軌道走行車両に設けられ、この軌道に沿って配置される鉄道設備の建築限界を確認するための鉄道設備管理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気動力で電気車を走行させる電気鉄道において、この電気車に電力を供給するためや電気車を安全に運行するために軌道に沿って鉄道設備が配置されている。この鉄道設備は、電柱やトラスビーム等の支持物、または信号機等の運行指令設備その他の設備で構成されている。軌道走行車両が軌道上を走行する際に、軌道走行車両が通過する空間にこのような鉄道設備が存在すると、走行の障害物となり安全性が損なわれるために、軌道上の空間に仮想の建築限界線を設け、この建築限界線より軌道側に鉄道設備が入らないように設置する必要がある。
【０００３】
そのため、全ての鉄道設備がこの建築限界線より外側に設置されているかを確認するために、軌道上に検査車両を走行させて検査を行っている。この検査車両は支持物、または他の障害物の位置を測定することにより、建築限界線内に存在する障害物の検出を行っている。軌道上の鉄道設備の位置を測定する方法としては、車体の周囲に接触子を出してこの接触子によって鉄道設備の状況を検出するおいらん電車と呼ばれている検査車両を用いる方法や、レーザ光線を全周方向に照射して鉄道設備までの距離を求める方法等が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、この障害物としては、上述の鉄道設備だけでなく、軌道の周辺にある樹木や建築物等も対象となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９４５２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のおいらん電車による方法やレーザ光線による方法での障害物の検出は、いずれも検査用車両を低速で走行させなければならず、長大な軌道に対して検査を行うために、検査に時間がかかるという課題があった。このような検査は、通常、乗降客等が利用しない深夜に行われるため、限られた時間内で効率良く検査を行う必要がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、軌道走行車両に配設された少なくとも２台以上のカメラから、軌道走行車両を通常の速度で走行させて軌道上の映像を撮影し、この映像から軌道に沿って配設された鉄道設備の建築限界を確認する鉄道設備管理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る鉄道設備管理装置は、車体に鉄輪を有し軌道上を走行可能な軌道走行車両に設けられるものであり、軌道に沿って配置される鉄道設備（例えば、実施形態における架線Ｋ等の被撮像体ＯＢＪ）を撮影するように車体に配設され鉄道設備の映像を出力する少なくとも２台のカメラと、これらのカメラから出力された映像を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された映像を処理して鉄道設備の３次元情報を出力する画像処理手段と、鉄道設備に対する建築限界内の基準領域の３次元情報を設定する領域設定手段と、鉄道設備の３次元情報と基準領域の３次元情報とを比較して基準領域内にある鉄道設備を出力する比較手段とを有するように構成される。
【０００８】
このような構成によれば、軌道に沿って延びる鉄道設備を、軌道走行車両（検査車両）を走行させてカメラで撮影することにより、その映像から基準領域内にある障害物（建築限界線を越えて軌道側に位置する鉄道設備）の検出を行うことができるため、この検査のための検査車両の走行は通常の速度で行うことができる。また、映像での検査が可能なため、軌道に沿って並ぶ鉄道設備の撮影とその映像を用いて行う鉄道設備の建築限界の確認とを別に実施できるので、検査実施の自由度が高くなる。また、映像を用いているため、過去の検査映像との比較や、設備状況の確認を行うことができ、さらに、実際の現場に行かなくても検査を行うことができる。
【０００９】
なお、本発明に係る鉄道設備管理装置が表示装置を有し、鉄道設備と基準領域とを重ねて表示装置に表示するとともに、比較手段から出力された基準領域内にある鉄道設備を区別して表示する表示手段を有するように構成することが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、鉄道設備と基準領域（建築限界線）を重ねて表示装置に表示するとともに、この基準領域内にある鉄道設備を例えば表示する色を変える等の区別をして重ねて表示するため、基準領域内にある障害物の確認を容易にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る鉄道設備管理装置を軌道走行車両に搭載した場合について示している。鉄道設備管理装置１０は、軌道（鉄道レール）Ｒ上を走行可能な軌道走行車両２０（以下、「検査車両２０」と呼ぶ）に配設されており、少なくとも２台のカメラ１１と、コンピュータ１８及び表示装置１７とから構成されている。このコンピュータ１８はカメラ１１からの映像を記憶するとともに、この記憶した映像を処理して３次元情報を生成し、軌道上の障害物を検出するために用いられる。そのため、コンピュータ１８において、記憶手段１２と、画像処理手段１３と、比較手段１４と領域設定手段１５及び表示手段１６が実行される。なお、図１では記憶手段１２、画像処理手段１３、比較手段１４、領域設定手段１５及び表示手段１６を１台のコンピュータ１８で実現する場合を示しているが、各手段毎あるいはいくつかの手段をまとめて複数のコンピュータ若しくは専用の機器で実現するように構成することも可能である。
【００１２】
本発明に係る鉄道設備管理装置１０は、図２に示す通り、少なくとも２台のカメラ１１で軌道Ｒに沿って配置されている鉄道設備（架線Ｋ等）や樹木、建物等（以下、「被撮像体ＯＢＪ」と呼ぶ）の映像を検査車両２０を走行させて撮影して記憶手段１２に記憶し、その記憶した映像から被撮像体ＯＢＪの３次元情報を得て、建築限界線Ｌを越えて軌道Ｒ側（つまり基準領域Ｓ内）にある障害物Ｅを検出するものである。そのため、少なくとも２台のカメラ１１は、その撮影方向が検査車両２０の進行方向前方若しくは後方に向けられて配設されており、かつ、全てのカメラ１１が予め設定された領域（例えば、図３に示す計測エリアＡ）内の同一の被撮像体ＯＢＪを撮影可能なように配置されている。
【００１３】
画像処理手段１３は記憶手段１２に記憶された複数のカメラ１１の映像を処理して被撮像体ＯＢＪの３次元情報（例えば、検査車両２０を基準に求められるＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標値）を出力する。また、領域設定手段１５では、予め決められた基準領域Ｓ（図２に示すように、建築限界線Ｌで囲まれた領域）の３次元情報が設定される。そして、画像処理手段１３で求められた被撮像体ＯＢＪの３次元情報と領域設定手段１５で設定された基準領域Ｓの３次元情報とを比較手段１４で比較することにより、建築限界線Ｌを越えて基準領域Ｓに入っている被撮像体ＯＢＪ、つまり、障害物Ｅを検出することができ、この障害物Ｅの情報（３次元情報）を得ることができる。表示手段１６では、画像処理手段１３で求められた被撮像体ＯＢＪの３次元情報と、領域設定手段１５で設定された基準領域Ｓ及び比較手段１４で検出された障害物Ｅの三次元情報を重ね合わせて一つの画像とし、表示装置１７に出力するように構成されている。
【００１４】
このような構成によると、検査車両２０から通常の速度で撮影した映像を用いて求めた３次元情報から、被撮像体ＯＢＪと建築基準線Ｌから構成される基準領域Ｓとを重ね合わせて見ることができ、さらに、この基準領域Ｓ内にある被撮像体ＯＢＪ（建築基準線Ｌを越えて基準領域Ｓ内にある障害物Ｅ）を映像上で確認することができる。
【００１５】
次に、複数のカメラ１１で撮影した映像から被撮像体ＯＢＪの３次元情報を得る方法について説明する。複数のカメラ１１で撮影した映像から被撮像体ＯＢＪの３次元情報を算出するためには、各カメラ１１の設置条件、例えば各カメラ１１から被撮像体ＯＢＪへの距離、複数のカメラ１１の設置角度、また、各カメラ１１のレンズの焦点距離などのカメラ定数と呼ばれる値を予め測定しておかけなければならない。しかしながら、これらのカメラ定数を正確に求めることは困難であるため、各カメラ１１で撮影した映像からカメラ定数を求めるＤＬＴ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｌｉｎｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）法と呼ばれる方法が知られている。ＤＬＴ法は、コントロールポイントと呼ばれる既知の３次元座標を持つ点を撮影しその画像からカメラ定数を求めるという特徴を有している。従って、カメラ定数を直接測定しなくとも求めたカメラ定数を用いて被撮像物ＯＢＪの３次元情報を得ることができる。
【００１６】
そのため、本発明に係る鉄道設備管理装置１０では、検査を開始する前に、コントロールポイントを各カメラ１１から撮影してキャリブレーション画像を取得する。例えば、図３に示すように２台のカメラ１１Ｌ，１１Ｒから計測エリアＡをカバーする枠（スケルトン）を用いて、その角や中心にマーク（球体のように、カメラの位置が変わってもその中心位置が変わらないもの）を設けカメラ１１（１１Ｌ，１１Ｒ）から撮影する。なお、キャリブレーション画像を取得する作業の前後に、コントロールポイントの位置情報を取得する必要があり、光波距離計等で測定を行う。なお、本発明がＤＬＴ法に限定されるものでは無く、他の計測手法を用いることも可能である。
【００１７】
コントロールポイントを用いたキャリブレーション画像を撮影したら、所定の検査領域において検査車両２０を走行させて複数のカメラ１１で軌道Ｒ上の映像を撮影する。カメラ１１で撮影された映像は、検査車両２０に搭載されたコンピュータ１８の記憶手段１２で記憶される。なお、記憶手段１２は、コンピュータ１８のハードディスク等にデジタル情報として記憶するように構成しても良いし、ビデオテープに映像を記憶するように構成しても良い。なお、このように複数のカメラ１１で撮影された映像は、後述の画像処理手段１３で３次元情報得るために、時刻の同期を取る必要があるため、カメラ１１間で電気的に同期を取り、映像と合わせてこの同期情報を記憶手段１２で記憶するように構成することが好ましい。
【００１８】
以上のように検査車両２０を走行させて撮影した映像から、３次元情報を取り出して基準領域Ｓ内にある障害物Ｅの検出を行う。画像処理手段１３は、記憶手段１２に記憶された映像を取り出し、複数のカメラからの画像を用いて軌道Ｒ上の被撮像体ＯＢＪの３次元情報を算出する。このとき、カメラ１１から撮影した映像には軌道Ｒ上の鉄道設備だけでなく、周囲の建物等の風景も合わせて撮影されている。そのため、図３に示すように予め画像処理の対象とする計測エリアＡをカメラ１１（１１Ｌ，１１Ｒ）に対して定めておき、この範囲内の被撮像体ＯＢＪに対して処理をするように画像処理手段１３は構成されている。なお、計測エリアＡは、上述の軌道Ｒを含む基準領域Ｓが含まれるように設定されている。また、上述のキャリブレーション画像からカメラ定数を求める処理も、この画像処理手段１３で行われる。
【００１９】
画像処理手段１３では、複数のカメラ１１で撮影された映像から同一の被撮像体ＯＢＪを特定してその３次元情報を算出する。同一の被撮像体ＯＢＪを特定する方法としては、例えば図３に示すように左右に配設された２台のカメラ１１Ｌ，１１Ｒで撮影した映像を上述の同期情報を元に記憶手段１２から取り出して相互に参照し、水平な姿勢位置で、水平ラインの左右情報を相互に比較し、コントラスト最大、若しくは、同一色情報等の最大値に合致させるように比率変更や移動を行い撮影されている被撮像体ＯＢＪを特定する。そして、この処理を画像の縦方向に繰り返すことで、被撮像体ＯＢＪの疑似立体データ（３次元情報）を得ることができる。なお、映像から被撮像体ＯＢＪを特定する場合、各被撮像体ＯＢＪの特徴的なポイントが一致していないと計測誤差を発生するため、操作者が目視で映像を確認して、この映像上で３次元情報を得る被撮像体ＯＢＪを指定するように構成することも可能である。
【００２０】
一方、領域設定手段１５は、カメラ１１で撮影された映像に対して、基準領域Ｓの３次元情報を設定する。図３に示すように、カメラ１１（１１Ｌ，１１Ｒ）の設置位置が決まると、計測エリアＡも決まるため、この計測エリアＡに対して建築限界線Ｌを定義して基準領域Ｓを設定することができる。しかし、軌道Ｒは直線状に延びるだけでなく、カーブ等が存在するため、計測エリアＡの車両進行方向長さを大きく取ると誤差が大きくなる場合がある。そのため、画像処理手段１５で軌道Ｒの３次元情報を取得し、この軌道Ｒの位置から建築限界線Ｌを演算式を用いて求めて基準領域Ｓの３次元情報を設定するように構成することもできる。
【００２１】
比較手段１４は、画像処理手段１３で求められた被撮像体ＯＢＪの３次元情報と、領域設定手段１５で設定された基準領域Ｓの３次元情報とを比較して、基準領域Ｓ内にある障害物Ｅ（建築限界線Ｌを越えて軌道Ｒ側にある被撮像体ＯＢＪの部分）を出力する。この比較処理も図３に示す計測エリアＡ内にある被撮像体ＯＢＪに対して行われる。すなわち、図３に示すＸＹ断面Ａ′をＺ軸方向に移動させて、この断面Ａ′内での被撮像体ＯＢＪと基準領域Ｓを順に比較して障害物Ｅを検出する。１台のカメラの映像から、例えば図２に示す断面Ａ′の情報を求めて建築限界を確認する方法もあるが、カメラの映像は連続する画像（コマ）から構成されているため、コマとコマの間に存在する被撮像体ＯＢＪは検出できないという問題がある。一方、本発明に示すように、複数のカメラ１１から３次元情報を求めると、所定の空間内（計測エリアＡ）にある被撮像体ＯＢＪの情報が得られるため、そのような映像のコマの問題は発生しない。
【００２２】
表示手段１６は、画像処理手段１３で求められた被撮像体ＯＢＪの３次元情報と領域設定手段１５で設定された基準領域Ｓの３次元情報とを重ね合わせて３次元画像を生成し、表示装置１７に出力する。この３次元画像に表示される被撮像体ＯＢＪはその輪郭線が抽出されたワイヤーフレーム画像等で表現される。このとき、比較手段１４で障害物Ｅが検出されたときは、その部分の色を変えて表示すると、表示装置１７上での確認が容易になる。
【００２３】
以上のような構成によれば、複数のカメラ１１で撮影した映像を用いるため、実運用の速度で鉄道設備の建築限界が確認できる。また、映像での検査が可能なため、軌道に沿って並ぶ鉄道設備の撮影とその映像を用いて行う鉄道設備の建築限界の確認とを別に実施できるので、検査実施の自由度が高くなる。また、映像を用いているため、過去の検査映像との比較や、設備状況の確認を行うことができ、さらに、実際の現場に行かなくても検査を行うことができる。
【００２４】
なお、上述の実施例では、表示手段１６において被撮像体ＯＢＪの３次元情報から３次元画像を生成して表示装置１７に出力するように構成した場合を説明したが、記憶手段１２に記憶された映像のうち、いずれか一つのカメラ１１の映像を表示装置１６に表示し、その映像の上に領域設定手段１５で設定した基準領域Ｓ（建築限界線Ｌ）と比較手段１４で検出した障害物Ｅを重ねて（スーパーインポーズで）表示するように構成することも可能である。このように構成すると、実際にカメラで撮影した映像の上に、基準領域Ｓ（建築限界線Ｌ）とこの基準領域Ｓ内にある障害物Ｅを重ねて表示できるため、その障害物Ｅを含む近傍の状況等の確認が容易になる。また、複数のカメラ１１の映像を合成して、仮想的にカメラ１１の位置を任意の位置に変更した映像を出力可能なように構成すれば、表示装置１７上で、仮想的に障害物Ｅの撮影角度変えて表示することができるため、障害物Ｅ及びその近傍の状況の確認がより容易になる。
【００２５】
また、上述の実施例では、検査車両２０に鉄道設備管理装置１０を搭載した場合について説明したが、検査車両２０には、複数のカメラ１１と記憶手段１２のみを搭載して軌道Ｒ上の映像を撮影するように構成し、別の場所に設置された画像処理手段１３、比較手段１４、領域設定手段１５、表示手段１６及び表示装置１７に記憶手段１２に記憶された映像を渡して、そこで障害物Ｅの検出をするように構成することも可能である。
【００２６】
さらに、上述の実施例では、一旦、記憶手段１２に映像を記憶し、記憶された映像を読み出して、障害物Ｅを検出するように構成した場合について説明したが、カメラ１１で映像を撮影しながら、リアルタイムでその映像を処理して障害物Ｅを検出するように構成することも可能である。この場合検査車両２０を走行させながら障害物Ｅを検出することができるので、例えば、障害物Ｅが検出された時点で検査車両２０の走行を止めて目視で現場の確認等を行うことができる。また、検査車両２０の代わりに、トラック車両をベースに切り替え可能な鉄輪を備え、地上はトラック車両が有する車輪で走行し、軌道上は鉄輪を用いて走行可能なように構成された軌陸作業車に本発明に係る鉄道設備管理装置１０を搭載することも可能である。この軌陸作業車はその車体上に高所作業装置等を有しているため、障害物Ｅを検出した際に、この高所作業装置を用いて作業者が点検・補修を行うことができるため、作業の効率化を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる鉄道設備管理装置は、軌道走行車両上に設けられた少なくとも２台のカメラから軌道に沿って配置された鉄道設備の映像を撮影し、この映像から軌道上にある鉄道設備の３次元情報を得て建築限界線を越えて軌道側にある鉄道設備を検出可能なように構成しているため、映像は所定の速度で軌道走行車両を走行させて撮影することができる。また、映像での検査が可能なため、軌道に沿って並ぶ鉄道設備の撮影とその映像を用いて行う鉄道設備の建築限界の確認とを別に実施できるので、検査実施の自由度が高くなる。また、映像を用いているため、過去の検査映像との比較や、設備状況の確認を行うことができ、さらに、実際の現場に行かなくても検査を行うことができる。
【００２８】
また、鉄道設備と基準領域（建築限界線）を重ねて表示装置に表示するとともに、この基準領域内にある鉄道設備を例えば表示する色を変える等の区別をして重ねて表示するように構成すれば、基準領域内にある障害物の確認を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄道設備管理装置の一例を示す模式図である。
【図２】２台のカメラで撮影した映像と３次元情報との関係を示す説明図であり、（Ａ）は左のカメラで撮影した映像であり、（Ｂ）は右のカメラで撮影した映像であり、（Ｃ）は３次元情報から被撮像体と基準領域を重ねて表示した映像である。
【図３】２台のカメラと測定エリアの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  鉄道設備管理装置
１１  カメラ
１２  記憶手段
１３  画像処理手段
１４  比較手段
１５  領域設定手段
１６  表示手段
１７  表示装置
２０  軌道走行車両
Ｒ  軌道
Ｋ  架線（鉄道設備）
ＯＢＪ  被撮像体（鉄道設備）
Ｓ  基準領域
【図１】
2004352107.tif 000003
【図２】
2004352107.tif 000004
【図３】
2004352107.tif 000005