(57)【要約】【課題】着氷雪の３次元的（着氷雪体積）計測が可能であり、正確な着氷雪量を計測することができる移動体の着氷雪量の測定方法及び装置を提供する。【解決手段】移動体の着氷雪量を測定したい領域にレーザシート光５が照射されるように配置されるレーザシート光源４とその照射される領域を撮像する高速度カメラ６を有する光学系装置３と、この光学系装置３の出力データに基づいて得られる着氷雪に関する３次元形状データから着氷雪体積を得るデータ処理装置７と、このデータ処理装置７に接続される出力装置１２とを具備する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）移動体の着氷雪量を測定したい領域に、予め着氷雪前にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像して、該高速度カメラからの光切断線像を、データ処理装置によって３次元形状データに変換し、その３次元形状データを前記データ処理装置に記憶させ、
（ｂ）着氷雪後、前記移動体の測定したい領域にレーザシート光を照射し、
（ｃ）前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、
（ｄ）前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって３次元形状データに変換し、該着氷雪後の３次元形状データから前記着氷雪前の３次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、
（ｅ）該着氷雪体積を出力することを特徴とする移動体の着氷雪量の測定方法。
【請求項２】
（ａ）予め移動体の図面に基づいて移動体の着氷雪量を測定したい領域の３次元形状データをデータ処理装置に記憶させ、
（ｂ）着氷雪後、前記移動体の測定したい領域にレーザシート光を照射し、
（ｃ）前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、
（ｄ）前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって３次元形状データに変換し、該着氷雪後の３次元形状データから前記移動体の図面より求めた着氷雪前の３次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、
（ｅ）該着氷雪体積を出力することを特徴とする移動体の着氷雪量の測定方法。
【請求項３】
（ａ）移動体の着氷雪量を測定したい領域にレーザシート光が照射されるように配置されるレーザシート光源とその照射される領域を撮像する高速度カメラを有する光学系装置と、
（ｂ）該光学系装置の出力データに基づいて着氷雪に関する３次元形状データから着氷雪体積を得るデータ処理装置と、
（ｃ）該データ処理装置に接続される出力装置とを具備することを特徴とする移動体の着氷雪量の測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記移動体が鉄道車両であることを特徴とする移動体の着氷雪量の測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記の光学系装置が駅構内のホーム下に配置されることを特徴とする移動体の着氷雪量の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の着氷雪量の測定方法及び装置に係り、特に、レーザシート光を用いた光切断方式によって、鉄道車両等の移動体に形成された着氷雪の量を測定する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の着氷雪量の計測は、特に、鉄道分野において行われている。
【０００３】
積雪地域では、車両着氷雪の落下に伴うバラスト飛散により窓ガラス破損等の車両破損を引き起こすことがあり、列車運行の安全性にとって大きな問題となっている。このため、一部の路線では、頻繁な融雪作業や着氷雪除去作業、及び列車速度規制等の対策がとられている。
【０００４】
鉄道車両の着氷雪量測定に関する従来技術としては、下記特許文献１〜３に開示したようなものがあり、高速度カメラにより車両床下の着氷雪状況を監視するもの（下記特許文献１）、超音波センサで特定部位の着氷雪厚さを測定するもの（下記特許文献２）、光ビーム遮断方式により床下機器の着氷雪厚さを測定するもの（下記特許文献３）がある。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２７７４３９２号
【特許文献２】
特公平６−２５６６４号
【特許文献３】
特許第３２７３８３１号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術は、車両着氷雪の１次元的（着氷雪厚さ）又は２次元的（着氷雪断面積）計測であり、正確な着氷雪量の測定が行われていないといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を除去し、着氷雪の３次元的（着氷雪体積）計測が可能であり、正確な着氷雪量を計測することができる移動体の着氷雪量の測定方法及び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】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕移動体の着氷雪量の測定方法において、移動体の着氷雪量を測定したい領域を予め着氷雪前にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像して、前記高速度カメラからの光切断線像を、データ処理装置によって３次元形状データに変換し、その３次元形状データを前記データ処理装置に記憶させ、着氷雪後に移動体の前記測定したい領域の着氷雪にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって３次元形状データに変換し、この着氷雪後の３次元形状データから前記着氷雪前の３次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、この着氷雪体積を出力することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕移動体の着氷雪量の測定方法において、予め移動体の図面に基づいて移動体の着氷雪量を測定したい領域の３次元形状データをデータ処理装置に記憶させ、着氷雪後に移動体の前記測定したい領域の着氷雪にレーザシート光を照射し、前記レーザシート光が照射される領域を高速度カメラで撮像し、前記高速度カメラからの光切断線像を前記データ処理装置によって３次元形状データに変換し、この着氷雪後の３次元形状データから前記移動体の図面より求めた着氷雪前の３次元形状データを差し引くことにより着氷雪体積を得て、この着氷雪体積を出力することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕移動体の着氷雪量の測定装置において、移動体の着氷雪量を測定したい領域にレーザシート光が照射されるように配置されるレーザシート光源とその照射される領域を撮像する高速度カメラを有する光学系装置と、この光学系装置の出力データに基づいて着氷雪に関する３次元形状データから着氷雪体積を得るデータ処理装置と、このデータ処理装置に接続される出力装置とを具備することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔３〕記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記移動体が鉄道車両であることを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔４〕記載の移動体の着氷雪量の測定装置において、前記の光学系装置が駅構内のホーム下に配置されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例の移動体の着氷雪量の測定システムの全体構成図、図２はその要部の模式図である。
【００１５】
これらの図において、１は移動体としての鉄道車両、２はその鉄道車両１の着氷雪量を測定したい領域（例えば、台車側面）、３は光学系装置であり、この光学系装置３は例えば、鉄道車両１の駅構内のホーム下に配置される。つまり、そのホームに入る鉄道車両１の着氷雪量を測定したい領域２へレーザシート光５を照射するレーザシート光源４とそのレーザシート光５が照射される領域を撮像する高速度カメラ６が備えられる。ここでは、その着氷雪量を測定したい領域２の側面にレーザシート光５を直角に照射し、光切断線像を斜めから高速度カメラ６で撮像する。７はデータ処理装置であり、高速度カメラ６からの出力データ（光切断線像）をインタフェース８を介して取り込んで、中央処理装置（ＣＰＵ）１０によって、着氷雪体積を求めて、インタフェース１１を介して出力装置（例えば、表示装置）１２に出力する。なお、レーザシート光源４からのレーザシート光５の照射と、高速度カメラ６による撮像は、データ処理装置７の中央処理装置（ＣＰＵ）１０の制御によりインタフェース８を介して同期をとるように構成されている。
【００１６】
以下に、この着氷雪量測定システムを用いた場合の具体的な測定手順を説明する。
（１）駅に進入してくる鉄道車両１（無着氷雪時）に対して、車軸検知等の手法を用いて着氷雪量を測定したい領域２（ここでは台車側面）の速度及び位置を明らかにする。
（２）着氷雪量を測定したい領域２がレーザシート光源４の位置に達するのと同時に、レーザシート光５を着氷雪量を測定したい領域２へ向けて垂直に照射し、高速度カメラ６を用いて着氷雪量を測定したい領域２の光切断線像を斜めから取得する。
（３）着氷雪量を測定したい領域２の移動速度が上記（１）によりわかれば、高速度カメラ６によって得られた各画像が着氷雪量を測定したい領域２のどの位置の光切断線像であるか特定することができる。
（４）得られた光切断線像は、台車側面の凹凸を反映して屈曲または不連続な曲線となっており、光切断法の原理から光切断線像上の任意点の３次元座標（Ｘ１  ，Ｙ１  ，Ｚ１  ）（座標系は図１及び図２に示したように、着氷雪量を測定したい領域２の移動方向をｘ軸にとる）が中央処理装置（ＣＰＵ）１０によって得られるので、これを記憶装置９に記憶させる。
（５）上記（１）〜（４）を着氷雪状態にある着氷雪量を測定したい領域２に対して行うことにより光切断線像上の任意の点の３次元座標（Ｘ２  ，Ｙ２  ，Ｚ２  ）を中央処理装置（ＣＰＵ１０）によって求め、記憶装置９に記憶させることができる。
（６）記憶装置９に記憶させた無着氷雪時及び着氷雪時の３次元座標を用いて、Ｘ１  ＝Ｘ２  かつＺ１  ＝Ｚ２  なる条件のもとで、着氷雪時に得られたｙ座標Ｙ２  と無着氷雪時に得られたｙ座標Ｙ１  との差（Ｙ２  −Ｙ１  ）を中央処理装置（ＣＰＵ）１０によって求めることにより、着氷雪のｙ方向の厚さが得られる。このようにして得られるｘ−ｚ面上の多数の着氷雪厚さ（Ｙ２  −Ｙ１  ）を中央処理装置（ＣＰＵ１０）によって面的に積分することで着氷雪体積を計算することができる。
【００１７】
高速度カメラを用いて光切断線像を撮像する場合には、高速度カメラの撮影速度は移動体の移動速度に依存する。例えば、秒速１０ｍ／ｓで走行している移動体を測定対象とすると、移動方向に対して０．１ｍ間隔でデータを取得したい場合には最低１秒間に１００コマ取得できるカメラが必要である。
【００１８】
また、移動体が静止している状態においても、光学系装置３を所定の速度でｘ方向に移動させることによって、光切断線像の取得が可能である。
【００１９】
レーザシート光源は、移動体表面、着氷雪表面での反射強度を考慮して、出射強度およびレーザ光周波数が決められる。
【００２０】
データ処理装置は、光学系装置の制御及びデータ処理を行う中央処理装置を備えるとともに、取得データ、処理データ、制御データを記憶する記憶装置を備えている。
【００２１】
また、出力装置としての表示装置は、算出された着氷雪量（体積）を数値で示すとともに、移動体のどの部分に着氷雪が形成されているかがわかるように図化（ビジュアル化）し表示する。
【００２２】
なお、このようにして得られた着氷雪体積が設定した参照量を超える場合には、着氷雪している領域の着氷雪を除去する（例えば、機械的除去や予め配置された温水融雪装置などにより）措置をとることができる。
【００２３】
図３は本発明の装置によって得られた台車側面の着氷雪分布の一例を示す図である。この図において、網掛け部分は着氷雪厚さ５ｃｍ以上の領域を表している。なお、図３において、２１は台車枠、２２は車輪、２３はレールを示している。
【００２４】
また、光学系装置は、駅構内のホーム下のみでなく、降雪に影響されないトンネル内や屋根付きの観測点などに設置するようにしてもよい。
【００２５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、着氷雪の体積と部位をリアルタイムで自動的に評価することができる。
【００２７】
その評価にしたがって、着氷雪対策（列車速度規制、着氷雪除去作業等）の早期対応やタイミングの判断に活用することができ、列車運行の安全性向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の移動体の着氷雪量の測定システムの全体構成図である。
【図２】本発明の実施例の移動体の着氷雪量の測定装置の要部の模式図である。
【図３】本発明の装置によって得られた台車側面の着氷雪分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
１    移動体としての鉄道車両
２    着氷雪量を測定したい領域（台車側面）
３    光学系装置
４    レーザシート光源
５    レーザシート光
６    高速度カメラ
７    データ処理装置
８，１１    インタフェース
９    記憶装置
１０    中央処理装置（ＣＰＵ）
１２    出力装置（表示装置）
２１    台車枠
２２    車輪
２３    レール
【図１】
2005037174.tif 000003
【図２】
2005037174.tif 000004
【図３】
2005037174.tif 000005