(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道上を走行する車両に設置され、上記車両の少なくとも左右方向および上下方向の加速度を検出するための加速度センサーと、
上記車両に設置されるＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを有し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信するＧＰＳ信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の走行距離を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析システム。
【請求項２】
軌道上を走行する車両に設置され、上記車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する３軸加速度センサーと、
上記車両に設置されるＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを有し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信するＧＰＳ信号により取得される位置情報と上記３軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の走行距離を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析システム。
【請求項３】
上記ＧＰＳ信号により取得される位置情報を、上記車両の前後方向の加速度を２回積分することにより得られる位置情報により補完することを特徴とする請求項２記載の車両走行動揺解析システム。
【請求項４】
上記車両の走行距離を補正する際に線路データベースおよび位置補正データベースを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の車両走行動揺解析システム。
【請求項５】
上記軌道上の選択された位置の緯度および経度を上記ＧＰＳ受信機により取得し、その近似地点を上記車両が通過した時に上記車両の走行距離を補正する機能を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の車両走行動揺解析システム。
【請求項６】
軌道上を走行する車両の少なくとも左右方向および上下方向の加速度を検出するための加速度センサーとＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを上記車両に設置し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信する信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の走行距離を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析方法。
【請求項７】
軌道上を走行する車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する３軸加速度センサーとＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを上記車両に設置し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信する信号により取得される位置情報と上記３軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置情報を補正するとともに、上記車両が駅に停止している時に計測者により入力される駅停止信号および上記車両が構造物を通過する時に計測者により入力される構造物信号により上記車両の走行距離を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、車両走行動揺解析システムおよび車両走行動揺解析方法に関し、特に、鉄道車両の走行試験において軌道の状態を動的動揺測定で記録解析するのに適用して好適なものである。
【背景技術】  鉄道車両の走行試験において軌道の状態を動的動揺測定で記録解析することは、軌道の状態を正確に把握し、状態が悪い場合には適切な処置を施すことで軌道を良好な状態に維持し、乗客の乗り心地を良くしたり、車両の安全運転を実現する上で重要である。この動的動揺測定では、軌道上の車両の位置（所定の基準点からの距離）を正確に測定する必要がある。言い換えると、車両の動揺測定値が軌道のどの位置のものであるかを正確に測定する必要がある。
新幹線や在来線特急列車などでは、車両の車軸や車輪から得られる回転パルスと車輪径とから走行距離を算出することで軌道上の位置あるいは距離を正確に測定することができるが、在来線普通列車などの大部分の列車や電車などでは、そのための設備を有していないのが実情であり、この方法を用いることはできない。
そこで、在来線普通列車などの多くの列車または電車では、走行中の車両の振動加速度波形をレコーダーの記録紙に記録しながら、線路に沿って設けられた、路線の起点（０キロメートル）からの距離を示すキロポスト（キロ程ともいう）地点を通過する毎に計測者がマーカ信号を入れ、記録紙にその地点情報を書き込む方法がとられている。
特開２００１−２８７６４７号公報（文献１）には、鉄道車両の走行中に生じる振動加速度を検出し、記録する列車動揺記録装置が開示されている。この装置では、上下および左右加速度変換器の出力をそれぞれＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換し、その出力からＣＰＵなどにより車両の上下および左右方向の振動加速度値を、速度発電機の出力パルスに同期してまたは一定時間毎にリアルタイムで算出する。また、測定開始時キロ程および速度発電機の出力パルスに基づいてキロ程および列車速度を算出する。そして、算出された上下および左右方向の振動加速度値に基づいて上下および左右方向の振動加速度の波形を、算出されたキロ程および列車速度とともに、リアルタイムでプリンタにプリントさせる。
また、特開２００４−１６８２１６号公報（文献２）には、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）測位による列車走行情報検出装置および方法が開示されている。これによれば、複数の鉄道車両からなる列車に分散配置された複数のＧＰＳアンテナと、このＧＰＳアンテナに接続されるＧＰＳ受信機と、このＧＰＳ受信機に接続される列車位置検知装置と、この列車位置検知装置に３次元線路マップとＧＰＳアンテナ設置位置情報とを格納する記憶装置と、上記のＧＰＳ受信機、列車位置検知装置を含む列車位置検知システム間を接続する車内ＬＡＮとを備え、ＧＰＳアンテナ設置位置情報に基づき、列車位置検知装置が列車上の全てのＧＰＳ受信機がそれぞれ少なくとも２機の衛星からのＧＰＳ信号を受信して測位計算を行うことにより、列車全体の在線位置と向きとを把握する。しかしながら、この文献２では、車両走行動揺測定については、何ら開示も示唆もされていない。
走行中の振動加速度波形をレコーダーの記録紙に記録しながら、キロ程地点を通過する毎に、計測者が記録紙にその地点情報を書き込む方法は、５〜１０ｍの位置あるいは距離の誤差が生じるのを避けることができないことや、計測者によって地点情報を書き込むタイミングがばらついたりすることにより、車両の位置あるいは距離を正確に測定することが困難である。また、改修工事などにより線路が短くなったり、長くなったりすることにより、キロ程のないＢ区間やキロ程が重複するＷ区間が発生するが、この場合にも、やはり車両の位置あるいは距離を正確に測定することが困難である。これに加えて、特に長距離を走行する場合には、計測者は地点情報を書き込む作業を長時間続けなければならず、計測者に過度の負担がかかるという問題がある。また、この測定には、キロ程通過を知らせる計測者と記録紙に地点情報を書き込む計測者との二人が必要であるため、手間がかかり、コストが高くつくという問題がある。
また、上記文献１に開示された列車動揺記録装置では、車両の車軸や車輪の回転パルスを得るための設備が必要であるため、すでに述べたように、そのための設備を有していない在来線普通列車などに適用することはできない。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、鉄道車両の走行試験において動揺測定値を高い位置精度または距離精度で正確に得ることができ、しかも計測者に負担をかけることなく、低コストで試験を行うことができる車両走行動揺解析システムおよび車両走行動揺解析方法を提供することである。
【発明の開示】
上記課題を解決するために、第１の発明は、
軌道上を走行する車両に設置され、上記車両の少なくとも左右方向および上下方向の加速度を検出するための加速度センサーと、
上記車両に設置されるＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを有し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信するＧＰＳ信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析システムである。
第２の発明は、
軌道上を走行する車両に設置され、上記車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を検出する３軸加速度センサーと、
上記車両に設置されるＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを有し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信するＧＰＳ信号により取得される位置情報と上記３軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析システムである。
第３の発明は、
軌道上を走行する車両の少なくとも左右方向および上下方向の加速度を検出するための加速度センサーとＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを上記車両に設置し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信する信号により取得される位置情報に基づいて上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析方法である。
第４の発明は、
軌道上を走行する車両の前後方向、左右方向および上下方向の振動加速度を検出する３軸加速度センサーとＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機とを上記車両に設置し、
上記ＧＰＳアンテナにより上記ＧＰＳ受信機が受信する信号により取得される位置情報と上記３軸加速度センサーにより検出される上記車両の前後方向の加速度とに基づいて上記車両の位置情報を補正するようにした
ことを特徴とする車両走行動揺解析方法である。
第２および第４の発明においては、典型的には、ＧＰＳ信号により取得される位置情報を、車両の前後方向の加速度を２回積分することにより得られる位置情報により補完するようにする。また、加速度センサーとしては、車両の左右方向および上下方向の加速度を検出する２軸加速度センサーを用いても、車両の前後方向、左右方向および上下方向の振動加速度を検出する３軸加速度センサーを用いてもよい。
第１〜第４の発明においては、典型的には、車両が駅に停止している時の駅停止信号および車両が構造物を通過する時の構造物信号により車両の走行距離を補正する機能を有する。この場合、車両の走行距離を補正する際に、予め作成された線路データベースおよび位置補正データベースを用いる。これらの駅停止信号および構造物信号の発生にはスイッチボックスを用いることができる。また、典型的には、軌道上の選択された位置の緯度および経度をＧＰＳ受信機により取得し、その近似地点を車両が通過した時に車両の走行距離を補正する機能を有する。
車両には、およそ軌道上を走行するものである限り、全てのものが含まれる。具体的には、列車、電車（地下鉄電車を含む）、モノレール、新交通システム、ジェットコースター、リフト、ケーブルカーなどの車両である。
この発明によれば、ＧＰＳアンテナによりＧＰＳ受信機が受信するＧＰＳ信号により取得される位置情報に基づいて車両の位置情報を補正し、あるいは、ＧＰＳアンテナによりＧＰＳ受信機が受信するＧＰＳ信号により取得される位置情報と３軸加速度センサーにより検出される車両の前後方向の加速度とに基づいて車両の位置情報を補正するようにしていることにより、Ｂ区間またはＷ区間の有無にかかわらず、鉄道車両の走行試験において動揺測定値を高い位置精度または距離精度で正確に得ることができ、しかもキロ程を通過する毎に計測者が記録紙にその地点情報を書き込む作業が不要となるため計測者に負担をかけることがなく、コストも低く抑えることができる。特に、ＧＰＳアンテナによりＧＰＳ受信機が受信するＧＰＳ信号により取得される位置情報と３軸加速度センサーにより検出される車両の前後方向の加速度とに基づいて車両の位置情報を補正することにより、トンネルや屋根付き駅舎や地下軌道などのＧＰＳ信号の受信不能区間があっても、動揺測定値を高い位置精度または距離精度で正確に得ることができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムを示すブロック図、第２図および第３図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムの実際の構成例を示す略線図、第４図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムにおける線路情報設定のための入力画面の一例を示す略線図、第５図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムにおける測定条件設定のための入力画面の一例を示す略線図、第６図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムにおけるセンサー設定のための入力画面の一例を示す略線図、第７図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムにおける解析条件設定のための入力画面の一例を示す略線図、第８図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムにおける表示条件設定のための入力画面の一例を示す略線図、第９図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムの使用方法を説明するためのフローチャート、第１０図〜第１４図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムによる動揺測定中のリアルタイムモニター画面の一例を示す略線図、第１５図〜第１９図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムによる動揺測定結果の第１の例を示す略線図、第２０図〜第２４図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムによる動揺測定結果の第２の例を示す略線図、第２５図〜第２９図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムによる動揺測定結果の第３の例を示す略線図、第３０図〜第３４図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムによる動揺測定結果の第４の例を示す略線図、第３５図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムにより得られる警報値発生表の一例を示す略線図、第３６図は、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムにより得られる判定値分布表の一例を示す略線図、第３７図Ａ、第３７図Ｂ、第３７図Ｃおよび第３７図Ｄは、この発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムの使用方法を説明するための略線図である。
【符号の説明】
１１      ３軸加速度５センサー
１２      ＧＰＳアンテナ
１３      ＧＰＳ受信機
１４      加速度アンプ
１５      Ａ／ＤおよびＩ／Ｏカード
１６      コンピュータ
１６ａ    ディスプレイ
１７      ＧＰＳアンプ
１８      バッテリー
１９      信号変換ボックス
２０      スイッチボックス
２０ａ    状態スイッチ
２０ｂ    駅停止スイッチ
【発明を実施するための最良の形態】  以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
第１図はこの発明の一実施形態による車両走行動揺解析システムの構成を示すブロック図である。
第１図に示すように、この車両走行動揺解析システムは、軌道上を走行する車両の３軸方向（前後方向、左右方向、上下方向）の加速度を計測するための３軸加速度センサー１１と、車両の位置をＧＰＳ測位により計測するためのＧＰＳアンテナ１２およびＧＰＳ受信機１３とを有する。３軸加速度センサー１１からは、車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度がアナログ電気信号としてそれぞれ出力される。３軸加速度センサー１１の出力は加速度アンプ１４により増幅され、車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度信号としてそれぞれ出力される。これらの加速度信号はＡ／ＤおよびＩ／Ｏカード１５によりＡ／Ｄ変換およびＩ／Ｏ変換された後、コンピュータ１６に送られてデータ処理が行われる。このコンピュータ１６のハードディスクには、収録解析ソフトに加えて、後述の線路データベースや位置補正データベースが格納される。そして、コンピュータ１６のディスプレイには、後述するように、測定条件設定、センサー設定、線路情報設定、解析条件設定用の画面や、動揺加速度種別、動揺波形表示、時間表示、距離表示、速度グラフ、構造物表示、マーカ、グラフ表示選択（１軸重ね書き、２軸、３軸表示）、測定条件、グラフ表示時間、データベース名、ＧＰＳデータ、駅停止などを表示することができるようになっている。コンピュータ１６は必要に応じてＬＡＮ接続される。また、このコンピュータ１６には、必要に応じてプリンタが接続される。
一方、ＧＰＳ受信機１３は、ＧＰＳアンテナ１２により、人工衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する。このＧＰＳ受信機１３の出力はＧＰＳアンプ１７により増幅される。このＧＰＳアンプ１７の出力はコンピュータ１６に送られてデータ処理が行われる。このＧＰＳアンプ１７および上記の加速度アンプ１４は、これらに電源を供給するバッテリー１８とともに、信号変換ボックス１９に内蔵されている。
この車両走行動揺解析システムはさらに、手動でスイッチ操作が可能なスイッチボックス２０を有する。このスイッチボックス２０の出力、すなわちスイッチ信号はＡ／ＤおよびＩ／Ｏカード１５によりＡ／Ｄ変換およびＩ／Ｏ変換された後、コンピュータ１６に送られてデータ処理が行われる。
この車両走行動揺解析システムの実際の構成例を第２図に示す。第２図に示すように、この例では、コンピュータ１６としてノート型パーソナルコンピュータ（例えば、Ｂ５サイズのもの）が用いられ、これが収納ケース２１に収納される。符号１６ａはディスプレイを示す。収納ケース２１は、特に限定されるものではないが、例えば、バッグやアルミニウム製ケースが用いられる。ノート型パーソナルコンピュータとしては、各種のものを用いることができるが、例えば、ＤＯＳ／Ｖ機でＯＳがＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＸＰ、ハードディスク容量が４０ＧＢ以上、１．１ＧＨｚのＣＰＵ、ＲＡＭ容量が１ＭＢ以上のものが用いられる。このノート型パーソナルコンピュータのカードスロットには、Ａ／ＤおよびＩ／Ｏカード１５が装着される。収納ケース２１には、ケース内面に設けられたポケット部など（図示せず）に、３軸加速度センサー１１、ＧＰＳアンテナ１２、ＧＰＳ受信機１３、信号変換ボックス１９およびスイッチボックス２０も収納される。計測時には、例えば、３軸加速度センサー１１、ＧＰＳアンテナ１２およびスイッチボックス２０を収納ケース２１の外に出し、ＧＰＳ受信機１３および信号変換ボックス１９は収納ケース２１のポケット部などに収納したままとし、また、ノート型パーソナルコンピュータのカードスロットにＡ／ＤおよびＩ／Ｏカード１５を装着しておく。スイッチボックス２０は状態スイッチ２０ａ、駅停止スイッチ２０ｂ、測定ＬＥＤ２０ｃ、衛星ＬＥＤ２０ｄを有する。符号２２〜２４は各電子機器間を接続するケーブルを示す。収納ケース２１を閉めた状態を第３図に示す。
３軸加速度センサー１１の一例を挙げると、次のとおりである。
センサー方式          ３軸静電容量型ＩＣ加速度
測定範囲（定格容量）  ±２０ｍ／ｓ２
周波数特性            ＤＣ〜１０Ｈｚ（＋０．５〜−３ｄＢ）
測定誤差              ±０．５％以下
アライメント誤差      ±１度以下
外形寸法              ２０ｍｍ角、ケーブル直出し２０ｃｍ
質量                  ７５ｇ（ケーブル含む）
信号変換ボックス１９ならびにＡ／ＤおよびＩ／Ｏカード１５の一例を挙げると、次のとおりである。
加速度アンプ
出力電圧              ±３Ｖ／±１０ｍ／ｓ２
応答周波数            ＤＣ〜８Ｈｚ（＋０．５〜−３ｄＢ）
ソフト対応時  ０．３〜８Ｈｚ
Ａ／Ｄ変換
分解能                １２ｂｉｔ
サンプリング速度      １０ｍｓ
ＧＰＳアンプ
スタート時間          ４０ｓｅｃ
取得衛星数            最大１５個
算出間隔              １ｓｅｃ
インターフェース      ＵＳＢ
バッテリー              ＤＣ６Ｖバッテリー１個（予備１個）
消費電流約２８０ｍＡ（約１０時間稼働可）
外形寸法                幅１８０ｍｍ、奥行１２０ｍｍ、
高さ３０ｍｍ
ＧＰＳアンテナ１２の寸法の一例を挙げると、幅４２ｍｍ、奥行５１ｍｍ、高さ１４ｍｍである。
スイッチボックス２０の一例を挙げると、次のとおりである。
状態スイッチ          押しボタン（状態マーク）
１回押すと０．５ｓｅｃのパルス波発生
駅停止スイッチ        シーソースイッチまたはスライドスイッチ
オンで赤色ＬＥＤ点灯
測定ＬＥＤ            測定時緑色ＬＥＤ点灯
衛星ＬＥＤ            ＧＰＳ衛星の取得個数で黄色ＬＥＤ点灯
測定準備時４個以上取得で点灯
測定時は３個以上で点灯
外形寸法              幅５５ｍｍ、奥行９５ｍｍ、高さ１８ｍｍ
この車両走行動揺解析システムでは、車両の走行時における３軸方向、すなわち前後方向、左右方向および上下方向の加速度信号の計測、収録、解析、表示を行う。走行時の車両の速度、距離を同時に測定するため、ＧＰＳ受信機１３の信号を記憶、解析する。
測定中は、駅停止時の、スイッチボックス２０の駅停止スイッチ２０ｂのスイッチ操作（オン／オフ）を行い、測定位置を補正する。また、スイッチボックス２０の状態スイッチ２０ａを使用して位置（距離）のマーキングを行う。
測定中は、３軸加速度信号、速度、スイッチ状態をリアルタイムで表示する。波形表示は、直近の波形を右端にして表示する。
収録したデータは、再生し、線路データベースを元に、ＧＰＳデータを使用し、距離、位置換算を行う。また、位置補正データベースを元に、各種の位置補正計算を行うことができる。
収録したデータは、再生し、異常加速度の発生の判定などを行うことができる。また、判定リスト出力を行うことができる。
再生時の表示は、横軸を時間軸と距離軸とから選択することができ、距離軸表示の場合は、線路データベースの構造物表示を行う。
表示したデータは、コンピュータ１６にプリンタを接続することにより、プリントすることができる。
線路データベースは次のようにして作成する。
振動データを収録する路線の構造物をデータベースとして作成する。
路線の距離、位置、状態名をデータベースとし、入力する。
路線名の設定、Ｗ、Ｂの距離の設定を必要に応じて行う。
データベースは構造物の区分、名称、距離からなる。
駅、橋梁などは、開始距離と終端距離との２つを入力する。
構造物は、駅、トンネル、橋梁、踏切、ポイントなどからなる。
例えば、次のような入力となる。
試験名            試験路線名
開始距離          測定時モニター開始距離
積算方向          測定時モニター距離の積算方向（＋または−）
路線名            路線
開始、終了点      開始距離値、終了距離値
ＷＢ値
Ｗ        接続値始め値、終わり値
Ｂ        接続値始め値、終わり値
駅
駅        名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
駅        名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
駅        名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
構造物、路盤
トンネル          名称、開始距離、終了距離
トンネル          名称、開始距離、終了距離
トンネル          名称、開始距離、終了距離
橋梁              名称、開始距離、終了距離
橋梁              名称、開始距離、終了距離
その他            名称、開始距離、終了距離
その他            名称、開始距離、終了距離
踏切、ポイント
踏切              名称、距離
踏切              名称、距離
踏切              名称、距離
ポイント          名称、距離
ポイント          名称、距離
その他            名称、距離
その他            名称、距離
路線名          路線
開始、終了点    開始距離値、終了距離値
ＷＢ値
Ｗ      接続値始め値、終わり値
駅
駅      名称、ホーム開始距離、ホーム終了距離
構造物、路盤
トンネル        名称、開始距離、終了距離
橋梁            名称、開始距離、終了距離
その他          名称、開始距離、終了距離
踏切、ポイント
踏切            名称、距離
ポイント        名称、距離
その他          名称、距離
路線終了
第４図に線路情報設定のための入力画面の一例を示す。
走行位置（距離）を補正するための位置補正データベースは次のようにして作成する。
位置補正データは、次の３種を入力することができる。
（１）駅停止位置データ
（２）マーキング位置データ（トンネル出口、５キロ点など）
（３）緯度経度位置データ
（１）の場合は、スイッチボックス２０の駅停止スイッチ２０ｂが押された時点の位置を駅停止位置として補正する。
（２）の場合は、スイッチボックス２０の状態スイッチ２０ａが押された時点の位置をマーク位置として補正する。
（３）の場合は、緯度経度に一番近いＧＰＳのデータが最初に検出された位置を判定し、緯度経度位置として補正する。
例えば、次のような入力となる。
試験補正名        位置補正名
路線名            路線
開始、終了点      開始距離値、終了距離値
駅停止
駅                名称、停止位置
駅                名称、停止位置
マーキング
マーク            名称、マーク位置
マーク            名称、マーク位置
緯度経度
緯度経度          名称、緯度、経度、緯度経度位置
緯度経度          名称、緯度、経度、緯度経度位置
路線名            路線
開始、終了点      開始距離値、終了距離値
駅停止
駅                名称、停止位置
駅                名称、停止位置
マーキング
マーク            名称、マーク位置
マーク            名称、マーク位置
緯度経度
緯度経度          名称、緯度、経度、緯度経度位置
緯度経度          名称、緯度、経度、緯度経度位置
路線終了
次に、ＧＰＳ受信機１３による緯度、経度の測定方法について説明する。
まず、ＧＰＳ受信機１３を動作させ、現在位置の緯度経度を表示する。また、位置補正データベースのための緯度経度データを取得する。表示は、「ＸＸＸ度ＸＸ分ＸＸＸ」、で表示される。
次に、測定、収録条件の設定について説明する。
信号データの測定、収録を行うための各種条件を例えば以下のように設定する。
次のように、収録（ファイル）を行うための登録項目を設定する。
・試験名                  （ファイル名）
・試験日、時間
・試験者名
・試験車両                車両名、編成、号車
・試験路線                路線名、始発駅、終着駅
・試験コメント            気象条件など
・センサー設置            設置位置など
第５図に測定条件設定のための入力画面の一例を示す。
データベースについては、使用するデータベースを選択し、ファイル名を設定する。具体的には、使用する線路データベースを選択し、ファイル名を設定し、あるいは、使用する位置補正データベースを選択し、ファイル名を設定する。
測定、モニター条件の設定を例えば以下のように行う。
測定時の、３軸加速度センサー１１の条件、モニター画面の条件、異常値判定の条件、ＧＰＳ測定の条件などを設定する。
使用する３軸加速度センサー１１の条件を次のように設定する。
・センサー感度        使用するセンサー感度値の設定。
センサーの仕様書より１Ｖ当たりの感度値を設定。
（例えば付属センサーの感度値がデフォルトとして設定）
・出力ゼロ点          初期ゼロ位置での、ゼロ点の測定設定。
自動測定または数値設定。
（測定開始時に自動的にオフセットを取るようにできる）
・警報値判定レベル    加速度（前後、左右、上下）が警報を発する各レベルの設定。
（デフォルトとして、例えば「２．４ｍ／ｓ２」が設定）
警報は、測定時にモニター値が赤表示となり、ブザーが鳴る。
第６図にセンサー設定のための入力画面の一例を示す。前後加速度、左右加速度および上下加速度の感度および出力ゼロ値、前後警報レベル、左右警報レベル、上下警報レベルはいずれもｍ／ｓ２を単位とする。
速度信号の各種条件を例えば次のように設定する。
・速度、位置取り込み  速度、位置情報の取り込み方法は、ＧＰＳを選択。
ＧＰＳ信号より速度、距離を取り込む。
（ＧＰＳデータを取得できない場合は、最終データの速度で走
行したものとして距離換算する）
・ＧＰＳポート        ＧＰＳ信号を接続するＵＳＢのポート番号の設定。
（デフォルトは、例えば「４」に設定）
・ＧＰＳ使用地区      測定を行う地域の設定。
（デフォルトは、例えば「北海道」に設定）
測定時にモニター表示する条件を例えば次のように設定する。
・加速度軸            加速度の縦軸表示を±１、±２、±５ｍ／ｓ２から選択。
（デフォルトは、例えば「±２」に設定）
・速度軸              速度の縦軸表示を０〜１００、０〜１６０ｋｍ／ｈから選択。
（デフォルトは、例えば「０〜１６０」に設定）
測定時に表示する（リアルタイムモニター）画面の各種条件を例えば次のように設定する。表示信号は、例えば、加速度信号、速度データ、スイッチデータなどとする。
・表示グラフ数        表示数を１、２、３より選択。
表示数を１とした場合は、３信号を重ねて表示する。
（デフォルトは、例えば「２」に設定）
・表示横軸設定        横軸は表示幅が、１０、２０、３０ｓｅｃより選択。
（デフォルトは、例えば「２０」に設定）
これらの設定は、測定、収録中も変更することができる。
データの測定あるいは収録は例えば以下のように行う。
データ収録の開始操作を行うと、測定を開始し、データをハードディスクへ収録する。測定中の生の波形がリアルタイムに表示される。表示信号数、表示時間幅は変更することができる。
同時判定を行う場合には、判定値を超える信号が測定、解析された際、警報が出る。警報点の発生時点も記憶される。
測定は、終了操作を行うまで続けられる。
測定中は、駅での停止時（ゼロｋｍ／ｈ時）に、スイッチボックス２０の駅停止スイッチ２０ｂをオンとし、出発時にオフとする。また、任意の時点で、マーキングのためにスイッチボックス２０の状態スイッチ２０ａを押すなどする。
速度、距離の解析には、ＧＰＳ信号を使用する。衛星信号を受信することができるところでは正確な速度、距離が表示されるが、受信することができないところでは直近の受信値が表示され続ける。走行距離は、直近の速度で走り続けた場合の距離で表示される。収録後の解析時には、線路データベース、位置補正データベースを使用して、補正計算を行うことができる。
データの再生、解析は例えば以下のように行う。
データの解析における各種条件の設定を次のように行う。
・速度、位置取り込み  速度、距離の計算方法にＧＰＳを選択。
・位置補正            位置（距離）の計算をするに当たり、どの補正を有効にするか
を選択。
駅停止信号による補正をするか、しないかを選択する。
マーキング信号による補正をするか、しないかを選択する。
緯度経度データによる補正をするか、しないかを選択する。
・解析方法            加速度信号の解析方法を立ち上がり方向のＰ−Ｐ値、立ち下が
り方向のＰ−Ｐ値、ゼロクロスＰ−Ｐ値（両方向の意味）より
選択。
（デフォルトは、例えば「ゼロクロスＰ−Ｐ値」に設定）
・警報レベル          加速度信号の警報判定レベルを設定。
（加速度が、設定された判定レベルを超えた場合、警報値とし
て判定する）
警報発生時の時刻、位置、発生軸、数値を表示し、記憶する。
（デフォルトとして、例えば「２．４ｍ／ｓ２」が設定）
第７図に解析条件設定のための入力画面の一例を示す。前後警報レベル、左右警報レベル、上下警報レベル、判定レベルのランク１〜３はいずれもｍ／ｓ２を単位とする。
取得した波形データを再生または解析して表示するための各種条件を次のように設定する。表示信号は、加速度信号、速度データ、スイッチデータ、構造物などとする。
・ＤＣ成分処理        加速度の表示データを、ＤＣ〜０．３Ｈｚまでの成分を除去し
て表示するか、生データのまま表示するかを選択。
（デフォルトとして、例えば「生データ」に設定）
・表示グラフ数        表示数を１、２、３より選択。
表示数を１とした場合は、３信号まで重ねて表示することがで
きる。
・加速度軸            加速度の表示幅を、最小値、最大値、目盛値で設定。
・速度軸              速度の表示幅を、最小値、最大値、目盛値で設定。
・表示選択            重ね表示の信号選択、上下位置の表示選択。
・表示線色            グラフの表示線の色を設定。
・表示横軸選択        横軸の表示軸を時間軸、距離軸より選択。
・時間軸              時間の表示幅を最小値、最大値、目盛値、補助目盛値で設定。
・距離軸              距離の表示幅を最小値、最大値、目盛値、補助目盛値で設定。
路線名も選択する。
Ｗ区間の場合は、測定時間の早い位置の方が選択される。
・構造物表示          距離軸表示の場合、状態グラフ部分に、駅以外に構造物の表示
を行うかを選択。
第８図に表示条件設定のための入力画面の一例を示す。
取得した波形データは、トレンドデータとして、グラフ表示する。
表示する横軸は、時間軸、距離軸から選択する。例えば、距離軸表示の場合、路線のキロポストどおりに距離軸を表示する。また、路線の連結や、Ｂ、Ｗのずれも加味し、グラフ表示する。
解析条件、表示条件の各種を変更し、グラフ表示する。
また、線路データベースを変更して解析することもできる。
距離軸表示の場合、グラフ左端位置の路線名を、表示画面上に表示路線名として表示する。
なお、データを再生、表示する場合、データベースでの補正をオフとし、横軸を時間軸とすれば、測定時の生波形表示と同じになる。
また、再生データの表示が不可解な場合、この条件で再生すると、駅停止信号、マーキング信号が正常にオンとならなかったり、位置補正データベースが間違っていたり、ということを判断することができる。
取得した波形データの再生画面の右下に警報データが表示される。この表示枠内の１つの警報データをダブルクリックすると、その警報発生部分前後の波形を拡大表示する。拡大表示は、時間軸の場合は前後１０秒間を、距離軸の場合は前後４００ｍを表示する。警報値の発生部位にマークが出て、値が表示される。位置選択バーで表示位置を設定することができる。左右矢印をクリックすると、その前後の波形に表示がシフトされる。
収録されたデータは再生表示し、駅停止スイッチ、状態マークスイッチ（キロポストスイッチ）の削除、追加を行うことができる。再生し、スイッチ信号が不足であったり、間違いであったりした部分は編集することができる。
収録したデータより解析、判定した警報点のデータは、発生時の路線、地点の値とともに一覧表示する。解析されたリストは、コンピュータ１６にプリンタを接続することにより、プリントすることができる。振幅値の判定は、０．３〜８Ｈｚの成分に対して判定される。
取得したデータはコンピュータ１６のハードディスクに保存する。保存したデータは必要に応じて再生可能である。波形データのファイルはバイナリ形式とする。収録したバイナリファイルはＣＳＶファイルへ同名で変換することができる。
次に、この車両走行動揺解析システムの使用方法を具体的に説明する。第９図にこの使用方法のフローチャートを示す。
まず、コンピュータ１６の電源を入れ、収録解析ソフトを起動する。起動後、使用する線路データベースおよび位置補正データベースの選択、測定条件設定、センサーの条件設定、解析条件設定、表示条件設定などを行う。
次に、ＧＰＳ受信機１３および信号変換ボックス１９の電源を入れ、ＧＰＳアンテナ１２を静止状態に置いて人工衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する。このとき、駅停止スイッチ２０ｂはオフとする。
次に、動揺測定を行う試験路線の出発駅において、この車両走行動揺解析システムを収納した収納ケース２１を計測者が手に持って、試験列車の車両に乗り込む。そして、車内の所定位置にＧＰＳアンテナ１２を設置する。また、３軸加速度センサー１１を車両の床に固定する。この固定には、接着剤や両面テープなどを用いてもよいし、３軸加速度センサー１１の底面を鉄板などの十分に重いベース板（例えば、幅５０ｍｍ、奥行５０ｍｍ、高さ１０ｍｍ）に両面テープなどにより貼り付け、これをベース板を下にして床面に置くだけでもよい。この３軸加速度センサー１１の３軸は、それぞれ車両の前後方向、左右方向および上下方向に一致するようにアライメントを行う。このとき、駅停止スイッチ２０ｂはオンとする。
次に、試験列車が出発駅を発車した時、駅停止スイッチ２０ｂをオフとする。
次に、列車走行中に線路構造物を通過する毎に状態スイッチ２０ａをオンとする。線路構造物は通過駅、踏切、ポイント、トンネル入口および出口、キロポストなどである。
途中の駅に停車した時に駅停止スイッチ２０ｂをオンとし、その駅を発車した時に駅停止スイッチ２０ｂをオフとする。
こうして列車が終点駅に到着し、停止した時、駅停止スイッチ２０ｂをオンとする。
第１０図〜第１４図にリアルタイムモニター測定画面の一例を示し、第１０図は画面の全体構成、第１１図は第１０図の表示部Ａの詳細、第１２図は第１０図の表示部Ｂの詳細、第１３図は第１０図の表示部Ｃの詳細、第１４図は第１０図の表示部Ｄの詳細を示す。また、第１５図〜第１９図に動揺測定結果の第１の例を示し、第１５図は画面の全体構成、第１６図は第１５図の表示部Ａの詳細、第１７図は第１５図の表示部Ｂの詳細、第１８図は第１５図の表示部Ｃの詳細、第１９図は第１５図の表示部Ｄの詳細を示す。ただし、この第１の例では、函館本線（札幌−砂川）札幌駅出発より岩見沢方面３１０ｋｍ付近まではＧＰＳデータを取得できず、ＧＰＳデータのみで速度表示、走行距離計算を行った（駅データベースでの換算あり）。第２０図〜第２４図に動揺測定結果の第２の例を示し、第２０図は画面の全体構成、第２１図は第２０図の表示部Ａの詳細、第２２図は第２０図の表示部Ｂの詳細、第２３図は第２０図の表示部Ｃの詳細、第２４図は第２０図の表示部Ｄの詳細を示す。ただし、この第２の例では、ＧＰＳデータ、前後加速度信号よりの変換値の両方を使用し、速度表示、走行距離計算を行った（駅データベースでの換算あり）。第２５図〜第２９図に動揺測定結果の第３の例を示し、第２５図は画面の全体構成、第２６図は第２５図の表示部Ａの詳細、第２７図は第２５図の表示部Ｂの詳細、第２８図は第２５図の表示部Ｃの詳細、第２９図は第２５図の表示部Ｄの詳細を示す。ただし、この第３の例では、ある路線（○○線とする）（Ａ駅−Ｒ駅）Ｂ駅の先よりＰ駅の手前までは地下部分であり、ＧＰＳデータのみで速度表示、走行距離計算を行った（駅データベースでの換算あり）。第３０図〜第３４図に動揺測定結果の第４の例を示し、第３０図は画面の全体構成、第３１図は第３０図の表示部Ａの詳細、第３２図は第３０図の表示部Ｂの詳細、第３３図は第３０図の表示部Ｃの詳細、第３４図は第３０図の表示部Ｄの詳細を示す。ただし、この第４の例では、ＧＰＳデータ、前後加速度信号よりの変換値の両方を使用し、速度表示、走行距離計算を行った（駅データベースでの換算あり）。また、第３５図に警報値発生表の一例を、第３６図に判定値分布表の一例を示す。
第３７図Ａ、第３７図Ｂ、第３７図Ｃおよび第３７図Ｄを参照して、この車両走行動揺解析システムにおいて車両の位置または距離をＧＰＳ信号により補正する方法の具体例について説明する。ここで、第３７図ＡはＧＰＳ速度グラフ（単位はｋｍ／ｈ）であり、実線のグラフはＧＰＳ受信信号から算出した速度信号、点線のグラフは受信不能区間、ａ、ｂは駅停止スイッチ２０ｂによるスイッチ信号の入力位置である。第３７図Ｂは前後加速度信号の積分により得られる加速度積分速度グラフ（単位はｋｍ／ｈ）であり、点線の縦線ｃ、ｄはそれぞれトンネルの入口、出口の位置を示す。第３７図Ｃは、第３７図Ａにおける受信不能区間の速度を、第３７図Ｂに示す加速度積分速度グラフにおけるｃ−ｄ区間の速度データを用いて補完したＧＰＳ速度グラフ（単位はｋｍ／ｈ）であり、トンネルによる受信不能区間でもＧＰＳ速度グラフが得られていることがわかる。第３７図Ｄは、駅などの各種の構造物を含む線路データベースｅおよび各構造物に対応する状態スイッチ２０ａによるスイッチ信号（トリガー信号）ｆを示す。第３７図Ｃに示すようにしてＧＰＳ速度グラフを補完するとともに、線路データベースｅおよびスイッチ信号ｆを用いて位置あるいは距離を補正することで、受信不能区間があっても、車両の位置あるいは距離を正確に求めることができる。
以上のように、この一実施形態による車両走行動揺解析システムによれば、軌道上を走行する車両の動揺測定を高い位置精度または距離精度で正確に行うことができる。この動揺測定の結果から軌道の状態を把握し、異常動揺値が測定された場合などには適宜補修などの適切な処置を施し、動揺測定を再度行って処置の効果を確認することにより、軌道を良好な状態に維持することができ、乗客の乗り心地を良くし、あるいは、車両の安全運転を実現することができる。また、車両に回転パルスを得るための設備を設ける必要がないため、この設備を有していない在来線普通列車などの動揺解析を低コストで行うことができる。さらに、この車両走行動揺解析システムによれば、一人の計測者で負担なく測定を簡単に行うことができる。
加えて、この一実施形態による車両走行動揺解析システムは、車両の改善などにも活用することができる。すなわち、営業車両での動揺測定データは、軌道の保守管理のためだけでなく、乗り心地を良くするための車両の改善などのためにも必要であり、車両上で計測した動揺測定データの解析には、地上の軌道状態を考慮に入れる必要があり、走行経路に対応する位置の正確な把握が必要となる。車両側の乗り心地向上策としては、車両に生じる加速度は車両や編成列車の運動特性や速度や加減速度によって変化するので、車両に不要な加速度が生じないように台車および車体の設計（改造）や台車の軽量化やバネ下質量の削減などの改善が考えられる。また、車両保守面では、車輪踏面、車輪径の管理などが考えられる。
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた仕様、数値、構成、機能などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる仕様、数値、構成、機能などを用いてもよい。
具体的には、必要に応じて、コンピュータ１６として、ノート型パーソナルコンピュータの代わりにデスクトップ型パーソナルコンピュータを用いてもよい。さらには、コンピュータ１６の代わりに、例えば、携帯情報端末、すなわちＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）あるいは携帯電話を用いることも可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003993222.tif 000016
【図１６】
0003993222.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0003993222.tif 000019
【図１９】
0003993222.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0003993222.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
0003993222.tif 000025
【図２５】
0003993222.tif 000026
【図２６】
0003993222.tif 000027
【図２７】
0003993222.tif 000028
【図２８】
0003993222.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
0003993222.tif 000032
【図３２】
0003993222.tif 000033
【図３３】
0003993222.tif 000034
【図３４】
0003993222.tif 000035
【図３５】
0003993222.tif 000036
【図３６】
0003993222.tif 000037
【図３７Ａ】
0003993222.tif 000038
【図３７Ｂ】
0003993222.tif 000039
【図３７Ｃ】
0003993222.tif 000040
【図３７Ｄ】
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