(57)【要約】  鉄道線路軌道のレールシート摩耗（ｒａｉｌ  ｓｅａｔ  ａｂｒａｓｉｏｎ）を決定するためのシステムおよび方法が開示される。検査システムが、レーザ、カメラ、およびレールシート摩耗が軌道に沿って存在するかどうかを決定するように適合されるプロセッサを含む。プロセッサは、検査システムが軌道に沿って動くときに遭遇される傾きを補償する数学ベースのアルゴリズムを用いる。
2012531546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道線路軌道のレールシート摩耗（ｒａｉｌ  ｓｅａｔ  ａｂｒａｓｉｏｎ）を決定するシステムであって、
鉄道線路軌道全体に光のビームを投射するように適合される、鉄道線路軌道に隣接して置かれる少なくとも１つの光発生器と、
鉄道線路軌道から反射される光の少なくとも一部を受け取るため、および鉄道線路軌道の少なくとも一部のプロファイルを表す少なくとも１つの画像を生成するために、鉄道線路軌道に隣接して置かれる少なくとも１つのカメラと、
少なくとも１つの画像を分析するステップ、および
鉄道線路軌道に沿ってレールシート摩耗が存在するかどうかを決定するステップ
を実行するように適合される少なくとも１つのプロセッサと
を含み、レールシート摩耗が存在するかどうかを決定するとき、少なくとも１つのプロセッサが鉄道線路軌道の傾きを補償する、システム。
【請求項２】
プロセッサが、
左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを決定するステップと、
傾き補正係数を決定するステップと、
右および左のレール基部に対する実際の差分を決定するステップと、
右および左のレール基部に対するレールシート摩耗値を決定するステップと
により鉄道線路軌道の傾きを補償する、請求項１に規定されるシステム。
【請求項３】
高さを決定するステップが、
左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さのそれぞれに対する垂直画素カウントを決定するステップと、
測定インデックスに基づき垂直画素カウントを正規化するステップと
をさらに含む、請求項２に規定されるシステム。
【請求項４】
傾き補正係数を決定するステップが、左および右のレール基部高さ、ならびに標準傾き補正係数に基づき達成される、請求項２に規定されるシステム。
【請求項５】
実際の差分を決定するステップが、傾き補正係数に基づき達成される、請求項２に規定されるシステム。
【請求項６】
レールシート摩耗値を決定するステップが、実際の差分に基づき達成される、請求項２に規定されるシステム。
【請求項７】
鉄道線路軌道のレールシート摩耗を決定する方法であって、
（ａ）左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを決定するステップと、
（ｂ）左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを記録するステップと、
（ｃ）傾き補正係数を決定するステップと、
（ｄ）右および左のレール基部に対する実際の差分を決定するステップと、
（ｅ）右および左のレール基部に対するレールシート摩耗値を決定するステップと
を含む、方法。
【請求項８】
ステップ（ａ）が、
左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さのそれぞれに対する垂直画素カウントを決定するステップと、
測定インデックスに基づき垂直画素カウントを正規化するステップと
をさらに含む、請求項７に規定される方法。
【請求項９】
ステップ（ｃ）が、左および右のレール基部高さ、ならびに標準傾き補正係数に基づき達成される、請求項７に規定される方法。
【請求項１０】
ステップ（ｄ）が、傾き補正係数に基づき達成される、請求項７に規定される方法。
【請求項１１】
ステップ（ｅ）が、右および左のレール基部に対する実際の差分に基づき達成される、請求項７に規定される方法。
【請求項１２】
鉄道線路軌道のレールシート摩耗を決定する方法であって、
（ａ）検査システムを軌道に沿って動かすステップと、
（ｂ）軌道の少なくとも一部に対応する画像データを受け取るステップと、
（ｃ）検査システムが軌道に沿って動くときに遭遇される傾きに合わせて調節される、軌道の一部に対するレールシート摩耗の測定値を決定するステップと、
（ｄ）調節された測定値に基づきレールシート摩耗が存在するかどうかを決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
ステップ（ｃ）が、
左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを決定するステップと、
傾き補正係数を決定するステップと、
右および左のレール基部に対する実際の差分を決定するステップと、
レールシート摩耗値を決定するステップと
をさらに含む、請求項１２に規定される方法。
【請求項１４】
高さを決定するステップが、
左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さのそれぞれに対する垂直画素カウントを決定するステップと、
測定インデックスに基づき垂直画素カウントを正規化するステップと
をさらに含む、請求項１３に規定される方法。
【請求項１５】
傾き補正係数を決定するステップが、左および右のレール基部高さ、ならびに標準傾き補正係数に基づき達成される、請求項１３に規定される方法。
【請求項１６】
実際の差分を決定するステップが、傾き補正係数に基づき達成される、請求項１３に規定される方法。
【請求項１７】
レールシート摩耗値を決定するステップが、実際の差分に基づき達成される、請求項１３に規定される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体が参照によりそれぞれ本明細書に組み入れられる、２００４年６月３０日に提出された、発明者名がＪｏｈｎ  Ｎａｇｌｅ  ａｎｄ  Ｓｔｅｖｅｎ  Ｃ．  Ｏｒｒｅｌｌである、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＳＰＥＣＴＩＮＧ  ＲＡＩＬＲＯＡＤ  ＴＲＡＣＫ」と題する米国特許仮出願第６０／５８４，７６９号明細書の恩典を主張する非仮出願である、２００５年６月３０日に提出された、発明者名がＪｏｈｎ  Ｎａｇｌｅ、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｖｉｌｌａｒ  ａｎｄ  Ｓｔｅｖｅｎ  Ｏｒｒｅｌｌである、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＳＰＥＣＴＩＮＧ  ＲＡＩＬＲＯＡＤ  ＴＲＡＣＫ」と題する米国特許出願第１１／１７２，６１８号明細書の一部継続出願である、２００９年５月１３日に提出された、発明者名がＪｏｈｎ  Ｎａｇｌｅ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｃ．  Ｏｒｒｅｌｌ、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｖｉｌｌａｒ  ａｎｄ  Ｃｈａｒｌｉｅ  Ａａｒｏｎである、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＮＳＰＥＣＴＩＮＧ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＦＩＬＴＥＲＩＮＧ」と題する米国特許出願第１２／４６５，４７３号明細書の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、一般に鉄道線路表面を検査するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には傾き補正アルゴリズムの利用によりレールシート摩耗（ｒａｉｌ  ｓｅａｔ  ａｂｒａｓｉｏｎ）を決定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
鉄道線路は一般に固められ押し砕かれた石の材料の基層上に構築される。砂利道床の層がこの石の層の最上部の上に載っている。枕木がこのバラス層の中および上に置かれており、２本の平行な鋼鉄レールが締め具で枕木に取り付けられる。使用されている枕木の大部分は木から作られる。さまざまな別の材料、たとえばコンクリート、鋼鉄、および複合材料または再生材料が枕木の製造で使用される。
【０００４】
枕木は通常、軌道バラスの最上部の上で調整される。残った構築物は使用される枕木材料のタイプに応じて少し異なる。木製の枕木が使用される場合、タイプレートが枕木の最上部の上に置かれる。次に、レールがタイプレートの最上部の上に置かれる。次に、レールは、タイプレート内の穴を通して打ち込まれる犬釘またはボルトの使用により枕木に締められる。コンクリートの枕木が使用されるとき、レールは枕木の最上部の上に置かれ、薄い重合体パッドが鋼鉄とコンクリートの間の直接接触を防止する。レールを枕木に締めるために鋼鉄クリップがしばしば使用される。次に、据えつけるのを手伝うために、追加の軌道バラスが、枕木間および枕木の周りの空間を埋めるために使用される。
【０００５】
通常の鉄道線路輸送は、枕木とレールの間だけでなく、レールと犬釘の間、ボルト、ねじ、またはクリップと枕木の下の表面の間に摩擦を引き起こす。特に懸念されるのが、レールが枕木に対して着座する地点での摩擦である。レールシート摩耗としても知られるこの地点での摩滅が、枕木をレールから緩めることにより枕木の寿命に直接影響を与える。レールとコンクリートの枕木の間でパッドが使用されるにもかかわらず、レールシート摩耗は相変わらずコンクリートの枕木の継続する問題として残る。
【０００６】
レールシートが摩滅するとき、締め具に対する張力の量に影響を及ぼし、その結果、レールを枕木にしっかりと着座するために必要とされるレール取り付け力が達成されない。これが起きると、レールが枕木に対して滑ることができ、そのことが摩耗の率を増大させる。レール滑りはまた、レール溶接を応力によりまたは温度不整合により引き離すことになる。レールシート摩耗に対する別の懸念が、レールシート摩耗が環境条件への枕木の表面の暴露を増やし、レールシート摩耗および枕木劣化をさらに加速することである。レールシート摩耗の追加の原因または寄与する要因が、製造欠陥、温度変動パターン、鉄道線路配列たとえば曲率、グレード、および盛り土、ならびにレールと枕木の間で使用されるパッドの状態を含み得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コンクリートの枕木の摩滅をモニタするために、直接手作業で測定することにより、または個々の鉄道線路枕木の下に設置された電子機器を使用することにより、測定が実施された。すべてのこれまでの方法が信頼できない、危険がある、労働集約的である、大きい装置の設置を必要とする、または列車輸送に対する鉄道線路の可用性に対して重大な影響を及ぼすことが分かった。
【０００８】
上記を考えると、本発明は、上記で述べられる問題の１つまたは複数を克服する、または少なくとも、その問題の１つまたは複数の影響を低減することを対象とし、それにより、危険で信頼できない手動測定または費用のかかる電子測定機器を必要とせずレール軌道摩耗の段階を予測することができるシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
鉄道線路軌道のレールシート摩耗を決定するための例示的システムおよび方法が開示される。開示されるシステムの実施形態は、レーザ、カメラ、およびレールシート摩耗が軌道に沿って存在するかどうかを決定するように適合されるプロセッサを含む検査システムを含む。プロセッサは、検査システムが軌道に沿って動くときに遭遇される傾きを補償する数学ベースのアルゴリズムを用いる。
【００１０】
本発明の例示的方法が、軌道に沿って検査システムを動かすステップと、軌道に対応する画像データを受け取るステップと、検査システムが軌道に沿って動くときに遭遇される傾きに合わせて調節される、軌道のさまざまな部分に対するレールシート摩耗の測定値を決定するステップとを含む。
【００１１】
軌道が横断する検査車両上に測定機器を取り付け、レールおよび枕木の高さの正確な測定を行い、遭遇される任意の期待される傾きに合わせてこれらの測定値を調節することにより、信頼できない、多くの時間を必要とする手動測定のためにレールを危険に持ち上げる必要なしに、または電子測定機器を個々の枕木の下へ費用をかけて労働集約的に設置する必要なしに、レール軌道摩耗の段階が予測されることができる。
【００１２】
前述の要約は、それぞれの可能な実施形態、または本開示の主題のあらゆる様態を要約することが意図されるものではない。
【００１３】
前述の要約、好ましい実施形態、および本開示の主題の別の様態が、添付図面と併せて読まれるとき、以下の具体的実施形態の詳細な説明を参照して最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】開示される検査システムの一実施形態を概略的に図示する。
【図２】本開示のある種の教示による鉄道線路軌道を検査するためのシステムの一実施形態の一部を図示する。
【図３】開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道の一部のフレーム例を図示する。
【図４Ａ】枕木間の間隔を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図４Ｂ】枕木間の間隔を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図４Ｃ】枕木間の間隔を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図５】レールに対する枕木の角度を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図６Ａ】レール内の割れ目または分離を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図６Ｂ】レール内の割れ目または分離を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図６Ｃ】レール内の割れ目または分離を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図７Ａ】レールの摩滅を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図７Ｂ】レールの摩滅を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図８】枕木内の欠陥、レールの間隔、枕木のサイズ、および枕木に対するバラスの高さを決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図９】持ち上がった犬釘を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図１０】タイプレート欠落を決定するための、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例を図示する。
【図１１】開示される検査システムを使って得られる画像データの３次元編集を図示する。
【図１２】開示される検査システムを使って得られる画像データの３次元編集を図示する。
【図１３】本発明の代替の例示的実施形態を図示する。
【図１４】本発明の代替の例示的実施形態を図示する。
【図１５】本発明によるカメラの例示的実施形態を図示する。
【図１６】本発明の例示的実施形態による、特定の波長での太陽の日射のエネルギを記すグラフを図示する。
【図１７】本発明の例示的実施形態による、傾けられた鉄道線路軌道のプロファイル画像を図示する。
【図１８】本発明の例示的実施形態による、レールシート摩耗を決定する方法を図示する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
開示される検査システムおよび関連する方法は、さまざまな修正形態および代替形態を受け入れることができるが、その具体的実施形態が図面で例によって示され、本明細書で詳細に説明される。図および記述される説明は、いかなるやり方でも、開示される発明の概念の範囲を制限することが意図されるものではない。むしろ、図および記述される説明は、米国特許法１１２条により必要とされるように、開示される発明の概念を特定の実施形態に参照して当業者に例示するために提供される。
【００１６】
図１および図２を参照すると、本開示のある種の教示による鉄道線路軌道を検査するためのシステム３０の例示的実施形態が図示されている。図１では、開示される検査システム３０は鉄道線路軌道に対して概略的に図示されている。図２では、開示される検査システム３０の一部が鉄道線路軌道に対して斜視図で図示されている。
【００１７】
図１で最もよく示されるように、例示的な開示される検査システム３０は、光発生器たとえばレーザ４０、検査される領域から反射される光を受け取るための機器たとえばカメラ５０、および処理装置６０を含む。図１に示される実装形態では、開示される検査システム３０は鉄道線路軌道の道床を調査するために使用される。開示される検査システムおよび関連する方法が鉄道線路軌道の検査で使用するとして説明されるが、開示されるシステムおよび方法は別の分野で、および表面および構成要素が検査を必要とする産業で使用されることができることが、本開示の利益と共に理解されよう。たとえば、開示される検査システムおよび方法は道路、電線、配管、あるいは別のネットワークまたはシステムを検査するために使用されることができる。
【００１８】
道床は枕木１０、レール１２、タイプレート１４、犬釘１６、およびバラス１８を含む。簡潔に言えば、レーザ４０が道床でレーザ光のビーム４２を投射する。ビーム４２は道床の表面および構成要素の輪郭に従う、図２に示される投射ラインＬを道床上に生成する。光受信器すなわちカメラ５０は、道床上に投射されるレーザ光４２のラインＬの画像を取り込む。カメラ５０は、以下により詳細に説明されるように処理および分析のために、取り込まれた画像を処理装置６０に送信する。
【００１９】
図２の例示的実施形態で最もよく示されるように、レーザ４０およびカメラ５０の対が軌道のレール１２のそれぞれの１つの上に置かれる。レーザ４０およびカメラ５０は、検査システム３０を適切な位置に維持するために、検査車両（示されていない）または軌道に沿って動く別の機器の上に取り付けられることができる着座した骨組み３２の上に組み立てられることができる。図２では簡略化のために枠組み３２の一部だけが示されている。しかし、骨組み３２のための別の知られている構成要素が、レーザ４０およびカメラ５０を検査車両の上に取り付けるために必要とされることがあることが理解される。
【００２０】
一般に、検査車両は鉄道線路軌道に沿って移動するための任意の適切な車両とすることができる。たとえば、当技術分野の慣例が、車両のフレームに取り付けられた「ハイレール（ｈｉｇｈ−ｒａｉｌ）」装置を備える通常の幹線道路車両、たとえばピックアップトラックに装備することである。ハイレール装置は典型的には幹線道路車両がレールに沿って載ることができるようにする１組の普通より小さい鉄道線路車両の車輪を含む。一実施形態では、このとき、開示される検査システム３０の骨組み３２は、「ハイレール」装置を有するピックアップトラックの架台内に取り付けられることができる。あるいは、検査車両は鉄道線路軌道に沿って作業するために特に設計された保線（ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ  ｏｆ  ｗａｙ、ＭｏＷ）装置とすることができる。加えて、開示される検査システム３０は、車両により牽引される車台上に取り付けられることができる、あるいは機関車または貨車の上に取り付けられることができる。
【００２１】
図２で最もよく示されるように、レーザ４０は所定の角度広がりβを有する光のビーム４２を投射する。２つのレーザ４０の角度広がりβは、実質的に道床の全表面をカバーする。この方法では、レーザ４０は、実質的にまっすぐであり、実質的に道床全体に伸びる投射ラインＬを生成する。各レーザ４０は好ましくは約６０°の角度広がりβを有するビーム４２を生成し、道床のほぼ半分をカバーする。好ましくは、レーザ４０はビーム４２を実質的に軌道の表面に垂直に投射する。あるいは、たとえば道床全体に投射ラインＬを生成するためなどに置かれる単一のレーザが使用されることができる。
【００２２】
加えて、レーザ４０は、好ましくは４ワットの光出力を有し赤外波長約８１０ｎｍで光を生成する赤外レーザである。レーザ４０の比較的高い光出力は周辺光の影響を低減するのに役立ち、その結果、遮蔽が必要ない。開示される検査システム３０に適したレーザが、Ｓｔｏｃｋｅｒ  Ｙａｌｅ社により製造されるＭａｇｎｕｍレーザを含む。レーザ４０について上記で説明されるパラメータは鉄道線路軌道の表面を検査するために好ましい。しかしながら、本発明がさまざまな別の表面を検査するために利用されてもよいことを本開示の利益を有する当業者は理解する。開示される検査システム３０の別の実装形態が、代わりの数の光源だけでなく、異なる波長、光出力、および角度広がりを使用することができる。
【００２３】
図２で最もよく示されるように、カメラ５０はレーザ４０に隣接して置かれる。図１で最もよく示されるように、カメラ５０はレーザ４０から投射される光のビーム４２に対して角度θで取り付けられる。一実施形態では、カメラは約６０°の角度θで置かれる。開示される検査システム３０が軌道に沿って動かされるとき、カメラ５０は道床の画像またはフレームを小さな一定の増分で取り込む。好ましくは、カメラ５０はかなり高いフレームレート、たとえば約５４０５フレーム／秒の能力がある。
【００２４】
次に、カメラ５０により取り込まれるそれぞれの静止画像またはフレームが、道床上に投射される輪郭を示されたレーザラインＬを分離するためにフィルタにかけられ、処理される。カメラ５０は、レーザ４０の実質的に好ましい赤外波長にある放射エネルギだけが通過することができるようにする帯域フィルタ５２を備えつけられる。レーザ４０の波長は約８１０ｎｍであるので、カメラ５０の帯域フィルタ５２は実質的にすべての周辺光を取り除くことができ、その結果、カメラ５０はレーザ４０からの光の投射ラインＬの実質的に明瞭な静止画像を獲得する。
【００２５】
２つのカメラ５０のそれぞれが、有線または無線の伝送線を介して処理装置またはコンピュータ６０に画像データを直接送信する。好ましくは、カメラ５０は、投射ラインＬの取り込まれた画像を処理装置またはコンピュータ６０に直接送信される１次元プロファイルに変換する、またはフォーマットすることができるプロセッサ５４を含む。取り込まれた画像をカメラ５０がこの方法で処理するまたはフォーマットする能力は、高価なポストプロセッサまたは高速フレーム取込装置の必要性を取り除くことができる。そのような処理能力を有する開示される検査システム３０に適したカメラが、ＩＶＰ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、Ｉｎｃ．社により製造されるＲａｎｇｅｒ  Ｍ５０を含む。
【００２６】
別の一般的構成要素の中でも、処理装置またはコンピュータ６０はマイクロプロセッサ、入力、出力、およびデータ記憶装置６２を含む。データ記憶装置６２はハードドライブ、不揮発性記憶媒体、フラッシュメモリ、テープ、またはＣＤ−ＲＯＭを含むことができる。処理装置６０は、軌道検査官がデータを入力および再検討するため、ならびに開示される検査システム３０を動作させるための入力／表示装置６８をさらに含むことができる。処理装置６０は開示される検査システム３０を使って得られるさまざまなデータを記憶し分析するための適切なソフトウェアプログラムで動作する。たとえば、処理装置６０は任意の適切な画像処理ソフトウェア、たとえばＭａｔｒｏｘ社のＭＩＬ、Ｃｏｍｍｏｎ  ＶｉｓｏｎＢｌｏｘ、Ｌａｂｖｉｅｗ、ｅＶｉｓｉｏｎ、Ｈａｌｃｏｎ、およびＩＶＰ  Ｒａｎｇｅｒを有することができる。たとえば処理装置６０は、カメラ５０からの画像データを分析するための当技術分野で知られている画像処理ツールたとえば関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ、ＲＯＩ）ツール、フィルタリングツール、ブロブツール（ｂｌｏｂ  ｔｏｏｌ）、エッジファインダ、ヒストグラムツール、および他を有することができる。
【００２７】
開示される検査システム３０を使って得られるデータのすべてを効果的に処理するために、好ましい実施形態では、処理装置６０は高速プロセッサ、たとえば２．８ＧＨｚで動作することができるＩｎｔｅｌ社のＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４プロセッサを有するコンピュータを含む。開示される検査システム３０を使って得られるデータのすべてを効果的に記憶するために、記憶装置６２は好ましくはＲｅｄｕｎｄａｎｔ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｄｉｓｋｓ（ＲＡＩＤ）システムとしても知られる、読出し／書込みの両方の機構を同時に１つのドライブとして使用するように構成される２つの大容量ハードドライブを含む。処理装置６０の高速プロセッサ、および記憶装置６２の２つのハードドライブが、開示される検査システム３０を使って得られるデータの維持されたリアルタイム記憶を可能とする。好ましい実施形態では、開示される検査システム３０に対する電力が、検査車両のエンジンから離れて直接動作するベルト駆動発電機からの交流１１０Ｖ電力により提供されることができる。
【００２８】
軌道の不規則な表面上にビーム４２が投射され、ある角度で見られると、図２に示される投射ラインＬは、道床の表面および構成要素の輪郭に従う。道床の投射ラインＬを示す一例の画像またはフレームが図３に示される。画像データまたはフレームはＸ−Ｙ座標を与えられた複数の画素を含み、カメラ５０により取り込まれた道床の輪郭を示す。フィルタリングおよび当技術分野で知られている別の画像処理技法により、画像は２つの画素値を含み、濃い画素が道床の輪郭を表す。所与の画像データの各画素は、画像データが取り込まれた軌道の長さに沿った特定の位置を表す同じＺ座標を与えられる。このやり方では、複数の取り込まれた画像が、スキャンの各画像が道床の輪郭を示すＸ−Ｙ座標を有し、レールの長さに沿った輪郭の特定の位置を表すＺ座標を有する、道床の３次元スキャンを生成する。
【００２９】
画像が取り込まれる速さは、スキャンされる領域の幅および高さ、個々の静止画像間の距離、静止画像の解像度、カメラ５０の最大フレームレート、コンピュータ６０の処理速度、ならびにデータ記憶装置６２の書込速度により制限されることが理解される。開示される検査システム３０の鉄道線路応用では、１つの好ましい例が、約０．１インチというカメラ５０により取り込まれた静止画像またはフレーム間の間隔、約３０ｍｐｈという検査車両の好ましい速度、ほぼ１０インチというスキャンされる領域の好ましい高さ、および約１０フィートという道床の幅全体にわたるスキャンされる領域の好ましい幅である。これらの好ましいパラメータを満足させるために、約５４０５フレーム／秒の能力のあるカメラシステム、および約８．３ＭＰＳで処理および記憶することができるコンピュータシステムが好ましい。図３に示されるようなそれぞれのフレームまたは画像は、約１，５３６バイトの記憶領域を必要とし得る。軌道の長さに沿って約０．１インチごとに取り込まれるフレームでは、約６３３，６００フレームが１マイルの軌道に対して捕獲され、０．９７３ギガバイトの記憶空間を必要とする。
【００３０】
別の実施形態では、図１に示されるように、開示される検査システム３０は、鉄道線路軌道を検査するときに検査車両の地理的位置を得るための全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＰＳ）受信器６４をさらに含む。ＧＰＳ受信器６４は地理的位置を得るための、当技術分野で知られている任意の適切なＧＰＳ受信器を含むことができる。たとえば、ＧＰＳ受信器６４は、検査車両上に取り付けられ適切なケーブル接続および入力／出力インタフェースで処理装置６０に接続される独立した市販のユニットとすることができる。ＧＰＳ受信器６４は差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）ＧＰＳシステムまたは非差動（ｎｏｎ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）ＧＰＳシステムを使用して地理的位置を得ることができる。ＧＰＳ受信器６４を使って実質的に正確な位置および時間のデータを得るための技法は当技術分野がよく知られており、さらには説明しない。地理的位置は処理装置６０に送信され、道床の画像データと共に編集される。
【００３１】
カメラ５０からの画像データが記録されたとき、フレームの地理的位置も記録されることができる。ＧＰＳ受信器６４からコンピュータ６０への地理的位置データの連続ストリームを除くことが、処理装置６０を使って画像データを取り込むために利用できる処理時間を開放することができる。したがって、ＧＰＳ受信器６４は好ましくはデータを補助モジュール６５に送り込む。補助モジュール６５はこのデータをパッケージ化し、問い合わせられたときにデータを処理装置またはコンピュータ６０に送信する。地理的位置データを得ることに加えて、ＧＰＳ受信器６４は時間データを得ることができる。さらに、ＧＰＳ受信器６４を使って得られる位置および時間のデータは、別の変数、たとえば本明細書で開示されるさまざまな目的のために使用されることができる検査車両の速度を決定するために使用されることができる。したがって、開示される検査システム３０は、ＧＰＳ受信器６４からのデータを使用して、カメラ５０をトリガして、レールに沿って約０．１インチごとに道床の静止画像を取り込むことができる。
【００３２】
代替の例示的実施形態では、図１に示されるように、開示される検査システム３０は、レールを検査するときに検査車両の地理的位置を得るための距離装置６６を含むことができる。距離装置６６は、検査車両がレールに沿って動くときに車輪の回転または部分的回転をカウントするエンコーダとすることができる、または検査車両上の既存の走行距離計センサとすることができる。距離装置６６は処理装置６０に位置データを提供することができる。距離装置６６を使用して、開示される検査システム３０はカメラ５０をトリガして、レールに沿って約０．１インチごとに道床の静止画像を取り込むことができる。
【００３３】
別の例示的実施形態では、開示される検査システム３０は、ＧＰＳ受信器６４または距離装置６６によりトリガされることなくカメラ５０の最大フレームレートでまたは最大フレームレートの近くで道床の静止画像を取り込むことができる。たとえば、カメラ５０および処理装置６０は、検査車両が軌道に沿って移動する間、最大フレームレートでまたは最大フレームレートの近くで動作することができる。枕木１０またはタイプレート１４の知られている平均幅を使用して、開示される検査システム３０は検査車両の速度を計算することができる。このとき、開示されるシステムは、保持されるフレームがほぼ０．１インチの間隔を有するように、データ記憶領域を低減するために任意の余分なフレームを削除することができる。０．１インチという厳密な間隔は常に可能ではないことがあることが理解されるが、間隔は知られており、０．０５インチから０．１インチの間でもよい。この実施形態では、フレーム間隔が一様なままとなるように、所与の枕木上のそれぞれの保持されるフレーム間で同数のフレームが捨てられなければならない。たとえば、タイプレートが８インチ幅であることが知られており、かつ２４４のフレームが特定のタイプレートに対して取り込まれた場合、それぞれの保持されるフレーム間で２つのフレームが捨てられることができる。１組のフレーム全体が１から２４４まで番号をつけられる場合、保持されるフレームは１、４、７、１０、…２４１、２４４と番号をつけられる。保持される８２のフレームは計算される間隔０．０９８インチを有する。
【００３４】
あるいは、開示されるシステムは任意の２つの取り込まれたフレームの間を内挿して、軌道に沿った任意の所望の位置で新しい第３のフレームを生成することができる。このとき、一部のフレームが正確な所望のフレーム間隔を達成するために捨てられることができる。
【００３５】
開示される検査システム３０が鉄道線路軌道の調査を完了した後、画像データのコンピュータ分析が行われる。コンピュータ分析は、検査車両内に配置される処理装置またはコンピュータ６０により実行されることができる。あるいは、コンピュータ分析は、当技術分野で知られている画像処理ソフトウェアを有する別のコンピュータシステムにより実行されることができる。コンピュータ分析は画像データを探索し、欠陥が発生している、または鉄道線路軌道の許容公差が維持されていない、軌道に沿った位置を決定するまたは検出する。特定の実装形態では、コンピュータ分析はカスタマイズされる、または変更されることができる。欠陥、または非許容公差の地理的位置は、適切な修理が行われることができる、または保守作業が予定されることができるように、提供されることができる。
【００３６】
鉄道線路軌道のいくつかの測定可能な様態が、開示される検査システムおよび関連する方法を使って得られる道床の画像データから決定されるまたは検出されることができる。以下の例では、いくつかのそのような測定可能な様態が説明され、測定可能な様態を分析するためのさまざまな技法が開示される。鉄道線路軌道のこれらおよび別の測定可能な様態が、開示される検査システムを使って得られる道床の画像データから決定されるまたは検出されることができることが理解されよう。加えて、画像データを分析するための当技術分野で知られている別の技法が、開示される検査システムおよび関連する方法と共に使用されることができること、および鉄道線路構成要素以外の表面が検査されてもよいことが理解されよう。したがって、開示される検査システムおよび関連する方法は、鉄道線路検査、または測定可能な様態、および本明細書で説明される特定の技法に限定されることを意図されない。
【００３７】
明確にするために、図１１および図１２は、開示される検査システムおよび関連する方法を使って得られる画像データの例示的編集を図示する。図１１は枕木、タイプレート、およびレールの一部を斜視図で示す複数の編集された画像データを有する。図１２はより詳細な斜視図を示す複数の編集された画像データを有する。図１１から図１２で理解されることができるように、編集された画像データは道床の領域の３次元表現（Ｘ、Ｙ、およびＺ）を形成する。表現にはかなりの詳細があり、道床の構成要素のさまざまな様態が測定されることができる。図１１から図１２では、たとえば、枕木１０内の亀裂または裂け目が認識できる。また、バラス層１８に対する枕木１０の高さが認識できる。タイプレート１４およびレール１２の向きおよび高さが認識できる。これらおよび別の詳細が、以下でより詳細に説明されるように、開示される検査システムおよび関連する方法を使って得られることができる。
【００３８】
一例では、枕木間の間隔が複数の画像データから決定されることができる。図４Ａから図４Ｃを参照すると、枕木１０間の間隔を決定するために使用されることができる、開示される検査システム３０を使って得られた道床の例示的フレームが図示されている。図４Ａは、軌道に沿って位置Ｚ１にある第１の枕木１０の輪郭を有する末端フレームＦ１を示す。この末端フレームＦ１はこの枕木１０を示す最終フレームを指定してもよい。図４Ｂは、末端フレームＦ１のいくらかの時間の後にトラックに沿ってもっと先の位置Ｚ２で取り込まれた中間フレームＦ２を示す。この中間フレームＦ２は、軌道の枕木間の位置を指定するので、枕木がない。複数のそのような中間フレームが図４Ａの末端フレームＦ１に続くとこが理解される。図４Ｃは、軌道に沿ってもっと先の位置Ｚ３にある別の枕木１０’を有する末端フレームＦ３を示す。コンピュータ分析は、たとえば枕木がないそのような中間フレームＦ２の数をまずカウントすることにより枕木１０と１０’の間の間隔を決定することができる。次に、中間フレームＦ２のこの数は、枕木１０と１０’の間の距離を計算するために、フレーム間の知られている間隔（たとえば０．１インチ）を乗算されることができる。この方法では、道床の枕木間の実質的に正確な測定値が、軌道検査官が枕木を物理的に検査する必要なしに得られることができる。むしろ、道床の３次元スキャンを形成する画像データが使用される。
【００３９】
フレームが枕木を有するかそうでないかを決定することは、従来技術で知られているイメージング技法により実行されることができる。たとえば、図４Ａから図４Ｃに示されるように、枕木１０の輪郭は、フレームＦ１からＦ３の関心領域Ｒ内に期待される。コンピュータ分析は、枕木の存在を示す画素を求めてフレームの関心領域Ｒを探索することができる。これは、たとえば関心領域Ｒ内の画素の値を平均する、または合計することにより行われることができる。枕木の輪郭は濃い画素からなるので、枕木１０を有するフレームＦ１内の関心領域Ｒは、枕木がない中間フレームＦ２内の領域Ｒよりも大きな平均または合計を有する。
【００４０】
別の例では、レールに対する枕木の角度が画像データから決定されることができる。図５を参照すると、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道のフレーム例が図示される。レール１２の上部の角度の向きがラインＬ１により表されることができる。ラインＬ１は、たとえば従来技術で知られている最良適合または曲線の適合技法により推定されることができる。同様に、枕木１０の角度の向きがラインＬ２により表されることができる。ラインＬ２はまた、たとえば従来技術で知られている最良適合または曲線の適合技法により推定されることができる。これらのラインＬ１およびＬ２は枕木１０近くのＺ軸に沿ったフレームのいくつかから平均化されることができる。次に、コンピュータ分析はこれらのラインＬ１−Ｌ２間の角度関係を決定して、レールに対する枕木の角度を決定することができる。この状態は、摩耗したレール、または木製の枕木でのプレート切断状態を示す。
【００４１】
別の例では、画像データからレール内の割れ目が決定されることができる。図６Ａから図６Ｃを参照すると、レール１２の分離を決定するために使用されることができる、開示される検査システムを使って得られた鉄道線路軌道の例示的フレームＦ１からＦ３が図示される。図６Ａは、軌道に沿って位置Ｚ１にある第１のレール１２の末端を有する末端フレームＦ１を示す。この末端フレームＦ１はこのレール１２を示す最終フレームを指定する。図６Ｂは、末端フレームＦ１のいくらか後に取り込まれ、軌道に沿ってもっと先の位置Ｚ２にある中間フレームＦ２を示す。この中間フレームＦ２は、軌道のレール間の位置を表すので、レールがない。複数のそのような中間フレームＦ２が図６Ａの末端フレームＦ１に続くことがあることが理解される。図６Ｃは、軌道に沿ってもっと先の位置Ｚ３にある別のレール１２’を有する別の末端フレームＦ３を示す。コンピュータ分析は、たとえばレールのない中間フレームＦ２の数をまずカウントすることによりレール１２と１２’の間の間隔を決定することができる。次に、中間フレームＦ２のこの数は、レール１２と１２’の間の距離を計算するために、フレーム間の知られている間隔（たとえば０．１インチ）を乗算されることができる。
【００４２】
フレームがレール１２を有するかそうでないかを決定することは、当技術分野で知られているイメージング技法により実行されることができる。例では、図６Ａから図６Ｃに示されるように、レール１２の輪郭がフレームＦ１からＦ３の関心領域Ｒ内に期待される。コンピュータ分析は、レールの輪郭の存在を示す画素を求めてフレームの関心領域Ｒを探索することができる。これは、たとえば関心領域内の画素の値を平均するまたは合計することにより行われることができる。レールの輪郭は濃い画素からなるので、レール１２を有するフレームＦ１の関心領域Ｒは、枕木がないフレームＦ２内の領域Ｒより大きな平均または合計を有する。
【００４３】
別の例では、画像データからレールの摩滅が決定されることができる。図７Ａから図７Ｂを参照すると、開示される検査システムを使って得られる鉄道線路軌道の例示的フレームＦ１からＦ２が図示され、レール１２の摩滅を決定するために使用されることができる。コンピュータ分析は、たとえば、レール１２の輪郭とフレーム内の基準点の間の距離が前のフレームの同じ距離より小さいかどうかを決定することにより、レール１２に摩滅があるかどうかを決定することができる。図７Ａは軌道に沿って位置Ｚ１にあるレール１２を有するフレームＦ１を示す。レール１２の輪郭は、関心領域Ｒの範囲内にあり、フレームＦ１のＹ軸に沿ってレベルＬにある。レール１２の輪郭は、タイプレートの高さでもよい基準レベルＬ２の上に、測定可能な距離ＬＤにある。本開示の利益を有する当業者に明らかなように、基準Ｌ２は、たとえばタイプレート１４、犬釘１６、または枕木１０などのいくつかの基準点に配置されてもよい。図７Ｂは軌道に沿って別の位置Ｚ２での別のフレームＦ２を示す。位置Ｚ２では、レール１２の輪郭とレベルＬ２の間の距離ＬＤが位置Ｚ１よりも小さい。したがって、フレームＦ２は軌道に沿って位置Ｚ２にあるレール１２の摩滅を示すことができる。本開示の利益を有する当業者に明らかなように、レール摩滅はまた、異なる時間に得られたが道床に沿って同じ位置で得られたフレームを比較して決定されることができる。
【００４４】
別の例では、画像データから枕木１０の欠陥が決定されることができる。図８に示されるように、開示される検査システムを使って得られた鉄道線路軌道のフレーム例が示される。欠陥ＤおよびＤ’が枕木１０内に示される。コンピュータ分析は、たとえば、枕木の輪郭の一部Ｄが関心領域Ｒの外側にあるかどうか、または輪郭の一部Ｄ’が領域Ｒ内部にないかどうかを決定することにより、枕木１０に欠陥があるかどうかを検出することができる。知られているように、枕木内の欠陥は、枕木内の亀裂、裂け目、または割れ目を含むことができる。そのような欠陥近くの複数の画像データを使用して、コンピュータ分析は欠陥の幅および長さを決定することができる。たとえば、図１１から図１２で理解されるように、複数の画像データが、枕木のエッジに示される亀裂の幅Ｗおよび長さＬを推定するために使用されることができる。ある種の段階では、コンピュータ分析は、たとえば、欠陥の向きが、レーザからの光が欠陥内部に投射され、カメラにより取り込まれることができるようにするとき、欠陥の深さを決定することができる。一実施形態では、引っ込んだ欠陥の中に投射する光がレーザ光のビームにほぼ並行に置かれるカメラにより依然として取り込まれることができるように、レーザとカメラの間の角度が比較的小さくなることができる。
【００４５】
別の例では、画像データから、レールの間隔または軌間、あるいは枕木の長さが決定されることができる。図８では、当技術分野で知られているエッジ検出技法が、フレーム内のレール輪郭１２のエッジを見つけ出すために使用されることができ、エッジ間の距離Ｗ１がレール１２の間隔を推定するために計算されることができる。同様に、従来技術で知られているエッジ検出技法が、フレーム内の枕木輪郭１０のエッジを見つけ出すために使用されることができ、エッジ間の距離Ｗ１が枕木１０の幅Ｗ２を推定するために計算されることができる。
【００４６】
別の例では、画像データから枕木１０に対するバラス１８の高さが決定されることができる。図８では、直線適合（ｌｉｎｅ  ｆｉｔｔｉｎｇ）技法がバラス１８のレベルおよび枕木１０のレベルを決定することができ、これらのレベル間の差が枕木１０に対するバラス１８の高さＨＢを推定することができる。別の例では、鉄道線路軌道のスキャンが、バラス１８内の石のサイズを決定するために使用されることができる。これは、バラス１８を有する関心領域を分析し、バラス１８の輪郭の曲率を使用してバラスの石のサイズを推定することにより行われることができる。
【００４７】
別の例では、画像データから、持ち上がった犬釘が検出されることができる。図９を参照すると、開示される検査システムを使って得られた鉄道線路軌道のフレーム例が図示される。持ち上がった犬釘があるかどうかを決定するために、関心領域Ｒが、持ち上がった犬釘１６を表す輪郭の一部が領域Ｒ内部に発生しているかどうかを決定するために分析されることができる。
【００４８】
別の例では、画像データから、タイプレート欠落、位置ずれしたタイプレート、または沈下したタイプレートが検出されることができる。図１０を参照すると、開示される検査システムを使って得られた鉄道線路軌道のフレーム例が図示される。欠落しているまたは沈下したタイプレートは、たとえば、関心領域Ｒを分析し、タイプレートを表す輪郭の一部が発生しているかどうか、または領域Ｒ内部に発生していないかどうかを決定することにより検出されることができる。位置ずれしたタイプレートは、タイプレートの輪郭の一部を直線適合し、たとえばラインの向きを枕木の向きと比較することにより決定されることができる。
【００４９】
図１３に関して、ここで、検査システム３０の代替の例示的実施形態が説明される。この実施形態では、検査システム３０は、前の実施形態に関連して説明されたのと同じ方法で構築され、動作させられてもよい。しかしながら、この実施形態では、本発明はより効果的な昼間の動作を可能にするように適合された。検査システム３０は、検査されるべき表面の上方に取り付けられる３つのライン生成レーザ４０を利用する。中央のレーザ４０は骨組み３２の中央に取り付けられ、中央のレーザ４０の角度広がりβの範囲内の表面領域をスキャンするが、外側の２つのレーザ４０は、それらの角度広がりβの範囲内の検査される表面の外側の周辺をスキャンする。たとえば、鉄道線路軌道が検査されている場合、中央のレーザ４０は９フィートの枕木を完全にスキャンすることができるが、外側のレーザはレールをスキャンする。
【００５０】
この例示的実施形態では、２つの外側のレーザ４０は、それぞれほぼ１０°の角度γで中央のレーザから外側に離して傾けられる。この実施形態では、２つの外側のレーザ４０は、たとえば検査システム３０が道床の中に詰め込まれることができるようにするために傾けられるが、鉄道線路道床の９フィートの枕木を依然としてスキャンすることができる。レーザ４０を外側に傾けることにより、本発明は枕木を検査するために必要とされるスキャン幅を達成するが、依然として軌道範囲内に物理的に合う。しかしながら、本発明はまた別の表面を検査するために使用されることができるので、２つの外側レーザ４０は、その応用の実用的な要件に応じるにしても傾けられることはない。
【００５１】
図１３の例示的実施形態をさらに参照すると、レーザ４０は７ワットレーザであり、それぞれ４５°の広がり角度βを有する。しかしながら、本開示の利益を有する当業者により理解されるように、角度広がりβはレーザ４０と検査される表面の間の距離に多少依存することがあり得る。検査される表面上にレーザ４０により投射されるレーザラインＬ（すなわちレーザビームＬ）の強度は、表面上に投射されるレーザラインＬの幅の１インチあたり少なくとも０．１５ワットである。最も好ましい実施形態では、強度は表面上に投射されるレーザラインＬの幅の１インチあたり０．１８ワットである。利用されるレーザ４０の数は、利用される数がレーザラインＬの１インチあたりに必要なワット数を提供することができる限り、３つより多くても少なくてもよい。したがって、この最小ワット数を提供することができるさまざまなレーザの組み合わせがあることを本開示の利益を有する当業者は理解する。
【００５２】
図１３の例示的実施形態をさらに参照すると、３つのレーザ４０を組み合わせて使用することが、より高い光強度を提供し、それにより、特定の波長でその同じ波長で日射より強い光のラインを生成する。この例示的実施形態では、レーザ４０は当技術分野で理解されるようにそれぞれ８０８ｎｍ＋／−２ｎｍの波長のレーザである。レーザ波長のこの選択は、図１６のグラフに図示されるように、地球の大気を通り抜ける太陽光線により引き起こされるほぼ８０８ｎｍでの太陽スペクトルのディップ（ｄｉｐ）に対応する。この図では、紫外線波長、可視波長、および赤外波長を含むほぼ４００ｎｍから２４００ｎｍを超える範囲の太陽スペクトルが海抜レベルで示される。ほぼ８０８ｎｍに、太陽の日射エネルギの急激なディップがある。したがって、本発明で利用される８０８ｎｍレーザは、その波長がほぼ８０８ｎｍで同じ波長での日射より強いので、特に選択され、それにより、その放射される光がカメラ５０を介して太陽光線中で検出されることができるようにする。本発明に従って、別のレーザの波長が日射の別のディップを活用するために利用されてもよいことを本開示の利益を有する当業者は理解する。
【００５３】
図１４および図１５を参照すると、ここでは、本発明のカメラ５０の例示的代替実施形態が説明される。前に説明されたように、カメラ５０は骨組み３２に取り付けられ、検査される表面（この例では鉄道線路軌道）の画像データを有線または無線の伝送線を介して処理装置またはコンピュータ６０に送信する。しかしながら、この例示的実施形態では、カメラ５０はレンズ７２を有するハウジング７０をそれぞれ含む。ハウジング７０内部には、クロック信号により制御される連続するステージを通してアナログ信号の伝送を可能にするアナログシフトレジスタである電荷結合デバイス７４、すなわちＣＣＤがある。ＣＣＤ７４は、当技術分野で理解されるように、メモリの形態として、またはアナログ信号のサンプルを遅延させるために使用されることができる。しかしながら、代替形態では、当技術分野で理解されるように、ＣＭＯＳセンサが同様に画像を取り込むために利用されてもよい。本発明で利用されてもよいさまざまなカメラがあることを本開示の利益を有する当業者は理解する。
【００５４】
図１５に図示されるように、ＣＣＤ７４は光帯域フィルタ７６に隣接して置かれる。この例示的実施形態では、本開示の利益を有する当業者により理解されるように、帯域フィルタ７６は、レーザ４０の波長−２ｎｍおよび＋１ｎｍの帯域を通過させるように選択されたが、３００ｎｍから１１００ｎｍまでのカメラ５０の応答範囲の残りに対して少なくともＯＤ４でフィルタをかけて、帯域通過領域近くに存在する上昇および下降の領域を除外する。したがって、８０８ｎｍレーザを利用することにより、帯域フィルタ７６はほぼ８０６ｎｍから８１０ｎｍの波長を通過させるが、残りの日射をフィルタにかけて取り除く。この波長には太陽の放射にディップがあるので、レーザ４０により生成されるラインは太陽光線中で容易に検出できる。
【００５５】
フィルタをある角度で通過する光に関連するブルーシフトを低減するために、帯域フィルタ７６はレンズ７２とＣＣＤ７４の間に取り付けられる。典型的には、光がフィルタを極端な角度で通過するとき、多くの異なる角度で同じ波長の光を得るために、広い帯域幅を備えるフィルタを有しなければならない。フィルタがレンズの外側に置かれた場合、光は極端な角度で入ってくる。しかしながら、フィルタをレンズの背後に動かすことにより、光ははるかにより平行になり、ブルーシフト効果は劇的に低減される。ブルーシフトのこの低減は、できるだけ多くの日射を、フィルタをかけて取り除くために必要なはるかに狭いフィルタ帯域幅をもたらす。したがって、帯域フィルタ７６はレンズ７２の背後に取り付けられる。
【００５６】
スペーサ７８が、ＣＣＤ７４と向かい合って帯域フィルタ７６の反対側に置かれる。スペーサ７６は、画像データがレンズ７２から収集されることができるようにする開口８０を含む。この実施形態では、帯域フィルタ７６はできるだけ多くの、レーザ以外で生成された光をふるい落とし、それにより、昼間の検査を可能にする。また、この実施形態は、フィルタ７６を通過する光により焦点距離のわずかの増大をもたらす。この現象は、レンズ７２とカメラハウジング７０の間に配置されるスペーサ７８の使用により、ＣＣＤ７４をレンズ７２から少し遠くに取り付けることにより補償される。スペーサ７８はＣＣＤ７４に対するレンズ７２の向きを変える。スペーサ７８は、たとえば精密シムワッシャでもよい。しかしながら、代替形態では、スペーサ７８は、十分広い焦点調節範囲を有するカメラレンズを利用する実施形態では必要ない。したがって、本発明で利用されることができるさまざまなスペーサがあること、およびスペーサ７８の必要性はレンズ選択により否定されてもよいことを本開示の利益を有する当業者は理解する。
【００５７】
本発明のさらに別の実施形態では、レールシート摩耗は高いレベルの精度で予測されることができる。この実施形態は、前に説明された画像データ、および車両の傾きに合わせて調節されるアルゴリズムの適用を利用する。検査システム３０が軌道に沿って動くとき、カーブに通って動くときにシステム３０の緩衝装置の傾斜をもたらす軌道内のカーブまたは湾曲に遭遇することがある。この傾斜は、鉄道線路軌道自体がカメラ５０の視野内で左または右に傾斜することをもたらす。その結果得られる測定データは、どの枕木がレール摩耗を求めて物理的に調べられるべきかを目標とするために使用される。しかしながら、傾斜または傾きは、以下で説明されるように、レールシート摩耗を求めて検査される枕木を識別するときに考慮されなければならない。
【００５８】
傾き現象は図１７に示されるプロファイル画像を参照してより明白に説明される。この画像は前に説明されたように３次元であるが、ここでは簡略化のためにプロファイルとして図示される。この例示的実施形態では、左および右のレール１２はコンクリートの枕木１０の頂上に置かれて示されている。ラインＬ３は地表面を表す。示されていないが、軌道のこのセクションがカーブの範囲内にあることが想定され、本発明の検査システムがラインＬ４により表される枕木１０の角度傾きをもたらす軌道に沿って動いている。したがって、軌道は左に少し傾いている。レールシート摩耗が存在するかどうかを決定するために、前に説明された方法に従って各レールの高さ測定が行われなければならない。しかしながら、この例では、右のレール１２の高さは左のレール１２より高く見え、傾いたデータ測定値をもたらす。したがって、本発明のための重要な経験的および数学的な研究中に、標準傾き補正係数０．１２が決定された。この傾き補正係数は、車両緩衝装置の変動、レール高さ配置規格、およびレールシート摩耗に関係がない別の係数により引き起こされる傾きに合わせて調節するために、本発明のアルゴリズムの中に組み入れられる。
【００５９】
ここで、図１７の例示的実施形態および図１８の例示的流れ図をさらに参照して、本発明の傾き補正アルゴリズムが説明される。前に説明されたように、カメラ５０から受信された３次元画像データに基づき、ステップ１００で、各レールのレール基部高さ、すなわち左（ＨＬｒａｉｌ）および右（ＨＲｒａｉｌ）だけでなく、各枕木の高さ、すなわち左（ＨＬｔｉｅ）および右（ＨＲｔｉｅ）の測定値が得られる。レール基部および枕木の高さは、３次元画像の最上部を表すラインＬ５に対するレールおよび枕木の高さである。寸法画像が取り込まれると、レール基部高さおよび枕木高さが、ＨＬｒａｉｌ、ＨＲｒａｉｌ、ＨＬｔｉｅ、およびＨＲｔｉｅの垂直画素カウントに基づき決定され、次に、そのカウントは０から２５５の測定インデックスに基づき正規化される。動作については、前に説明されたように、カメラレンズを通過する軌道構造物により反射されたレーザ光がカメラのＣＣＤ上に投射される。各ＣＣＤの寸法は、例示的実施形態では、２５６画素×１５３６画素である。この例示的実施形態では、２つのカメラがほぼ並んで置かれる。したがって、組み合わせられた２つのカメラの総視野は、２５６画素×３０７２画素の視野を、したがって、０から２５５のインデックスを有する。高さを決定するための方法がさまざまあることを本開示の利益を有する当業者は理解する。
【００６０】
その後、ステップ１０２で、検査システム３０は、それぞれの画素値に基づきレール１２および枕木１０の補正されていないＨＬｒａｉｌ、ＨＲｒａｉｌ、ＨＬｔｉｅ、およびＨＲｔｉｅの高さ測定値を記録する。次に、ステップ１０４で、検査システム３０のプロセッサは次式に基づき傾き補正係数（ｔｉｌｔ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｆａｃｔｏｒ、ＴＣ）を得る：
ＴＣ＝（ＨＬｒａｉｌ−ＨＲｒａｉｌ）（．１２）
【００６１】
したがって、ステップ１０６で、実際のΔ（すなわち２点間の距離／差）が、次式に基づき右と左の両方のレール基部に対して決定される：
ΔｌｅｆｔＲａｉｌ＝（ＨＬｒａｉｌ−ＨＬｔｉｅ）−ＴＣ
ΔｒｉｇｈｔＲａｉｌ＝（ＨＲｒａｉｌ−ＨＲｔｉｅ）＋ＴＣ
結果は、右と左の両方のレールに対するレール基部高さと枕木高さの間の実際のΔである。前述の式は左であろうが右であろうが軌道の傾斜または傾きを考慮していることに留意されたい。
【００６２】
次に、ステップ１０８で、右および左のレール基部に対するレールシート摩耗値（「ＲＳＡ」）が次式に基づき決定される：
ＲＳＡＬｒａｉｌ＝（３２／５４）−（ΔｌｅｆｔＲａｉｌ／５０）
ＲＳＡＲｒａｉｌ＝（３２／５４）−（ΔｒｉｇｈｔＲａｉｌ／５０）
「３２／５４」はレール基部と枕木高さの間の期待されるΔであり、レールシート摩耗がないことを示す。「５０」は高さの収集の率、すなわち１インチあたり５０画素を示す。５０画素インチの収集の率は、カメラおよびレーザの取り付けの幾何形状に基づき変わり得ることを当業者は理解する。
【００６３】
その後、ステップ１１０で、ＲＳＡ値がさらなる分析に適した形式で出力される。次に、ステップ１１２で、次のフレーム画像が分析され、アルゴリズムは再び始まる。ＲＳＡデータはレールシート摩耗の正確な測定値を提供し、潜在的な安全上の危険要因、ならびに軌道の安全性を補償するためにモニタリングおよび補正行為を必要とする摩滅点の効果的で正確な識別を可能とする。
【００６４】
鉄道線路軌道のレールシート摩耗を決定するための例示的システムが、鉄道線路軌道全体に光のビームを投射するように適合される、鉄道線路軌道に隣接して置かれる少なくとも１つの光発生器と、鉄道線路軌道から反射される光の少なくとも一部受け取るため、および鉄道線路軌道の少なくとも一部のプロファイルを表す少なくとも１つの画像を生成するために、鉄道線路軌道に隣接して置かれる少なくとも１つのカメラと、少なくとも１つの画像を分析するステップ、および鉄道線路軌道に沿ってレールシート摩耗が存在するかどうかを決定するステップを含むステップを実行するように適合される少なくとも１つのプロセッサとを含み、レールシート摩耗が存在するかどうかを決定するとき、少なくとも１つのプロセッサが鉄道線路軌道の傾きを補償する。
【００６５】
別の例示的実施形態では、プロセッサは、左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを決定するステップと、傾き補正係数を決定するステップと、右および左のレール基部に対する実際の差分を決定するステップと、右および左のレール基部に対するレールシート摩耗値を決定するステップとを含むステップにより、鉄道線路軌道の傾きを補償する。さらに別の例示的実施形態では、高さを決定するステップは、左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さのそれぞれに対する垂直画素カウントを決定するステップと、測定インデックスに基づき垂直画素カウントを正規化するステップとをさらに含む。
【００６６】
別の例示的実施形態では、傾き補正係数を決定するステップは、左および右のレール基部高さ、ならびに標準傾き補正係数に基づき達成される。さらに別の例示的実施形態では、実際の差分を決定するステップは、傾き補正係数に基づき達成される。また、別の実施形態が、実際の差分に基づき達成される、レールシート摩耗値を決定するステップを提供する。
【００６７】
本発明の例示的方法が、鉄道線路軌道のレールシート摩耗を決定する方法を提供し、方法は、左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを決定するステップと、左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを記録するステップと、傾き補正係数を決定するステップと、右および左のレール基部に対する実際の差分を決定するステップと、右および左のレール基部に対するレールシート摩耗値を決定するステップとを含む。別の例示的方法が、高さを決定するステップが、左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さのそれぞれに対する垂直画素カウントを決定するステップと、測定インデックスに基づき垂直画素カウントを正規化するステップとをさらに含む方法を提供する。
【００６８】
さらなる例示的方法が、傾き補正係数を決定するステップが、左および右のレール基部高さ、ならびに標準傾き補正係数に基づき達成される方法を提供する。別の例では、実際の差分を決定するステップは傾き補正係数に基づき達成される。別の例では、レールシート摩耗を決定するステップは、右および左のレール基部に対する実際の差分に基づき達成される。
【００６９】
本発明のさらに別の例示的方法では、鉄道線路軌道のレールシート摩耗を決定する方法が提供され、方法は、軌道に沿って検査システムを動かすステップと、軌道の少なくとも一部に対応する画像データを受け取るステップと、検査システムが軌道に沿って動くときに遭遇される傾きに合わせて調節された、軌道の一部に対するレールシート摩耗の測定値を決定するステップと、調節された測定値に基づきレールシート摩耗が存在するかどうかを決定するステップとを含む。別の例示的方法では、レールシート摩耗の測定値を決定するステップは、左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さを決定するステップと、傾き補正係数を決定するステップと、右および左のレール基部に対する実際の差分を決定するステップと、レールシート摩耗値を決定するステップとをさらに含む。
【００７０】
別の例示的方法では、高さを決定するステップは、左のレール基部、右のレール基部、左の枕木、および右の枕木の高さのそれぞれに対する垂直画素カウントを決定するステップと、測定インデックスに基づき垂直画素カウントを正規化するステップとをさらに含む。別の例示的方法では、傾き補正係数を決定するステップは、左および右のレール基部高さ、ならびに標準傾き補正係数に基づき達成される。さらに別の方法では、実際の差分を決定するステップは、傾き補正係数に基づき達成される。別の方法では、レールシート摩耗値を決定するステップは、実際の差分に基づき達成される。
【００７１】
さまざまな実施形態が示され、説明されたが、本発明はそのように限定されず、当業者に明らかなような修正形態および変形形態を含むものと理解される。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物を考慮する以外は制限されるべきでない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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