(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉を撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上へ設置したことを特徴とする電車線路の集電機能異常検知装置。
【請求項２】
トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉を撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上へ設置し、前記ビデオカメラの撮影した映像を処理して前記放電現象及び火の粉の紫外線領域及び赤外線領域を定量的に測定する画像処理装置を、車両内部へ設置したことを特徴とする電車線路の集電機能異常検知装置。
【請求項３】
トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉を撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上へ設置し、前記ビデオカメラの撮影した映像を処理して前記放電現象及び火の粉の紫外線領域及び赤外線領域を定量的に測定する画像処理装置を、車両内部へ設置し、得られたデータを電車管理指令所の中央演算処理装置へ入力して処理するようにしたことを特徴とする電車線路の集電機能異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に新幹線の高速運転時の営業車両において、走行中の集電状態からトロリ線とパンタグラフ舟体の接触部（すり板）との摩耗状況等を自動的且つ定量的に検知することのできる電車線路の集電機能異常検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電車は、パンタグラフ舟体のすり板を架線からハンガーによって吊設されたトロリ線に接触させ、電力の供給を受けている。而して、トロリ線とすり板とが接触する部分では、すり板がトロリ線から離れて放電現象（アーク等）を発生し、また火の粉を発生することもある。
【０００３】
トロリ線は、パンタグラフ舟体のすり板と接触しているが、パンタグラフ舟体自体がその後方に生ずるカルマン渦によって振動したり、すり板とトロリ線との間の摩擦によって振動したり、架線とパンタグラフ系の固有振動により接触力が変動したりする。そのために、放電現象（アーク等）や火の粉を発生する。
【０００４】
従来の新幹線では、このようなトロリ線とパンタグラフ舟体のすり板との摺動面部分から発生する著大な放電現象（アーク等）や火の粉を防止し、列車を安全に運行させることを目的として、電気軌道総合試験車を準備し、トロリ線とすり板とによる集電状態をビデオカメラで撮影してその映像を車両内部のモニターに映し出し、作業員が監視を行っている。
【０００５】
そして、放電現象（アーク等）や火の粉が非常に大きい場合等のように、集電状態に異常が発生すると、これを作業員が判断して記録を残し、他の距離計測データ等とともに保守部門へ連絡を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の集電状態の監視による異常検知だけでは、放電現象（アーク等）や火の粉の大きさを作業員が判断しているために、個人の経験則によってバラツキがあり、しかも大まかでもあり、定量的な把握ができないという欠点があった。そのため、保守点検作業を早急に実施しなければならない箇所についてこれを見逃したり、また保守点検作業が必要な状態でないにも拘らず、保守点検作業の指示を与えたりし、精度の高い保守点検作業が行えないでいた。
【０００７】
また放電現象（アーク等）や火の粉は、夜間やトンネル内のような周囲からの光の影響の少ない状況ではよく把握できるが、昼間は太陽光の影響が大きく、放電現象（アーク等）や火の粉自体の大きさ、程度を定量的に捉えることが困難であった。
しかも、ビデオカメラを通じての作業員の目視による監視であるため、放電現象（アーク等）や火の粉の可視光領域をも認識し、目の眩みによって放電現象（アーク等）や火の粉自体の大きさ、程度を正確に捉えることも困難であった。
【０００８】
更に、従来のビデオカメラによる集電状態の監視は、自動露光のビデオカメラを用いており、ビデオカメラに入射する光量が急激に変化する部分では露光調整が追いつかずに画面が真っ白になってしまい、その部分における集電状態の監視が行えなくなるという問題があった。例えば、山陽新幹線ではその線路区間の半分以上をトンネルが占めており、特にトンネルに高速で出入りするときに、露光調整が追いつかない事態が発生していた。
【０００９】
更にまた、前記従来の監視方法では、特別に新幹線電気軌道総合試験車を製作し、これを営業用列車ダイヤの合間を選んで走行試験する必要があり、試験装置の全体が大掛かりとなり、また特別にダイヤを設定しなければならない等の面倒な作業も必要であった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、営業車両に搭載して放電現象（アーク等）や火の粉を自動的且つ定量的に捉えることのできる集電機能異常検知装置を提供せんとするものである。
【００１１】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉を撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上へ設置したことを特徴とする電車線路の集電機能異常検知装置である。
【００１２】
また本発明が採用した請求項２の手段は、トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉を撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上へ設置し、前記ビデオカメラの撮影した映像を処理して前記放電現象及び火の粉の紫外線領域及び赤外線領域を定量的に測定する画像処理装置を、車両内部へ設置したことを特徴とする電車線路の集電機能異常検知装置である。
【００１３】
更に、本発明が採用した請求項３の手段は、トロリ線とパンタグラフ舟体との接触部で発生する放電現象及び火の粉を撮影する紫外線用及び赤外線用のビデオカメラを、電車の屋根上へ設置し、前記ビデオカメラの撮影した映像を処理して前記放電現象及び火の粉の紫外線領域及び赤外線領域を定量的に測定する画像処理装置を、車両内部へ設置し、得られたデータを電車管理指令所の中央演算処理装置へ入力して処理するようにしたことを特徴とする電車線路の集電機能異常検知装置である。
【００１４】
【作用】
本発明者らは、放電現象（アーク等）には紫外線が多く含まれ、火の粉には赤外線が多く含まれていることを知見し、これに基づき、請求項１の手段で示すように、トロリ線とパンタグラフ舟体のすり板との接触部を撮影するビデオカメラを紫外線用のものと、赤外線用のものとの二台を準備して集電状態を監視するようにした。
【００１５】
紫外線用のビデオカメラで放電現象（アーク等）を捉えると、その可視光領域がカットされるので目が眩むようなことはなく、放電現象（アーク等）の大きさを正確に識別することが可能である。また赤外線用のビデオカラメで火の粉を捉えると、その可視光領域がカットされるので、同様にして火の粉の大きさを正確に識別することが可能である。
【００１６】
従って、請求項２の手段で示すように、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ等のような画像処理装置を用いれば、前記紫外線ビデオカメラ及び赤外線ビデオカメラで正確に捉えた放電現象（アーク等）及び火の粉の大きさ（面積）を、定量的に測定することが可能である。
【００１７】
更に、前記画像処理装置によって定量的に捉えられた放電現象（アーク等）及び火の粉は、請求項３で示すように、新幹線東京指令所等のような電車管理指令所の中央演算処理装置へ信号入力される。電車管理指令所では、新幹線車両の走行距離データ等を併用することにより、放電現象（アーク等）及び火の粉の発生箇所及び大きさを自動的に記録することが可能である。また放電現象（アーク等）及び火の粉の大きさ如何によっては、走行中の新幹線に該当箇所での速度規制等を指示し、安全な列車運行を実現することも可能である。
【００１８】
【実施例】
以下に、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて説明すると次の通りである。
図１は本発明の一実施例に係る全体のシステムを示す概略図である。同図に示す如く、この実施例にあっては、列車１の屋根上に取り付けられた翼型のパンタグラフ２のすり板３と、トロリ線４とが接触する部位を赤外線ビデオカメラ５及び紫外線ビデオカメラ６とで監視するようにしている。
【００１９】
これは、すり板３とトロリ線４との接触部に発生する放電現象（アーク等）には紫外線が多く含まれており、火の粉には赤外線が多く含まれていることを多くの実験の中から本発明者らが知見し、放電現象（アーク等）と火の粉とを紫外線ビデオカメラ６及び赤外線ビデオカメラ５でそれぞれ撮影すれば、その大きさを正確に捉えることができることに基づいて開発されたものである。これらのビデオカメラ５及び６は、列車１の屋根上に固定されている。
【００２０】
而して、赤外線ビデオカメラ５は、通常のビデオカメラに赤外線フィルター（図示せず）を装着したものでも十分であり、また紫外線ビデオカメラ６は、通常のビデオカメラに紫外線フィルター（図示せず）を装着したものでも十分である。もちろん、赤外線撮影専用に開発されたビデオカメラや紫外線撮影専用に開発されたビデオカメラを用いるようにしてもよいことは当然である。
【００２１】
列車１の車両内には、前記赤外線及び紫外線ビデオカメラ５及び６によって撮影された映像を画像処理する装置７が設置されている。この画像処理装置７は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラを用いたものであり、撮影された画像の面積を検知し、著大な放電現象（アーク等）及び火の粉の大きさを測定するようにしている。
【００２２】
また前記画像処理装置７の信号は、例えば、新幹線東京指令所８に情報伝達され、関係機関等に利用される。また画像処理装置７の信号は、車上モニター９へも同時に映し出され、作業員が目視によっても監視し、二重の監視体制を採るようにしている。
更に、画像処理装置７の信号は、新幹線軌道を利用して地上処理装置１０へも信号伝達され、各地区の新幹線電力区１１等の保守点検部門へ送られるようになっている。
【００２３】
このように構成された集電機能異常検知装置であれば、新幹線車両１内へ搭載する機器は、画像処理装置７と車上モニター９だけである。従って、この実施例では、新幹線の通常の営業車両へ搭載し、営業運転時に連続した集電機能の異常を検知するようにしている。営業車両は、膨大な数にのぼるものであり、極めて厳密な測定データを得ることが可能である。
【００２４】
次に、上述の如く構成された集電機能異常検知装置の動作態様を説明する。先ず、紫外線用のビデオカメラ６で放電現象（アーク等）を捉えると、放電現象（アーク等）の可視光領域はカットされ、紫外線領域の波長の光のみが撮影される。前述した如く、放電現象（アーク等）には多くの紫外線が含まれているので、紫外線用ビデオカメラ６で捉えられた放電現象（アーク等）は、放電現象（アーク等）自体の大きさのみが映し出されるようになる。
【００２５】
図２の図（ａ）は、紫外線用ビデオカメラ６によって映し出された放電現象（アーク等）を示すものであり、図（ｂ）は、併設した通常のビデオカメラによって同じ放電現象（アーク等）を映し出したものを示すものである。図（ｂ）に示すように、通常のビデオカメラでは、可視光領域の光も映し出されるので、これを作業員が監視した場合には、放電現象（アーク等）の光の散乱によって目が眩み、正確な放電現象（アーク等）の大きさを捉えることは不可能である。
然しながら、同図の図（ａ）に示すように、紫外線用のビデオカメラ６で放電現象（アーク等）を撮影した場合は、可視光領域がカットされるので、放電現象（アーク等）のみを撮影することができ、放電現象（アーク等）の大きさを正確に捉えることが可能である。
【００２６】
また同様にして、トロリ線４とすり板３との接触部における火の粉を赤外線用のビデオカメラ５で撮影すると、火の粉の可視光領域はカットされ、赤外線領域の波長の光のみが撮影される。そのため、火の粉自体の大きさのみを映し出すことが可能である。
【００２７】
図３の図（ａ）は、赤外線用ビデオカメラ５によって映し出された火の粉を示すものであり、同じく図（ｂ）は、併設した通常のビデオカメラによって同じ火の粉を映し出したものを示すものである。同図の図（ｂ）に示すように、通常のビデオカメラでは、可視光領域の光も映し出されるので、これを作業員が監視した場合には、やはり光の散乱によって目が眩み、正確な火の粉の大きさを捉えることは不可能である。
然しながら、図３の図（ａ）に示すように、赤外線用のビデオカメラ５で火の粉を撮影した場合は、可視光領域がカットされるので、火の粉のみを映し出すことができ、火の粉の大きさを正確に捉えることが可能である。
【００２８】
このようにして正確に捉えられた著大な放電現象（アーク等）及び火の粉は、画像処理装置７でその画像処理が行われる。例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ等のような画像処理装置を用いることにより、正確に捉えられた放電現象（アーク等）及び火の粉の大きさを面積比によって定量的に測定することが可能である。
【００２９】
前記画像処理装置７によって定量的に捉えられた放電現象（アーク等）及び火の粉は、新幹線東京指令所８等のような電車管理指令所の中央演算処理装置へ信号入力される。電車管理指令所では、新幹線車両の走行距離データ等を同時に入力し、これにより、放電現象（アーク等）及び火の粉の発生箇所の特定と、その大きさとをフロッピィデスク等に自動的に記録するようにしている。放電現象（アーク等）及び火の粉の大きさ如何によっては、走行中の新幹線車両に該当箇所での速度規制等を指示し、安全な列車運行を実現するようにしている。
また画像処理装置７の出力信号は、地上処理装置１０を経由して新幹線電力区１１等の保守点検部門へも連絡され、必要であれば保守点検が行われる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にあっては、パンタグラフ舟体のすり板とトロリ線との接触部に発生する放電現象（アーク等）が紫外線を多く含み、火の粉が赤外線を多く含むことを知見し、これに基づいて、前記接触部の集電機能を紫外線ビデオカメラ及び赤外線ビデオカメラで撮影して監視することにより、可視光領域の光等をカットして放電現象（アーク等）及び火の粉を正確に捉えて、その大きさを定量的に且つ自動的に連続して測定することが可能であり、集電機能の異常を正確に行うことができる。
【００３１】
また装置全体の構成において、列車車両内へ搭載する機器は画像処理装置及び車上モニターだけで十分であり、営業車両へ搭載して営業運転時に自動的に測定することができる。従って、集電機能の異常を緻密に測定することができ、列車運行の安全性の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のシステム全体を示す概略図である。
【図２】図（ａ）は紫外線ビデオカメラで撮影した放電現象（アーク等）を示す図面であり、図（ｂ）は通常のビデオカメラで撮影した同じ放電現象（アーク等）を示す図面である。
【図３】図（ａ）は赤外線ビデオカメラで撮影した火の粉を示す図面であり、図（ｂ）は通常のビデオカメラで撮影した同じ火の粉を示す図面である。
【符号の説明】
１…車両                          ２…翼型のパンタグラフ
３…パンタグラフ舟体のすり板      ４…トロリ線
５…赤外線用ビデオカメラ          ６…紫外線用ビデオカメラ
７…画像処理装置                  ８…電車管理指令所
９…車上モニター                  １０…地上処理装置
１１…新幹線電力区
【図１】
0003793928.tif 000002
【図２】
0003793928.tif 000003
【図３】
0003793928.tif 000004