第 21 回 国土技術開発賞 最優秀賞受賞

保線におけるモニタリング技術の実用化と維持管理への応用

線路設備モニタリング装置を活用したメンテナンス手法の確立〔受賞者〕

東日本旅客鉄道株式会社／株式会社日本線路技術〔本稿執筆者〕 東日本旅客鉄道株式会社
株式会社日本線路技術

以下に，第 21 回 国土技術開発賞 最優秀賞を受賞した「保線におけるモニタリング技術の実用化と維持管理への応用」を紹介します。

か しま

たか し

こ まつ

しん や嘉嶋小松

もとよししげる

崇志，元好茂伸也

な目的は二点ある。第一は，軌道メンテナンスに状 態 基 準 保 全（CBM：Condition BasedMaintenance）を導入したいというものである。
保線の世界では，以前から専用検測車（写真− 1）で，軌道のゆがみ（軌道変位）の測定を定期的に1.

はじめに実施し，その結果に基づいて補修を行う方法を採用してきた。しかし，軌道はその劣化率が場所ごJR 東日本は 2018 年 7 月にグループ経営ビジョとに大きく異なるため，劣化と測定の時間スケーン「変革2027」を発表した。本格的な人口減少社

ルが合わない場所では，時間基準保全（TBM：会の到来や移動ニーズの減少など厳しい経営環境Time Based Maintenance）や事後保全になってが待ち構える将来を見据えることと，人工知能技いた。つまり，字のごとく長い線状の構造物であ術やネット社会の進展といった新たな環境変化にる線路をひと固まりとして，「平均的な劣化状態」対応するために，なすべき指針である羅針盤が本に基づいて補修計画を策定してきたのであるが，ビジョンである。

種々の条件から CBM を導入することは困難であ

このビジョンの中でも，安全で安定した輸送サった。

ービスの維持向上は，当社のブランド力の基盤であると位置付けている。さらに，シームレスな移動サービスの提供基盤となるべく，鉄道を質的に変革していく方針としている。
保線部門としては，これらを踏まえメンテナンス方法を革新し，“スマートメンテナンス”を実現することをその目標の一つと定めた。その核となる技術の一つが，モニタリング技術とモニタリングデータの分析である。
保線におけるモニタリング技術の実用化の大き

写真− 1

専用検測車

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第二は，メンテナンスの生産性を高めたいとい②目視点検の生産性と品質，安全性の向上，③補うことである。在来線の軌道は，初期建設費用を修計画の最適化の三点の実用化を企図して研究開抑えるために一定の頻度で補修（軌道のゆがみを発したものである。特に，装置単体の開発に留ま元に戻す「つき固め」による補修）することを前ることなく，ビッグデータの処理，スクリーニン提に設計されている。また，列車から直接荷重をグ技術の確立，現場で活用するための線路設備モ受ける構造物であるため，他の土木構造物よりもニタリングシステムの開発，装置の劣化評価に基材料交換の頻度も高い。つまり，非常に短いメンづく装置自体の点検方法の確立等，パッケージ化テナンスサイクル（年に数回補修する場合もある）も達成したものである。

を持つ土木構造物である。
結果的にこれらに対応するために，目視点検⑴

線路設備モニタリング装置（写真− 2）も相当の頻度で実施せざるを得ないが，最初に，当社が開発した線路設備モニタリング

不具合を特定するために，全線を歩いて確認する装置を紹介する。線路設備モニタリング装置は，という方法は生産性が高いとは言えない。また，軌道変位（線路のゆがみ）を測定する「軌道変位当社社員の年齢構成は，約 40% が 50 代以上で，モニタリング装置」と，レール締結装置等の軌道40 代は 10% 程度に過ぎない。つまり，経験の必の材料状態を画像として収録する「軌道材料モニ

要な目視点検も技術継承の課題に直面している。

タリング装置」で構成されている（写真− 3，4）。

さらに，目視点検には，見落としや個人差といった限界や触車のリスクもある。必要な目視点検を代替する類似技術はないのが現状であり，軌道の不具合をモニタリングできれば，目視点検の生産性と品質，安全性向上を同時に図ることができる。
また，ムダな補修を減らし的確な補修計画を策定することで，補修回数を最適化し，鉄道事業者と施工会社の労働力不足に対応できることも期待できる。

写真− 22.

写真− 3

軌道変位モニタリング装置

写真− 4

軌道材料モニタリング装置

徒歩巡視の状況

技術の内容

これらの装置を営業列車の車体床下に装荷することで，従来の検測車と比較してはるかに高い頻本技術は，線路設備モニタリング装置を活用し度で軌道変位データが取得できるようになっていて軌道のモニタリングを行い，① CBM の導入，る。その結果，リアルタイムに軌道変位を把握で60

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軌道変位の監視画面

図− 2

軌道変位の継時変化

変位

図− 1［mm］

きるとともに，その継時変化を追えるようになった（図− 1，2）。
また，レール締結装置や継目板ボルトといった重要部材の画像を収録することで，計 10 種類の不具合を遠隔で把握できるようになっている（写真− 5，6）。
軌道変位モニタリングデータ
は，装置から携帯電話回線でクラ写真− 5

モニタリングデータ収録時ウドに伝送している。軌道材料モニタリングの画像データは，容量が大きく無線伝送できないためSSD（可搬型記録媒体）に保存し，定期的に SSD を抜き取ってクラウドに伝送している。
写真− 6

軌道材料のモニタリング画像
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⑵装置以外における仕組み構築

く測定距離が最も長いデータを，自動的にランキ

線路設備モニタリング装置を車両に搭載し，デングし，ベストデータを抽出するシステムを編みータを測定することになるが，営業列車で測定す出した。さらに，エッジ処理機能を持たせ，早急るためには，無人測定の技術を確立する必要があに修繕が必要な軌道変位が測定された場合に，速る。営業列車は人身事故や踏切事故等に対応すべ報できる仕組みを確立した。

く，途中折り返し運転や後続列車の通過待ち等を軌道材料モニタリングデータでは，走行の都度行うため，それらに対応する仕組みが必要であ収録する画像の中から最も品質の高いものだけをる。さらに，無人測定には異常値を検測した場合記録媒体に保存する機構を創出し，高頻度保存との自動除去機能も必要である。

記録媒体の小型化といったトレードオフを解決しそこで，地上に非接触通信デバイスを取り付け，その検知結果や装置に搭載した加速度センサた。また，収録する部材は膨大で，数億個になるものもある。

ーにより，無人で電源制御，走行パターン認識をそこで，部材の標高データとパターンマッチン行う技術を確立した。また，滑走，空転，後進時グ技術で軌道材料不具合の自動抽出を非常に高いに生じる異常値を装置内演算装置で除去する仕組精度で実現した。さらに，不具合の自動抽出が難みを考案した。

しい材料は，オペレーターが画像を目視確認する営業列車で測定収録することにより，ビッグデためのノウハウを確立するとともに，標準化するータを取得することができる（例えば，山手線はことで経験の浅いオペレーターでも 30 日程度で1 日に同一編成が 15 周以上する）。一方，実務で対応可能なマネジメント体制を構築した。

用いるためには，これらビッグデータに埋もれまた，遠隔監視の結果を線路の目視点検としてず，ビッグデータから必要な情報を選び出すスク取り扱うために，点検が必要な延長の測定有無をリーニング技術が必要となる。

自動的に確認できるシステムを開発したことに加このようなデータクレンジングやスクリーニン

え，オペレーターの確認結果を保線技術が最終判グ作業を当社の保線技術者が行うよりも，専門の断する仕組みを導入することで，点検結果の信頼会社で一元かつ集中的に実施することが効率性や度を高めた。

ノウハウの蓄積の面からも良いと考え，グループ

3.

会社に線路設備モニタリングセンターを 2016 年技術の効果12 月に設立した。センシング技術や通信技術等本件を実用化したことで，大きく分けて 6 つのの進展によりデータ自体を取得することは，以前と比較して相当容易になってきたが，IoT を実務効果が現れることとなった。に落としこむためには様々なノウハウの蓄積が必
⑴

要である。

機能維持

また，線路設備モニタリングセンターでは，装軌道の劣化状態を可視化や補修目安の到達時期置自体の監視や保守も行っている。営業車両の床予測に加え，緊急補修が必要な場合はメール通知

下は想像以上に過酷な環境であり，「モニタリンされるため，タイムリーに補修することができ，グ装置」の「モニタリング」が必要であったため，お客さまの乗り心地が向上した（図− 3，4）。

開発段階では想定していなかった装置の監視装置を追加して，安定稼働を図っている。
軌道変位データでは，過去データとの位置合わせが最も良好で（車両は空転・滑走するため，測⑵コストダウン
CBM の導入により軌道の補修工事費用を削減できた。

定の都度位置がずれる），異常データが最も少な

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図− 3

アラートメール

変位［mm］

図− 4⑶軌道変位の劣化予測システム

施 工 性⑷効 率 化

軌道補修工事の仕上がり状態を載荷状態で評価

軌道の目視点検を最大で「週 1 回」から「3 かできるようになったため，工事品質の向上が図ら

月に 1 回」と 12 倍効率化することができ，熟練れた。また，大型補修機械の施工評価を行うこと技術者によらず，オペレーターによる効率的な目ができるようになったため，その結果から，仕上視点検方法を確立した（写真− 7）。

がり不良が，施工に起因するものなのか，環境条

また，大型補修機械の運用計画を自動策定でき件によるものなのか判別できるようになり，施工るようになったため，計画策定の手間が大幅に減管理が効率化できた。本技術導入前はこれらを実った。従前は，熟練技術者が年間計画策定に 1 週施できていなかった。

間程度，月間計画策定に 1 週間程度（年に 2 回程度）かかっていたものが，それぞれ 1 日程度で実施できるようになった。

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⑹

最 適 化
高頻度の軌道変位データを用いることで，大型補修機械の運用計画を最適化でき，その施工結果も自動的に評価できるようになったため，補修工法選択の支援ができるようになった。

4.

おわりに保線業界も労働力不足に直面しており，当社だ
写真−７

オペレーターによる目視点検

けでも今後 20 年で 20% 程度の生産性向上が必要である。また，鉄道の安全性と安定性への社会的⑸担 い 手

要求は益々高まっており，本技術の社会的意義は軌道の目視点検を効率化したことによって，要極めて大きい。当社に限らず，保線部門の生産性員の効率化が可能となった。また，目視点検の見向上は鉄道会社にとって喫緊の課題である。さら落としや個人差も解消され，熟練の技術者でなくに，列車荷重を直接受ける線路を保守管理していとも均質な点検ができ，点検の品質も向上した。

る保線部門が担っている役割は極めて重要であ

さらに，列車間合いで実施する点検頻度が減った

り，更なる品質向上が求められている。

ため，安全性が向上するとともに，スクリーニン

ここ数年のセンシング技術やデータ処理技術，グされたモニタリングデータを屋内で確認できる

ひいては人工知能技術の進展はかなり大きく，線ため，作業環境も改善した。

路設備モニタリングの技術は生産性向上や品質向上に大きく寄与する潜在力が十分にあり，更なる発展が期待できる。

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