Technological Report

285km/h 走行に対応した新たな営業車検測装置の開発
技術開発部 軌道技術チーム 軌道検査技術グループ グループリーダー 中澤技術開発部 電力技術チーム 電力技術グループ
グループリーダー 寺田
１ はじめに
２ 線路設備用の計測装置

毅基泰隆

東海道新幹線は、最高速度 285km/h の列車を、一日あ線路設備のうち、計測対象としたのは図 2 に示すようたり約 370 本も運行するという、世界でも類例のない高なレールやまくらぎといった軌道を構成する材料（以下、速度かつ高密度の輸送を実施しています。それを実現す軌道材料）です。軌道材料は、敷設されている数が膨大るには、線路及び電車線設備（図 1）のきめ細かな管理で、例えば、レールとまくらぎを固定するためのレールが必要となるため、営業車両に搭載した計測装置（以下、締結装置は、東海道新幹線全線で約 700 万個にもおよび営業車検測装置）により、設備の健全性を高頻度に検査ます。また、それぞれ材質や形状が全く異なるという特する仕組みを他に先駆けて構築してきました。現在は、徴がありますので、それらに対応できる装置として構成

軌道狂いやトロリ線摩耗等の計測を N700S 新幹線車両しました。

6 編成で実施しています。
本稿で紹介する新たな営業車検測装置は、設備を構成する個々の部材や部材相互の位置関係といった、現在、目視主体で行っている検査の効率化、高精度化を目指して開発を進めてきたものです。
同種の装置は、一部の鉄道事業者で既に導入されていましたが、在来線車両や保守用車両に搭載し 100km/h 前

図 2 主な軌道材料後の走行速度で使用することを前提としたものでした。
そこで、ラインセンサカメラ（以下、カメラ）や３次元軌道材料の計測に用いるカメラやセンサ等の機器は距離計測が可能なセンサ（以下、センサ）といった様々

図 3 に示すように車体の床下に搭載します。車体の構造な光学系の機器を駆使し、285km/h（79m/s）で走行中にを変更せずに搭載できるように、長さ（進行方向）800 ㎜、数 mm サイズの部材も計測可能な国内初の営業車検測

高さ 300 ㎜というサイズまで小型化を図りました。

装置を開発しました。次章以降、開発した線路及び電車線用の計測装置について、それぞれの概要と特徴を記述します。

図 1 線路および電車線設備

図 3 装置の設置位置と計測イメージ

この位置における車体の姿勢変化は、鉛直方向に±40㎜、水平方向に±70 ㎜になりますが、どのような状態であっても計測できるようにカメラ類を配置しています。
特に、脱線防止ガードの下に位置するレール締結装置のボルトは最も死角になりやすい部材であったため、幾何学的なシミュレーションによって配置を決定しました（図 4）。
図 5 画像データ

図 4 シミュレーショ結果のイメージ開発した装置の性能試験は、N700S 確認試験車を使用
図 6 計測データ（点群データ）して行いました。まず、カメラで撮影した画像データを
図 5 に示します。これは試験的に 300km/h で走行した時のものです。細かな部材の状態まで確認できる精細な計測装置で得られたデータは、走行中に設備の維持管画像を得るために、1mm 幅（約 83,300fps）で撮影して理を担う部署へ伝送する仕組みとしてします。しかし、います。
この様なハイスピード撮影を実現するためには、東京駅から新大阪駅のデータ容量は、約 15TB にもなる十分な照度を確保する必要がありますが、搭載スペースため全てを伝送することができません。そのため、走行の制限から多くの照明機器を搭載することができません。

中にデータ処理を行いメンテナンスに必要な情報だけをそこで、カメラと照明の配置をミリ単位で調整し最適な抽出することにしています。データ伝送の最終的な試験配置とすることで所期の性能を確保しました。

は、通信インフラの構築後となりますが、営業車検測の次にセンサで計測したデータの例を図 6 に示します。

特性を最大限生かしたシステムとなるよう、引き続き検これも同じく 300km/h 走行時のものです。図 6 では軌証を進める計画です。

道材料の高さを色の違いで表現していますが、全て細か３ 電車線設備用の検査装置な数値を持った点の集合体（点群データ）です。軌道材料の中で最も小さいナットを計測するために 4mm 毎電車線設備は、トロリ線、補助吊架線、吊架線などの（約 21,000fps）で計測しています。これについても、関線条類とそれらを機械的、電気的に接続する電車線金具係する機器の配置を細かく調整することで、高速かつ高で構成されています。これらは全線にわたって設置され解像度な計測を可能としました。
計測精度は±1mm で、ており、東海道新幹線における電車線金具の数量は約 40

軌道材料の微小な変化も検知することができる性能を有万個あります。
ここでは電車線設備用の検査装置として、することを確認しています。

（１）架線三次元検測装置、（２）電車線金具異常検知装置を紹介します。
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（１）ステレオ計測で架線の三次元構成を検測する装置
駅などの線路が分岐する箇所では、それぞれの線路を走行する列車に電気を送るため、わたり線によって電車線設備を分岐する構成としています。
（図 8）。

図 10 開発した架線三次元検測装置
本装置では、2 台のラインセンサカメラで走行中に撮影したトロリ線、補助吊架線、吊架線の画像からステレ
図 8 電車線分岐箇所の例（駅のわたり線）

オ計測により空間的配置を算出し、架線構成の良否を判定します。測域センサは各線の動きを追跡し、架線が複このような箇所では、列車のパンタグラフ通過に支障雑に交差する箇所の画像処理において正確に架線構成をがないように、架線の構成に異常がないかを昼間の外観算出するための補足情報としています。N700S 確認試験

検査と夜間の現地測定で定期的に確認しています。本装車での検測結果を図 11 に示します。これは 3 本の架線置は、それらの検査をカメラやセンサで取得したデータで構成された、画像の処理が最も複雑な第三架線方式とで代替することを目的に開発しました。

呼ばれるわたり線です。ここではトロリ線の認識例を示開発にあたっての課題は、パンタグラフカバー内部のしています。検測装置のラインセンサカメラでは 1 ライ

狭い空間から上空の架線構成全体を捉える画角を確保すンの画像が 5cm 幅での撮影になりますが、285km/h 走るためのカメラ配置と必要な照明の設計でした（図 9）。

行中でも線条をしっかりと捉えています。そして画像処設計にあたってはモックアップを作成して画角検討を繰

理によりトロリ線を認識、構成を算出し架線構成の良否り返し実施し、最適な機器配置を決定しました。

を自動で判定します。
計測したデータは走行中に処理し、速やかに地上へ結果を伝送することを計画しています。

図 9 パンタグラフカバーと機器配置検討
開発した架線三次元検測装置を図 10 に示します。装図 11 わたり線構成の解析結果例

置はラインセンサカメラと測域センサ、照明で構成されており、カーブや車体動揺などの変動に対しても検査で（２）電車線金具の異常を自動で検知する装置きる機器配置としています。なお、本装置は定置にてキ

電車線金具は各電線間を機械的、電気的に接続するたャリブレーションを行っており、計測誤差は平均 4mmめの設備です（図 12）。金具の「取付状態」や「外観形程度です。

状」に異常があると、走行中の列車のパンタグラフに支3障を与え、列車運行の安定性に大きな影響を及ぼします。

1 ラインの画像幅を 2mm として撮影していますが、そのため電車線金具の状態を昼間の外観検査と夜間の至285km/h で走行する新幹線でも幅約 6mm の電車線金具近距離検査で定期的に確認しています。本装置は、それ画像を確実に捉えています。取得した画像はリアルタイらの検査をカメラやセンサで取得したデータで代替する

ムに画像認識と異常検出処理を行い、結果をタイムリーことを目指し開発しました。に地上へ伝送することを計画しています。

図 14 検測装置搭載状況と装置構成
図 12 電車線金具の例開発にあたっての課題は、高速走行中の車上から直径6mm の金具を撮影することと、電車線を側面から急角度で見上げる画角で金具の良否を判定できる高画質な画
図 15 取得電車線画像と画像認識 AI での金具抽出例

像を撮影する手法の確立でした。開発では試作装置とモックアップにより機器配置の検討を繰り返し、条件に合４ おわりに致したカメラと照明を選定するとともに、チルトシフト
レンズを使用した撮像手法を決定しました（図 13）。

本稿で紹介した営業車検測装置は、検査の効率化、高通常のレンズではカメラ面とピント面が並行になるため、精度化を目的に開発したものですが、それに加えて、こ急角度で見上げた画角では電車線全体にピントが合わず、れまでには得られなかった貴重なデータを得ることが可上部の解像度が低くなってしまいます。チルトシフトレ

能になります。それらを活用して新たなメンテナンス手ンズを使用することで、ピント面を電車線全体に合わせ法の確立や様々な現象解明といった今後の技術開発にもて電車線上部の解像度を向上しました。

活用を図っていく予定です。

中澤 毅基
軌道技術チーム
軌道検査技術グループ
画像処理技術はまさに発展途上の分野です。今後も継続的に、鉄道の安全・安定輸送に貢献する技術の開発に取り組んでいきます。

図 13 チルトシフトレンズによる撮影手法
次に屋根上搭載状況と装置構成を図 14 に示します。
装置はラインセンサカメラと測域センサ、照明で構成さ

寺田 泰隆
電力技術チーム
電力技術グループ

れており、装置専用の屋根上カバー内に搭載しています。
センサは各電線の位置関係を正しく把握し、複数の電車センシング技術は日々進歩しています。世の中の動向を漏らさず捉え、今後も鉄道に貢献できる技術開発を進めていきます。

線設備が重なる箇所においても金具を正しく認識させるための補助情報として使用します。
本装置にて N700S 確
認試験車でデータを取得した結果を図 15 に示します。
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