プローブ車両の実用化へ向けて

独立行政法人 交通安全環境研究所
足立 雅和

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内容
・背景
・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
独立行政法人 交通安全環境研究所

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内容
・背景
・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
独立行政法人 交通安全環境研究所

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背景
鉄道は、環境やバリアフリーの観点から重要性が増大
軌道上を走行する車両
走行安全性や走行安定性 → 軌道建設時の精度確保、軌道状態の維持管理
列車の安全運行を確保する信号システム
電気信号による正確な情報 → 電気信号の強度・品質を動作保証範囲内に維持

現場巡回による実測、検測車による測定
軌道不整や信号強度などに関するデータ

問題点

保守作業・・・人件費、技術継承
検測車測定・・・高価な設備費独立行政法人 交通安全環境研究所

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背景
電気軌道総合検測車

・ある程度の診断
・高頻度・安価

新幹線や一部幹線は先端的設備と保全体制により安定的に維持されているが、設備の老朽化が進み、保全費の増大、経営コスト削減のため存続の危ぶまれる線区がある

解決策
走行中の自車両の動揺や信号授受の状態をリアルタイムで測定分析

・精密診断
・低頻度
・高価

プローブ車両

自車両の走行した軌道や信号システムの状態診断
・状態の悪そうな箇所の把握・高頻度で状態の監視

保守費の削減、予防保全の実現
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内容
・背景
・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
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プローブ車両
営業車両

簡単なセンサ

営業車両

プローブ車両プローブ車両
データベース

営業車両に設置が容易なセンサー類やGPSを取り付け、車両走行時の車両動揺や信号授受の状態をリアルタイムで検出、分析

異常箇所の把握、状態の監視

安全性の向上や保守の合理化に活用
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プローブ車両のねらい
総合検測車
高機能
（高価）

地方路線向け

低機能
（安価）

計測精度高

計測
精度低
汎用性大（計測頻度高）

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専用性大（計測頻度低）8プロジェクトの研究実施体制
鉄道・運輸機構 「運輸分野における基礎的研究推進制度」研究プロジェクト
プロジェクトリーダ
日本大学 生産工学部
綱島 均
軌道状態推定とその制御への応用に関する研究

平成16年度～18年度

車両／軌道系のオンボード・ プローブ車両による信号設備
電力設備評価技術の研究とセンシングに関する研究
データ収集手法の研究
システム試作・実証試験
その後の展開波状摩耗試験
（新京成電鉄）軌道異常試験
（銚子電鉄）

PQモニタリング
試験（台上試験）

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信号試験（山形電鉄）

デッドマン試験（運転シミュレータ）9

プローブシステム
軌道・信号システムの健康診断

軌道
保守
保守員

車両
情報提示
操作介入
情報提示

振動
騒音
軌道回路

運転操作の健康診断
運転情報提示

運転士

運転挙動

プローブシステム

軌道・信号系プローブ技術
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運転系プローブ技術
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内容
・背景
・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出
・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
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11プローブ車両による鉄道システムの保全（概念）
営業車両に簡単に設置可能な可搬型プローブシステムを開発
GPSアンテナ

信号解析システム

マイクロホン

データ統合
処理システム

振動加速度計営業車両

軌道回路受電器

軌道異常・車外センサ営業車による常時監視• センサ類を車内に設置• 可搬型装置で機動性を実現

車内で得られる情報から、軌道の異常を検知する方法(信号処理)を検討
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12機能の実証例①軌道異常検出
波状摩耗の発生例

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車内騒音からの波状摩耗検出
マイクロフォン

車内騒音から波状摩耗の検出が可能
0.045

ピーク高の時間変化

0.04

Peak Height

0.035
0.03
0.025
0.02
0.015
0.010.0050

データウィンドウ

0102030
Time [s]405060250

波状摩耗特有のピーク

Peak Frequency [Hz]ピーク高200

帯域がわかっているので， 150100
短時間FFTを使用
50

ピーク周波数の時間変化

0

ピーク周波数

0102030Time [s]405060センサの取付が容易
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14プローブ車両における軌道変位の検出
軌道変位に対する車両の応答特性は、車両諸元、速度などの条件により変化

乗務員室内に3軸振動加速度計を取付け、営業路線で測定（直線区間70～80km/h程度）

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15Vertical accel. [m/s 2]2

軌道不整の検出（高低不整）10-1-2051015Time [s]

2025

振幅が増大

RMS of accel. [m/s 2 ](a)上下振動加速度測定結果
1

frms=0.500t2
t1f(t) 2dt

高低変位の大きい箇所で、上下振動加速度RMSは高い値
51015Time [s]2025

2つのピークが一致(b)上下振動加速度のRMSDisplacement [mm]1t2-t1840-4-80510152025Time [s]上下振動加速度RMSから高低変位の大きい箇所を検出が可能(c)高低不整（地上検測結果）
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Lateral accel. [m/s 2]2

軌道不整の検出（通り不整）10-1-2051015Time [s]2025RMS of accel. [m/s 2 ](a)左右振動加速度測定結果

通りと水準は、いずれも車体・台車間に左右変位を生じ、左右振動とロール振動の双方に作用

1.510.50051015Time [s]2025水準によって発生

8Displacement [mm]Displacement [mm](b)左右振動加速度のRMS
40-4-80510152025Time [s](c)通り（地上検測結果）
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840-4-80510152025

Time [s](d)水準（地上検測結果）
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内容
・背景
・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
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②信号異常検出
軌道回路の異常検出

異常発生

TRACK
RELAY

異常短絡やレール破断などの信号故障を車上で検知
土砂崩壊時に軌道短絡させれば緊急停車制御も可能

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車上装置全体
GPSアンテナへ
測定装置
磁界（電流）センサー
磁界（電流）センサー

データ記録装置

曝露計 ＥＬＴ－４００データ記録装置の画面
実用化には、まだ課題あり

軌道回路絶縁点

軌道回路絶縁点内容・背景・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
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③運転操作異常検出
カメラ技術利用による異常検出

検知、記録装置

車内運転状況

表示装置

前方位置
記憶装置

・デッドマン装置の検知性能は高い
身体的な負担が大きい・ＥＢ装置は検出までに一定時間を要する
早期検出が難しい
PCｶﾒﾗ2
身体的な負担感のない異常の検出方法が必要
本体 220(W)×270(D)×165(H) –mm 最近のセンシング技術
カメラ 84(W)× 84(D)×111(H) mm– 鉄道用の映像型運転状況記録装置
PCｶﾒﾗ1GPSｱﾝﾃﾅ
車両の速度発電機へ

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23運転記録装置のカメラ映像解析
試験結果
 ２ハンドル式列車上において試験を実施

不検出
はみ出しているため頭部を検出


検出事例

非検出事例

 角度変化等の影響により、的確な検出は困難
 円検出以外の画像解析法においても連続検知が難しい状況
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内容
・背景
・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
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25開発した可搬型プローブシステム装置
GPS受信機レートジャイロ

振動加速度計アナログ入力ターミナル

マイクロホン

軌道状態
軌道異常検出ソフト

位置・マップ
表示ソフト

位置・速度

HDD
ノート型パソコン

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営業列車による軌道状態の診断
GPS受信機を車内窓枠に固定

中小民鉄路線にて,可搬型プローブシステムの実証実験

可搬型プローブシステムを乗務員室内に設置
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プローブシステムのモニタ画面

速度キロ程

軌道異常検出表示（無点灯/黄/赤）
軌道異常検知用
データ

線路
異常箇所の表示閾値と測定値と比較し，黄、赤の２段階の表示

主な機能
・画面上に地図や情報をリアルタイムに表示

異常検出（黄色）・測定データの異常箇所を地図上に表示
・起点からの距離及び地図上へのプロット(測位精度は10m程度)
・ログ記録、オフライン処理、再生機能異常検出（赤色）

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プローブシステムのモニタ画面

速度キロ程

地図上に表示された異常箇所を現地調査した

線路

振動加速度 (m/s2)

異常箇所の表示0.15

プローブシステムの測定データ

駅位置0.10.05

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02

2.2

2.4
2.6
キロ程 (km)

2.8329

浮きまくらぎ
現場状況例
道床砕石に土が多く混入
まくらぎの周囲には道床との間に隙間
列車通過時にまくらぎが大きく沈下

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列車が通りかかった際に、レールの沈下が相対的に大きくなる
輪重変動が大きくなる
レールのたわみに伴う曲げ応力が大きくなる

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プローブシステムのモニタ画面

線路異常箇所

可搬型プローブ装置により異常と判定したすべての部分において、浮きまくらぎ等軌道の異常を発見(測位精度10m程度)

本プローブシステムにより、軌道異常を検出が可能
従来の手検測ではレールに荷重がかからないためレールは沈下しないため抽出が困難なもの（10m弦）
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内容
・背景
・プローブ車両の概要
・機能の実証①軌道異常検出②信号異常検出③運転操作異常検出・開発したプローブシステム
・まとめと今後の課題
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まとめ
（１）軌道異常検出
可搬型プローブシステムにより、波状摩耗、軌道異常の診断が可能
・異常箇所での地図表示機能により現場の特定が容易・可搬型で任意の営業車両に容易に設置可能→実用化にかなり近い（２）信号異常検出
・走行中に車両が受ける磁界変化を解析し、信号回路を診断するシステムを検討（３）運転操作異常検出
・センサによる画像解析により、異常状態の検出が可能
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今後の課題と方向性（１）軌道異常検出
・データの蓄積により、具体的な閾値の設定手法の確立
・プローブシステムの耐久性および信頼性について検証（２）信号異常検出
・センサ感度の向上、ノイズの抑制、周波数特性の補正（３）運転操作異常検出
・閾値の設定によっては、検出できない場合や、ばたつきが見られるため、センサの精度向上を図る

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