JP3673741B2 - 長尺物体移動変位量測定方法およびこの方法を実施する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、長尺物体移動変位量測定方法およびこの方法を実施する装置に関し、特に、鉄道線路のレールの如き移動変位する長尺物体の移動変位量を写真画像に基づいて測定検査する長尺物体移動変位量測定方法およびこの方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例を図８を参照して説明する。以下、鉄道線路のレールを移動変位する長尺物体の一例として説明する。
左右のレール１とまくらぎ２の相互間は締結部材により強固に結合されているが、この締結力が小さく道床縦抵抗力も小さい場合、走行する列車の制動、始動荷重およびレール１の温度変化に起因する伸縮その他に起因してレール１が長手方向に移動することがある。このレール１の長手方向の移動を一般にふく進と呼んでいる。ふく進量が大きい場合、レール１を適正位置に引き戻す作業を実施する必要があり、鉄道各社は年に２回程ふく進量の測定を実施している。
【０００３】
ふく進量を測定するは、図８に示される如く、左右のレール１それぞれの外側に基準器３を設置し、両基準器３の標点３２間に糸を張ってこれを基準線４とすると共に、左右のレール１それぞれの基準線４に対応するところに基準点５を設置しておく。レール１に設置した基準点５と基準線４との間の距離を作業員が現場でスケールを使用して目視により測定する。ふく進する側であるレール１の基準点５は、ロングレール軌道の場合、不動区間において１５０ｍ〜２００ｍ間隔で設置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のふく進量の測定は、作業員がが現場に立ち入って目視により実施するものであり、検査箇所も１５０ｍないし２００ｍ間隔で１箇所という膨大なものである。そして、測定作業は、日中の非常に短い列車走行時間間隔の合間に行われなければならないし、見通し不良区間において線路上を横断或いは移動しながら測定を行なわなければならない場合もあり、作業員には常に列車触車事故の危険が伴う。従って、鉄道線路内に立ち入らずにふく進量の測定を実施することができるレールの移動変位量測定装置の開発が要請されている。また、ふく進量の測定には、列車見張員を含めて、通常６人程度の多くの人員を必要としており、この必要作業員数の削減も要請されている。更に、測定の精度については、現場における作業員の目視による測定であるところから、測定時の誤差は±５ｍｍ程度あると考えられている。また、糸を張ってこれを基準線４としてふく進量を測定するので、強風その他の測定環境条件に災いされて基準線４がたわみ、測定が困難になり、或いは測定の正確性が低下する恐れがある。この様な測定環境条件に左右されることなく、測定精度を維持することができる移動変位量測定装置の開発も要請されている。
【０００５】
この発明は、移動変位する長尺物体の移動変位量を写真画像に基づいて測定検査することにより上述の問題を解消した長尺物体移動変位量測定方法およびこの方法を実施する装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１：長尺物体に物体側ターゲット３４を形成し、長尺物体の近傍に１対の不動ターゲット３３を設け、両不動ターゲット３３に付与形成される指標３５間を結んだ直線を基準線４とし、これらの写真画像を撮像して、物体側ターゲット３４に付与形成される指標３５の基準線４を基準としたずれ量を写真画像上において座標演算処理して求め、長尺物体の移動量を測定する長尺物体移動変位量測定方法において、
不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４には３個以上の指標３５を等間隔に共通して付与形成し、
各物体側ターゲット３４の指標３５の基準線４を基準としたずれ量を３個以上求めてこれらを平均して得られた値を長尺物体移動変位量とする長尺物体移動変位量測定方法を構成した。
そして、請求項２：長尺物体に形成される物体側ターゲット３４と長尺物体の近傍に固定される１対の基準器のそれぞれに形成される不動ターゲット３３を具備し、
不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４には３個以上の複数個の指標３５を等間隔に共通して付与形成し、
１対の基準器の不動ターゲット３３の指標３５および物体側ターゲット３４の指標３５を横方向および高さ方向共に一直線状に配列位置決めし、
１対の基準器の不動ターゲット３３の指標３５および物体側ターゲット３４の指標３５の写真画像を撮像するカメラ６を具備し、
写真画像における両不動ターゲット３３に付与形成される指標３５間を結んだ基準線４を基準とする物体側ターゲット３４の指標３５のずれ量を写真画像上において座標演算処理して求めるＣＰＵを含む演算処理装置を具備し、
長尺物体の移動変位量を測定する長尺物体移動変位量測定装置を構成した。
【０００７】
ここで、請求項３：請求項２に記載される長尺物体移動変位量測定装置において、不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４に付与形成する指標３５の個数を３とした長尺物体移動変位量測定装置を構成した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を実施例を参照して説明する。この発明の実施例も、鉄道線路のレールを移動変位する長尺物体の一例として説明する。
図１および図２を参照するに、この発明は、移動変位する長尺物体である鉄道線路のレール１の両側に固定して形成される不動ターゲット３３と、レール１に形成した物体側ターゲット３４とを撮影し、不動ターゲット３３と物体側ターゲット３４相互位置関係を解析することにより移動変位量を算出するものである。
【０００９】
不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４には、撮影した写真上で正確にその形成位置を判別する指標３５が付与される。指標３５の形状は円形とし、写真上で円の中心を認識させて、写真上で指標３５の座標位置の読み取りをでき得る限り正確にさせる。
物体側ターゲット３４は、長尺物体であるレール１の１個について１枚だけ形成され、このレール１の移動量を測定するのに２箇所に不動ターゲット３３を形成する。移動量を求めるには、不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４の双方に１枚につき２点以上の指標３５を付与する構成とする。指標３５間の実際の長さＤは既知とし、移動長尺物体であるレール１に固定された物体側ターゲット３４の各指標３５間の長さＤが実際の移動量を算出する際の基準スケールとなる。
【００１０】
これについて概略を説明するに、物体側ターゲット３４を形成したレール１の両側に不動ターゲット３３を形成した場合、両不動ターゲット３３の指標３５間を直線で結んだ線が基準線４となり、物体側ターゲット３４の指標３５が基準線４上に並んでいる場合はレール１の移動量は０であるものとする。レール１が移動変位した場合に撮影した写真は、基準線４とレール１に固定された物体側ターゲット３４の指標３５との間の最短距離を写真画面上の座標から算出し、基準スケールＤの長さにより実際の距離に変換し、レール１の移動量を求める。
【００１１】
ここで、図３を参照するに、１枚のターゲット３３（３４）の指標３５の数について、指標３５が図３（ａ）に示される１点の場合、基準線４を参照してレール１が移動したことを判別することはできるが、基準スケールＤを形成することができないので移動量を求めることはできない。指標３５が図３（ｂ）に示され２点の場合、基準スケールＤが１個だけできて、このスケールＤにより移動量を求めることができる。しかし、これらのターゲットが完全に正面から撮影された写真ではない場合、写真画像の基準線４に対する左右の指標３５間の距離の比に差異が発生するところから、基準線４に対して左右のスケールが異なることとなり、撮影位置が厳密に設定されない限り、基準線４を基準として正確に移動量を求めることができない。指標が図３（ｃ）に示される３点の場合、図３（ｂ）の２点の場合とは異なり、写真画像における左右部分のスケールの比を各点間の長さから求めることができ、基準線に対する撮影角度の差異の影響を補正することができる。即ち、不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４には３個以上の指標３５が等間隔に共通して付与形成される。指標の数が多いことで、指標の中心座標の認識作業、撮影時の手ぶれ、ぼけ、レンズの歪みその他の原因による測定誤差はより軽減される。
【００１２】
鉄道のレール１のふく進を求めるには、左右のレール上に形成された各１箇所の物体側ターゲット３４と左右のレール１の外側に形成された各１箇所の不動ターゲット３３の計４箇所のターゲットを同時にカメラ６で撮影し、撮影した写真画像をＣＰＵを含む演算処理装置で演算処理することにより、レール１の長手方向の移動量と向きを算出し、ふく進量を求める。ここで、不動ターゲット３３の形成の仕方により、基準線４の方向を自由に設定することができ、これにより、或る程度移動量と移動方向が決められた、レール１以外の移動物の移動変位量を測定することができる。
【００１３】
この発明の実施例を、同様に図１および図２の実施例を参照して、更に具体的に説明する。
ふく進量を測定するに使用される基準器３は、杭３１により不動点である設置場所に固定され、不動状態を維持する。３２は標点を示す。不動ターゲット３３には、間隔Ｄで円形の指標３５が３個付与されている。間隔Ｄは既知の等間隔に設定され、各指標３５の直径は撮影距離により調整される。例えば、不動ターゲット３３に到る撮影距離が１０００ｍｍ程度なら５ｍｍ、３０００ｍｍ程度なら８ｍｍと、撮影距離が大きくなるにつれて直径を大きくする。
【００１４】
検査場所１箇所について、基準器３を２個と、２枚の不動ターゲット３３と、２枚の物体側ターゲット３４を必要とする。遠側基準器３_REは、撮影位置から２０００ｍｍ以内において、遠側レール１_REの外側に１０００ｍｍだけ離隔して基準器３_REの面を遠側レール１_REに平行にして固定される。近側基準器３_NEは近側レール１_NEの外側に１０００ｍｍだけ離隔して近側基準器３_NEの面を近側レール１_REに平行にして固定される。遠側基準器３_REと近側基準器３_NEの間には糸張りにより基準器面に垂直な基準線４が形成される。そして、遠側レール１_REおよび近側レール１_NEのカメラ６に対向する側面、遠側基準器３_REおよび近側基準器３_NEのカメラ６に対向する側面にターゲット３３を貼り付け固定する。これに際して、ターゲット３３は横方向、高さ方向共に一直線状に配列する必要がある。この形成状態をふく進量０の状態とする。
【００１５】
図１（ｃ）を参照してターゲットの撮影の仕方を説明するに、ターゲット３３が貼られた基準器面側からカメラ６で４枚のターゲット３３が１枚の写真の中に明確に納める撮影をする。
図４、図５および図６を参照してふく進量解析の仕方を説明する。図４は演算処理装置のディスプレイに表示した写真画像を示す図であり、図５は図４の表示画面の座標を説明する図である。演算処理装置のディスプレイに表示した写真画像の縦横の長さをドットで表現するＸ−Ｙ座標系とし、縦横の中点を結んで交差した中心点を（０、０）とする。
【００１６】
写真画像中の４枚のターゲット３３（３４）中にある各３個の指標３５の合計１２指標の座標（イ〜ヲ）を写真上から探し、撮影されている各指標３５の内の最も中心に位置するドットを各指標３５の座標位置として登録する。
登録した指標３５の指標座標を基準にしてふく進量を計算する。ここで、遠側レール１_REのふく進量の計算の仕方を説明する。
各指標座標位置の内の、ふく進量０ｍｍに相当する基準線４となる遠側基準器３_REおよび近側基準器３_NE上の対応する指標座標イと指標座標ヌとを結んだ直線式Ｌa 、指標座標ロと指標座標ルとを結んだ直線式Ｌb 、指標座標ハと指標座標オとを結んだ直線式Ｌc を求める。
【００１７】
図６に示される如くレール１_RE上の指標座標ニ、ホ、ヘから最小自乗法により直線近似式Ｒaを求める。
直線Ｌa 、Ｌb 、Ｌc と直線Ｒa の交点の座標を求め、交点座標Ａ₁ 、Ａ₂ 、Ａ₃ とする。指標座標ニ、ホ、ヘに最も近い直線Ｒa 上の座標をニ'、ホ'、ヘ'とする。
直線Ｒa 上にある座標Ａ₁ −座標ニ'間、座標Ａ₂ −座標ホ'間、座標Ａ₃ −座標ヘ'間の座標間距離を求め、それぞれｆ₁ 、ｆ₂ 、ｆ₃ とする。
【００１８】
交点座標Ａ₁ −交点座標Ａ₂ 間、交点座標Ａ₂ −交点座標Ａ₃ 間の座標間距離をそれぞれｄa 、ｄb とする。
実際の指標間距離をＤとし、ｆ₁ 、ｆ₂ 、ｆ₃ の実際の距離ｃ₁ 、ｃ₂ 、ｃ₃ を次のように求める。
ｃ₁ ＝ｆ₁ ×（Ｄ／ｄa ）
ｃ₂ ＝ｆ₂ ×（（Ｄ／ｄa ）＋（Ｄ／ｄb ））／２
ｃ₃ ＝ｆ₃ ×（Ｄ／ｄb ）
更に、これらの平均値をふく進量Ｃとする。
【００１９】
Ｃ＝（ｃ₁ ＋ｃ₂ ＋ｃ₃ ）／３
同様に、近側レールのふく進量を求める。ここで、レール以外の移動物に対しても不動点を２箇所設置し、同様に移動物にターゲットを形成すれば、移動量を求めることができる。そして、図７の如く不動点を設置した場合でも、不動点の延長線上を基準線とすることで移動量を求めることができる。移動物の片側にしか不動点を設置できない場合においても移動量を測定することができる。移動物として、地盤、岩盤、亀裂を対象とすることができ、これらの移動量、移動方向を測定することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によれば、ふく進測定作業を実施するに、線路或は地盤、岩盤、亀裂の如き測定対象に立ち入って様々な器具を持ち込む必要もなければ、測定対象から離隔して、一人でふく進測定作業を実施することができる。そして、ふく進測定作業が従来例と比較して短時間で実施することができ、風その他の外部環境により影響されることなく、また、測定技術に関係なしに従来例と比較して高精度の測定を実施することができる。更に、撮影した写真を保管しておくことができるので、後日に測定結果の再確認をすることができ、測定ミスの対処に役立つ。
具体的には、長尺物体に物体側ターゲット３４を形成し、長尺物体の近傍に１対の不動ターゲット３３を設け、両不動ターゲット３３に付与形成される指標３５間を結んだ直線を基準線４とし、これらの写真画像を撮像して、物体側ターゲット３４に付与形成される指標３５の基準線４を基準としたずれ量を写真画像上において座標演算処理して求め、長尺物体の移動量を測定する長尺物体移動変位量測定方法およびこの方法を実施する装置において、不動ターゲット３３および物体側ターゲット３４には３個以上の指標３５を等間隔に共通して付与形成し、各物体側ターゲット３４の指標３５の基準線４を基準としたずれ量を３個以上求めてこれらを平均して得られた値を長尺物体移動変位量とする構成を採用した。以上の通り、指標が３点の場合、２点の場合とは異なり、写真画像における左右部分のスケールの比を各点間の長さから求めることができ、基準線に対する撮影角度の差異の影響を補正することができる。指標の数が多いことで、指標の中心座標の認識作業、撮影時の手ぶれ、ぼけ、レンズの歪みその他の原因による測定誤差はより軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】基準器を説明する図。
【図３】ターゲットの指標の数について説明する図。
【図４】演算処理装置のディスプレイに表示した写真画像を示す図。
【図５】表示画面の座標を示す図。
【図６】直線近似式の求め方を説明する図。
【図７】一般的な長尺物体の移動変位量の測定を説明する図。
【図８】従来例を説明する図。
【符号の説明】
１ レール １’長尺物体
１_NE 近側レール １_RE 遠側レール
２ まくらぎ ３ 基準器
３_NE 近側基準器 ３_RE 遠側基準器
３１ 杭３２ ３２ 標点
３３ 不動ターゲット ３３’不動ターゲット貼り付け部
３４ 物体側ターゲット ３５ 指標
４ 基準線 ５ 基準点
６ カメラ

Claims (3)

1. 長尺物体に物体側ターゲットを形成し、長尺物体の近傍に１対の不動ターゲットを設け、両不動ターゲットに付与形成される指標間を結んだ直線を基準線とし、これらの写真画像を撮像して、物体側ターゲットに付与形成される指標の基準線を基準としたずれ量を写真画像上において座標演算処理して求め、長尺物体の移動量を測定する長尺物体移動変位量測定方法において、
   不動ターゲットおよび物体側ターゲットには３個以上の指標を等間隔に共通して付与形成し、
   各物体側ターゲットの指標の基準線を基準としたずれ量を３個以上求めてこれらを平均して得られた値を長尺物体移動変位量とすることを特徴とする長尺物体移動変位量測定方法。
2. 長尺物体に形成される物体側ターゲットと長尺物体の近傍に固定される１対の基準器のそれぞれに形成される不動ターゲットを具備し、不動ターゲットおよび物体側ターゲットには３個以上の複数個の指標を等間隔に共通して付与形成し、
   １対の基準器の不動ターゲットの指標および物体側ターゲットの指標を横方向および高さ方向共に一直線状に配列位置決めし、
   １対の基準器の不動ターゲットの指標および物体側ターゲットの指標の写真画像を撮像するカメラを具備し、
   写真画像における両不動ターゲットに付与形成される指標間を結んだ基準線を基準とする物体側ターゲットの指標のずれ量を写真画像上において座標演算処理して求めるＣＰＵを含む演算処理装置を具備し、
   長尺物体の移動変位量を測定することを特徴とする長尺物体移動変位量測定装置。
3. 請求項２に記載される長尺物体移動変位量測定装置において、
   不動ターゲットおよび物体側ターゲットに付与形成する指標の個数を３としたことを特徴とする長尺物体移動変位量測定装置。

Images