JP6206957B2 - トロリ線測定装置及びトロリ線測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電源供給源であるトロリ線の摩耗量などを測定するトロリ線測定装置及びトロリ線測定方法に関する。

電車線路を走行する電車車両は、パンタグラフ上面（摺板）を介してトロリ線から所要の電力を得る。トロリ線の下面（摺動面または摺面）とパンタグラフ上面とは、互いの摺動接触により漸次に摩耗する。パンタグラフ側の摩耗が一部分に集中しないように、トロリ線は支持電柱ごとに左右方向に交互に偏位されている。トロリ線の摩耗量と偏位量は、検測車等にトロリ線測定装置を搭載し、定期的に走行測定してそれぞれの良否が検査されている。

トロリ線測定装置の１つに回転多面鏡（ポリゴンミラー）を水平面で回転させて、トロリ線へレーザ光を照射してトロリ線をその偏位範囲に亙って走査するものがある。その１つは、走査に応じて得られるトロリ線摺動面からの反射光を穴あきミラーを介して受光素子で受光することでトロリ線摺動面についての検出信号を得て、走査に対応して得られる検出信号の発生幅をデータ処理装置で算出し、それにより、トロリ線摩耗量を測定する。このようなトロリ線摩耗量測定装置を搭載する検測車として、特許文献１，３，４に記載のものがある。

トロリ線測定装置の摩耗量算出としては、ＣＣＤカメラにより画像を採取して画像処理によりトロリ線摺動面の幅を得て、これから摩耗量を測定するようにしたものが特許文献２に記載されている。また、トロリ線摺動面からの反射信号を得て、その波形からトロリ線摺動面の幅を得て、これから摩耗量を算出するようにしたものが特許文献５，７に記載されている。

トロリ線をガイドレールにガイドし、ガイドレールを挟んで側面に投光部と受光部を有する透過型センサにてセンサ投光部と受光部の間のトロリ線の影の高さ幅を得て残存量を測定するようにしたトロリ線測定装置が特許文献６に記載されている。

特開２００１−５９７１０号公報 特開平５−９６９８０号公報 特開平５−３４１１３号公報 特開平１０−１９４０１５号公報 特開平０７−１２０２２７号公報 特開平０７−１２０２２８号公報 特開２０１０−２４３２７４号公報

特許文献１〜７に示されるようなトロリ線の摩耗残存量を摺面幅より残直に変換して測定するトロリ線測定装置は、トロリ線摺面にレーザ光やナトリウムランプ光やＬＥＤ光を照射しトロリ線摺面の反射光でトロリ線摺面幅の測定を行っている。このためトロリ線摺面の状態に大きく影響され、トロリ線摺面の黒化、錆や傾きまたは片減りによりトロリ線摺面の反射光が測定器受光部に戻らない場合、摺面幅を細く計ってしまうことがある。
また、トロリ線の横からの投影によってトロリ線残存径を直接測定するように構成した装置は、検出器をトロリ線に接触させてガイドしているので、列車速度が上がると検出器を跳ねてしまうために、低速での測定が条件となり、またトロリ線のオーバーラップ部分ではガイドの架けかえの手間が掛かることがある。
この発明は、上述の点に鑑みなされたものであって、トロリ線の摩耗部の形状を走行する車両から簡易に測定することができるトロリ線測定装置及びトロリ線測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係るトロリ線測定装置の第１の特徴は、スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像をそれぞれ取得する車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段と、前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成する制御手段とを備えたことにある。車両の屋根上から車両進行方向に対し略垂直にトロリ線にスリット状のレーザ光束を照射する。レーザ光束が照射されることによって、トロリ線の側面を含む下側に光切断像が生成される。この光切断像を斜め下方からカメラ等で受光することによって、トロリ線の側面を含む下側の形状を示す画像すなわちトロリ線の光切断像のプロファイルを取得することができる。このような投光部及び受光部をトロリ線の偏位左右方向に沿った離間した位置に２セット設置して、レーザ光束の当たった部分の形状をそれぞれ測定し、それを画像処理することによって、トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成することができる。生成したトロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて、トロリ線の側面の残存量を算出することができ、トロリ線摺面に影響されずにトロリ線の摩耗量を測定することが可能となる。

本発明に係るトロリ線測定装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線測定装置において、前記制御手段によって生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出する測定手段を備えたことにある。これは、制御手段によって生成されたトロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて、測定手段がトロリ線の側面の残存量を算出すると共にトロリ線の立体形状を示すデータを算出するようにしたものである。これによって、トロリ線摺面に影響されずにトロリ線の摩耗量を測定することができる。

本発明に係るトロリ線測定装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のトロリ線測定装置おいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御する前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段と、前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御する回転制御手段とを備えたことにある。これは、投光ユニットと受光ユニットからなるトロリ線測定手段を回転ステージ手段に取り付け、この回転ステージ手段を車両屋根上にトロリ線偏位方向に偏位中心を挟んで左右両端部に１対設置し、トロリ線の左右側面を含む下側面すなわち摺動面を同時に測定するようにしたものである。この投光ユニット及び受光ユニットを偏位左右位置に２セット設置し、トロリ線左右側面のレーザの当たった部分の形状を測定することにより、トロリ線の側面の残存量が得られ、トロリ線摺面に影響されずトロリ線摩耗量の測定が可能になる。また、トロリ線摺面の片減りによりトロリ線摺面が２面発生した場合、トロリ線摺面を含めたトロリ線断面形状を測定することができるため、片減りのトロリ線摩耗量の測定も可能となる。

本発明に係るトロリ線測定装置の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のトロリ線測定装置おいて、前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられ、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査するレーザ測長センサ手段と、前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線高さ偏位座標を検出する高さ変位検出手段とを備えたことにある。これは、車両屋根上のほぼ中央付近に設けたレーザ測長センサ手段を用いて、トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査し、トロリ線からの反射光に対応した信号に基づいて、レーザ測長センサ手段とトロリ線との間の距離と角度を測定し、この距離と角度に基づいて第１及び第２のトロリ線測定手段の設置位置からのトロリ線の高さ偏位座標を検出するようにしたものである。検出したトロリ線高さ変位座標に基づいて、回転制御手段は、回転ステージ手段の回転を制御できるようになる。

本発明に係るトロリ線測定装置の第５の特徴は、前記第１、第２、第３又は第４の特徴に記載のトロリ線測定装置において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることにある。これは、トロリ線測定手段を投光手段と受光手段で構成するようにしたものである。なお、トロリ線測定手段をレーザまたはＬＥＤ等を使用した二次元変位センサで構成してもよい。

本発明に係るトロリ線測定装置の第６の特徴は、前記第１、第２、第３又は第４の特徴に記載のトロリ線測定装置において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することにある。これは、投光レーザの波長を赤外領域の単色光とし、受光部に赤外透過干渉フィルタなどを組み合わせることによって、日中の太陽光との強度差が大きく得られるようにし、日中における測定を可能としたものである。

本発明に係るトロリ線測定方法の第１の特徴は、スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を、車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段を用いてそれぞれ取得し、前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第１の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。

本発明に係るトロリ線測定方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のトロリ線測定方法において、生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第２の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。

本発明に係るトロリ線測定方法の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段を用いて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御し、前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第３の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。

本発明に係るトロリ線測定方法の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられたレーザ測長センサ手段を用いて、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査し、前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線高さ偏位座標を検出することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第４の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。

本発明に係るトロリ線測定方法の第５の特徴は、前記第１、第２、第３又は第４の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることにある。これは、前記トロリ線測定装置の第５の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。

本発明に係るトロリ線測定方法の第６の特徴は、前記第１、第２、第３、第４又は第５の特徴に記載のトロリ線測定方法において、前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することにある。これは、前記トロリ線測定装置の第６の特徴に対応したトロリ線測定方法の発明である。

本発明によれば、トロリ線の摩耗部の形状を走行する車両から簡易に測定することができるという効果がある。

この発明に係るトロリ線測定装置の測定原理を説明する図である。 トロリ線に対するトロリ線測定器の受光視野方向との関係を概念的に示す図である。 トロリ線測定器によって測定されるトロリ線の光切断に対応する測定波形の一例を示す図である。 図１のトロリ線測定装置を搭載する架線検測車の一例を示す断面図である。 図１のトロリ線測定装置の全体構成を示すブロック図である。 この実施の形態に係るトロリ線測定装置の実行する処理の一例を示すフローチャート図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態に係るトロリ線測定装置及びトロリ線測定方法を説明する。図１は、この発明に係るトロリ線測定装置の測定原理を説明する図である。トロリ線測定装置１０は、車両の左側に設けられるトロリ線測定器２、その右側に設けられるトロリ線測定器３、車両のほぼ中央付近に設けられるトロリ線高さ偏位検出器４、トロリ線測定器２を保持する回転ステージ５、トロリ線測定器３を保持する回転ステージ６、各種演算を実行する演算装置７及び測定装置８を含んで構成される。

トロリ線測定器２，３は、同じ構成であり、投光ユニット２ａ，３ａと受光ユニット２ｃ，３ｃとを含んで構成される。投光ユニット２ａ，３ａは、赤外光の範囲にある特定の波長の単色光を投光レンズ２ｂ，３ｂで帯状のスリット光に変換し、トロリ線１に照射する。受光ユニット２ｃ，３ｃは、トロリ線１からの反射光を干渉フィルタ２ｅ、３ｅにより外乱光を除去して結像レンズ２ｄ，３ｄを通して受光する。図中における三角形状の投光領域Ｌ１，Ｌ２は、投光ユニット２ａ，３ａの投光光の照射可能領域を示すものである。投光ユニット２ａ，３ａによる単色光の波長は、例えば、λ＝７８０ｎｍに設定される。受光ユニット２ｃ，３ｃは、内部にＣＭＯＳセンサからなる受光素子を備えた３Ｄカメラで構成される。受光ユニット２ｃ，３ｃにて検出された受光信号は、演算装置７のトロリ線形状検出処理部７ａに出力される。演算装置７のトロリ線形状検出処理部７ａは、レーザ三角原理に基づいてレーザスリット光の反射光によるトロリ線の輪郭の高さプロファイルを形成し、その測定結果を測定装置８に出力する。

トロリ線高さ偏位検出器４は、レーザ測長センサで構成され、車両の屋根上に設置される。トロリ線高さ偏位検出器４は、トロリ線１の偏位方向にレーザ光を走査して屋根上のトロリ線１からの反射光を受光し、レーザ測長センサとトロリ線１との間の距離と角度を測定する。演算装置７のトロリ線高さ偏位検出処理部は、トロリ線測定器２，３の屋根上における設置位置に基づいて、その高さ偏位座標を算出する。回転ステージ５，６は、トロリ線１をトロリ線測定器２，３の撮影視野内に入れるために、車両の進行方向にほぼ垂直な面内でトロリ線測定器２，３を回転するものである。トロリ線測定器２，３は、この回転ステージ５，６の回転部に取り付けられる。

回転ステージ５，６は、トロリ線測定器２，３の撮影視野をトロリ線偏位方向に従って回転することができるように屋根上に設置されている。演算装置７の回転ステージ制御処理部７ｃは、トロリ線高さ偏位検出器４によって測定されたトロリ線高さ偏位座標に基づいて、回転ステージ５，６の回転部を回転制御することによって、トロリ線測定器２，３の視野をトロリ線位置に追随するように制御する。演算装置７のトロリ線形状検出処理部７ａは、トロリ線高さ偏位検出器４によって測定されたトロリ線高さ偏位座標に基づいて、回転ステージ５，６の回転部を回転制御することによって、トロリ線測定器２，３の視野をトロリ線位置に追随するように制御する。

図２は、トロリ線に対するトロリ線測定器の受光視野方向との関係を概念的に示す図である。図１に示す三角形状の投光領域Ｌ１は、左側トロリ線測定器２の視野Ｊ１に対応し、投光領域Ｌ２は、右側トロリ線測定器３の視野Ｊ２に対応する。

図３は、トロリ線測定器によって測定されるトロリ線の光切断に対応する測定波形の一例を示す図である。トロリ線測定器２、３の視野内においてトロリ線１が図２に示すような位置に存在する場合に、受光ユニット２ｃ，３ｃ内の３Ｄカメラからの受光信号に基づいて、トロリ線の輪郭の高さプロファイルが生成される。図２に示すようにトロリ線１が左側トロリ線測定器２に近く、右側トロリ線測定器３よりも遠い位置にある場合には、左側トロリ線測定器２の検出プロファイルａ１は、右側トロリ線測定器３の検出プロファイルｂ２よりも大きくなる。左側トロリ線測定器２の検出プロファイルと、右側トロリ線測定器３の検出プロファイルが同じ大きさになるのは、トロリ線１が左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３に対してほぼ等距離に位置する場合である。

図２に示すように、トロリ線１に対して左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３の距離が異なる場合は、トロリ線高さ偏位検出器４の検出結果に応じてトロリ線１と左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３との距離を算出し、その基準距離を任意に決めて画角倍率に従った補正を行い、検出プロファイルサイズが互いに等しくなるように処理する。これによって、検出プロファイルａ１，ｂ１は、補正プロファイルａ２，ｂ２に示すように左右のプロファイルサイズが等しくなるように補正される。なお、検出プロファイルａ１，ｂ１及び補正プロファイルａ２，ｂ２において、点線はトロリ線１の外形を分かりやすく示す仮想外形線であり、実際の検出プロファイルは実線だけで構成される。

基準プロファイルｃ０は、トロリ線１が摩耗する前の新線時の断面形状を示すものである。基準プロファイルｃ０は、トロリ線１に対して左側トロリ線測定器２及び右側トロリ線測定器３の距離がほぼ同じ場合における大きさに対応する。従って、補正プロファイルａ２，ｂ２は、この基準プロファイルｃ０とほぼ同じ大きさ（等倍率）に補正される。

等倍率に補正された補正プロファイルａ２，ｂ２を回転させて、基準プロファイルｃ０すなわち基本パターンとのマッチング処理を行う。トロリ線１は、その断面形状から分かるように、図示していないイヤーによって挟み込まれる溝がトロリ線１の上方両端に形成されている。すなわち、トロリ線１の新線外形は、円の上方両端を楔形の溝によって切断された上側の短円弧と下側の長円弧と２個の楔形を組み合わせた形状をしている。基準プロファイルｃ０において、トロリ線１の上部の高さはＴ１、トロリ線１の摩耗残存量はトロリ線１の直径すなわちＴ０となる。

マッチング処理は、この基準プロファイルｃ０の高さＴ１に相当する長円弧の端部がそれぞれ一致するようにマッチング処理を行う。例えば、補正プロファイルａ２の左側円弧の上側端部と基準プロファイルｃ０の長円弧の左側上端部とがそれぞれ一致するように、補正プロファイルａ２を時計方向に回転することによって、両者のパターンマッチング処理を実行する。また、補正プロファイルｂ２の右側円弧の上側端部と基準プロファイルｃ０の長円弧の右側上端部とがそれぞれ一致するように、補正プロファイルｂ２を反時計方向に回転することによって、両者のパターンマッチング処理を実行する。

マッチングプロファイルａ３は、補正プロファイルａ２と基準プロファイルｃ０とのパターンマッチング処理の結果を示し、マッチングプロファイルｂ３は、補正プロファイルｂ２と基準プロファイルｃ０とのパターンマッチング処理の結果を示す。このパターンマッチング処理の結果、マッチングプロファイルａ３に基づいてトロリ線１の左側残存側面の高さＴ２が検出でき、マッチングプロファイルｂ３に基づいてトロリ線１の右側残存側面の高さＴ３が算出できる。それぞれに算出された左側残存側面高さＴ２と右側残存側面高さＴ３との平均値とトロリ線１の上部高さＴ１とを加算した値がトロリ線１の摩耗残存量となる。

基準プロファイルｃ０を取り除いたマッチングプロファイルａ３，ｂ３を合成することによって、トロリ線１下部の断面プロファイルｄ０を取得することができる。このようにして取得した断面プロファイルｄ０を時系列に並べることで、トロリ線１の摺面部の形状を立体（３Ｄ）画像１１として表示することが可能になる。断面プロファイルｄ１は、トロリ線１の摺面が片減りによって、トロリ線摺面が２面発生した場合の一例を示す。このように、トロリ線摺面に２面が発生した場合でも、そのトロリ線摺面を含めたトロリ線断面形状を測定することができるため、片減りのトロリ線摩耗量の測定も可能となる。

図４は、図１のトロリ線測定装置を搭載する架線検測車の一例を示す断面図である。図４において、トロリ線高さ偏位検出器４は、架線検測車９の屋根上車両左右のほぼ中心に設置される。トロリ線測定器２，３及び回転ステージ５，６は、架線検測車９の屋根上車両左右中心より左右の離間した車両屋根上左右位置であって、上空のトロリ線１を相対する角度で見上げるように設置される。例えば、車両左右中心より約４００［ｍｍ］以上離間した位置に設置されることが望ましい。架線検測車９内に、演算装置７および測定装置が設置される。演算装置７は、トロリ線測定器２，３からの検出器信号を演算すると共にトロリ線測定器２，３及び回転ステージ５，６の制御を行う。測定装置８は、オペレーションとデータ収録を行う。

図５は、図１のトロリ線測定装置の全体構成を示すブロック図である。演算装置７は、高さ偏位演算パソコン７１、回転ステージ制御回路７２、トロリ線演算パソコン７３及びレーザ投光制御回路７４を含んで構成される。高さ偏位演算パソコン７１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリとＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）とＤＩＯｄｉｓｋ ｉｎｐｕｔ−ｏｕｔｐｕｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｉｓｋ ｉｎｐｕｔ−ｏｕｔｐｕｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とがそれぞれバスで接続されたパソコンで構成される。高さ偏位演算パソコン７１は、トロリ線の高さ偏位検出器４からのトロリ線位置検出信号をメモリに取り込む。高さ偏位演算パソコン７１は、取り込んだＨＤＤ内の高さ偏位座標変換プログラムによってトロリ線測定器２，３の位置からの高さであるＸ座標と偏位であるＹ座標に変換し、それに基づいて回転ステージ５，６の移動角度量を算出する。高さ偏位演算パソコン７１は、パラメータ化した移動角度量をメモリに格納し、それを座標に引き当て、ＤＩＯを介して移動信号を回転ステージ制御回路７２に出力する。回転ステージ制御回路７２は、回転ステージ制御回路７２からの移動信号に従って、回転ステージ５，６に角度移動信号を出力する。回転ステージ５，６は、回転ステージ制御回路７２からの角度移動信号に従ってトロリ線測定器２，３の視野内にトロリ線１が位置するようにその角度を移動する。高さ偏位演算パソコン７１には、車両距離情報が入力され、車両移動位置の同期がなされる。

トロリ線演算パソコン７３は、ＣＰＵとメモリとＨＤＤとＤＩＯとがそれぞれバスで接続されたパソコンで構成される。トロリ線演算パソコン７３は、レーザ投光制御回路７４から投光ユニット２ａ，３ａにレーザ発光のＯＮ／ＯＦＦ制御信号を出力する。投光ユニット２ａ，３ａは、単色光を投光レンズ２ｂ，３ｂで帯状のスリット光に変換し、トロリ線１に照射する。トロリ線演算パソコン７３は、トロリ線測定器２，３の受光ユニット２ｃ，３ｃである３Ｄカメラから出力されるプロファイル信号を内部メモリに取り込む。トロリ線演算パソコン７３は、取り込んだプロファイル信号をＨＤＤ内のプログラムで２値化処理、ノイズ除去処理及びスムージング処理を施して光切断のプロファイル画像を生成し、内部メモリに一時格納する。トロリ線演算パソコン７３は、格納されたプロファイルに対して図３の処理を行い、トロリ線摩耗量と３Ｄ画像を作成し、測定装置８に出力する。また、トロリ線演算パソコン７３には、車両距離情報が入力され、車両移動位置の同期がなされ、測定データにも車両移動位置情報が付加される。

測定装置８は、データ収録パソコン８１及び外部記録媒体８２を含んで構成される。データ収録パソコン８１は、ＣＰＵとメモリとＨＤＤとＤＩＯとがそれぞれバスで接続されたパソコンで構成される。測定装置８のデータ収録パソコン８１、演算装置７のトロリ線演算パソコン７３及び高さ偏位演算パソコン７１は、それぞれＬＡＮで接続されている。測定装置８は、演算装置７から測定データを受け取り、外部記録媒体８２にデータ収録を行う。

図６は、この実施の形態に係るトロリ線測定装置の実行する処理の一例を示すフローチャート図である。ステップＳ６１のトロリ線高さ偏位検出処理では、図５の高さ偏位演算パソコン７１は、トロリ線１の高さ偏位検出器４からの信号に基づいて、トロリ線１の位置を高さＸ座標、偏位Ｙ座標に変換する。ステップＳ６２のステージ角度演算処理では、図５に示す高さ偏位演算パソコン７１は、図４に示すように、回転ステージ５，６の屋根上取付け位置からのトロリ線１に位置方向への移動角度を算出して出力する。ステップＳ６３の２値化処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、図１の受光ユニット２ｃ，３ｃである３Ｄカメラからの信号を２値化し２値化画像を作成する。ステップＳ６４のノイズ（孤立点）除去処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、２値化画像にノイズ除去処理を実行し、２値化された画像から孤立点を除去する。ステップＳ６５の輪郭スムージング処理では、トロリ線１の光切断のプロファイルラインをスムージングする処理を実行する。

ステップＳ６６の倍率変換処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、図５の高さ偏位演算パソコン７１で算出したトロリ線１とトロリ線測定器２，３との距離データよりトロリ線１とトロリ線測定器２，３の基準距離を決めて、測定距離との倍率を検出プロファイルに倍率変換処理を実行して、補正プロファイルを作成する。ステップＳ６７の角度変換処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、基準倍率のトロリ線断面形状プロファイル基本パターン（図３の基準プロファイルｃ０）に倍率変換後の補正プロファイルを個々に回転させて、マッチング処理を行う。ステップＳ６８のトロリ線残存径算出処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、図５のトロリ線演算パソコン７３は、測定したトロリ線１のプロファイルのトロリ線側面をパターンマッチングで抽出し、トロリ線側面（左側と右側）の高さを算出し、左右側面高さＴ２，Ｔ３を足して２で割った値と、図３の基準プロファイルｃ０のトロリ線上部の高さＴ１とを足すことによって、トロリ線残存径を算出する。この時、図３の断面プロファイルｄ０に示すようなトロリ線断面の摺面に値するプロファイルラインが直線でない場合、上記トロリ線側面高さの算出では正確なトロリ線残存径は求められないため、トロリ線摺面を含めた形状測定処理にてトロリ線残存径を求める。

ステップＳ６９の左右輪郭画像合成処理では、図５のトロリ線演算パソコン７３は、トロリ線測定器２，３の処理データであるマッチングプロファイル同士の合成処理を行い、トロリ線下部断面データを生成する。ステップＳ７０の３Ｄ形状生成処理では、前ステップＳ６９の処理で得られたトロリ線下部断面データを時系列に並べてトロリ線の立体（３Ｄ）画像の生成を行う。ステップＳ７１のデータ収録では、測定装置８のデータ収録パソコン８１は、高さ偏位演算パソコン７１からのトロリ線高さ偏位測定データ、トロリ線演算パソコン７３からのトロリ線摩耗残存径のデータ及びトロリ線の立体（３Ｄ）画像データに、車両位置情報を付加して外部記録媒体に収録する処理を行う。

上述の実施の形態では、レーザ光として赤外領域の単色光を用いているが、単色光は、昼間の太陽光の光強度より強い反射光をトロリ線に発生させる単色光であれば、赤外領域のものに限定されるものではない。また、上述の実施の形態では、レーザスリット光を投光し、３Ｄカメラで受光しているが、この発明の投光ユニット及び受光ユニットはレーザ光または３Ｄカメラに限定されるものではなく、レーザまたはＬＥＤ等を使用した二次元変位センサ一般で構成してもよい。さらに、上述の実施の形態では、トロリ線偏位高さ移動範囲を確保するために回転ステージ５，６で追随しているが、センサ分解能が充分でセンサ視野が高さ偏位範囲を確保できれば、回転ステージ５，６を省略し、トロリ線測定器２，３を固定設置で実現してもよい。

上述の実施の形態では、高さ偏位検出器４を用いてトロリ線測定器２，３の設置位置からの高さ偏位座標を検出し、それに基づいて回転ステージの移動角度を算出しているが、これ以外の方法で回転ステージ５，６の移動角度を制御するようにしてもよい。例えば、検出プロファイルａ１，ｂ１を画像処理して、検出プロファイルａ１，ｂ１の重心が画面内においてほぼ一定となるように、回転ステージ５，６の移動角度を制御するようにしてもよい。また、摺動面は共通なので、この摺動面の大きさが互いに一致するように画像処理を施すことによって、補正プロファイルａ２，ｂ２を作成するようにしてもよい。

上述の実施の形態では、回転ステージ５，６を用いて追随しているが、トロリ線の側面を含む下側（摺動面）を左右から撮影可能な位置にトロリ線測定器２，３を固定設置し、固定設置されたトロリ線測定器２，３をトロリ線の偏位方向に沿って車両の屋根上をスライド移動可能なスライド板を設けるようにしてもよい。この場合、検出プロファイルａ１，ｂ１を画像処理して、両方の大きさがほぼ同じとなるように、スライド板の移動位置を制御するようにしてもよい。

ａ１，ｂ１…検出プロファイル
ａ２，ｂ２…補正プロファイル
ａ３，ｂ３…マッチングプロファイル
ｃ０…基準プロファイル
ｄ０，ｄ１…断面プロファイル
１…トロリ線
Ｊ１，Ｊ２…受光視野
Ｌ１，Ｌ２…投光領域
１０…トロリ線測定装置
１１…立体画像
２，３…トロリ線測定器
２ａ，３ａ…投光ユニット
２ｂ，３ｂ…投光レンズ
２ｃ，３ｃ…受光ユニット
２ｄ，３ｄ…結像レンズ
２ｅ，３ｅ…干渉フィルタ
４…トロリ線高さ偏位検出器
５，６…回転ステージ
７…演算装置
７１…高さ偏位演算パソコン
７２…回転ステージ制御回路
７３…トロリ線演算パソコン
７４…レーザ投光制御回路
８…測定装置
８１…データ収録パソコン
８２…外部記録媒体
９…架線検測車

Claims (10)

1. スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像をそれぞれ取得する車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段と、
   前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられ、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査するレーザ測長センサ手段と、
   前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線の高さ偏位座標を検出する高さ変位検出手段と、
   前記トロリ線の高さ偏位座標に応じて前記トロリ線と前記第１及び第２のトロリ線測定手段との距離をそれぞれ算出し、算出された前記距離に基づいて前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像のサイズが互いに等しくなるように処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成する制御手段と
   を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
2. 請求項１に記載のトロリ線測定装置において、
   前記制御手段によって生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出する測定手段を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
3. 請求項１又は２に記載のトロリ線測定装置において、
   前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御する前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段と、
   前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御する回転制御手段と
   を備えたことを特徴とするトロリ線測定装置。
4. 請求項１、２又は３に記載のトロリ線測定装置において、
   前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることを特徴とするトロリ線測定装置。
5. 請求項１、２、３又は４に記載のトロリ線測定装置において、
   前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することを特徴とするトロリ線測定装置。
6. スリット状のレーザ光束をトロリ線の左右下側から前記トロリ線を横断するように略垂直に投光し、
   投光された前記レーザ光束の反射光による光切断像に基づいて前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像を、車両の屋根上に設けられた第１及び第２のトロリ線測定手段を用いてそれぞれ取得し、
   前記車両の屋根上のほぼ中央付近に設けられたレーザ測長センサ手段を用いて、前記トロリ線の偏位方向にレーザ光を走査し、
   前記レーザ測長センサ手段からの信号に基づいて前記トロリ線の高さ偏位座標を検出し、
   検出された前記トロリ線の高さ偏位座標に応じて前記トロリ線と前記第１及び第２のトロリ線測定手段との距離をそれぞれ算出し、
   算出された前記距離に基づいて前記第１及び第２のトロリ線測定手段によって取得された前記トロリ線の側面を含む左右下側の形状を示す画像のサイズが互いに等しくなるように処理して、前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータを生成することを特徴とするトロリ線測定方法。
7. 請求項６に記載のトロリ線測定方法において、
   生成された前記トロリ線の摺動面及び左右側面の断面形状を示すデータに基づいて前記トロリ線の摩耗量を算出すると共に前記トロリ線の立体形状を示すデータを算出することを特徴とするトロリ線測定方法。
8. 請求項６又は７に記載のトロリ線測定方法において、
   前記車両の屋根上の左右両端部に設けられた回転ステージ手段を用いて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲が前記車両の進行方向にほぼ垂直な面内を回転するように前記第１及び第２のトロリ線測定手段を保持しながら回転制御し、
   前記車両の進行に従って変化する前記トロリ線の高さ偏位座標に基づいて、前記第１及び第２のトロリ線測定手段の撮影視野範囲に前記トロリ線が入るように前記回転ステージ手段の回転を制御することを特徴とするトロリ線測定方法。
9. 請求項６、７又は８に記載のトロリ線測定方法において、
   前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束を前記トロリ線に略垂直に投光する投光手段と、前記光切断像を前記車両の進行方向に向かって所定の仰角を以って撮像する受光手段とから構成されることを特徴とするトロリ線測定方法。
10. 請求項６、７、８又は９に記載のトロリ線測定方法において、
    前記第１及び第２のトロリ線測定手段は、前記レーザ光束として、昼間の太陽光の光強度より強い反射光を発生させる赤外領域の単色光を投光し、レンズを介して前記トロリ線の光切断像を受光面に結像するように受光することを特徴とするトロリ線測定方法。

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