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発明の名称 車両走行路管理用のデータ取得方式
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−50805(P2007−50805A)
公開日 平成19年3月1日(2007.3.1)
出願番号 特願2005−238179(P2005−238179)
出願日 平成17年8月19日(2005.8.19)
代理人 【識別番号】100089635
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 守
発明者 古川 敦
要約 課題
列車の速度が変化することを前提として、等距離軸上の測定データと等時間軸上の測定データの変換を行うことができる車両走行路管理用のデータ取得方式を提供する。

解決手段
車両走行路管理用のデータ取得方式において、(a)車両に搭載されるデータ測定・記憶装置を用いた、一定間隔の地点ごとの、任意の時刻における空間系列データである等距離サンプリングデータの測定手段と、任意の時刻における前記等距離サンプリングデータの取得位置と同位置でサンプリングされる速度データの測定手段と、(b)車両または地上に設置される演算処理装置を用いた、距離と時間の対応を算出する手段と、(c)上記(b)をもとに、上記(a)で取得した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換する手段と、(d)距離・速度変換対照表を作成する手段と、(e)前記距離・速度変換対照表に基づいて上記(c)で作成した等時間サンプリングデータないしこれを加工したデータを、等距離サンプリングデータに再変換する手段とを具備する。
特許請求の範囲
【請求項1】
(a)車両に搭載されるデータ測定・記憶装置を用いた、一定間隔の地点ごとの、任意の時刻における空間系列データである等距離サンプリングデータの測定手段と、任意の時刻における前記等距離サンプリングデータの取得位置と同位置でサンプリングされる速度データの測定手段と、
(b)車両または地上に設置される演算処理装置を用いた、距離と時間の対応を算出する手段と、
(c)上記(b)をもとに、上記(a)で取得した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換する手段と、
(d)距離・速度変換対照表を作成する手段と、
(e)前記距離・速度変換対照表に基づいて上記(c)で作成した等時間サンプリングデータないしこれを加工したデータを、等距離サンプリングデータに再変換する手段とを具備することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
【請求項2】
(a)車両に搭載されるデータ測定・記憶装置を用いた、一定間隔の地点ごとの、任意の時刻における空間系列データである等距離サンプリングデータの測定手段と、前記等距離サンプリングデータの取得位置と同位置でサンプリングされる速度データの発生手段と、
(b)車両または地上に設置される演算処理装置を用いた、距離と時間の対応を算出する手段と、
(c)上記(b)をもとに、上記(a)で取得した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換する手段と、
(d)距離・速度変換対照表を作成する手段と、
(e)前記距離・速度変換対照表に基づいて上記(c)で作成した等時間サンプリングデータないしこれを加工したデータを、等距離サンプリングデータに再変換する手段とを具備することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
【請求項3】
請求項1又は2記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、前記変換される等時間サンプリングデータおよび再変換された等距離サンプリングデータを直線補間方式により補充することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
【請求項4】
請求項1又は2記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、前記変換される等時間サンプリングデータおよび再変換された等距離サンプリングデータをスプライン曲線補間方式により補充することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
【請求項5】
請求項1又は2記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、鉄道線路上を走行する鉄道車両の振動を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
【請求項6】
請求項1又は2記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、鉄道線路の形状を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
【請求項7】
請求項1又は2記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、車両の通行道路上を走行する車両の振動を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
【請求項8】
請求項1又は2記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、車両の通行道路の形状を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする車両走行路管理用のデータ取得方式。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両走行路管理用のデータ取得方式に係り、特に、鉄道線路の形状や線路上を走行する車両振動、あるいは車両の道路・走行路表面形状などの管理に用いるための、距離軸上の測定データから時間軸上の測定データへの座標系変換・再変換が可能な車両走行路管理用のデータ取得方式に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、鉄道線路の管理に用いる各種データは、その目的から等距離サンプリングデータとして取得される。これは、取得される各データと線路上の地点との対応を明確にするためである。
【0003】
しかし一方で、車両走行路管理用のデータの中にはその物理的な特性から、本来等時間サンプリングデータとした方が良いものがある。たとえば、車両の振動加速度などがこれにあたる。
【0004】
鉄道線路の場合、保守の目的の一つとして列車の乗り心地管理がある。この際、車両に発生する振動加速度のうち、人体が敏感に反応する時間周波数に着目した管理が必要となる。このような時間周波数の成分を抽出するには、等時間サンプリングの振動加速度データが必要となる。また鉄道線路の効率的な保守のために、鉄道線路形状データから車両の振動加速度の予測が必要となることがあるが、車両の振動特性を表す関数(運動方程式など)は時間の関数として定義されるので、このような予測を行うためには、走行速度に応じた等時間サンプリングの鉄道線路形状データが必要となる。
【0005】
さらに、鉄道線路の保守の目的を達するためには、上記の等時間サンプリングの振動加速度データや鉄道線路形状データに各種演算処理を施した後、再度等距離サンプリングデータに変換して、各データと地点との対応をとる必要がある。
【特許文献1】なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、列車速度が等速であれば、等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換することは容易である。しかしながら、列車の速度は発車から停止まで時々刻々変化するため、等速という前提は一般に成立しない。
【0007】
本発明は、上記状況に鑑みて、列車の速度が変化することを前提として、距離軸上の測定データと時間軸上の測定データの変換・再変換を行うことができる車両走行路管理用のデータ取得方式を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕車両走行路管理用のデータ取得方式において、(a)車両に搭載されるデータ測定・記憶装置を用いた、一定間隔の地点ごとの、任意の時刻における空間系列データである等距離サンプリングデータの測定手段と、任意の時刻における前記等距離サンプリングデータの取得位置と同位置でサンプリングされる速度データの測定手段と、(b)車両または地上に設置される演算処理装置を用いた、距離と時間の対応を算出する手段と、(c)上記(b)をもとに、上記(a)で取得した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換する手段と、(d)距離・速度変換対照表を作成する手段と、(e)前記距離・速度変換対照表に基づいて上記(c)で作成した等時間サンプリングデータないしこれを加工したデータを、等距離サンプリングデータに再変換する手段とを具備することを特徴とする。
【0009】
〔2〕車両走行路管理用のデータ取得方式において、(a)車両に搭載されるデータ測定・記憶装置を用いた、一定間隔の地点ごとの、任意の時刻における空間系列データである等距離サンプリングデータの測定手段と、前記等距離サンプリングデータの取得位置と同位置でサンプリングされる速度データの発生手段と、(b)車両または地上に設置される演算処理装置を用いた、距離と時間の対応を算出する手段と、(c)上記(b)をもとに、上記(a)で取得した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換する手段と、(d)距離・速度変換対照表を作成する手段と、(e)前記距離・速度変換対照表に基づいて上記(c)で作成した等時間サンプリングデータないしこれを加工したデータを、等距離サンプリングデータに再変換する手段とを具備することを特徴とする。
【0010】
〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、前記変換される等時間サンプリングデータおよび再変換された等距離サンプリングデータを直線補間方式により補充することを特徴とする。
【0011】
〔4〕上記〔1〕又は〔2〕記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、前記変換される等時間サンプリングデータおよび再変換された等距離サンプリングデータをスプライン曲線補間方式により補充することを特徴とする。
【0012】
〔5〕上記〔1〕又は〔2〕記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、鉄道線路上を走行する鉄道車両の振動を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする。
【0013】
〔6〕上記〔1〕又は〔2〕記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、鉄道線路の形状を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする。
【0014】
〔7〕上記〔1〕又は〔2〕記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、車両の通行道路上を走行する車両の振動を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする。
【0015】
〔8〕上記〔1〕又は〔2〕記載の車両走行路管理用のデータ取得方式において、車両の通行道路の形状を距離軸上及び時間軸上で取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【0016】
鉄道線路や車両用道路の管理のために取得するデータは、等距離サンプリングデータであるため、例えば1Hz〜2Hzの振動成分の取得、といった処理を行うことや、車両の振動特性を表す運動方程式への入力とすることができない。これに対し、本発明を用いることによって、車両で測定された等距離サンプリングの振動加速度を速度に応じた等時間サンプリングに変換し、フィルタによって1Hz〜2Hzの成分を抽出するとともに、これを等距離サンプリングに再変換して地上との地点対応を取るといった処理や、等距離サンプリングの鉄道線路形状データを任意の速度に応じた等時間サンプリングに変換し、これを車両の振動特性を表す運動方程式に入力して出力である振動加速度予測値を取得するとともに、この予測値を等距離サンプリングに再変換して地上との地点対応を取ることによって、任意の地上位置において任意の速度で車両が走行する際の振動加速度を予測するといった処理が可能となり、より合理的な鉄道線路や車両用道路の管理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本発明の車両走行路管理用のデータ取得方式は、
〔1〕車両走行路管理用のデータ取得方式において、(a)車両に搭載されるデータ測定・記憶装置を用いた、一定間隔の地点ごとの、任意の時刻における空間系列データである等距離サンプリングデータの測定手段と、任意の時刻における前記等距離サンプリングデータの取得位置と同位置でサンプリングされる速度データの測定手段と、(b)車両または地上に設置される演算処理装置を用いた、距離と時間の対応を算出する手段と、(c)上記(b)をもとに、上記(a)で取得した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換する手段と、(d)距離・速度変換対照表を作成する手段と、(e)前記距離・速度変換対照表に基づいて上記(c)で作成した等時間サンプリングデータないしこれを加工したデータを、等距離サンプリングデータに再変換する手段、
あるいは、
〔2〕車両走行路管理用のデータ取得方式において、(a)車両に搭載されるデータ測定・記憶装置を用いた、一定間隔の地点ごとの、任意の時刻における空間系列データである等距離サンプリングデータの測定手段と、前記等距離サンプリングデータの取得位置と同位置でサンプリングされる速度データの発生手段と、(b)車両または地上に設置される演算処理装置を用いた、距離と時間の対応を算出する手段と、(c)上記(b)をもとに、(a)で取得した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換する手段と、(d)距離・速度変換対照表を作成する手段と、(e)前記距離・速度変換対照表に基づいて上記(c)で作成した等時間サンプリングデータないしこれを加工したデータを、等距離サンプリングデータに再変換する手段
とを具備することを特徴とする。
【実施例】
【0018】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0019】
図1は本発明の実施例を示す車両走行路管理用のデータ取得方式の概略ブロック図である。
【0020】
車両1は、レール変位計4と距離計3を備え、任意時刻における等距離サンプリングされた鉄道線路形状を取得する。この測定データは記憶装置5に記憶可能である。
【0021】
車両2は、距離計6、速度計7、加速度計8を備え、任意時刻における等距離サンプリングされた速度と加速度を取得する。これらの測定データのうち、加速度データは記憶装置9に、速度データは記憶装置10に記憶可能である。
【0022】
なお、図1では2両の車両に距離計3、レール変位計4、記憶装置5と距離計6、速度計7、加速度計8、記憶装置9、記憶装置10を分けて搭載しているが、これらは同一の車両に搭載しても良い。また、速度データは実際に測定されたものではなく、レール変位計4または加速度計8と同地点で測定されたと見なすことのできる、速度発生装置11で発生された任意の速度データであっても良い。
【0023】
さらに、記憶装置5、記憶装置9、記憶装置10に記憶されたデータまたは速度発生装置11で発生された速度データは演算処理装置12に入力される。この演算処理装置12は車両に搭載されていても良いし、別途地上に設備されても良い。
【0024】
この演算処理装置12で、上記した等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータに変換(第1の変換)する。その変換された等時間サンプリングデータは記憶装置13に記憶可能である。
【0025】
次に、上記の等時間サンプリングデータを、等距離サンプリングデータに再変換(第2の変換)する。この再変換された等距離サンプリングデータは記憶装置14に記憶可能である。
【0026】
本発明は、等距離サンプリングデータから等時間サンプリングデータへの変換(第1の変換)時に、距離・時間変換対照表を作成することを特徴とする。等時間サンプリングデータから等距離サンプリングデータに再変換(第2の変換)する際に、第1の変換を行う際に作成したこの距離・時間変換対照表を参照することによって、可逆性の高い再変換を可能とする。
【0027】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【0028】
〔1〕距離から時間へのサンプルの変換(第1の変換)について、
〔A〕距離と時間の対応の算出について説明する。
【0029】
図2は本発明にかかる時間軸と距離軸の関係を示す図、図3は本発明にかかる速度の積分による距離から時間への変換の関係を示す図である。
【0030】
図2に示すように、各地点X1 ,X2 …と、それに対応する時刻T1 ,T2 …を曲線で結ぶと、各点における接線の傾きが各時刻(ないし各地点)における速度V(X1 )=V(T1 )、V(X2 )=V(T2 )となる。
【0031】
ここで対象としているのは距離軸から時間軸への変換であり、距離軸上のX1 ,X2 ,速度V(X1 ),V(X2 )は既知であるが、時間軸上のT1 ,T2 は未知であり、これを求める方法を考える。なお、適切な曲線補間法により任意の地点Xにおける速度V(X)は既知とする。
【0032】
時刻T1 が定まったとき、任意の時刻Tと地点Xとの関係は次式(1)のように求められる。
【0033】
【数1】


鉄道列車の場合、微小時間内における運転速度の変化はごくわずかであるので、時間軸に変換後のサンプリング間隔をΔtとすると、上記式(1)の積分は下記式(2)のように離散化できる。
【0034】
【数2】


ただし、T=T1 +nΔt
これは、
X(T1 +Δt)=X1 +V(X1 )Δt
X(T1 +2Δt)=X(T1 +Δt)+V{X(T1 +Δt)}Δt
X(T1 +3Δt)=X(T1 +2Δt)+V{X(T1 +2Δt)}Δt…(3)
として、順次計算することにより、図3に示すように表すことができる。
【0035】
なお、T2 −T1 がΔtの整数倍であると都合が良いが、一般にそのようにはならない。したがって、
NΔt<T2 −T1 <(N+1)Δt …(4)
となる整数Nに対し、
2 =X(T1 +NΔt)+V{X(T1 +NΔt)}αΔt …(5)
となるα(0<α<1)を算出し、
2 =T1 +(N+α)Δt …(6)
とする。
【0036】
〔B〕サンプリング地点データの補間について説明する。
【0037】
上記により算出されたリサンプリング地点Xにおける振動加速度、鉄道線路形状等の従属変数のデータ値は以下の補間により求める。
【0038】
図4は本発明にかかる直線補間方式の説明図である。
【0039】
(1)直線補間方式
等距離サンプリング点をX1 、X2 …、とする。また、前述した〔A〕の座標変換で得られるリサンプリング点時刻T、これに対応する地点をXとすると、図4に示すように、時刻Tにおける従属変数の値は、地点X1 における従属変数の値と地点X2 における従属変数の値を比例配分することによって求められる。
【0040】
図5は本発明にかかる曲線(スプライン)補間方式の説明図である。
【0041】
(2)曲線(スプライン)補間方式
曲線補間は、例えばスプライン関数を用いる。
【0042】
時間軸上での時刻Tに対応するリサンプリング地点Xの近傍のみを順次補間しながら、時間軸上でリサンプリングするものとする。これは、リサンプリング地点Xの最近接入力データ点X1 ,X2 を中心とする区間をスプライン関数で補間し、その補間曲線上の地点Xにおける従属変数を時間軸上でリサンプリングすることで実現する。
【0043】
〔C〕距離・時間変換対照表の作成について説明する。
【0044】
時間軸上での処理後、再度距離軸に変換する際に可逆性を持たせるためには、新しくサンプリング間隔Δtで時間サンプリングされた個々のデータのデータ番号と距離サンプリングされている元のデータのデータ番号(またはどのデータ番号間にあるか)との対照表があればよい。このため、距離軸上でのサンプリング地点X1 ,X2 ,…,に対し、式(6)で求めた時刻T1 ,T2 ,…,を対照する表を作成する。この対照表は、時間軸→距離軸再変換(第2の変換)の際に使用する。
【0045】
図6の場合の<元データ番号>, <変換データ番号>は以下のようになる。
【0046】
0,0
1,2.5
2,4.0
3,5.35
4,6.45
5,7.3
6,8.15
〔2〕時間から距離へのサンプルの再変換(第2の変換)について
この第2の変換を行う際の前提条件は、以下の通りである。
【0047】
(1)上記〔1〕で変換した等時間サンプリングデータがあること。
【0048】
(2)上記〔1〕で変換した際に作成した距離・時間変換対照表があること。
【0049】
〔A〕時間から距離への再変換
例として、距離・時間変換対照表の<元データ番号>, <変換データ番号>が以下の通りだとする。
【0050】
0,0
1,2.5
2,4.0
3,5.35
4,6.45
5,7.3
6,8.15
この場合、時間サンプリングから距離サンプリングへの再変換は、図7のように行われる。
【0051】
〔B〕データの補間
時間軸から距離軸への変換後、対応する地上位置における線路形状データ、振動加速度等の従属変数を求める。
【0052】
図8は本発明にかかる直線補間方式の説明図である。
【0053】
(1)直線補間方式
等時間サンプリング点をT1 、T2 …、とする。また上記〔A〕の座標変換で得られる等距離サンプリング点X、これに対応する時刻をTとすると、Xにおける従属変数の値は、T1 における従属変数の値とT2 における従属変数の値を比例配分することによって求められる。
【0054】
図9は本発明にかかる曲線補間方式の説明図である。
【0055】
(2)曲線補間方式
曲線補間は、例えばスプライン関数を用いて行う。
【0056】
距離軸上での地点Xに対応するリサンプリング時刻Tの近傍のみを順次補間しながら距離軸上でリサンプリングするものとする。これは、リサンプリング時刻Tの最近接入力データ点T1 ,T2 を中心とする区間をスプライン関数で補間し、その補間曲線上の時刻Tにおける従属変数を距離軸上でリサンプリングすることで実現する。
【0057】
以下、上記した車両走行路管理用のデータ取得方式の具体例について説明する。
【0058】
ここでは、車体の鉛直方向の加速度を等距離サンプリングデータから等時間サンプリングデータに変換し、再度時間軸から距離サンプリングデータへ再変換した具体例について説明する。
【0059】
図10は本発明の具体例を示す元の等距離サンプリングデータを、図11は図10の等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータ〔横軸は秒〕、図12は元の等距離サンプリングデータ(図10)と図11から再変換された等距離サンプリングデータとをそれぞれ示す図である。
【0060】
図11、図12には具体的な応用例として、図10のデータに時間周波数1Hz〜2Hzを抽出するフィルタ処理を行った波形例も合わせて示す(両図の太線)。
【0061】
図12から明らかなように、元の距離送りの空間系列データと図11を再変換したデータとはぼぼ完全に一致しており、正確に可逆性があることがわかる。
【0062】
この線路においては、例えば、距離で24km800m〜25km200m近傍、時間で832秒〜840秒において、利用者が特に不快と感じる1Hz〜2Hzの車体の鉛直方向の加速度(ゆれ)が大であることが分かり、これらのデータを用いて、例えば、鉄道車体の鉛直方向の加速度(ゆれ)を低減できるような、鉄道線路の管理に用いることができる。
【0063】
同様に、車両が走行する走行路に本発明にかかる車両走行路管理用のデータ取得方式を適用することにより、時間軸上及び距離軸上に対応した、車両の振動などを計測することができ、走行路の管理に資することができる。
【0064】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【0065】
本発明の車両走行路管理用のデータ取得方式は、等距離軸上の測定データと等時間軸上の測定データの座標系変換を行い、鉄道線路や車両走行道路などの管理のためのデータを得るのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本発明の実施例を示す車両走行路管理用のデータ取得方式の概略ブロック図である。
【図2】本発明にかかる時間軸と距離軸の関係を示す図である。
【図3】本発明にかかる速度の積分による距離から時間への変換の関係を示す図である。
【図4】本発明にかかるサンプリング地点データの直線補間方式の説明図である。
【図5】本発明にかかるサンプリング地点データの曲線(スプライン)補間方式の説明図である。
【図6】本発明より作成する距離・時間変換対照表を示す図である。
【図7】本発明にかかる距離・時間変換対象表を用いた、時間軸から距離軸への再変換の説明図である。
【図8】本発明にかかる軌道狂い等の従属変数を求めるための直線補間方式の説明図である。
【図9】本発明にかかる軌道狂い等の従属変数を求めるための曲線(スプライン)補間方式の説明図である。
【図10】本発明の具体例を示す元の等距離サンプリングデータを示す図である。
【図11】図10の等距離サンプリングデータを等時間サンプリングデータを示す図である。
【図12】元の等距離サンプリングデータ(図10)と図11から再変換された等距離サンプリングデータとを示す図である。
【符号の説明】
【0067】
1,2 車両
3 距離計
4 レール変位計
5 記憶装置
6 距離計
7 速度計
8 加速度計
9 記憶装置(加速度データ)
10 記憶装置(速度データ)
11 速度発生装置
12 演算処理装置
13 記憶装置(等時間サンプリングデータ)
14 記憶装置(等距離サンプリングデータ)




 

 


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