軌道検測装置および軌道検測方法
【課題】検測装置の設置角度による計測誤差を解消した軌道検測装置および軌道検測方法を提供する。
【解決手段】画像処理部３は、カメラ２４からの画像データを取り込む画像データ取込部３３と、カメラ２４から取り込んだ画像データに基づいて、カメラ２４の撮影範囲を基準とした座標系における前記基準点１６ａ，１６ｂの座標を求める基準点座標演算部３４と、この基準点の座標に基づいて、カメラ２４の撮影範囲内における通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部３５を有する。計測誤差最小位置座標演算部３５によって得られた基準レールにおける計測誤差最小位置の座標（校正時の座標）、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標（検測時の座標）、及び前記データ入力部３１に入力した軌道データとに基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部３６を設ける。
【解決手段】画像処理部３は、カメラ２４からの画像データを取り込む画像データ取込部３３と、カメラ２４から取り込んだ画像データに基づいて、カメラ２４の撮影範囲を基準とした座標系における前記基準点１６ａ，１６ｂの座標を求める基準点座標演算部３４と、この基準点の座標に基づいて、カメラ２４の撮影範囲内における通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部３５を有する。計測誤差最小位置座標演算部３５によって得られた基準レールにおける計測誤差最小位置の座標（校正時の座標）、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標（検測時の座標）、及び前記データ入力部３１に入力した軌道データとに基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部３６を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置で撮影した画像に基づき軌道の高低差や通りを計測する軌道検測装置および軌道検測方法に関するものであって、特に、ハンディタイプの検測装置を軌道のレール上に設置した場合に発生する計測誤差を低減することのできる技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道用軌道の高低差や通りの狂いを検測する装置としては従来各種のものが提案されているが、その中でもハンディタイプの軌道検測装置は、作業員が検測場所に手作業で簡単に持ち運ぶことができることから、車両の乗務員からの異常動揺の連絡が保線管理部門に入った場合に、運行障害を最小にするため直ちに現場確認を行えるように、迅速かつ簡便に軌道の検測を行う場合に適している。この種のハンディタイプの検測装置としては、従来から特許文献１から特許文献４に示すものが提案されている。
【０００３】
このうち、特許文献１に示す技術は、コマと糸を用い、折り尺や定規を使って計測するものであるが、次のような問題点があった。
(1) 従来技術ではコマと糸の端面を保持する人２名、中央で計測する人１名、保安要員１名による共同作業のために最低４名必要であり、大掛かりな作業となる。
(2) 高低差と通りの２種類の測定を別々に行う必要があるため、作業に時間が掛かる。
(3) 目測するので誤差が大きく、精度が悪い。
(4) 糸を使用しているので、風や自重などの影響で糸にたるみが生じ、精度誤差を生じることがある。
(5) レール上部が曲面であるためコマを軌道に対して平行に設置できないため、精度が悪い。
【０００４】
特許文献２の技術は、レール上に設置した移動ターゲットに設けた反射板に対して、レール外部に設けた３次元計測器から赤外線を発射し、その反射光の位置からレールの変位を計測するものであり、前記(1) から(4) の問題点を解決するものである。しかし、この技術は、レール上を移動ターゲットをレール上で移動させるための駆動手段が必要であり、ハンディタイプの検測装置として使用するには大型のものであった。
【０００５】
特許文献３の技術は、３個のレール渡しバーとその間に張られた水糸、および計測用の曲尺を有するものであり、計測時に必要とする作業員の削減を目的としたものである。しかし、この技術は、左右のレール間に掛け渡すレール渡しバーが３本も必要であり、小型化という点では好ましいものではなかった。また、前記(2) から(4) の問題点を解決することもできなかった。
【０００６】
特許文献４の技術は、軌道の３ヵ所にレーザの発光部、検測部および受光部を設置して、中央の検測部に設けた光遮断片の位置をレーザによって検出することで、軌道の通り狂いを計測するものである。この技術も、作業員の削減、検出精度の向上という利点はあるものの、前記(2) および(5) の問題点を解決するものではなかった。
【０００７】
以上のように、いずれの特許文献に記載の技術も、ハンディタイプに適した小型で、しかも、前記(1) から(5) の問題点のすべてを解決した検測装置を得ることはできなかった。特に、いずれの従来技術も、レール上部にコマなどの器具を置いて検測するものであるため、レール上部の曲面に従って器具の設置位置（レール断面に対する設置角度）を一定にすることが難しく、高精度で検測を行うことが困難であった。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１７２０５号公報
【特許文献２】特開平６−９４４１６号公報
【特許文献３】特開平１０−６２１５２号公報
【特許文献４】特開２００６−３０８３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、曲面になっているレール上部に器具を設置する場合に多少の位置ズレがあったとしても、軌道の高低と通りの少なくとも一方を高精度で検測可能な軌道検測装置および軌道検測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の軌道検測装置は、レール上に設置する基準被写体と、レール上の前記基準被写体から離れた位置に設置する撮影装置とを備え、前記基準被写体には、通り方向及び高低差の少なくとも一方について、計測誤差最小位置を算出するための基準点が設けられ、前記撮影装置には、前記基準被写体を撮影するカメラと、カメラの画像データと前記計測誤差最小位置とに基づいて通り方向及び高低差の少なくとも一方を演算する画像処理部が設けられ、この画像処理部は、カメラからの画像データを取り込む画像データ取込部と、カメラから取り込んだ画像データに基づいて前記基準点の座標を求める基準点座標演算部と、この基準点の座標に基づいて通り方向及び高低差方向の少なくとも一方の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部と、基準レールにおける計測誤差最小位置の座標、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標に基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記基準点が基準被写体に設けられた複数のＬＥＤであること、前記通り・高低差演算部が検測対象の軌道の曲率に基づいて前記「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を補正するものであること、前記画像処理部が複数種類の基準レールに関する計測誤差最小位置を記憶したデータ記憶部を有するものであること、更にこれらの処理を行う方法も本発明の一態様である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下記のような効果を得ることができる。
(a) 作業に必要な人数を削減できる。
(b) 高低差、通りを同時に計測可能とした場合には、作業時間を短縮できる。
(c) 目測による誤差を無くすことができる。
(d) 風による糸のたわみがなどの影響が無くなる。
(e) 検測装置をレールに載せたときの傾きなどの設置精度による計測誤差を最小にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［誤差最小位置］
本発明は、レールの上部が曲面構造になっており、その部分に検測装置を乗せた場合、検測装置の傾きによって検測誤差が生じることを解消するために提案されたものであって、特に、レールの上部の任意の角度に検測装置を傾けた場合であっても、検測装置のある特定の位置については誤差が最小となることに着目したものである。以下、そのような誤差最小位置について説明する。
【００１４】
まず、図１３は、６０Ｋｇレールの断面であって、高低の基準はレールの幅方向中心で、レール上面よりも２０ｍｍのＫ点である。また、通りの基準はレールの内側面で、レール上面よりも１６ｍｍ下がったＡ点よりも更に軌道内に向かって２０ｍｍ離れたＴ点である。
【００１５】
このような高低測定用のＫ点と、通り測定用のＴ点を有する従来の検測装置（コマ）を、レール上部の曲面構造に沿って±１０°の範囲で移動させると、Ｋ点及びＴ点の軌跡は図１４に示すものとなり、傾きによる高低差方向の検測誤差は２．２ｍｍ、通り方向の計測誤差は１．７ｍｍであった。同様に、５０Ｋｇレールの場合、高低差方向の検測誤差は２．１ｍｍ、通り方向の計測誤差は１．７ｍｍであった。
【００１６】
通常、この種の検測装置の誤差は１．０ｍｍ程度まで許容されているが、前記のような誤差は許容範囲を超えるものであった。なお、この場合、傾きの範囲を±１０°としたのは、レールにセットした検測装置の傾きが±１０°を越えると、作業員が装置が傾いていることを目視で容易に発見できるからである。
【００１７】
ところで、図１４のようにコマをレール上面の曲面構造に沿って±１０°傾けた場合に、Ｋ点は高低差方向の計測誤差が２．２ｍｍとなるようなＶ字形の軌跡を描くが、このコマと一体にレール曲面に沿って回動する座標系を想定した場合、図１５に示すように、座標系の回動角度にかかわらず、座標系の回動に伴う通り方向の差は大きいものの、高低差の変化が最小となる位置Ｋ０が存在する。
【００１８】
すなわち、コマを傾斜させた結果コマの底面がレール表面から上昇する寸法と、コマの底面から離れた位置にあるＫ点が左右に回動した結果Ｋ点が下降する寸法との差が、Ｋ点の軌跡として現れるが、この場合、Ｋ点の位置をレール上面から離す程Ｋ点が下降する寸法が大きくなり、結果として、両者が打ち消しあって、コマの傾斜角度にかかわらず高低差が最小となる位置Ｋ０が存在する。
【００１９】
同様に、前記の座標系をレール曲面に沿って回動させた場合、高低差は大きいものの通り方向の変化が最小となる位置Ｔ０も求めることができる。
【００２０】
なお、本発明において、最小位置とは、必ずしも高低差または通り方向の変化量が０または最小値となる位置に限定されるものではなく、高低差または通り方向の変化量が許容される計測誤差（例えば、１．０ｍｍ）以内に収まる位置であっても良い。すなわち、レールの曲面構造やコマとレールとの接触部分の形状によっては、必ずしも変化量を０とすることができない場合があり、また、変化量を最小とする位置がレールからあまりにも離れていると、カメラの撮影範囲外となるので、少なくとも、高低差または通り方向の変化量が許容される計測誤差以内に収まる位置とすればよい。
【００２１】
ところで、軌道に使用されるレールとしては、６０Ｋｇレールと５０Ｋｇレールが一般的であり、また、検測用のコマとしても、前記図１３に示すように、レール上面と内側面とに接触する断面Ｌ字形の部材が使用されることが一般的である。そこで、このような前提の基に、６０Ｋｇと５０Ｋｇの基準レールについてその誤差最小位置を計測すると、次の通りであることが判明した。なお、各レールの誤差最小位置は、図１３のＡ点を基準にＸ方向（軌道の内側方向が−）とＹ方向（レールの上方向が＋）にどれだけズレた位置にあるかで表現している。
【００２２】
６０Ｋｇレールの場合
「通り」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝３２．２ｍｍ
Ｙ座標＝−３．５ｍｍ
この点での「通り」計測誤差は、０．３ｍｍ
「高低差」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝３２．０ｍｍ
Ｙ座標＝１９８．３ｍｍ
この点での「高低差」計測誤差は、０．４ｍｍ
【００２３】
５０Ｋｇレールの場合
「通り」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝２５．２ｍｍ
Ｙ座標＝−４．０ｍｍ
この点での「通り」計測誤差は、０．３ｍｍ
「高低差」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝３２．０ｍｍ
Ｙ座標＝１８１．０ｍｍ
この点での「高低差」計測誤差は、０．３ｍｍ
【００２４】
この計測結果によれば、コマ、すなわち検測装置を基準レール上にセットした場合に、±１０°以内の傾斜角度であれば、計測誤差が許容範囲内に収まる誤差最小位置が存在することが確認された。従って、検測対象のレールにおいて、この誤差最小位置が基準レールの誤差最小位置に対してどの程度ズレているかを測定すれば、検測対象のレールに対する検測装置の傾きを考慮することなく、「高低」あるいは「通り」の狂いを検出することができる。
【００２５】
［第１実施形態］
（１）構成
以下、前記のような誤差最小位置を利用した本発明の軌道検測装置の第１実施形態を、図面に従って具体的に説明する。
【００２６】
本発明の軌道検測装置は、基準被写体１、撮影装置２および画像処理部３から構成されており、この第１実施形態は、１台の基準被写体１と、１台のカメラを備えた撮影装置２とからなる。
【００２７】
基準被写体１は、レール上に設置された状態で前記撮影装置２の撮影対象となるものであって、図１及び図２に示すように、レールの上面と平行に配置された高低基準板１１と、レールの内側面と平行に配置された通り基準板１２とを備えている。この高低基準板１１と通り基準板１２のレール対向面には、基準被写体１をレールに固定させるための磁石１３がそれぞれ固定されている。
【００２８】
基準被写体１の高低基準板１１の上面には、レールの幅方向に伸びる前後一対のブラケット１４ａ，１４ｂが設けられている。すなわち、これらのブラケット１４ａ，１４ｂはいずれも断面Ｌ字形の部材であって、その水平部分がねじ止めその他の手段で高低基準板１１に固定されている。
【００２９】
前後一対のブラケットのうち、検測時に撮影装置２に対向する側のブラケット１４ａの垂直部分には、レールの幅よりも大きく、またブラケットの垂直部分よりも背の高い支持板１５が固定されている。この支持板１５は、黒色のつや消しパネルによって形成され、そこには、レールの幅よりも外側の位置で、レールの上部よりも高い位置に、左右一対の基準点１６ａ，１６ｂが設けられている。
【００３０】
この基準点１６ａ，１６ｂは、本実施形態においては、撮影装置２に向かって発光するＬＥＤが使用され、そのため、基準被写体１における前後のブラケット１４ａ，１４ｂの間には、ＬＥＤの電源となる電池１７が搭載されている。また、図示しないが、ＬＥＤの点滅、発光間隔などを制御するスイッチや電子回路、配線なども設けられている。
【００３１】
図３及び図４に示すように、前記撮影装置２は、前記基準被写体１と同様に、レールの上面と平行に配置された高低基準板２１と、レールの内側面と平行に配置された通り基準板２２と、撮影装置２をレールに固定させるための磁石２３を備えている。高低基準板２１の上面には、撮影レンズの中心線（光軸）がレールの長さ方向と平行になるようにして、カメラ２４が固定されている。この場合、カメラ２４は、そのレンズが、基準被写体１に対向するように高低基準板２１に固定されている。
【００３２】
撮影装置２の高低基準板２１上には、前記カメラ２４と共に画像処理部３が設けられている。この画像処理部３は、カメラ２４が撮影した画像を処理して、高低及び（または）通りに関する検測値を外部に設けられたパソコン４などの表示・記録手段に送出するものである。
【００３３】
撮影装置２は、前記カメラ２４及び画像処理部３を被うためのカバー２５を備えており、このカバー２５には撮影装置２を持ち運ぶ際に使用する取手２６が設けられている。
【００３４】
図５のブロック図に示すように、前記画像処理部３としては、検測対象の軌道のデータ、具体的には、検測装置を設置する規定距離Ｄ０、基準レールの曲率Ｒ０、通りＴ０、高低差Ｋ０を入力する軌道データ入力部３１と、これらのデータを記憶するデータ記憶部３２が設けられている。また、このデータ記憶部３２には、５０Ｋｇレールや６０Ｋｇなどの各種類のレールについて、予め計測しておいた通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置、各種のレールに前記基準被写体１をセットした場合における左右の基準点１６ａ，１６ｂの位置を記憶させておく。
【００３５】
前記画像処理部３には、カメラ２４からの画像データを取り込む画像データ取込部３３と、カメラ２４から取り込んだ画像データに基づいて、カメラ２４の撮影範囲を基準とした座標系における前記基準点１６ａ，１６ｂの座標を求める基準点座標演算部３４と、この基準点の座標に基づいて、カメラ２４の撮影範囲内における通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部３５が設けられている。
【００３６】
また、この計測誤差最小位置座標演算部３５によって得られた基準レールにおける計測誤差最小位置の座標（校正時の座標）、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標（検測時の座標）、及び前記データ入力部３１に入力した軌道データとに基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部３６が設けられている。
【００３７】
更に、校正開始を指示する校正開始スイッチ３７と、検測開始を指示する軌道検測開始スイッチ３８と、前記通り・高低差演算部３６によって得られた検測結果を外部のパソコンなどのデータ表示・記録手段に送出する出力部３９と、これら各スイッチ３６，３７の指令に基づき、前記各部を制御して、検測結果を演算する画像処理制御部３０を備えている。
【００３８】
なお、この画像処理部３としては、必ずしも、外部の表示・記録手段に検測データを出力するものに限定されず、画像処理部３自体に液晶ディスプレイなどの表示部やデータ保存用のメモリなどの記憶手段を設け、使用者が撮影装置に単独で検測値を得ることのできるものや、逆に、画像処理部３自体は特に演算処理を行わずに、単にカメラ２４で撮影した画像データを外部のパソコンなどの演算・表示・記録手段に送出するものを使用することも可能である。
【００３９】
（２）作用
次に、第１実施形態の軌道検測装置の作用効果を説明する。
【００４０】
（２−１）校正作業
まず、本実施形態の装置を使用するには、予め、基準レールを使用した校正作業を行う。この校正作業に当たっては、図６に示すように、軌道の検測対象となるレール上に基準被写体１をその基準点１６ａ，１６ｂであるＬＥＤが撮影装置２に対向する向きで設置する。この場合、レール上部の平坦な部分（頭頂面）に基準被写体１の高低基準板１１を磁石１３を介して固定し、レール内側の垂直部分に通り基準板１２を同じく磁石１３を介して固定する。同様にして、レール上のこの基準被写体１から規定距離（例えば、１０ｍ正矢法の場合には５ｍ）離れた位置に、撮影装置２をそのカメラ２４が基準被写体１の方を向くように設置する（図７のフローチャートのステップ１）。
【００４１】
特に、校正作業においては、基準レールに対して、基準被写体１と撮影装置２とを正確に設置することが必要である。すなわち、この校正時に算出した計測誤差最小位置を基準として、検測対象のレールについて算出した計測誤差最小位置のズレを検出することで、通り方向及び（または）高低差の狂いを検測するからである。
【００４２】
次に、データ入力部３１から、検測装置を設置する規定距離Ｄ０、基準レールの曲率Ｒ０、通りＴ０、高低差Ｋ０を入力し、これらのデータを記憶部３２に記憶する（ステップ２）。これらのデータとしては、一例として次のようなものである。
規定距離Ｄ０＝５ｍ
基準レールの曲率Ｒ０＝９９９（直線）
通りＴ０＝０ｍｍ
高低差Ｋ０＝０ｍｍ
【００４３】
なお、校正対象となる基準レールの種類、その基準レールについて予め計測しておいた通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置、各種のレールに前記基準被写体１をセットした場合における左右の基準点１６ａ，１６ｂの位置は、予め記憶部３２に記憶させておく。
【００４４】
軌道データ入力の完了後、校正開始スイッチ３７を押すと（ステップ３）、その指令に従い制御部３０がカメラ２４で撮影した基準被写体１の画像を画像データ取込部３３に取り込む（ステップ４）。この場合、取り込まれた画像データは、基準被写体１とその背景を含むものであって、そのほぼ中央部には支持板１５とそれに設けられた左右の基準点１６ａ，１６ｂが撮影されている。
【００４５】
基準点座標演算部３４においては、図８の（Ａ）に示すように、カメラ２４の撮影した画像全域を、その左上を０点として、右方向をＸ軸、下方向をＹ軸とする１つの座標系として認識し、校正時の座標系における左右の基準点１６ａ，１６ｂの座標Ｌ１０（ｘ，ｙ）、Ｌ２０（ｘ，ｙ）を求める（ステップ５）。
【００４６】
次に、計測誤差最小位置座標演算部３５により、前記データ記憶部３２に記憶されている通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置と左右の基準点１６ａ，１６ｂの位置のデータを使用して、撮影された基準点の座標Ｌ１０（ｘ，ｙ）、Ｌ２０（ｘ，ｙ）から、この座標系における通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置の座標Ｖ０（ｘ，ｙ）、Ｈ０（ｘ，ｙ）を求め（ステップ６，７及び図８の（Ｂ））、これらの演算結果を前記軌道データと共に記憶部３２に記憶して、校正作業を終了する（ステップ８）。
【００４７】
（２−２）検測作業
次に、本実施形態の装置により、実際に軌道の検測を行うには、前記のようにして、基準レールについての校正作業が完了した状態において、基準レールと同種類の検測対象レール上に、基準被写体１と撮影装置２とを規定距離を保って配置する（図９のステップ１）。この場合、基準被写体１が傾いて設置されることがないように極力配慮することが望ましいが、校正時とは異なり、本実施形態においては±１０°以内の傾きは許容できる。
【００４８】
次に、データ入力部３１から、検測対象レールの曲率Ｒ１を入力する（ステップ２）。一例として、曲率Ｒ１＝３００ｍである。続いて、検測開始スイッチ３８を押すことにより（ステップ３）、制御部３０からの指令により画像データ取込部３３にカメラ２４からの画像が取り込まれる（ステップ４）。この場合、基準被写体１と撮影装置２の少なくとも一方が傾斜していると、その画像は図１０（Ａ）のようにカメラ２４の撮影範囲内で、基準被写体１の支持板１５及び左右の基準点１６ａ，１６ｂが傾いたものとなる。
【００４９】
基準点座標演算部３４は、検測時の撮影画像の左上を０点とした座標系における左右の基準点１６ａ，１６ｂの座標Ｌ１１（ｘ，ｙ）、Ｌ２１（ｘ，ｙ）を求め（ステップ５）、次いで、これら基準点の座標Ｌ１１（ｘ，ｙ）、Ｌ２１（ｘ，ｙ）と、予め記憶部３２に記憶しておいた基準レールについての基準点位置と誤差最小位置とに基づいて、検測時の座標系における通り及び高低差の計測誤差最小位置の座標Ｖ１（ｘ，ｙ）、Ｈ１（ｘ，ｙ）を計算する（ステップ６，７及び図１０の（Ｂ））。
【００５０】
その後、この検測時の誤差最小位置の座標Ｖ１（ｘ，ｙ）、Ｈ１（ｘ，ｙ）と、前記記憶部３２に記憶しておいた前記校正時の計測誤差最小位置の座標Ｖ０（ｘ，ｙ）、Ｈ０（ｘ，ｙ）、及び、規定距離Ｄ０、基準レールの曲率Ｒ０、通りＴ、高低差Ｋ０に基づいて、下記の式により、通り方向のズレと高低差を計算する（ステップ８，９）。
通り：Ｔ１＝Ｖ１（ｘ）−Ｖ０（ｘ）＋（２×Ｄ０）２／（８×Ｒ０）
高低差：Ｋ１＝Ｈ１（ｙ）−Ｈ０（ｙ）＋Ｋ０
【００５１】
更に、本実施形態のように検測対象レールに曲率がある場合には、それを考慮して、下記の式のように、通り方向の検測値について補正を行い、補正値Ｔ１’を計算する（ステップ１０）。
補正値：Ｔ１’＝Ｔ１−（２×Ｄ０）２／（８×Ｒ１）
【００５２】
前記のようにして得られた高低差、通り、曲率補正後の通りについては、検測結果出力部３９よりパソコンその他の表示手段に出力する（ステップ１１）。
【００５３】
（３）効果
以上の通り、本実施形態によれば、基準被写体１や撮影装置２がレール頭部の曲面に沿って傾いたとしても、計測誤差最小位置においては、その傾きに起因する高低差方向または通り方向の誤差は許容範囲内の小さなものである。従って、校正時において正確に測定した計測誤差最小位置座標と、検測時に得られた計測誤差最小位置の座標との間でズレが生じた場合には、そのズレは検測時の傾きに起因するものではなく、検測レールに発生した通り方向または高低差方向の狂いによるものである。
【００５４】
すなわち、本実施形態においては、「通り」と「高低差」のそれぞれについて、計測誤差最小位置を基準とすることにより、検測時において１０°以内の傾斜ならば「通り」と「高低差」のいずれについても、基準被写体１や撮影装置２の設置精度を気にする必要がなくなり、作業時間を短縮できると共に作業習熟度による検測精度の差を解消することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態を示すものである。この第２実施形態は、撮影装置２に２台のカメラ２４ａ，２４ｂを背中合わせに配置したものであって、図１２に示すように、撮影装置２の両側に規定距離（一例として５ｍ）を離して、それぞれ基準被写体１ａ，１ｂを配置したものである。
【００５６】
すなわち、前記第１実施形態は、前後に磁石を配置した比較的長尺の撮影装置を使用することで、レールの長さ方向（カメラの光軸方向）に対する撮影装置のズレが生じないようにしたものであるが、カメラの小型化や画像処理部を外部のパソコンなどに搭載した場合には、撮影装置の前後の長さが短くなり、カメラ光軸方向にズレが生じる可能性もある。
【００５７】
そこで、この第２実施形態においては、２台のカメラを搭載すると共に、これらのカメラで捉えた画像データに基づき、それぞれ「通り」と「高低差」を演算し、前後の値の平均値を求めることで、撮影装置をレールに設置した場合のカメラ光軸方向のズレを相殺することができる。その結果、撮影装置の前後方向の長さを短くすることができる。
【００５８】
［他の実施形態］
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含するものである。
【００５９】
(1) 通りまたは高低差のいずれか一方のみを、その計測誤差最小位置に基づいて検測するもの。
(2) レールの種類ごとに予め基準レールを用いて、校正作業を行っておき、計測誤差最小位置の座標を計算しておくもの。この場合、レールの種類と、そのレールについての「通り」及び「高低差」の計測誤差最小位置座標を対応付けて記憶部３２に記憶しておき、検測時にこの座標値を呼び出して、検測時の座標値と比較することで、校正作業の簡略化を図れる。
【００６０】
(3) 基準点として、ＬＥＤや電球による発光体の代わりに、光の反射マーク、明暗の付いた点または色差の付いた点などの図形、支持板の外形などを使用するもの。また、ＬＥＤの発光を可視光、赤外線などとしたり、特定の発光間隔として、基準被写体周囲のノイズとなる画像との判別を容易にしたもの。
(4) 基準点の数と位置は、撮影画像中の基準点の座標に基づいて通り及び高低差の計測誤差最小位置座標を求めることができるものであれば、図示のように、レールを挟んで左右対称に設ける必要はない。また、通り及び高低差の計測誤差最小位置座標も、カメラの撮影した画像内に存在する必要はない。
【００６１】
(5) レール上部に対する検測装置の傾きの範囲は、検測装置とレール上部との接触構造（前記実施形態における高低基準板、通り基準板、磁石などの寸法や位置など）にも左右されるものであり、その部分の構造によっては、±３〜５°以上傾くことがない検測装置も存在する。そのような場合には、前記の「通り」及び「高低差」の計測誤差最小位置は±１０°の範囲で傾く検測装置とは異なる位置になる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態における基準被写体の側面図。
【図２】前記第１実施形態における基準被写体の正面図。
【図３】前記第１実施形態における撮影装置の側面図。
【図４】前記第１実施形態における撮影装置の正面図。
【図５】前記第１実施形態における画像処理部３の構成を示すブロック図。
【図６】前記第１実施形態の軌道検測装置の使用状態を示す平面図。
【図７】前記第１実施形態の校正時の動作を示すフローチャート。
【図８】前記第１実施形態の校正時の撮影画像の一例を示す正面図。
【図９】前記第１実施形態の検測時の動作を示すフローチャート。
【図１０】前記第１実施形態の検測時の撮影画像の一例を示す正面図。
【図１１】本発明の第２実施形態における撮影装置の側面図。
【図１２】前記第２実施形態の軌道検測装置の使用状態を示す平面図。
【図１３】６０Ｋｇレールにおける高低差及び通りの検測基準位置を示す断面図。
【図１４】検測装置の傾斜により、検測基準位置に生じる誤差を示す断面図。
【図１５】検測装置が傾斜した場合における検測誤差最小位置が存在することを説明する断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１…基準被写体
２…撮影装置
３…画像処理部
４…パソコン
１１，２１…高低基準板
１２，２２…通り基準板
１３，２３…磁石
１４…ブラケット
１５…支持板
１６ａ，１６ｂ…基準点
１７…電池
２４…カメラ
２５…カバー
２６…取手
３０…画像処理制御部
３１…軌道データ入力部
３２…データ記憶部
３３…画像データ取込部
３４…基準点座標位置演算部
３５…計測誤差最小位置座標演算部
３６…通り・高低差演算部
３７…校正開始スイッチ
３８…軌道検測開始スイッチ
３９…検測結果出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置で撮影した画像に基づき軌道の高低差や通りを計測する軌道検測装置および軌道検測方法に関するものであって、特に、ハンディタイプの検測装置を軌道のレール上に設置した場合に発生する計測誤差を低減することのできる技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道用軌道の高低差や通りの狂いを検測する装置としては従来各種のものが提案されているが、その中でもハンディタイプの軌道検測装置は、作業員が検測場所に手作業で簡単に持ち運ぶことができることから、車両の乗務員からの異常動揺の連絡が保線管理部門に入った場合に、運行障害を最小にするため直ちに現場確認を行えるように、迅速かつ簡便に軌道の検測を行う場合に適している。この種のハンディタイプの検測装置としては、従来から特許文献１から特許文献４に示すものが提案されている。
【０００３】
このうち、特許文献１に示す技術は、コマと糸を用い、折り尺や定規を使って計測するものであるが、次のような問題点があった。
(1) 従来技術ではコマと糸の端面を保持する人２名、中央で計測する人１名、保安要員１名による共同作業のために最低４名必要であり、大掛かりな作業となる。
(2) 高低差と通りの２種類の測定を別々に行う必要があるため、作業に時間が掛かる。
(3) 目測するので誤差が大きく、精度が悪い。
(4) 糸を使用しているので、風や自重などの影響で糸にたるみが生じ、精度誤差を生じることがある。
(5) レール上部が曲面であるためコマを軌道に対して平行に設置できないため、精度が悪い。
【０００４】
特許文献２の技術は、レール上に設置した移動ターゲットに設けた反射板に対して、レール外部に設けた３次元計測器から赤外線を発射し、その反射光の位置からレールの変位を計測するものであり、前記(1) から(4) の問題点を解決するものである。しかし、この技術は、レール上を移動ターゲットをレール上で移動させるための駆動手段が必要であり、ハンディタイプの検測装置として使用するには大型のものであった。
【０００５】
特許文献３の技術は、３個のレール渡しバーとその間に張られた水糸、および計測用の曲尺を有するものであり、計測時に必要とする作業員の削減を目的としたものである。しかし、この技術は、左右のレール間に掛け渡すレール渡しバーが３本も必要であり、小型化という点では好ましいものではなかった。また、前記(2) から(4) の問題点を解決することもできなかった。
【０００６】
特許文献４の技術は、軌道の３ヵ所にレーザの発光部、検測部および受光部を設置して、中央の検測部に設けた光遮断片の位置をレーザによって検出することで、軌道の通り狂いを計測するものである。この技術も、作業員の削減、検出精度の向上という利点はあるものの、前記(2) および(5) の問題点を解決するものではなかった。
【０００７】
以上のように、いずれの特許文献に記載の技術も、ハンディタイプに適した小型で、しかも、前記(1) から(5) の問題点のすべてを解決した検測装置を得ることはできなかった。特に、いずれの従来技術も、レール上部にコマなどの器具を置いて検測するものであるため、レール上部の曲面に従って器具の設置位置（レール断面に対する設置角度）を一定にすることが難しく、高精度で検測を行うことが困難であった。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１７２０５号公報
【特許文献２】特開平６−９４４１６号公報
【特許文献３】特開平１０−６２１５２号公報
【特許文献４】特開２００６−３０８３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、曲面になっているレール上部に器具を設置する場合に多少の位置ズレがあったとしても、軌道の高低と通りの少なくとも一方を高精度で検測可能な軌道検測装置および軌道検測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の軌道検測装置は、レール上に設置する基準被写体と、レール上の前記基準被写体から離れた位置に設置する撮影装置とを備え、前記基準被写体には、通り方向及び高低差の少なくとも一方について、計測誤差最小位置を算出するための基準点が設けられ、前記撮影装置には、前記基準被写体を撮影するカメラと、カメラの画像データと前記計測誤差最小位置とに基づいて通り方向及び高低差の少なくとも一方を演算する画像処理部が設けられ、この画像処理部は、カメラからの画像データを取り込む画像データ取込部と、カメラから取り込んだ画像データに基づいて前記基準点の座標を求める基準点座標演算部と、この基準点の座標に基づいて通り方向及び高低差方向の少なくとも一方の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部と、基準レールにおける計測誤差最小位置の座標、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標に基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記基準点が基準被写体に設けられた複数のＬＥＤであること、前記通り・高低差演算部が検測対象の軌道の曲率に基づいて前記「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を補正するものであること、前記画像処理部が複数種類の基準レールに関する計測誤差最小位置を記憶したデータ記憶部を有するものであること、更にこれらの処理を行う方法も本発明の一態様である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、下記のような効果を得ることができる。
(a) 作業に必要な人数を削減できる。
(b) 高低差、通りを同時に計測可能とした場合には、作業時間を短縮できる。
(c) 目測による誤差を無くすことができる。
(d) 風による糸のたわみがなどの影響が無くなる。
(e) 検測装置をレールに載せたときの傾きなどの設置精度による計測誤差を最小にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［誤差最小位置］
本発明は、レールの上部が曲面構造になっており、その部分に検測装置を乗せた場合、検測装置の傾きによって検測誤差が生じることを解消するために提案されたものであって、特に、レールの上部の任意の角度に検測装置を傾けた場合であっても、検測装置のある特定の位置については誤差が最小となることに着目したものである。以下、そのような誤差最小位置について説明する。
【００１４】
まず、図１３は、６０Ｋｇレールの断面であって、高低の基準はレールの幅方向中心で、レール上面よりも２０ｍｍのＫ点である。また、通りの基準はレールの内側面で、レール上面よりも１６ｍｍ下がったＡ点よりも更に軌道内に向かって２０ｍｍ離れたＴ点である。
【００１５】
このような高低測定用のＫ点と、通り測定用のＴ点を有する従来の検測装置（コマ）を、レール上部の曲面構造に沿って±１０°の範囲で移動させると、Ｋ点及びＴ点の軌跡は図１４に示すものとなり、傾きによる高低差方向の検測誤差は２．２ｍｍ、通り方向の計測誤差は１．７ｍｍであった。同様に、５０Ｋｇレールの場合、高低差方向の検測誤差は２．１ｍｍ、通り方向の計測誤差は１．７ｍｍであった。
【００１６】
通常、この種の検測装置の誤差は１．０ｍｍ程度まで許容されているが、前記のような誤差は許容範囲を超えるものであった。なお、この場合、傾きの範囲を±１０°としたのは、レールにセットした検測装置の傾きが±１０°を越えると、作業員が装置が傾いていることを目視で容易に発見できるからである。
【００１７】
ところで、図１４のようにコマをレール上面の曲面構造に沿って±１０°傾けた場合に、Ｋ点は高低差方向の計測誤差が２．２ｍｍとなるようなＶ字形の軌跡を描くが、このコマと一体にレール曲面に沿って回動する座標系を想定した場合、図１５に示すように、座標系の回動角度にかかわらず、座標系の回動に伴う通り方向の差は大きいものの、高低差の変化が最小となる位置Ｋ０が存在する。
【００１８】
すなわち、コマを傾斜させた結果コマの底面がレール表面から上昇する寸法と、コマの底面から離れた位置にあるＫ点が左右に回動した結果Ｋ点が下降する寸法との差が、Ｋ点の軌跡として現れるが、この場合、Ｋ点の位置をレール上面から離す程Ｋ点が下降する寸法が大きくなり、結果として、両者が打ち消しあって、コマの傾斜角度にかかわらず高低差が最小となる位置Ｋ０が存在する。
【００１９】
同様に、前記の座標系をレール曲面に沿って回動させた場合、高低差は大きいものの通り方向の変化が最小となる位置Ｔ０も求めることができる。
【００２０】
なお、本発明において、最小位置とは、必ずしも高低差または通り方向の変化量が０または最小値となる位置に限定されるものではなく、高低差または通り方向の変化量が許容される計測誤差（例えば、１．０ｍｍ）以内に収まる位置であっても良い。すなわち、レールの曲面構造やコマとレールとの接触部分の形状によっては、必ずしも変化量を０とすることができない場合があり、また、変化量を最小とする位置がレールからあまりにも離れていると、カメラの撮影範囲外となるので、少なくとも、高低差または通り方向の変化量が許容される計測誤差以内に収まる位置とすればよい。
【００２１】
ところで、軌道に使用されるレールとしては、６０Ｋｇレールと５０Ｋｇレールが一般的であり、また、検測用のコマとしても、前記図１３に示すように、レール上面と内側面とに接触する断面Ｌ字形の部材が使用されることが一般的である。そこで、このような前提の基に、６０Ｋｇと５０Ｋｇの基準レールについてその誤差最小位置を計測すると、次の通りであることが判明した。なお、各レールの誤差最小位置は、図１３のＡ点を基準にＸ方向（軌道の内側方向が−）とＹ方向（レールの上方向が＋）にどれだけズレた位置にあるかで表現している。
【００２２】
６０Ｋｇレールの場合
「通り」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝３２．２ｍｍ
Ｙ座標＝−３．５ｍｍ
この点での「通り」計測誤差は、０．３ｍｍ
「高低差」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝３２．０ｍｍ
Ｙ座標＝１９８．３ｍｍ
この点での「高低差」計測誤差は、０．４ｍｍ
【００２３】
５０Ｋｇレールの場合
「通り」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝２５．２ｍｍ
Ｙ座標＝−４．０ｍｍ
この点での「通り」計測誤差は、０．３ｍｍ
「高低差」方向の計測誤差最小位置
Ｘ座標＝３２．０ｍｍ
Ｙ座標＝１８１．０ｍｍ
この点での「高低差」計測誤差は、０．３ｍｍ
【００２４】
この計測結果によれば、コマ、すなわち検測装置を基準レール上にセットした場合に、±１０°以内の傾斜角度であれば、計測誤差が許容範囲内に収まる誤差最小位置が存在することが確認された。従って、検測対象のレールにおいて、この誤差最小位置が基準レールの誤差最小位置に対してどの程度ズレているかを測定すれば、検測対象のレールに対する検測装置の傾きを考慮することなく、「高低」あるいは「通り」の狂いを検出することができる。
【００２５】
［第１実施形態］
（１）構成
以下、前記のような誤差最小位置を利用した本発明の軌道検測装置の第１実施形態を、図面に従って具体的に説明する。
【００２６】
本発明の軌道検測装置は、基準被写体１、撮影装置２および画像処理部３から構成されており、この第１実施形態は、１台の基準被写体１と、１台のカメラを備えた撮影装置２とからなる。
【００２７】
基準被写体１は、レール上に設置された状態で前記撮影装置２の撮影対象となるものであって、図１及び図２に示すように、レールの上面と平行に配置された高低基準板１１と、レールの内側面と平行に配置された通り基準板１２とを備えている。この高低基準板１１と通り基準板１２のレール対向面には、基準被写体１をレールに固定させるための磁石１３がそれぞれ固定されている。
【００２８】
基準被写体１の高低基準板１１の上面には、レールの幅方向に伸びる前後一対のブラケット１４ａ，１４ｂが設けられている。すなわち、これらのブラケット１４ａ，１４ｂはいずれも断面Ｌ字形の部材であって、その水平部分がねじ止めその他の手段で高低基準板１１に固定されている。
【００２９】
前後一対のブラケットのうち、検測時に撮影装置２に対向する側のブラケット１４ａの垂直部分には、レールの幅よりも大きく、またブラケットの垂直部分よりも背の高い支持板１５が固定されている。この支持板１５は、黒色のつや消しパネルによって形成され、そこには、レールの幅よりも外側の位置で、レールの上部よりも高い位置に、左右一対の基準点１６ａ，１６ｂが設けられている。
【００３０】
この基準点１６ａ，１６ｂは、本実施形態においては、撮影装置２に向かって発光するＬＥＤが使用され、そのため、基準被写体１における前後のブラケット１４ａ，１４ｂの間には、ＬＥＤの電源となる電池１７が搭載されている。また、図示しないが、ＬＥＤの点滅、発光間隔などを制御するスイッチや電子回路、配線なども設けられている。
【００３１】
図３及び図４に示すように、前記撮影装置２は、前記基準被写体１と同様に、レールの上面と平行に配置された高低基準板２１と、レールの内側面と平行に配置された通り基準板２２と、撮影装置２をレールに固定させるための磁石２３を備えている。高低基準板２１の上面には、撮影レンズの中心線（光軸）がレールの長さ方向と平行になるようにして、カメラ２４が固定されている。この場合、カメラ２４は、そのレンズが、基準被写体１に対向するように高低基準板２１に固定されている。
【００３２】
撮影装置２の高低基準板２１上には、前記カメラ２４と共に画像処理部３が設けられている。この画像処理部３は、カメラ２４が撮影した画像を処理して、高低及び（または）通りに関する検測値を外部に設けられたパソコン４などの表示・記録手段に送出するものである。
【００３３】
撮影装置２は、前記カメラ２４及び画像処理部３を被うためのカバー２５を備えており、このカバー２５には撮影装置２を持ち運ぶ際に使用する取手２６が設けられている。
【００３４】
図５のブロック図に示すように、前記画像処理部３としては、検測対象の軌道のデータ、具体的には、検測装置を設置する規定距離Ｄ０、基準レールの曲率Ｒ０、通りＴ０、高低差Ｋ０を入力する軌道データ入力部３１と、これらのデータを記憶するデータ記憶部３２が設けられている。また、このデータ記憶部３２には、５０Ｋｇレールや６０Ｋｇなどの各種類のレールについて、予め計測しておいた通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置、各種のレールに前記基準被写体１をセットした場合における左右の基準点１６ａ，１６ｂの位置を記憶させておく。
【００３５】
前記画像処理部３には、カメラ２４からの画像データを取り込む画像データ取込部３３と、カメラ２４から取り込んだ画像データに基づいて、カメラ２４の撮影範囲を基準とした座標系における前記基準点１６ａ，１６ｂの座標を求める基準点座標演算部３４と、この基準点の座標に基づいて、カメラ２４の撮影範囲内における通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部３５が設けられている。
【００３６】
また、この計測誤差最小位置座標演算部３５によって得られた基準レールにおける計測誤差最小位置の座標（校正時の座標）、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標（検測時の座標）、及び前記データ入力部３１に入力した軌道データとに基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部３６が設けられている。
【００３７】
更に、校正開始を指示する校正開始スイッチ３７と、検測開始を指示する軌道検測開始スイッチ３８と、前記通り・高低差演算部３６によって得られた検測結果を外部のパソコンなどのデータ表示・記録手段に送出する出力部３９と、これら各スイッチ３６，３７の指令に基づき、前記各部を制御して、検測結果を演算する画像処理制御部３０を備えている。
【００３８】
なお、この画像処理部３としては、必ずしも、外部の表示・記録手段に検測データを出力するものに限定されず、画像処理部３自体に液晶ディスプレイなどの表示部やデータ保存用のメモリなどの記憶手段を設け、使用者が撮影装置に単独で検測値を得ることのできるものや、逆に、画像処理部３自体は特に演算処理を行わずに、単にカメラ２４で撮影した画像データを外部のパソコンなどの演算・表示・記録手段に送出するものを使用することも可能である。
【００３９】
（２）作用
次に、第１実施形態の軌道検測装置の作用効果を説明する。
【００４０】
（２−１）校正作業
まず、本実施形態の装置を使用するには、予め、基準レールを使用した校正作業を行う。この校正作業に当たっては、図６に示すように、軌道の検測対象となるレール上に基準被写体１をその基準点１６ａ，１６ｂであるＬＥＤが撮影装置２に対向する向きで設置する。この場合、レール上部の平坦な部分（頭頂面）に基準被写体１の高低基準板１１を磁石１３を介して固定し、レール内側の垂直部分に通り基準板１２を同じく磁石１３を介して固定する。同様にして、レール上のこの基準被写体１から規定距離（例えば、１０ｍ正矢法の場合には５ｍ）離れた位置に、撮影装置２をそのカメラ２４が基準被写体１の方を向くように設置する（図７のフローチャートのステップ１）。
【００４１】
特に、校正作業においては、基準レールに対して、基準被写体１と撮影装置２とを正確に設置することが必要である。すなわち、この校正時に算出した計測誤差最小位置を基準として、検測対象のレールについて算出した計測誤差最小位置のズレを検出することで、通り方向及び（または）高低差の狂いを検測するからである。
【００４２】
次に、データ入力部３１から、検測装置を設置する規定距離Ｄ０、基準レールの曲率Ｒ０、通りＴ０、高低差Ｋ０を入力し、これらのデータを記憶部３２に記憶する（ステップ２）。これらのデータとしては、一例として次のようなものである。
規定距離Ｄ０＝５ｍ
基準レールの曲率Ｒ０＝９９９（直線）
通りＴ０＝０ｍｍ
高低差Ｋ０＝０ｍｍ
【００４３】
なお、校正対象となる基準レールの種類、その基準レールについて予め計測しておいた通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置、各種のレールに前記基準被写体１をセットした場合における左右の基準点１６ａ，１６ｂの位置は、予め記憶部３２に記憶させておく。
【００４４】
軌道データ入力の完了後、校正開始スイッチ３７を押すと（ステップ３）、その指令に従い制御部３０がカメラ２４で撮影した基準被写体１の画像を画像データ取込部３３に取り込む（ステップ４）。この場合、取り込まれた画像データは、基準被写体１とその背景を含むものであって、そのほぼ中央部には支持板１５とそれに設けられた左右の基準点１６ａ，１６ｂが撮影されている。
【００４５】
基準点座標演算部３４においては、図８の（Ａ）に示すように、カメラ２４の撮影した画像全域を、その左上を０点として、右方向をＸ軸、下方向をＹ軸とする１つの座標系として認識し、校正時の座標系における左右の基準点１６ａ，１６ｂの座標Ｌ１０（ｘ，ｙ）、Ｌ２０（ｘ，ｙ）を求める（ステップ５）。
【００４６】
次に、計測誤差最小位置座標演算部３５により、前記データ記憶部３２に記憶されている通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置と左右の基準点１６ａ，１６ｂの位置のデータを使用して、撮影された基準点の座標Ｌ１０（ｘ，ｙ）、Ｌ２０（ｘ，ｙ）から、この座標系における通り方向及び高低差方向の計測誤差最小位置の座標Ｖ０（ｘ，ｙ）、Ｈ０（ｘ，ｙ）を求め（ステップ６，７及び図８の（Ｂ））、これらの演算結果を前記軌道データと共に記憶部３２に記憶して、校正作業を終了する（ステップ８）。
【００４７】
（２−２）検測作業
次に、本実施形態の装置により、実際に軌道の検測を行うには、前記のようにして、基準レールについての校正作業が完了した状態において、基準レールと同種類の検測対象レール上に、基準被写体１と撮影装置２とを規定距離を保って配置する（図９のステップ１）。この場合、基準被写体１が傾いて設置されることがないように極力配慮することが望ましいが、校正時とは異なり、本実施形態においては±１０°以内の傾きは許容できる。
【００４８】
次に、データ入力部３１から、検測対象レールの曲率Ｒ１を入力する（ステップ２）。一例として、曲率Ｒ１＝３００ｍである。続いて、検測開始スイッチ３８を押すことにより（ステップ３）、制御部３０からの指令により画像データ取込部３３にカメラ２４からの画像が取り込まれる（ステップ４）。この場合、基準被写体１と撮影装置２の少なくとも一方が傾斜していると、その画像は図１０（Ａ）のようにカメラ２４の撮影範囲内で、基準被写体１の支持板１５及び左右の基準点１６ａ，１６ｂが傾いたものとなる。
【００４９】
基準点座標演算部３４は、検測時の撮影画像の左上を０点とした座標系における左右の基準点１６ａ，１６ｂの座標Ｌ１１（ｘ，ｙ）、Ｌ２１（ｘ，ｙ）を求め（ステップ５）、次いで、これら基準点の座標Ｌ１１（ｘ，ｙ）、Ｌ２１（ｘ，ｙ）と、予め記憶部３２に記憶しておいた基準レールについての基準点位置と誤差最小位置とに基づいて、検測時の座標系における通り及び高低差の計測誤差最小位置の座標Ｖ１（ｘ，ｙ）、Ｈ１（ｘ，ｙ）を計算する（ステップ６，７及び図１０の（Ｂ））。
【００５０】
その後、この検測時の誤差最小位置の座標Ｖ１（ｘ，ｙ）、Ｈ１（ｘ，ｙ）と、前記記憶部３２に記憶しておいた前記校正時の計測誤差最小位置の座標Ｖ０（ｘ，ｙ）、Ｈ０（ｘ，ｙ）、及び、規定距離Ｄ０、基準レールの曲率Ｒ０、通りＴ、高低差Ｋ０に基づいて、下記の式により、通り方向のズレと高低差を計算する（ステップ８，９）。
通り：Ｔ１＝Ｖ１（ｘ）−Ｖ０（ｘ）＋（２×Ｄ０）２／（８×Ｒ０）
高低差：Ｋ１＝Ｈ１（ｙ）−Ｈ０（ｙ）＋Ｋ０
【００５１】
更に、本実施形態のように検測対象レールに曲率がある場合には、それを考慮して、下記の式のように、通り方向の検測値について補正を行い、補正値Ｔ１’を計算する（ステップ１０）。
補正値：Ｔ１’＝Ｔ１−（２×Ｄ０）２／（８×Ｒ１）
【００５２】
前記のようにして得られた高低差、通り、曲率補正後の通りについては、検測結果出力部３９よりパソコンその他の表示手段に出力する（ステップ１１）。
【００５３】
（３）効果
以上の通り、本実施形態によれば、基準被写体１や撮影装置２がレール頭部の曲面に沿って傾いたとしても、計測誤差最小位置においては、その傾きに起因する高低差方向または通り方向の誤差は許容範囲内の小さなものである。従って、校正時において正確に測定した計測誤差最小位置座標と、検測時に得られた計測誤差最小位置の座標との間でズレが生じた場合には、そのズレは検測時の傾きに起因するものではなく、検測レールに発生した通り方向または高低差方向の狂いによるものである。
【００５４】
すなわち、本実施形態においては、「通り」と「高低差」のそれぞれについて、計測誤差最小位置を基準とすることにより、検測時において１０°以内の傾斜ならば「通り」と「高低差」のいずれについても、基準被写体１や撮影装置２の設置精度を気にする必要がなくなり、作業時間を短縮できると共に作業習熟度による検測精度の差を解消することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態を示すものである。この第２実施形態は、撮影装置２に２台のカメラ２４ａ，２４ｂを背中合わせに配置したものであって、図１２に示すように、撮影装置２の両側に規定距離（一例として５ｍ）を離して、それぞれ基準被写体１ａ，１ｂを配置したものである。
【００５６】
すなわち、前記第１実施形態は、前後に磁石を配置した比較的長尺の撮影装置を使用することで、レールの長さ方向（カメラの光軸方向）に対する撮影装置のズレが生じないようにしたものであるが、カメラの小型化や画像処理部を外部のパソコンなどに搭載した場合には、撮影装置の前後の長さが短くなり、カメラ光軸方向にズレが生じる可能性もある。
【００５７】
そこで、この第２実施形態においては、２台のカメラを搭載すると共に、これらのカメラで捉えた画像データに基づき、それぞれ「通り」と「高低差」を演算し、前後の値の平均値を求めることで、撮影装置をレールに設置した場合のカメラ光軸方向のズレを相殺することができる。その結果、撮影装置の前後方向の長さを短くすることができる。
【００５８】
［他の実施形態］
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含するものである。
【００５９】
(1) 通りまたは高低差のいずれか一方のみを、その計測誤差最小位置に基づいて検測するもの。
(2) レールの種類ごとに予め基準レールを用いて、校正作業を行っておき、計測誤差最小位置の座標を計算しておくもの。この場合、レールの種類と、そのレールについての「通り」及び「高低差」の計測誤差最小位置座標を対応付けて記憶部３２に記憶しておき、検測時にこの座標値を呼び出して、検測時の座標値と比較することで、校正作業の簡略化を図れる。
【００６０】
(3) 基準点として、ＬＥＤや電球による発光体の代わりに、光の反射マーク、明暗の付いた点または色差の付いた点などの図形、支持板の外形などを使用するもの。また、ＬＥＤの発光を可視光、赤外線などとしたり、特定の発光間隔として、基準被写体周囲のノイズとなる画像との判別を容易にしたもの。
(4) 基準点の数と位置は、撮影画像中の基準点の座標に基づいて通り及び高低差の計測誤差最小位置座標を求めることができるものであれば、図示のように、レールを挟んで左右対称に設ける必要はない。また、通り及び高低差の計測誤差最小位置座標も、カメラの撮影した画像内に存在する必要はない。
【００６１】
(5) レール上部に対する検測装置の傾きの範囲は、検測装置とレール上部との接触構造（前記実施形態における高低基準板、通り基準板、磁石などの寸法や位置など）にも左右されるものであり、その部分の構造によっては、±３〜５°以上傾くことがない検測装置も存在する。そのような場合には、前記の「通り」及び「高低差」の計測誤差最小位置は±１０°の範囲で傾く検測装置とは異なる位置になる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態における基準被写体の側面図。
【図２】前記第１実施形態における基準被写体の正面図。
【図３】前記第１実施形態における撮影装置の側面図。
【図４】前記第１実施形態における撮影装置の正面図。
【図５】前記第１実施形態における画像処理部３の構成を示すブロック図。
【図６】前記第１実施形態の軌道検測装置の使用状態を示す平面図。
【図７】前記第１実施形態の校正時の動作を示すフローチャート。
【図８】前記第１実施形態の校正時の撮影画像の一例を示す正面図。
【図９】前記第１実施形態の検測時の動作を示すフローチャート。
【図１０】前記第１実施形態の検測時の撮影画像の一例を示す正面図。
【図１１】本発明の第２実施形態における撮影装置の側面図。
【図１２】前記第２実施形態の軌道検測装置の使用状態を示す平面図。
【図１３】６０Ｋｇレールにおける高低差及び通りの検測基準位置を示す断面図。
【図１４】検測装置の傾斜により、検測基準位置に生じる誤差を示す断面図。
【図１５】検測装置が傾斜した場合における検測誤差最小位置が存在することを説明する断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１…基準被写体
２…撮影装置
３…画像処理部
４…パソコン
１１，２１…高低基準板
１２，２２…通り基準板
１３，２３…磁石
１４…ブラケット
１５…支持板
１６ａ，１６ｂ…基準点
１７…電池
２４…カメラ
２５…カバー
２６…取手
３０…画像処理制御部
３１…軌道データ入力部
３２…データ記憶部
３３…画像データ取込部
３４…基準点座標位置演算部
３５…計測誤差最小位置座標演算部
３６…通り・高低差演算部
３７…校正開始スイッチ
３８…軌道検測開始スイッチ
３９…検測結果出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上に設置する基準被写体と、レール上の前記基準被写体から離れた位置に設置する撮影装置とを備え、
前記基準被写体には、通り方向及び高低差の少なくとも一方について、計測誤差最小位置を算出するための基準点が設けられ、
前記撮影装置には、前記基準被写体を撮影するカメラと、カメラの画像データと前記計測誤差最小位置とに基づいて通り方向及び高低差の少なくとも一方を演算する画像処理部が設けられ、
この画像処理部は、
カメラからの画像データを取り込む画像データ取込部と、カメラから取り込んだ画像データに基づいて前記基準点の座標を求める基準点座標演算部と、この基準点の座標に基づいて通り方向及び高低差方向の少なくとも一方の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部と、
基準レールにおける計測誤差最小位置の座標、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標に基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部とを有することを特徴とする軌道検測装置。
【請求項２】
前記基準点が、基準被写体に設けられた複数の電球、ＬＥＤ、明暗の付いた点または色差の付いた点であることを特徴とする請求項１に記載の軌道検測装置。
【請求項３】
前記通り・高低差演算部が、検測対象の軌道の曲率に基づいて、前記「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を補正するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軌道検測装置。
【請求項４】
前記画像処理部が、複数種類の基準レールに関する計測誤差最小位置を記憶したデータ記憶部を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の軌道検測装置。
【請求項５】
前記撮影装置が背中合わせに配置された２台のカメラを備え、
前記通り・高低差演算部が、前記撮影装置を挟んで配置された２台の基準被写体をそれぞれのカメラで撮影し、各カメラの画像データに基づいて検測対象レールの「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量をそれぞれ計算し、その計算結果を平均することにより、撮影装置の光軸方向におけるズレを補正するものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の軌道検測装置。
【請求項６】
通り方向及び高低差の少なくとも一方について、計測誤差最小位置を算出するための基準点が設けられた基準被写体と、この基準被写体を撮影するカメラを備えた撮影装置を、検測対象のレール上の離れた位置に設置し、
前記カメラが撮影した基準被写体の画像データに基づいて前記基準点の座標を求め、この基準点の座標に基づいて通り方向及び高低差方向の少なくとも一方の計測誤差最小位置の座標を求め、
基準レールにおける計測誤差最小位置の座標、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標に基づいて、検測対象レールの「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算することを特徴とする軌道検測方法。
【請求項７】
前記撮影装置に２台のカメラを設け、撮影装置を挟んで配置された２台の基準被写体をそれぞれのカメラで撮影し、各カメラの画像データに基づいて検測対象レールの「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量をそれぞれ計算し、その計算結果を平均することにより、撮影装置の光軸方向におけるズレを補正することを特徴とする請求項６に記載の軌道検測方法。
【請求項１】
レール上に設置する基準被写体と、レール上の前記基準被写体から離れた位置に設置する撮影装置とを備え、
前記基準被写体には、通り方向及び高低差の少なくとも一方について、計測誤差最小位置を算出するための基準点が設けられ、
前記撮影装置には、前記基準被写体を撮影するカメラと、カメラの画像データと前記計測誤差最小位置とに基づいて通り方向及び高低差の少なくとも一方を演算する画像処理部が設けられ、
この画像処理部は、
カメラからの画像データを取り込む画像データ取込部と、カメラから取り込んだ画像データに基づいて前記基準点の座標を求める基準点座標演算部と、この基準点の座標に基づいて通り方向及び高低差方向の少なくとも一方の計測誤差最小位置の座標を求める計測誤差最小位置座標演算部と、
基準レールにおける計測誤差最小位置の座標、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標に基づいて、「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算する通り・高低差演算部とを有することを特徴とする軌道検測装置。
【請求項２】
前記基準点が、基準被写体に設けられた複数の電球、ＬＥＤ、明暗の付いた点または色差の付いた点であることを特徴とする請求項１に記載の軌道検測装置。
【請求項３】
前記通り・高低差演算部が、検測対象の軌道の曲率に基づいて、前記「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を補正するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軌道検測装置。
【請求項４】
前記画像処理部が、複数種類の基準レールに関する計測誤差最小位置を記憶したデータ記憶部を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の軌道検測装置。
【請求項５】
前記撮影装置が背中合わせに配置された２台のカメラを備え、
前記通り・高低差演算部が、前記撮影装置を挟んで配置された２台の基準被写体をそれぞれのカメラで撮影し、各カメラの画像データに基づいて検測対象レールの「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量をそれぞれ計算し、その計算結果を平均することにより、撮影装置の光軸方向におけるズレを補正するものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の軌道検測装置。
【請求項６】
通り方向及び高低差の少なくとも一方について、計測誤差最小位置を算出するための基準点が設けられた基準被写体と、この基準被写体を撮影するカメラを備えた撮影装置を、検測対象のレール上の離れた位置に設置し、
前記カメラが撮影した基準被写体の画像データに基づいて前記基準点の座標を求め、この基準点の座標に基づいて通り方向及び高低差方向の少なくとも一方の計測誤差最小位置の座標を求め、
基準レールにおける計測誤差最小位置の座標、検測対象レールにおける計測誤差最小位置の座標に基づいて、検測対象レールの「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量を計算することを特徴とする軌道検測方法。
【請求項７】
前記撮影装置に２台のカメラを設け、撮影装置を挟んで配置された２台の基準被写体をそれぞれのカメラで撮影し、各カメラの画像データに基づいて検測対象レールの「通り」方向及び「高低差」方向のズレ量をそれぞれ計算し、その計算結果を平均することにより、撮影装置の光軸方向におけるズレを補正することを特徴とする請求項６に記載の軌道検測方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１９２２９２（Ｐ２００９−１９２２９２Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１５７８（Ｐ２００８−３１５７８）
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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