(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023022130
(43)【公開日】2023-02-14
(54)【発明の名称】波形データの高精度位置補正方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
G01B 21/00 20060101AFI20230207BHJP
E01B 35/00 20060101ALI20230207BHJP
【ＦＩ】
G01B21/00 R
E01B35/00
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022185437
(22)【出願日】2022-11-21
(62)【分割の表示】P 2018120512の分割
【原出願日】2018-06-26
(71)【出願人】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100116207
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 俊明
(74)【代理人】
【識別番号】100096426
【弁理士】
【氏名又は名称】川合 誠
(72)【発明者】
【氏名】田中 博文
(72)【発明者】
【氏名】大島 崇史
(57)【要約】
【課題】位置を誤って補正することがなく、かつ、微小な位置ずれを回避することができるようにする。
【解決手段】複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する工程と、微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、を含む。
【選択図】図４
【解決手段】複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する工程と、微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、を含む。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する工程と、
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正方法。
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正方法。
【請求項2】
前記相互相関法は、
一定区間毎に、前記基準データに対する修正対象データを変化させながら、前記基準データと修正対象データとの間の相互相関係数が最大となる位相ずれ量を算定し、該位相ずれ量分だけ前記修正対象データの位相ずれ量を補正する位置合わせ工程と、
位置が合わされた前記一定区間中に含まれる基準データの個数と修正対象データの個数とが一致するように、前記基準データのサンプリング点と対応する箇所において前記修正対象データのリサンプリングを行うリサンプリング工程とを含む請求項１に記載の波形データの高精度位置補正方法。
一定区間毎に、前記基準データに対する修正対象データを変化させながら、前記基準データと修正対象データとの間の相互相関係数が最大となる位相ずれ量を算定し、該位相ずれ量分だけ前記修正対象データの位相ずれ量を補正する位置合わせ工程と、
位置が合わされた前記一定区間中に含まれる基準データの個数と修正対象データの個数とが一致するように、前記基準データのサンプリング点と対応する箇所において前記修正対象データのリサンプリングを行うリサンプリング工程とを含む請求項１に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項3】
前記第１の位置補正工程における位置ずれ探索範囲は、前記第２の位置補正工程における位置ずれ探索範囲より広い請求項１又は２に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項4】
前記第１の位置補正工程において位置補正を行う間隔は、前記第２の位置補正工程において位置補正を行う間隔より長い請求項１又は２に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項5】
前記第１の位置補正工程における相互相関法の一定区間は、前記第２の位置補正工程における相互相関法の一定区間より長い請求項２に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項6】
前記波形データは、車両に搭載された軌道検測装置によって検測された検測データであり、地上子による位置補正が行われた波形データである請求項１～５のいずれか１項に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項7】
複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する波形データ選択部と、
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正部と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正部で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正部と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正システム。
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正部と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正部で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正部と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、波形データの高精度位置補正方法及びシステムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、鉄道の軌道では、鉄道車両からの繰り返し荷重によって軌道変位が徐々に進行し、鉄道車両の走行安全性や乗り心地の低下を引き起こすので、専用の軌道検測車等を定期的に走行させて軌道変位を検測し、そのデータに基づいて、軌道を本来の形状に戻すように整備が行われている。また、近年では、小型の軌道検測装置が開発されたので、これを営業車両に搭載することによって、より高頻度な検測が可能となっている。
【0003】
一般に、軌道検測データのキロ程（軌道上の位置）は、速度発電機による車軸の回転数検出装置、あるいは、ロータリーエンコーダ、レゾルバ等の鉄道車両の車軸の回転変位検出装置の検出信号に基づいているので、軌道検測車、あるいは軌道検測装置を搭載した車両の車輪の空転や滑走によって、データ毎に検測延長（検測した距離）に差が生じる。そこで、軌道の所定の位置に設定されたデータデポ等の地上子の検出信号に基づいて得られる位置情報によって、車軸の回転数検出装置あるいは回転変位検出装置の検出信号に基づいて得られる位置情報を補正することが行われている。
【0004】
図１は従来の地上子による位置補正の概略を示す図である。
【0005】
図において、速度発電機の位置情報とは、車軸の回転数検出装置によって検出された車輪（車軸）の回転数と車輪の径とから算出される距離である。車輪は、摩耗や転削の影響によってその径が変化するため、直径の補正を行っているが、その誤差の影響や、空転や滑走が生じることもある。そのため、速度発電機の位置情報は、実際の距離と異なることが多い。
【0006】
そこで、この誤差を地上子による位置補正によって、一定区間毎に解消している。具体的には、位置情報を備えるデータデポ等の地上子を軌道の所定の位置に設置し、軌道検測データと併せて地上子からの信号を取得することによって、地上子間において位置補正を行う。
【0007】
しかし、このような地上子による位置補正を行うと、異なる検測データ間では、サンプリング間隔が一致しないこととなる。すなわち、各検測データには、検測毎に異なる位置ずれが含まれることとなる。そのため、任意の点で異なる検測データを比較することは、困難であった。
【0008】
そこで、位置ずれによって異なる検測データ間では任意の点で比較することができない、という図１に示されるような地上子による位置補正の問題を解決するとともに、検測データのデータ個数及び測定間隔を完全に一致させるために、相互相関法を用いた位置補正の方法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【0009】
図２は従来の相互相関法を用いた位置補正の概略を示す図である。なお、図において、（ａ）は位置合わせを示す図、（ｂ）はリサンプリングを示す図である。
【0010】
図に示される相互相関法を用いた位置補正は、位置合わせとリサンプリングとの２ステップで構成される。
【0011】
まず、位置補正の基準となる検測データ（基準データ）と、それに対して位置補正がなされる検測データ（修正対象データ）とを指定する。ここで、検測データは、軌道変位を示す波形データである。そして、図２（ａ）に示されるように、基準データに対して、一定区間毎に修正対象データの位置情報を微小（データのサンプリング間隔毎）かつ連続的に変化させながら、両データ間の相互相関係数が最大となる位置ずれ量を算出し、修正対象データの位置ずれを補正する。
【0012】
次に、図２（ｂ）に示されるように、位置ずれが補正された一定区間中に含まれる基準データと修正対象データとの個数及び測定間隔を完全に一致させるために、基準データに合わせて修正対象データのリサンプリングを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開２０１８－０６３２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかしながら、前記従来の技術では、２つの検測データ間に局所的な位置ずれや波形の伸び縮み、乱れ等が存在する場合、それらの影響によって、相互相関係数が最大となるように補正した結果として、微小な位置ずれが残存するときがある。
【0015】
図３は従来の相互相関法を用いた位置補正の後に残存する微小な位置ずれを示す図である。
【0016】
また、このような微小な位置ずれを回避するために相互相関係数の算出区間を短くすると、その間に含まれる検測データが有する波形としての特徴量が小さくなるので、レールの継目落ち等によって類似した波形が連続する軌道検測波形にこれを適用した場合、位置を誤って補正する可能性がある。
【0017】
ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、位置を誤って補正することがなく、かつ、微小な位置ずれを回避することができる波形データの高精度位置補正方法及びシステム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】
【0018】
そのために、波形データの高精度位置補正方法においては、複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する工程と、微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、を含む。
【0019】
他の波形データの高精度位置補正方法においては、さらに、前記相互相関法は、一定区間毎に、前記基準データに対する修正対象データを変化させながら、前記基準データと修正対象データとの間の相互相関係数が最大となる位相ずれ量を算定し、該位相ずれ量分だけ前記修正対象データの位相ずれ量を補正する位置合わせ工程と、位置が合わされた前記一定区間中に含まれる基準データの個数と修正対象データの個数とが一致するように、前記基準データのサンプリング点と対応する箇所において前記修正対象データのリサンプリングを行うリサンプリング工程とを含む。
【0020】
更に他の波形データの高精度位置補正方法においては、さらに、前記第１の位置補正工程における位置ずれ探索範囲は、前記第２の位置補正工程における位置ずれ探索範囲より広い。
【0021】
更に他の波形データの高精度位置補正方法においては、さらに、前記第１の位置補正工程において位置補正を行う間隔は、前記第２の位置補正工程において位置補正を行う間隔より長い。
【0022】
更に他の波形データの高精度位置補正方法においては、さらに、前記第１の位置補正工程における相互相関法の一定区間は、前記第２の位置補正工程における相互相関法の一定区間より長い。
【0023】
更に他の波形データの高精度位置補正方法においては、さらに、前記波形データは、車両に搭載された軌道検測装置によって検測された検測データであり、地上子による位置補正が行われた波形データである。
【0024】
波形データの高精度位置補正システムにおいては、複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する波形データ選択部と、微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正部と、微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正部で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正部と、を含む。
【発明の効果】
【0025】
本開示によれば、位置を誤って補正することがなく、かつ、微小な位置ずれを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】従来の地上子による位置補正の概略を示す図である。
【図2】従来の相互相関法を用いた位置補正の概略を示す図である。
【図3】従来の相互相関法を用いた位置補正の後に残存する微小な位置ずれを示す図である。
【図4】本実施の形態における波形データ高精度位置補正システムの機能構成を示すブロック図である。
【図5】本実施の形態における検測データの項目を示す図である。
【図6】本実施の形態における相互相関法を用いた位置補正の概略を示す図である。
【図7】本実施の形態における波形データ処理システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0028】
【0029】
図４において、２１は、本実施の形態における軌道検測装置であって、前記「背景技術」の項で説明した小型の軌道検測装置と同様のものであり、営業車両に搭載され、速度発電機による車軸の回転数検出装置、あるいは、ロータリーエンコーダ、レゾルバ等の車軸の回転変位検出装置の検出信号に基づいて位置情報を得ているものとする。また、前記軌道検測装置２１は、軌道変位を管理するために、図５に示されるように、高低変位（レールの上下方向の変位）、通り変位（レールの左右方向の変位）、軌間変位（左右レールの間隔）、水準変位（左右レールの高さの差）及び平面性変位（２本のレールが作る平面のねじれ）の５項目（高低変位及び通り変位について、左右レールの変位を別の項目として考えると７項目）について、軌道変位を検測するものとする。これらの項目の軌道変位は、車両の進行に伴って、基準値を中心に上下に振動する波形データとして記録される。
【0030】
また、図４において、１０は、本実施の形態における波形データ処理システムであって、軌道検測装置２１が検測した軌道変位のデータ、すなわち、検測データとしての波形データを処理するために仕様される一種のコンピュータシステムであって、ＣＰＵ等の演算装置、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶装置、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プリンタ等の出力装置、通信インターフェイス等を備えるコンピュータ内に構築されたコンピュータシステムである。前記波形データ処理システム１０が構築されたコンピュータは、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバ、タブレットコンピュータ等であるが、記憶装置にインストールされたアプリケーションソフトウェア等のプログラムに従って動作するコンピュータであればいかなる種類のものであってもよく、単独のコンピュータであってもよいし、複数台のコンピュータをネットワークで通信可能に接続したコンピュータ群であってもよい。なお、前記波形データ処理システム１０は、軌道検測装置２１と通信可能に接続されているが、必ずしも、常時接続されてリアルタイムで通信を行う必要はなく、必要なときに適宜バッチ処理でデータの交換を行うようにしてもよい。
【0031】
本実施の形態における波形データ処理システム１０は、機能の観点から、データ取得部１１と、予備位置合わせ部１２と、相互相関法補正部１３と、軌道変位進み箇所抽出部１４とを備える。なお、前記相互相関法補正部１３は、波形データ選択部１３ａと、第１の位置補正部１３ｂと、第２の位置補正部１３ｃとを含んでいる。
【0032】
前記データ取得部１１は、軌道検測装置２１から検測データとしての波形データを取得する。そして、前記予備位置合わせ部１２は、データ取得部１１が取得した波形データの予備位置合わせを行う。また、前記相互相関法補正部１３は、予備位置合わせ部１２が予備位置合わせを行った後に、相互相関法を用いて位置ずれを補正する。具体的には、前記相互相関法補正部１３の波形データ選択部１３ａは、複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する。そして、前記第１の位置補正部１３ｂは、微小な位置ずれを許容して比較的大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、基準データに対して修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程を実行する。さらに、前記第２の位置補正部１３ｃは、微小な位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、基準データに対して第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程を実行する。なお、前記第１の位置補正部１３ｂ及び第２の位置補正部１３ｃは、それぞれ、基準データに対する修正対象データの位置合わせを行い、該位置合わせの後に、基準データに合わせて修正対象データのリサンプリングを行う。さらに、前記軌道変位進み箇所抽出部１４は、相互相関法補正部１３が位置ずれを補正した後、検測データである波形データの差分を求め、軌道変位が進んだ箇所を抽出する。
【0033】
次に、前記波形データ処理システム１０の動作について説明する。
【0034】
図６は本実施の形態における相互相関法を用いた位置補正の概略を示す図、図７は本実施の形態における波形データ処理システムの動作を示すフローチャートである。なお、図６において、（ａ）は基準データと位置補正前の修正対象データとを示す図、（ｂ）は基準データと１回目の位置補正後の修正対象データとを示す図、（ｃ）は基準データと２回目の位置補正後の修正対象データとを示す図である。
【0035】
まず、波形データ処理システム１０が動作を開始すると、ステップＳ１で、前記データ取得部１１は、軌道検測装置２１から検測データとしての波形データを取得する。
【0036】
次に、ステップＳ２で、前記予備位置合わせ部１２はデータ取得部１１が取得した波形データの予備位置合わせを行う。具体的には、前記「背景技術」の項で説明したように、波形データに含まれる位置情報は、車軸の回転変位検出装置によって検出された車輪の回転数と車輪の径とから算出される距離であって実際の距離と異なることが多いので、地上子による位置合わせを行う。すなわち、図１に示されるように、地上子からの信号に基づいて、地上子間において位置補正を行う。
【0037】
次に、ステップＳ３で、前記相互相関法補正部１３の波形データ選択部１３ａは、予備位置合わせ部１２が予備位置合わせを行った後に、波形データの選択を行う。具体的には、複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する。
【0038】
次に、ステップＳ４で、第１の位置補正部１３ｂは、第１の位置補正を行い、相互相関法を用いて、大きな位置ずれを補正する。続いて、ステップＳ５で、第２の位置補正部１３ｃは、第２の位置補正を行い、相互相関法を用いて、微小な位置ずれを補正する。
【0039】
相互相関法を用いた位置ずれ補正のアルゴリズムは、次の通りである（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献1】田中、山本、大島、三和、「高頻度検測データに対応した軌道変位の局所的な急進箇所抽出・予測法」、鉄道総研報告、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．１２、ｐｐ．４１－４６、２０１７
【0040】
前記相互相関法補正部１３は、別々に検測された検測データの差分に基づいて、検測データ間の位置合わせを行うとともに、両データ間でデータ個数及びサンプリング間隔を一致させる。そして、相互相関法を用いた位置ずれ補正は、図２（ａ）に示されるような位置合わせ、及び、図２（ｂ）に示されるようなリサンプリングの２ステップで構成される。
【0041】
まず、前記波形データ選択部１３ａは、位置補正の基準となる検測データ（基準データ）と、それに対して位置補正がなされる検測データ（修正対象データ）とを指定する。
【0042】
【数1】
【0043】
ここで、τは位相ずれ量、σ（ｘ）は一定区間内の基準データの標準偏差、σ（ｙ）は一定区間内の修正対象データの標準偏差、Ｎは一定区間内の基準データの個数、ｎはデータ番号、ｘ（ｎ）は基準データ、ｙ（ｎ）は修正対象データである。
【0044】
次に、前記第１の位置補正部１３ｂ及び第２の位置補正部１３ｃは、位置が合わされた一定区間中に含まれる基準データの個数と修正対象データの個数とを完全に一致させるために、基準データのサンプリング点と対応する箇所において修正対象データのリサンプリングを行う。
【0045】
このように、相互相関法を用いた位置ずれ補正を行うことによって、軌道変位の位置ずれを補正することができる。
【0046】
ところで、前記「発明が解決しようとする課題」の項で説明したような相互相関法を用いた位置補正の後に微小な位置ずれが残存する箇所において、位置補正後の修正対象データと基準データとの間で相互相関係数を算出すると、更に数点位置をずらしたほうが、相互相関関係が高くなるケースが多いことが判明した。つまり、図６に示されるように、相互相関法を二段階に亘って適用して位置補正を行うことによって、従来の相互相関法を用いた位置補正では残存してしまう微小な位置ずれを解消することができる。
【0047】
そこで、第１の位置補正部１３ｂは、第１の位置補正、すなわち、１回目の位置補正を行い、相互相関法を用いて、微小な位置ずれを許容し、比較的大きな位置ずれを補正する。そのため、大きな位置ずれを補正することができるように、位置ずれの探索範囲を広く設定する。相互相関係数の算出区間長を短くすると、誤った位置で位置補正がなされる可能性があるので、１回目の位置補正では、相互相関係数の算出区間長を、波形の特徴が出るように、ある程度長い延長（距離）にすることが望ましい。なお、微小な位置ずれが許容されるので、位置補正を行う間隔をある程度長くすることができ、これにより、演算処理負担を低減し、演算処理時間を短縮することができる。
【0048】
そして、第２の位置補正部１３ｃは、第２の位置補正、すなわち、２回目の位置補正を行い、相互相関法を用いて、微小な位置ずれを補正する。１回目の位置補正によって大きな位置ずれが補正されているので、位置ずれの探索範囲を狭く設定する。これにより、演算処理負担を低減し、演算処理時間を短縮することができるとともに、相互相関係数の算出区間長を短くしても、誤った位置で位置補正がなされる可能性が小さくなる。相互相関係数の算出区間長をある程度短くすることによって、図３に示されるような位置ずれ、すなわち、局所的な位置ずれを有する検測データに相互相関法による位置補正を適用した場合に残存する位置ずれ、を除去又は低減することができる。また、演算処理負担を低減し、演算処理時間を短縮することもできる。微小な位置ずれを補正する必要があるために、位置補正を行う間隔を短くする。
【0049】
なお、ここでは、二段階に亘って位置補正処理を行う例について説明したが、段階的に相互相関係数の算出区間が短くなるように設定されているのであれば、二段階以上の複数段階に亘って位置補正処理を行うようにしてもよい。特に、軌道検測データ以外のデータに適用する場合、二段階以上の複数段階に亘って位置補正処理を行うことが想定される。また、特に、データデポの信号が無いために予備位置合わせ処理を行うことができず、別の信号を予備位置合わせ処理を用いて行う場合にも、二段階以上の複数段階に亘って位置補正処理を行うことが想定される。
【0050】
次に、相互相関法を用いた位置補正を検測データに適用する際のポイントを説明する。まず、１回目の相互相関法を用いた位置補正の場合について説明する。
【0051】
一般に、地上子は１〔ｋｍ〕の間隔で設置されているので、地上子間で発生する位置ずれは、最大でも数十〔ｍ〕程度であると想定される。ただし、すべての地上子が必ずしも正常に動作する訳でないから、地上子による位置補正が数〔ｋｍ〕行われない可能性もある。このような可能性を考慮すると、位置ずれの探索範囲は、１０〔ｍ〕～２００〔ｍ〕程度が妥当であると言える。
【0052】
また、一般に、レールの継目や溶接箇所は２５〔ｍ〕程度の間隔で存在するので、波形データである検測データの波形の特徴も２５〔ｍ〕程度の範囲で現れやすい。相互相関係数の算出区間長を、波形の特徴を複数含むような延長（距離）に設定することによって、誤った位置で位置補正される可能性を極めて小さくすることができるので、相互相関係数の算出区間長は、５０〔ｍ〕以上が妥当であると言える。
【0053】
さらに、位置補正の間隔を長くし過ぎると、比較的大きい局所的な位置ずれが残存し、このような位置ずれは２回目の相互相関法を用いた位置補正で補正することができないと考えられるので、位置補正の間隔は、５０〔ｍ〕～１００〔ｍ〕程度（位置補正の間隔が取り得る範囲としては数十〔ｍ〕～数百〔ｍ〕）が妥当であると言える。
【0054】
次に、２回目の相互相関法を用いた位置補正の場合について説明する。
【0055】
１回目の相互相関法を用いた位置補正の後に残存する位置ずれは微小であるから、位置ずれの探索範囲は、数〔ｍ〕程度が妥当であると言える。
【0056】
また、このように位置ずれの探索範囲を狭くすることによって、誤った位置で位置補正される可能性が極めて小さいので、相互相関係数の算出区間長は、レールの継目や溶接箇所を含む２５〔ｍ〕程度（相互相関係数の算出区間長の範囲としては数〔ｍ〕～数十〔ｍ〕）が妥当であると言える。
【0057】
さらに、１回目の相互相関法を用いた位置補正で残存する微小な位置ずれを補正するために、位置補正の間隔は、１回目の相互相関法を用いた位置補正における間隔の５０〔％〕程度以下が妥当であると言える。
【0058】
最後に、ステップＳ６で、軌道変位進み箇所抽出部１４は、軌道変位進み箇所を抽出して、処理を終了する。具体的には、前記軌道変位進み箇所抽出部１４は、ステップＳ５で第２の位置補正が行われた検測日や検測時間が異なる２つの検測データに対して、次の式（２）を用いて、波形間の差分Δｙ（ｘ）、すなわち、差分データを求めることによって、軌道変位の大きな箇所を軌道変位進み箇所として抽出する。
Δｙ（ｘ）＝ｙafter （ｘ）－ｙbefore（ｘ） ・・・式（２）
Δｙ（ｘ）＝ｙafter （ｘ）－ｙbefore（ｘ） ・・・式（２）
【0059】
ここで、ｙafter （ｘ）は事後の検測データ、ｙbefore（ｘ）は事前の検測データ、ｘはキロ程である。
【0060】
例えば、差分データが所定の閾値を超えている箇所は、軌道変位が進んでいる箇所として抽出されて、軌道整備が必要であると判断される。一方、差分データが前記閾値以下の箇所は、軌道変位が進んでいないので、軌道整備が当面不要であると判断される。
【0061】
なお、ここでは、比較的波長の長い（例えば、波長が数〔ｍ〕～数十〔ｍ〕程度）軌道の変位データを対象に位置補正処理を行う例について説明した。しかし、当該位置補正処理は、車両動揺加速度データ等の位置補正処理についても適用することができる。
【0062】
また、レール波状摩耗というレール表面に形成される凹凸の比較的波長の短い（例えば、波長が数〔ｃｍ〕～数十〔ｃｍ〕程度）波形データも存在する。このような波長の短い波形データに対して位置補正処理を行う場合、当然ながら、位置ずれ探索範囲及び位置補正間隔は短くなる。
【0063】
このように、位置補正処理を行う場合には、波形の特徴、すなわち、周波数特性に合わせて、これらのパラメータを適切に設定することが肝要である。
【0064】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ データ取得部１１は軌道検測装置２１から検測データとしての波形データを取得する。
ステップＳ２ 予備位置合わせ部１２はデータ取得部１１が取得した波形データの予備位置合わせを行う。
ステップＳ３ 相互相関法補正部１３の波形データ選択部１３ａは予備位置合わせ部１２が予備位置合わせを行った後に、波形データの選択を行う。
ステップＳ４ 第１の位置補正部１３ｂは第１の位置補正を行う。
ステップＳ５ 第２の位置補正部１３ｃは第２の位置補正を行う。
ステップＳ６ 軌道変位進み箇所抽出部１４は軌道変位進み箇所を抽出して、処理を終了する。
ステップＳ１ データ取得部１１は軌道検測装置２１から検測データとしての波形データを取得する。
ステップＳ２ 予備位置合わせ部１２はデータ取得部１１が取得した波形データの予備位置合わせを行う。
ステップＳ３ 相互相関法補正部１３の波形データ選択部１３ａは予備位置合わせ部１２が予備位置合わせを行った後に、波形データの選択を行う。
ステップＳ４ 第１の位置補正部１３ｂは第１の位置補正を行う。
ステップＳ５ 第２の位置補正部１３ｃは第２の位置補正を行う。
ステップＳ６ 軌道変位進み箇所抽出部１４は軌道変位進み箇所を抽出して、処理を終了する。
【0065】
このように、本実施の形態における波形データ高精度位置補正方法は、複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する工程と、微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、基準データに対して修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、微小な位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、基準データに対して第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程とを含んでいる。これにより、位置を誤って補正することがなく、かつ、微小な位置ずれを回避することができる。また、演算処理負担を低減し、演算処理時間を短縮することができる。
【0066】
また、相互相関法は、一定区間毎に、基準データに対する修正対象データを変化させながら、基準データと修正対象データとの間の相互相関係数が最大となる位相ずれ量を算定し、位相ずれ量分だけ修正対象データの位相ずれ量を補正する位置合わせ工程と、位置が合わされた一定区間中に含まれる基準データの個数と修正対象データの個数とが一致するように、基準データのサンプリング点と対応する箇所において修正対象データのリサンプリングを行うリサンプリング工程とを含んでいる。これにより、波形データの位置ずれを適切に補正することができる。
【0067】
さらに、第１の位置補正工程における位置ずれ探索範囲は、第２の位置補正工程における位置ずれ探索範囲より広い。さらに、第１の位置補正工程において位置補正を行う間隔は、第２の位置補正工程において位置補正を行う間隔より長い。さらに、第１の位置補正工程における相互相関法の一定区間は、第２の位置補正工程における相互相関法の一定区間より長い。したがって、演算処理負担を低減し、演算処理時間を短縮することができる。
【0068】
さらに、波形データは、車両に搭載された軌道検測装置２１によって検測された検測データであり、地上子による位置補正が行われた波形データである。これにより、検測データの位置情報が含む誤差を解消することができる。
【0069】
なお、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本開示は、波形データの高精度位置補正方法及びシステムに適用することができる。
【符号の説明】
【0071】
１３ａ 波形データ選択部
１３ｂ 第１の位置補正部
１３ｃ 第２の位置補正部
２１ 軌道検測装置
１３ｂ 第１の位置補正部
１３ｃ 第２の位置補正部
２１ 軌道検測装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2022-12-02
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に搭載された軌道検測装置によって検測された検測データであって、地上子による位置補正が行われた波形データである複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する工程と、
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正方法。
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正方法。
【請求項2】
前記相互相関法は、
一定区間毎に、前記基準データに対する修正対象データを変化させながら、前記基準データと修正対象データとの間の相互相関係数が最大となる位相ずれ量を算定し、該位相ずれ量分だけ前記修正対象データの位相ずれ量を補正する位置合わせ工程と、
位置が合わされた前記一定区間中に含まれる基準データの個数と修正対象データの個数とが一致するように、前記基準データのサンプリング点と対応する箇所において前記修正対象データのリサンプリングを行うリサンプリング工程とを含む請求項１に記載の波形データの高精度位置補正方法。
一定区間毎に、前記基準データに対する修正対象データを変化させながら、前記基準データと修正対象データとの間の相互相関係数が最大となる位相ずれ量を算定し、該位相ずれ量分だけ前記修正対象データの位相ずれ量を補正する位置合わせ工程と、
位置が合わされた前記一定区間中に含まれる基準データの個数と修正対象データの個数とが一致するように、前記基準データのサンプリング点と対応する箇所において前記修正対象データのリサンプリングを行うリサンプリング工程とを含む請求項１に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項3】
前記第１の位置補正工程における位置ずれ探索範囲は、前記第２の位置補正工程における位置ずれ探索範囲より広い請求項１又は２に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項4】
前記第１の位置補正工程において位置補正を行う間隔は、前記第２の位置補正工程において位置補正を行う間隔より長い請求項１又は２に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項5】
前記第１の位置補正工程における相互相関法の一定区間は、前記第２の位置補正工程における相互相関法の一定区間より長い請求項２に記載の波形データの高精度位置補正方法。
【請求項6】
車両に搭載された軌道検測装置によって検測された検測データであって、地上子による位置補正が行われた波形データである複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する波形データ選択部と、
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正部と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正部で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正部と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正システム。
微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正部と、
微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正部で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正部と、
を含むことを特徴とする波形データの高精度位置補正システム。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0018】
そのために、波形データの高精度位置補正方法においては、車両に搭載された軌道検測装置によって検測された検測データであって、地上子による位置補正が行われた波形データである複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する工程と、微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正工程と、微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正工程で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正工程と、を含む。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0024】
波形データの高精度位置補正システムにおいては、車両に搭載された軌道検測装置によって検測された検測データであって、地上子による位置補正が行われた波形データである複数の波形データのうちから、位置補正の基準となる基準データと、該基準データに対して位置補正がなされる修正対象データとを選択する波形データ選択部と、微小な位置ずれを許容して大きな位置ずれを補正するように、相互相関法を用い、前記基準データに対して前記修正対象データの位置補正を行う第１の位置補正部と、微小な位置ずれを補正するように、前記相互相関法を用い、前記基準データに対して前記第１の位置補正部で位置補正が行われた修正対象データの位置補正を行う第２の位置補正部と、を含む。