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(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】P2024116531
(43)【公開日】2024-08-28
(54)【発明の名称】道床形状測定装置及び道床形状測定方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/24 20060101AFI20240821BHJP
E01B 35/06 20060101ALI20240821BHJP
B61L 23/00 20060101ALI20240821BHJP
【ＦＩ】
G01B11/24 K
E01B35/06
B61L23/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023022209
(22)【出願日】2023-02-16
(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】100104064
【弁理士】
【氏名又は名称】大熊 岳人
(72)【発明者】
【氏名】箕浦 慎太郎
【テーマコード（参考）】
2D057
2F065
5H161
【Ｆターム（参考）】
2D057AB02
2D057AB03
2F065AA04
2F065AA52
2F065AA53
2F065CC14
2F065DD03
2F065FF05
2F065JJ03
2F065JJ26
2F065MM06
2F065QQ31
5H161AA01
5H161MM12
5H161NN10
(57)【要約】
【課題】バラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することができる道床形状測定装置を提供する。
【解決手段】道床形状測定装置１は、軌道周辺の複数の第１点の色値を含む線路沿線の３次元点群データを取得する第１取得部２１と、複数の第１点のうちレールの頭頂面を表す複数の第２点の頭頂面の３次元点群データを取得する第１抽出部２２と、頭頂面の３次元点群データに基づいて、レールの頭頂面の中心線上に間隔を空けて配列された複数の第４点の芯の３次元点群データを取得する第２取得部２５と、隣り合う２つの第４点を第５点及び第６点として選択し、第５点を通り且つ第５点から第６点に向かう第４方向に垂直な第１平面からの第４方向における距離が一定の範囲内である複数の第１点を第７点として抽出することにより、バラスト道床の断面形状の３次元点群データを取得する第２抽出部２８と、を有する。
【選択図】図４
【解決手段】道床形状測定装置１は、軌道周辺の複数の第１点の色値を含む線路沿線の３次元点群データを取得する第１取得部２１と、複数の第１点のうちレールの頭頂面を表す複数の第２点の頭頂面の３次元点群データを取得する第１抽出部２２と、頭頂面の３次元点群データに基づいて、レールの頭頂面の中心線上に間隔を空けて配列された複数の第４点の芯の３次元点群データを取得する第２取得部２５と、隣り合う２つの第４点を第５点及び第６点として選択し、第５点を通り且つ第５点から第６点に向かう第４方向に垂直な第１平面からの第４方向における距離が一定の範囲内である複数の第１点を第７点として抽出することにより、バラスト道床の断面形状の３次元点群データを取得する第２抽出部２８と、を有する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バラスト道床と、前記バラスト道床上に互いに間隔を空けて配置された複数のまくらぎと、前記複数のまくらぎをそれぞれまたいで設置され且つ互いに間隔を空けて配置された第１レール及び第２レールと、を含むバラスト軌道に含まれる前記バラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置において、
前記バラスト軌道の表面及び前記バラスト軌道周辺の物体の表面の複数の第１点の各々についての、水平面内の第１方向における第１座標、前記水平面内で前記第１方向と直交する第２方向における第２座標、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向における第３座標、並びに、色値又は輝度値である第１値、を含む第１点群データを取得する第１取得部と、
前記複数の第１点のうち、前記第１値が第１範囲内である第１点を、前記第１レールの頭頂面を表す第２点としてそれぞれ抽出することにより、前記第１レールの頭頂面を表す複数の前記第２点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第２点群データを取得する第１抽出部と、
前記複数の第２点よりなる第１点群を、前記第１レールに沿って配列された複数の第２点群に分割する第１分割部と、
前記第１分割部により分割された前記複数の第２点群のうちいずれかの第２点群を第３点群として選択し、前記複数の第２点のうち、選択された前記第３点群に含まれる複数の第２点を複数の第３点として選択し、前記第３点群に対応して算出される第４点であって、前記第４点についての前記第１方向における第４座標が前記複数の第３点の各々についての前記第１座標の平均値に対応し、前記第４点についての前記第２方向における第５座標が前記複数の第３点の各々についての前記第２座標の平均値に対応し、且つ、前記第４点についての前記第３方向における第６座標が前記複数の第３点の各々についての前記第３座標の平均値に対応している、前記第４点、を算出する第１算出処理を実行する第１選択部と、
前記複数の第２点群のうち前記第１選択部により選択される第２点群を変更しながら前記第１選択部による前記第１算出処理を繰り返すことにより、前記複数の第２点群の各々にそれぞれ対応した複数の前記第４点を算出し、算出された前記複数の第４点の各々についての、前記第４座標、前記第５座標及び前記第６座標、を含む第３点群データを取得する第２取得部と、
前記複数の第４点のうち互いに隣り合う２つの第４点を、第５点及び第６点として選択する第２選択部と、
前記第２選択部により選択された前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、前記第２選択部により選択された前記第６点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第５点から前記第６点に向かう方向を第４方向として算出する第１算出部と、
前記複数の第１点のうち、前記第５点を通り且つ前記第４方向に垂直な第１平面からの前記第４方向における距離が第２範囲内である複数の第１点を、複数の第７点として抽出することにより、前記複数の第７点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第４点群データを取得する第２抽出部と、
前記第２抽出部により取得された前記第４点群データに基づいて、前記バラスト道床の前記第４方向に垂直な断面形状を測定する第１測定部と、
を有する、道床形状測定装置。
前記バラスト軌道の表面及び前記バラスト軌道周辺の物体の表面の複数の第１点の各々についての、水平面内の第１方向における第１座標、前記水平面内で前記第１方向と直交する第２方向における第２座標、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向における第３座標、並びに、色値又は輝度値である第１値、を含む第１点群データを取得する第１取得部と、
前記複数の第１点のうち、前記第１値が第１範囲内である第１点を、前記第１レールの頭頂面を表す第２点としてそれぞれ抽出することにより、前記第１レールの頭頂面を表す複数の前記第２点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第２点群データを取得する第１抽出部と、
前記複数の第２点よりなる第１点群を、前記第１レールに沿って配列された複数の第２点群に分割する第１分割部と、
前記第１分割部により分割された前記複数の第２点群のうちいずれかの第２点群を第３点群として選択し、前記複数の第２点のうち、選択された前記第３点群に含まれる複数の第２点を複数の第３点として選択し、前記第３点群に対応して算出される第４点であって、前記第４点についての前記第１方向における第４座標が前記複数の第３点の各々についての前記第１座標の平均値に対応し、前記第４点についての前記第２方向における第５座標が前記複数の第３点の各々についての前記第２座標の平均値に対応し、且つ、前記第４点についての前記第３方向における第６座標が前記複数の第３点の各々についての前記第３座標の平均値に対応している、前記第４点、を算出する第１算出処理を実行する第１選択部と、
前記複数の第２点群のうち前記第１選択部により選択される第２点群を変更しながら前記第１選択部による前記第１算出処理を繰り返すことにより、前記複数の第２点群の各々にそれぞれ対応した複数の前記第４点を算出し、算出された前記複数の第４点の各々についての、前記第４座標、前記第５座標及び前記第６座標、を含む第３点群データを取得する第２取得部と、
前記複数の第４点のうち互いに隣り合う２つの第４点を、第５点及び第６点として選択する第２選択部と、
前記第２選択部により選択された前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、前記第２選択部により選択された前記第６点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第５点から前記第６点に向かう方向を第４方向として算出する第１算出部と、
前記複数の第１点のうち、前記第５点を通り且つ前記第４方向に垂直な第１平面からの前記第４方向における距離が第２範囲内である複数の第１点を、複数の第７点として抽出することにより、前記複数の第７点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第４点群データを取得する第２抽出部と、
前記第２抽出部により取得された前記第４点群データに基づいて、前記バラスト道床の前記第４方向に垂直な断面形状を測定する第１測定部と、
を有する、道床形状測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の道床形状測定装置において、
前記第１算出部は、前記水平面内で前記第４方向と直交する方向を第５方向として算出し、
前記第１測定部は、
前記第１平面を、前記第５方向に配列された複数の第２平面に分割し、前記複数の第７点よりなる第４点群を、前記第４方向から視たときに前記複数の第２平面の各々とそれぞれ重なる複数の第５点群に分割する第２分割部と、
前記複数の第２平面のうちいずれかの第２平面を第３平面として選択し、前記複数の第５点群のうち前記第４方向から視たときに前記第３平面と重なる第５点群を第６点群として選択し、前記複数の第７点のうち、選択された前記第６点群に含まれる複数の第７点を複数の第８点として選択し、前記第６点群に対応して算出され且つ前記第３平面内に配置される第９点であって、前記第９点についての前記第１平面内での前記第５方向における第７座標が前記第５点を原点としたときの前記第５方向における前記第３平面の位置に対応し、前記第９点についての前記第１平面内での前記第３方向における第８座標が前記複数の第８点の各々についての前記第３座標の中央値又は平均値に対応している、前記第９点、を算出する第２算出処理を実行する第２選択部と、
前記複数の第５点群のうち前記第２選択部により選択される第５点群を変更しながら前記第２選択部による前記第２算出処理を繰り返すことにより、前記複数の第５点群の各々にそれぞれ対応した複数の前記第９点を算出し、算出された前記複数の第９点の各々についての、前記第７座標及び前記第８座標、を含む第５点群データを取得する第３取得部と、
を含み、
前記第１測定部は、前記第３取得部により取得された前記第５点群データに基づいて、前記バラスト道床の前記第４方向に垂直な断面形状を測定する、道床形状測定装置。
前記第１算出部は、前記水平面内で前記第４方向と直交する方向を第５方向として算出し、
前記第１測定部は、
前記第１平面を、前記第５方向に配列された複数の第２平面に分割し、前記複数の第７点よりなる第４点群を、前記第４方向から視たときに前記複数の第２平面の各々とそれぞれ重なる複数の第５点群に分割する第２分割部と、
前記複数の第２平面のうちいずれかの第２平面を第３平面として選択し、前記複数の第５点群のうち前記第４方向から視たときに前記第３平面と重なる第５点群を第６点群として選択し、前記複数の第７点のうち、選択された前記第６点群に含まれる複数の第７点を複数の第８点として選択し、前記第６点群に対応して算出され且つ前記第３平面内に配置される第９点であって、前記第９点についての前記第１平面内での前記第５方向における第７座標が前記第５点を原点としたときの前記第５方向における前記第３平面の位置に対応し、前記第９点についての前記第１平面内での前記第３方向における第８座標が前記複数の第８点の各々についての前記第３座標の中央値又は平均値に対応している、前記第９点、を算出する第２算出処理を実行する第２選択部と、
前記複数の第５点群のうち前記第２選択部により選択される第５点群を変更しながら前記第２選択部による前記第２算出処理を繰り返すことにより、前記複数の第５点群の各々にそれぞれ対応した複数の前記第９点を算出し、算出された前記複数の第９点の各々についての、前記第７座標及び前記第８座標、を含む第５点群データを取得する第３取得部と、
を含み、
前記第１測定部は、前記第３取得部により取得された前記第５点群データに基づいて、前記バラスト道床の前記第４方向に垂直な断面形状を測定する、道床形状測定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の道床形状測定装置において、
前記第１測定部は、前記第１平面内で前記第５点から前記第３方向に予め定められた前記第１レールの第１高さだけ下方に離れた点を第１０点とし、前記複数の第９点のうち、前記第１平面内で前記第５点を中心として前記第５方向における前記第２レール側に対応した第１の側と反対側に配置され且つ前記第８座標が最大となる第９点を第１１点としたとき、前記第１１点から前記第１０点までの前記第３方向における距離を、前記第５点における前記バラスト道床の余盛高さとして測定する、第２測定部を含む、道床形状測定装置。
前記第１測定部は、前記第１平面内で前記第５点から前記第３方向に予め定められた前記第１レールの第１高さだけ下方に離れた点を第１０点とし、前記複数の第９点のうち、前記第１平面内で前記第５点を中心として前記第５方向における前記第２レール側に対応した第１の側と反対側に配置され且つ前記第８座標が最大となる第９点を第１１点としたとき、前記第１１点から前記第１０点までの前記第３方向における距離を、前記第５点における前記バラスト道床の余盛高さとして測定する、第２測定部を含む、道床形状測定装置。
【請求項4】
請求項２に記載の道床形状測定装置において、
前記第１測定部は、前記第１平面内で前記第５点から前記第３方向に予め定められた前記第１レールの第２高さだけ下方に離れた点を第１２点とし、前記第１平面内で前記第１２点を通り且つ前記第５方向に延在する第１直線と、前記複数の第９点を通る第１曲線とが、前記第１平面内で前記第１２点を中心として前記第５方向における前記第２レール側に対応した第２の側と反対側で交差する点を第１３点とし、前記第１直線上で前記第１２点と前記第１３点との間に配置され、前記第１２点から前記第５方向において予め定められた第１長さだけ離れ、且つ、前記第４方向から視たときのまくらぎの端部を表す点を第１４点としたとき、前記第１４点から前記第１３点までの前記第５方向における距離を、前記第５点における前記バラスト道床の道床肩幅として測定する、第３測定部を含む、道床形状測定装置。
前記第１測定部は、前記第１平面内で前記第５点から前記第３方向に予め定められた前記第１レールの第２高さだけ下方に離れた点を第１２点とし、前記第１平面内で前記第１２点を通り且つ前記第５方向に延在する第１直線と、前記複数の第９点を通る第１曲線とが、前記第１平面内で前記第１２点を中心として前記第５方向における前記第２レール側に対応した第２の側と反対側で交差する点を第１３点とし、前記第１直線上で前記第１２点と前記第１３点との間に配置され、前記第１２点から前記第５方向において予め定められた第１長さだけ離れ、且つ、前記第４方向から視たときのまくらぎの端部を表す点を第１４点としたとき、前記第１４点から前記第１３点までの前記第５方向における距離を、前記第５点における前記バラスト道床の道床肩幅として測定する、第３測定部を含む、道床形状測定装置。
【請求項5】
請求項３に記載の道床形状測定装置において、
前記第１レールの第１曲線半径と、前記第１曲線半径に応じて決定される前記余盛高さの第１基準値と、の関係を示す第１関係データが記録された第１記録部を有し、
前記第１分割部は、前記第１点群を、前記第１レールに沿って第１間隔で配列された前記複数の第２点群に分割し、
前記第１測定部は、
前記複数の第４点のうち互いに隣り合うＮ１個（Ｎ１は１以上の整数）の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う第４点を第１５点として選択し、前記複数の第４点のうち、前記第５点を挟んで前記第１５点と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ１個の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う、第４点を第１６点として選択し、前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、選択された前記第１５点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、選択された前記第１６点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第１５点と前記第１６点とを結ぶ第１弦の第１弦長、及び、前記第５点から前記第１弦までの距離である第１正矢、を算出し、算出された前記第１弦長及び前記第１正矢に基づいて、前記第５点における前記第１レールの前記第１曲線半径を測定する第４測定部と、
前記第４測定部により測定された前記第１曲線半径、及び、前記第１記録部に記録された前記第１関係データ、に基づいて、前記第５点における前記余盛高さの前記第１基準値を決定する第１決定部と、
前記第２測定部により測定された、前記第５点における前記余盛高さの第１測定値を、前記第１決定部により決定された、前記第５点における前記余盛高さの前記第１基準値と比較し、前記第１測定値が前記第１基準値未満のとき、前記第１測定値が正常値でないと判定する第１判定部と、
を含み、
前記第４測定部は、算出される前記第１弦長が２０～４０ｍになるように、前記第１５点及び前記第１６点を選択する、道床形状測定装置。
前記第１レールの第１曲線半径と、前記第１曲線半径に応じて決定される前記余盛高さの第１基準値と、の関係を示す第１関係データが記録された第１記録部を有し、
前記第１分割部は、前記第１点群を、前記第１レールに沿って第１間隔で配列された前記複数の第２点群に分割し、
前記第１測定部は、
前記複数の第４点のうち互いに隣り合うＮ１個（Ｎ１は１以上の整数）の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う第４点を第１５点として選択し、前記複数の第４点のうち、前記第５点を挟んで前記第１５点と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ１個の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う、第４点を第１６点として選択し、前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、選択された前記第１５点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、選択された前記第１６点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第１５点と前記第１６点とを結ぶ第１弦の第１弦長、及び、前記第５点から前記第１弦までの距離である第１正矢、を算出し、算出された前記第１弦長及び前記第１正矢に基づいて、前記第５点における前記第１レールの前記第１曲線半径を測定する第４測定部と、
前記第４測定部により測定された前記第１曲線半径、及び、前記第１記録部に記録された前記第１関係データ、に基づいて、前記第５点における前記余盛高さの前記第１基準値を決定する第１決定部と、
前記第２測定部により測定された、前記第５点における前記余盛高さの第１測定値を、前記第１決定部により決定された、前記第５点における前記余盛高さの前記第１基準値と比較し、前記第１測定値が前記第１基準値未満のとき、前記第１測定値が正常値でないと判定する第１判定部と、
を含み、
前記第４測定部は、算出される前記第１弦長が２０～４０ｍになるように、前記第１５点及び前記第１６点を選択する、道床形状測定装置。
【請求項6】
請求項４に記載の道床形状測定装置において、
前記第１レールの第２曲線半径と、前記第２曲線半径に応じて決定される前記道床肩幅の第２基準値と、の関係を示す第２関係データが記録された第２記録部を有し、
前記第１分割部は、前記第１点群を、前記第１レールに沿って第２間隔で配列された前記複数の第２点群に分割し、
前記第１測定部は、
前記複数の第４点のうち互いに隣り合うＮ２個（Ｎ２は１以上の整数）の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う第４点を第１７点として選択し、前記複数の第４点のうち、前記第５点を挟んで前記第１７点と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ２個の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う、第４点を第１８点として選択し、前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、選択された前記第１７点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、選択された前記第１８点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第１７点と前記第１８点とを結ぶ第２弦の第２弦長、及び、前記第５点から前記第２弦までの距離である第２正矢、を算出し、算出された前記第２弦長及び前記第２正矢に基づいて、前記第５点における前記第１レールの前記第２曲線半径を測定する第５測定部と、
前記第５測定部により測定された前記第２曲線半径、及び、前記第２記録部に記録された前記第２関係データ、に基づいて、前記第５点における前記道床肩幅の前記第２基準値を決定する第２決定部と、
前記第３測定部により測定された、前記第５点における前記道床肩幅の第２測定値を、前記第２決定部により決定された、前記第５点における前記道床肩幅の前記第２基準値と比較し、前記第２測定値が前記第２基準値未満のとき、前記第２測定値が正常値でないと判定する第２判定部と、
を含み、
前記第５測定部は、算出される前記第２弦長が２０～４０ｍになるように、前記第１７点及び前記第１８点を選択する、道床形状測定装置。
前記第１レールの第２曲線半径と、前記第２曲線半径に応じて決定される前記道床肩幅の第２基準値と、の関係を示す第２関係データが記録された第２記録部を有し、
前記第１分割部は、前記第１点群を、前記第１レールに沿って第２間隔で配列された前記複数の第２点群に分割し、
前記第１測定部は、
前記複数の第４点のうち互いに隣り合うＮ２個（Ｎ２は１以上の整数）の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う第４点を第１７点として選択し、前記複数の第４点のうち、前記第５点を挟んで前記第１７点と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ２個の第４点を挟んで前記第５点と隣り合う、第４点を第１８点として選択し、前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、選択された前記第１７点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、選択された前記第１８点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第１７点と前記第１８点とを結ぶ第２弦の第２弦長、及び、前記第５点から前記第２弦までの距離である第２正矢、を算出し、算出された前記第２弦長及び前記第２正矢に基づいて、前記第５点における前記第１レールの前記第２曲線半径を測定する第５測定部と、
前記第５測定部により測定された前記第２曲線半径、及び、前記第２記録部に記録された前記第２関係データ、に基づいて、前記第５点における前記道床肩幅の前記第２基準値を決定する第２決定部と、
前記第３測定部により測定された、前記第５点における前記道床肩幅の第２測定値を、前記第２決定部により決定された、前記第５点における前記道床肩幅の前記第２基準値と比較し、前記第２測定値が前記第２基準値未満のとき、前記第２測定値が正常値でないと判定する第２判定部と、
を含み、
前記第５測定部は、算出される前記第２弦長が２０～４０ｍになるように、前記第１７点及び前記第１８点を選択する、道床形状測定装置。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の道床形状測定装置において、
前記バラスト軌道の画像を撮像する撮像部が搭載された鉄道車両が前記バラスト軌道上を走行する際に、前記バラスト軌道の画像を前記撮像部により撮像する撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点の各々で前記バラスト軌道がそれぞれ撮像された複数の画像を含む画像群を取得し、取得された前記画像群に含まれる前記複数の画像に基づいて、前記バラスト軌道の表面及び前記バラスト軌道周辺の物体の表面の前記複数の第１点の各々についての、第６方向における第９座標、前記第６方向と交差する第７方向における第１０座標、前記第６方向及び前記第７方向のいずれとも交差する第８方向における第１１座標、並びに、前記第１値、を含む第６点群データを取得する第４取得部を有し、
前記第１取得部は、前記第６点群データに含まれる前記第９座標、前記第１０座標及び前記第１１座標について座標変換を行うことにより、前記複数の第１点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標、前記第３座標及び前記第１値、を含む前記第１点群データを取得する、道床形状測定装置。
前記バラスト軌道の画像を撮像する撮像部が搭載された鉄道車両が前記バラスト軌道上を走行する際に、前記バラスト軌道の画像を前記撮像部により撮像する撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点の各々で前記バラスト軌道がそれぞれ撮像された複数の画像を含む画像群を取得し、取得された前記画像群に含まれる前記複数の画像に基づいて、前記バラスト軌道の表面及び前記バラスト軌道周辺の物体の表面の前記複数の第１点の各々についての、第６方向における第９座標、前記第６方向と交差する第７方向における第１０座標、前記第６方向及び前記第７方向のいずれとも交差する第８方向における第１１座標、並びに、前記第１値、を含む第６点群データを取得する第４取得部を有し、
前記第１取得部は、前記第６点群データに含まれる前記第９座標、前記第１０座標及び前記第１１座標について座標変換を行うことにより、前記複数の第１点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標、前記第３座標及び前記第１値、を含む前記第１点群データを取得する、道床形状測定装置。
【請求項8】
請求項７に記載の道床形状測定装置において、
前記撮像部は、互いに間隔を空けて設置され、前方をそれぞれ向くように設置され、且つ、前記バラスト軌道の画像をそれぞれ撮像する第１カメラ及び第２カメラを含み、
前記第４取得部は、
前記鉄道車両が前記バラスト軌道上を走行する際に、前記バラスト軌道の画像を前記第１カメラ及び前記第２カメラにより撮像する前記撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点の各々で前記バラスト軌道が前記第１カメラによりそれぞれ撮像された複数の第１画像、及び、互いに異なる複数の時点の各々で前記バラスト軌道が前記第２カメラによりそれぞれ撮像された複数の第２画像、を含む前記画像群を取得する第１取得処理と、
前記第１取得処理にて取得された前記画像群に含まれる前記複数の第１画像及び前記複数の第２画像のうち、第１時点でそれぞれ撮像された第１画像及び第２画像の第１組を選択し、選択された前記第１組に含まれる前記第１画像及び前記第２画像に共通する特徴点をペアリングすることで、ステレオマッチングを行うステレオマッチング処理と、
選択される前記第１組を変更しながら前記ステレオマッチング処理を繰り返す繰り返し処理と、
を含む第２取得処理を実行することにより、前記画像群に含まれる前記複数の第１画像及び前記複数の第２画像に基づいて、前記第６点群データを取得する、道床形状測定装置。
前記撮像部は、互いに間隔を空けて設置され、前方をそれぞれ向くように設置され、且つ、前記バラスト軌道の画像をそれぞれ撮像する第１カメラ及び第２カメラを含み、
前記第４取得部は、
前記鉄道車両が前記バラスト軌道上を走行する際に、前記バラスト軌道の画像を前記第１カメラ及び前記第２カメラにより撮像する前記撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点の各々で前記バラスト軌道が前記第１カメラによりそれぞれ撮像された複数の第１画像、及び、互いに異なる複数の時点の各々で前記バラスト軌道が前記第２カメラによりそれぞれ撮像された複数の第２画像、を含む前記画像群を取得する第１取得処理と、
前記第１取得処理にて取得された前記画像群に含まれる前記複数の第１画像及び前記複数の第２画像のうち、第１時点でそれぞれ撮像された第１画像及び第２画像の第１組を選択し、選択された前記第１組に含まれる前記第１画像及び前記第２画像に共通する特徴点をペアリングすることで、ステレオマッチングを行うステレオマッチング処理と、
選択される前記第１組を変更しながら前記ステレオマッチング処理を繰り返す繰り返し処理と、
を含む第２取得処理を実行することにより、前記画像群に含まれる前記複数の第１画像及び前記複数の第２画像に基づいて、前記第６点群データを取得する、道床形状測定装置。
【請求項9】
バラスト道床と、前記バラスト道床上に互いに間隔を空けて配置された複数のまくらぎと、前記複数のまくらぎをそれぞれまたいで設置され且つ互いに間隔を空けて配置された第１レール及び第２レールと、を含むバラスト軌道に含まれる前記バラスト道床の形状を測定する道床形状測定方法において、
（ａ）前記バラスト軌道の表面及び前記バラスト軌道周辺の物体の表面の複数の第１点の各々についての、水平面内の第１方向における第１座標、前記水平面内で前記第１方向と直交する第２方向における第２座標、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向における第３座標、並びに、色値又は輝度値である第１値、を含む第１点群データを、第１取得部により取得するステップ、
（ｂ）前記複数の第１点のうち、前記第１値が第１範囲内である第１点を、第１抽出部により前記第１レールの頭頂面を表す第２点としてそれぞれ抽出することにより、前記第１レールの頭頂面を表す複数の前記第２点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第２点群データを、前記第１抽出部により取得するステップ、
（ｃ）前記複数の第２点よりなる第１点群を、第１分割部により、前記第１レールに沿って配列された複数の第２点群に分割するステップ、
（ｄ）前記（ｃ）ステップにて分割された前記複数の第２点群のうちいずれかの第２点群を、第１選択部により第３点群として選択し、前記複数の第２点のうち、選択された前記第３点群に含まれる複数の第２点を、前記第１選択部により複数の第３点として選択し、前記第３点群に対応して算出される第４点であって、前記第４点についての前記第１方向における第４座標が前記複数の第３点の各々についての前記第１座標の平均値に対応し、前記第４点についての前記第２方向における第５座標が前記複数の第３点の各々についての前記第２座標の平均値に対応し、且つ、前記第４点についての前記第３方向における第６座標が前記複数の第３点の各々についての前記第３座標の平均値に対応している、前記第４点、を前記第１選択部により算出するステップ、
（ｅ）前記複数の第２点群のうち選択される第２点群を変更しながら前記（ｄ）ステップを繰り返すことにより、前記複数の第２点群の各々にそれぞれ対応した複数の前記第４点を第２取得部により算出し、算出された前記複数の第４点の各々についての、前記第４座標、前記第５座標及び前記第６座標、を含む第３点群データを前記第２取得部により取得するステップ、
（ｆ）前記複数の第４点のうち互いに隣り合う２つの第４点を、第２選択部により第５点及び第６点として選択するステップ、
（ｇ）前記（ｆ）ステップにて選択された前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、前記（ｆ）ステップにて選択された前記第６点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第５点から前記第６点に向かう方向を、第１算出部により第４方向として算出するステップ、
（ｈ）前記複数の第１点のうち、前記第５点を通り且つ前記第４方向に垂直な第１平面からの前記第４方向における距離が第２範囲内である複数の第１点を、第２抽出部により複数の第７点として抽出することにより、前記複数の第７点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第４点群データを、前記第２抽出部により取得するステップ、
（ｉ）前記（ｈ）ステップにて取得された前記第４点群データに基づいて、前記バラスト道床の前記第４方向に垂直な断面形状を、第１測定部により測定するステップ、
を有する、道床形状測定方法。
（ａ）前記バラスト軌道の表面及び前記バラスト軌道周辺の物体の表面の複数の第１点の各々についての、水平面内の第１方向における第１座標、前記水平面内で前記第１方向と直交する第２方向における第２座標、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向における第３座標、並びに、色値又は輝度値である第１値、を含む第１点群データを、第１取得部により取得するステップ、
（ｂ）前記複数の第１点のうち、前記第１値が第１範囲内である第１点を、第１抽出部により前記第１レールの頭頂面を表す第２点としてそれぞれ抽出することにより、前記第１レールの頭頂面を表す複数の前記第２点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第２点群データを、前記第１抽出部により取得するステップ、
（ｃ）前記複数の第２点よりなる第１点群を、第１分割部により、前記第１レールに沿って配列された複数の第２点群に分割するステップ、
（ｄ）前記（ｃ）ステップにて分割された前記複数の第２点群のうちいずれかの第２点群を、第１選択部により第３点群として選択し、前記複数の第２点のうち、選択された前記第３点群に含まれる複数の第２点を、前記第１選択部により複数の第３点として選択し、前記第３点群に対応して算出される第４点であって、前記第４点についての前記第１方向における第４座標が前記複数の第３点の各々についての前記第１座標の平均値に対応し、前記第４点についての前記第２方向における第５座標が前記複数の第３点の各々についての前記第２座標の平均値に対応し、且つ、前記第４点についての前記第３方向における第６座標が前記複数の第３点の各々についての前記第３座標の平均値に対応している、前記第４点、を前記第１選択部により算出するステップ、
（ｅ）前記複数の第２点群のうち選択される第２点群を変更しながら前記（ｄ）ステップを繰り返すことにより、前記複数の第２点群の各々にそれぞれ対応した複数の前記第４点を第２取得部により算出し、算出された前記複数の第４点の各々についての、前記第４座標、前記第５座標及び前記第６座標、を含む第３点群データを前記第２取得部により取得するステップ、
（ｆ）前記複数の第４点のうち互いに隣り合う２つの第４点を、第２選択部により第５点及び第６点として選択するステップ、
（ｇ）前記（ｆ）ステップにて選択された前記第５点についての前記第４座標及び前記第５座標、並びに、前記（ｆ）ステップにて選択された前記第６点についての前記第４座標及び前記第５座標、に基づいて、前記第５点から前記第６点に向かう方向を、第１算出部により第４方向として算出するステップ、
（ｈ）前記複数の第１点のうち、前記第５点を通り且つ前記第４方向に垂直な第１平面からの前記第４方向における距離が第２範囲内である複数の第１点を、第２抽出部により複数の第７点として抽出することにより、前記複数の第７点の各々についての、前記第１座標、前記第２座標及び前記第３座標、を含む第４点群データを、前記第２抽出部により取得するステップ、
（ｉ）前記（ｈ）ステップにて取得された前記第４点群データに基づいて、前記バラスト道床の前記第４方向に垂直な断面形状を、第１測定部により測定するステップ、
を有する、道床形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置及び道床形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
鉄道の軌道では、酷暑期にレールの温度が著しく上昇し、レールの内部にレールの長さ方向の圧縮の軸力が発生することにより、レールがレールの横方向に大きく変位する現象、即ち軌道の座屈が発生するおそれがある。一方、鉄道の軌道のうち、有道床軌道即ちバラスト軌道では、バラスト道床の上面にまくらぎを埋め、まくらぎの上にレールを敷設するが、このバラスト道床の上面にまくらぎを埋めることにより、バラスト軌道に、レールの横方向へのまくらぎの移動に対する抵抗力、即ち道床横抵抗力を与えている。また、バラスト軌道に適切な道床横抵抗力を与えるためには、バラスト道床の断面形状、例えばバラスト道床の隆起部である道床の余盛高さ及び肩幅（以下、「道床肩幅」とも称する。）を測定し、余盛高さ及び道床肩幅が定められた基準値以上となるように管理する必要がある。
【0003】
このようなバラスト道床の形状については、列車の前頭に設置したカメラにより撮影した画像を解析することで、線路周辺の３次元点群空間を構築する技術が知られている。特開２０１３－２５７２５８号公報（特許文献１）には、道床形状計測方法において、道床バラストの上面の凹部に埋められた枕木上に敷設された軌道上を走行する車両に少なくとも２台以上の複数のビデオカメラを設置し、車両を走行させながら、道床肩部に枕木に隣接して設けられた道床バラストの隆起部を複数のビデオカメラにより撮影し、複数のビデオカメラを用いた多眼視ステレオ法により上記道床バラストの隆起部の形状を計測する技術が開示されている。
【0004】
また、特開２０２０－１３２０９４号公報（特許文献２）には、鉄道沿線の地物の形状を示す３次元点群を取得した時の車体動揺を補正する車体動揺補正装置において、道床部分の３次元点群の座標データを取得する点群座標データ取得部と、道床部分の３次元点群の座標データのうち道床部分を含む第１の所定領域の座標データを抽出する第１の点群抽出部と、第１の点群抽出部により抽出された第１の所定領域の座標データの高さ成分の中央値を算出する中央値算出部と、を備える技術が開示されている。
【0005】
また、特開２０２２－１４１４４４号公報（特許文献３）には、平面視で第１方向に延在する第１レールを含む第１軌道の軌道変位を検測する軌道検測装置において、軌道の表面の複数の第１点についての色値又は輝度値である第１値を含む第１点群データを取得する第１取得部と、第１レールの頭頂面を表す複数の第２点についての第２点群データを取得する第１抽出部と、レールの頭頂面の中心線上に位置する複数の第４点についての第３点群データを取得する第２取得部と、第３点群データに基づいて第１軌道の軌道変位を検測する検測部と、を有する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１３－２５７２５８号公報
【特許文献2】特開２０２０－１３２０９４号公報
【特許文献3】特開２０２２－１４１４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
例えばロングレール区間におけるバラスト軌道のうち曲線部（曲線区間）では、ロングレール区間におけるバラスト軌道のうち直線部（直線区間）と比較して、バラスト軌道に、より大きな道床の余盛高さ及び道床肩幅を与えることが必要である。言い換えれば、バラスト軌道におけるバラスト道床の余盛高さ及び道床肩幅は、軌道の曲線半径又は曲率に応じて定められた基準値以上となるように管理する必要がある。しかしながら、上記特許文献１乃至上記特許文献３に記載された技術においては、そもそもバラスト軌道の曲線部においてバラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することが困難であった。
【0008】
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、バラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置において、バラスト軌道のうち直線部及び曲線部のいずれにおいてもバラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することができる道床形状測定装置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】
【0009】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0010】
本発明の一態様としての道床形状測定装置は、バラスト道床と、バラスト道床上に互いに間隔を空けて配置された複数のまくらぎと、複数のまくらぎをそれぞれまたいで設置され且つ互いに間隔を空けて配置された第１レール及び第２レールと、を含むバラスト軌道に含まれるバラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置である。当該道床形状測定装置は、バラスト軌道の表面及びバラスト軌道周辺の物体の表面の複数の第１点の各々についての、水平面内の第１方向における第１座標、水平面内で第１方向と直交する第２方向における第２座標、第１方向及び第２方向のいずれとも直交する第３方向における第３座標、並びに、色値又は輝度値である第１値、を含む第１点群データを取得する第１取得部と、複数の第１点のうち、第１値が第１範囲内である第１点を、第１レールの頭頂面を表す第２点としてそれぞれ抽出することにより、第１レールの頭頂面を表す複数の第２点の各々についての、第１座標、第２座標及び第３座標、を含む第２点群データを取得する第１抽出部と、を有する。また、当該道床形状測定装置は、複数の第２点よりなる第１点群を、第１レールに沿って配列された複数の第２点群に分割する第１分割部と、第１分割部により分割された複数の第２点群のうちいずれかの第２点群を第３点群として選択し、複数の第２点のうち、選択された第３点群に含まれる複数の第２点を複数の第３点として選択し、第３点群に対応して算出される第４点であって、第４点についての第１方向における第４座標が複数の第３点の各々についての第１座標の平均値に対応し、第４点についての第２方向における第５座標が複数の第３点の各々についての第２座標の平均値に対応し、且つ、第４点についての第３方向における第６座標が複数の第３点の各々についての第３座標の平均値に対応している、第４点、を算出する第１算出処理を実行する第１選択部と、複数の第２点群のうち第１選択部により選択される第２点群を変更しながら第１選択部による第１算出処理を繰り返すことにより、複数の第２点群の各々にそれぞれ対応した複数の第４点を算出し、算出された複数の第４点の各々についての、第４座標、第５座標及び第６座標、を含む第３点群データを取得する第２取得部と、を有する。また、当該道床形状測定装置は、複数の第４点のうち互いに隣り合う２つの第４点を、第５点及び第６点として選択する第２選択部と、第２選択部により選択された第５点についての第４座標及び第５座標、並びに、第２選択部により選択された第６点についての第４座標及び第５座標、に基づいて、第５点から第６点に向かう方向を第４方向として算出する第１算出部と、複数の第１点のうち、第５点を通り且つ第４方向に垂直な第１平面からの第４方向における距離が第２範囲内である複数の第１点を、複数の第７点として抽出することにより、複数の第７点の各々についての、第１座標、第２座標及び第３座標、を含む第４点群データを取得する第２抽出部と、第２抽出部により取得された第４点群データに基づいて、バラスト道床の第４方向に垂直な断面形状を測定する第１測定部と、を有する。
【0011】
また、他の一態様として、第１算出部は、水平面内で第４方向と直交する方向を第５方向として算出してもよい。第１測定部は、第１平面を、第５方向に配列された複数の第２平面に分割し、複数の第７点よりなる第４点群を、第４方向から視たときに複数の第２平面の各々とそれぞれ重なる複数の第５点群に分割する第２分割部と、複数の第２平面のうちいずれかの第２平面を第３平面として選択し、複数の第５点群のうち第４方向から視たときに第３平面と重なる第５点群を第６点群として選択し、複数の第７点のうち、選択された第６点群に含まれる複数の第７点を複数の第８点として選択し、第６点群に対応して算出され且つ第３平面内に配置される第９点であって、第９点についての第１平面内での第５方向における第７座標が第５点を原点としたときの第５方向における第３平面の位置に対応し、第９点についての第１平面内での第３方向における第８座標が複数の第８点の各々についての第３座標の中央値又は平均値に対応している、第９点、を算出する第２算出処理を実行する第２選択部と、複数の第５点群のうち第２選択部により選択される第５点群を変更しながら第２選択部による第２算出処理を繰り返すことにより、複数の第５点群の各々にそれぞれ対応した複数の第９点を算出し、算出された複数の第９点の各々についての、第７座標及び第８座標、を含む第５点群データを取得する第３取得部と、を含んでもよい。第１測定部は、第３取得部により取得された第５点群データに基づいて、バラスト道床の第４方向に垂直な断面形状を測定してもよい。
【0012】
また、他の一態様として、第１測定部は、第１平面内で第５点から第３方向に予め定められた第１レールの第１高さだけ下方に離れた点を第１０点とし、複数の第９点のうち、第１平面内で第５点を中心として第５方向における第２レール側に対応した第１の側と反対側に配置され且つ第８座標が最大となる第９点を第１１点としたとき、第１１点から第１０点までの第３方向における距離を、第５点におけるバラスト道床の余盛高さとして測定する、第２測定部を含んでもよい。
【0013】
また、他の一態様として、第１測定部は、第１平面内で第５点から第３方向に予め定められた第１レールの第２高さだけ下方に離れた点を第１２点とし、第１平面内で第１２点を通り且つ第５方向に延在する第１直線と、複数の第９点を通る第１曲線とが、第１平面内で第１２点を中心として第５方向における第２レール側に対応した第２の側と反対側で交差する点を第１３点とし、第１直線上で第１２点と第１３点との間に配置され、第１２点から第５方向において予め定められた第１長さだけ離れ、且つ、第４方向から視たときのまくらぎの端部を表す点を第１４点としたとき、第１４点から第１３点までの第５方向における距離を、第５点におけるバラスト道床の道床肩幅として測定する、第３測定部を含んでもよい。
【0014】
また、他の一態様として、当該道床形状測定装置は、第１レールの第１曲線半径と、第１曲線半径に応じて決定される余盛高さの第１基準値と、の関係を示す第１関係データが記録された第１記録部を有し、第１分割部は、第１点群を、第１レールに沿って第１間隔で配列された複数の第２点群に分割してもよい。第１測定部は、複数の第４点のうち互いに隣り合うＮ１個（Ｎ１は１以上の整数）の第４点を挟んで第５点と隣り合う第４点を第１５点として選択し、複数の第４点のうち、第５点を挟んで第１５点と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ１個の第４点を挟んで第５点と隣り合う、第４点を第１６点として選択し、第５点についての第４座標及び第５座標、選択された第１５点についての第４座標及び第５座標、並びに、選択された第１６点についての第４座標及び第５座標、に基づいて、第１５点と第１６点とを結ぶ第１弦の第１弦長、及び、第５点から第１弦までの距離である第１正矢、を算出し、算出された第１弦長及び第１正矢に基づいて、第５点における第１レールの第１曲線半径を測定する第４測定部と、第４測定部により測定された第１曲線半径、及び、第１記録部に記録された第１関係データ、に基づいて、第５点における余盛高さの第１基準値を決定する第１決定部と、第２測定部により測定された、第５点における余盛高さの第１測定値を、第１決定部により決定された、第５点における余盛高さの第１基準値と比較し、第１測定値が第１基準値未満のとき、第１測定値が正常値でないと判定する第１判定部と、を含んでもよい。第４測定部は、算出される第１弦長が２０～４０ｍになるように、第１５点及び第１６点を選択してもよい。
【0015】
また、他の一態様として、当該道床形状測定装置は、第１レールの第２曲線半径と、第２曲線半径に応じて決定される道床肩幅の第２基準値と、の関係を示す第２関係データが記録された第２記録部を有し、第１分割部は、第１点群を、第１レールに沿って第２間隔で配列された複数の第２点群に分割してもよい。第１測定部は、複数の第４点のうち互いに隣り合うＮ２個（Ｎ２は１以上の整数）の第４点を挟んで第５点と隣り合う第４点を第１７点として選択し、複数の第４点のうち、第５点を挟んで第１７点と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ２個の第４点を挟んで第５点と隣り合う、第４点を第１８点として選択し、第５点についての第４座標及び第５座標、選択された第１７点についての第４座標及び第５座標、並びに、選択された第１８点についての第４座標及び第５座標、に基づいて、第１７点と第１８点とを結ぶ第２弦の第２弦長、及び、第５点から第２弦までの距離である第２正矢、を算出し、算出された第２弦長及び第２正矢に基づいて、第５点における第１レールの第２曲線半径を測定する第５測定部と、第５測定部により測定された第２曲線半径、及び、第２記録部に記録された第２関係データ、に基づいて、第５点における道床肩幅の第２基準値を決定する第２決定部と、第３測定部により測定された、第５点における道床肩幅の第２測定値を、第２決定部により決定された、第５点における道床肩幅の第２基準値と比較し、第２測定値が第２基準値未満のとき、第２測定値が正常値でないと判定する第２判定部と、を含んでもよい。第５測定部は、算出される第２弦長が２０～４０ｍになるように、第１７点及び第１８点を選択してもよい。
【0016】
また、他の一態様として、当該道床形状測定装置は、バラスト軌道の画像を撮像する撮像部が搭載された鉄道車両がバラスト軌道上を走行する際に、バラスト軌道の画像を撮像部により撮像する撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点の各々でバラスト軌道がそれぞれ撮像された複数の画像を含む画像群を取得し、取得された画像群に含まれる複数の画像に基づいて、バラスト軌道の表面及びバラスト軌道周辺の物体の表面の複数の第１点の各々についての、第６方向における第９座標、第６方向と交差する第７方向における第１０座標、第６方向及び第７方向のいずれとも交差する第８方向における第１１座標、並びに、第１値、を含む第６点群データを取得する第４取得部を有し、第１取得部は、第６点群データに含まれる第９座標、第１０座標及び第１１座標について座標変換を行うことにより、複数の第１点の各々についての、第１座標、第２座標、第３座標及び第１値、を含む第１点群データを取得してもよい。
【0017】
また、他の一態様として、撮像部は、互いに間隔を空けて設置され、前方をそれぞれ向くように設置され、且つ、バラスト軌道の画像をそれぞれ撮像する第１カメラ及び第２カメラを含んでもよい。第４取得部は、鉄道車両がバラスト軌道上を走行する際に、バラスト軌道の画像を第１カメラ及び第２カメラにより撮像する撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点の各々でバラスト軌道が第１カメラによりそれぞれ撮像された複数の第１画像、及び、互いに異なる複数の時点の各々でバラスト軌道が第２カメラによりそれぞれ撮像された複数の第２画像、を含む画像群を取得する第１取得処理と、第１取得処理にて取得された画像群に含まれる複数の第１画像及び複数の第２画像のうち、第１時点でそれぞれ撮像された第１画像及び第２画像の第１組を選択し、選択された第１組に含まれる第１画像及び第２画像に共通する特徴点をペアリングすることで、ステレオマッチングを行うステレオマッチング処理と、選択される第１組を変更しながらステレオマッチング処理を繰り返す繰り返し処理と、を含む第２取得処理を実行することにより、画像群に含まれる複数の第１画像及び複数の第２画像に基づいて、第６点群データを取得してもよい。
【0018】
本発明の一態様としての道床形状測定方法は、バラスト道床と、バラスト道床上に互いに間隔を空けて配置された複数のまくらぎと、複数のまくらぎをそれぞれまたいで設置され且つ互いに間隔を空けて配置された第１レール及び第２レールと、を含むバラスト軌道に含まれるバラスト道床の形状を測定する道床形状測定方法である。当該道床形状測定方法は、バラスト軌道の表面及びバラスト軌道周辺の物体の表面の複数の第１点の各々についての、水平面内の第１方向における第１座標、水平面内で第１方向と直交する第２方向における第２座標、第１方向及び第２方向のいずれとも直交する第３方向における第３座標、並びに、色値又は輝度値である第１値、を含む第１点群データを、第１取得部により取得する（ａ）ステップと、複数の第１点のうち、第１値が第１範囲内である第１点を、第１抽出部により第１レールの頭頂面を表す第２点としてそれぞれ抽出することにより、第１レールの頭頂面を表す複数の第２点の各々についての、第１座標、第２座標及び第３座標、を含む第２点群データを、第１抽出部により取得する（ｂ）ステップと、を有する。また、当該道床形状測定方法は、複数の第２点よりなる第１点群を、第１分割部により、第１レールに沿って配列された複数の第２点群に分割する（ｃ）ステップと、（ｃ）ステップにて分割された複数の第２点群のうちいずれかの第２点群を、第１選択部により第３点群として選択し、複数の第２点のうち、選択された第３点群に含まれる複数の第２点を、第１選択部により複数の第３点として選択し、第３点群に対応して算出される第４点であって、第４点についての第１方向における第４座標が複数の第３点の各々についての第１座標の平均値に対応し、第４点についての第２方向における第５座標が複数の第３点の各々についての第２座標の平均値に対応し、且つ、第４点についての第３方向における第６座標が複数の第３点の各々についての第３座標の平均値に対応している、第４点、を第１選択部により算出する（ｄ）ステップと、複数の第２点群のうち選択される第２点群を変更しながら（ｄ）ステップを繰り返すことにより、複数の第２点群の各々にそれぞれ対応した複数の第４点を第２取得部により算出し、算出された複数の第４点の各々についての、第４座標、第５座標及び第６座標、を含む第３点群データを第２取得部により取得する（ｅ）ステップと、を有する。また、当該道床形状測定方法は、複数の第４点のうち互いに隣り合う２つの第４点を、第２選択部により第５点及び第６点として選択する（ｆ）ステップと、（ｆ）ステップにて選択された第５点についての第４座標及び第５座標、並びに、（ｆ）ステップにて選択された第６点についての第４座標及び第５座標、に基づいて、第５点から第６点に向かう方向を、第１算出部により第４方向として算出する（ｇ）ステップと、複数の第１点のうち、第５点を通り且つ第４方向に垂直な第１平面からの第４方向における距離が第２範囲内である複数の第１点を、第２抽出部により複数の第７点として抽出することにより、複数の第７点の各々についての、第１座標、第２座標及び第３座標、を含む第４点群データを、第２抽出部により取得する（ｈ）ステップと、（ｈ）ステップにて取得された第４点群データに基づいて、バラスト道床の第４方向に垂直な断面形状を、第１測定部により測定する（ｉ）ステップと、を有する。
【発明の効果】
【0019】
本発明の一態様を適用することで、バラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置において、バラスト軌道のうち直線部及び曲線部のいずれにおいてもバラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】実施の形態の道床形状測定装置を説明するための図であり、軌道の画像を撮像する撮像部が搭載された鉄道車両を模式的に示す図である。
【図2】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状が測定されるバラスト軌道を模式的に示す斜視図である。
【図3】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状が測定されるバラスト軌道を模式的に示す断面図である。
【図4】実施の形態の道床形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図5】実施の形態の道床形状測定方法の一部のステップを示すフロー図である。
【図6】実施の形態の道床形状測定方法の一部のステップを示すフロー図である。
【図7】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状を測定する方法を説明するための図である。
【図8】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状を測定する方法を説明するための図である。
【図9】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状を測定する方法を説明するための図である。
【図10】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状を測定する方法を説明するための図である。
【図11】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状を測定する方法を説明するための図である。
【図12】実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状を測定する方法を説明するための図である。
【図13】バラスト道床の断面形状を測定する方法を説明するための図である。
【図14】バラスト道床の断面形状を測定する方法を説明するための図である。
【図15】バラスト道床の断面形状を測定する方法を説明するための図である。
【図16】軌道の曲線半径又は曲率を測定する方法を説明するための図である。
【図17】レールの各位置における曲率、余盛高さ及び道床肩幅の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0022】
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【0023】
また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【0024】
更に、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチング（網掛け）を省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。
【0025】
なお、以下の実施の形態においてＡ～Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
【0026】
（実施の形態）
＜道床形状測定装置による道床形状測定方法＞
初めに、図１乃至図１２を参照し、実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法について説明する。本実施の形態の道床形状測定装置は、バラスト道床と、バラスト道床上に互いに間隔を空けて配置された複数のまくらぎと、複数のまくらぎをそれぞれまたいで設置され且つ互いに間隔を空けて配置された第１レール及び第２レールと、を含むバラスト軌道に含まれるバラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置である。また、本実施の形態の道床形状測定方法は、本実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法であり、バラスト軌道に含まれるバラスト道床の形状を測定する道床形状測定方法である。
＜道床形状測定装置による道床形状測定方法＞
初めに、図１乃至図１２を参照し、実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法について説明する。本実施の形態の道床形状測定装置は、バラスト道床と、バラスト道床上に互いに間隔を空けて配置された複数のまくらぎと、複数のまくらぎをそれぞれまたいで設置され且つ互いに間隔を空けて配置された第１レール及び第２レールと、を含むバラスト軌道に含まれるバラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置である。また、本実施の形態の道床形状測定方法は、本実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法であり、バラスト軌道に含まれるバラスト道床の形状を測定する道床形状測定方法である。
【0027】
図１は、実施の形態の道床形状測定装置を説明するための図であり、軌道の画像を撮像する撮像部が搭載された鉄道車両を模式的に示す図である。図２は、実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状が測定されるバラスト軌道を模式的に示す斜視図である。図３は、実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状が測定されるバラスト軌道を模式的に示す断面図である。図４は、実施の形態の道床形状測定装置の構成を示すブロック図である。図５及び図６は、実施の形態の道床形状測定方法の一部のステップを示すフロー図である。図７乃至図１２は、実施の形態の道床形状測定装置によりバラスト道床の形状を測定する方法を説明するための図である。図７及び図１２は、バラスト軌道の表面を表す点群をバラスト軌道の撮像画像と重ねて示している。図８乃至図１１は、図７及び図１２に示すバラスト軌道の撮像画像を模式的に表す模式図である。
【0028】
図１乃至図４に示すように、本実施の形態の道床形状測定装置１は、路盤２上に設置されたバラスト道床３と、バラスト道床３上に互いに間隔を空けて配置された複数のまくらぎ４と、複数のまくらぎ４をそれぞれまたいで設置され且つ互いに間隔を空けて配置されたレール５及びレール６と、を含むバラスト軌道７に含まれるバラスト道床３の形状を測定するものである。なお、図２及び図３では図示を省略するものの、複線区間においては、後述する図１３を用いて説明するように、バラスト軌道７は、レール８及びレール９を有してもよい。
【0029】
また、本実施の形態の道床形状測定装置１は、バラスト軌道７の画像を撮像する撮像部１１が搭載された鉄道車両１２がバラスト軌道７上を走行する際に、バラスト軌道７の画像を撮像部１１により撮像し、撮像された画像を画像処理することにより、バラスト道床３の形状を測定するものである。撮像部１１として、図１に示すように、鉄道車両１２に設置されたカメラ１３と、カメラ１３により撮像された画像を集録する画像集録装置１４と、を含むものを用いることができる。また、本実施の形態の道床形状測定装置１として、鉄道車両１２の外部又は内部に設置され、画像集録装置１４と無線又は有線で接続されたコンピュータ１５を用いることができる。
【0030】
図１乃至図４に示すように、本実施の形態の道床形状測定装置１は、第１取得部２１と、第１抽出部２２と、第１分割部２３と、第１選択部２４と、第２取得部２５と、第２選択部２６と、第１算出部２７と、第２抽出部２８と、第１測定部２９と、を有する。また、前述したように、本実施の形態の道床形状測定装置１として、コンピュータ１５を用いることができ、このような場合、第１取得部２１、第１抽出部２２、第１分割部２３、第１選択部２４、第２取得部２５、第２選択部２６、第１算出部２７、第２抽出部２８及び第１測定部２９の各々として、コンピュータ１５を用いることができる。
【0031】
図７及び図８に示すように、第１取得部２１（図４参照）は、バラスト軌道７（図２参照）の表面及びバラスト軌道７の周辺の物体の表面の形状を表す複数の点ＰＮ１の各々についての、水平面内のＸ軸方向（第１方向）におけるＸ座標（第１座標）、水平面内でＸ軸方向（第１方向）と直交するＹ軸方向（第２方向）におけるＹ座標（第２座標）、Ｘ軸方向（第１方向）及びＹ軸方向（第２方向）のいずれとも直交するＺ軸方向（第３方向）におけるＺ座標（第３座標）、並びに、色値又は輝度値である値ＶＬ１、を含む点群データ（線路沿線の３次元点群データ）ＰＣ１を取得する。
【0032】
ここで、Ｘ軸方向（第１方向）はバラスト軌道７（図２参照）に含まれるレール５が延在する方向（レールの長さ方向）と略同じ方向であり、Ｙ軸方向（第２方向）はレール５が延在する方向と直交する方向であるレールの幅方向（レールの横方向）と略同じ方向であり、Ｚ軸方向（第３方向）は鉛直方向である。また、ＸＹ座標系は軌道（線路）の平面であるＸＹ平面を表す座標系である。また、３次元点群データとは、物体の表面の形状を３次元点群で表すデータを意味する。
【0033】
図９及び図１２に示すように、第１抽出部２２（図４参照）は、複数の点ＰＮ１のうち、値ＶＬ１が第１範囲内である点ＰＮ１を、レール５（図８参照）の頭頂面を表す点ＰＮ２としてそれぞれ抽出することにより、レール５の頭頂面を表す複数の点ＰＮ２の各々についての、Ｘ座標（第１座標）、Ｙ座標（第２座標）及びＺ座標（第３座標）、を含む点群データ（頭頂面の３次元点群データ）ＰＣ２を取得する。なお、点ＰＮ２を抽出した後のデータであるから、点群データＰＣ２は、値ＶＬ１を含まなくてもよい。
【0034】
【0035】
図１０及び図１２に示すように、第１選択部２４（図４参照）は、第１分割部２３（図４参照）により分割された複数の点群ＰＧ２のうちいずれかの点群ＰＧ２を点群ＰＧ３として選択し、複数の点ＰＮ２のうち、選択された点群ＰＧ３に含まれる複数の点ＰＮ２を複数の点ＰＮ３として選択し、点群ＰＧ３に対応して算出される点ＰＮ４であって、点ＰＮ４についてのＸ軸方向（第１方向）におけるＸ座標（第４座標）が複数の点ＰＮ３の各々についてのＸ座標（第１座標）の平均値に対応するか又は等しく、点ＰＮ４についてのＹ軸方向（第２方向）におけるＹ座標（第５座標）が複数の点ＰＮ３の各々についてのＹ座標（第２座標）の平均値に対応するか又は等しく、且つ、点ＰＮ４についてのＺ軸方向（第３方向）におけるＺ座標（第６座標）が複数の点ＰＮ３の各々についてのＺ座標（第３座標）の平均値に対応するか又は等しい、点ＰＮ４、を算出する第１算出処理を実行する。また、この点ＰＮ４は、点群ＰＧ３に対応して算出されたレール５（図８参照）の芯を表す点である。
【0036】
図１０及び図１２に示すように、第２取得部２５（図４参照）は、複数の点群ＰＧ２のうち第１選択部２４（図４参照）により選択される点群ＰＧ２を変更しながら第１選択部２４による第１算出処理を繰り返すことにより、複数の点群ＰＧ２の各々にそれぞれ対応した複数の点ＰＮ４を算出し、算出された複数の点ＰＮ４の各々についての、Ｘ座標（第４座標）、Ｙ座標（第５座標）及びＺ座標（第６座標）、を含む点群データ（芯の３次元点群データ）ＰＣ３を取得する。
【0037】
【0038】
図１０及び図１２に示すように、第１算出部２７（図４参照）は、第２選択部２６（図４参照）により選択された点ＰＮ５についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、並びに、第２選択部２６により選択された点ＰＮ６についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、に基づいて、点ＰＮ５から点ＰＮ６に向かう方向をθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）として算出する。
【0039】
図１１及び図１２に示すように、第２抽出部２８（図４参照）は、複数の点ＰＮ１のうち、点ＰＮ５を通り且つθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）に垂直な平面ＰＬ１からのθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）における距離が一定の範囲ＲＮ２内である複数の点ＰＮ１を、複数の点ＰＮ７としてそれぞれ抽出することにより、複数の点ＰＮ７の各々についての、Ｘ座標（第１座標）、Ｙ座標（第２座標）及びＺ座標（第３座標）、を含む点群データ（バラスト道床の断面形状の３次元点群データ）ＰＣ４を取得する。点群データＰＣ４は、芯の点を通りレール方向に垂直な断面形状を表す点群データである。
【0040】
第１測定部２９（図４参照）は、第２抽出部２８（図４参照）により取得された点群データＰＣ４に基づいて、バラスト道床３のθ１方向（第４方向）に垂直な断面形状を測定する。第１測定部２９によりバラスト道床３の断面形状を測定する方法については、後述する図１３乃至図１５を用いて説明する。
【0041】
本実施の形態の道床形状測定装置１として用いられるコンピュータ１５は、中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶部、データ・指令入力部、画像表示部及び出力部等により構成されている。
【0042】
ＣＰＵは、図示は省略するが、各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算及び除算）、論理演算（論理積、論理和、否定及び排他的論理和等）、又は、データ比較、若しくはデータシフト等の処理を実行する部分である。なお、記憶部は、図示は省略するが、ハードディスク装置（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）、又は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を有しており、ＣＰＵを制御するための制御プログラム、及び、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。また、ＲＯＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【0043】
また、本実施の形態の道床形状測定装置１として用いられるコンピュータ１５は、以下に説明する道床形状測定方法の各ステップの動作及び処理を行うためのプログラムを実行するものである。
【0044】
本実施の形態の道床形状測定装置１による道床形状測定方法では、車載カメラにより画像撮影を行う（図５のステップＳ１１）。車載カメラによる画像撮影を行う具体的な方法については、後述する。
【0045】
次に、３次元点群を構築する（図５のステップＳ１２）。このステップＳ１２では、具体的には、図７及び図８に示すように、バラスト軌道７（図２参照）の表面及びバラスト軌道７の周辺の物体の表面の複数の点ＰＮ１の各々についての、水平面内のＸ軸方向（第１方向）におけるＸ座標（第１座標）、水平面内でＸ軸方向（第１方向）と直交するＹ軸方向（第２方向）におけるＹ座標（第２座標）、Ｘ軸方向（第１方向）及びＹ軸方向（第２方向）のいずれとも直交するＺ軸方向（第３方向）におけるＺ座標（第３座標）、並びに、色値又は輝度値である値ＶＬ１、を含む点群データ（線路沿線の３次元点群データ）ＰＣ１を、第１取得部２１（図４参照）により取得する（図６のステップＳ２１）。
【0046】
次に、レール点群を抽出する（図５のステップＳ１３）。このステップＳ１３では、レール照面の点群を一定間隔（例えば０．２５ｍ間隔）に区切り、その区切った領域内の照面点群を平均化することでレール照面の芯の座標を取得する。
【0047】
このステップＳ１３では、具体的には、まず、図９及び図１２に示すように、複数の点ＰＮ１のうち、値ＶＬ１が第１範囲内である点ＰＮ１を、第１抽出部２２（図４参照）によりレール５の頭頂面を表す点ＰＮ２としてそれぞれ抽出することにより、レール５の頭頂面を表す複数の点ＰＮ２の各々についての、Ｘ座標（第１座標）、Ｙ座標（第２座標）及びＺ座標（第３座標）、を含む点群データ（頭頂面の３次元点群データ）ＰＣ２を、第１抽出部２２により取得する（図６のステップＳ２２）。
【0048】
このステップＳ１３では、次に、図１０及び図１２に示すように、複数の点ＰＮ２よりなる点群ＰＧ１を、第１分割部２３（図４参照）により、レール５に沿って配列された複数の点群ＰＧ２に分割する（図６のステップＳ２３）。
【0049】
ステップＳ１３では、次に、図１０及び図１２に示すように、ステップＳ２３にて分割された複数の点群ＰＧ２のうちいずれかの点群ＰＧ２を、第１選択部２４（図４参照）により点群ＰＧ３として選択し、複数の点ＰＮ２のうち、選択された点群ＰＧ３に含まれる複数の点ＰＮ２を、第１選択部２４により複数の点ＰＮ３として選択し、点群ＰＧ３に対応して算出される点ＰＮ４であって、点ＰＮ４についてのＸ軸方向（第１方向）におけるＸ座標（第４座標）が複数の点ＰＮ３の各々についてのＸ座標（第１座標）の平均値に対応するか又は等しく、点ＰＮ４についてのＹ軸方向（第２方向）におけるＹ座標（第５座標）が複数の点ＰＮ３の各々についてのＹ座標（第２座標）の平均値に対応するか又は等しく、且つ、点ＰＮ４についてのＺ軸方向（第３方向）におけるＺ座標（第６座標）が複数の点ＰＮ３の各々についてのＺ座標（第３座標）の平均値に対応するか又は等しい、点ＰＮ４、を第１選択部２４により算出する（図６のステップＳ２４）。
【0050】
ステップＳ１３では、次に、図１０及び図１２に示すように、複数の点群ＰＧ２のうち選択される点群ＰＧ２を変更しながらステップＳ２４を繰り返すことにより、複数の点群ＰＧ２の各々にそれぞれ対応した複数の点ＰＮ４を第２取得部２５（図４参照）により算出し、算出された複数の点ＰＮ４の各々についての、Ｘ座標（第４座標）、Ｙ座標（第５座標）及びＺ座標（第６座標）、を含む点群データ（芯の３次元点群データ）ＰＣ３を第２取得部２５（図４参照）により取得する（図６のステップＳ２５）。
【0051】
次に、レール方向を算出する（図５のステップＳ１４）。このステップＳ１４では、ステップＳ１３にて取得した隣り合う芯座標の位置関係から、レール方向を推定する。
【0052】
ステップＳ１４では、まず、図１０及び図１２に示すように、複数の点ＰＮ４のうち互いに隣り合う２つの点ＰＮ４を、第２選択部２６（図４参照）により点ＰＮ５及び点ＰＮ６として選択する（図６のステップＳ２６）。
【0053】
ステップＳ１４では、次に、図１０及び図１２に示すように、ステップＳ２６にて選択された点ＰＮ５についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、並びに、ステップＳ２６にて選択された点ＰＮ６についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、に基づいて、点ＰＮ５から点ＰＮ６に向かう方向（隣り合う芯を結ぶ方向）を、第１算出部２７（図４参照）によりθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）として算出する（図６のステップＳ２７）。
【0054】
次に、一定間隔ごとにレールの断面を抽出する（図５のステップＳ１５）。このステップＳ１５では、推定したレール方向に対し、そのレール方向と直交する方向に、図１１に示すように、一定の枠ＦＲ１を設けて、その枠ＦＲ１の内部に入る点群を抽出する。枠ＦＲ１のレールの長さ方向における枠の幅を、例えば０．１ｍとすることができる。
【0055】
このステップＳ１５では、図１１及び図１２に示すように、複数の点ＰＮ１のうち、点ＰＮ５を通り且つθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）に垂直な平面ＰＬ１からのθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）における距離が一定の範囲ＲＮ２内である複数の点ＰＮ１を、第２抽出部２８（図４参照）により複数の点ＰＮ７としてそれぞれ抽出することにより、複数の点ＰＮ７の各々についての、Ｘ座標（第１座標）、Ｙ座標（第２座標）及びＺ座標（第３座標）、を含む点群データ（バラスト道床の断面形状の３次元点群データ）ＰＣ４を、第２抽出部２８により取得する（図６のステップＳ２８）。
【0056】
ステップＳ２７及びステップＳ２８において、具体的に、枠内に入る点群を抽出する方法については、以下のようにすることができる。
【0057】
ｎ番目のレールの芯の点をＣｎとし、芯の点ＣｎのＸ座標、Ｙ座標を、ｘｎ、ｙｎと表記するものとする。また、Ｚ軸方向は、鉛直方向と同一の方向であるものとする。このようにした場合、例えば、芯の点Ｃ１と芯の点Ｃ２とを結ぶ直線とＸ軸とがなす角θ１は、以下の式（１）で表される。
【0058】
【数1】
【0059】
上記式（１）における角θ１が、点Ｃ１（ｘ１、ｙ１）におけるＸＹ平面内（水平面内）でのレール方向（レールの長さ方向）となり、角θ１と直交する角（θ１＋π／２）が、レールの直角方向（レールの幅方向）となる。また、芯の点Ｃ１と芯の点Ｃ２とを結ぶ直線（レール方向の直線）は、以下の式（２）で表される。
【0060】
【数2】
【0061】
一方、芯の点Ｃ１を通り且つ水平面内でレール方向と直交する方向であるレールの直角方向に延在する直線は、以下の式（３）で表される。また、芯の点Ｃ１を通り且つレール方向に垂直な平面も、以下の式（３）で表される。
【0062】
【数3】
【0063】
ステップＳ２８では、上記式（３）により表される平面からのレール方向における距離が一定の範囲内にある点群を、バラスト道床３の断面形状を表す点群として抽出する。言い換えれば、ステップＳ２８では、上記式（３）により表される直線からのレール方向における距離が一定の範囲内にある点群を、バラスト道床３の断面形状を表す点群として抽出する。
【0064】
次に、道床の余盛高さ及び道床肩幅を算出する（図５のステップＳ１６）。このステップＳ１６では、ステップＳ２８にて取得された点群データＰＣ４に基づいて、バラスト道床３のθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）に垂直な断面形状を、第１測定部２９（図４参照）により測定する（図６のステップＳ２９）。第１測定部２９によりバラスト道床３の断面形状を測定する方法については、後述する図１３乃至図１５を用いて説明する。
【0065】
次に、算出された余盛高さ及び道床肩幅の測定値を基準値と比較し、判定する（図５のステップＳ１７）。また、ランク又は不足量等の判定結果を表示し、出力する（図５のステップＳ１８）。なお、後述する図１６を用いて説明するように、レール点群から算出された正矢により曲線半径を推定してもよく（図５のステップＳ１９）、ステップＳ１７では、算出された余盛高さ及び道床肩幅の測定値を、曲線半径に応じて決定された余盛高さ及び道床肩幅の基準値と比較し、判定してもよい。
【0066】
このように、本実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法では、軌道周辺の複数の点ＰＮ１の色値を含む線路沿線の３次元点群データを取得し、複数の点ＰＮ１のうちレールの頭頂面を表す複数の点ＰＮ２の頭頂面の３次元点群データを取得し、頭頂面の３次元点群データに基づいて、レールの頭頂面の中心線上に間隔を空けて配列された複数の点ＰＮ４の芯の３次元点群データを取得し、隣り合う２つの点ＰＮ４を点ＰＮ５及び点ＰＮ６として選択し、点ＰＮ５を通り且つ点ＰＮ５から点ＰＮ６に向かうθ１方向に垂直な平面ＰＬ１からのθ１方向における距離が一定の範囲ＲＮ２内である複数の点ＰＮ１を点ＰＮ７として抽出することにより、バラスト道床の断面形状の３次元点群データを取得する。
【0067】
ここで、バラスト道床の形状を測定する際の問題点について説明する。
【0068】
カメラによりバラスト道床の隆起部を撮影してバラスト道床の形状を測定する技術が用いられる前は、道床の余盛高さ及び道床肩幅を正確に測定することは困難であり、また連続的な測定を行うことも困難であった。このような場合、経験を積んだ検査者が現場に行き、目視等により余盛高さ又は道床肩幅が低下していると推定される箇所を選定し、誤差を許容した測定を実施していた。そのため、バラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することは、全く困難であった。
【0069】
一方、カメラによりバラスト道床の隆起部を撮影してバラスト道床の形状を測定することができれば、経験を積んだ検査者が実際の現場に行き、目視等により余盛高さ又は道床肩幅が低下していると推定される箇所を選定し、誤差を許容した測定を実施する必要もなくなる。
【0070】
上記特許文献１に記載された技術では、複数のビデオカメラにより撮影された映像に対して多眼視ステレオ法を適用して道床余盛の三次元形状計算を実施し、カメラ座標系での三次元座標値を求めることはできる。また、上記特許文献２に記載された技術でも、複数のセンサを用いて道床部分の３次元点群の座標データを取得することはできる。
【0071】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、撮影された映像に多眼視ステレオ法を適用するだけでは、軌道の表面の各点の絶対位置を精度良く算出することができない。また、上記特許文献２に記載された技術では、複数のセンサを用いて道床部分の３次元点群の座標データを取得するだけでは、軌道の表面の各点の絶対位置を精度良く算出することができない。そのため、上記特許文献１及び上記特許文献２に記載された技術では、バラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することが困難であった。
【0072】
一方、上記特許文献３に記載された技術では、軌道の表面の複数の第１点についての色値又は輝度値を含む第１点群データを取得し、第１点群データに含まれる色値又は輝度値に基づいて、第１レールの頭頂面を表す複数の第２点についての第２点群データを取得することができるので、頭頂面を基準位置として軌道の表面の絶対位置を精度よく算出することはできる。
【0073】
ところが、例えばロングレール区間におけるバラスト軌道のうち曲線部では、ロングレール区間におけるバラスト軌道のうち直線部と比較して、バラスト軌道により大きな道床の余盛高さ及び道床肩幅を与えることが必要である。言い換えれば、バラスト軌道におけるバラスト道床の余盛高さ及び道床肩幅は、軌道の曲線半径又は曲率に応じて定められた基準値以上となるように管理する必要がある。にもかかわらず、上記特許文献３に記載された技術においては、上記特許文献１及び上記特許文献２に記載された技術でも同様であるが、そもそもバラスト軌道の曲線部において、バラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することが困難であった。そのため、上記特許文献３に記載された技術においては、上記特許文献１及び上記特許文献２に記載された技術も同様であるが、バラスト軌道におけるバラスト道床の余盛高さ及び道床肩幅が、軌道の曲線半径又は曲率に応じて定められた基準値以上となるように管理することが困難であった。
【0074】
一方、本実施の形態によれば、軌道周辺の複数の点ＰＮ１の色値を含む線路沿線の３次元点群データを取得し、複数の点ＰＮ１のうちレールの頭頂面を表す複数の点ＰＮ２の頭頂面の３次元点群データを取得し、頭頂面の３次元点群データに基づいて、レールの頭頂面の中心線上に間隔を空けて配列された複数の点ＰＮ４の芯の３次元点群データを取得し、隣り合う２つの点ＰＮ４を点ＰＮ５及び点ＰＮ６として選択し、点ＰＮ５を通り且つ点ＰＮ５から点ＰＮ６に向かうθ１方向に垂直な平面ＰＬ１からのθ１方向における距離が一定の範囲ＲＮ２内である複数の点ＰＮ１を点ＰＮ７として抽出することにより、バラスト道床の断面形状の３次元点群データを取得する。
【0075】
このような場合、カメラによりバラスト道床の隆起部を撮影してバラスト道床の形状を測定することができるので、経験を積んだ検査者が実際の現場に行き、目視等により余盛高さ又は道床肩幅が低下していると推定される箇所を選定し、誤差を許容した測定を実施する必要がない。即ち、本実施の形態によれば、画像計測のみで足り、それ以外のセンサ類は必要ない。
【0076】
また、本実施の形態では、軌道の表面の複数の点ＰＮ１についての色値又は輝度値を含む線路沿線の３次元点群データを取得し、線路沿線の３次元点群データに含まれる色値又は輝度値に基づいて、レールの頭頂面を表す複数の点ＰＮ２についての頭頂面の３次元点群データを取得することができるので、頭頂面を基準位置として軌道の表面の絶対位置を精度よく算出することができる。そのため、本実施の形態によれば、上記特許文献１及び上記特許文献２に記載された技術に比べ、バラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することができる。即ち、本実施の形態によれば、レールを抽出可能であり、レールを基準にした誤差の補正又は判定が自動的且つ連続的に可能である。
【0077】
更に、本実施の形態によれば、点ＰＮ５を通り且つ点ＰＮ５から点ＰＮ６に向かうθ１方向に垂直な平面ＰＬ１からのθ１方向における距離が一定の範囲ＲＮ２内である複数の点ＰＮ１を点ＰＮ７として抽出する。そのため、バラスト軌道の曲線部において、バラスト道床の断面形状を高精度且つ高効率で測定することができる。従って、上記特許文献１乃至上記特許文献３に記載された技術に比べ、バラスト軌道におけるバラスト道床の余盛高さ及び道床肩幅が、軌道の曲線半径又は曲率に応じて定められた基準値以上となるように、容易に管理することができる。
【0078】
＜線路沿線の３次元点群データの取得方法＞
次に、本実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法の好適例及び具体例について説明する。初めに、図５及び図６を参照し、車載カメラにより画像を撮影し、３次元点群を構築する方法（図５のステップＳ１１及びステップＳ１２）について説明する。
次に、本実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法の好適例及び具体例について説明する。初めに、図５及び図６を参照し、車載カメラにより画像を撮影し、３次元点群を構築する方法（図５のステップＳ１１及びステップＳ１２）について説明する。
【0079】
図４に示すように、好適には、本実施の形態の道床形状測定装置１は、取得部（第４取得部）３１を有する。取得部３１として、前述した第１取得部２１等と同様に、コンピュータ１５を用いることができる。
【0080】
図５のステップＳ１１及びステップＳ１２では、取得部（第４取得部）３１は、バラスト軌道７の画像を撮像する撮像部１１が搭載された鉄道車両１２がバラスト軌道７上を走行する際に、バラスト軌道７の画像を撮像部１１により撮像する撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点の各々でバラスト軌道７がそれぞれ撮像された複数の画像を含む画像群を取得する（図６のステップＳ３１）。
【0081】
また、取得部（第４取得部）３１は、図６のステップＳ３１では、取得された画像群に含まれる複数の画像に基づいて、バラスト軌道７の表面及びバラスト軌道７の周辺の物体の表面の形状を表す複数の点ＰＮ１の各々についての、Ｘ´´軸方向（第６方向、図８参照）におけるＸ´´座標（第９座標）、Ｘ´´軸方向（第６方向）と交差するＹ´´軸方向（第７方向、図８参照）におけるＹ´´座標（第１０座標）、Ｘ´´軸方向（第６方向）及びＹ´´軸方向（第７方向）のいずれとも交差するＺ´´軸方向（第８方向、図８参照）におけるＺ´´座標（第１１座標）、並びに、値ＶＬ１、を含む点群データ（線路沿線の３次元点群データ）ＰＣ６（図８参照）を取得する（第１取得処理）。
【0082】
また、第１取得部２１は、図５のステップＳ１２では、ステップＳ３１にて取得された点群データＰＣ６に含まれるＸ´´座標（第９座標）、Ｙ´´座標（第１０座標）及びＺ´´座標（第１１座標）について座標変換を行うことにより、複数の点ＰＮ１の各々についての、Ｘ座標（第１座標）、Ｙ座標（第２座標）、Ｚ座標（第３座標）及び値ＶＬ１、を含む点群データＰＣ１（図８参照）を取得する。
【0083】
これにより、鉄道車両若しくは保守用車等の車上若しくは地上で撮影した各種の画像から画像処理により、又は、その他の各種の方法により、作成し、輝度値又はＲＧＢ値を備えた３次元点群に対して、ある基準位置で、Ｘ軸がレールが延在する方向（レールの長さ方向）であり、ＸＹ座標系（平面）が軌道（線路）を含む平面であり、ＸＺ座標系（平面）が軌道（線路）の縦断面になるように、容易に座標変換を行うことができる。
【0084】
更に好適には、図１に示すように、撮像部１１は、互いに間隔を空けて設置され、前方をそれぞれ向くように設置され、且つ、バラスト軌道７の画像をそれぞれカメラ１３として撮像するステレオカメラであるカメラ１３ａ及びカメラ１３ｂを含む。
【0085】
また、取得部（第４取得部）３１は、図５のステップＳ１１及びステップＳ１２では、第１取得処理（図６のステップＳ３１）と、ステレオマッチング処理（図６のステップＳ３２）と、繰り返し処理（図６のステップＳ３３）と、を含む第２取得処理（図６のステップＳ３４）を実行することにより、画像群に含まれる複数の画像に基づいて、点群データ（線路沿線の３次元点群データ）ＰＣ６を取得する。
【0086】
まず、取得部（第４取得部）３１は、第１取得処理（図６のステップＳ３１）では、鉄道車両１２がバラスト軌道７上を走行する際に、バラスト軌道７の画像をカメラ１３ａ及びカメラ１３ｂにより撮像する撮像処理を繰り返すことにより、互いに異なる複数の時点（位置）の各々でバラスト軌道７がカメラ１３ａによりそれぞれ撮像された複数の左画像、及び、互いに異なる複数の時点（位置）の各々でバラスト軌道７がカメラ１３ｂによりそれぞれ撮像された複数の右画像、を含む画像群を取得する。
【0087】
次に、取得部（第４取得部）３１は、ステレオマッチング処理（図６のステップＳ３２）では、第１取得処理（図６のステップＳ３１）にて取得された画像群に含まれる複数の左画像及び複数の右画像のうち、第１時点（同一時点）でそれぞれ撮像された左画像及び右画像の第１組を選択し、選択された第１組に含まれる左画像及び右画像に共通する特徴点をペアリングすることで、ステレオマッチングを行う。
【0088】
具体的には、カメラにより撮像される画像は、撮影条件の変化により、光学的又は幾何学的に変動しやすく、単純に複数の画像（フレーム）の間で被写体が一致する一致点を特徴として取得することは、容易ではない。そのため、ステレオカメラにより撮像される左右画像（左右映像）に対して、比較的一致点を取得しやすい物体の輪郭又は物体の色変化の端点を特徴点として抽出し、左右画像の各々で抽出された特徴点のうち類似した特徴点をペアリングすることで、ステレオマッチングを行う。
【0089】
このような方法により、カメラにより撮像される画像が、撮影条件の変化により、光学的又は幾何学的に変動した場合でも、複数の画像（フレーム）の間で被写体が一致する一致点を特徴点として精度良く取得することができる。
【0090】
また、取得部（第４取得部）３１は、繰り返し処理（図６のステップＳ３３）では、選択される第１組を変更しながらステレオマッチング処理を繰り返す。このような方法により、前後２つのフレームの間に鉄道車両が移動した移動量を、精度良く算出することができるので、軌道周辺の物体の表面の形状を表す複数の点ＰＮ１の各々について、３次元座標を精度良く算出することができ、高精度の３次元座標を含む点群データＰＣ６を容易に取得することができる。即ち、本実施の形態の道床形状測定装置は、車載カメラの進行方向（線路長手方向）に対してステレオマッチングを繰り返して３次元計測を行い、レールを含む線路沿線の点群データを取得するものである。
【0091】
＜バラスト道床の断面形状の測定方法＞
次に、図１３乃至図１５を参照し、バラスト道床の断面形状を測定する方法（図５のステップＳ１６及び図６のステップＳ２９）について説明する。図１３乃至図１５は、バラスト道床の断面形状を測定する方法を説明するための図である。図１３乃至図１５は、平面ＰＬ１をθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）における点ＰＮ５から点ＰＮ６に向かう方向と反対方向から視たときの点群ＰＧ４を示し、図１４は、図１３における枠ＦＲ２で囲まれた着目範囲を拡大して示している。また、図１３及び図１４では、Ｙ´座標を、レール直角（Ｙ´軸）方向座標と表記している。
次に、図１３乃至図１５を参照し、バラスト道床の断面形状を測定する方法（図５のステップＳ１６及び図６のステップＳ２９）について説明する。図１３乃至図１５は、バラスト道床の断面形状を測定する方法を説明するための図である。図１３乃至図１５は、平面ＰＬ１をθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）における点ＰＮ５から点ＰＮ６に向かう方向と反対方向から視たときの点群ＰＧ４を示し、図１４は、図１３における枠ＦＲ２で囲まれた着目範囲を拡大して示している。また、図１３及び図１４では、Ｙ´座標を、レール直角（Ｙ´軸）方向座標と表記している。
【0092】
図４に示すように、好適には、第１測定部２９は、第２分割部４１と、第２選択部４２と、第３取得部４３と、を含む。また、図６のステップＳ２７では、第１算出部２７は、水平面内でθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）と直交する方向を、θ２方向（Ｙ´軸方向又は第５方向）として算出する。
【0093】
一方、ステップＳ２９では、まず、第２分割部４１（図４参照）は、図１４に示すように、平面ＰＬ１を、θ２方向（Ｙ´軸方向又は第５方向）に配列された複数の平面ＰＬ２に分割し、複数の点ＰＮ７よりなる点群ＰＧ４を、θ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）から視たときに複数の平面ＰＬ２の各々とそれぞれ重なる複数の点群ＰＧ５に分割する（図６のステップＳ４１）。
【0094】
ステップＳ２９では、次に、第２選択部４２（図４参照）は、図１４に示すように、複数の平面ＰＬ２のうちいずれかの平面ＰＬ２を平面ＰＬ３として選択し、複数の点群ＰＧ５のうちθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）から視たときに平面ＰＬ３と重なる点群ＰＧ５を点群ＰＧ６として選択し、複数の点ＰＮ７のうち、選択された点群ＰＧ６に含まれる複数の点ＰＮ７を複数の点ＰＮ８として選択し、点群ＰＧ６に対応して算出され且つ平面ＰＬ３内に配置される点ＰＮ９であって、点ＰＮ９についての平面ＰＬ１内でのθ２方向（Ｙ´軸方向又は第５方向）におけるＹ´座標（第７座標）が点ＰＮ５（図１１参照）を原点としたときのθ２方向（Ｙ´軸方向又は第５方向）における平面ＰＬ３の位置、好適には中心位置に対応し、点ＰＮ９についての平面ＰＬ１内でのＺ軸方向（第３方向）におけるＺ座標（第８座標）が複数の点ＰＮ８の各々についてのＺ座標（第３座標）の中央値又は平均値に対応している、点ＰＮ９、を算出する第２算出処理を実行する（図６のステップＳ４２）。
【0095】
ステップＳ２９では、次に、第３取得部４３（図４参照）は、図１４に示すように、複数の点群ＰＧ５のうち第２選択部４２（図４参照）により選択される点群ＰＧ５を変更しながら第２選択部４２による第２算出処理を繰り返すことにより、複数の点群ＰＧ５の各々にそれぞれ対応した複数の点ＰＮ９を算出し、算出された複数の点ＰＮ９の各々についての、Ｙ´座標（第７座標）及びＺ座標（第８座標）、を含む点群データ（バラスト道床の断面形状の２次元点群データ）ＰＣ５を取得する（図６のステップＳ４３）。即ち、ステップＳ１９では、平面ＰＬ１を一定の範囲ＲＧ１（例えば０．０１ｍの範囲）ごとに区切り、範囲ＲＧ１内の点群の鉛直方向中央値を算出し、算出された鉛直方向中央値を断面形状の鉛直座標とする。
【0096】
ステップＳ２９では、また、第１測定部２９（図４参照）は、第３取得部４３（図４参照）により取得された点群データＰＣ５に基づいて、図１３乃至図１５に示すように、バラスト道床３のθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）に垂直な断面形状を測定する。
【0097】
図１４に示すように、図６のステップＳ２８にて第２抽出部２８により取得された点群データＰＣ４は、レール方向即ちθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）から視たときに、大きなばらつきを持っており、このままではバラスト道床の断面形状の測定を行うことができない場合がある。このような場合には、本実施の形態では、図６のステップＳ２９において、ステップＳ４１乃至ステップＳ４３を行うことにより、抽出した点群のレール方向の奥行を無視し、レール直角方向即ちθ２方向（Ｙ´軸方向又は第５方向）に対して一定間隔（例えば０．０１ｍ）で区切り、その区切った各領域において点群の鉛直方向の座標の中央値を算出することで、バラスト道床の断面形状の測定を行う。これにより、図６のステップＳ２８にて第２抽出部２８により取得された点群データＰＣ４が、レール方向即ちθ１方向（Ｘ´軸方向又は第４方向）から視たときに、大きなばらつきを持っている場合でも、バラスト道床の断面形状を、高精度且つ高効率で測定することができる。即ち、本実施の形態によれば、レールを基準としてばらつきを持った点群のノイズの補正が可能である。
【0098】
第２算出処理において、点ＰＮ９についての平面ＰＬ１内でのＺ軸方向（第３方向）におけるＺ座標（第８座標）が、複数の点ＰＮ８の各々についてのＺ座標（第３座標）の平均値に等しい点ＰＮ９を算出することもできる。しかしながら、点群データＰＣ４において一部の点が他の点から大きく離れている場合には、第２算出処理において、点ＰＮ９についての平面ＰＬ１内でのＺ軸方向（第３方向）におけるＺ座標（第８座標）が、複数の点ＰＮ８の各々についてのＺ座標（第３座標）の中間値に等しい点ＰＮ９を算出することが好ましい。
【0099】
【0100】
図４に示すように、好適には、第１測定部２９は、第２測定部５１を含む。
【0101】
図１５に示すように、ステップＳ２９では、第２測定部５１（図４参照）は、平面ＰＬ１内で点ＰＮ５からＺ軸方向（第３方向）に予め定められたレール５の高さＨＴ１だけ下方に離れた点を点ＰＮ１０とし、複数の点ＰＮ９のうち、平面ＰＬ１内で点ＰＮ５を中心としてＹ´軸方向（第５方向）におけるレール６側に対応した第１の側と反対側に配置され且つＺ座標（第８座標）が最大となる点ＰＮ９を点ＰＮ１１とする。このようにしたとき、第２測定部５１は、ステップＳ２９において、点ＰＮ１１から点ＰＮ１０までのＺ軸方向（第３方向）における距離を、点ＰＮ５におけるバラスト道床３の余盛高さＨＴ２として測定する（図６のステップＳ５１）。
【0102】
即ち、ステップＳ５１では、片側レールの芯の点を基準とし、芯の点の位置からレール高さ分だけ低い位置に水平に基準線を設ける。そして、点群データから算出した断面形状のうち、レールを除く最も高い位置の点と基準線との距離を、便宜上余盛高さとする。
【0103】
このような方法によれば、カメラによりバラスト道床の隆起部を撮影して測定されたバラスト道床の断面形状から、余盛高さを容易に算出することができるので、余盛高さを高精度且つ高効率で測定することができる。
【0104】
【0105】
図４に示すように、好適には、第１測定部２９は、第３測定部６１を含む。
【0106】
図１５に示すように、ステップＳ２９では、第３測定部６１（図４参照）は、平面ＰＬ１内で点ＰＮ５からＺ軸方向（第３方向）に予め定められたレール５の高さＨＴ３だけ下方に離れた点を点ＰＮ１２とし、平面ＰＬ１内で点ＰＮ１２を通り且つＹ´軸方向（第５方向）に延在する直線（基準線）ＳＬ１と、複数の点ＰＮ９を通る曲線ＣＶ１とが、平面ＰＬ１内で点ＰＮ１２を中心としてＹ´軸方向（第５方向）におけるレール６側に対応した第２の側と反対側で交差する点を点ＰＮ１３とし、直線ＳＬ１上で点ＰＮ１２と点ＰＮ１３との間に配置され、点ＰＮ１２からＹ´軸方向（第５方向）において予め定められた長さＬＮ１だけ離れ、且つ、Ｘ´軸方向（第４方向）から視たときのまくらぎ４の端部を表す点を点ＰＮ１４とする。このようにしたとき、第３測定部６１は、ステップＳ２９において、点ＰＮ１４から点ＰＮ１３までのＹ´軸方向（第５方向）における距離を、点ＰＮ５におけるバラスト道床３の道床肩幅ＷＤ１として測定する（図６のステップＳ６１）。
【0107】
即ち、ステップＳ６１では、片側レールの芯の点を基準とし、芯の点の位置からレール高さ分だけ低い位置に水平に基準線を設ける。また、この基準線と点群データから算出された断面形状を表す曲線とが交わる点を求め、この点と設計図面から算出したまくらぎ端部位置との距離を、便宜上道床肩幅とする。
【0108】
このような方法によれば、カメラによりバラスト道床の隆起部を撮影して測定されたバラスト道床の断面形状から、道床肩幅を容易に算出することができるので、道床肩幅を高精度且つ高効率で測定することができる。
【0109】
＜曲線半径に応じて決定される余盛高さの基準値との比較＞
次に、図１６を参照し、バラスト軌道の曲線半径を測定し、曲線半径に応じて決定される余盛高さの基準値と、余盛高さの測定値と、を比較する方法（図５のステップＳ１７）について説明する。図１６は、軌道の曲線半径又は曲率を測定する方法を説明するための図である。なお、以下では、曲線半径を測定する方法を説明するが、曲線半径の逆数である曲率についても同様に測定することができる。
次に、図１６を参照し、バラスト軌道の曲線半径を測定し、曲線半径に応じて決定される余盛高さの基準値と、余盛高さの測定値と、を比較する方法（図５のステップＳ１７）について説明する。図１６は、軌道の曲線半径又は曲率を測定する方法を説明するための図である。なお、以下では、曲線半径を測定する方法を説明するが、曲線半径の逆数である曲率についても同様に測定することができる。
【0110】
図４に示すように、好適には、道床形状測定装置は、第１記録部５２を有する。また、第１測定部２９は、第４測定部５３と、第１決定部５４と、第１判定部５５と、を有する。なお、好適には、ステップＳ２３（図６参照）では、第１分割部２３は、点群ＰＧ１を、レール５に沿って間隔ＤＳ１（図１１参照）で配列された複数の点群ＰＧ２に分割することになる。
【0111】
第１記録部５２には、レール５の曲線半径と、曲線半径に応じて決定される余盛高さの第１基準値と、の関係を示す第１関係データが記録されている。
【0112】
図１６に示すように、ステップＳ１７（図５参照）では、第４測定部５３（図４参照）は、複数の点ＰＮ４のうち互いに隣り合うＮ１個（Ｎ１は１以上の整数）の点ＰＮ４を挟んで点ＰＮ５と隣り合う点ＰＮ４を点ＰＮ１５として選択し、複数の点ＰＮ４のうち、点ＰＮ５を挟んで点ＰＮ１５と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ１個の点ＰＮ４を挟んで点ＰＮ５と隣り合う、点ＰＮ４を点ＰＮ１６として選択する（図６のステップＳ５３）。
【0113】
このステップＳ５３では、第４測定部５３（図４参照）は、点ＰＮ５についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、選択された点ＰＮ１５についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、並びに、選択された点ＰＮ１６についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、に基づいて、点ＰＮ１５と点ＰＮ１６とを結ぶ弦ＣＨ１の弦長ＣＬ１、及び、点ＰＮ５から弦ＣＨ１までの距離である正矢ＶＲ１、を算出する。なお、図１６では、点ＰＮ５をＰ０（ｘ０，ｙ０）と表記し、点ＰＮ１５をＰ１（ｘ１，ｙ１）と表記し、点ＰＮ１６をＰ２（ｘ２，ｙ２）と表記し、弦長ＣＬ１をＬと表記し、正矢ＶＲ１をＤと表記している。
【0114】
また、ステップＳ５３では、第４測定部５３（図４参照）は、算出された弦長ＣＬ１及び正矢ＶＲ１に基づいて、点ＰＮ５におけるレール５の曲線半径を算出することにより、曲線半径を測定する。図１６では、曲線半径をＲと表記している。また、曲線半径の算出方法は、以下のようにすることができる。
【0115】
具体的には、点ＰＮ５、点ＰＮ１５及び点ＰＮ１６の各点のＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）に基づいて、正矢量（正矢）及び弦長を、三平方の定理を用いて計算することで、曲線半径に換算する。
【0116】
前述したように、曲線半径をＲとし、正矢ＶＲ１をＤとし、弦長ＣＬ１をＬとすると、曲線半径Ｒ、正矢Ｄ及び弦長Ｌの関係は、図１６に示す位置関係に基づいて、以下の式（４）で表される。
【0117】
【数4】
【0118】
上記式（４）をＲについて解くと、以下の式（５）が得られる。
【0119】
【数5】
【0120】
上記式（５）によれば、弦長Ｌ及び正矢Ｄが得られれば曲線半径Ｒを算出することができる。また、弦長Ｌは以下の式（６）により求めることができる。
【0121】
【数6】
【0122】
また、前述したように、点ＰＮ１５をＰ１（ｘ１，ｙ１）と表記し、点ＰＮ１６をＰ２（ｘ２，ｙ２）と表記すると、点Ｐ１及び点Ｐ２を通る直線は、以下の式（７）で表される。
【0123】
【数7】
【0124】
ここで、ａ＝ｙ２－ｙ１とし、ｂ＝－（ｘ２－ｘ１）とし、ｃ＝（ｘ２－ｘ１）ｙ１－（ｙ２－ｙ１）ｘ１とすると、ａ、ｂ及びｃは、以下の式（８）を満たす。
【0125】
【数8】
【0126】
このとき、点Ｐ１及び点Ｐ２を通る直線と点Ｐ０（ｘ０，ｙ０）との距離、即ち正矢Ｄは、以下の式（９）で表される。
【0127】
【数9】
【0128】
ステップＳ１７（図５参照）では、次に、第１決定部５４（図４参照）は、第４測定部５３（図４参照）により測定された曲線半径、及び、第１記録部５２（図４参照）に記録された第１関係データ、に基づいて、点ＰＮ５における余盛高さの第１基準値を決定する（図６のステップＳ５４）。
【0129】
ステップＳ１７（図５参照）では、次に、第１判定部５５（図４参照）は、第２測定部５１（図４参照）により測定された、点ＰＮ５における余盛高さの第１測定値を、第１決定部５４（図４参照）により決定された、点ＰＮ５における余盛高さの第１基準値と比較し、余盛高さの第１測定値が余盛高さの第１基準値未満のとき、余盛高さの第１測定値が正常値でなく、保守作業が必要と判定する（図６のステップＳ５５）。
【0130】
これにより、余盛高さが、曲線半径に応じて決定される基準値未満でないか、容易に判定することができる。そのため、曲線部では直線部と比較してバラスト軌道により大きな道床の余盛高さを与えることが必要であるロングレール区間においても、バラスト軌道におけるバラスト道床の余盛高さを、軌道の曲線半径又は曲率に応じて定められた基準値以上となるように、容易に管理することができる。即ち、本実施の形態によれば、線形に応じて断面の取得が可能であり、曲線の半径の変化に対応した判定が可能である。
【0131】
また、点ＰＮ５、点ＰＮ１５及び点ＰＮ１６として、互いに隣り合う３点即ち連続した３点を選択した場合、即ち例えば０．２５ｍごとに算出したレールの芯の座標を用いる場合、弦長が短すぎるため、正矢が極めて短くなって、測定時のノイズ又は軌道変位が正矢に与える影響が大きくなり、曲線半径の誤差が大きくなる。
【0132】
一方、点ＰＮ１５を、複数の点ＰＮ４のうち互いに隣り合うＮ１個（Ｎ１は１以上の整数）の点ＰＮ４を挟んで点ＰＮ５と隣り合う点ＰＮ４とし、点ＰＮ１６を、点ＰＮ５を挟んで点ＰＮ１５と反対側に配置され、且つ、複数の点ＰＮ４のうち互いに隣り合うＮ１個の点ＰＮ４を挟んで点ＰＮ５と隣り合う点ＰＮ４とした場合、弦長が短すぎないので、正矢が少し長くなって、測定時のノイズ又は軌道変位が正矢に与える影響が小さくなり、曲線半径の誤差が小さくなる。
【0133】
例えば０．２５ｍごとに算出したレールの芯の座標を用いる場合に、好適には、弦長ＣＬ１は、２０～４０ｍ以上であり、上記した整数Ｎ１は、３９～７９である。また、更に好適には、弦長ＣＬ１は、３０～４０ｍであり、上記した整数Ｎ１は、５９～７９である。
【0134】
即ち、第４測定部５３（図４参照）が、算出される弦長ＣＬ１が２０～４０ｍになるように、点ＰＮ１５及び点ＰＮ１６を選択することにより、曲線半径の誤差を小さくすることができる。また、第４測定部５３が、算出される弦長ＣＬ１が３０～４０ｍになるように、点ＰＮ５、点ＰＮ１５及び点ＰＮ１６を選択することにより、曲線半径の誤差を更に小さくすることができる。弦長ＣＬ１が２０ｍ以上の場合、弦長ＣＬ１が２０ｍ未満の場合に比べ、曲線部において曲線半径の誤差を小さくすることができる（道床肩幅の測定における弦長ＣＬ２も同様）。弦長ＣＬ１が４０ｍ以下の場合、弦長ＣＬ１が４０ｍを超える場合に比べ、直線部（直線区間）から曲線部（曲線区間）に推移する区間でも曲線半径の誤差を小さくすることができる（道床肩幅の測定における弦長ＣＬ２も同様）。
【0135】
言い換えれば、ｎ番目のレールの芯の点をＱｎと表記し、芯の座標の間隔を約０．２５ｍとし、曲線半径を算出するための弦長を約３０ｍとした場合に、具体的な処理は、下記（１－１）～（１－４）のように表すこともできる。
（１－１）１番目の芯の点Ｑ１を点Ｐ１とし、約３０ｍ離れて配置された１２１番目の芯の点Ｑ１２１（（３０ｍ／０．２５ｍ）＋１＝１２１）を点Ｐ２とし、その中間に配置された６１番目の芯の点Ｑ６１を点Ｐ０とする。
（１－２）上記した点Ｐ１及び点Ｐ２の各々についての座標に基づいて、正確な弦長を計算し、点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ０の位置関係に基づいて、正矢を算出する。
（１－３）算出した弦長及び正矢に基づいて、曲線半径（曲率）を算出し、その値を点Ｐ０の位置での曲線半径（曲率）とする。
（１－４）２番目の芯の点Ｑ２を点Ｐ１とし、１２２番目の芯の点Ｑ１２２（図示は省略）を点Ｐ２とし、６２番目の芯の点Ｑ６２を点Ｐ０として、上記（１）～（３）の処理を繰り返す。
（１－１）１番目の芯の点Ｑ１を点Ｐ１とし、約３０ｍ離れて配置された１２１番目の芯の点Ｑ１２１（（３０ｍ／０．２５ｍ）＋１＝１２１）を点Ｐ２とし、その中間に配置された６１番目の芯の点Ｑ６１を点Ｐ０とする。
（１－２）上記した点Ｐ１及び点Ｐ２の各々についての座標に基づいて、正確な弦長を計算し、点Ｐ１、点Ｐ２及び点Ｐ０の位置関係に基づいて、正矢を算出する。
（１－３）算出した弦長及び正矢に基づいて、曲線半径（曲率）を算出し、その値を点Ｐ０の位置での曲線半径（曲率）とする。
（１－４）２番目の芯の点Ｑ２を点Ｐ１とし、１２２番目の芯の点Ｑ１２２（図示は省略）を点Ｐ２とし、６２番目の芯の点Ｑ６２を点Ｐ０として、上記（１）～（３）の処理を繰り返す。
【0136】
上記（１－１）～（１－４）の処理を行うことにより、カメラにより撮像された画像のみから取得された３次元点群に基づいて、容易に曲線半径又は曲率を推定即ち測定することができる。
【0137】
＜曲線半径に応じて決定される道床肩幅の基準値との比較＞
次に、図１６を参照し、バラスト軌道の曲線半径を測定し、曲線半径に応じて決定される道床肩幅の基準値と、道床肩幅の測定値と、を比較する方法（図５のステップＳ１７）について説明する。
次に、図１６を参照し、バラスト軌道の曲線半径を測定し、曲線半径に応じて決定される道床肩幅の基準値と、道床肩幅の測定値と、を比較する方法（図５のステップＳ１７）について説明する。
【0138】
図４に示すように、好適には、道床形状測定装置は、第２記録部６２を有する。また、第１測定部２９は、第５測定部６３と、第２決定部６４と、第２判定部６５と、を有する。なお、好適には、ステップＳ２３（図６参照）では、第１分割部２３は、点群ＰＧ１を、レール５に沿って間隔ＤＳ２（図１１参照）で配列された複数の点群ＰＧ２に分割することになる。
【0139】
第２記録部６２には、レール５の曲線半径と、曲線半径に応じて決定される道床肩幅の第２基準値と、の関係を示す第２関係データが記録されている。
【0140】
図１６に示すように、ステップＳ１７（図５参照）では、第５測定部６３（図４参照）は、複数の点ＰＮ４のうち互いに隣り合うＮ２個（Ｎ２は１以上の整数）の点ＰＮ４を挟んで点ＰＮ５と隣り合う点ＰＮ４を点ＰＮ１７として選択し、複数の点ＰＮ４のうち、点ＰＮ５を挟んで点ＰＮ１７と反対側に配置され、且つ、互いに隣り合うＮ２個の点ＰＮ４を挟んで点ＰＮ５と隣り合う、点ＰＮ４を点ＰＮ１８として選択する（図６のステップＳ６３）。
【0141】
このステップＳ６３では、第５測定部６３（図４参照）は、点ＰＮ５についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、選択された点ＰＮ１７についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、並びに、選択された点ＰＮ１８についてのＸ座標（第４座標）及びＹ座標（第５座標）、に基づいて、点ＰＮ１７と点ＰＮ１８とを結ぶ弦ＣＨ２の弦長ＣＬ２、及び、点ＰＮ５から弦ＣＨ２までの距離である正矢ＶＲ２、を算出する。なお、図１６では、点ＰＮ５をＰ０（ｘ０，ｙ０）と表記し、点ＰＮ１７をＰ１（ｘ１，ｙ１）と表記し、点ＰＮ１８をＰ２（ｘ２，ｙ２）と表記し、弦長ＣＬ２をＬと表記し、正矢ＶＲ２をＤと表記している。
【0142】
また、ステップＳ６３では、第５測定部６３（図４参照）は、算出された弦長ＣＬ２及び正矢ＶＲ２に基づいて、点ＰＮ５におけるレール５の曲線半径を算出することにより、曲線半径を測定する。具体的な曲線半径の算出方法は、前述した曲線半径の算出方法と同様にすることができる。
【0143】
ステップＳ１７（図５参照）では、次に、第２決定部６４（図４参照）は、第５測定部６３（図４参照）により測定された曲線半径、及び、第２記録部６２（図４参照）に記録された第２関係データ、に基づいて、点ＰＮ５における道床肩幅の第２基準値を決定する（図６のステップＳ６４）。
【0144】
ステップＳ１７（図５参照）では、次に、第２判定部６５（図４参照）は、第３測定部６１（図４参照）により測定された、点ＰＮ５における道床肩幅の第２測定値を、第２決定部６４（図４参照）により決定された、点ＰＮ５における道床肩幅の第２基準値と比較し、道床肩幅の第２測定値が道床肩幅の第２基準値未満のとき、道床肩幅の第２測定値が正常値でなく、保守作業が必要と判定する（図６のステップＳ６５）。
【0145】
これにより、道床肩幅が、曲線半径に応じて決定される基準値未満でないか、容易に判定することができる。そのため、曲線部では直線部と比較してバラスト軌道により大きな道床の道床肩幅を与えることが必要であるロングレール区間においても、バラスト軌道におけるバラスト道床の道床肩幅を、軌道の曲線半径又は曲率に応じて定められた基準値以上となるように、容易に管理することができる。即ち、本実施の形態によれば、線形に応じて断面の取得が可能であり、曲線の半径の変化に対応した判定が可能である。
【0146】
また、道床肩幅の測定においても、余盛高さの測定と同様に、第５測定部６３（図４参照）が、算出される弦長ＣＬ２が２０～４０ｍになるように、点ＰＮ１７及び点ＰＮ１８を選択することにより、曲線半径の誤差を小さくすることができる。また、第５測定部６３が、算出される弦長ＣＬ２が３０～４０ｍになるように、点ＰＮ１７及び点ＰＮ１８を選択することにより、曲線半径の誤差を更に小さくすることができる。
【0147】
＜曲率、余盛高さ及び道床肩幅の測定結果＞
図１７は、レールの各位置における曲率、余盛高さ及び道床肩幅の測定結果を示すグラフである。図１７（ａ）は、レールに沿った各位置における曲率、即ち曲率のキロ程依存性を示し、図１７（ｂ）は、レールに沿った各位置における余盛高さ、即ち余盛高さのキロ程依存性を示し、図１７（ｃ）は、レールに沿った各位置における道床肩幅、即ち道床肩幅のキロ程依存性を示している。また、図１７（ａ）は、３次元点群データから推定された曲率の測定値を、同位置における曲率の設計値と合わせて示している。
図１７は、レールの各位置における曲率、余盛高さ及び道床肩幅の測定結果を示すグラフである。図１７（ａ）は、レールに沿った各位置における曲率、即ち曲率のキロ程依存性を示し、図１７（ｂ）は、レールに沿った各位置における余盛高さ、即ち余盛高さのキロ程依存性を示し、図１７（ｃ）は、レールに沿った各位置における道床肩幅、即ち道床肩幅のキロ程依存性を示している。また、図１７（ａ）は、３次元点群データから推定された曲率の測定値を、同位置における曲率の設計値と合わせて示している。
【0148】
図１７（ａ）の設計値が示すように、０ｋ０００ｍから０ｋ１００ｍまでの区間が直線部（直線区間）であり、０ｋ２００ｍから０ｋ３００ｍまでの区間が曲率１．２５／１０００（１／ｍ）の曲率を有する曲線部（曲線区間）である。ここで、図１７（ａ）に示すように、３次元点群データから推定された曲率の測定値は、同位置における曲率の設計値と略一致していた。このように、本実施の形態の道床形状測定装置を用いた道床形状測定方法によれば、カメラにより撮像された画像のみから曲線半径又は曲率を測定することができる。
【0149】
また、図１７（ｂ）に示すように、曲線部（曲線区間）における余盛高さが直線部（直線区間）における余盛高さよりも高くなっている。即ち、本実施の形態の道床形状測定装置を用いた道床形状測定方法によれば、カメラにより撮像された画像のみから余盛高さを測定することができる。
【0150】
また、図１７（ｃ）に示すように、曲線部（曲線区間）における道床肩幅が直線部（直線区間）における道床肩幅よりも大きくなっている。即ち、本実施の形態の道床形状測定装置を用いた道床形状測定方法によれば、カメラにより撮像された画像のみから道床肩幅を測定することができる。
【0151】
このように、本実施の形態の道床形状測定装置による道床形状測定方法と、上記特許文献３に記載された技術とは、以下の（２－１）乃至（２－４）で異なるものである。
（２－１）本実施の形態では、画像計測のみで足り、それ以外のセンサ類は必要ない。
（２－２）本実施の形態では、レールを抽出可能であり、レールを基準にした誤差の補正又は判定が自動的且つ連続的に可能である。
（２－３）本実施の形態では、レールを基準としてばらつきを持った点群のノイズの補正が可能である。
（２－４）本実施の形態では、線形に応じて断面の取得が可能であり、また曲線の半径の変化に対応した判定が可能である。
（２－１）本実施の形態では、画像計測のみで足り、それ以外のセンサ類は必要ない。
（２－２）本実施の形態では、レールを抽出可能であり、レールを基準にした誤差の補正又は判定が自動的且つ連続的に可能である。
（２－３）本実施の形態では、レールを基準としてばらつきを持った点群のノイズの補正が可能である。
（２－４）本実施の形態では、線形に応じて断面の取得が可能であり、また曲線の半径の変化に対応した判定が可能である。
【0152】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0153】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【0154】
例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0155】
本発明は、バラスト道床の形状を測定する道床形状測定装置及び道床形状測定方法に適用して有効である。
【符号の説明】
【0156】
１ 道床形状測定装置
２ 路盤
３ バラスト道床
４ まくらぎ
５、６、８、９ レール
７ バラスト軌道
１１ 撮像部
１２ 鉄道車両
１３、１３ａ、１３ｂ カメラ
１４ 画像集録装置
１５ コンピュータ
２１ 第１取得部
２２ 第１抽出部
２３ 第１分割部
２４ 第１選択部
２５ 第２取得部
２６ 第２選択部
２７ 第１算出部
２８ 第２抽出部
２９ 第１測定部
３１ 取得部
４１ 第２分割部
４２ 第２選択部
４３ 第３取得部
５１ 第２測定部
５２ 第１記録部
５３ 第４測定部
５４ 第１決定部
５５ 第１判定部
６１ 第３測定部
６２ 第２記録部
６３ 第５測定部
６４ 第２決定部
６５ 第２判定部
ＣＨ１、ＣＨ２ 弦
ＣＬ１、ＣＬ２ 弦長
ＣＶ１ 曲線
ＤＳ１、ＤＳ２ 間隔
ＦＲ１、ＦＲ２ 枠
ＨＴ１、ＨＴ３ 高さ
ＨＴ２ 余盛高さ
ＬＮ１ 長さ
ＰＣ１～ＰＣ６ 点群データ
ＰＧ１～ＰＧ６ 点群
ＰＬ１～ＰＬ３ 平面
ＰＮ１、ＰＮ１０～ＰＮ１８、ＰＮ２～ＰＮ９ 点
ＲＧ１ 範囲
ＲＮ２ 範囲
ＳＬ１ 直線
ＶＬ１ 値
ＶＲ１、ＶＲ２ 正矢
ＷＤ１ 道床肩幅
２ 路盤
３ バラスト道床
４ まくらぎ
５、６、８、９ レール
７ バラスト軌道
１１ 撮像部
１２ 鉄道車両
１３、１３ａ、１３ｂ カメラ
１４ 画像集録装置
１５ コンピュータ
２１ 第１取得部
２２ 第１抽出部
２３ 第１分割部
２４ 第１選択部
２５ 第２取得部
２６ 第２選択部
２７ 第１算出部
２８ 第２抽出部
２９ 第１測定部
３１ 取得部
４１ 第２分割部
４２ 第２選択部
４３ 第３取得部
５１ 第２測定部
５２ 第１記録部
５３ 第４測定部
５４ 第１決定部
５５ 第１判定部
６１ 第３測定部
６２ 第２記録部
６３ 第５測定部
６４ 第２決定部
６５ 第２判定部
ＣＨ１、ＣＨ２ 弦
ＣＬ１、ＣＬ２ 弦長
ＣＶ１ 曲線
ＤＳ１、ＤＳ２ 間隔
ＦＲ１、ＦＲ２ 枠
ＨＴ１、ＨＴ３ 高さ
ＨＴ２ 余盛高さ
ＬＮ１ 長さ
ＰＣ１～ＰＣ６ 点群データ
ＰＧ１～ＰＧ６ 点群
ＰＬ１～ＰＬ３ 平面
ＰＮ１、ＰＮ１０～ＰＮ１８、ＰＮ２～ＰＮ９ 点
ＲＧ１ 範囲
ＲＮ２ 範囲
ＳＬ１ 直線
ＶＬ１ 値
ＶＲ１、ＶＲ２ 正矢
ＷＤ１ 道床肩幅
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】