特開 2024-87823 車両動揺補正装置及び車両動揺補正方法

(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】P2024087823

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】車両動揺補正装置及び車両動揺補正方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202694

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】吉永 一矢

(72)【発明者】

【氏名】川畑 匠朗

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA06

2F065CC34

2F065CC35

2F065DD03

2F065FF04

2F065FF11

2F065FF31

2F065GG04

2F065HH04

2F065JJ01

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065MM01

2F065MM16

2F065MM26

2F065PP22

2F065QQ21

2F065QQ31

(57)【要約】

【課題】 高精度に架線設備の検測を行うこと。
【解決手段】 車両動揺補正装置は、架線設備が設けられた軌道を走行する車両の車体に取り付けられ、物体までの距離のデータを取得するレーザと、前記レーザに接続される情報処理装置とを有し、前記情報処理装置は、前記架線設備の位置を計測する計測部と、前記レーザによって取得されるデータを用いて軌道位置を検出する検出部と、前記検出部によって検出される軌道位置に基づいて、前記車体の傾きを算出する算出部と、前記算出部によって算出される傾きから、前記車体を基準とする座標系の座標を前記軌道を基準とする座標系の座標に変換する変換式を導出し、前記計測部によって計測される架線設備の位置の座標を変換式によって補正する補正部とを有する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

架線設備が設けられた軌道を走行する車両の車体に取り付けられ、物体までの距離のデータを取得するレーザと、
前記レーザに接続される情報処理装置とを有し、
前記情報処理装置は、
前記架線設備の位置を計測する計測部と、
前記レーザによって取得されるデータを用いて軌道位置を検出する検出部と、
前記検出部によって検出される軌道位置に基づいて、前記車体の傾きを算出する算出部と、
前記算出部によって算出される傾きから、前記車体を基準とする座標系の座標を前記軌道を基準とする座標系の座標に変換する変換式を導出し、前記計測部によって計測される架線設備の位置の座標を変換式によって補正する補正部と
を有する車両動揺補正装置。

【請求項2】

前記車体の前記レーザとは異なる位置に取り付けられる他のレーザをさらに有し、
前記検出部は、
前記レーザ及び前記他のレーザによって取得されるデータを用いて軌道位置を検出する
請求項１に記載の車両動揺補正装置。

【請求項3】

架線設備が設けられた軌道を走行する車両の車体に取り付けられるレーザを用いて、物体までの距離のデータを取得し、
前記架線設備の位置を計測し、
前記レーザによって取得されるデータを用いて軌道位置を検出し、
検出される軌道位置に基づいて、前記車体の傾きを算出し、
算出される傾きから、前記車体を基準とする座標系の座標を前記軌道を基準とする座標系の座標に変換する変換式を導出し、
前記架線設備の位置の座標を前記変換式によって補正する
工程を有する車両動揺補正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両動揺補正装置及び車両動揺補正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通常、架空電車線方式を採用する車両の軌道上には、トロリ線などの架線設備が架設されている。車両は、パンタグラフによって架線設備から受電し軌道上を走行するため、電力を供給する架線設備には適切な位置に敷設されることが要求される。このため、架線設備の位置の検測が行われるのが一般的である。

【0003】

架線設備の検測は、例えば車両屋根上に設置されたカメラによって車両上方を撮影し、得られた画像の画像処理によって例えばトロリ線の高さ及び偏位を計測することにより行われることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１４６５０９号公報

【特許文献2】特開２００６－２４８４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、検測を行う車両は走行中に動揺するため、検測の誤差が大きくなる恐れがあるという問題がある。すなわち、車両は、架線設備の検測のための走行中、振動や空気ばねの影響により常に上下左右に動揺している。したがって、例えば車両屋根上に設置されたカメラも動揺し、このカメラによって撮影された画像から計測される架線設備の高さ及び偏位には誤差が含まれることになる。

【0006】

このような誤差は、カメラの撮影画像から検測する場合のみならず車両に取り付けられる種々のセンサを用いて検測が行われる場合には、同様に発生し、検測結果の精度が低下してしまう。

【0007】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、高精度に架線設備の検測を行うことができる車両動揺補正装置及び車両動揺補正方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様によれば、車両動揺補正装置は、架線設備が設けられた軌道を走行する車両の車体に取り付けられ、物体までの距離のデータを取得するレーザと、前記レーザに接続される情報処理装置とを有し、前記情報処理装置は、前記架線設備の位置を計測する計測部と、前記レーザによって取得されるデータを用いて軌道位置を検出する検出部と、前記検出部によって検出される軌道位置に基づいて、前記車体の傾きを算出する算出部と、前記算出部によって算出される傾きから、前記車体を基準とする座標系の座標を前記軌道を基準とする座標系の座標に変換する変換式を導出し、前記計測部によって計測される架線設備の位置の座標を変換式によって補正する補正部とを有する。

【0009】

また、本開示の一態様によれば、車両動揺補正方法は、架線設備が設けられた軌道を走行する車両の車体に取り付けられるレーザを用いて、物体までの距離のデータを取得し、前記架線設備の位置を計測し、前記レーザによって取得されるデータを用いて軌道位置を検出し、検出される軌道位置に基づいて、前記車体の傾きを算出し、算出される傾きから、前記車体を基準とする座標系の座標を前記軌道を基準とする座標系の座標に変換する変換式を導出し、前記架線設備の位置の座標を前記変換式によって補正する工程を有する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施の形態１に係る車両動揺補正装置の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、実施の形態１に係る車両動揺補正方法を示すフロー図である。

【図4】図４は、レールの構造を説明する図である。

【図5】図５は、点群データの具体例を示す図である。

【図6】図６は、探索範囲の具体例を示す図である。

【図7】図７は、レール候補の具体例を示す図である。

【図8】図８は、上面データ及び側面データの具体例を示す図である。

【図9】図９は、レール中心点の具体例を示す図である。

【図10】図１０は、レール判定を説明する図である。

【図11】図１１は、車両の傾きの具体例を示す図である。

【図12】図１２は、実施の形態２に係る車両動揺補正装置の構成を示す模式図である。

【図13】図１３は、点群データの具体例を示す図である。

【図14】図１４は、実施の形態２に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。

【図15】図１５は、実施の形態２に係る車両動揺補正方法を示すフロー図である。

【図16】図１６は、実施の形態３に係る車両動揺補正装置の構成を示す模式図である。

【図17】図１７は、実施の形態３に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。

【図18】図１８は、実施の形態３に係る車両動揺補正方法を示すフロー図である。

【図19】図１９は、情報処理装置のハードウェア構成の具体例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本開示に係る実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態は例示であり、この記載によって限定解釈されるものではない。

【0012】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る車両動揺補正装置の構成を示す模式図である。この車両動揺補正装置は、レールを有する軌道上を走行する車両に取り付けられている。図１（ａ）は、車両を正面から見た正面図であり、図１（ｂ）は、車両を側面から見た側面図である。

【0013】

図１に示すように、車両は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒを有し架線設備２０が設けられた軌道を走行する。すなわち、車両は、車体３０とパンタグラフ３５とを有し、架線設備２０に接触するパンタグラフ３５によって受電し、供給される電力によって左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒ上を走行する。車両が左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒ上を走行する際には、振動や空気ばねの影響により車体３０が動揺する。

【0014】

車両動揺補正装置は、車体３０に取り付けられ、少なくとも情報処理装置１００及びレーザ５０を有する。レーザ５０は、車体３０の下面に取り付けられ、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒを含む照射範囲（図中破線）にレーザ光を照射可能になっている。また、レーザ５０は、照射するレーザ光の反射光を検知するセンサを備えており、照射範囲にある物体までの距離を計測可能になっている。以下においては、レーザ５０が有するレーザ光の光源の位置を原点Ｏとし、車体３０の左右方向に対応するｘ軸と、車体３０の高さ方向に対応するｙ軸とによって定まる座標により、物体の位置を特定可能であるものとする。

【0015】

情報処理装置１００は、例えばパーソナルコンピュータなどの演算処理が可能な電子機器である。情報処理装置１００は、レーザ５０によって取得される物体までの距離のデータから左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒの位置を検出する。そして、情報処理装置１００は、検出した左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒの位置に基づいて、動揺による車体３０の傾きとずれを算出し、車体３０の動揺の影響を補正する変換式を導出する。

【0016】

また、情報処理装置１００は、カメラ６０によって架線設備２０を撮影して得られる画像を取得し、画像処理を実行することにより、架線設備２０の位置を計測する。そして、情報処理装置１００は、計測した架線設備２０の位置を、車体３０の動揺の影響を補正する変換式を用いて補正する。なお、情報処理装置１００の構成及び動作については、後に詳述する。

【0017】

車体３０の上面には、架線設備２０を撮影可能なカメラ６０が取り付けられている。カメラ６０は、車体３０の上方に位置する架線設備２０を撮影し、得られた画像を情報処理装置１００へ出力する。

【0018】

図２は、実施の形態１に係る情報処理装置１００の構成を示すブロック図である。図２に示す情報処理装置１００は、データ保存部１１０、点群データ変換部１２０、レール面検出部１３０、データ平滑化部１４０、傾き算出部１５０、軌道中心算出部１６０、架線位置計測部１７０及び動揺補正部１８０を有する。

【0019】

データ保存部１１０は、レーザ５０によって取得される物体までの距離のデータ及びカメラ６０によって撮影される画像のデータを保存する。また、データ保存部１１０は、各処理部によって処理された結果を保存する。すなわち、データ保存部１１０は、点群データ変換部１２０、レール面検出部１３０、データ平滑化部１４０、傾き算出部１５０、軌道中心算出部１６０、架線位置計測部１７０及び動揺補正部１８０により処理結果を保存する。

【0020】

点群データ変換部１２０は、レーザ５０によって取得された物体までの距離のデータを点群データに変換する。すなわち、点群データ変換部１２０は、レーザ５０から物体までの距離に対応する点をデータラインごとにｘ軸方向に並べることにより、データラインごとの点群データを生成する。

【0021】

レール面検出部１３０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒに対応する点群を点群データから検出する。そして、レール面検出部１３０は、検出した点群に基づいて、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標を取得する。

【0022】

データ平滑化部１４０は、データラインごとのレール上面の中心座標を平滑化する。すなわち、データ平滑化部１４０は、例えば前後に連続する所定数のデータラインの中心座標の移動平均を算出することにより、レール上面の中心座標のデータを平滑化する。

【0023】

傾き算出部１５０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標に基づいて、レールの延長方向に対して垂直な枕木方向における車体３０の傾きを算出する。すなわち、傾き算出部１５０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標が車体３０の左右方向及び高さ方向を軸とした座標系における座標であることを利用して、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒと垂直に交わる枕木に対する車体３０の傾きを算出する。

【0024】

軌道中心算出部１６０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標に基づいて、軌道の中心の座標を算出する。具体的には、軌道中心算出部１６０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標の中点を軌道中心の座標として算出する。

【0025】

架線位置計測部１７０は、カメラ６０によって撮影された架線設備２０の画像を用いて画像処理を実行し、架線設備２０の位置を計測する。架線位置計測部１７０は、例えば、撮影方向が異なる複数のカメラ６０によって撮影された画像それぞれから架線設備２０に対応する画素を抽出し、抽出された画素の複数の画像それぞれにおける位置から架線設備２０の位置を計測する。

【0026】

動揺補正部１８０は、車体３０の傾き及び軌道中心の座標を用いて、車体３０の左右方向及び高さ方向を軸とした座標系の座標を水平方向及び鉛直方向を軸とした座標系の座標に変換する変換式を導出する。すなわち、動揺補正部１８０は、車体３０の姿勢を基準とした相対座標系の座標を車体３０の姿勢に依らない絶対座標系の座標に変換する変換式を導出する。そして、動揺補正部１８０は、相対座標系によって計測された架線設備２０の座標を絶対座標系の座標に補正する。つまり、動揺補正部１８０は、架線位置計測部１７０によって計測される架線設備２０の位置について、車体３０の動揺の影響による誤差を補正する。

【0027】

次いで、上記のように構成された車両動揺補正装置による車両動揺補正方法について、図３に示すフロー図を参照しながら具体的に説明する。

【0028】

まず、車両が軌道上を走行しながら、レーザ５０によって車体３０の下方の計測が実行される（ステップＳ１０１）。すなわち、レーザ５０から車体３０の下方へレーザ光が照射され、物体からの反射光が検知されることにより、レーザ光の光源から物体までの距離のデータがデータラインごとに取得される。車体３０の下方には、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒが車両の進行方向に沿って伸びているため、レーザ５０による計測により、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒまでの距離のデータも得られることになる。

【0029】

左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒは、例えば図４（ａ）に示すように、互いに軌間幅１２だけ離れて平行に伸びている。左レール１０Ｌの上面の中心Ｃ_Lと右レール１０Ｒの上面の中心Ｃ_Rとを結ぶ直線をｘ’軸とするとき、中心Ｃ_Lと中心Ｃ_Rとの中点である原点Ｏ’を軌道中心位置ともいう。ｘ’軸と、軌道中心位置Ｏ’においてｘ’軸と交わるｙ’軸とは、車体３０の姿勢に依らない絶対座標系の座標軸である。なお、図４（ａ）は、車両の進行方向後方から軌道を見た図である。

【0030】

左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒと同等のレール１０は、例えば図４（ｂ）に示すように、レール上面１０ａ及びレール側面１０ｂを含む断面形状を有する。レール１０のレール上面１０ａの幅１４をレール幅ともいう。

【0031】

レーザ５０による計測では、このような形状の左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒの表面までの距離のデータが得られる。得られたデータは、情報処理装置１００へ出力され、データ保存部１１０によって保存される。そして、点群データ変換部１２０によって、物体までの距離のデータがデータラインごとにｘ軸上に並べられて、点群データが生成される。具体的には、例えば図５に示すように、物体の位置を点によって示す点群データがデータラインごとに生成される。ここで得られる点群データは、車体３０に取り付けられたレーザ５０によるものであるため、車体３０の姿勢を基準とした相対座標系のデータである。

【0032】

一方、車両が軌道上を走行中は、レーザ５０による計測と同時に、カメラ６０によって車体３０の上方が撮影され、得られた画像がデータ保存部１１０に保存される。そして、架線位置計測部１７０によって、画像の画像処理が実行されることにより、架線設備２０の位置が計測される（ステップＳ１０２）。ここで得られる架線設備２０の位置は、車体３０に取り付けられたカメラ６０によるものであるため、車体３０の姿勢を基準とした相対座標系における位置である。

【0033】

なお、物体までの距離のデータの点群データへの変換や画像に基づく架線設備２０の位置の計測は、車両の走行中に実行されなくても良い。すなわち、車両の走行中に物体までの距離のデータ及び画像をデータ保存部１１０に蓄積しておき、車両の走行終了後に点群データ変換部１２０及び架線位置計測部１７０によって、点群データ及び架線設備２０の座標が求められるようにしても良い。

【0034】

点群データ及び架線設備２０の座標が求められると、データラインごとに点群データからレール面を検出する以下の処理が繰り返される。

【0035】

すなわち、レール面検出部１３０によって、点群データからレール１０に対応する点群であるレール候補が抽出される（ステップＳ１０３）。具体的には、例えば図６に示すように、点群データにおいて左レール１０Ｌを検出するための探索範囲２０１Ｌと右レール１０Ｒを検出するための探索範囲２０１Ｒとが設定される。探索範囲２０１Ｌ、２０１Ｒは、車体３０におけるレーザ５０の設置位置、軌間幅１２及びレール幅１４に基づいて、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒが存在し得る領域に設定されれば良い。また、車両の走行中に既にレール面の検出が成功している場合には、直前に検出されたレール面の位置の周辺に探索範囲２０１Ｌ、２０１Ｒが設定されても良い。

【0036】

そして、探索範囲２０１Ｌ、２０１Ｒにおいて、所定の条件を満たす点群がレール候補として抽出される。具体的には、例えば図７に示すように、所定数以上密集する点群が１つのレール候補として抽出される。このとき、左右方向に一定以上の間隔が空いている点群は別のレール候補として抽出される。ここでは、探索範囲２０１Ｌからレール候補２０２Ｌ、２０３Ｌが抽出され、探索範囲２０１Ｒからレール候補２０２Ｒ、２０３Ｒが抽出されたものとする。

【0037】

レール候補が抽出されると、それぞれのレール候補について、レール１０を示す点群であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。すなわち、各レール候補がレール上面１０ａ及びレール側面１０ｂに対応する点群を有するＬ字状の点群であるか否かが判定される。具体的には、レール候補を構成する点群のうち、最も高い位置にある点と、車体３０の中心に最も近い位置にある点とを基準点として所定の範囲が設定され、範囲内の点の数によってレール１０を示す点群であるか否かが判定される。

【0038】

例えば図８（ａ）に示すように、最も高い位置にある点と、車体３０の中心に最も近い位置にある点とから基準点Ｏ_Sが決定され、幅がレール幅１４の２倍かつ高さがレーザ５０の計測誤差の２倍の範囲２１１が設定される。そして、この範囲２１１内の点の数が所定数以上である場合に、レール候補がレール上面１０ａに対応する点群を有すると判定される。

【0039】

同様に、例えば図８（ｂ）に示すように、最も高い位置にある点と、車体３０の中心に最も近い位置にある点とから基準点Ｏ_Sが決定され、幅がレーザ５０の計測誤差の２倍かつ高さがレール高さの２倍の範囲２１２が設定される。そして、この範囲２１２内の点の数が所定数以上である場合に、レール候補がレール側面１０ｂに対応する点群を有すると判定される。

【0040】

このような判定によって、レール候補がレール上面１０ａ及びレール側面１０ｂに対応する点群を有する場合に、このレール候補はレール１０を示す点群であると判定される。そして、レール１０を示す点群であると判定されたレール候補から、レール１０の位置が特定される。すなわち、例えば図９に示すように、レール上面１０ａに対応する点群（上面データ）の高さ平均と、レール側面１０ｂに対応する点群（側面データ）のｘ軸方向の偏位平均とから、レール上面１０ａの中心に対応するレール位置２１３が特定される。レール位置２１３は、レール上面１０ａの中心に対応するため、側面データの偏位平均からレール幅１４の１／２だけ基準点Ｏ_Sから離れた位置にある。

【0041】

これにより、レール１０を示す点群であると判定されたレール候補については、それぞれレール位置が特定される。そして、これらのレール候補について、互いのレール位置の間の距離が算出されることにより、レール１０を示す点群であるとの判定が妥当であるか否かが評価される（ステップＳ１０５）。具体的には、例えば図１０に示すように、レール候補２０２Ｌ、２０３Ｌが左レール１０Ｌを示す点群であると判定され、レール候補２０３Ｒが右レール１０Ｒを示す点群であると判定された場合、レール候補２０２Ｌ及びレール候補２０３Ｒの間の距離２２１と、レール候補２０３Ｌ及びレール候補２０３Ｒの間の距離２２２とが算出される。そして、算出された距離２２１、２２２がそれぞれ軌間幅１２及びレール幅１４の和と比較され、軌間幅１２及びレール幅１４の和に近い距離のレール候補の組み合わせが左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒに対応すると評価される。なお、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒに対応するレール候補の組み合わせが複数ある場合には、探索範囲２０１Ｌ、２０１Ｒの中心に最も近いレール候補の組み合わせが左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒに対応すると評価されても良い。

【0042】

以上のレール面を検出する処理がレール面検出部１３０によってデータラインごとに繰り返され、各データラインの点群データから左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール位置が取得される。各データラインにおいて取得されたレール位置は、データ平滑化部１４０によって平滑化される（ステップＳ１０６）。具体的には、前後の所定数のデータラインにおけるレール位置の移動平均が算出され、移動平均が各データラインのレール位置として記憶される。このとき、レール位置の検出が失敗したデータラインについては、平滑化によってレール位置が補間されるようにしても良い。

【0043】

そして、傾き算出部１５０によって、平滑化された左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール位置が用いられることにより、車体３０の枕木方向の傾きが算出される（ステップＳ１０７）。具体的には、例えば図１１に示すように、車体３０が傾いていることにより、左レール１０Ｌのレール位置Ｃ_Lと右レール１０Ｒのレール位置Ｃ_Rとを結ぶ直線が車体３０に対して角度φだけ傾いているものとして検出されている。そこで、傾き算出部１５０によって、レール位置Ｃ_Lの座標（ｘ_l，ｙ_l）と、レール位置Ｃ_Rの座標（ｘ_r，ｙ_r）とから以下の式（１）のように逆正接が求められることにより、角度φが算出される。
φ＝atan2｛（ｙ_r－ｙ_l）,（ｘ_r－ｘ_l）｝ ・・・（１）

【0044】

車体３０の傾きが算出されると、軌道中心算出部１６０によって、軌道中心位置が算出される（ステップＳ１０８）。軌道中心位置は、左レール１０Ｌのレール位置Ｃ_Lと右レール１０Ｒのレール位置Ｃ_Rとの中点であるため、中心座標（ｘ_c，ｙ_c）は以下の式（２）によって算出される。

【数1】

【0045】

そして、動揺補正部１８０によって、車体３０の傾き及び軌道中心位置の中心座標が用いられて、車体３０の動揺の影響を補正する変換式が導出される。具体的には、車体３０の傾きが軌道中心位置を回転中心として発生していると仮定すると、中心座標（ｘ_c，ｙ_c）を原点Ｏ’とするｘ’ｙ’座標上の点（ｘ’，ｙ’）と、車体３０の姿勢を基準とするｘｙ座標上の点（ｘ，ｙ）とは、以下の式（３）の関係を有する。

【数2】

【0046】

式（３）から、車体３０の姿勢を基準とする点（ｘ，ｙ）は、以下の式（４）によって車体３０の姿勢に依らない絶対座標系であるｘ’ｙ’座標上の点（ｘ’，ｙ’）に補正することができる。

【数3】

【0047】

この式（４）により、車体３０の姿勢を基準とする相対座標を車体３０の姿勢に依らない絶対座標に変換することができるため、車体３０の動揺の影響を補正することができる。そこで、動揺補正部１８０によって、架線位置計測部１７０によって計測された架線設備２０の位置の車体３０の動揺による影響が補正される（ステップＳ１０９）。すなわち、計測された架線設備２０の座標が式（４）によって補正される。例えば、あるデータラインに対応するタイミングで計測された架線設備２０の座標（ｄ，ｈ）は、以下の式（５）のように、軌道中心位置を基準とする座標（ｄ’，ｈ’）に補正される。

【数4】

【0048】

また、軌道中心位置を基準とするのではなく、レーザ５０の高さを基準とする補正をする場合には、補正座標（Ｄ，Ｈ）は、既知であるレーザ５０の高さｙ₀を用いて、以下の式（６）のようになる。

【数5】

【0049】

以上のように、本実施の形態によれば、車体に取り付けられたレーザによってレール位置を検出し、左レールと右レールのレール位置に基づいて、車体の姿勢を基準とする座標を軌道中心位置を基準とする座標に変換する変換式を導出する。そして、車体を基準として計測された架線設備の位置を変換式を用いて補正する。このため、車体の動揺による誤差を補正して、高精度に架線設備の検測を行うことができる。

【0050】

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２に係る車両動揺補正装置の構成を示す模式図である。図１２において、図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１２は、車両を正面から見た正面図であり、車両動揺補正装置は、レールを有する軌道上を走行する車両に取り付けられている。

【0051】

図１２に示すように、実施の形態２に係る車両動揺補正装置は、実施の形態１に係る車両動揺補正装置のレーザ５０に代えてレーザ５０Ｌ及びレーザ５０Ｒを有する。レーザ５０Ｌは、車体３０の下面左方に取り付けられ、左レール１０Ｌを含む照射範囲（図中破線）にレーザ光を照射可能になっている。一方、レーザ５０Ｒは、車体３０の下面右方に取り付けられ、右レール１０Ｒを含む照射範囲（図中破線）にレーザ光を照射可能になっている。また、レーザ５０Ｌ、５０Ｒは、それぞれ照射するレーザ光の反射光を検知するセンサを備えており、照射範囲にある物体までの距離を計測可能になっている。

【0052】

このように、２つのレーザ５０Ｌ、５０Ｒが左右に設けられることにより、それぞれのレーザ５０Ｌ、５０Ｒの照射範囲が狭くても、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒまでの距離を計測することができる。

【0053】

これらのレーザ５０Ｌ、５０Ｒによって得られる物体までの距離のデータから、例えば図１３に示す点群データ５５Ｌ及び点群データ５５Ｒが得られる。すなわち、レーザ５０Ｌによって取得されるデータから左レール１０Ｌに対応する点群を含む点群データ５５Ｌが取得され、レーザ５０Ｒによって取得されるデータから右レール１０Ｒに対応する点群を含む点群データ５５Ｒが取得される。

【0054】

図１４は、実施の形態２に係る情報処理装置１００の構成を示すブロック図である。図１４において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１４に示す情報処理装置１００は、図２に示す情報処理装置１００にレーザ位置補正部３１０を追加した構成を採る。

【0055】

レーザ位置補正部３１０は、レーザ５０Ｌとレーザ５０Ｒとの位置のキャリブレーションを実行する。すなわち、レーザ５０Ｌ、５０Ｒは、それぞれの設置位置を原点として物体までの距離を計測するため、レーザ位置補正部３１０は、レーザ５０Ｌ、５０Ｒそれぞれによって取得されるデータを共通の座標上のデータに変換するための補正係数を算出する。そして、レーザ位置補正部３１０は、算出した補正係数をレーザ５０Ｌ、５０Ｒに設定し、レーザ５０Ｌ、５０Ｒから共通の座標上のデータが取得されるようにする。レーザ位置補正部３１０は、例えばレーザ５０Ｌ、５０Ｒそれぞれの設置位置の中点を原点とする座標を共通の座標として用いる。

【0056】

次いで、上記のように構成された車両動揺補正装置による車両動揺補正方法について、図１５に示すフロー図を参照しながら説明する。図１５において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

【0057】

本実施の形態においては、レーザ５０Ｌ、５０Ｒによる計測に先立って、レーザ位置補正部３１０によりレーザ５０Ｌ、５０Ｒの位置のキャリブレーションが実行される（ステップＳ２０１）。すなわち、レーザ５０Ｌ、５０Ｒが取得するデータを共通の座標上のデータに変換する補正係数が算出され、レーザ５０Ｌ、５０Ｒに設定される。これにより、レーザ５０Ｌ、５０Ｒは、共通の座標上における物体までの距離のデータを取得することになる。

【0058】

そして、車両が軌道上を走行しながら、レーザ５０Ｌ、５０Ｒによって車体３０の下方の計測が実行される（ステップＳ２０２）。すなわち、レーザ５０Ｌ、５０Ｒそれぞれから車体３０の下方へレーザ光が照射され、物体からの反射光が検知されることにより、レーザ光の光源から物体までの距離のデータがデータラインごとに取得される。ここでは、レーザ５０Ｌによって左レール１０Ｌまでの距離のデータが得られ、レーザ５０Ｒによって右レール１０Ｒまでの距離のデータが得られる。そして、点群データ変換部１２０によって、物体までの距離のデータが共通の座標のｘ軸上に並べられて、点群データが生成される。

【0059】

一方、車両が軌道上を走行中は、レーザ５０Ｌ、５０Ｒによる計測と同時に、カメラ６０によって車体３０の上方が撮影され、得られた画像がデータ保存部１１０に保存される。そして、架線位置計測部１７０によって、画像の画像処理が実行されることにより、架線設備２０の位置が計測される（ステップＳ１０２）。

【0060】

点群データ及び架線設備２０の座標が求められると、データラインごとに点群データからレール面を検出する処理が繰り返される。すなわち、レール面検出部１３０によって、点群データからレール１０に対応する点群であるレール候補が抽出され（ステップＳ１０３）、それぞれのレール候補について、レール１０を示す点群であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。そして、レール１０を示す点群であると判定されたレール候補について、互いのレール位置の間の距離が算出されることにより、レール１０を示す点群であるとの判定が妥当であるか否かが評価される（ステップＳ１０５）。

【0061】

各データラインの点群データから左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール位置が取得されると、データ平滑化部１４０によって、レール位置の平滑化が実行される（ステップＳ１０６）。そして、傾き算出部１５０によって、平滑化された左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール位置が用いられることにより、車体３０の枕木方向の傾きが算出される（ステップＳ１０７）。

【0062】

車体３０の傾きが算出されると、軌道中心算出部１６０によって、軌道中心位置が算出される（ステップＳ１０８）。そして、動揺補正部１８０によって、車体３０の傾き及び軌道中心位置の中心座標が用いられて、車体３０の動揺の影響を補正する上式（４）が導出され、架線位置計測部１７０によって計測された架線設備２０の位置の車体３０の動揺による影響が補正される（ステップＳ１０９）。

【0063】

以上のように、本実施の形態によれば、設置位置のキャリブレーションが実行された２つのレーザによってレール位置を検出し、左レールと右レールのレール位置に基づいて、車体の姿勢を基準とする座標を軌道中心位置を基準とする座標に変換する変換式を導出する。そして、車体を基準として計測された架線設備の位置を変換式を用いて補正する。このため、車体の動揺による誤差を補正して、高精度に架線設備の検測を行うことができる。

【0064】

（実施の形態３）
図１６は、実施の形態３に係る車両動揺補正装置の構成を示す模式図である。図１６において、図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１６は、車両を側面から見た側面図であり、車両動揺補正装置は、レールを有する軌道上を走行する車両に取り付けられている。

【0065】

図１６に示すように、実施の形態３に係る車両動揺補正装置は、実施の形態１に係る車両動揺補正装置のレーザ５０に代えてレーザ５０Ａ及びレーザ５０Ｂを有する。レーザ５０Ａは、車体３０の下面前方に取り付けられ、レーザ５０と同様に左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒを含む照射範囲にレーザ光を照射可能になっている。一方、レーザ５０Ｂは、レーザ５０Ａよりも後方に取り付けられ、レーザ５０と同様に左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒを含む照射範囲にレーザ光を照射可能になっている。また、レーザ５０Ａ、５０Ｂは、それぞれ照射するレーザ光の反射光を検知するセンサを備えており、照射範囲にある物体までの距離を計測可能になっている。

【0066】

このように、２つのレーザ５０Ａ、５０Ｂが前後に設けられることにより、前方のレーザ５０Ａによって計測された位置が、後方のレーザ５０Ｂによっても計測されることになる。このため、後方のレーザＢによって取得されたデータからレールを検出する際には、前方のレーザＡによって取得されたデータに基づく検出結果を利用して、処理速度を向上することができる。また、前後のレーザ５０Ａ、５０Ｂによって取得されたデータから特定されるレール位置に基づいて、レールの延長方向に対して平行な車体３０の傾きを算出することができる。

【0067】

図１７は、実施の形態３に係る情報処理装置１００の構成を示すブロック図である。図１７において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１７に示す情報処理装置１００は、図２に示す情報処理装置１００の傾き算出部１５０及び動揺補正部１８０に代えて、枕木方向傾き算出部４１０、レール方向傾き算出部４２０及び動揺補正部４３０を有する構成を採る。

【0068】

枕木方向傾き算出部４１０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標に基づいて、レールの延長方向に対して垂直な枕木方向における車体３０の傾きを算出する。すなわち、枕木方向傾き算出部４１０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標が車体３０の左右方向及び高さ方向を軸とした座標系における座標であることを利用して、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒと垂直に交わる枕木に対する車体３０の傾きを算出する。なお、枕木方向傾き算出部４１０は、レーザ５０Ａによって取得されたデータに基づく傾きと、レーザ５０Ｂによって取得されたデータに基づく傾きとの平均値を車体３０の傾きとしても良い。

【0069】

レール方向傾き算出部４２０は、レーザ５０Ａ、５０Ｂそれぞれのデータに基づくレール上面の中心座標に基づいて、レールの延長方向における車体３０の傾きを算出する。すなわち、レール方向傾き算出部４２０は、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール上面の中心座標が車体３０の前後方向及び高さ方向を軸とした座標系における座標であることを利用して、左レール１０Ｌ又は右レール１０Ｒに対する車体３０の傾きを算出する。例えば、レール方向傾き算出部４２０は、レーザ５０Ａのデータに基づく左レール１０Ｌの高さと、レーザ５０Ｂのデータに基づく左レール１０Ｌの高さとの差分から、左レール１０Ｌに対する車体３０の傾きを算出する。

【0070】

動揺補正部４３０は、車体３０の枕木方向の傾き、レール方向の傾き及び軌道中心の座標を用いて、車体３０を基準とした座標系の座標を、左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒが配置される平面を基準とした座標系の座標に変換する変換式を導出する。すなわち、動揺補正部４３０は、車体３０の姿勢を基準とした相対座標系の座標を車体３０の姿勢に依らない絶対座標系の座標に変換する変換式を導出する。そして、動揺補正部４３０は、相対座標系によって計測された架線設備２０の座標を絶対座標系の座標に補正する。つまり、動揺補正部４３０は、架線位置計測部１７０によって計測される架線設備２０の位置について、車体３０の動揺の影響による誤差を補正する。

【0071】

次いで、上記のように構成された車両動揺補正装置による車両動揺補正方法について、図１８に示すフロー図を参照しながら説明する。図１８において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

【0072】

まず、車両が軌道上を走行しながら、レーザ５０Ａ、５０Ｂによって車体３０の下方の計測が実行される（ステップＳ３０１）。レーザ５０Ａ、５０Ｂは車体３０の前後に取り付けられているため、車両が走行しながら計測することにより、前方のレーザ５０Ａによって計測された位置が後方のレーザ５０Ｂによっても計測される。そして、点群データ変換部１２０によって、レーザ５０Ａ、５０Ｂそれぞれによって取得されるデータが共通の座標のｘ軸上に並べられて、点群データが生成される。

【0073】

一方、車両が軌道上を走行中は、レーザ５０Ａ、５０Ｂによる計測と同時に、カメラ６０によって車体３０の上方が撮影され、得られた画像がデータ保存部１１０に保存される。そして、架線位置計測部１７０によって、画像の画像処理が実行されることにより、架線設備２０の位置が計測される（ステップＳ１０２）。

【0074】

点群データ及び架線設備２０の座標が求められると、データラインごとに点群データからレール面を検出する処理が繰り返される。すなわち、レール面検出部１３０によって、点群データからレール１０に対応する点群であるレール候補が抽出され（ステップＳ１０３）、それぞれのレール候補について、レール１０を示す点群であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。そして、レール１０を示す点群であると判定されたレール候補について、互いのレール位置の間の距離が算出されることにより、レール１０を示す点群であるとの判定が妥当であるか否かが評価される（ステップＳ１０５）。

【0075】

なお、レール面の検出は、レーザ５０Ａ、５０Ｂそれぞれによって取得されたデータに基づいて別々に実行される。したがって、例えばレーザ５０Ａのデータに基づいてレール面が検出された後、レーザ５０Ｂのデータに基づいてレール面が検出される場合には、レーザ５０Ａのデータに基づく検出結果を用いて、レーザ５０Ｂのデータに基づくレール面の検出が実行されるようにしても良い。例えば、点群データからレール候補を抽出するために設定される探索範囲は、レーザ５０Ａのデータに基づくレール面の検出結果に基づいて設定されるようにしても良い。こうすることにより、レーザＢのデータに基づくレール面の検出処理を迅速かつ高精度に実行することが可能となる。

【0076】

各データラインの点群データから左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール位置が取得されると、データ平滑化部１４０によって、レール位置の平滑化が実行される（ステップＳ１０６）。そして、枕木方向傾き算出部４１０によって、平滑化された左レール１０Ｌ及び右レール１０Ｒのレール位置が用いられることにより、車体３０の枕木方向の傾きが算出される（ステップＳ３０２）。すなわち、枕木方向傾き算出部４１０によって、レール位置Ｃ_Lの座標（ｘ_l，ｙ_l）と、レール位置Ｃ_Rの座標（ｘ_r，ｙ_r）とから上式（１）のように逆正接が求められることにより、角度φが算出される。

【0077】

車体３０の枕木方向の傾きが算出されると、軌道中心算出部１６０によって、軌道中心位置が算出される（ステップＳ１０８）。また、レール方向傾き算出部４２０によって、レーザ５０Ａのデータに基づくレール位置及びレーザ５０Ｂのデータに基づくレール位置が用いられることにより、車体３０のレール方向の傾きが算出される（ステップＳ３０３）。すなわち、左レール１０Ｌ又は右レール１０Ｒに関して前後のレーザ５０Ａ、５０Ｂが検出したレール位置に基づいて、車体３０の前後方向の傾きが算出される。

【0078】

そして、動揺補正部４３０によって、車体３０の枕木方向の傾き及び軌道中心位置の中心座標が用いられて、車体３０の枕木方向の動揺の影響を補正する上式（４）が導出される。また、動揺補正部４３０によって、車体３０のレール方向の傾き及びレーザ５０Ａ、５０Ｂの設置位置座標が用いられて、車体３０のレール方向の動揺の影響を補正する式が導出される。そして、動揺補正部４３０によって、導出された式が用いられることにより、架線位置計測部１７０によって計測された架線設備２０の位置の車体３０の動揺による影響が補正される（ステップＳ３０４）。

【0079】

以上のように、本実施の形態によれば、車体の前後に設置された２つのレーザによってレール位置を検出し、左レールと右レールのレール位置に基づいて、車体の姿勢を基準とする座標をレールが配置される平面を基準とする座標に変換する変換式を導出する。そして、車体を基準として計測された架線設備の位置を変換式を用いて補正する。このため、車体の動揺による誤差を補正して、高精度に架線設備の検測を行うことができる。

【0080】

なお、上記実施の形態１～３においては、カメラ６０によって撮影される画像の画像処理によって架線設備２０の位置を計測するものとしたが、架線設備２０の位置の計測方法はこれに限定されない。例えば車体３０の上面にレーザを取り付け、このレーザによって車体３０の上方の架線設備２０を検出し、架線設備２０の位置を計測しても良い。このように計測された架線設備２０の位置についても、上記実施の形態１～３による車両動揺補正方法によって車体の動揺による誤差を補正することができる。

【0081】

上記実施の形態１～３に係る情報処理装置１００は、プロセッサ及びメモリを用いて構成することができる。図１９は、実施の形態１～３に係る情報処理装置１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１９に示すように、情報処理装置１００は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、入出力部１０３及びストレージ１０４を有する。

【0082】

プロセッサ１０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを有し、情報処理装置１００の全体を統括制御するとともに、各種の演算処理を実行する。

【0083】

メモリ１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを有し、プロセッサ１０１が実行する演算処理に用いられる情報を記憶する。

【0084】

入出力部１０３は、ユーザが情報を入力したり、ユーザへ情報を出力したりするインタフェースである。入出力部１０３は、例えばキーボード、ディスプレイ、タッチパネル、マイク又はスピーカーなどを備えていても良い。

【0085】

ストレージ１０４は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）などを有し、各種のデータを保存する。

【0086】

また、上記各実施の形態において説明した情報処理装置１００による処理を、コンピュータが実行可能なプログラムとして記述することも可能である。この場合、このプログラムをコンピュータが読み取り可能かつ非一時的（non-transitory）な記録媒体に格納し、コンピュータに導入することも可能である。このような記録媒体としては、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、ＵＳＢメモリなどの可搬型記録媒体、及び例えばフラッシュメモリなどの半導体メモリが挙げられる。

【符号の説明】

【0087】

１０ レール
１０Ｌ 左レール
１０Ｒ 右レール
２０ 架線設備
３０ 車体
５０、５０Ｌ、５０Ｒ、５０Ａ、５０Ｂ レーザ
１００ 情報処理装置
１０１ プロセッサ
１０２ メモリ
１０３ 入出力部
１０４ ストレージ
１１０ データ保存部
１２０ 点群データ変換部
１３０ レール面検出部
１４０ データ平滑化部
１５０ 傾き算出部
１６０ 軌道中心算出部
１７０ 架線位置計測部
１８０、４３０ 動揺補正部
３１０ レーザ位置補正部
４１０ 枕木方向傾き算出部
４２０ レール方向傾き算出部

【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】

【図18】

【図19】