JP4640653B2

JP4640653B2 - 鉄道車両用融雪装置、及び鉄道車両の融雪方法

Info

Publication number: JP4640653B2
Application number: JP2006247667A
Authority: JP
Inventors: 郁生杉山; 哲憲矢野
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: JP2008068686A

Description

本発明は、鉄道車両用融雪装置及び鉄道車両の融雪方法に係り、雪氷が付着した鉄道車両に対して温水を噴射して車両下部または側面の融雪を行う鉄道車両用融雪装置、及び融雪方法に関する。

北海道に代表される豪雪地では冬季、鉄道車両の車輪周りに付着した雪や氷（以下、雪氷という）が、ブレーキ故障や雪氷の落下に起因する切り替えポイントの故障、及び剥離した雪氷の巻上げ衝突による車両破損等のトラブルを生じさせることがある。このため、鉄道車両の定期検査時には車両に付着した雪氷を除去する必要がある。この雪氷の除去作業は従来は、作業員の目視判断に基づき、融雪工具を用いた手作業で行われてきた。しかし、労働環境や作業性の向上、作業員の労力の低減等を目的として、上記のような融雪作業は、自動化への移行が推進されてきており、種々の自動融雪装置が提案されてきている。

例えば特許文献１に開示されている融雪装置がそれである。特許文献１に開示されている融雪装置は、鉄道車両に平行に敷設されたレール上を走行可能な台車に融雪用の温水を噴出可能なノズルを備えたものである。この融雪装置には、放射式温度計が備えられており、融雪対象とする車体の温度を検出した上で融雪の必要性を判断して融雪作業を実行することができる。また、特許文献１に開示されている融雪装置には、融雪対象とする各種鉄道車両のデータが格納されており、当該データと実際の鉄道車両における距離データとの誤差を補正し、補正値に基づいて車両形態を認識して融雪作業を実施することも可能としている。
特許第２９７２４７８号公報

上記特許文献１に開示されているような融雪装置によれば、確かに鉄道車両の融雪作業を自動化することが可能となると考えられる。しかし、特許文献１に開示されている融雪装置は、鉄道車両の温度や、車両形態のみを基準として融雪の必要性を判断しているため、実際には雪氷が付着していないようなところに対しても温水を噴射するといった事態を招くことがあり、作業効率が良いとは言いがたい。
そこで本発明では、上記のような融雪作業の無駄を解消し、効率的で経済的な融雪作業を行うことができる鉄道車両用融雪装置、及び融雪方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る鉄道車両用融雪装置は、雪氷の付着した鉄道車両の温度状態を検出する検温手段と、融雪用温水噴射手段と、軌道上を移動可能に構成された台車とを有する鉄道車両用融雪装置であって、鉄道車両に対する雪氷の付着状態を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像を複数のエリアに分割し、各エリア毎に白色部分の占める割合を算出して、当該白色部分の占める割合が大きい順に第１の順位付けを行い、前記検温手段により検出された温度状態を前記撮像手段により撮像した画像を分割した各エリア毎に解析して温度の低い順に第２の順位付けを行い、前記第１の順位付けによる結果が同位となるエリアが存在する場合に前記第２の順位付けによる結果を反映させた第３の順位付けを行い、前記第３の順位付けの結果が同位となるエリアが存在する場合には撮像画像の上部に位置するエリアを優先させて順位付けを行う第４の順位付けを行う演算手段と、を備え、前記演算手段により最上位に順位付けされたエリアに融雪用温水を吹き付ける構成としたことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する鉄道車両用融雪装置では、前記撮像手段は、白色および黒色の２値データにより構成される画像を撮像する構成とすることが望ましい。

また、上記のような特徴を有する鉄道車両用融雪装置では、前記演算手段により最も上位に順位付けされたエリアに融雪用温水を吹き付けた後、前記最も上位に順位付けされたエリアと同じ水平位置に位置するエリアの中から上位に位置付けられたエリアを選択して融雪用温水を吹き付ける構成とすると良い。

また、上記のような特徴を有する鉄道車両用融雪装置では、前記演算手段により最も上位に順位付けされたエリアに対して融雪用温水を一定時間吹き付けた後、前記演算手段によるエリアの順位付けを行う行為を繰返し実行する構成としても良い。
さらに、上記特徴を有する鉄道車両用融雪装置において、前記融雪用温水噴射手段は、少なくとも２自由度を有する構成とすると良い。

また、上記目的を達成するための本発明に係る鉄道車両の融雪方法は、雪氷の付着した鉄道車両の温度状態を検出する検温手段と、融雪用温水噴射手段と、軌道上を移動可能に構成された台車と、鉄道車両に対する雪氷の付着状態を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像に基づいて融雪用温水を吹き付ける箇所の優先順位を算出する演算手段とを有する鉄道車両用融雪装置を用いて融雪を行う方法であって、前記撮像手段により雪氷の付着した鉄道車両を撮像し、前記検温手段により雪氷の付着した鉄道車両の温度状態を検出し、前記演算手段により、前記撮像手段により撮像された画像を複数のエリアに分割し、各エリア毎に白色部分の占める割合を算出して、当該白色部分の占める割合が大きい順に第１の順位付けを行い、前記検温手段により検出された温度状態を前記撮像手段により撮像した画像を分割した各エリア毎に解析して温度の低い順に第２の順位付けを行い、前記第１の順位付けによる結果が同位となるエリアが存在する場合に前記第２の順位付けによる結果を反映させた第３の順位付けを行い、前記第３の順位付けの結果が同位となるエリアが存在する場合には撮像画像の上部に位置するエリアを優先させて順位付けを行う第４の順位付けを行い、前記演算手段により最上位に順位付けされたエリアに融雪用温水を吹き付け、前記融雪用温水を該当エリアに一定時間吹き付けた後、前記演算手段により最も上位に順位付けされたエリアと同じ水平位置に位置するエリアの中から上位に位置付けられたエリアを選択して融雪用温水を吹き付け、または前記演算手段によるエリアの順位付けを繰返し実行して融雪用温水の吹きつけを行うことを特徴とする。

上記のような特徴を有する鉄道車両用融雪装置、および鉄道車両の融雪方法によれば、融雪用温水等の無駄を解消し、効率的で経済的な融雪作業を行うことができる。また、撮像手段を白色および黒色の２値データにより構成される画像を撮像する構成とすることによれば、光量の少ない屋内であっても、鮮明な画像を取得することが可能となる。また、演算手段により最も上位に順位付けされたエリアに対して融雪用温水を吹き付けた後、当該エリアと同じ水平位置に存在するエリアの中から上位に位置付けされたエリアを選択して融雪用温水を吹き付ける構成とすることにより、効率的で迅速な融雪作業を行うことが可能となる。これに対し、演算手段による順位付けで最も上位に位置付けられたエリアに対して一定時間融雪用温水を吹きつけた後、再度演算手段による順位付けを実施して融雪作業を繰り返す構成とすることによれば、融雪用温水の無駄を極端に減らすことができ、融雪作業を行うコストを低減することが可能となる。さらに、融雪用温水噴射手段の自由度を２自由度以上とすることにより、融雪用温水を鉄道用車両の高さ方向と長手方向との両方向へ吹き付けることが可能となる。

以下、本発明の鉄道車両用融雪装置、および鉄道車両の融雪方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る鉄道車両用融雪装置について説明する。なお、図１において、図１（Ａ）は融雪装置の正面構成を示す図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）を右側面からみた場合の構成を示す図である。

本実施形態に係る融雪装置１０は、融雪用温水を噴出する噴射ノズル２２を有するヘッダ２０と、前記ヘッダ２０を搭載して軌道上を移動可能に構成された台車４０、および前記ヘッダ２０と前記台車４０とを接続する昇降部３０とを基本とする。

前記ヘッダ２０には、上述した噴射ノズル２２の他、融雪対象とする鉄道車両１００（図２参照）に対する雪氷の付着状態を撮像するための撮像手段（例えばＣＣＤカメラ）２４と、融雪対象とする鉄道車両１００の温度状態を検出するための検温手段（例えばサーモグラフィカメラ）２６とが備えられている。ここで、本実施形態のヘッダ２０に備えられる撮像手段２４は、白色および黒色の２値データにより構成されるいわゆるモノクロ画像を撮像するものとしている。モノクロ画像による撮像は、カラー画像による撮像に比べて撮像に必要とする光量が少なくて済むため、屋内での撮像等であっても鮮明な画像を得ることが可能となるのである。また、ヘッダ２０は、後述する昇降部３０に対して係合部２８を基準として矢印Ａの方向に回動（傾倒）可能に接合されている。

前記台車４０には少なくとも、融雪用温水を加圧搬送するためのポンプ４２、前記撮像手段２４並びに検温手段２６により取得した画像の画像処理および融雪作業開始位置の選定を行う演算手段４４、台車４０を移動させるための駆動源４６、および融雪装置１０に融雪用温水および電力の供給等を行うためのケーブル・ホース５０とが備えられている。前記ポンプ４２は、前記ケーブル・ホース５０から供給された融雪用温水を加圧して上述したヘッダ２０に備えられた噴射ノズル２２へと送り出すための機構である。また、前記演算手段４４は、前記撮像手段２４や前記検温手段２６により取得した画像データに基づいて融雪を行う箇所の選定を行ったり、台車４０を移動させるための駆動信号を前記駆動源４６に送信したりする。また、前記駆動源４６には前記駆動信号に基づいて駆動させる車輪４８が連係されており、駆動源４６が前記駆動信号を受けることにより当該車輪４８を駆動させることで、台車４０を移動させることが可能となる。前記ケーブル・ホース５０は、前記ポンプ４２に対する融雪用温水の供給、前記演算手段４４に対する電力の供給の他、前記演算手段４４に対する各種指令信号の送信、および演算手段４４による演算結果データの返信といった各種信号の送受信をも担う。よって、ケーブル・ホース５０の他端側には、図示しないモニタや、コントロール手段等が備えられることとなる。なお、融雪用温水の温度は、図示しない蒸気・温水ホースから供給される蒸気または温水と、水ホースから供給される水を混ぜ合わせる割合により決定されるもので良い。このような融雪用温水の供給システムは既知の技術のため、詳細な説明は省略することとする。

前記昇降部３０は、例えばテレスコピック構造のように、伸縮自在（矢印Ｃ方向への伸縮）に構成されており、かつ長手方向と直交する方向への回転（矢印Ｂ方向の回転）を自在な構成とされている。具体的には本実施形態の場合、昇降部３０は、口径の異なる複数の円筒をつなぎ合わせて構成されており、図示しないギアボックス等を介して長手方向と直交する方向への回転を可能としている。このような構成の昇降部３０の内部には、前記台車４０に備え付けられたポンプ４２や演算手段４４から、前記ヘッダ２０に備え付けられた噴射ノズル２２や撮像手段２４および検温手段２６へと接続された配管５２や配線５４が通されており、融雪用温水や各種電気信号の授受が可能な構成とされている。

上記のような構成の融雪装置１０を用いて鉄道車両の融雪を行う場合、融雪対象とされる鉄道車両１００は、図２に示すように、高所位置に配備されたレール１０２上へと導かれる。そして、前述した融雪装置１０は、鉄道車両１００の側方に設けられた低所作業領域に配置され、前記鉄道車両１００の長手方向（図中奥行き方向）に沿って移動しながら融雪作業を行うこととなる。以下、本実施形態に係る融雪装置１０による融雪作業について詳細に説明する。

本実施形態に係る融雪装置１０による融雪作業の進め方は多岐に亙ることとなるが、以下に、代表的な２つの例を示すこととする。なお、一番初めの融雪作業開始位置の選定から融雪用温水の吹きかけまでの流れは、第１の実施例、第２の実施例共に同一であるため、それらの工程については共通項として説明をまとめることとする。

まず、融雪対象となる鉄道車両（主に鉄道車両の台車部分）１００を撮像手段２４により撮像し、図３に示すようなモノクロ画像（図３においては、白色部分を白抜きで、黒色部分をハッチングで示すこととする）を取得する。次に、演算手段４４が撮像手段２４により取得した画像を取り込み、当該画像を図４に示すように複数のエリア（本実施例では縦Ａ〜Ｄ、横ａ〜ｄの１６エリア）へと分割する。複数のエリアに分割された画像は、各エリアに含まれる白色部分の割合が算出され、白色部分の多いエリア順に順位付けされる（第１の順位付け：図７参照）。

撮像手段２４による鉄道車両１００の撮像後、または撮像と同時に、検温手段２６により、撮像領域と同じ範囲における鉄道車両１００の温度状態の検温を実施する。温度状態は、温度領域毎に異なる色彩（図５では温度が高い程白に近く、温度が低い程黒に近いようにハッチングで示す）で示される画像として取得することができる。検温手段２６により取得した温度状態を示す画像も、演算手段４４に取り込まれ、図６に示すように、撮像手段２４により取得した画像と同様に複数のエリアに分割され、各エリア毎の平均温度が算出され、平均温度の低い順に分割エリアの順位付けが実行される（第２の順位付け：図８参照）。

演算手段４４は、第１の順位付けの結果、図７に示すように、同位となるエリアが存在する場合には、図８に示す第２の順位付けの結果を反映させて、温度の低い方のエリアを高位に位置付ける順位付けを行う（第３の順位付け：図９参照）。

さらに、図９に示すように第３の順位付けの結果が同位となるエリアが存在する場合には、撮像手段により取得した画像の上側に位置するエリアを高位に位置付ける順位付けを行う（第４の順位付け：図１０参照）。この第４の順位付けは、融雪対象とする面が、鉄道車両の側面のような立面であるために有効な順位付けであるといえる。
上記のような順位付けを行った後、演算手段は、最上位となったエリアを融雪作業開始位置と定める（図１０の場合エリアＣ−ｂ）。

融雪作業開始位置が決定されると、演算手段４４はヘッダ２０の位置決めを行う図示しないヘッダ制御部に対して信号を送り、噴射ノズル２２による融雪用温水噴射方向をエリアＣ−ｂに定める。その後、ポンプ４２に対して駆動信号を送信し、噴射ノズル２２から融雪用温水を噴出させ、融雪対象とする鉄道車両１００に融雪用温水を吹き付ける。

融雪用温水をエリアＣ−ｂに吹き付けると、熱伝導や蒸気の影響により、エリアＣ−ｂの周囲に位置するエリアの温度が上昇すると共に、エリアＣ−ｂの下方に位置するエリアに対しては融雪後の水が流れ落ちることとなる。このため、エリアＣ−ｂに対して融雪用温水を吹き付けることにより、その周辺エリア、および下方エリアに付着した雪氷をも溶解・剥離されることとなり、図１１に示すような状態となる。このように、本実施例の融雪方法によれば、１つのエリアに対する融雪用温水の吹き付けを行うことにより、当該エリアよりも広い範囲の融雪を行うことができるのである。

第１の実施例では、融雪作業開始位置に対する融雪用温水の吹き付けを一定時間行った後、順位付けで第２位となったエリアでは無く、エリアＣ−ｂと同じ水平位置に位置するエリアであって、演算手段４４による順位付けが上位に位置するエリアを融雪対象エリアに認定して融雪作業を実行することを特徴とする。すなわち、図１０でエリアを特定すると、順位付けで第５位となったエリアＤ−ｂが融雪対象エリアとなる。演算手段４４による順位付けで高位に位置付けされたエリアであっても、エリアＣ−ｂよりも下方に位置するエリアでは、エリアＣ−ｃのように、エリアＣ−ｂに対する融雪用温水の吹き付けの影響を受けて付着していた雪氷が殆ど除去されてしまっていることがある。このため、融雪作業開始位置と同じ水平位置に位置し、かつ上位に順位付けされたエリアを融雪対象位置に認定することにより、融雪に要する温水の量を少なくすることができると共に、融雪作業を短時間で終了することが可能となる。すなわち、融雪作業を効率的に行うことが可能となるのである。よって、例えば上述したように、エリアＤ−ｂに対して融雪用温水の吹き付けを行った場合、蒸気や熱伝導の影響により周辺エリアに付着した雪氷も溶解・剥離されるため、図１２に示すような状態とすることができる。
このように、融雪作業開始位置から、噴射ノズル２２を水平に移動させて融雪作業を行うことが、第１の実施例の特徴である。

次に、第２の実施例について説明する。第２の実施例は、上述した第１の実施例と異なり、融雪作業開始位置に対する融雪用温水の吹き付けを終了した後に、再び撮像手段２４による鉄道車両の撮像、検温手段２６による検温、および演算手段４４による順位付けを行う。そして、当該順位付けにより第１位となったエリアを融雪対象位置に認定して融雪用温水の吹き付けを行うという作業を繰り返すことを特徴とするのである。このような工程で融雪作業を行うことにより、融雪用温水の吹き付けにより逐次変化する雪氷の付着状態を、その都度把握して融雪作業を進めることが可能となる。よって、融雪用温水の吹き付けに無駄が無くなり、より少ない量の温水で融雪作業を完了させることが可能となるのである。

上述した第１の実施例と第２の実施例とではそれぞれ、次のような利点がある。まず、第１の実施例では、１度の撮像、検温、および順位付けデータを複数回の融雪作業に利用して融雪作業を進めていくため、融雪作業を迅速に進めることが可能となるのである。これに対して第２の実施例では、融雪用温水の吹き付けを行う度に撮像、検温、および順位付けを行うために第１の実施例に比べて作業速度は低下することとなるが、融雪用温水の吹き付けに無駄が無くなるため、極めて効率的な融雪作業を行うことが可能となるのである。

上述したような各実施例に倣って融雪作業を進めることにより、短時間、少水量で鉄道車両を図１３のような状態とすることができ、融雪作業を完了させることが可能となる。
なお、上記実施例では、いずれも撮像手段２４により取得する画像としては、モノクロ画像を前提として説明したが、撮像手段２４としてカラー画像を取得することが可能なものを採用し、カラー画像を基にしてエリア分割、順位付けを行うようにしても良い。

また、上記実施例では主に画像解析、および分割エリアの順位付けについてのみ説明したが、取得データを利用して、噴射ノズル２２からの融雪用温水の噴射に特徴を持たせるようにしても良い。例えば、検温手段２６により取得したデータを基に、温度の高いエリアに対しては低温および／または少水量の温水を吹き付けるようにし、温度の低いエリアに対しては高温および／または大水量の温水を吹き付けるように設定しても良い。

本発明に係る鉄道車両用融雪装置の概略構成を示す図である。融雪作業時における鉄道車両と融雪装置との位置関係を示す図である。撮像手段により撮像する画像の例を示す図である。撮像手段により取得した画像データを複数エリアに分割する場合の例を示す図である。検温手段により取得した温度状態を示す画像データの例を示す図である。検温手段により取得した画像データを複数エリアに分割する場合の例を示す図である。第１の順位付けの例を示す図である。第２の順位付けの例を示す図である。第３の順位付けの例を示す図である。第４の順位付けの例を示す図である。融雪作業開始位置に対する融雪用温水の吹き付けを終了した後における雪氷の付着状態を示す図である。融雪作業の途中における雪氷の付着状態を示す図である。融雪作業完了後における鉄道車両の状態を示す図である。

符号の説明

１０………融雪装置、２０………ヘッダ、２２………噴射ノズル、２４………撮像手段、２６………検温手段、２８………係合部、３０………昇降部、４０………台車、４２………ポンプ、４４………演算手段、４６………駆動源、４８………車輪、５０………ケーブル・ホース、５２………配管、５４………配線、１００………鉄道車両、１０２………レール。

Claims

雪氷の付着した鉄道車両の温度状態を検出する検温手段と、融雪用温水噴射手段と、軌道上を移動可能に構成された台車とを有する鉄道車両用融雪装置であって、
鉄道車両に対する雪氷の付着状態を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を複数のエリアに分割し、各エリア毎に白色部分の占める割合を算出して、当該白色部分の占める割合が大きい順に第１の順位付けを行い、前記検温手段により検出された温度状態を前記撮像手段により撮像した画像を分割した各エリア毎に解析して温度の低い順に第２の順位付けを行い、前記第１の順位付けによる結果が同位となるエリアが存在する場合に前記第２の順位付けによる結果を反映させた第３の順位付けを行い、前記第３の順位付けの結果が同位となるエリアが存在する場合には撮像画像の上部に位置するエリアを優先させて順位付けを行う第４の順位付けを行う演算手段と、を備え、
前記演算手段により最上位に順位付けされたエリアに融雪用温水を吹き付ける構成としたことを特徴とする鉄道車両用融雪装置。
前記撮像手段は、白色および黒色の２値データにより構成される画像を撮像する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用融雪装置。
前記演算手段により最も上位に順位付けされたエリアに融雪用温水を吹き付けた後、前記最も上位に順位付けされたエリアと同じ水平位置に位置するエリアの中から上位に位置付けられたエリアを選択して融雪用温水を吹き付ける構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用融雪装置。
前記演算手段により最も上位に順位付けされたエリアに対して融雪用温水を一定時間吹き付けた後、前記演算手段によるエリアの順位付けを行う行為を繰返し実行する構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用融雪装置。
前記融雪用温水噴射手段は、少なくとも２自由度を有する構成としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載の鉄道車両用融雪装置。
雪氷の付着した鉄道車両の温度状態を検出する検温手段と、融雪用温水噴射手段と、軌道上を移動可能に構成された台車と、鉄道車両に対する雪氷の付着状態を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像に基づいて融雪用温水を吹き付ける箇所の優先順位を算出する演算手段とを有する鉄道車両用融雪装置を用いて融雪を行う方法であって、
前記撮像手段により雪氷の付着した鉄道車両を撮像し、
前記検温手段により雪氷の付着した鉄道車両の温度状態を検出し、
前記演算手段により、前記撮像手段により撮像された画像を複数のエリアに分割し、各エリア毎に白色部分の占める割合を算出して、当該白色部分の占める割合が大きい順に第１の順位付けを行い、前記検温手段により検出された温度状態を前記撮像手段により撮像した画像を分割した各エリア毎に解析して温度の低い順に第２の順位付けを行い、前記第１の順位付けによる結果が同位となるエリアが存在する場合に前記第２の順位付けによる結果を反映させた第３の順位付けを行い、前記第３の順位付けの結果が同位となるエリアが存在する場合には撮像画像の上部に位置するエリアを優先させて順位付けを行う第４の順位付けを行い、
前記演算手段により最上位に順位付けされたエリアに融雪用温水を吹き付け、
前記融雪用温水を該当エリアに一定時間吹き付けた後、前記演算手段により最も上位に順位付けされたエリアと同じ水平位置に位置するエリアの中から上位に位置付けられたエリアを選択して融雪用温水を吹き付け、または前記演算手段によるエリアの順位付けを繰返し実行して融雪用温水の吹きつけを行うことを特徴とする鉄道車両の融雪方法。