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JP6979898B2 - Condition monitoring device for railroad vehicles - Google Patents
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JP6979898B2 - Condition monitoring device for railroad vehicles - Google Patents

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Description

本発明は、軌道上を走行する鉄道車両の異常の有無を判定する鉄道車両の状態監視装置に関する。特に、本発明は、鉄道車両の異常の有無を簡易に且つ精度良く判定することが可能な鉄道車両の状態監視装置に関する。 The present invention relates to a condition monitoring device for a railway vehicle that determines the presence or absence of an abnormality in a railway vehicle traveling on a track. In particular, the present invention relates to a railroad vehicle condition monitoring device capable of easily and accurately determining the presence or absence of an abnormality in a railroad vehicle.

輸送安全の見地から、軌道や鉄道車両には定期的にメンテナンスが実施されている。しかしながら、鉄道車両の状態を常に把握できているわけではない。また、メンテナンスの際には、異常の有無に関わらずに、各部の点検や部品交換を実施する場合も多く、経済的ではない。 From the standpoint of transportation safety, tracks and railroad vehicles are regularly maintained. However, it is not always possible to grasp the condition of railway vehicles. In addition, it is not economical because maintenance is often carried out by inspecting each part or replacing parts regardless of the presence or absence of abnormalities.

このため、車輪の輪重を測定するための輪重センサを軌道に設け、輪重センサによって測定した輪重で表わされる指標の大小に基づき鉄道車両の異常を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, a method has been proposed in which a wheel load sensor for measuring the wheel load of a wheel is provided on the track, and an abnormality of a railway vehicle is detected based on the magnitude of an index represented by the wheel load measured by the wheel load sensor (). For example, see Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に記載の方法は、指標を所定のしきい値と比較し、その大小に応じて鉄道車両の異常を検出する方法である。この異常を検出するためのしきい値は、鉄道車両の構造、積載条件、走行条件等に応じて適切な値が変わり得る。このため、鉄道車両の異常を精度良く検出するには、これらの各条件毎に多数のしきい値を決定する必要があり、多大なる時間と労力を要する。 However, the method described in Patent Document 1 is a method of comparing an index with a predetermined threshold value and detecting an abnormality of a railway vehicle according to the magnitude of the index. The threshold value for detecting this abnormality may change to an appropriate value depending on the structure of the railroad vehicle, loading conditions, running conditions, and the like. Therefore, in order to accurately detect an abnormality in a railroad vehicle, it is necessary to determine a large number of threshold values for each of these conditions, which requires a great deal of time and effort.

そこで、鉄道車両の異常の有無を判定するためのしきい値の決定に多大な手間を要することなく簡易に判定が可能な鉄道車両状態監視装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献2に記載の装置は、車輪の輪重で表わされる指標を検出する検出装置と、検出した指標が入力され、鉄道車両の異常の有無を出力する分類器を具備する判定装置とを備えている。この分類器は、機械学習によって生成されるが、機械学習の際、正常な鉄道車両についての教師データと、異常な鉄道車両についての教師データとが必要である。
特許文献2に記載の装置によれば、機械学習により分類器を生成するだけで良いため、特許文献1に記載の方法に比べれば、簡易に鉄道車両の異常の有無を判定可能である。
Therefore, a railway vehicle condition monitoring device has been proposed that can easily determine the threshold value for determining the presence or absence of an abnormality in a railway vehicle without requiring a great deal of time and effort (see, for example, Patent Document 2). ..
The device described in Patent Document 2 includes a detection device for detecting an index represented by the wheel load of a wheel, and a determination device provided with a classifier for inputting the detected index and outputting the presence or absence of an abnormality in a railroad vehicle. ing. This classifier is generated by machine learning, but machine learning requires teacher data for normal rolling stock and teacher data for abnormal rolling stock.
According to the apparatus described in Patent Document 2, since it is only necessary to generate a classifier by machine learning, it is possible to easily determine the presence or absence of an abnormality in a railway vehicle as compared with the method described in Patent Document 1.

特許文献2に記載の装置において、機械学習の際に必要となる正常な鉄道車両についての教師データは、容易に用意することが可能である。しかしながら、異常な鉄道車両についての教師データは、異常な鉄道車両を用意すること自体が困難であるため、多数の教師データを用意することが極めて困難である。したがい、分類器の機械学習が不十分となる結果、判定精度が悪くなるという問題がある。
特許文献2には、異常な鉄道車両の教師データを汎用機構解析ソフトを用いた数値シミュレーションによって算出することも提案されているものの、実際の異常な鉄道車両についての教師データではないため、十分な判定精度は得られない。
In the apparatus described in Patent Document 2, teacher data about a normal railroad vehicle required for machine learning can be easily prepared. However, it is extremely difficult to prepare a large number of teacher data for the teacher data about the abnormal railroad vehicle because it is difficult to prepare the abnormal railroad vehicle itself. Therefore, there is a problem that the judgment accuracy is deteriorated as a result of insufficient machine learning of the classifier.
Although Patent Document 2 proposes to calculate the teacher data of an abnormal railroad vehicle by numerical simulation using general-purpose mechanism analysis software, it is sufficient because it is not the teacher data of an actual abnormal railroad vehicle. Judgment accuracy cannot be obtained.

特開2013−120100号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-120100 特開2016−113029号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-113029

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、鉄道車両の異常の有無を簡易に且つ精度良く判定することが可能な鉄道車両の状態監視装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a condition monitoring device for a railway vehicle capable of easily and accurately determining the presence or absence of an abnormality in a railway vehicle. Make it an issue.

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、鉄道車両が具備する車輪の輪重で表される指標(車体ねじれ指標など)の値が、鉄道車両に異常が生じたときに急変すると共に、軌道又は鉄道車両のメンテナンスの前後でも急変することを見出した(後述の図3参照)。正常な鉄道車両が具備する車輪の輪重で表される指標と、軌道又は鉄道車両のメンテナンス情報(判定対象とする軌道又は鉄道車両でいつメンテナンスが行われたかという情報)とは、双方共に比較的容易に取得可能である。このため、正常な鉄道車両について所定時間内に検出した複数の指標(指標の時系列データ)を入力とし、この所定時間内における軌道又は鉄道車両のメンテナンスの有無を出力とする教師データを用いて、機械学習により分類器を生成することは比較的容易である。この機械学習によって生成された分類器に、異常の有無の判定対象である鉄道車両について所定時間内に検出した複数の指標を入力すれば、分類器から軌道又は鉄道車両のメンテナンスの有無が出力されることになる。そして、本発明者らは、この分類器からメンテナンス有りが出力された場合に、実際のメンテナンス情報と照合し、実際にメンテナンスが行われていれば、鉄道車両は正常であると判定できるし、実際にはメンテナンスが行われていなければ、鉄道車両に異常が生じていると判定可能であることに想到した。 As a result of diligent studies in order to solve the above problems, the present inventors have found that when the value of an index (such as a vehicle body twist index) represented by the wheel load of a railroad vehicle is abnormal in the railroad vehicle. It was found that the sudden change was made before and after the maintenance of the track or the railroad vehicle (see Fig. 3 below). The index expressed by the wheel load of a normal railroad vehicle and the maintenance information of the track or railroad vehicle (information about when maintenance was performed on the track or railroad vehicle to be judged) are compared with each other. It can be easily obtained. For this reason, we use teacher data that inputs multiple indicators (time-series data of indicators) detected within a predetermined time for a normal railroad vehicle and outputs the presence or absence of maintenance of the track or railroad vehicle within this predetermined time. , It is relatively easy to generate a classifier by machine learning. If a plurality of indexes detected within a predetermined time are input to the classifier generated by this machine learning for the railway vehicle to be determined for the presence or absence of abnormality, the presence or absence of maintenance of the track or the railway vehicle is output from the classifier. Will be. Then, when the classifier outputs that there is maintenance, the present inventors can collate it with the actual maintenance information, and if the maintenance is actually performed, it can be determined that the railroad vehicle is normal. I came up with the idea that it is possible to determine that an abnormality has occurred in a railroad vehicle if maintenance has not actually been performed.

本発明は、上記の本発明者らの知見に基づき完成したものである。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、軌道上を走行する鉄道車両が具備する車輪の輪重で表わされる指標を検出する検出装置と、前記検出装置で所定時間内に検出した複数の前記指標と、入力された前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンス情報とに基づき、前記鉄道車両の異常の有無を判定する判定装置とを備え、前記判定装置は、前記複数の前記指標が入力され、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスの有無を出力する分類器を具備し、前記分類器の出力がメンテナンス無しの場合、前記鉄道車両は正常であると判定し、前記分類器の出力がメンテナンス有りの場合、前記入力されたメンテナンス情報に基づき、前記分類器に入力された複数の前記指標を検出した所定時間内において、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスが実際に行われたか否かを判定し、実際にメンテナンスが行われているときには前記鉄道車両は正常であると判定し、実際にはメンテナンスが行われていないときには前記鉄道車両に異常が生じていると判定し、前記分類器は、正常な前記鉄道車両について、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスが実際に行われていない所定時間内に検出した複数の前記指標が入力されたときにメンテナンス無しを出力し、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスが実際に行われた所定時間内に検出した複数の前記指標が入力されたときにメンテナンス有りを出力するように、機械学習を用いて生成される、ことを特徴とする鉄道車両の状態監視装置を提供する。
The present invention has been completed based on the above-mentioned findings of the present inventors.
That is, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a detection device for detecting an index represented by the wheel load of a railroad vehicle traveling on a track, and a plurality of detection devices detected by the detection device within a predetermined time. The index is provided with a determination device for determining the presence or absence of an abnormality in the railway vehicle based on the input track or maintenance information of the railway vehicle, and the determination device is input with the plurality of the indexes. It is equipped with a classifier that outputs the presence or absence of maintenance of the track or the railway vehicle, and if the output of the classifier is without maintenance, it is determined that the railway vehicle is normal, and the output of the classifier has maintenance. In the case, based on the input maintenance information, it is determined whether or not the maintenance of the track or the railway vehicle is actually performed within the predetermined time when the plurality of indexes input to the classifier are detected. When the maintenance is actually performed, it is determined that the railway vehicle is normal, and when the maintenance is not actually performed, it is determined that the railway vehicle has an abnormality, and the classifier is normal. For the railway vehicle, when a plurality of the indicators detected within a predetermined time when the maintenance of the track or the railway vehicle is not actually performed is input, no maintenance is output, and maintenance of the track or the railway vehicle is performed. A state monitoring device for a railway vehicle, which is generated by using machine learning so that when a plurality of the indicators detected within a predetermined time actually performed are input, "with maintenance" is output. I will provide a.

本発明に係る鉄道車両の状態監視装置によれば、分類器を生成する機械学習における教師データとして、正常な鉄道車両について、軌道又は鉄道車両のメンテナンスが実際に行われていない所定時間内に検出した複数の指標と、軌道又は鉄道車両のメンテナンスが実際に行われた所定時間内に検出した複数の指標とを用意するだけでよい。すなわち、教師データとして異常な鉄道車両についての指標が不要であるため、多数の教師データを用意することができ、分類器の機械学習を十分に行うことができる結果、判定精度を高めることが可能である。
なお、判定装置が具備する分類器としては、人工ニューラルネットワーク(Artificial Newral Network、ANN)やサポートベクターマシンなど、機械学習を用いて生成できる限りにおいて種々の構成を採用可能である。
According to the railway vehicle condition monitoring device according to the present invention, as teacher data in machine learning to generate a classifier, a normal railway vehicle is detected within a predetermined time when the track or the railway vehicle is not actually maintained. It suffices to prepare a plurality of indicators and a plurality of indicators detected within a predetermined time when the maintenance of the track or the railroad vehicle is actually performed. That is, since an index for an abnormal railroad vehicle is not required as teacher data, a large number of teacher data can be prepared, and as a result of sufficient machine learning of the classifier, it is possible to improve the judgment accuracy. Is.
As the classifier provided in the determination device, various configurations such as an artificial neural network (ANN) and a support vector machine can be adopted as long as they can be generated by using machine learning.

本発明に係る鉄道車両の状態監視装置で用いる好ましい指標として、車体ねじれ指標又は台車ねじれ指標を例示できる。すなわち、好ましくは、前記指標は、以下の式(1)で表わされる車体ねじれ指標、或いは、以下の式(2)又は(3)で表わされる台車ねじれ指標である。
車体ねじれ指標=(P1+P3+P6+P8)−(P2+P4+P5+P7)・・・(1)
前側の台車の台車ねじれ指標=(P1+P4)−(P2+P3)・・・(2)
後側の台車の台車ねじれ指標=(P5+P8)−(P6+P7)・・・(3)
ただし、P1は前側の台車の前方右側の車輪の輪重を、P2は前側の台車の前方左側の車輪の輪重を、P3は前側の台車の後方右側の車輪の輪重を、P4は前側の台車の後方左側の車輪の輪重を、P5は後側の台車の前方右側の車輪の輪重を、P6は後側の台車の前方左側の車輪の輪重を、P7は後側の台車の後方右側の車輪の輪重を、P8は後側の台車の後方左側の車輪の輪重を示す。
なお、車体ねじれ指標、前側の台車の台車ねじれ指標及び後側の台車の台車ねじれ指標は、式(1)〜(3)から明らかなように、車輪の輪重を検出することで算出可能である。車輪の輪重は、例えば、特許文献1に記載のように、歪ゲージを用いた輪重センサやロードセル等のセンサを軌道に設置することで検出可能である。保守・点検等の手間やコストを考えると、軌道に設けられたセンサを用いて検出することが好ましい。ただし、本発明はこれに限るものではなく、鉄道車両(台車)自体がセンサを備え、該センサによって輪重(及び横圧)を測定可能ないわゆるPQモニタリング台車を用いて各指標を算出することも可能である。
また、本発明に係る鉄道車両の状態監視装置において異常の有無の判定に用いる指標が台車ねじれ指標である場合、前側の台車の台車ねじれ指標及び後側の台車の台車ねじれ指標のうち、何れか一方の台車ねじれ指標を用いても良いし、双方の台車ねじれ指標を用いても良い。すなわち、判定装置が具備する分類器に何れか一方の台車ねじれ指標が入力される構成でも良いし、分類器に双方の台車ねじれ指標が入力される構成でも良い。
As a preferable index used in the condition monitoring device for a railway vehicle according to the present invention, a vehicle body twist index or a bogie twist index can be exemplified. That is, preferably, the index is a vehicle body twist index represented by the following formula (1) or a bogie twist index represented by the following formula (2) or (3).
Body twist index = (P1 + P3 + P6 + P8)-(P2 + P4 + P5 + P7) ... (1)
Bogie twist index of the front bogie = (P1 + P4)-(P2 + P3) ... (2)
Bogie twist index of the rear bogie = (P5 + P8)-(P6 + P7) ... (3)
However, P1 is the wheel weight of the front right wheel of the front bogie, P2 is the wheel weight of the front left wheel of the front bogie, P3 is the wheel weight of the rear right wheel of the front bogie, and P4 is the front side. P5 is the wheel weight of the front right wheel of the rear bogie, P6 is the wheel weight of the front left wheel of the rear bogie, and P7 is the wheel weight of the front left wheel of the rear bogie. The wheel weight of the wheel on the rear right side of the above is shown, and P8 shows the wheel weight of the wheel on the rear left side of the bogie on the rear side.
The vehicle body twist index, the bogie twist index of the front bogie, and the bogie twist index of the rear bogie can be calculated by detecting the wheel load as is clear from the equations (1) to (3). be. The wheel load can be detected, for example, by installing a wheel load sensor using a strain gauge or a sensor such as a load cell on the track, as described in Patent Document 1. Considering the labor and cost of maintenance and inspection, it is preferable to detect using a sensor provided in the track. However, the present invention is not limited to this, and each index is calculated using a so-called PQ monitoring bogie in which the railroad vehicle (bogie) itself is equipped with a sensor and the wheel load (and lateral pressure) can be measured by the sensor. Is also possible.
Further, when the index used for determining the presence or absence of abnormality in the state monitoring device of the railway vehicle according to the present invention is the bogie twist index, either the bogie twist index of the front bogie or the bogie twist index of the rear bogie. One trolley twist index may be used, or both trolley twist indexes may be used. That is, one of the trolley twist indexes may be input to the classifier provided in the determination device, or both trolley twist indexes may be input to the classifier.

本発明に係る鉄道車両の状態監視装置は、異常の有無のみならず、更に異常の種別を判定可能な構成とすることが好ましい。本発明者らの知見によれば、例えば、車体ねじれ指標を用いて異常の有無を判定した後、台車ねじれ指標を用いて異常の種別を判定することができる。
すなわち、好ましくは、前記検出装置は、前記車体ねじれ指標及び前記台車ねじれ指標を検出し、前記判定装置は、前記検出装置で所定時間内に検出した複数の前記車体ねじれ指標と、入力された前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンス情報とに基づき、前記鉄道車両の異常の有無を判定し、前記鉄道車両に異常が生じていると判定した場合、前記複数の車体ねじれ指標を検出した所定時間内に前記検出装置で検出した複数の前記台車ねじれ指標のうち、その絶対値が所定のしきい値以上の台車ねじれ指標が存在するときには前記鉄道車両が備える軸ばねが破損していると判定し、存在しないときには前記鉄道車両が備える2次ばねに関する異常が発生していると判定する。
It is preferable that the condition monitoring device for a railway vehicle according to the present invention has a configuration capable of determining not only the presence or absence of an abnormality but also the type of abnormality. According to the findings of the present inventors, for example, after determining the presence or absence of an abnormality using the vehicle body twist index, the type of abnormality can be determined using the bogie twist index.
That is, preferably, the detection device detects the vehicle body twist index and the trolley twist index, and the determination device inputs the plurality of vehicle body twist indexes detected by the detection device within a predetermined time. Based on the track or the maintenance information of the railroad vehicle, the presence or absence of an abnormality in the railroad vehicle is determined, and when it is determined that the railroad vehicle has an abnormality, the plurality of vehicle body twist indexes are detected within a predetermined time. When there is a trolley twist index whose absolute value is equal to or higher than a predetermined threshold among the plurality of trolley twist indexes detected by the detection device, it is determined that the shaft spring included in the railway vehicle is damaged and exists. If not, it is determined that an abnormality related to the secondary spring provided in the railway vehicle has occurred.

上記の好ましい構成において、異常の種別を判定するのに用いる台車ねじれ指標は、前側の台車の台車ねじれ指標及び後側の台車の台車ねじれ指標の双方を意味する。また、上記の好ましい構成において、「その絶対値が所定のしきい値以上の台車ねじれ指標が存在するとき」とは、前側の台車の台車ねじれ指標及び後側の台車の台車ねじれ指標のうち、少なくとも何れか一方の絶対値が所定のしきい値以上であることを意味する。さらに、上記の好ましい構成において、「その絶対値が所定のしきい値以上の台車ねじれ指標が・・・(中略)・・・存在しないとき」とは、前側の台車の台車ねじれ指標及び後側の台車の台車ねじれ指標の双方の絶対値が所定のしきい値未満であることを意味する。
上記の好ましい構成において、軸ばねは車輪毎に設けられており、いずれかの車輪の軸ばねが破損すると、その軸ばねが設けられた車輪に掛かっていた台車の重量は、その台車におけるその車輪の前後方向及び左右方向に位置する車輪に掛かる。例えば、台車の前方右側の車輪の軸ばねが破損すると、前方右側の車輪に掛かっていた台車の重量は、前方左側の車輪及び後方右側の車輪に掛かる。このように、軸ばねが破損すると、その影響は、軸ばねが破損した車輪に対して前後方向及び左右方向に位置する車輪に及ぶことになる。
したがって、前述の式(2)に示すように、前側の台車の前方右側及び後方左側に位置する車輪のそれぞれの輪重の合計(P1+P4)と、前側の台車の前方左側及び後方右側に位置する車輪のそれぞれの輪重の合計(P2+P3)との差である台車ねじれ指標(前側の台車の台車ねじれ指標)の絶対値が所定のしきい値以上である場合、前側の台車の軸ばねが破損していると判定可能である。式(3)で表わされる後側の台車の台車ねじれ指標についても同様である。
また、上記の好ましい構成において、2次ばね(空気ばね)は、台車毎に左右一対設けられており、2次ばねに関する異常としては、2次ばねのパンクや、2次ばねの吸排気を制御する高さ調整弁の故障を例示できる。
In the above preferred configuration, the bogie twist index used to determine the type of abnormality means both the bogie twist index of the front bogie and the bogie twist index of the rear bogie. Further, in the above-mentioned preferable configuration, "when there is a bogie twist index whose absolute value is equal to or higher than a predetermined threshold value" is among the bogie twist index of the front bogie and the bogie twist index of the rear bogie. It means that the absolute value of at least one of them is equal to or more than a predetermined threshold value. Further, in the above preferable configuration, "when there is no bogie twist index whose absolute value is equal to or higher than a predetermined threshold value ... (Omitted) ..." means the bogie twist index of the front bogie and the rear side. It means that the absolute values of both bogie twist indicators of the bogie are less than a predetermined threshold.
In the above preferred configuration, the axle spring is provided for each wheel, and if the axle spring of any of the wheels breaks, the weight of the bogie hanging on the wheel provided with the axle spring will be the weight of that wheel on that bogie. It hangs on the wheels located in the front-rear direction and the left-right direction. For example, if the shaft spring of the front right wheel of the bogie is damaged, the weight of the bogie on the front right wheel is applied to the front left wheel and the rear right wheel. As described above, when the shaft spring is damaged, the influence thereof extends to the wheels located in the front-rear direction and the left-right direction with respect to the wheel in which the shaft spring is damaged.
Therefore, as shown in the above equation (2), the sum of the wheel weights (P1 + P4) of the wheels located on the front right side and the rear left side of the front bogie and the front left side and the rear right side of the front bogie are located. If the absolute value of the bogie twist index (bogie twist index of the front bogie), which is the difference from the total wheel load of each wheel (P2 + P3), is equal to or greater than a predetermined threshold value, the shaft spring of the front bogie is damaged. It can be determined that it is. The same applies to the bogie twist index of the bogie on the rear side represented by the formula (3).
Further, in the above preferable configuration, a pair of left and right secondary springs (air springs) are provided for each bogie, and as an abnormality related to the secondary spring, puncture of the secondary spring and intake / exhaust of the secondary spring are controlled. The failure of the height adjusting valve can be exemplified.

本発明に係る鉄道車両の状態監視装置によれば、従来のようにしきい値を決定するための多大なる時間や労力を要することなく、既知のデータを用いた機械学習により分類器を生成するだけで良いため、簡易に鉄道車両の異常の有無を判定可能である。また、本発明に係る鉄道車両の状態監視装置によれば、教師データとして異常な鉄道車両についての指標が不要であるため、多数の教師データを用意することができ、分類器の機械学習を十分に行うことができる結果、判定精度を高めることが可能である。すなわち、本発明に係る鉄道車両の状態監視装置によれば、鉄道車両の異常の有無を簡易に且つ精度良く判定することが可能である。 According to the condition monitoring device for a railroad vehicle according to the present invention, a classifier is simply generated by machine learning using known data without requiring a large amount of time and labor for determining a threshold value as in the conventional case. Therefore, it is possible to easily determine whether or not there is an abnormality in the railroad vehicle. Further, according to the condition monitoring device for a railroad vehicle according to the present invention, since an index for an abnormal railroad vehicle is not required as teacher data, a large number of teacher data can be prepared, and machine learning of a classifier is sufficient. As a result, it is possible to improve the determination accuracy. That is, according to the condition monitoring device for a railway vehicle according to the present invention, it is possible to easily and accurately determine the presence or absence of an abnormality in the railway vehicle.

本発明の一実施形態に係る状態監視装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the state monitoring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す状態監視装置100の概略動作を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the schematic operation of the state monitoring apparatus 100 shown in FIG. 車体ねじれ指標の変動例を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation example of the vehicle body twist index. 図1に示す分類器21を機械学習を用いて生成する手順を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the procedure of generating the classifier 21 shown in FIG. 1 by using machine learning. 図1に示す状態監視装置100の判定動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the determination operation of the state monitoring apparatus 100 shown in FIG.

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る鉄道車両の状態監視装置(以下、適宜、「状態監視装置」と略称する)について説明する。まず、本実施形態に係る状態監視装置の全体構成について説明する。 Hereinafter, a condition monitoring device for a railway vehicle (hereinafter, appropriately abbreviated as “condition monitoring device”) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings as appropriate. First, the overall configuration of the condition monitoring device according to the present embodiment will be described.

図1は、本実施形態に係る状態監視装置の概略構成を示す模式図である。
図1に示すように、本実施形態に係る状態監視装置100は、軌道上を走行する鉄道車両3が具備する車輪31の輪重で表わされる指標を検出する検出装置1と、検出装置1で所定時間内に検出した複数の指標と、軌道又は鉄道車両3のメンテナンス情報(判定対象である軌道又は鉄道車両3でいつメンテナンスが行われたかという、メンテナンスの種別や日時等に関する情報)とが入力され、これら入力された複数の指標及びメンテナンス情報に基づき、鉄道車両3の異常の有無を判定する判定装置2とを備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a condition monitoring device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the state monitoring device 100 according to the present embodiment is a detection device 1 for detecting an index represented by the wheel load of a wheel 31 included in a railway vehicle 3 traveling on a track, and a detection device 1. A plurality of indicators detected within a predetermined time and maintenance information of the track or railroad vehicle 3 (information on the maintenance type, date and time, etc., when maintenance was performed on the track or railroad vehicle 3 to be determined) are input. The railway vehicle 3 is provided with a determination device 2 for determining the presence or absence of an abnormality based on the input plurality of indexes and maintenance information.

本実施形態の検出装置1は、軌道を構成する左右のレールRに取り付けられ、鉄道車両3が具備する車輪31の輪重を測定するための輪重センサ11と、輪重センサ11に接続された演算部12とを具備している。輪重センサ11としては、前述した特許文献1に記載のような歪ゲージを用いた輪重センサや、ロードセルを用いることが可能である。演算部12は、輪重センサ11で測定され、輪重センサ11から入力された輪重に基づき、後述する各指標を算出する。具体的には、例えば、演算部12には各指標の計算式(後述する式(1)〜式(3))が記憶され、演算部12は、輪重センサ11から入力された輪重を前記計算式に代入して各指標を算出するプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータ(以下、PCという)とされている。そして、演算部12は、算出した各指標を判定装置2(判定装置2が具備する分類器21)に出力する。 The detection device 1 of the present embodiment is attached to the left and right rails R constituting the track, and is connected to the wheel load sensor 11 for measuring the wheel load of the wheels 31 included in the railroad vehicle 3 and the wheel load sensor 11. It is provided with a calculation unit 12. As the wheel load sensor 11, a wheel load sensor using a strain gauge as described in Patent Document 1 described above or a load cell can be used. The calculation unit 12 calculates each index described later based on the wheel load measured by the wheel load sensor 11 and input from the wheel load sensor 11. Specifically, for example, the calculation unit 12 stores calculation formulas for each index (formulas (1) to (3) described later), and the calculation unit 12 stores the wheel weight input from the wheel load sensor 11. It is said to be a personal computer (hereinafter referred to as a PC) in which a program for calculating each index by substituting into the above formula is installed. Then, the calculation unit 12 outputs each calculated index to the determination device 2 (classifier 21 included in the determination device 2).

本実施形態の判定装置2は、例えば、機械学習を用いて生成され、入力された複数の指標に応じて軌道又は鉄道車両3のメンテナンスの有無を出力する分類器21としての機能を果たすプログラムがインストールされたPCとされている。本実施形態の分類器21としては、人工ニューラルネットワーク(ANN)が用いられる。
なお、図1に示す状態監視装置100では、検出装置1の演算部12と、判定装置2とが別体とされているが、本発明はこれに限るものではなく、演算部12及び判定装置2の双方の機能を果たすプログラムをインストールした単一のPCを用いて構成することも可能である。
The determination device 2 of the present embodiment is, for example, a program generated by using machine learning and functioning as a classifier 21 that outputs the presence or absence of maintenance of the track or the railroad vehicle 3 according to a plurality of input indexes. It is said to be an installed PC. As the classifier 21 of this embodiment, an artificial neural network (ANN) is used.
In the condition monitoring device 100 shown in FIG. 1, the calculation unit 12 of the detection device 1 and the determination device 2 are separate bodies, but the present invention is not limited to this, and the calculation unit 12 and the determination device are not limited to this. It is also possible to configure using a single PC on which a program that fulfills both functions of 2 is installed.

分類器21に入力する指標としては、例えば、以下の式(1)で表わされる車体ねじれ指標、或いは、以下の式(2)又は(3)で表わされる台車ねじれ指標を用いることが可能である。さらに、分類器21に入力する指標として、以下の式(4)で表わされる車体ロール指標を用いることも可能である。本実施形態では、分類器21に入力する指標として、車体ねじれ指標を用いている。また、本実施形態では、異常の種別を判定するために、判定装置2に入力する(分類器21には入力しない)指標として、台車ねじれ指標を用いている。
車体ねじれ指標=(P1+P3+P6+P8)−(P2+P4+P5+P7)・・・(1)
前側の台車の台車ねじれ指標=(P1+P4)−(P2+P3)・・・(2)
後側の台車の台車ねじれ指標=(P5+P8)−(P6+P7)・・・(3)
車体ロール指標=(P1+P3+P5+P7)−(P2+P4+P6+P8)・・・(4)
ただし、P1は前側の台車の前方右側の車輪の輪重を、P2は前側の台車の前方左側の車輪の輪重を、P3は前側の台車の後方右側の車輪の輪重を、P4は前側の台車の後方左側の車輪の輪重を、P5は後側の台車の前方右側の車輪の輪重を、P6は後側の台車の前方左側の車輪の輪重を、P7は後側の台車の後方右側の車輪の輪重を、P8は後側の台車の後方左側の車輪の輪重を示す。
As an index to be input to the classifier 21, for example, a vehicle body twist index represented by the following formula (1) or a bogie twist index represented by the following formula (2) or (3) can be used. .. Further, as an index to be input to the classifier 21, a vehicle body roll index represented by the following equation (4) can be used. In this embodiment, a vehicle body twist index is used as an index to be input to the classifier 21. Further, in the present embodiment, in order to determine the type of abnormality, a bogie twist index is used as an index to be input to the determination device 2 (not input to the classifier 21).
Body twist index = (P1 + P3 + P6 + P8)-(P2 + P4 + P5 + P7) ... (1)
Bogie twist index of the front bogie = (P1 + P4)-(P2 + P3) ... (2)
Bogie twist index of the rear bogie = (P5 + P8)-(P6 + P7) ... (3)
Body roll index = (P1 + P3 + P5 + P7)-(P2 + P4 + P6 + P8) ... (4)
However, P1 is the wheel weight of the front right wheel of the front bogie, P2 is the wheel weight of the front left wheel of the front bogie, P3 is the wheel weight of the rear right wheel of the front bogie, and P4 is the front side. P5 is the wheel weight of the front right wheel of the rear bogie, P6 is the wheel weight of the front left wheel of the rear bogie, and P7 is the wheel weight of the front left wheel of the rear bogie. The wheel weight of the wheel on the rear right side of the above is shown, and P8 shows the wheel weight of the wheel on the rear left side of the bogie on the rear side.

以下、本実施形態に係る状態監視装置100の動作について、具体的に説明する。
図2は、本実施形態に係る状態監視装置100の概略動作を示すフロー図である。
状態監視装置100は、図2に示すように、まず分類器21の機械学習を実行するか否かを判断する(図2のS1)。分類器21の機械学習を一度も実行していない場合には、当然に機械学習を実行することになる(図2のS1における「Yes」、図2のS2)。また、既に分類器21の機械学習を実行したことがある場合には、例えば、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが行われた直後や、予め定めた所定の時間経過後に、状態監視装置100が自動的に機械学習を実行するように構成すればよい。さらに、例えば、オペレータの手動指示により、状態監視装置100が機械学習を実行するように構成することも可能である。機械学習を実行することにより、分類器21は生成される。その他の場合(図2のS1における「No」)、状態監視装置100は、新たな機械学習を実行することなく、既存の分類器21を用いて次の動作(図2のS3)を実行する。
Hereinafter, the operation of the condition monitoring device 100 according to the present embodiment will be specifically described.
FIG. 2 is a flow chart showing a schematic operation of the condition monitoring device 100 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the condition monitoring device 100 first determines whether or not to execute machine learning of the classifier 21 (S1 in FIG. 2). If the machine learning of the classifier 21 has never been executed, the machine learning is naturally executed (“Yes” in S1 of FIG. 2, S2 of FIG. 2). Further, if the machine learning of the classifier 21 has already been executed, for example, immediately after the maintenance of the track or the railroad vehicle 3 is performed, or after a predetermined predetermined time has elapsed, the condition monitoring device 100 automatically performs the machine learning. It may be configured to execute machine learning. Further, for example, the condition monitoring device 100 can be configured to execute machine learning by a manual instruction of an operator. By performing machine learning, the classifier 21 is generated. In other cases (“No” in S1 of FIG. 2), the condition monitoring device 100 executes the next operation (S3 of FIG. 2) using the existing classifier 21 without executing new machine learning. ..

図3は、車体ねじれ指標の変動例を示す図である。具体的には、図3は、同じ軌道を走行する同じ正常な鉄道車両3について、約3年に亘って輪重センサ11で車輪31の輪重を測定し、演算部12で車体ねじれ指標を算出して記憶した結果である。なお、図3には、軌道又は鉄道車両のメンテナンスによって車体ねじれ指標を算出できなかった期間に加えて、鉄道車両3の運休によって車体ねじれ指標を算出できなかった期間も含まれている。
図3に示すように、軌道のメンテナンス又は鉄道車両3のメンテナンスの前後で、車体ねじれ指標が急変している。なお、図示は省略するが、鉄道車両3に異常が生じたときにも正常な場合に比べて車体ねじれ指標は急変する。状態監視装置100は、この車体ねじれ指標等の鉄道車両3が具備する車輪31の輪重で表わされる指標が急変する現象を利用して機械学習を実行し、分類器21を生成する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of fluctuation of the vehicle body twist index. Specifically, FIG. 3 shows that for the same normal railroad vehicle 3 traveling on the same track, the wheel load of the wheel 31 is measured by the wheel load sensor 11 for about 3 years, and the vehicle body twist index is calculated by the calculation unit 12. This is the result of calculation and storage. Note that FIG. 3 includes a period in which the vehicle body twist index could not be calculated due to the suspension of the railway vehicle 3 in addition to the period in which the vehicle body twist index could not be calculated due to maintenance of the track or the railway vehicle.
As shown in FIG. 3, the vehicle body twist index suddenly changes before and after the maintenance of the track or the maintenance of the railroad vehicle 3. Although not shown, the vehicle body twist index changes abruptly even when an abnormality occurs in the railway vehicle 3 as compared with the normal case. The condition monitoring device 100 executes machine learning by utilizing the phenomenon that the index represented by the wheel load of the wheel 31 included in the railway vehicle 3 such as the vehicle body twist index suddenly changes, and generates the classifier 21.

図4は、分類器21を機械学習を用いて生成する手順を模式的に示す説明図である。図4(a)に示すように、機械学習の際、教師データ(分類器21への入出力の組み合わせ)として、正常な鉄道車両3について軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われていない所定時間内に検出した複数の車体ねじれ指標T1と、メンテナンス無しとの組み合わせデータが用いられる。図4(a)に示す例では、分類器21への入力データとして、T1(1)、T1(2)、T1(3)・・・T1(n)のn個(例えば40個)の連続して検出した車体ねじれ指標T1が用いられ、分類器21からの出力データとして「0」(メンテナンス無しを示す数値)が用いられて、機械学習が実行される。 FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a procedure for generating the classifier 21 by using machine learning. As shown in FIG. 4A, during machine learning, as teacher data (combination of input / output to the classifier 21), the track or the railway vehicle 3 is not actually maintained for the normal railway vehicle 3. The combination data of a plurality of vehicle body twist indexes T1 detected within a predetermined time and no maintenance is used. In the example shown in FIG. 4A, n (for example, 40) consecutive T1 (1), T1 (2), T1 (3) ... T1 (n) are input data to the classifier 21. The vehicle body twist index T1 detected in the above is used, and "0" (a numerical value indicating no maintenance) is used as output data from the classifier 21, and machine learning is executed.

同様に、図4(b)に示すように、機械学習の際、別の教師データとして、正常な鉄道車両について軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われた所定時間内に検出した複数の車体ねじれ指標T1(この所定時間内にメンテナンス実行前の車体ねじれ指標T1と、メンテナンス実行後の車体ねじれ指標T1とが含まれる)と、メンテナンス有りとの組み合わせデータが用いられる。図4(b)に示す例では、分類器21への入力データとして、T1(1)、T1(2)、T1(3)・・・T1(n)のn個(例えば40個)の連続して検出した車体ねじれ指標T1が用いられ、分類器21からの出力データとして「1」(メンテナンス有りを示す数値)が用いられて、機械学習が実行される。
なお、メンテナンスが実際に行われた場合、そのメンテナンスの間には車体ねじれ指標T1が検出されないため、メンテナンス実行前のi個の車体ねじれ指標T1と、メンテナンス実行後のn−i個の車体ねじれ指標T1とを合わせて計n個の車体ねじれ指標T1が用いられる。
Similarly, as shown in FIG. 4 (b), during machine learning, as another teacher data, a plurality of detections of a normal railroad vehicle within a predetermined time when the track or the maintenance of the railroad vehicle 3 is actually performed. The combination data of the vehicle body twist index T1 (including the vehicle body twist index T1 before the maintenance execution and the vehicle body twist index T1 after the maintenance execution within this predetermined time) and the maintenance is used. In the example shown in FIG. 4B, n (for example, 40) consecutive T1 (1), T1 (2), T1 (3) ... T1 (n) are input data to the classifier 21. The vehicle body twist index T1 detected in the above is used, and "1" (a numerical value indicating that maintenance is present) is used as output data from the classifier 21, and machine learning is executed.
When the maintenance is actually performed, the vehicle body twist index T1 is not detected during the maintenance. Therefore, the i vehicle body twist index T1 before the maintenance and the n−i vehicle body twist after the maintenance are executed. A total of n vehicle body twist indexes T1 are used in combination with the index T1.

上記の機械学習を実行することにより、分類器21は、正常な鉄道車両3について、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われていない所定時間内に検出した複数の車体ねじれ指標T1が入力されたときにメンテナンス無し(0)を出力し、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われた所定時間内に検出した複数の車体ねじれ指標T1が入力されたときにメンテナンス有り(1)を出力するようになる。
機械学習の更に詳細な内容については、例えば、人工ニューラルネットワークに用いられる公知の機械学習の手順を適用できるため、ここではその詳細な説明については省略する。
なお、分類器21は、異常の有無の判定対象である鉄道車両3毎に生成することが好ましい。また、分類器21は、判定対象である軌道(検出装置1を取り付けた軌道)毎に生成することが好ましい。
By executing the above machine learning, the classifier 21 inputs a plurality of vehicle body twist indexes T1 detected within a predetermined time when the track or the railway vehicle 3 is not actually maintained for the normal railway vehicle 3. When this is done, no maintenance (0) is output, and when a plurality of vehicle body twist indexes T1 detected within a predetermined time when the track or the railway vehicle 3 is actually maintained are input, maintenance is performed (1). It will be output.
As for the more detailed contents of machine learning, for example, known machine learning procedures used for artificial neural networks can be applied, and therefore the detailed description thereof will be omitted here.
The classifier 21 is preferably generated for each railroad vehicle 3 to be determined for the presence or absence of abnormality. Further, it is preferable that the classifier 21 is generated for each orbit (orbit to which the detection device 1 is attached) to be determined.

上記のようにして生成された分類器21を用いて、状態監視装置100は、異常の有無の判定対象である鉄道車両3の異常の有無を判定する。
図5は、状態監視装置100の判定動作を模式的に示す説明図である。以下、図2に加えて図5を適宜参照しつつ、具体的に説明する。
まず、機械学習によって生成された分類器21に、異常の有無の判定対象である鉄道車両3について検出装置1で検出した(演算部12で算出した)複数(機械学習を実行した場合と同じn個)の車体ねじれ指標T1(1)、T1(2)、T1(3)・・・T1(n)が入力される(図2のS3、図5)。
そして、分類器21の出力がメンテナンス無し(0)である場合(図2のS4において「Yes」の場合)、判定装置2は、鉄道車両3が正常であると判定し(図2のS5、図5)、その結果を出力する。
Using the classifier 21 generated as described above, the condition monitoring device 100 determines the presence / absence of an abnormality in the railway vehicle 3 which is the target for determining the presence / absence of an abnormality.
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the determination operation of the state monitoring device 100. Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIG. 5 in addition to FIG.
First, in the classifier 21 generated by machine learning, a plurality of railroad vehicles 3 (calculated by the calculation unit 12) detected by the detection device 1 for the railroad vehicle 3 to be determined for the presence or absence of an abnormality (same as when machine learning is executed). The vehicle body twist indexes T1 (1), T1 (2), T1 (3) ... T1 (n) are input (S3 in FIG. 2, FIG. 5).
Then, when the output of the classifier 21 is no maintenance (0) (when "Yes" in S4 of FIG. 2), the determination device 2 determines that the railroad vehicle 3 is normal (S5 of FIG. 2, Figure 5), the result is output.

一方、分類器21の出力がメンテナンス有り(1)である場合(図2のS4において「No」の場合)、判定装置2に、軌道又は鉄道車両3のメンテナンス情報(判定対象である軌道又は鉄道車両3でいつメンテナンスが行われたかという、メンテナンスの種別や日時等に関する情報)が入力される(図2のS6、図5)。具体的には、判定装置2は、複数の軌道及び複数の鉄道車両3についてのメンテナンス情報を一括管理する所定の管理装置(図示せず)に対して、判定対象である軌道及び鉄道車両3についてのメンテナンス情報の送信要求を行い、これにより管理装置からメンテナンス情報を受信する。なお、本実施形態では、分類器21の出力がメンテナンス有り(1)である場合に初めて判定装置2にメンテナンス情報が入力される場合を例示したが、本発明はこれに限るものではなく、分類器21の出力に関わらず、予め判定装置2にメンテナンス情報が入力される構成を採用することも可能である。 On the other hand, when the output of the classifier 21 has maintenance (1) (when "No" in S4 of FIG. 2), the maintenance information of the track or the railroad vehicle 3 (the track or the railroad to be determined) is sent to the determination device 2. Information on the type of maintenance, the date and time, etc., such as when the maintenance was performed on the vehicle 3) is input (S6 in FIG. 2, FIG. 5). Specifically, the determination device 2 refers to the track and the railroad vehicle 3 to be determined with respect to a predetermined management device (not shown) that collectively manages maintenance information for the plurality of tracks and the plurality of railroad vehicles 3. Requests the transmission of maintenance information, and thereby receives maintenance information from the management device. In the present embodiment, the case where the maintenance information is input to the determination device 2 for the first time when the output of the classifier 21 has maintenance (1) is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the classification is not limited to this. It is also possible to adopt a configuration in which maintenance information is input to the determination device 2 in advance regardless of the output of the device 21.

判定装置2は、分類器21の出力がメンテナンス有り(1)の場合、入力されたメンテナンス情報に基づき、分類器21に入力された複数(n個)の車体ねじれ指標T1を検出した所定時間内において、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われたか否かを判定する(図2のS7、図5)。具体的には、分類器21に入力された複数の車体ねじれ指標T1を検出した所定時間内の日時が判定装置2に記憶されように構成されており、判定装置2は、この記憶した所定時間内の日時と、メンテナンス情報に含まれるメンテナンスが実際に行われた日時とを照合して、これらが合致すれば(複数の車体ねじれ指標T1を検出した所定時間内の最も早い日時と最も遅い日時との間に、メンテナンスが実際に行われた日時が含まれていれば)、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われたと判定し、合致しなければ、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際には行われていないと判定する。 When the output of the classifier 21 has maintenance (1), the determination device 2 detects a plurality of (n) vehicle body twist indexes T1 input to the classifier 21 based on the input maintenance information within a predetermined time. In (S7, FIG. 5 of FIG. 2), it is determined whether or not the maintenance of the track or the railroad vehicle 3 is actually performed. Specifically, the date and time within the predetermined time when the plurality of vehicle body twist indexes T1 input to the classifier 21 are detected are stored in the determination device 2, and the determination device 2 is configured to store the stored predetermined time. If the date and time in the above are compared with the date and time when the maintenance included in the maintenance information was actually performed and they match (the earliest date and time and the latest date and time within the predetermined time when multiple vehicle body twist indexes T1 are detected). (If the date and time when the maintenance was actually performed is included), it is determined that the maintenance of the track or the railroad vehicle 3 was actually performed, and if they do not match, the maintenance of the track or the railroad vehicle 3 is performed. Judge that it is not actually done.

判定装置2は、分類器21に入力された複数の車体ねじれ指標T1を検出した所定時間内において、実際に軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが行われているとき(図2のS7において「Yes」の場合)には、鉄道車両3は正常であると判定し(図2のS8、図5)、その結果を出力する。
一方、判定装置2は、分類器21に入力された複数の車体ねじれ指標T1を検出した所定時間内において、実際には軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われていないとき(図2のS7において「No」の場合)には、鉄道車両3に異常が生じていると判定し(図2のS9、図5)、その結果を出力する。
When the track or railroad vehicle 3 is actually maintained within a predetermined time when the determination device 2 detects a plurality of vehicle body twist indexes T1 input to the classifier 21 (“Yes” in S7 of FIG. 2). In the case of), it is determined that the railroad vehicle 3 is normal (S8 in FIG. 2, FIG. 5), and the result is output.
On the other hand, when the determination device 2 actually does not actually perform maintenance on the track or the railroad vehicle 3 within a predetermined time when a plurality of vehicle body twist indexes T1 input to the classifier 21 are detected (FIG. 2). In the case of "No" in S7), it is determined that an abnormality has occurred in the railway vehicle 3 (S9 in FIG. 2, FIG. 5), and the result is output.

本実施形態に係る状態監視装置100は、好ましい態様として、異常の有無のみならず、更に異常の種別を判定可能な構成になっている。
具体的には、状態監視装置100が備える判定装置2は、鉄道車両3に異常が生じていると判定した場合(図2のS9、図5)、複数(n個)の車体ねじれ指標T1を検出した所定時間内に検出装置1で連続して検出した複数(n個)の台車ねじれ指標(前側の台車の台車ねじれ指標及び後側の台車の台車ねじれ指標)T2(1)、T2(2)、T2(3)・・・T2(n)のうち、その絶対値が所定のしきい値以上の台車ねじれ指標T2が存在するか否かを判定する(図2のS10、図5)。
このしきい値としては、最初に設定したのと同じ固定のしきい値を用いるのではなく、適宜のタイミングで変動するしきい値を用いることが好ましい。例えば、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが行われた直後(鉄道車両3に異常が生じていない可能性が非常に高い状態)に検出した複数の台車ねじれ指標T2の平均値を算出し、この平均値を超える値にしきい値を設定することが可能である。
As a preferred embodiment, the condition monitoring device 100 according to the present embodiment has a configuration capable of determining not only the presence or absence of an abnormality but also the type of the abnormality.
Specifically, when the determination device 2 included in the state monitoring device 100 determines that an abnormality has occurred in the railroad vehicle 3 (S9, FIG. 5 in FIG. 2), a plurality of (n) vehicle body twist indexes T1 are set. Multiple (n) bogie twist indexes continuously detected by the detection device 1 within the detected predetermined time (bogie twist index of the front bogie and bogie twist index of the rear bogie) T2 (1), T2 (2) ), T2 (3) ... T2 (n), it is determined whether or not there is a bogie twist index T2 whose absolute value is equal to or greater than a predetermined threshold value (S10, FIG. 5 in FIG. 2).
As this threshold value, it is preferable to use a threshold value that fluctuates at an appropriate timing, instead of using the same fixed threshold value that was initially set. For example, the average value of a plurality of bogie twist indexes T2 detected immediately after maintenance of the track or the railroad vehicle 3 is performed (a state in which it is very likely that no abnormality has occurred in the railroad vehicle 3) is calculated, and this average is calculated. It is possible to set a threshold for a value that exceeds the value.

本発明者らの知見によれば、その絶対値が所定のしきい値以上の台車ねじれ指標T2が存在するときには鉄道車両3が備える軸ばねが破損しており、存在しないときには鉄道車両3が備える2次ばねに関する異常が発生している場合が大半である。
このため、判定装置2は、複数の台車ねじれ指標T2のうち、その絶対値が所定のしきい値以上の台車ねじれ指標T2が存在するときには鉄道車両3が備える軸ばねが破損していると判定し(図2のS11、図5)、存在しないときには鉄道車両3が備える2次ばねに関する異常(2次ばねのパンクや、2次ばねの吸排気を制御する高さ調整弁の故障)が発生していると判定し(図2のS12、図5)、その結果を出力する。
According to the findings of the present inventors, the shaft spring included in the railcar 3 is damaged when the bogie twist index T2 whose absolute value is equal to or higher than a predetermined threshold value is present, and the railcar 3 is provided when the absolute value is not present. In most cases, an abnormality related to the secondary spring has occurred.
Therefore, the determination device 2 determines that the shaft spring included in the railcar 3 is damaged when the bogie twist index T2 whose absolute value is equal to or higher than a predetermined threshold value is present among the plurality of bogie twist indexes T2. However, when it does not exist (S11 in FIG. 2 and FIG. 5), an abnormality related to the secondary spring provided in the railcar 3 (a puncture of the secondary spring or a failure of the height adjusting valve that controls the intake / exhaust of the secondary spring) occurs. It is determined that the operation is performed (S12 in FIG. 2, FIG. 5), and the result is output.

以上に説明したように、本実施形態に係る状態監視装置100によれば、分類器21を生成する機械学習における教師データとして、正常な鉄道車両3について、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われていない所定時間内に検出した複数の指標(例えば、車体ねじれ指標T1)と、軌道又は鉄道車両3のメンテナンスが実際に行われた所定時間内に検出した複数の指標(例えば、車体ねじれ指標T1)とを用意するだけでよい。すなわち、教師データとして異常な鉄道車両3についての指標が不要であるため、多数の教師データを用意することができ、分類器21の機械学習を十分に行うことができる結果、判定精度を高めることが可能である。
また、本実施形態に係る状態監視装置100によれば、異常の有無のみならず、更に異常の種別を判定可能であるため、異常の種別に応じた適切な処置を施すことが可能である。
As described above, according to the state monitoring device 100 according to the present embodiment, maintenance of the track or the railroad vehicle 3 is actually performed for the normal railroad vehicle 3 as the teacher data in the machine learning for generating the classifier 21. A plurality of indicators detected within a predetermined time not performed (for example, vehicle body twist index T1) and a plurality of indicators detected within a predetermined time when maintenance of the track or railroad vehicle 3 is actually performed (for example, vehicle body twist index T1). It is only necessary to prepare the index T1). That is, since the index for the abnormal railroad vehicle 3 is not required as the teacher data, a large number of teacher data can be prepared, and the machine learning of the classifier 21 can be sufficiently performed, and as a result, the determination accuracy is improved. Is possible.
Further, according to the condition monitoring device 100 according to the present embodiment, not only the presence or absence of an abnormality but also the type of the abnormality can be determined, so that appropriate measures can be taken according to the type of the abnormality.

1・・・検出装置
2・・・判定装置
3・・・鉄道車両
11・・・輪重センサ
12・・・演算部
21・・・分類器
31・・・車輪
100・・・鉄道車両の状態監視装置
1 ... Detection device 2 ... Judgment device 3 ... Railway vehicle 11 ... Wheel load sensor 12 ... Calculation unit 21 ... Classifier 31 ... Wheel 100 ... State of railway vehicle Monitoring device

Claims (3)

軌道上を走行する鉄道車両が具備する車輪の輪重で表わされる指標を検出する検出装置と、
前記検出装置で所定時間内に検出した複数の前記指標と、入力された前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンス情報とに基づき、前記鉄道車両の異常の有無を判定する判定装置とを備え、
前記判定装置は、
前記複数の前記指標が入力され、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスの有無を出力する分類器を具備し、
前記分類器の出力がメンテナンス無しの場合、前記鉄道車両は正常であると判定し、
前記分類器の出力がメンテナンス有りの場合、前記入力されたメンテナンス情報に基づき、前記分類器に入力された複数の前記指標を検出した所定時間内において、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスが実際に行われたか否かを判定し、実際にメンテナンスが行われているときには前記鉄道車両は正常であると判定し、実際にはメンテナンスが行われていないときには前記鉄道車両に異常が生じていると判定し、
前記分類器は、正常な前記鉄道車両について、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスが実際に行われていない所定時間内に検出した複数の前記指標が入力されたときにメンテナンス無しを出力し、前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンスが実際に行われた所定時間内に検出した複数の前記指標が入力されたときにメンテナンス有りを出力するように、機械学習を用いて生成される、
ことを特徴とする鉄道車両の状態監視装置。
A detection device that detects an index represented by the wheel load of a railroad vehicle running on a track, and a detection device.
A determination device for determining the presence or absence of an abnormality in the railway vehicle based on the plurality of indicators detected by the detection device within a predetermined time and the input maintenance information of the track or the railway vehicle is provided.
The determination device is
A classifier for inputting the plurality of indicators and outputting the presence or absence of maintenance of the track or the railway vehicle is provided.
If the output of the classifier is without maintenance, it is determined that the railroad vehicle is normal.
When the output of the classifier has maintenance, the maintenance of the track or the railroad vehicle is actually performed within a predetermined time when a plurality of the indexes input to the classifier are detected based on the input maintenance information. It is determined whether or not the maintenance has been performed, and when the maintenance is actually performed, it is determined that the railroad vehicle is normal, and when the maintenance is not actually performed, it is determined that the railroad vehicle has an abnormality. death,
The classifier outputs no maintenance for the normal railroad vehicle when a plurality of the indicators detected within a predetermined time when the track or the railroad vehicle is not actually maintained is input. Generated using machine learning to output with maintenance when a plurality of the indicators detected within a predetermined time when the track or the rolling stock is actually maintained are input.
A condition monitoring device for railroad vehicles.
前記指標は、以下の式(1)で表わされる車体ねじれ指標、或いは、以下の式(2)又は(3)で表わされる台車ねじれ指標である、
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両の状態監視装置。
車体ねじれ指標=(P1+P3+P6+P8)−(P2+P4+P5+P7)・・・(1)
前側の台車の台車ねじれ指標=(P1+P4)−(P2+P3)・・・(2)
後側の台車の台車ねじれ指標=(P5+P8)−(P6+P7)・・・(3)
ただし、P1は前側の台車の前方右側の車輪の輪重を、P2は前側の台車の前方左側の車輪の輪重を、P3は前側の台車の後方右側の車輪の輪重を、P4は前側の台車の後方左側の車輪の輪重を、P5は後側の台車の前方右側の車輪の輪重を、P6は後側の台車の前方左側の車輪の輪重を、P7は後側の台車の後方右側の車輪の輪重を、P8は後側の台車の後方左側の車輪の輪重を示す。
The index is a vehicle body twist index represented by the following formula (1), or a bogie twist index represented by the following formula (2) or (3).
The condition monitoring device for a railroad vehicle according to claim 1.
Body twist index = (P1 + P3 + P6 + P8)-(P2 + P4 + P5 + P7) ... (1)
Bogie twist index of the front bogie = (P1 + P4)-(P2 + P3) ... (2)
Bogie twist index of the rear bogie = (P5 + P8)-(P6 + P7) ... (3)
However, P1 is the wheel weight of the front right wheel of the front bogie, P2 is the wheel weight of the front left wheel of the front bogie, P3 is the wheel weight of the rear right wheel of the front bogie, and P4 is the front side. P5 is the wheel weight of the front right wheel of the rear bogie, P6 is the wheel weight of the front left wheel of the rear bogie, and P7 is the wheel weight of the front left wheel of the rear bogie. The wheel weight of the wheel on the rear right side of the above is shown, and P8 shows the wheel weight of the wheel on the rear left side of the bogie on the rear side.
前記検出装置は、前記車体ねじれ指標及び前記台車ねじれ指標を検出し、
前記判定装置は、前記検出装置で所定時間内に検出した複数の前記車体ねじれ指標と、入力された前記軌道又は前記鉄道車両のメンテナンス情報とに基づき、前記鉄道車両の異常の有無を判定し、前記鉄道車両に異常が生じていると判定した場合、前記複数の車体ねじれ指標を検出した所定時間内に前記検出装置で検出した複数の前記台車ねじれ指標のうち、その絶対値が所定のしきい値以上の台車ねじれ指標が存在するときには前記鉄道車両が備える軸ばねが破損していると判定し、存在しないときには前記鉄道車両が備える2次ばねに関する異常が発生していると判定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の鉄道車両の状態監視装置。
The detection device detects the vehicle body twist index and the bogie twist index, and
The determination device determines whether or not there is an abnormality in the railway vehicle based on the plurality of vehicle body twist indexes detected by the detection device within a predetermined time and the input maintenance information of the track or the railway vehicle. When it is determined that an abnormality has occurred in the railroad vehicle, the absolute value of the plurality of trolley twist indexes detected by the detection device within the predetermined time when the plurality of vehicle body twist indexes are detected is a predetermined threshold. When the trolley twist index equal to or greater than the value is present, it is determined that the shaft spring provided in the railroad vehicle is damaged, and when it is not present, it is determined that an abnormality related to the secondary spring provided in the railroad vehicle has occurred.
The condition monitoring device for a railroad vehicle according to claim 2.
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