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JP7449191B2 - How to measure the inclination of a joint plate - Google Patents
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Description

本発明は、鉄道軌道に敷設されたレールの腹部に設けられた継目板の傾き測定方法に関し、特に列車に搭載された軌道材料までの距離を計測する距離センサにより取得したデータに基づいて継目板の傾きを測定する技術に関する。 The present invention relates to a method for measuring the inclination of a joint plate installed on the abdomen of a rail laid on a railway track, and in particular, the present invention relates to a method for measuring the inclination of a joint plate provided on the abdomen of a rail laid on a railway track. Concerning techniques for measuring the slope of.

鉄道軌道においては、レールとレールとの接続部にレール同士を接続する継目板がレールの腹部に設けられており、継目板が外れると輸送障害を引き起こすおそれがあるので、継目板の異常の検出は軌道の保守において極めて重要である。
一般に、継目板はボルトによってレールの両腹部に取り付けられており、ボルトが折損することが継目板の脱落の一番の原因である。そこで、継目板ボルトの折損を、目視もしくはカメラで撮影した画像により発見して交換する事後保全的な管理を行っているのが現状である。しかし、目視による継目板ボルトの折損の発見は多くの人手と労力を必要とするため、省力化が望まれている。画像による継目板ボルトの折損の検出は省力化が可能であるが、継目板ボルトの破損を予測することは困難である。
On railway tracks, a joint plate is installed on the abdomen of the rail to connect the rails to each other, and if the joint plate comes off, it may cause transportation problems, so detection of abnormalities in the joint plate is necessary. is extremely important in track maintenance.
Generally, the joint plate is attached to both flanks of the rail by bolts, and the most common cause of the joint plate falling off is the bolts breaking. Therefore, the current situation is to conduct maintenance management in which broken joint plate bolts are detected visually or by images taken with a camera and replaced. However, visual inspection of broken joint plate bolts requires a lot of manpower and labor, and therefore labor saving is desired. Detecting breakage of a seam plate bolt using images can save labor, but it is difficult to predict breakage of a seam plate bolt.

そのため、人手を要することなく、継目板ボルトが破損する前に緩み等の異常をいち早く検出することが求められている。なお、通常はレールRの左右に取り付けられる一対の継目板J1,J2は、図6に点線で示すように平行に設置されるが、継目板J1,J2に傾き(鉛直方向に対する偏角)が生じていると、実線で示すように左右の継目板J1,J2の平行度が損なわれ、継目板ボルトBが折損し易くなることが報告されている。
従って、継目板J1,J2の傾きまたは平行度を測定できれば、ボルトBが折損に至る前に予防保全を行うことができるので有効であるが、継目板の傾きや平行度を測定する装置は実用化されておらず、1つ1つ人手で行う必要があり、非常に多くの労力を要するため継目板の傾き(平行度)を検出して管理を行うに至っていない。
Therefore, there is a need to quickly detect abnormalities such as loosening of the joint plate bolts before they are damaged, without requiring human labor. Note that the pair of joint plates J1 and J2, which are normally attached to the left and right sides of the rail R, are installed parallel to each other as shown by the dotted lines in FIG. It has been reported that if this occurs, the parallelism of the left and right seam plates J1 and J2 is impaired, as shown by the solid line, and the seam plate bolt B is likely to break.
Therefore, if the inclination or parallelism of the joint plates J1 and J2 could be measured, it would be effective because preventive maintenance could be carried out before the bolt B breaks, but a device that measures the inclination or parallelism of the joint plates is not practical. This method is not standardized, and each step must be performed manually, which requires an extremely large amount of labor. Therefore, it has not been possible to detect and manage the inclination (parallelism) of the joint plates.

なお、従来、レール継目板の検出を容易かつ確実に行えるようにするための継目板検出装置に関する発明が提案されている(特許文献1参照)。また、レール締結装置や継目板、軌道パッドの異常を検出するため、営業車に搭載して軌道部品の3次元形状データを取得することにより、劣化トレンドを観測してメンテナンスタイミングを的確に予測したり、3次元形状データを距離画像に変成して表示することにより軌道部品の異常を発見したりできるようにした発明も提案されている(特許文献2参照)。 Note that an invention related to a joint plate detection device for easily and reliably detecting a rail joint plate has been proposed (see Patent Document 1). In addition, in order to detect abnormalities in rail fastening devices, joint plates, and track pads, by installing them on commercial vehicles and acquiring 3D shape data of track components, we can observe deterioration trends and accurately predict maintenance timing. In addition, an invention has been proposed in which an abnormality in a track component can be discovered by transforming three-dimensional shape data into a distance image and displaying it (see Patent Document 2).

特開平10-332324号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-332324 特開2011-214933号公報JP2011-214933A

しかしながら、特許文献1の発明の検出装置にあっては、レール継目板の有無を検出することはできるものの、継目板の傾きを測定することはできない。また、特許文献2の発明にあっては、軌道部品に関する距離画像を表示することはできるものの、継目板の傾きを測定することはできない。仮に、継目板が傾いた距離画像を表示できたとしても、継目板ボルトの緩みにつながる傾きであるか否かは人が見て判断しなければならいないため、充分な省力化が達成されていないという課題がある。 However, although the detection device of the invention disclosed in Patent Document 1 can detect the presence or absence of a rail joint plate, it cannot measure the inclination of the joint plate. Further, in the invention of Patent Document 2, although distance images regarding track components can be displayed, the inclination of the joint plate cannot be measured. Even if it were possible to display a distance image in which the joint plate is tilted, sufficient labor savings would not be achieved because a person would have to visually judge whether or not the tilt would lead to loosening of the joint plate bolts. The problem is that there is no.

そこで、本発明者らは、列車に搭載されている軌道材料モニタリング装置に、軌道材料までの距離を検出するプロファイルカメラ(レーザーを使用した距離計)が設けられていることに着目して、継目板までの距離測定値に基づいて継目板の傾きを算出することを検討した。しかし、曲線部(カーブ箇所)の軌道にはカントと呼ばれる高低差が設けられており、レールに対する車体側のレーザー距離計(距離センサ)の傾きが平坦な箇所での傾きとは異なってしまうため、軌道のカーブ箇所では継目板の傾きを正確に測定することが困難であるという課題があることが明らかになった。 Therefore, the present inventors focused on the fact that the track material monitoring device installed on trains is equipped with a profile camera (distance meter using a laser) that detects the distance to the track material. We considered calculating the inclination of the joint plate based on the measured distance to the plate. However, there is a height difference called cant on the track at curved sections, and the inclination of the laser distance meter (distance sensor) on the vehicle body side with respect to the rail is different from the inclination at flat points. It became clear that there was a problem in that it was difficult to accurately measure the inclination of the joint plate at curved parts of the track.

本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、車両に搭載された距離センサの計測値に基づいて、継目板ボルトの破損に繋がる継目板の傾きを測定することができる継目板の傾き測定方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、軌道のカーブ箇所においても継目板の傾きを正確に測定することができる継目板の傾き測定方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a seam plate that can measure the inclination of the seam plate, which may lead to damage of the seam plate bolt, based on the measured value of a distance sensor mounted on a vehicle. The object of the present invention is to provide a method for measuring the slope of
Another object of the present invention is to provide a method for measuring the inclination of a seam plate that can accurately measure the inclination of a seam plate even at curved locations on a track.

上記課題を達成するため、この発明は、
鉄道軌道に敷設されているレールの腹部に取り付けられている継目板の傾きを、距離センサを備えた車両が走行しながら取得した軌道材料の距離画像データに基づいて測定する継目板の傾き測定方法において、
前記距離画像データに基づいて、前記継目板の下縁部上面の傾きと前記レールの底部上面の傾きをそれぞれ算出し、
算出された前記継目板の下縁部上面の傾きと前記レールの底部上面の傾きとの差を前記継目板の前記レールに対する傾きとするようにしたものである。
In order to achieve the above-mentioned problems, this invention
A method for measuring the inclination of a joint plate attached to the abdomen of a rail laid on a railway track based on distance image data of track material acquired while a vehicle equipped with a distance sensor is running. In,
Based on the distance image data, calculate the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate and the slope of the upper surface of the bottom of the rail,
The difference between the calculated inclination of the upper surface of the lower edge of the joint plate and the upper surface of the bottom of the rail is set as the inclination of the joint plate with respect to the rail.

上記の方法によれば、距離センサにより取得した輝度データに基づいて継目板の傾きを算出することができるため、多くの労力を要することなく継目板ボルトの破損に繋がる継目板の傾きを発見することができる。また、レールに対する継目板の相対的な傾きを求めることができるため、レールに対する距離センサの検出軸の傾きが平坦な箇所と異なる軌道のカーブ箇所においても、継目板の傾きを正確に測定することができる。 According to the above method, the inclination of the seam plate can be calculated based on the brightness data obtained by the distance sensor, so the inclination of the seam plate that can lead to damage of the seam plate bolt can be discovered without much effort. be able to. In addition, since the relative inclination of the joint plate to the rail can be determined, it is possible to accurately measure the inclination of the joint plate even at curved places on the track where the inclination of the detection axis of the distance sensor with respect to the rail is different from flat places. Can be done.

より具体的には、鉄道軌道に敷設されているレールの腹部に取り付けられている継目板の傾きを、距離センサを備えた車両が走行しながら取得した軌道材料の距離画像データに基づいて測定する継目板の傾き測定方法において、
前記距離画像データより、前記継目板の画像領域を検出して継目板およびレール底部を含む所定範囲の距離画像データを抽出する第1ステップと、
前記第1ステップで抽出された前記距離画像データに基づいて、前記継目板の一端から他端までの全行について隣接するピクセル間の輝度の差分を算出する第2ステップと、
前記輝度の差分が予め設定されたしきい値範囲に入っているか判定することで、前記継目板の下縁部の上面領域の境界を検出する第3ステップと、
前記輝度の差分が予め設定されたしきい値範囲入っているか判定することで、前記レールの底部の上面領域の境界を検出する第4ステップと、
前記第3ステップで検出された前記継目板の下縁部の上面領域の境界に基づいて、抽出された前記距離画像データから前記継目板の下縁部上面の距離画像データを特定し、当該継目板の下縁部上面の傾きを算出する第5ステップと、
前記第4ステップで検出された前記レール底部の上面領域の境界に基づいて、抽出された前記距離画像データから前記レールの底部上面の距離画像データを特定し、当該レールの底部上面の傾きを算出する第6ステップと、
前記第5ステップで算出された前記継目板の下縁部上面の傾きと前記第6ステップで算出された前記レールの底部上面の傾きとの差をとることで、前記継目板の前記レールに対する傾きを算出する第7ステップと、を含むようにする。
More specifically, the inclination of a joint plate attached to the abdomen of a rail laid on a railway track is measured based on distance image data of track material acquired while a vehicle equipped with a distance sensor is running. In the method of measuring the inclination of the joint plate,
A first step of detecting an image area of the joint plate from the distance image data and extracting distance image data of a predetermined range including the joint plate and the bottom of the rail;
a second step of calculating a difference in brightness between adjacent pixels for all rows from one end of the joint plate to the other end based on the distance image data extracted in the first step;
a third step of detecting the boundary of the upper surface area of the lower edge of the joint plate by determining whether the difference in brightness is within a preset threshold range;
a fourth step of detecting a boundary of an upper surface area of the bottom of the rail by determining whether the difference in brightness is within a preset threshold range;
Based on the boundary of the upper surface area of the lower edge of the joint plate detected in the third step, distance image data of the upper surface of the lower edge of the joint plate is specified from the extracted distance image data, and a fifth step of calculating the slope of the upper surface of the lower edge of the board;
Based on the boundary of the top surface area of the bottom of the rail detected in the fourth step, distance image data of the top surface of the bottom of the rail is specified from the extracted distance image data, and an inclination of the top surface of the bottom of the rail is calculated. The sixth step is to
By taking the difference between the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate calculated in the fifth step and the slope of the upper surface of the bottom part of the rail calculated in the sixth step, the slope of the joint plate with respect to the rail can be determined. and a seventh step of calculating.

かかる方法によれば、継目板の上縁部の境界とレールの底部の境界情報を取得して、距離センサにより取得した距離画像データの中から、継目板の上縁部上面の輝度データとレールの底部上面の輝度データを抽出することができる。そのため、それぞれの輝度データから継目板の上縁部上面の傾きとレールの底部上面の傾きを算出して、レールに対する継目板の相対的な傾きを正確に求めることができる。 According to this method, the boundary information of the upper edge of the joint plate and the bottom of the rail is acquired, and the luminance data of the upper surface of the upper edge of the joint plate and the rail are selected from the distance image data acquired by the distance sensor. It is possible to extract the brightness data of the bottom and top surfaces of the . Therefore, by calculating the inclination of the top surface of the upper edge of the joint plate and the slope of the top surface of the bottom of the rail from each luminance data, it is possible to accurately determine the relative inclination of the joint plate with respect to the rail.

また、望ましくは、前記第5ステップにおいては、前記第3ステップで検出された前記継目板の下縁部の上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記継目板の下縁部上面の距離画像データを特定し、当該継目板の長手方向に沿った前記距離画像データの輝度の平均値を算出し、算出された輝度の平均値に基づいて前記継目板の下縁部上面の傾きを算出し、
前記第6ステップにおいては、前記第4ステップで検出された前記レールの底部上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記レールの底部上面の距離画像データを特定し、当該レールの長手方向に沿った距離画像データの輝度の平均値を算出し、算出された輝度の平均値に基づいて前記レールの底部上面の傾きを算出するようにする。
Preferably, in the fifth step, based on the boundary of the upper surface area of the lower edge of the joint plate detected in the third step, the distance image data extracted in the first step is Distance image data of the upper surface of the lower edge of the joint plate is specified , the average value of the luminance of the distance image data along the longitudinal direction of the joint plate is calculated, and the distance image data of the upper surface of the lower edge of the joint plate is calculated. Calculate the slope of the top surface of the bottom edge of the board,
In the sixth step, a distance image of the top surface of the bottom of the rail is calculated from the distance image data extracted in the first step based on the boundary of the top surface area of the bottom of the rail detected in the fourth step. The data is specified , the average value of the brightness of the distance image data along the longitudinal direction of the rail is calculated, and the slope of the upper surface of the bottom of the rail is calculated based on the calculated average value of the brightness.

このような方法によれば、使用する距離センサから得られる輝度データの高さ方向の解像度が粗い場合であっても、平均値をとることで解像度を向上させることができ、より精度の高い継目板の傾きを算出することができる。 According to this method, even if the resolution in the height direction of the brightness data obtained from the distance sensor used is coarse, the resolution can be improved by taking the average value, and more accurate seams can be created. The inclination of the board can be calculated.

さらに、望ましくは、前記第5ステップにおいては、継目板の長手方向に沿った前記継目板の下縁部上面の前記輝度の平均値に基づいて行方向にそれぞれ差分をとり、前記継目板の下縁部上面の差分の中央値ないしは四分位値などの順序統計量を代表値として決定し、決定された前記代表値に基づいて前記継目板の下縁部上面の傾きを算出し、
前記第6ステップにおいては、レールの長手方向に沿ったレールの底部上面の前記輝度の平均値に基づいて行方向にそれぞれ差分をとり、前記レールの底部上面の差分の中央値を代表値として決定し、決定された前記代表値に基づいて前記レールの底部上面の傾きを算出するようにする。
Furthermore, desirably, in the fifth step, a difference is calculated in the row direction based on the average value of the luminance of the upper surface of the lower edge of the seam plate along the longitudinal direction of the seam plate, and determining an order statistic such as the median or quartile of the difference between the top surfaces of the edges as a representative value, and calculating the slope of the top surface of the bottom edge of the joint plate based on the determined representative value;
In the sixth step, differences are calculated in the row direction based on the average value of the brightness of the bottom top surface of the rail along the rail length direction, and the median value of the differences of the bottom top surface of the rail is determined as a representative value. Then, the inclination of the bottom upper surface of the rail is calculated based on the determined representative value.

かかる方法によれば、継目板の下縁部上面の差分の中央値とレールの底部上面の差分の中央値ないしは四分位値などの順序統計量をそれぞれ代表値とし、その代表値に基づいて継目板のレールに対する傾きを算出するため、継目板の下縁部やレール底部の裾の湾曲部のデータが傾きの算出に影響しないようにすることができ、それによって精度の高い継目板の傾きを算出することができる。
さらに、前記第5ステップおよび前記第6ステップにおいては、前記距離画像データのピクセルの大きさをrで表わし、前記代表値としての差分をΔHとしたとき、継目板の下縁部上面の傾きαおよびレールの底部上面の傾きβを、tan-1(ΔH/r)なる式を用いてそれぞれ算出するようにすることができる。
According to this method, order statistics such as the median or quartile of the difference between the top surface of the lower edge of the joint plate and the top surface of the bottom of the rail are used as representative values, and based on the representative values, In order to calculate the inclination of the joint plate with respect to the rail, it is possible to prevent data from the curved part of the lower edge of the joint plate and the hem of the bottom of the rail from affecting the calculation of the inclination, which allows for highly accurate inclination of the joint plate. can be calculated.
Further, in the fifth step and the sixth step, when the pixel size of the distance image data is represented by r and the difference as the representative value is ΔH, the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate is α and the slope β of the top surface of the bottom of the rail can be calculated using the formula tan-1 (ΔH/r).

本発明の継目板の傾き測定方法によれば、車両に搭載された距離センサの計測値に基づいて、継目板ボルトの破損に繋がる継目板の傾きを測定することができる。また、軌道のカーブ箇所においても継目板の傾きを正確に測定することができるという効果がある。 According to the method for measuring the inclination of a joint plate of the present invention, it is possible to measure the inclination of a joint plate that may lead to damage to a joint plate bolt, based on the measured value of a distance sensor mounted on a vehicle. Further, there is an effect that the inclination of the joint plate can be accurately measured even at curved portions of the track.

列車に搭載された軌道材料モニタリング装置における距離センサの設置例を示す概略正面図である。FIG. 2 is a schematic front view showing an example of installing a distance sensor in a track material monitoring device mounted on a train. 測定対象の継目板とレールとの関係を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between a joint plate to be measured and a rail. 軌道材料モニタリング装置に設けられている距離センサにより取得されたレール幅方向の輝度変化の一例および隣接するピクセルの輝度値の差分の変化を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the brightness change in the rail width direction acquired by the distance sensor provided in the track material monitoring device, and the change of the difference of the brightness value of adjacent pixels. 本発明の継目板の傾き測定方法の手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of the inclination measurement method of the joint plate of this invention. (A)は距離画像データに基づくある行の行方向の輝度の変化と列方向平均化処理後の輝度の変化を示すグラフ、(B)輝度値の差分と傾きとの関係を示す図である。(A) is a graph showing the change in brightness in the row direction of a certain row based on distance image data and the change in brightness after column direction averaging processing; (B) is a diagram showing the relationship between the difference in brightness value and the slope. . 本発明の継目板の傾き測定方法の対象となる継目板の正常と異常の状態を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing normal and abnormal states of a seam plate, which is a target of the seam plate inclination measurement method of the present invention.

以下、図面を参照しつつ、本発明を、列車に搭載された軌道材料モニタリング装置に設けられている距離センサにより取得されたデータを使用して継目板の傾きを測定する場合に適用した実施形態について詳細に説明する。
なお、本発明を適用する際に用いられる距離センサは、対象物までの距離を測定できるものであれば、レーザー距離計などどのような種類のものでも良いが、本実施形態では、測定対象物までの距離を輝度値で表わした距離画像データとして出力するプロファイルカメラや深度センサもしくはデプスカメラのようなセンサを使用するものとして説明する。
Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment in which the present invention is applied to a case where the inclination of a joint plate is measured using data acquired by a distance sensor provided in a track material monitoring device mounted on a train. will be explained in detail.
Note that the distance sensor used when applying the present invention may be of any type, such as a laser distance meter, as long as it can measure the distance to the target object. The following explanation assumes that a sensor such as a profile camera, a depth sensor, or a depth camera that outputs distance image data representing the distance to the object as a brightness value is used.

また、距離センサの取り付け方に関しては、図1に示すように、軌道上の一対のレールR1,R2の両側部に対応して、対をなす距離センサS1,S2をそれぞれ下向きにして設けるのが望ましい。なお、図1において、符号RCで示されているのは、レール締結装置である。
既存の営業列車には、距離を測定できるプロファイルカメラや濃淡が分かるラインセンサカメラを備えた軌道材料モニタリング装置を搭載し、走行中に軌道の状態を取得し記憶装置に記憶するものがあるので、そのような軌道材料モニタリング装置のプロファイルカメラで取得したデータを使用して継目板の傾きを測定するようにしても良い。
Regarding the method of installing the distance sensors, as shown in Fig. 1, it is recommended to install a pair of distance sensors S1 and S2 facing downward, corresponding to both sides of a pair of rails R1 and R2 on the track. desirable. In addition, in FIG. 1, what is shown by the symbol RC is a rail fastening device.
Some existing commercial trains are equipped with track material monitoring devices that are equipped with profile cameras that can measure distance and line sensor cameras that can see shading, and that acquire track conditions while running and store them in storage devices. The inclination of the seam plate may be measured using data acquired by a profile camera of such a track material monitoring device.

実施形態の説明の前に、本発明の継目板の傾き検出方法の考え方を説明する。
前述したように、曲線部(カーブ箇所)の軌道にはカントが設けられており、レールに対する車体側の距離センサの検出軸の傾きが平坦な箇所での傾きとは異なってしまうため、軌道のカーブ箇所では継目板の傾きを正確に測定することが困難である。一方、カーブ箇所においても平坦な箇所においても、継目板がレールの腹部に正しく取り付けられている場合には、図2に示すように、レールRの底部(下部フランジ)の上面F1の角度βと継目板Jの下縁部(下部張り出し部)の上面F2の角度αはほぼ等しく、F1に対するF2の相対的な角度は一定(ほぼ0°)である。
Before describing the embodiments, the concept of the method for detecting the inclination of a joint plate according to the present invention will be explained.
As mentioned above, there is a cant in the track at curved sections, and the inclination of the detection axis of the distance sensor on the vehicle body with respect to the rail is different from the inclination at flat locations. It is difficult to accurately measure the inclination of the joint plates at curved locations. On the other hand, if the joint plate is correctly attached to the abdomen of the rail, whether in a curved area or a flat area, the angle β of the top surface F1 of the bottom (lower flange) of the rail R and The angle α of the upper surface F2 of the lower edge portion (lower overhang portion) of the joint plate J is approximately equal, and the relative angle of F2 to F1 is constant (approximately 0°).

そこで、距離センサからレールRの底部上面F1と継目板Jの下縁部上面F2までの距離を測定してそれぞれの角度を算出し、差分をとることでカントの影響をなくして継目板のレールに対する相対的な傾きを算出することとした。そのためには、距離センサの測定データから、レールRの底部上面F1と継目板Jの下縁部上面F2の部分の距離データを抽出する必要がある。
距離センサが距離を輝度として表わした距離画像データとして出力するセンサの場合、取得された距離画像データにおいて、レールRの頭部と継目板Jの上縁部(上部張り出し部)との境界#1、継目板Jの上縁部と下縁部との境界#2、継目板Jの下縁部とレールRの底部(下部フランジ)との境界#3で、輝度がそれぞれ大きく変化するため、輝度の差分にピークが表われることが予想される。
Therefore, by measuring the distance from the distance sensor to the top surface F1 of the bottom of the rail R and the top surface F2 of the bottom edge of the joint plate J, calculating the respective angles, and taking the difference, the influence of cant can be eliminated and the rail of the joint plate We decided to calculate the relative slope to . To do this, it is necessary to extract distance data between the bottom upper surface F1 of the rail R and the lower edge upper surface F2 of the joint plate J from the measurement data of the distance sensor.
If the distance sensor is a sensor that outputs distance image data expressing distance as brightness, in the acquired distance image data, boundary #1 between the head of the rail R and the upper edge (upper overhang) of the joint plate J , at the boundary #2 between the upper edge and the lower edge of the joint plate J, and at the boundary #3 between the lower edge of the joint plate J and the bottom (lower flange) of the rail R, the brightness changes significantly. It is expected that a peak will appear in the difference between.

そこで、本発明者らは、軌道材料モニタリング装置に設けられている距離センサにより取得された距離画像データから継目板領域のデータを抽出して、レール幅方向に沿ってピクセル間の輝度の差分をとってグラフとして表わしてみた。図3にそのグラフを示す。このうち、図3(A)は各ピクセルの輝度値の変化、図3(B)は隣接するピクセルの輝度の差分の変化である。図3より、各境界#1、#2、#3、#4に、輝度の差分のピークが表われていることが分かる。なお、#4はレールRの底部とレール締結装置等の部品(図2のP)との境界である。 Therefore, the present inventors extracted the data of the joint plate area from the distance image data acquired by the distance sensor installed in the track material monitoring device, and calculated the difference in brightness between pixels along the rail width direction. I took it and expressed it as a graph. Figure 3 shows the graph. Of these, FIG. 3A shows a change in the brightness value of each pixel, and FIG. 3B shows a change in the difference in brightness between adjacent pixels. From FIG. 3, it can be seen that the peak of the difference in brightness appears at each boundary #1, #2, #3, and #4. Note that #4 is the boundary between the bottom of the rail R and parts such as the rail fastening device (P in FIG. 2).

さらに、本発明者らは、距離センサにより取得された他の継目板の距離画像データについても上記同様な処理をしてグラフに表してみたところ、同様にして各境界#1、#2、#3、#4に、輝度の差分のピークが表われていることが明らかになった。そして、統計処理を行なったところ、図3(B)に示すように、しきい値LDth1,LDth2,LDth3,LDth0を設定することによって、各境界#1、#2、#3を検出できることを見出した。従って、距離センサの測定データからレールRの底部上面F1と継目板Jの下縁部上面F2の部分を抽出することができ、レールRの底部上面F1と継目板Jの下縁部上面F2のそれぞれの角度を算出し、差分をとることで継目板のレールに対する傾きを算出することができることが分かった。 Furthermore, the present inventors applied the same processing to the distance image data of other joint plates acquired by the distance sensor and expressed it in a graph, and found that each boundary #1, #2, # 3. It became clear that the peak of the brightness difference appeared in #4. After performing statistical processing, we found that each boundary #1, #2, and #3 can be detected by setting the threshold values LDth1, LDth2, LDth3, and LDth0, as shown in Figure 3 (B). Ta. Therefore, the bottom upper surface F1 of the rail R and the lower edge upper surface F2 of the joint plate J can be extracted from the measurement data of the distance sensor. It was found that by calculating each angle and taking the difference, it was possible to calculate the inclination of the joint plate with respect to the rail.

次に、上記知見を利用した本発明に係る継目板の傾き測定方法の具体的な手順の一例について、図4のフローチャートを用いて説明する。
図4の傾き測定処理においては、先ず距離センサにより取得された距離画像データを記憶装置から読み出してレールの裾位置を検出する(ステップS1)。次に、読み出された距離画像データから継目板の領域を検出して、レール頭部のエッジ(#1)からレール底部の裾位置(#4)までの画像を抽出する(ステップS2)。続いて、継目板の上端から下端までの全行について、隣接するピクセル間の輝度の差分を算出する(ステップS3)。
Next, an example of a specific procedure of the method for measuring the inclination of a joint plate according to the present invention using the above knowledge will be described using the flowchart of FIG. 4.
In the inclination measurement process of FIG. 4, first, the distance image data acquired by the distance sensor is read out from the storage device to detect the hem position of the rail (step S1). Next, the area of the joint plate is detected from the read distance image data, and an image from the edge (#1) of the rail head to the hem position (#4) of the rail bottom is extracted (step S2). Next, the difference in brightness between adjacent pixels is calculated for all rows from the top end to the bottom end of the joint plate (step S3).

その後、継目板の上端から下端までの各行について、ステップS3で算出した輝度の差分が、図3(B)に示されているしきい値LDth1とLDth2との間に該当するものを見つける(ステップS4)。LDth1とLDth2は、継目板の上縁部と下縁部との境界#2を見つけるためのしきい値であり、着目する行の差分データにLDth1とLDth2との間に該当するものがないということは、継目板ボルト等の陰に隠れているためと考えられるので、ステップS4で「No(ない)」と判定したときはステップS8へ移行して当該差分データを除外してステップS4へ戻り次の行について判定を実行する。 After that, for each row from the top end to the bottom end of the joint plate, find one whose brightness difference calculated in step S3 falls between the thresholds LDth1 and LDth2 shown in FIG. 3(B) (step S4). LDth1 and LDth2 are thresholds for finding boundary #2 between the upper edge and lower edge of the joint plate, and there is no corresponding difference between LDth1 and LDth2 in the row of interest. This is thought to be because it is hidden behind the joint plate bolts, etc., so when it is determined "No" in step S4, the process moves to step S8, excludes the relevant difference data, and returns to step S4. Executes judgment on the next line.

一方、ステップS4で「Yes(ある)」と判定したときはステップS5へ進んで、しきい値LDth0とLDth1との間に該当するものを見つける。LDth0とLDth1は、継目板の下縁部とレール底部との境界#3を見つけるためのしきい値であり、着目する行の差分データにLDth0とLDth1との間に該当するものがないということは、判別が不能なデータであると考えられるので、ステップS5で「No(ない)」と判定したときはステップS8へ移行して当該差分データを除外してステップS4へ戻り次の行について判定を実行する。 On the other hand, when the determination in step S4 is "Yes", the process proceeds to step S5 to find a value that falls between the threshold values LDth0 and LDth1. LDth0 and LDth1 are thresholds for finding boundary #3 between the lower edge of the joint plate and the bottom of the rail, and there is no corresponding difference between LDth0 and LDth1 in the line of interest. is considered to be data that cannot be determined, so when the determination in step S5 is "No", the process moves to step S8, excludes the difference data, and returns to step S4 to determine the next line. Execute.

また、ステップS5で「Yes(ある)」と判定したときはステップS6へ進んで、しきい値LDth3よりも大きな差分データであるか否か判定する。ここで、しきい値LDth3よりも大きな差分データは、継目板の構造上ありえないので、ステップS6で「Yes(ある)」と判定したときは、異常値とみなしてステップS8へ移行して当該差分データを除外してステップS4へ戻り次の行について判定を実行する。
ステップS6で「No(ない)」と判定したときはステップS7へ進んで、継目板の上端から下端までの全行の差分データについて判定が終了したか否か判定し、終了していない(No)ときはステップS4へ戻って次の行について判定し、全行について終了した(Yes)ときはステップS9へ移行する。
Moreover, when it is determined in step S5 that it is "Yes", the process proceeds to step S6, and it is determined whether or not the difference data is larger than the threshold value LDth3. Here, difference data larger than the threshold value LDth3 is impossible due to the structure of the joint plate, so when it is determined as "Yes" in step S6, it is regarded as an abnormal value and the process moves to step S8 to calculate the difference data. The data is excluded and the process returns to step S4 to perform determination on the next line.
When it is determined "No" in step S6, the process proceeds to step S7, and it is determined whether or not the determination has been completed for all the rows of difference data from the top edge to the bottom edge of the joint plate, and if the determination has not been completed (No ), the process returns to step S4 to determine the next line, and when all lines have been processed (Yes), the process moves to step S9.

ステップS9では、ステップS4~S6の条件を満たした継目板下縁部の範囲の行の輝度について、列方向(継目板の長手方向)の平均をとる平均化処理を行い、次のステップS10では、ステップS9で平均化した輝度の行方向の差分をとり、差分データ群の中から差分の中央値を代表値とする。輝度の列方向の平均をとるのは、使用する距離センサの高さ方向の解像度が、例えば1mm/1諧調のように粗い場合に、取得した輝度データをそのまま使用すると傾き測定精度が悪くなるためである。 In step S9, averaging processing is performed to average the luminance in the column direction (longitudinal direction of the seam plate) in the range of the lower edge of the seam plate that satisfies the conditions of steps S4 to S6, and in the next step S10, , the difference in the averaged luminance in the row direction is taken in step S9, and the median value of the differences is taken as a representative value from among the difference data group. The reason for taking the average of the luminance in the column direction is because if the resolution in the height direction of the distance sensor used is coarse, for example 1 mm/1 gradation, the accuracy of tilt measurement will deteriorate if the acquired luminance data is used as is. It is.

図5(A)に、ある行の行方向の輝度値と、ステップS9の平均化処理をして得られた行方向の平均輝度値の例を示す。図5(A)において、●印はある行の行方向の輝度値をプロットしたもの、□印は平均化処理をした行方向の平均輝度値をプロットしたものである。図5(A)より、平均化する前の行方向の輝度値は1諧調ずつ変化しているのに対し、平均輝度値は1諧調よりも狭い幅で変化することが分かる。
また、ステップS10で差分の中央値を代表値とするのは、図2の#2-#3の範囲を見ると分かるように、継目板下縁部の終端側は湾曲しているため、この湾曲を含んで継目板下縁部の上面の傾きを算出すると誤差が生じるためである。中央値をとる代わりに、四分位値をとるようにしても良い。
FIG. 5A shows an example of the luminance value in the row direction of a certain row and the average luminance value in the row direction obtained by performing the averaging process in step S9. In FIG. 5A, the ● mark is a plot of the luminance value in the row direction of a certain row, and the □ mark is a plot of the average luminance value in the row direction after averaging processing. From FIG. 5A, it can be seen that the luminance values in the row direction before averaging change by one gradation, whereas the average luminance values change in a width narrower than one gradation.
Furthermore, the reason why the median value of the differences is used as the representative value in step S10 is because, as can be seen from the range #2 to #3 in FIG. 2, the terminal end side of the lower edge of the joint plate is curved. This is because an error will occur if the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate is calculated including the curvature. Instead of taking the median value, you may take quartile values.

ステップS10で代表値を決定した後は、ステップS11へ進み、上記代表値を用いて画像の水平方向解像度に応じて継目板下縁部上面の傾きαを算出する。具体的には、画像の解像度をrmm/1ピクセル、輝度の差分ΔHをとすると、図5(B)より、傾きαは、次式、α=tan-1(ΔH/r)で表わされることが分かる。
次に、上記ステップS9~S11と同様の手順で、レール底部の範囲の輝度データを抽出して代表値を決定し、レール底部の上面の傾きβを算出する(ステップS12)。そして、ステップS11で算出した傾きαとステップS12で算出した傾きβとの差(α-β)を算出して、レールに対する継目板の相対的な傾きを求めて処理を終了する。
After determining the representative value in step S10, the process proceeds to step S11, where the inclination α of the upper surface of the lower edge of the joint plate is calculated using the representative value in accordance with the horizontal resolution of the image. Specifically, if the resolution of the image is rmm/1 pixel and the difference in brightness ΔH, then from FIG. I understand.
Next, in the same procedure as steps S9 to S11 above, luminance data in the range of the rail bottom is extracted, a representative value is determined, and the slope β of the upper surface of the rail bottom is calculated (step S12). Then, the difference (α-β) between the inclination α calculated in step S11 and the inclination β calculated in step S12 is calculated to determine the relative inclination of the joint plate with respect to the rail, and the process ends.

上述したように、前記実施形態においては、距離センサにより取得した輝度画像データに基づいて継目板の傾きを算出することができるため、多くの労力を要することなく継目板ボルトの破損に繋がる継目板の傾きを発見することができる。また、レールに対する継目板の相対的な傾きを求めることができるため、レールに対する距離センサの検出軸の傾きが平坦な箇所と異なる軌道のカーブ箇所においても、継目板の傾きを正確に測定することができる。さらに、上記のようにして算出した傾きが所定角度以上の継目板については、傾きをなくす補修作業を行っても良いし、改めて人手による継目板の平行度の測定を行って傾きが所定角度以上の継目板に対して補修作業を行うようにしてもよい。つまり、上記測定結果をスクリーニング用のデータとして活用することができる。 As described above, in the embodiment, since the inclination of the seam plate can be calculated based on the brightness image data acquired by the distance sensor, it is possible to calculate the inclination of the seam plate without much effort, which may lead to damage of the seam plate bolt. The slope of can be found. In addition, since the relative inclination of the joint plate to the rail can be determined, it is possible to accurately measure the inclination of the joint plate even at curved places on the track where the inclination of the detection axis of the distance sensor with respect to the rail is different from flat places. Can be done. Furthermore, for joint plates whose inclination as calculated above is greater than a predetermined angle, repair work may be performed to eliminate the inclination, or the parallelism of the joint plate may be manually measured again to ensure that the inclination is greater than the predetermined angle. Repair work may be performed on the joint plates. In other words, the above measurement results can be utilized as screening data.

ところで、図4に示すフローチャートに従った継目板の傾き測定は、マイクロプロセッサ(MPU)およびROM(読出し専用メモリ)やRAM(随時読出し書込み可能なメモリ)のような記憶手段を備えたコンピュータと、図4に示す継目板の傾き測定方法の手順を記載したプログラムによって実施することができる。その場合、そのようなプログラムを備えたコンピュータは、継目板の傾き測定装置として機能することとなる。この継目板の傾き測定装置は、車上の軌道材料モニタリング装置の記憶装置に記憶された計測データが、通信あるいはCDROMやUSBメモリのような媒体を介して移管されることで継目板の傾きを算出することができる。 Incidentally, the measurement of the inclination of the joint plate according to the flowchart shown in FIG. 4 can be carried out using a computer equipped with a microprocessor (MPU) and a storage means such as ROM (read-only memory) or RAM (memory that can be read and written at any time). This can be carried out using a program that describes the steps of the method for measuring the inclination of a joint plate shown in FIG. In that case, a computer equipped with such a program will function as a device for measuring the inclination of the seam plate. This joint plate inclination measuring device measures the inclination of the joint plate by transferring measurement data stored in the storage device of the on-board track material monitoring device via communication or a medium such as a CDROM or USB memory. It can be calculated.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、既に列車に搭載されている軌道材料モニタリング装置により取得した距離画像データに基づいて継目板の傾きを測定するようにしているが、軌道材料モニタリング装置が搭載されていない列車あるいは計測車両に、距離画像データを取得可能な距離センサを設置してデータを収集するようにしても良い。 Although the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments above, the present invention is not limited to the embodiments. For example, in the embodiment described above, the inclination of the joint plate is measured based on distance image data acquired by a track material monitoring device already installed on the train, but a train that is not equipped with a track material monitoring device Alternatively, a distance sensor capable of acquiring distance image data may be installed in the measurement vehicle to collect data.

また、前記実施形態では、ステップS3で、継目板の上端から下端までの全行について、隣接するピクセル間の輝度の差分を算出する処理をしているが、継目板の上端から下端までの全行でなく、継目板の長手方向の中間部分の例えば1/2~1/3の範囲の行について、隣接するピクセル間の輝度の差分を算出する処理を行うようにしても良い。
さらに、本発明は、継目板ボルトの緩み等の異常の検出に限定されず、融雪装置等の部品の脱落、部分破損等の検出その他に広く利用することが可能である。
In addition, in the above embodiment, in step S3, the difference in brightness between adjacent pixels is calculated for all rows from the top to the bottom of the seam plate, but for all rows from the top to the bottom of the seam plate, The process of calculating the difference in brightness between adjacent pixels may be performed for, for example, a range of 1/2 to 1/3 of the intermediate portion of the joint plate in the longitudinal direction, instead of the row.
Furthermore, the present invention is not limited to detecting abnormalities such as loosening of joint plate bolts, but can be widely used for detecting falling off, partial damage, etc. of parts of snow melting equipment, etc.

R,R1,R2 レール
J,J1,J2 継目板
B ボルト
S1,S2 距離センサ
RC レール締結装置
R, R1, R2 Rail J, J1, J2 Joint plate B Bolt S1, S2 Distance sensor RC Rail fastening device

Claims (5)

鉄道軌道に敷設されているレールの腹部に取り付けられている継目板の傾きを、距離センサを備えた車両が走行しながら取得した軌道材料の距離画像データに基づいて測定する継目板の傾き測定方法であって、
前記距離画像データに基づいて、前記継目板の下縁部上面の傾きと前記レールの底部上面の傾きをそれぞれ算出し、
算出された前記継目板の下縁部上面の傾きと前記レールの底部上面の傾きとの差を前記継目板の前記レールに対する傾きとすることを特徴とする継目板の傾き測定方法。
A method for measuring the inclination of a joint plate attached to the abdomen of a rail laid on a railway track based on distance image data of track material acquired while a vehicle equipped with a distance sensor is running. And,
Based on the distance image data, calculate the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate and the slope of the upper surface of the bottom of the rail, respectively;
A method for measuring the inclination of a joint plate, characterized in that the difference between the calculated slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate and the upper surface of the bottom of the rail is determined as the inclination of the joint plate with respect to the rail.
鉄道軌道に敷設されているレールの腹部に取り付けられている継目板の傾きを、距離センサを備えた車両が走行しながら取得した軌道材料の距離画像データに基づいて測定する継目板の傾き測定方法であって、
前記距離画像データより、前記継目板の画像領域を検出して継目板およびレール底部を含む所定範囲の距離画像データを抽出する第1ステップと、
前記第1ステップで抽出された前記距離画像データに基づいて、前記継目板の一端から他端までの全行について隣接するピクセル間の輝度の差分を算出する第2ステップと、
前記輝度の差分が予め設定されたしきい値範囲に入っているか判定することで、前記継目板の下縁部の上面領域の境界を検出する第3ステップと、
前記輝度の差分が予め設定されたしきい値範囲入っているか判定することで、前記レールの底部の上面領域の境界を検出する第4ステップと、
前記第3ステップで検出された前記継目板の下縁部の上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記継目板の下縁部上面の距離画像データを特定し、当該継目板の下縁部上面の傾きを算出する第5ステップと、
前記第4ステップで検出された前記レール底部の上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記レールの底部上面の距離画像データを特定し、当該レールの底部上面の傾きを算出する第6ステップと、
前記第5ステップで算出された前記継目板の下縁部上面の傾きと前記第6ステップで算出された前記レールの底部上面の傾きとの差をとることで、前記継目板の前記レールに対する傾きを算出する第7ステップと、
を含むことを特徴とする継目板の傾き測定方法。
A method for measuring the inclination of a joint plate attached to the abdomen of a rail laid on a railway track based on distance image data of track material acquired while a vehicle equipped with a distance sensor is running. And,
a first step of detecting an image area of the joint plate from the distance image data and extracting distance image data of a predetermined range including the joint plate and the bottom of the rail;
a second step of calculating a difference in brightness between adjacent pixels for all rows from one end of the joint plate to the other end based on the distance image data extracted in the first step;
a third step of detecting the boundary of the upper surface area of the lower edge of the joint plate by determining whether the difference in brightness is within a preset threshold range;
a fourth step of detecting a boundary of an upper surface area of the bottom of the rail by determining whether the difference in brightness is within a preset threshold range;
Based on the boundary of the upper surface area of the lower edge of the joint plate detected in the third step, distance image data of the upper surface of the lower edge of the joint plate is extracted from the distance image data extracted in the first step. a fifth step of determining the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate;
Based on the boundary of the upper surface area of the bottom of the rail detected in the fourth step, distance image data of the upper surface of the bottom of the rail is specified from the distance image data extracted in the first step , and a sixth step of calculating the slope of the top surface of the bottom of the
By taking the difference between the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate calculated in the fifth step and the slope of the upper surface of the bottom of the rail calculated in the sixth step, the rail of the joint plate a seventh step of calculating the slope for
A method for measuring the inclination of a joint plate, the method comprising:
前記第5ステップにおいては、前記第3ステップで検出された前記継目板の下縁部の上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記継目板の下縁部上面の距離画像データを特定し、当該継目板の長手方向に沿った前記距離画像データの輝度の平均値を算出し、算出された輝度の平均値に基づいて前記継目板の下縁部上面の傾きを算出し、
前記第6ステップにおいては、前記第4ステップで検出された前記レールの底部上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記レールの底部上面の距離画像データを特定し、当該レールの長手方向に沿った距離画像データの輝度の平均値を算出し、算出された輝度の平均値に基づいて前記レールの底部上面の傾きを算出することを特徴とする請求項2に記載の継目板の傾き測定方法。
In the fifth step, based on the boundary of the upper surface area of the lower edge of the joint plate detected in the third step, the lower edge of the joint plate is extracted from the distance image data extracted in the first step. The distance image data of the upper surface of the joint plate is specified , the average value of the brightness of the distance image data along the longitudinal direction of the joint plate is calculated, and the lower edge of the joint plate is calculated based on the calculated average brightness value. Calculate the slope of the top surface of
In the sixth step, a distance image of the top surface of the bottom of the rail is calculated from the distance image data extracted in the first step based on the boundary of the top surface area of the bottom of the rail detected in the fourth step. data , calculates an average value of brightness of distance image data along the longitudinal direction of the rail, and calculates the slope of the top surface of the bottom of the rail based on the calculated average value of brightness. The method for measuring the inclination of a joint plate according to claim 2.
前記第5ステップにおいては、前記第3ステップで検出された前記継目板の下縁部の上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記継目板の下縁部の上面の距離画像データを特定し、当該継目板の長手方向に沿った前記継目板の下縁部上面の距離画像データの輝度の平均値に基づいて行方向にそれぞれ差分をとり、前記継目板の下縁部上面の前記差分の順序統計量を代表値として決定し、決定された前記代表値に基づいて前記継目板の下縁部上面の傾きを算出し、
前記第6ステップにおいては、前記第4ステップで検出された前記レールの底部の上面領域の境界に基づいて、前記第1ステップで抽出された前記距離画像データから前記レールの底部の上面の距離画像データを特定し、当該レールの長手方向に沿ったレールの底部上面の距離画像データの輝度の平均値に基づいて行方向にそれぞれ差分をとり、前記レールの底部上面の前記差分の中央値を代表値として決定し、決定された前記代表値に基づいて前記レールの底部上面の傾きを算出することを特徴とする請求項に記載の継目板の傾き測定方法。
In the fifth step, based on the boundary of the upper surface area of the lower edge of the joint plate detected in the third step, the lower edge of the joint plate is extracted from the distance image data extracted in the first step. The distance image data of the upper surface of the upper surface of the joint plate is specified, and the difference is calculated in the row direction based on the average value of the brightness of the distance image data of the upper surface of the lower edge of the joint plate along the longitudinal direction of the joint plate. determining the order statistic of the difference of the upper surface of the lower edge of the joint plate as a representative value, and calculating the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate based on the determined representative value;
In the sixth step, a distance image of the top surface of the bottom of the rail is calculated from the distance image data extracted in the first step based on the boundary of the top surface area of the bottom of the rail detected in the fourth step. Specify the data, take the difference in the row direction based on the average value of the brightness of the distance image data of the top surface of the bottom of the rail along the longitudinal direction of the rail, and calculate the median value of the difference of the top surface of the bottom of the rail. 3. The method for measuring the inclination of a joint plate according to claim 2 , wherein the inclination of the upper surface of the bottom of the rail is calculated based on the determined representative value.
前記第5ステップおよび前記第6ステップにおいては、前記距離画像データのピクセルの大きさをrで表わし、前記代表値としての差分をΔHとしたとき、前記継目板の下縁部上面の傾きαおよび前記レールの底部上面の傾きβを、tan-1(ΔH/r)なる式を用いてそれぞれ算出することを特徴とする請求項4に記載の継目板の傾き測定方法。 In the fifth step and the sixth step, when the pixel size of the distance image data is represented by r and the difference as the representative value is ΔH, the slope of the upper surface of the lower edge of the joint plate is α 5. The method for measuring the inclination of a joint plate according to claim 4, wherein the inclination β of the upper surface of the bottom of the rail is calculated using the formula tan-1 (ΔH/r).
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