专利名称：电气铁道维护用车辆位置测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量在架线以及轨道等维护中使用的电气铁道维护用车辆的行驶位置的电气铁道维护用车辆位置测量装置，特别是，涉及通过图像处理取得电气铁道维护用车辆的行驶位置与通过时刻之间的关系的电气铁道维护用车辆位置测量装置。
背景技术：
作为电气铁道的设备，主要例举架线和轨道。在各铁道上运行时这些成为重要的维护设备。在运用电气铁道车辆的过程中，每次电气铁道车辆通过时，架线与集电装置接触。因此，架线渐渐地磨损掉，在不更换的情况下有可能最终将断裂而导致发生事故。另外， 轨道由于电车的运行而发生弯曲、形变、损伤、磨损等，如果放任这些的发展，将导致电气铁道车辆的脱轨等事故。
由此，为了迅速地掌握由于架线、轨道的磨损等导致的要注意部位，并对此进行应对，从维护管理的方面看，确定架线、轨道的要注意部位的位置(例如，在从某个地点行驶了几公里的位置存在要注意部位等)的信息成为重要的事项。
当前，在进行架线、轨道等设备的维护时，使用维护专用车辆、路轨两用车等，在检测得到的结果为检测到了要注意部位的情况下，根据取得该数据时的车辆的位置推算要注意部位的位置(例如，参照下述专利文献I)。
在此,作为确定车辆的位置的方法，以往，例如有使用自动列车控制装置(ATC)、回转式编码器的方法，各自具有以下的特征。
自动列车控制装置是控制列车的位置、速度的装置，本来是用于车辆驾驶的系统， 但在该自动列车控制装置中设置有对外部通信列车的位置、速度的信息的结构。因此，在使用自动列车控制装置确定车辆的位置的情况下，利用该自动列车控制装置的与外部进行通信的结构来确定维护专用车辆的位置(例如，参照下述专利文献2)。
另外，在使用回转式编码器来确定车辆的位置的情况下，基于由回转式编码器得到的车轮的转速，根据该车轮的转速和车轮的圆周长度，以某个地点为基准位置求得车辆的行驶距离(例如，参照下述专利文献3)。
现有技术文献
专利文献I:日本特开2008-89523号公报
专利文献2:日本特开2006-248412号公报
专利文献3:日本特开2004-17700号公报
非专利文献
非专利文献I:藤吉弘亘、「Gradient <— >乃特征提取-SIFT i HOG-J (《基于Gradien的特征提取一 SIFT和H0G-》)、信息处理学会研究报告CVM 160,2007年、 P. 211-224发明内容
但是，在利用上述以往的自动列车控制装置的情况下，除了在车辆侧设置发送接收设备之外，在轨道侧也需要以固定间隔设置发送接收装置，所以在设置在长距离的线区的情况下，存在个数增加、消耗成本的问题。
另外，回转式编码器是通过计数车轮的旋转角来测量行驶距离的结构，所以存在如下问题由于制动、坡道行驶等列车未行进而车轮却在旋转，或者由于车轮的滑行，车轮未旋转而列车却在行进等局部产生的误差加法性地增加，从而担心难以确定要注意部位的位置。
因此，在以往的自动列车控制装置中，考虑在车辆的顶棚上设置线性传感器照相机(以下，称为线性传感器)，通过对由该线性传感器拍摄到的架线附近的图像进行图像处理(模板匹配、边缘检测等)来检测悬挂装置，根据拍摄到该悬挂装置的时刻来确定车辆的行驶位置与通过时刻之间的关系，从而消除上述的误差。
但是，如果悬挂装置自身被倾斜地牵拉、或者悬挂装置在画面上倾斜地显示出来， 则通过模板匹配检测悬挂装置时，担心在与模板的对照时悬挂装置检测的精度下降，另外， 在通过边缘检测来检测悬挂装置时，由于纵向边缘减弱，所以担心悬挂装置检测的精度下降。
根据以上情况，本发明的目的在于提供一种能够高精度地确定车辆的行驶位置与通过时刻之间的关系的电气铁道维护用车辆位置测量装置。
用于解决上述问题的第I发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置的特征在于， 具备
线性传感器，拍摄架线、吊挂支撑架线的悬挂装置的吊架线的图像；
图像制作部，将由所述线性传感器拍摄到的图像制作为模板图像和输入图像；
存储部，保存在所述图像制作部中制作的所述模板图像和所述输入图像；
模板制作处理部，从所述存储部所保存的所述模板图像中提取SIFT特征量，制作模板数据并保存到所述存储部；
SIFT特征量提取处理部，从所述存储部所保存的所述输入图像中提取SIFT特征量并保存到所述存储部；以及
悬挂装置位置检测处理部，搜索所述 存储部所保存的所述模板数据的SIFT特征量与所述输入图像的SIFT特征量的对应点，检测所述输入图像中的悬挂装置位置并保存到所述存储部。
用于解决上述问题的第2发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置的特征在于， 在第I发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置中，还具备
时刻记录处理部，根据所述线性传感器的采样频率和所述存储部所保存的所述输入图像上的悬挂装置位置，计算检测到所述悬挂装置的时刻并将时刻数据保存到所述存储部。
用于解决上述问题的第3发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置，其特征在于，在第I发明或者第2发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置中，
在所述悬挂装置位置检测处理部中，当存在上一次的悬挂装置位置的情况下，交换上一次的悬挂装置位置和吊架线以及架线的倾斜数据，并进行以上一次的悬挂装置位置为基准而限定处理区域的下一处理区域的计算。
用于解决上述问题的第4发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置的特征在于， 在第3发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置中，
在所述悬挂装置位置检测处理部中，扩展所述下一处理区域。
根据本发明，能够提供能够高精度地确定车辆的行驶位置和通过时刻之间的关系的电气铁道维护用车辆位置测量装置。
图I是示出本发明的第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构的示意图。
图2是示出本发明的第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构的框图。
图3是示出本发明的第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序的流程图。
图4是示出本发明的第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的模板图像的例子的图。
图5是示出本发明的第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的模板数据的SIFT特征量的例子的图。
图6是示出本发明的第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的输入图像的例子的图。
图7是示出本发明的第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的SIFT 特征量的对应点搜索处理区域的例子的图。
图8是示出本发明的第2实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构的框图。
图9是示出本发明的第2实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序的流程图。
图10是示出本发明的第2实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的下一处理区域的例子的图。
图11是示出本发明的第3实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的扩展了下一处理区域的例子的图。
附图标记的说明
I:线性传感器；2:照明；3:处理用个人电脑；4:悬挂装置位置；5:下一处理区域； 10:图像制作部；11，12:存储器；13:模板制作处理部；14:SIFT特征量提取处理部；15:悬挂装置位置检测处理部；16:时刻记录处理部；100:车辆；101:架线；102:悬挂装置；103: 吊架线；104:构造物具体实施方式
以下，参照
本发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置的实施例。
实施例I
以下，对本发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置的第I实施例进行说明。
本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的特征在于，使用设置在车辆的顶棚上的线性传感器，使线性传感器朝向枕木方向、并且朝向斜上方对吊架线和架线进行拍摄，求出SIFT (Scale - Invariant Feature Transform :尺度不变特征变换)特征量(参照上述非专利文献I)作为不易受到大小、旋转的变化影响的图像特征量，并求出与预先求出的从模板用的图像中提取的SIFT特征量的对应点，从而检测悬挂装置。
首先，对本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的概要进行说明。
图I是示出本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的概要的示意图。
如图I所示，本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置具备为了拍摄架线 101、吊挂支撑架线101的悬挂装置102的吊架线103的图像，在车辆100的顶棚上朝向枕木方向且朝向斜上方设置并在图I中以箭头L示出的拍摄线处拍摄图像的线性传感器I ; 为了在夜间、隧道内也能够利用线性传感器I拍摄图像而设置于线性传感器I的周边的照明2 ;以及保存利用线性传感器I拍摄到的图像并进行图像处理的设置在车辆100内的处理用个人电脑3。而且，线性传感器I和处理用个人电脑3连接为可发送图像数据。另外， 图I中的以箭头A所示的方向表示车辆100的行进方向。
接下来，对本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构进行说明。
图2是示出本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构的框图。
如图2所示，本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置具备图像制作部10， 将利用线性传感器I拍摄到的图像制作为模板图像和输入图像；存储器11，保存在图像制作部10中制作的模板图像和输入图像；模板制作处理部13，从存储器11所保存的模板图像提取SIFT特征量而制作模板数据并保存到存储器12 ；SIFT特征量提取处理部14，从存储器11所保存的输入图像提取SIFT特征量并保存到存储器12 ;悬挂装置位置检测处理部 15，搜索存储器12所保存的模板数据的SIFT特征量和输入图像的SIFT特征量的对应点， 检测图像中的悬挂装置位置并保存到存储器12 ;以及时刻记录处理部16，根据线性传感器 I的采样频率和存储器12所保存的图像上的悬挂装置位置计算检测到悬挂装置102的时亥IJ，并将时刻数据保存到存储器12。
另外，在本实施例中，处理用个人电脑3发挥图像制作部10、存储器11、12、模板制作处理部13、SIFT特征量提取处理部14、悬挂装置位置检测处理部15、悬挂装置位置检测处理部15以及时刻记录处理部16的功能。另外，存储器11和存储器12也可以设为共同的存储器。
接下来，对本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序进行说明。
图3是示出本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理工序的流程图。
如图3所示，作为本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理工序， 首先，在步骤Pio中，从线性传感器I取得模板用的图像。另外，如图4所示，模板图像设为切出了拍摄有I个悬挂装置102的部分的图像。
接下来，在步骤Pll中，从模板图像提取SIFT特征量，并制作模板数据。另外，如图5中以黑圆点所示的那样，SIFT特征量在模板图像上存在有多个，制作其全部的模板数据。另外，关于SIFT特征量的求得方法，使用上述非专利文献I所记载的方法，在此省略了说明。
接下来，在步骤P12中，从线性传感器I制作输入图像。另外，如图6所示，关于输入图像，纵轴为高度，横轴为时间。
接下来，在步骤P13中，从输入图像提取SIFT特征量。
接下来，在步骤P14中，进行模板数据的SIFT特征量与输入图像的SIFT特征量的对应点搜索，检测输入图像内的全部的悬挂装置位置。另外，在悬挂装置位置的检测方法中，计算模板数据的SIFT特征量与输入图像的全部SIFT特征量的欧几里德距离，将成为最小值的设为对应点。另外，同样地，针对模板数据的全部SIFT特征量求出欧几里德距离，并根据各个对应的点检测悬挂装置位置。
在此，所谓欧几里德距离是指对模板数据的SIFT特征量与输入图像的SIFT特征量之差进行平方，并计算它们的总和的平方根。具体而言，SIFT特征量是128维的特征量。 因此，在计算欧几里德距离时，则如下述式(I)所示。
[式I]
Fmm=~�,pV2S (I)
在上述式(I)中，V表示输入图像的SIFT特征量、Vt表示模板数据的SIFT特征量、 d表示欧几里德距离。
另外，通常，欧几里德距离为最小的部位在I幅输入图像内仅出现I个点。另外， 根据车辆100的行驶速度，存在在I幅输入图像内拍摄多个悬挂装置102的可能性，在这样的状态下，无法检测全部的悬挂装置102。
但是，在通过线性传感器I拍摄的横轴为时间的输入图像中，不会在同一时间上存在多个悬挂装置102。因此，在本实施例中，如图7中以虚线所示的那样，将I幅输入图像按时间划分为长方形，进行对应点搜索，从而做到能够检测多个悬挂装置102。另外，划分宽度是 任意，但基本上设为与模板数据的宽度同程度。
接下来，在步骤P15中，根据检测到的悬挂装置位置计算时刻，并记录时刻。如图 6所示，输入图像的横轴为时间。而且，能够根据线性传感器I的采样频率和输入图像上的悬挂装置位置计算时刻。
例如，当线性传感器I的采样频率为1kHz、且在时间轴方向的第100线检测到悬挂装置102的情况下，每一线的拍摄时间为I [sec]+1000 [Hz] = O. 001 [sec]，因为在第100 线检测到悬挂装置102，所以为O. 001 [sec] X 100 [线]=O. I [sec]。
最后，在步骤P16中，重复进行步骤P12 16，直到针对全部的输入图像结束处理为止，在针对全部的输入图像结束了处理的时间点结束本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的一系列的处理。
如以上说明的那样，根据本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置，通过进行使用了模板数据的SIFT特征量和输入图像的SIFT特征量的对应点搜索处理，如图6所示，即使在悬挂装置102与周围的构造物104存在于同一部位的情况下，也能检测悬挂装置 102，所以能够防止未检测到悬挂装置102。
另外，根据本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置，因为使用相对于尺度、 旋转、亮度变化具有强健性的SIFT特征量，所以不需要根据尺度、旋转、亮度变化而准备全部情况时的模板数据，即使在有尺度、旋转、亮度变化的情况下，只要有一个模板数据就能检测，所以能够提高悬挂装置102的检测效率。
实施例2
以下，对本发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置的第2实施例进行说明。
本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置是与第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置大致相同的结构，但是不同点在于，当存在上一次的悬挂装置位置的情况下，将上一次的悬挂装置位置作为基准，限定处理区域，从而实现处理的高速化。
接下来，对本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构进行说明。
图8是示出本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构的框图。
如图8所示，本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构与第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的结构大致相同，但是不同点在于，在悬挂装置位置检测处理部15中，在存在上一次的悬挂装置检测位置的情况下，交接上一次的悬挂装置位置和吊架线103以及架线101的倾斜数据，并进行以上一次的悬挂装置位置为基准而限定了处理区域的下一处理区域的计算。
接下来，对本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序进行说明。
本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序与第I实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置的处理程序大致相同，但是不同点在于，追加了在存在上一次的悬挂装置位置的情况下，以上一次的悬挂装置位置为基准而限定处理区域的下一处理区域的计算处理。
关于SIFT特征量，在进行计算的处理上过于花费时间，所以需要实现处理的高速化。因为SIFT特征量的计算所需要的时间与处理区域的大小成比例，所以只要能够限定处理区域就能高效地进行处理。在此，因为悬挂装置102 —定存在于吊架线103与架线101 之间，并且，存在于吊架线103和架线101的倾斜方向的可能性大，所以只要能够检测第一个悬挂装置102，就能限定处理区域。由此，因为能够根据吊架 线103以及架线101的倾斜来限定下一处理区域，所以能够实现处理的高速化。
图9是示出本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序的流程图。
如图9所示，作为本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序， 首先，在步骤Pio中，从线性传感器I取得模板用的图像。另外，如图4所示，模板图像设为切出了拍摄有一个悬挂装置102的部分的图像。
接下来，在步骤Pll中，从模板图像提取SIFT特征量，并制作模板数据。另外，如图5中以黑圆圈所示的那样，SIFT特征量在模板图像上存在有多个，所以制作其全部的模板数据。另外，关于SIFT特征量的求得方法，在上述非专利文献I中有记载，因此在此省略了说明。
接下来，在步骤P12中，从线性传感器I制作输入图像。另外，如图6所示，输入图像的纵轴为高度，横轴为时间。
接下来，在步骤P20中，在存在上一次的悬挂装置位置的情况下，在步骤P21中执行下一处理区域的计算处理。另外，在不存在上一次的悬挂装置位置的情况下，在步骤P13中根据输入图像整体进行悬挂装置位置检测处理。
接下来，在步骤P21中，从第I幅图像中检测悬挂装置102，根据第I幅的悬挂装置检测位置4、吊架线103和架线101的倾斜决定下一处理区域5。具体而言，如图10所示， 在吊架线103和架线101的倾斜为右下方向的情况下，因为悬挂装置102存在于吊架线103 和架线101之间，所以存在于吊架线103和架线101的倾斜方向的可能性大。因此，以第 I 幅的悬挂装置位置4为基准，在吊架线103和架线101的倾斜方向决定下一处理区域5。
另外，将图10中以A、B示出的点划线作为图像的断开处，将点划线A的左侧设为第I幅图像、将点划线A和点划线B之间设为第2幅图像、将点划线B的右侧设为第3幅图像。
接下来，在步骤P14中，在下一处理区域5内或者图像整体中进行悬挂装置位置检测处理。
接下来，在步骤P15中，根据检测到的悬挂装置位置计算时刻，并记录时刻。
最后，在步骤P16中，在存在上一次的悬挂装置位置的情况下，重复进行步骤 P12 15，直到没有输入图像为止，在针对全部的输入图像结束了处理的时间点，结束本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的一系列的处理。
如以上说明的那样，根据本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置，除了第I 实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置所获得的效果之外，通过将处理区域限定为下一处理区域5，还能实现处理的高速化。
实施例3
以下，对本发明的电气铁道维护用车辆位置测量装置的第3实施例进行说明。
本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置是与第2实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置大致相同的结构，但是不同点在于，在将处理区域限定为下一处理区域5的处理时，通过扩展下一处理区域5来提高悬挂装置位置检测精度。
接下来，对本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置中的处理程序进行说明。
将图11中以A示出的点划线设为图像的断开处，将点划线A的左侧设为第I幅图像、将点划线A的右侧设为第2幅图像。如图11所示，当在图像的断开处拍摄到悬挂装置 102的情况下，SIFT特征量为不同的特征量，所以有可能无法检测悬挂装置102。因此，如图11所示，通过将下一处理区域5的范围扩展为包括上一图像、即第I幅图像的一部分，从而能够检测在图像断开处拍摄到的悬挂装置102。
如以上说明的那样，根据本实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置，除了能够获得第2实施例的电气铁道维护用车辆位置测量装置所起到的效果之外，通过扩展下一处理区域5，如图11所示，即使在图像的断开处拍摄到悬挂装置102的情况下，也能精度优良地检测悬挂装置102。
产业上的可利用性
本发明适合应用于测量在架线以及轨道等的维护中使用的电气铁道车辆的位置的电气铁道维护用车辆位置测量装置。
权利要求
1.一种电气铁道维护用车辆位置测量装置，其特征在于，具备线性传感器，拍摄架线、吊挂支撑架线的悬挂装置的吊架线的图像；图像制作部，将由所述线性传感器拍摄到的图像制作为模板图像和输入图像；存储部，保存在所述图像制作部中制作的所述模板图像和所述输入图像；模板制作处理部，从所述存储部所保存的所述模板图像提取SIFT特征量，制作模板数据并保存到所述存储部；SIFT特征量提取处理部，从所述存储部所保存的所述输入图像提取SIFT特征量并保存到所述存储部；以及悬挂装置位置检测处理部，搜索所述存储部所保存的所述模板数据的SIFT特征量与所述输入图像的SIFT特征量的对应点，检测所述输入图像中的悬挂装置位置，并保存到所述存储部。
2.根据权利要求I所述的电气铁道维护用车辆位置测量装置，其特征在于，还具备时刻记录处理部，根据所述线性传感器的采样频率和所述存储部所保存的所述输入图像上的悬挂装置位置，计算检测到所述悬挂装置的时刻，并将时刻数据保存到所述存储部。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的电气铁道维护用车辆位置测量装置，其特征在于，在所述悬挂装置位置检测处理部中，在存在上一次的悬挂装置位置的情况下，接收上一次的悬挂装置位置和吊架线以及架线的倾斜数据，并进行以上一次的悬挂装置位置为基准而限定处理区域的下一处理区域的计算。
4.根据权利要求3所述的电气铁道维护用车辆位置测量装置，其特征在于，在所述悬挂装置位置检测处理部中，扩展所述下一处理区域。
全文摘要
为了提供能够高精度地确定车辆的行驶位置和通过时刻之间的关系的电气铁道维护用车辆位置测量装置，在电气铁道维护用车辆位置测量装置中具备线性传感器(1)；图像制作部(10)，将线性传感器(1)拍摄到的图像制作为模板图像和输入图像；存储器(11)，保存在图像制作部(10)中制作的模板图像和输入图像；模板制作处理部(13)，从所保存的模板图像提取SIFT特征量，制作模板数据并保存到存储器(12)；SIFT特征量提取处理部(14)，从输入图像提取SIFT特征量并保存到存储器(12)；以及悬挂装置位置检测处理部(15)，搜索所保存的模板数据的SIFT特征量与输入图像的SIFT特征量的对应点，检测输入图像中的悬挂装置位置并保存到存储器(12)。
文档编号G01B11/00GK102869535SQ20118002168
公开日2013年1月9日 申请日期2011年4月13日 优先权日2010年4月30日
发明者藤泽贵雅, 藤原伸行 申请人:株式会社明电舍
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
