本發(fā)明涉及通過從電車的車頂上拍攝電車線的下表面的寬度并對該圖像進行處理來測定電車線的磨損的架空線檢測領域，特別涉及針對電車線的受電弓滑動面部分傾斜的不均勻磨損部分求出殘留直徑相當值的電車線磨損測定裝置及電車線磨損測定方法，所述殘留直徑相當值成為知曉電車線的壽命的指標。

背景技術：

在圖8中示出電車線的截面的示意圖。相對于圖8的(a)所示的沒有磨損的電車線5，電車線5由于與未圖示的受電弓接觸，所以，如圖8的(b)所示電車線5的下表面與水平面平行地磨損，或如圖8的(c)所示電車線5的下表面相對于水平面傾斜地磨損。以下，將與水平面平行地磨損的磨損部稱為水平磨損部5a，將相對于水平面傾斜地磨損的磨損部稱為傾斜磨損部5b。

另外，在電車線5的重疊部位或供搭接線進入的部位，如圖8的(d)所示，也有時會成為電車線5的磨損部由水平磨損部5a和傾斜磨損部5b構成的被稱為不均勻磨損的磨損狀態(tài)。

針對這樣的電車線5的磨損，在下述專利文獻1中，記載了測定圖8的(b)所示的具有水平磨損部5a的電車線5的磨損量的電車線測定方法。另外，在下述專利文獻2中，記載了測定圖8的(c)所示的具有傾斜磨損部5b的電車線5的磨損量的電車線測定方法。

另外，針對圖8的(d)所示的電車線5的不均勻磨損，在下述專利文獻3中公開了使用激光進行不均勻磨損測量。在該專利文獻3中，利用激光的反射光的強度差將水平磨損部5a和傾斜磨損部5b二值化，利用它們的寬度和預先準備的殘留直徑表，如圖9所示，算出水平磨損部5a的殘留直徑ha和傾斜磨損部5b的殘留直徑hb。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4635657號公報

專利文獻2：日本專利第5534058號公報

專利文獻3：日本專利第5380000號公報

非專利文獻

非專利文獻1：執(zhí)筆組共同撰寫，“鉄道技術者のための電気概論電車線路シリーズ2電車線(寫給鐵道技術人員的電氣概論電車線路系列2電車線)”，(公司)日本鐵道電氣技術協(xié)會出版，平成10年11月10日，第4－5、32－33頁

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在此，如上述非專利文獻1所記載的那樣，當電車線5的抗拉強度降低時，有可能會導致斷線。應該以電車線5的抗拉強度與電車線5的殘留截面積相關并且通過電車線的測定而算出的殘留直徑也與殘留截面積相關的方式進行設定。即，作為表示具有水平磨損部5a和傾斜磨損部5b的不均勻磨損電車線的磨損狀態(tài)的指標，可認為不用水平磨損部5a的殘留直徑和傾斜磨損部5b的殘留直徑這兩個殘留直徑表示，而是用以截面積為基礎的一個值(以下，稱為殘留直徑相當值)表示是適當?shù)摹?/p>

然而，在上述以往的電車線測定方法中，存在如下問題：雖然能夠針對水平磨損部5a、傾斜磨損部5b分別求出殘留直徑值，但是特別是針對處于不均勻磨損狀態(tài)的電車線5，不能夠基于殘留截面積求出考慮到水平磨損部5a及傾斜磨損部5b的一個殘留直徑相當值，所以難以正確地掌握電車線5的抗拉強度。

根據(jù)上述情形，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠基于殘留截面積算出考慮到水平磨損部及傾斜磨損部的一個殘留直徑相當值的電車線磨損測定裝置及電車線磨損測定方法。

用于解決課題的方案

用于解決上述課題的第一發(fā)明的電車線磨損測定方法用設置在電車車頂上的磨損測定用相機拍攝與受電弓接觸的電車線的下表面，對拍攝的所述電車線的下表面的圖像進行圖像處理而求出所述電車線的殘留直徑，所述電車線磨損測定方法的特征在于，

算出截面積與具有水平磨損部及傾斜磨損部的不均勻磨損電車線的截面積相同的、僅具有水平磨損部的水平磨損電車線的殘留直徑，作為所述不均勻磨損電車線的殘留直徑相當值。

另外，第二發(fā)明的電車線磨損測定方法的特征在于，具有：

根據(jù)所述電車線的下表面的圖像算出所述電車線的中心點的實際坐標的步驟；

根據(jù)所述電車線的下表面的圖像，算出所述水平磨損部的端部的實際坐標、所述水平磨損部與所述傾斜磨損部的邊界點的實際坐標及所述傾斜磨損部的端部的實際坐標的步驟；

基于所述電車線的中心點的實際坐標、所述水平磨損部的端部的實際坐標、所述水平磨損部與所述傾斜磨損部的邊界點的實際坐標及所述傾斜磨損部的端部的實際坐標，算出所述不均勻磨損電車線的截面積的步驟；以及

基于所述不均勻磨損電車線的截面積算出所述殘留直徑相當值的步驟。

另外，第三發(fā)明的電車線磨損測定裝置在電車車頂上設置對與受電弓接觸的電車線的下表面進行拍攝的磨損測定用相機，所述電車線磨損測定裝置具備圖像處理部，所述圖像處理部對由所述磨損測定用相機拍攝的所述電車線的下表面的圖像進行圖像處理而求出所述電車線的殘留直徑，所述電車線磨損測定裝置的特征在于，

所述圖像處理部具備殘留直徑相當值計算處理部，所述殘留直徑相當值計算處理部算出截面積與具有水平磨損部及傾斜磨損部的不均勻磨損電車線的截面積相同的、僅具有水平磨損部的水平磨損電車線的殘留直徑，作為所述不均勻磨損電車線的殘留直徑相當值。

另外，第四發(fā)明的電車線磨損測定裝置的特征在于，

所述圖像處理部具備：

電車線中心點位置計算處理部，所述電車線中心點位置計算處理部根據(jù)所述電車線的下表面的圖像算出所述電車線的中心點的實際坐標；

邊界點位置計算處理部，所述邊界點位置計算處理部根據(jù)所述電車線的下表面的圖像，至少算出所述水平磨損部的端部的實際坐標、所述水平磨損部與所述傾斜磨損部的邊界點的實際坐標及所述傾斜磨損部的端部的實際坐標；以及

磨損截面積計算處理部，所述磨損截面積計算處理部基于由所述電車線中心點位置計算處理部算出的所述電車線的中心點的實際坐標和由所述邊界點位置計算處理部算出的所述水平磨損部的端部的實際坐標、所述水平磨損部與所述傾斜磨損部的邊界點的實際坐標及所述傾斜磨損部的端部的實際坐標，算出所述不均勻磨損電車線的截面積，

所述殘留直徑相當值計算處理部基于由所述磨損截面積計算處理部算出的所述不均勻磨損電車線的截面積，算出所述殘留直徑相當值。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的電車線磨損測定裝置及電車線磨損測定方法，即使是具有由水平磨損部和傾斜磨損部構成的磨損部的不均勻磨損電車線，也能夠算出考慮到殘留截面積的殘留直徑相當值并正確地掌握不均勻磨損電車線的抗拉強度。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施例的電車線磨損測定裝置的說明圖。

圖2是本發(fā)明的實施例的電車線磨損測定裝置的構成圖。

圖3是表示由本發(fā)明的實施例的電車線磨損測定裝置的圖像處理部進行的處理流程的流程圖。

圖4是表示線傳感器圖像的一例的說明圖。

圖5是表示電車線、相機中心點以及傳感器面的關系的說明圖。

圖6是用于說明電車線的截面積的計算方法的說明圖。

圖7是用于說明殘留直徑相當值的計算方法的說明圖。

圖8是表示電車線的截面的示意圖，圖8的(a)表示電車線沒有磨損的狀態(tài)，圖8的(b)表示電車線具有水平磨損部的狀態(tài)，圖8的(c)表示電車線具有傾斜磨損部的狀態(tài)，圖8的(d)表示電車線具有水平磨損部和傾斜磨損部的狀態(tài)。

圖9是表示以往的不均勻磨損電車線的殘留直徑計算例的說明圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，詳細說明本發(fā)明的電車線磨損測定裝置。

實施例

使用圖1至圖7，說明本發(fā)明的電車線磨損測定裝置的一實施例。

如圖1所示，在本實施例中，在檢查車輛(電車)1的車頂上，作為圖像的輸入機構而設置有對與未圖示的受電弓接觸的電車線5的下表面進行拍攝的線傳感器相機(磨損測定用相機)2。另外，在檢查車輛1的車內(nèi)，設置有圖像處理裝置(圖像處理部)3及記錄裝置4。

線傳感器相機2以拍攝檢查車輛1的鉛垂上方并且其掃描線方向成為軌道6的軌枕方向、換言之與檢查車輛1的行進方向正交的方向的方式設定其朝向。由此，線傳感器相機2的掃描線橫穿電車線5。由該線傳感器相機2拍攝的電車線5的下表面的圖像信號被輸入到圖像處理裝置3。

如圖2所示，圖像處理裝置3由線傳感器圖像生成部3a、電車線中心點位置計算處理部3b、邊界點位置計算處理部3c、磨損截面積計算處理部3d、殘留直徑相當值計算處理部3e以及作為存儲機構的存儲器m1、m2構成。

圖像處理裝置3按照圖3所示的流程圖，對從線傳感器相機2輸入的圖像信號進行圖像處理，算出電車線磨損部的殘留直徑相當值h(參照圖7(b))。

即，在圖像處理裝置3中，首先，從線傳感器相機2輸入的圖像信號由線傳感器圖像生成部3a按時間序列排列，并作為線傳感器圖像i(參照圖4)保存到存儲器m1中(步驟s1)。

在此，在本實施例中，圖4所示的線傳感器圖像i上的電車線的左端p1、水平磨損部左端(水平磨損部端部)p2、水平磨損部與傾斜磨損部的邊界點p3、傾斜磨損部右端(傾斜磨損部端部)p4、電車線的右端p5(與圖6所示的點p1、p2、p3、p4、p5對應。以下，將所述p1～p5簡稱為“邊界點p1～p5”)的像素位置通過對線傳感器圖像i進行圖像處理而由系統(tǒng)自動設定，或通過用戶在gui上進行設定等而賦予。另外，預先設定相機參數(shù)(焦距、傳感器元件數(shù)及傳感器寬度)。

緊接著步驟s1，基于線傳感器圖像i設定的邊界點p1、p5的像素位置經(jīng)由存儲器m2，與相機參數(shù)一起發(fā)送到電車線中心點位置計算處理部3b，利用電車線中心點位置計算處理部3b算出電車線5的中心點的實際坐標p0(x0，y0)(步驟s2)。

以下具體地進行說明，首先，將線傳感器圖像i上的邊界點p1、p5的像素位置px1、px5[pix]轉(zhuǎn)換為圖5所示的傳感器面坐標u1、u5[mm]。在以下說明中，為了簡單起見，示出沒有透鏡畸變(lensdistortion)時的計算式。

在此，在每一個元件的傳感器寬度為δu時，以傳感器面2a的左端為原點，像素位置px1、px5[pix]利用下式(1)轉(zhuǎn)換為傳感器面坐標u1'、u5'[mm]。并且，當以傳感器面2a的中心為原點并將傳感器面的寬度設為u時，傳感器面上的坐標u1、u5[mm]轉(zhuǎn)換為下式(2)。其中，在下式(1)、(2)中，將像素位置px1、px5表示為px，將傳感器面坐標u1'、u5'表示為u'，將傳感器面坐標u1、u5表示為u。

u'＝δu×px…(1)

u＝u'－u/2…(2)

另外，此時，通過考慮透鏡的畸變并進行轉(zhuǎn)換，能夠得到更高精度的結果。

如上所述根據(jù)線傳感器圖像i上的邊界點p1、p5的像素位置px1、px5求出傳感器面坐標u1、u5后，如圖5所示，求出通過傳感器面坐標u1和相機中心點c的直線l1、通過傳感器面坐標u5和相機中心點c的直線l5的式子。其中，此時，坐標原點設為相機中心點c。

使用焦距f，用下式(3)求出直線l1、l5的式子。另外，直線l1、l5的斜率a1、a5為a1＝f/u1、a5＝f/u5，直線l1、l5相對于水平方向(x方向)的角度θ1、θ5用下式(4)求出。其中，在下式(3)、(4)中，將直線l1、l5表示為l，將傳感器面坐標u1、u5表示為u，將直線l1、l5的斜率a1、a5表示為a，將直線l1、l5相對于x方向的角度θ1、θ5表示為θ。

y＝ax＝(f/u)x…(3)

θ＝arctan(f/u)…(4)

使用如上所述求出的直線l1、l5的式子、直線l1、l5的斜率a1、a5及直線l1、l5相對于x方向的角度θ1、θ5，求出電車線5的中心點p0的實際坐標(x0，y0)。

即，如圖5所示，當考慮通過電車線5的中心點p0和相機中心點c的直線l0時，由于直線l0相對于x方向的角度θ0＝(θ1+θ5)/2，所以用下式(5)求出直線l0的式子。

y＝a0x＝tan(θ0)x…(5)

并且，由于位于該直線l0上的電車線5的中心點p0(x0，y0)到直線l1的距離與電車線的半徑r[mm]相等，所以電車線5的中心點p0的x坐標xo利用下式(6)求出。另外，根據(jù)y0＝a0x0，也求出y0。另外，使用下式(7)所示的“點與直線的距離d的公式”求出式(6)。

[數(shù)學式1]

其中，截距b＝0…(7)

按以上方式求出電車線5的中心點的實際坐標p0(x0，y0)。

緊接著步驟s2，如圖2所示，線傳感器圖像i上的邊界點p1～p5的像素位置與相機參數(shù)一起經(jīng)由存儲器m2向邊界點位置計算處理部3c發(fā)送。如圖3所示，利用邊界點位置計算處理部3c求出邊界點p1、p2、p3、p4、p5的實際坐標p1(x1，y1)、p2(x2，y2)、p3(x3，y3)、p4(x4，y4)、p5(x5，y5)(步驟s3)。

首先，求出邊界點p1、p5的實際坐標p1、p5。實際坐標p1、p5利用是電車線5與直線l1、l5的接觸點這樣的條件求出。即，通過電車線5的中心點p0(x0，y0)的直線l1的垂線y＝(－1/a1)x+(1/a1)x0+y0與直線l1(y＝a1x)的交點為p1，通過電車線5的中心點p0(x0，y0)的直線l5的垂線y＝(－1/a5)x+(1/a5)x0+y0與直線l5(y＝a5x)的交點為p5。實際坐標p1、p5的x坐標、y坐標分別用下式(8)、(9)求出。

[數(shù)學式2]

另外，為了進行邊界點p2、p3、p4的實際坐標p2、p3、p4的計算，首先，求出邊界點p2、p4的實際坐標p2、p4。直線l2、l4的式子(y＝a2x、y＝a4x)與l1、l5同樣地求出。從圖6可知，由于邊界點p2、p4是電車線5的圓周上的點，所以邊界點p2、p4的實際坐標p2、p4能夠作為下式(10)所示的以電車線5的中心點p0(x0，y0)為中心的半徑r的圓與直線l2、l4的交點而求出。其中，在下式(10)中，將實際坐標p2、p4的x坐標即x2、x4一起記載為x，將直線l2、l4的斜率a2、a4一起記載為a。

[數(shù)學式3]

實際坐標p2、p4的y坐標即y2、y4根據(jù)y2＝a2x2、y4＝a4x4求出。

按以上方式得到實際坐標p2(x2，y2)、p4(x4，y4)。

接著，考慮邊界點p3的實際坐標p3(x3，y3)。通過電車線5的中心點p0和p3的直線l3的式子y＝a3x與直線l2、l4同樣地求出。在此，邊界點p3的實際坐標p3的y坐標即y3能夠通過判斷p2－p3之間及p3－p4之間中的哪一方為水平磨損部5a、哪一方為傾斜磨損部5b而求出。如圖6所示，當存在水平磨損部5a和與其相比進一步被削去的傾斜磨損部5b時，實際坐標p3的y坐標y3能夠通過p2、p4的y坐標y2、y4的值進行判斷。也就是說，實際坐標p2、p4中的y的值較小的一方與p3的y坐標y3一致。將其用條件式書寫時，成為下式(11)。

[數(shù)學式4]

另外，根據(jù)x3＝y(tǒng)3/a3，也求出x3。

按以上方式得到邊界點p3的實際坐標p3(x3，y3)。

接著，如圖2所示，當經(jīng)由存儲器m2向磨損截面積計算處理部3d發(fā)送電車線中心的實際坐標p0及邊界點p2、p3、p4的實際坐標p2、p3、p4時，如圖3所示，磨損截面積計算處理部3d進行磨損截面積的計算(步驟s4)。

以下，具體地說明計算磨損截面積的處理。

首先，說明理想狀態(tài)下的磨損截面積的計算處理。例如，考慮如下情況：如圖6所示，將半徑r[mm]的電車線5的x方向上的頂點設為p6、p7，p6－p2之間、p2－p3之間、p3－p4之間、p4－p7之間的x方向上的距離d1、d2、d3、d4[mm]已知(d1+d2+d3+d4＝2r)。

在該情況下，磨損截面積s能夠按以下方式求出。

即，使用扇形p6p0p2、p4p0p7的面積s1、s2和三角形p0p2p4、p2p3p4的面積s3、s4，利用下式(12)求出已提供參數(shù)d1、d2、d3、d4時的磨損截面積s。

[數(shù)學式5]

在此，當將θ11(＝∠p2p0p6)、θ12(＝∠p4p0p7)、h1、h2、h4分別設為下式(13)、(14)時，磨損截面積s用下式(15)表示。

[數(shù)學式6]

h1＝rsinθ11，h2＝rsinθ12，h4＝r(sinθ11-sinθ12)…(14)

在上述理想狀態(tài)下，頂點p6、p7為電車線的兩端，p6－p7之間的距離d67為電車線的直徑值2r(d67＝2r)。與此相對，當用線傳感器相機2拍攝電車線5時，與線傳感器圖像i上的邊界點p1、p5對應的實際坐標p1、p5與電車線5的x方向上的頂點p6、p7不同，如圖6所示，成為通過相機中心點c的直線與電車線5的接觸點。因此，p1－p5之間的距離d15不會成為電車線的直徑值2r(d15≠2r)。

并且，如圖5所示，也必須考慮如下點：p1、p5與電車線中心p0的相對位置根據(jù)電車線5相對于線傳感器相機2的偏移位置而變動。以下，說明考慮到上述點的求出電車線的殘留直徑相當值的方法。

即，只要已知p2、p3、p4的坐標和r，即可求出實際的磨損截面積。首先，如果求出p2－p4之間的長度d24，則三角形p0p2p4成為三條邊的長度(d24、r、r)已知的三角形，所以三角形p0p2p4的面積s3用下式(16)求出。

[數(shù)學式7]

其中，

在此，在上式(16)中，a＝d24，b＝c＝r。

另外，關于三角形p2p3p4的面積s4，也與s3同樣地，用p2－p3之間的長度d23(＝d2)、p3－p4之間的長度d34、p2－p4之間的長度d24已知的三角形的面積的公式求出。

接著，求出∠p2p0p4(＝θ13)。即，根據(jù)三角形的基本公式即面積＝(底邊×高)/2，求出以p2－p4為底邊時的三角形p0p2p4的高h，利用等腰三角形的性質(zhì)，通過下式(17)求出角度θ13。

[數(shù)學式8]

只要使用上述角度θ13，即可求出扇形p2p0p4的面積，磨損截面積s通過s＝(扇形p2p0p4的面積)－(s3+s4)求出。

接著，如圖2所示，當經(jīng)由存儲器m2向殘留直徑相當值計算處理部3e發(fā)送磨損截面積時，如圖3所示，殘留直徑相當值計算處理部3e進行殘留直徑相當值的計算(步驟s5)。

說明求出電車線5的具有水平磨損部5a及傾斜磨損部5b的部分的殘留直徑相當值h的方法(以下，將電車線5的具有水平磨損部5a及傾斜磨損部5b的部分稱為不均勻磨損電車線5ab)。首先，對于求出僅具有水平磨損部5a的電車線5(以下，稱為水平磨損電車線5a)的磨損截面積s的式子而言，使用水平磨損電車線5a的半徑r和圖7(b)所示的磨損角α，通過下式(18)求出。

[數(shù)學式9]

在此，在下式(19)中，如果不均勻磨損電車線5ab的磨損截面積sab已知，則能夠?qū)⒛p截面積sab代入下式(19)的s并應用牛頓法利用下式(20)算出磨損角α。

[數(shù)學式10]

通過以上計算，如圖7(b)所示，求出與已知的不均勻磨損電車線5ab的磨損截面積sab相同面積的水平磨損電車線5a的磨損角α。

利用求出的α，用下式(21)求出殘留直徑相當值h。

[數(shù)學式11]

按以上方式求出與已知的不均勻磨損電車線5ab的磨損截面積sab相同面積的水平磨損電車線5a的殘留直徑值、即不均勻磨損電車線5ab的殘留直徑相當值h。

這樣求出的殘留直徑相當值h記錄在記錄裝置4中。

另外，本發(fā)明的電車線磨損測定裝置及電車線磨損測定方法不限定于上述實施例，當然能夠在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進行各種變更。

例如，在上述實施例中，示出了在邊界點位置計算處理部3c中進行邊界點p1、p2、p3、p4、p5的實際坐標p1(x1，y1)、p2(x2，y2)、p3(x3，y3)、p4(x4，y4)、p5(x5，y5)的計算的例子，但利用邊界點位置計算處理部3c至少進行邊界點p2、p3、p4的實際坐標p2(x2，y2)、p3(x3，y3)、p4(x4，y4)的計算即可。

另外，在上述本實施例中，示出了電車線5的磨損面具有一個水平磨損部5a和一個傾斜磨損部5b的例子，但電車線5的磨損面也可以是不同的其他磨損形狀。

根據(jù)上述本實施例的電車線磨損測定裝置及電車線磨損測定方法，即使是具有水平磨損部5a和傾斜磨損部5b的不均勻磨損電車線5ab，也能夠基于根據(jù)磨損截面積sab得到的殘留截面積，算出考慮到水平磨損部5a及傾斜磨損部5b的殘留直徑相當值h，所以能夠正確地掌握電車線5的抗拉強度。

另外，由于殘留直徑相當值h能夠與通常的水平磨損電車線5a的殘留直徑值同等地進行處理，所以也具有能夠?qū)Σ痪鶆蚰p電車線5ab和通常的水平磨損電車線5a進行一元化管理這樣的優(yōu)點。并且，根據(jù)截面積求出殘留直徑相當值h的想法不僅能夠應用于不均勻磨損的情形，也能夠靈活地應用于不同磨損形狀的電車線。

工業(yè)實用性

本發(fā)明優(yōu)選應用于如下的電車線磨損測定裝置及電車線磨損測定方法：用設置在電車車頂上的磨損測定用相機拍攝與受電弓接觸的電車線的下表面，對拍攝的電車線的下表面的圖像進行圖像處理而求出電車線的殘留直徑。

附圖標記說明

1車輛

2線傳感器相機

3圖像處理裝置

3a線傳感器圖像生成部

3b電車線中心點位置計算處理部

3c邊界點位置計算處理部

3d磨損截面積計算處理部

3e殘留直徑相當值計算處理部

4記錄裝置

5電車線

5a水平磨損電車線

5ab不均勻磨損電車線

5a水平磨損部

5b傾斜磨損部

6軌道

m1、m2存儲器