電車状態監視装置

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【発明の名称】	電車状態監視装置
【発明者】	【氏名】斎藤庄一【氏名】鎌田恵一【氏名】吉川賢一【氏名】向井真治
【要約】	【課題】正常パターンのデータベース量を最小限にし、電車の床下機器の異常を適正に検出できる電車状態監視装置を提供することである。【解決手段】制御装置２は温度検出手段３で検出した電車の床下機器の温度値に基づいて電車床下の熱分布データを作成し、一方、音処理装置７は音検出手段６で検出した電車の床下機器の音を周波数分析し電車床下の音分布データを作成する。処理装置８は、制御装置２で得られた熱分布データと予め設定された正常パターンとを比較して電車の床下機器の異常を判定する際に、音分布データの予め定められた特定周波数の音圧に基づいて、正常パターンをその状態に適合した正常パターンに変更する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出した温度値に基づいて電車床下の熱分布データを作成する制御装置と、走行中の電車の床下機器から発生する音を地上側で検出する音検出手段と、前記音検出手段で検出した音を周波数分析し電車床下の音分布データを作成する音処理装置と、前記制御装置で得られた熱分布データと予め設定された正常パターンとを比較して電車の床下機器の異常を判定する際に前記音分布データの予め定められた特定周波数の音圧に基づいて前記正常パターンを変更する処置装置とを備えたことを特徴とする電車状態監視装置。
【請求項２】前記制御装置は、前記電車の走行速度に反比例した時間間隔で前記温度検出手段からの温度値を取り込み、その温度値を電車の車両基準位置からの位置に対応づけて前記熱分布データを作成することを特徴とする請求項１に記載の電車状態監視装置。
【請求項３】前記制御装置は、前記電車の車両基準位置をカウントし、そのカウントした車両基準位置に基づいて一編成中の車両形式の組合せ及びその車両形式に対応して搭載される床下機器の種類及び搭載位置を特定し、前記温度検出手段で検出される温度値と床下機器の搭載位置とを対応づけて前記熱分布データを作成することを特徴とする請求項２に記載の電車状態監視装置。
【請求項４】電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と軌道を挟んで反対側に設けられ前記床下機器の表面温度検出の際にそのパネル面が前記床下機器の背景部分に位置すると共にそのパネル面が予め設定した温度に保持されるパネルヒータと、前記温度検出手段からの温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする電車状態監視装置。
【請求項５】電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出する温度の検出領域を調節する領域調節手段と、前記領域調節手段で調節された検出領域において前記温度検出手段で検出された温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする電車状態監視装置。
【請求項６】電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と軌道を挟んで反対側に設けられ前記床下機器の表面温度検出の際にそのパネル面が前記床下機器の背景部分に位置すると共にそのパネル面が予め設定した温度に保持されるパネルヒータと、前記温度検出手段で検出する温度の検出領域を調節する領域調節手段と、前記領域調節手段で調節された検出領域において前記温度検出手段で検出された温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする電車状態監視装置。
【請求項７】前記領域調整手段は、前記温度検出手段の前面側に設けられ前後方向に移動可能なスリット板であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電車状態監視装置。
【請求項８】電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の温度検出領域内に前記床下機器が位置したことを検出する床下機器検知手段と、前記床下機器検知手段が前記床下機器を検出したときは前記温度検出手段からの温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする電車状態監視装置。
【請求項９】通過する電車の車両形式及び組成数を把握する編成番号読取装置と、前記電車の状態を検出する状態センサと、前記編成番号読取装置で読み取った車両形式及び組成数と前記状態センサからの状態データとに基づき同一編成中の複数の同一車両形式の状態データを互いに比較し車両の良否判定を行う処理装置とを備えたことを特徴とする電車状態監視装置。
【請求項１０】前記状態センサとして前記車両の床下の熱分布状態を検出する熱センサを用い、前記処理装置は前記車両の同一編成の複数の同一車両形式の床下の熱分布データを比較し車両の良否判定を行うことを特徴とする請求項９に記載の電車状態監視装置。
【請求項１１】前記状態センサとして前記車両の振動布状態を検出する振動センサを用い、前記処理装置は前記車両の同一編成の複数の同一車両形式の振動分布データを比較し車両の良否判定を行うことを特徴とする請求項９に記載の電車状態監視装置。
【請求項１２】前記状態センサとして前記車両の外板状態を撮影する監視カメラを用い、前記処理装置は前記車両の同一編成の複数の同一車両形式の外板状態の画像データを比較し車両の良否判定を行うことを特徴とする請求項９に記載の電車状態監視装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電車の状態を監視する電車状態監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電車の定期的な検査・保守は法的にも定められている。最近は自動で電車の状態監視を行える電車状態監視装置が開発されている。この種の電車状態監視装置での自動検査は、電車の監視部分の寸法を測定し基準値を満たしているかどうかの判定と、電車の監視部分の状態が正常パターンの範囲内にあるかどうかの判定との２種類の方法がある。特に後者は、取得した状態データパターンと予め用意してある正常パターンとの比較を行い、正常パターンの範囲内から外れたときに異常と判定する。
【０００３】また、電車の床下機器は、電車駆動用主電動機の制御装置や電車内で使用する電力を供給するための機器などであり、それらの機器を点検する場合には各機器を動作させた状態での監視が必要である。従って、車庫においての動作点検ではなく電車を走行させた状態で監視を行うようにしている。
【０００４】電車の床下機器は、上述のように制御装置や電力供給機器等などであり発熱体である。このことから、これらの床下機器に異常が発生すると、各機器の発熱量は通常の発熱量よりも大きい又は小さい発熱量となるので、この通常と異なる発熱量を検出して床下機器の異常判定を行うようにしている。つまり、地上側から非接触で走行中の電車の床下機器の発熱量を監視するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、電車の床下機器によっては電車走行中において動作と非動作との状態があり、動作時と非動作時とでは発熱量に大きな差があり、一つの正常パターンでは通常時と異常時の判断が難しいという問題がある。また、床下機器の背景状況によっては外乱の影響を受けることがあり、その場合には正常であっても正常パターンの範囲内とならないことがあるので、床下機器の異常が特定できない場合がある。
【０００６】このように、実際には正常パターンは型式毎、季節毎、時間毎に異なるので、それぞれの条件に応じた多数のパターンを用意しなければならず、状態データの検出の度にその条件に合った正常パターンをデータベースから選ぶ必要がある。
【０００７】例えば、温度の状態は、季節による周囲温度変化によって正常パターンが違ってくるし、厳密に判定するには一日の中でも違う正常パターンを使う必要がある。また、振動の状態は温度変化による媒体の伝導率の変化により正常パターンが異なり、画像は太陽光による照度の変化により正常パターンが異なる。これらの状況に合わせた複数の正常パターンを用意する必要がある。
【０００８】そして、それらの各々の正常パターンを決めるためには、各々の条件下（測定環境）で、ある一定期間サンプリングを行ってデータを蓄積し解析して定めることになる。従って、正常パターンを作るためには膨大な時間が必要になる。
【０００９】また、そのようにして求めた多数の正常パターンは、データベースに記憶されることになるのでシステム規模が大きくなると共に、車両の良否判定の際には、多数の正常パターンから適切な正常パターンを探し出さなければならないので処理に負担がかかる。
【００１０】本発明の目的は、正常パターンのデータベース量を最小限にし、電車の床下機器の異常を適正に検出できる電車状態監視装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる電車状態監視装置は、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出した温度値に基づいて電車床下の熱分布データを作成する制御装置と、走行中の電車の床下機器から発生する音を地上側で検出する音検出手段と、前記音検出手段で検出した音を周波数分析し電車床下の音分布データを作成する音処理装置と、前記制御装置で得られた熱分布データと予め設定された正常パターンとを比較して電車の床下機器の異常を判定する際に前記音分布データの予め定められた特定周波数の音圧に基づいて前記正常パターンを変更する処置装置とを備えたことを特徴とする。
【００１２】請求項１の発明に係わる電車状態監視装置では、制御装置は温度検出手段で検出した電車の床下機器の温度値に基づいて電車床下の熱分布データを作成し、一方、音処理装置は音検出手段で検出した電車の床下機器の音を周波数分析し電車床下の音分布データを作成する。処理装置は、制御装置で得られた熱分布データと予め設定された正常パターンとを比較して電車の床下機器の異常を判定する際に、音分布データの予め定められた特定周波数の音圧に基づいて、正常パターンをその状態に適合した正常パターンに変更する。
【００１３】請求項２の発明に係わる電車状態監視装置は、請求項１の発明において、前記制御装置は、前記電車の走行速度に反比例した時間間隔で前記温度検出手段からの温度値を取り込み、その温度値を電車の車両基準位置からの位置に対応づけて前記熱分布データを作成することを特徴とする。
【００１４】請求項２の発明に係わる電車状態監視装置では、請求項１の発明の作用に加え、電車の走行速度に反比例した時間間隔で温度検出手段からの温度値を取り込み、その温度値を電車の車両基準位置からの位置に対応づけて熱分布データを作成する。これにより電車の走行速度に関係なく床下位置を変数とした熱分布データが得られる。
【００１５】請求項３の発明に係わる電車状態監視装置は、請求項２の発明において、前記制御装置は、前記電車の車両基準位置をカウントし、そのカウントした車両基準位置に基づいて一編成中の車両形式の組合せ及びその車両形式に対応して搭載される床下機器の種類及び搭載位置を特定し、前記温度検出手段で検出される温度値と床下機器の搭載位置とを対応づけて前記熱分布データを作成することを特徴とする。
【００１６】請求項３の発明に係わる電車状態監視装置では、請求項２の発明の作用に加え、電車の車両基準位置をカウントし、そのカウントした車両基準位置に基づいて一編成中の車両形式の組合せ及びその車両形式に対応して搭載される床下機器の種類及び搭載位置を特定する。そして、温度検出手段で検出される温度値と床下機器の搭載位置とを対応づけて熱分布データを作成する。これにより、床下位置を変数とした熱分布データと床下機器との関係が明瞭となる。
【００１７】請求項４の発明に係わる電車状態監視装置は、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と軌道を挟んで反対側に設けられ前記床下機器の表面温度検出の際にそのパネル面が前記床下機器の背景部分に位置すると共にそのパネル面が予め設定した温度に保持されるパネルヒータと、前記温度検出手段からの温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする。
【００１８】請求項４の発明に係わる電車状態監視装置では、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と軌道を挟んで反対側にパネルヒータを設ける。このパネルヒータは温度検出手段での床下機器の表面温度検出の際に、そのパネル面が床下機器の背景部分に位置する。またそのパネル面は予め設定された温度に保持される。処理装置は、温度検出手段からの温度値に基づいて熱分布データを算出し、予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する。これにより、床下機器の背景はパネルヒータの設定温度に保持されることから外乱の影響を受け難くしている。
【００１９】請求項５の発明に係わる電車状態監視装置は、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出する温度の検出領域を調節する領域調節手段と、前記領域調節手段で調節された検出領域において前記温度検出手段で検出された温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする。
【００２０】請求項５の発明に係わる電車状態監視装置では、領域調節手段により温度検出手段で検出する電車の床下機器の表面温度の検出領域を調節する。処理装置は、領域調節手段で調節された検出領域において温度検出手段で検出された温度値に基づいて熱分布データを算出し、予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する。これにより、温度の検出領域が制限されることから床下機器の背景の外乱の影響は受け難くなる。
【００２１】請求項６の発明に係わる電車状態監視装置は、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と軌道を挟んで反対側に設けられ前記床下機器の表面温度検出の際にそのパネル面が前記床下機器の背景部分に位置すると共にそのパネル面が予め設定した温度に保持されるパネルヒータと、前記温度検出手段で検出する温度の検出領域を調節する領域調節手段と、前記領域調節手段で調節された検出領域において前記温度検出手段で検出された温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする。
【００２２】請求項６の発明に係わる電車状態監視装置では、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と軌道を挟んで反対側にパネルヒータを設ける。このパネルヒータは温度検出手段での床下機器の表面温度検出の際に、そのパネル面が床下機器の背景部分に位置する。またそのパネル面は予め設定された温度に保持される。また、領域調節手段により温度検出手段で検出する電車の床下機器の表面温度の検出領域を調節する。処理装置は、領域調節手段で調節された検出領域において温度検出手段で検出された温度値に基づいて熱分布データを算出し、予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する。これにより、床下機器の背景はパネルヒータの設定温度に保持されると共に、温度の検出領域も制限されることから外乱の影響を受け難くなる。
【００２３】請求項７の発明に係わる電車状態監視装置は、請求項５又は請求項６の発明において、前記領域調整手段は、前記温度検出手段の前面側に設けられ前後方向に移動可能なスリット板であることを特徴とする。
【００２４】請求項７の発明に係わる電車状態監視装置では、請求項５又は請求項６の発明の作用に加え、温度検出手段の前面側に設けられたスリット板を前後方向に移動させ、温度の検出領域を調節する。
【００２５】請求項８の発明に係わる電車状態監視装置は、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の温度検出領域内に前記床下機器が位置したことを検出する床下機器検知手段と、前記床下機器検知手段が前記床下機器を検出したときは前記温度検出手段からの温度値に基づいて熱分布データを算出し予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する処置装置とを備えたことを特徴とする。
【００２６】請求項８の発明に係わる電車状態監視装置では、処理装置は、床下機器検知手段が床下機器を検出したときに、温度検出手段からの温度値に基づいて熱分布データを算出し、予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する。これにより、床下機器が温度検出手段の近傍に位置するときだけ温度を読み込むので、外乱の影響を抑制できる。
【００２７】請求項９の発明に係わる電車状態監視装置は、通過する電車の車両形式及び組成数を把握する編成番号読取装置と、前記電車の状態を検出する状態センサと、前記編成番号読取装置で読み取った車両形式及び組成数と前記状態センサからの状態データとに基づき同一編成中の複数の同一車両形式の状態データを互いに比較し車両の良否判定を行う処理装置とを備えたことを特徴とする。
【００２８】請求項９の発明に係わる電車状態監視装置では、処理装置は、編成番号読取装置で読み取った車両形式及び組成数と状態センサからの状態データとに基づき、同一編成中の複数の同一車両形式の状態データを互いに比較し、車両の良否判定を行う。これにより、正常パターンを持つ必要がなく処理が簡素化される。
【００２９】請求項１０の発明に係わる電車状態監視装置は、請求項９の発明において、前記状態センサとして前記車両の床下の熱分布状態を検出する熱センサを用い、前記処理装置は前記車両の同一編成の複数の同一車両形式の床下の熱分布データを比較し車両の良否判定を行うことを特徴とする。
【００３０】請求項１０の発明に係わる電車状態監視装置では、請求項９の発明の作用に加え、熱センサで車両の床下の熱分布状態を検出し、処理装置は車両の同一編成の複数の同一車両形式の床下の熱分布データを比較し、車両の良否判定を行う。
【００３１】請求項１１の発明に係わる電車状態監視装置は、請求項９の発明において、前記状態センサとして前記車両の振動布状態を検出する振動センサを用い、前記処理装置は前記車両の同一編成の複数の同一車両形式の振動分布データを比較し車両の良否判定を行うことを特徴とする。
【００３２】請求項１１の発明に係わる電車状態監視装置では、請求項９の発明の作用に加え、振動センサで車両の振動布状態を検出し、処理装置は車両の同一編成の複数の同一車両形式の振動分布データを比較し、車両の良否判定を行う。
【００３３】請求項１２の発明に係わる電車状態監視装置は、請求項９の発明において、前記状態センサとして前記車両の外板状態を撮影する監視カメラを用い、前記処理装置は前記車両の同一編成の複数の同一車両形式の外板状態の画像データを比較し車両の良否判定を行うことを特徴とする。
【００３４】請求項１２の発明に係わる電車状態監視装置では、請求項９の発明の作用に加え、監視カメラで車両の外板状態を撮影し、処理装置は車両の同一編成の複数の同一車両形式の外板状態の画像データを比較し、車両の良否判定を行う。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電車状態監視装置のブロック構成図である。この第１の実施の形態は、電車の床下機器が動作である場合と非動作である場合で正常パターンを変更し、床下機器の異常の誤判断を防止するようにしたものである。
【００３６】電車状態監視装置は、電車の線路近くで建築限界を侵さない地上側の場所に設置される。そして、その場所を通過する電車の状態を監視する。車両検知手段１は電車の各々の車両の基準位置を検出するもので、各車両の端部を検出する。車両検知手段１から出力した光は、電車の車両部分で反射するためその反射光により車両部分と認識し、連結器部分では反射光がないため連結器部分と認識する。これにより、車両の端部を検出し各車両の基準位置とし制御装置２に出力する。
【００３７】速度検出手段３は電車の走行速度を検出するものであり、通過中の電車の車両に光を出力しその反射光に基づいて速度を検出する光反射型の速度検出手段である。速度検出手段３で検出された電車の速度は制御装置２に入力される。
【００３８】温度検出手段４は、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出するものであり、複数個の熱センサを縦方向又は横方向に並べて配置し、電車の床下機器の表面温度を縦方向又は横方向に検出できるようにしたものである。この温度検出手段４で検出された床下機器の表面温度は制御装置２に入力される。
【００３９】制御装置２は、車両検知手段１からの車両基準位置、速度検出手段３からの電車速度、及び温度検出手段４からの床下機器の表面温度に基づいて、電車の床下機器の熱分布データを作成する。また、記憶装置５に記憶された電車の一編成中の車両形式の組合せ、搭載される床下機器の種類、床下機器の搭載位置に基づいて、床下機器と熱分布データとを対応づける。記憶装置５には、電車の一編成中の車両形式の組合せ、搭載される床下機器の種類や搭載位置、さらには床下機器温度のしきい値、床下機器が発生する音の情報が予め記憶されている。
【００４０】一方、集音マイクで構成された音検出手段６が設けられており、この音検出手段６は通過する電車の走行中の音を集音する。この音検出手段６で検出された電車の走行音は音処理装置７に入力され音分布データが作成される。すなわち、音処理装置７は音検出手段６の集音マイクによって集音した電車の走行中の音を周波数帯域毎の音圧しベルに解析し音分布データを作成する。
【００４１】処理装置８は、制御装置２で得られた熱分布データと予め設定された正常パターンとを比較して電車の床下機器の異常を判定する。その際に、音分布データの予め定められた特定周波数の音圧に基づいて正常パターンを変更する。すなわち、床下機器が動作中の場合と非動作中の場合とでは熱分布データの正常パターンが異なるので、音分布データに基づき床下機器の動作中と非動作中とで正常パターンを切り替える。これは、予め設定されている熱分布データのしきい値を変更することにより行われる。
【００４２】図２は温度検出手段４の説明図である。図２（ａ）は複数個の熱センサ９ａ～９ｎを縦方向に並べて配置したものであり、図２（ｂ）は複数個の熱センサ９ａ～９ｍを横方向に並べて配置したものである。
【００４３】図２（ａ）において、床下機器１０は電車１１の床下に設けられており、温度検出手段４は、電車１１の床下範囲を検出領域とするように縦方向に設置されている。電車１１の車輪１２は線路１３上を移動し、温度検出手段４は電車１１の通過時に床下機器１０からの発熱による温度を床下機器１０の表面温度として検出することになる。一方、図２（ｂ）において、電車１１の床下範囲を検出領域とするように横方向に設置されている。これにより、温度検出手段４は電車１１の通過時に横方向の床下機器１０の表面温度を検出することになり、電車１１の側面からでは検出できない床下機器１０についての表面温度を検出する。
【００４４】このように、温度検出手段４は、電車１１の床下機器１０の表面温度を縦方向又は横方向に検出できるように構成されており、この温度検出手段４で検出された床下機器１０の表面温度は制御装置２に入力され、電車１１の床下の温度分布データが作成される。
【００４５】次に、第１の実施の形態に係わる電車状態監視装置の動作を説明する。電車１１の先端部分が車両検知手段１の前を通過すると、車両検知手段１は車両基準位置として検出する。制御装置２は車両基準位置を認識すると、その時から速度検出手段３によって電車１１の走行速度を検出していく。同時に温度検出手段４によって電車１１の床下機器１０の表面温度を検出していく。
【００４６】この場合、制御装置２は電車１１の走行速度に反比例する時間間隔で温度検出手段４からの温度値を読み込んでいく。つまり、制御装置２では温度値を車両検知手段１の検知信号をトリガとして、走行速度に反比例する時間間隔で取り込んでいく。これは、電車１１の走行速度は一定ではないので、一定の時間間隔で温度値を取り込んでいくと、後で作成する床下機器１０の熱分布データと床下機器１０の搭載位置とを対応づける場合に処理が複雑になるためである。
【００４７】また、床下機器１０の特定は車両基準位置をカウントし、記憶装置５に予め記憶された電車の一編成中の車両形式の組合せ、搭載される床下機器の種類や搭載位置に基づいて、車両形式と床下機器の種類を特定し、温度検出手段４で検出した温度値と対応づけていく。
【００４８】このようにして取り込んだ電車一編成分の温度値は、熱分布データとして処理装置８に出力される。処理装置８では、Ｘ軸を車両基準位置からの距離、Ｙ軸を温度検出手段４内に縦方向又は横方向に配列した個々の熱センサの位置、Ｚ軸を温度値とした３次元の熱分布データを作成する。図３はその熱分布データの説明図である。なお、図３では、簡略化のため縦方向に配列した熱センサの内の一つの熱センサで検出した温度値を示している。つまり、図３のＡ線部に位置する熱センサで検出した温度値を示している。従って、２次元表示となっている。
【００４９】一方、音検出手段６の集音マイクで集音した電車走行中の音は、音処理装置７において、Ｘ軸を時間、Ｙ軸を音の周波数帯城、Ｚ軸を音圧しベルとした３次元の音分布データとして作成され処理装置８に入力される。処理装置８では音処理装置７からの音分布データに対し、車両検知手段１からの車両基準位置と速度検出手段３から電車走行速度からの情報を基に、Ｘ軸を車両基準位直からの距離とした音分布データに再作成する。
【００５０】そして、処理装置８では、作成した３次元熱分布データと予め記憶装置５に設定された３次元熱分布データとを比較する。すなわち、図４に示すように、車両基準位置からの距離毎の熱データＴが高温側しきい値Ｔ１及び低温側しきい値Ｔ２の範囲内にあるか否かを比較する。熱分布データの熱データＴが高温側しきい値Ｔ１を上回った場合又は低温側しきい値Ｔ２を下回った場合に、床下機器１０の異常と判断する。
【００５１】この場合、処理装置８は、記憶装置５に記憶してある電車一編成中の車両形式の組合せ、搭載される床下機器の種類、床下機器の搭載位置、及び床下機器毎に発生する音の周波数情報、及び作成した音分布データから通常時に非動作になることもある床下機器の動作又は非動作を判定する。この判定は、周波数分析されて作成された音分布データの予め定められた特定周波数の音圧が一定値以上あるいは一定値以下であるかで判定される。
【００５２】そして、床下機器１０が非動作である場合には、熱分布データの熱データがＴａとなるので、低温側しきい値Ｔ２を非動作時用しきい値Ｔ３に変更し、非動作の床下機器１０に対しては、この非動作時用しきい値Ｔ３で異常判定を行う。これは、例えば床下機器１０の内の一つであるコンブレッサは常時動作しているわけではなく、通常時に非動作の状態もあるので、非動作時は当然発熱量も小さく、低温側しきい値Ｔ２を下回る場合もあるからである。そこで、非動作の床下機器１０に対しては非動作時用しきい値Ｔ３で異常判定を行うようにしている。
【００５３】第１の実施の形態によれば、床下機器１０の音分布データを用いて床下機器の動作又は非動作を判別し、非動作の床下機器１０に対しては低温側しきい値Ｔ２を変更するので、床下機器１０の異常の誤判断がなくなる。
【００５４】次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係わる電車状態監視装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、床下機器の背景状況による外乱の影響を防止し、床下機器の異常の後検出を防止するようにしたものである。
【００５５】図５において、車両検知手段１は電車の各々の車両の基準位置を検出するもので、各車両の端部を検出する。車両検知手段１から出力した光は、電車の車両部分で反射するためその反射光により車両部分と認識し、連結器部分では反射光がないため連結器部分と認識する。これにより、車両の端部を検出し各車両の基準位置とし処理装置８に出力する。
【００５６】速度検出手段３は電車の走行速度を検出するものであり、通過中の電車の車両に光を出力しその反射光に基づいて速度を検出する光反射型の速度検出手段である。速度検出手段３で検出された電車の速度は処理装置８に入力される。
【００５７】温度検出手段４は、電車の床下機器の表面温度を地上側から非接触で検出するものであり、赤外線カメラで垂直方向にスキャンしながら床下機器の表面温度を温度を検出する。温度検出手段４で検出された床下機器の表面温度は処理装置８に入力される。
【００５８】また、パネルヒータ１４は、温度検出手段４の赤外線カメラと軌道を挟んで対向した位置に設置され、そのパネル面は一定温度に保たれる。これにより、温度検出手段４で検出する床下機器の表面温度の背景温度をパネル面の一定温度に保ち、背景状況による外乱の影響を抑制するようにしている。処理装置８にはパネルヒータ１４のパネル面の一定温度が入力される。
【００５９】処理装置８は、車両検知手段１からの車両基準位置、速度検出手段２からの電車速度、温度検出手段４からの温度値、パネルヒータ１４からのパネル面の一定温度に基づいて、電車の床下の熱分布データを作成し記憶装置５に予め記憶された正常パターンとの比較を行い、床下機器の異常判定を行う。
【００６０】図６は、パネルヒータ１４の設置の仕方の説明図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図である。図６に示すようにパネルヒータ１４は軌道を挟んで温度検出手段４の対向する位置に配置される。電車１１が通過し床下機器が温度検出手段４の位置を通過するとき床下機器の背景となるような位置関係にある。そして、パネルヒータ面を一定温度に保つことにより床下機器以外の背景の影響が無くなるようになっている。
【００６１】図７は、温度検出手段４が電車の床下を垂直方向に検出した温度値に基づいて、処理装置８により作成される熱分布データの説明図である。温度検出手段４は、スキャニングラインＳのように垂直方向にスキャンしながら床下機器１０の表面温度を検出する。温度検出手段４のスキャンタイミングは、速度検出手段３から検出された電車速度から電車移動量を演算して一定ピッチで検出する。そして、各スキャニングラインＳ毎に垂直方向に温度値を加算すると、熱分布データＴｓが得られる。この熱分布データＴｓの正常パターンと許容値とを車両形式毎に予め記憶装置５に記憶しておき、測定データとの比較を行い良否判定をする。
【００６２】このように、温度検出手段４が床下機器１０を検出する反対側（背景部分）に、一定温度に保ったパネルヒータ１４を設置するので、床下機器１０の背景の影響を受けずに電車の床下機器１０の温度の測定が可能となる。従って、床下機器１０の異常を誤検出することがなくなる。
【００６３】図８は、本発明の第２の実施の形態に係わる電車状態監視装置の他の一例を示すブロック構成図である。図５のパネルヒータ１４に代えて床下機器検知手段１５を設けたものである。この床下機器検知手段１５は温度検出手段４と併設され、温度検出手段４の検出領域内に床下機器１０が位置したことを検出するものである。
【００６４】床下機器１０が温度検出手段４の検出領域に入ると、床下機器検知手段１５によりその旨が検知され、その検出信号は処理装置８に入力される。処理装置８は床下機器検知手段１５が検出信号を出力しているときのみ温度検出手段４からの温度値を読み込み、熱分布データを作成する。床下機器検知手段１５が床下機器１０を検知していないときは、予め定められた一定の温度値として熱分布データを作成する。
【００６５】このように、床下機器検知手段１５が床下機器１０を検出したときのみに、温度検出手段４からの温度値に基づいて熱分布データを算出し、予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する。従って、床下機器が温度検出手段の近傍に位置するときだけ温度を読み込むことになるので、外乱の影響を抑制できる。
【００６６】図９は、本発明の第２の実施の形態に係わる電車状態監視装置のさらに別の他の一例を示すブロック構成図である。図５のパネルヒータ１４に代えて外気温度計１６を設け、処理装置８では温度検出手段４で検出された温度値から外気温度を減算して熱分布データを作成するようにしたものである。
【００６７】すなわち、外気温度計１６は、温度検出手段４が設置されている付近の外気温度を検出する。処理装置８では温度検出手段４で検出された温度値から外気温度を減算して熱分布データを作成し、外気温度の影響を除去する。
【００６８】一般に、外気温度の影響により誤検出が発生する原因としては、気温差による測定値のばらつきや床下機器以外の温度測定をしてしまうなどが考えられる。そこで、気温差による測定値のばらつき対策として、外気温度計１６で検出した外気温度を温度検出手段４で検出した床下機器の温度値から減算する。これにより、安定した床下機器の温度値データが得られ、外気温度変化の影響を防止できる。
【００６９】ここで、図５に示したパネルヒータ１４と図８に示した床下検知手段１５との双方を設けても良いし、それに外気温度計１６を追加して設けても良い。また、パネルヒータ１４と外気温度計１６との組合せ、床下検知手段１５と外気温度計１６との組合せとしても良い。
【００７０】次に、図１０は、温度検出手段４で検出する温度の検出領域を調節する領域調節手段１７の説明図である。温度検出手段４の検出領域の設定方法として、温度検出手段４の前面に温度の検出領域の調節可能な領域調節手段１７を設け、測定したい範囲を特定し、測定したくない領域をマスクする。図１０では領域調節手段１７としてスリット板を用いたものを示している。このスリット板は温度検出手段４の赤外線カメラの前面を移動可能となっている。
【００７１】図１０（ａ）に示すように、スリット板を温度検出手段４の赤外線カメラ側に移動させると温度の検出領域Ｐ１が大きくなり、図１０（ｂ）に示すように、スリット板を温度検出手段４の赤外線カメラの前方側に移動させると温度の検出領域Ｐ２が小さくなる。すなわち、温度検出手段４のスキャンする領域をスリット板の位置を変えることにより調整する。
【００７２】このように、領域調節手段１７により温度検出手段４で検出する電車の床下機器の表面温度の検出領域を調節し、処理装置８では、領域調節手段１７で調節された検出領域において温度検出手段４で検出された温度値に基づいて熱分布データを算出する。そして、予め設定された正常パターンと比較して電車の床下機器の異常を判定する。領域調節手段１７により温度の検出領域が制限されることから床下機器の背景の外乱の影響は受け難くなる。
【００７３】以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、外気温度や背景状況の外乱の影響を受けずに床下機器の異常を特定することができる。
【００７４】次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図１１は本発明の第３の実施の形態に係わる電車状態監視装置の説明図である。図１１（ａ）は外観構成図、図１１（ｂ）はブロック構成図である。この第３の実施の形態は、正常パターンのデータベース量を最小限にできるようにしたものである。
【００７５】図１１において、走行中の電車１１が状態センサ１８を通過すると、状態センサ１８により車両の状態データが取得され処理装置８に出力される。また、処理装置８は編成番号読取装置１９から編成番号を読み取り、その編成番号から組成数や車両形式の配置を把握する。取得された状態データ及び編成番号は、処理装置８で処理をされて、図１２の様なパターンが作成される。
【００７６】図１２では、同じ形式Ｍ１の別々の車両の状態データ２０ａ、２０ｂを示している。処理装置８では、状態センサ１８から取り込まれた状態データのうち同一形式の車両同士で比較する。例えば、附随車は附随車同士、電動車は電動車同士で比較する。つまり、図１２の状態データ２０ａと状態データ２０ｂとは同じ形式Ｍ１の車両の状態データであるので、これらを比較することになる。これらを比較して同じ波形であるときは正常であると判断する。違う波形ならどちらかに異常があると判断できる。また、さらに別の同一形式Ｍ１の車両の状態データ２０ｃとの比較を行うといずれが異常であるかの判定ができることになる。このように、同一編成中に同一形式の車両が少なくとも２両以上あれば車両の異常検出が可能となる。
【００７７】このような判定が許容されるのは、以下の理由による。判定の対象が同一編成内の車両であり、電車が状態センサ１８を通過するわずか数分の内に測定環境が急変するとは考え難いし、また、同一形式で同じ所に同時に異常が発生することも考え難いことから、同一環境下の同一条件で、電車の搭載機器が同じで構造も同じであれば、同じパターンになるはずであるからである。
【００７８】従って、同一形式の車両の状態データを比較により異常判定が行えるので、予め正常パターンを持たなくても良い。また、予め正常パターンを持たなくても良いので、基準になる形式パターンを時間をかけて作らなくてよくなると同時に多数記憶しておく必要もなくなる。
【００７９】なお、閑散区の様な同一編成中に同一形式の車両がない場合や、同一編成中に同一形式が有る場合と無い場合の編成が混在している線区での同一形式が無い場合は、予め正常パターンのデータベースを持つ必要がある。この場合には、予め記憶装置５にその正常パターンを記憶しておくことになるが、正常パターンを予め記憶しておくことは限られた場合であるので、記憶装置５に予め記憶しておく正常パターンの種類は少ない。このことからシステム側の負担は軽減される。
【００８０】ここで、状態センサ１８としては、車両１１の床下の熱分布状態を検出する熱センサ、車両１１の振動布状態を検出する振動センサ、車両１１の外板状態を撮影する監視カメラ等が用いられる。状態センサ１８として熱センサを用いた場合には、熱センサで車両の床下の熱分布状態を検出し、処理装置８は車両１１の同一編成の複数の同一車両形式の床下の熱分布データを比較し、車両の良否判定を行う。また、振動センサを用いた場合には、振動センサで車両１１の振動布状態を検出し、処理装置８は車両の同一編成の複数の同一車両形式の振動分布データを比較し、車両の良否判定を行うことになる。状態センサとして監視カメラを用いた場合には、監視カメラで車両の外板状態を撮影し、処理装置８は車両１１の同一編成の複数の同一車両形式の外板状態の画像データを比較し、車両の良否判定を行うことになる。
【００８１】以上述べたように、この第３の実施の形態によれば、車両１１の状態監視を行う場合に、同一形式の車両の状態データを比較することに行うので、予め測定環境条件の変化に対応した多くの正常パターンのデータベースを持つことがない。従って、システム規模が小さくなり処理時間を短くすることが可能となる。
【００８２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、車両の異常判定の際に用いる熱分布データの正常パターンを機器の動作中と非動作中とで変更して用いるので、機器異常をの判定を防止できる。また、測定環境条件が均一となるように電車の機器の温度を検出するので、機器異常の誤判定を防止できる。
【００８３】また、同一編成の車両の同一形式の状態データを比較するので、測定環境条件に応じた多数の正常パターンを作る必要がなくなる。従って、その正常パターンの作成のための時間を削減でき、車両における状態監視の判定を行うための正常パターンのデータベース量を最小限にできる。

【出願人】	【識別番号】０００２２１６１６【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社【識別番号】０００００３０７８【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】	平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）
【代理人】	【識別番号】１００１００５１６【弁理士】【氏名又は名称】三谷惠（外１名）
【公開番号】	特開２００１－１９７６０２（Ｐ２００１－１９７６０２Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－２２７６（Ｐ２０００－２２７６）