JP6124528B2

JP6124528B2 - 電車線路用監視システム

Info

Publication number: JP6124528B2
Application number: JP2012169129A
Authority: JP
Inventors: 島田　健夫三; 健夫三島田; 茂久森; 山川　盛実; 盛実山川
Original assignee: Sanwa Tekki Corp
Current assignee: Sanwa Tekki Corp
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: JP2014028535A

Description

本発明は、無線タグを各種センサと共に電車線路設備に取り付けて、無線タグ間で通信を行うネットワークを構成してセンサの検出データを収集することにより電車線設備を監視する電車線路用監視システムに関するものである。

従来の電車線路用監視システムは、き電線等の監視対象物に取り付ける設備監視セットと、電車車両に取り付けたり、点検作業者Ｐが携帯するＩＤタグリーダとで構成するものがある（特許文献1参照）。設備監視セットは、各種状態量を検出する計測部と、ＩＤタグに状態量等をデータとして記録すると共にデータを送受信処理する送受信部と、電源部とで構成される。計測部３は、き電線の電流や接続部の温度等の各種状態量を検出するセンサを備える。送受信部は、設備ＩＤやセンサによる各種監視データを読み書き可能で、ＩＤタグリーダにより電波でデータを送信可能なＩＤタグと、動作制御するＭＰＵとを有する。電源部は、主にＩＤタグの送受信やＭＰＵ等の駆動に必要になるもので、二次電池に充電する太陽電池を備える。

特開2006-131173号公報

上記従来のシステムにおいては、各種センサにより検出したデータをタグリーダにより読み取るために、少なくともタグリーダをＩＤタグの取付位置に持ち来す必要があり、タグリーダによるデータ収集の作業が大がかりになって、作業負担が多大なものになる。
そこで、本発明は、電車線路設備の無線タグによりネットワークを構成して、設備状態を検出してデータを遠隔で収集し、設備の状態を監視する作業労力を軽減する電車線路用監視システムを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明においては、所定区間の電車線の支柱Ｐ又は付随設備に無線タグ３をそれぞれ取り付け、隣り合う無線タグ間で順次情報を伝達していくネットワーク２を構成することにより、電車線路設備の監視対象の状態を検出したセンサ付き無線タグ３により発信される監視情報をネットワーク２を通じて収集し、電車線路設備の状態を把握するように電車線路用監視システム１を構成した。

本発明においては、各種センサにより検出した電車線路設備の監視情報を無線タグにより構成したネットワークを通じて遠隔のデータ監視用サーバで取得できるので、電車線路設備の監視労力を軽減することができるという効果を有する。

本発明に係る電車線路用監視システムの概略的構成図である。図１の電車線路用監視システムのネットワークの概念図である。き電線とトロリ線の接続部の斜視図である。（Ａ）は無線タグを取り付けた平行スリーブの正面図、（Ｂ）は同側面図である。（Ａ）は無線タグを取り付けたフィードイヤーの正面図、（Ｂ）は同側面図である。（Ａ）は無線タグを取り付けた直線スリーブの正面図、（Ｂ）は同側面図である。無線タグを取り付けた重錘式自動張力調整装置の正面図である。無線タグを取り付けたばね式自動張力調整装置の正面図である。無線タグを取り付けたガス式自動張力調整装置の正面図である。（Ａ）は無線タグを取り付けたセクションインシュレータの正面図、（Ｂ）は同平面図、（Ｃ）は同拡大正面図である。無線タグを取り付けた電車線支持部の正面図である。無線タグを取り付けた電車線支持部の斜視図である。地上電源及び太陽電池付き２次電池を接続した無線タグを取り付けた電車線支持部の正面図である。太陽電池付き２次電池他及びワイヤレス給電装置を接続した無線タグを取り付けた電車線支持部の正面図である。他の実施形態のネットワークの概念図である。

本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。
無線タグは、データの読み書き機能及び通信機能を備え、この機能を利用して相互間で通信による情報伝達を順次行うワイヤレスのネットワークを構成することができる。これを利用して、本発明に係る電車線路用監視システム１は、図１に示すように、列車線路に沿って電車線を支持する支柱Ｐやその他の電車線路設備に無線タグ３をそれぞれ取り付け、これらの無線タグ３で構成するネットワーク２を介してセンサにより検出した電車線路設備の状態情報を電力司令等センターのデータ監視用サーバ４に収集するものである。センサ付き無線タグ３は、温度センサなど各種の電車線路管理に必要な物理状態を検出できるセンサを備える。センサ付無線タグ３は、検出日時付きデータを生成すると共に、システムとして同期的に動作するために、例えばディジタル電波時計あるいはセンサ付無線タグ３相互間の通信により時刻同期が可能な時計などの時刻合わせ可能な時計を内蔵する。ネットワーク２は、センサ付無線タグ３及びデータ監視用サーバ４を起点とする双方向の情報伝送が可能である。

図２に示すように、ネットワーク２は、無線タグがノード３ａ，３ｂとなって、隣り合うノード間で通信することにより順次情報を伝達していき、電力指令センターに設置するデータ監視用サーバ４に記録される。この場合、パケットの中継機能を有するノード３ａと、中継機能を持たずノード３ａに隣接して配置され、ノード３ａとしか通信できないノード３ｂとがあるが、その機能に応じて必要な無線タグが選択される。また、無線タグ３には内蔵電源、あるいは直接接続された外部電源、あるいは電磁誘導、電磁共鳴、レクテナ等のワイヤレス給電装置により電源を常時供給され自身で電波を発信できるアクティブ型、またはワイヤレス給電装置により間欠的に電源を供給され、電源供給時のみ自身で電波を発信できるパッシブ型のものがあるが、設置個所に応じて適宜選択される。
なお、ネットワーク２は、途中のノード３ａ，３ｂに故障があるなどにより通信不能箇所が発生した場合に迂回ルートを自立的に再構築するアドホック通信が好都合である。

センサ付き無線タグをき電線の分岐箇所に取り付ける例を図３に示す。き電分岐線Ｆは、支柱Ｐに支持されたき電線Ｌから平行スリーブＳ１を介して分岐し、支柱Ｐ，Ｐ間の腕金Ａに沿って支持され、垂下してトロリ線ＴにフィードイヤーＥにより接続される。このき電線の分岐箇所において無線タグ３は、図４に示すように、平行スリーブＳ１の下面に取り付けられる。無線タグ３には、き電線Ｌの電流による平行スリーブＳ１の温度を検出する温度センサを備えたセンサ付き無線タグを適用する。このセンサ付き無線タグ３により平行スリーブＳ１の温度が検出されると、近隣の支柱Ｐ又は他の電車線路設備に取り付けた無線タグ３に発信され、ネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送られる。

他の電車線路設備にセンサ付き無線タグを取り付ける例を以下に説明する。
図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、き電線の分岐箇所におけるフィードイヤーＥには、先と同様に、温度を検出するセンサ付き無線タグ３を取り付け、フィードイヤーＥの温度を検出して、近隣の他の無線タグ３に発信し、ネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送る。

図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、き電線Ｌ同士を接続する直線スリーブＳ２には、温度を検出するセンサ付き無線タグ３を取り付け、フィードイヤーＥの温度を検出して、近隣の他の無線タグ３に発信し、ネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送る。

図７に示すように、温度変化による電車線Ｔの張力変動を自動的に調整する重錘式自動張力調整装置Ｒ１には、固定部材Ｐ１に対する可動部材Ｐ２の変位を検出する変位センサ３ｃを備えた無線タグ３を取り付ける。固定部材Ｐ１に対する可動部材Ｐ２の変位は変位センサ３ｃにより測定され、ネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送る。変位センサ３ｃは機械式や光学式のものいずれも適用できる。
また、電車線Ｔを引き留めるヨークＹには、ヨークの傾斜を測定する傾斜測定センサ付き無線タグ３を取り付け、ヨークＹの傾斜を測定してネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送る。

図８に示すように、ばね式自動張力調整装置Ｒ２には、固定部材Ｐ１に対する可動部材Ｐ２の変位を検出する変位センサ３ｃを備えた無線タグ３を取り付け、測定された変位をネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送る。

図９に示すように、ガス式自動張力調整装置Ｒ３には、固定部材Ｐ１に対する可動部材Ｐ２の変位を検出する変位センサ３ｃを備えた無線タグ３を取り付け、測定された変位をネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送る。

図１０に示すように、電車線を電気的に区分するセクションインシュレータＩは、パンタグラフの通過の際、電車線側の硬点となりやすく、取替後に適正な設置状態を確認する必要がある。そこで、セクションインシュレータの取替後、一週間程度、加速度を検出するセンサ付き無線タグ３ｄ及び歪みを検出するセンサ付き無線タグ３ｅを取り付けて監視する。加速度を検出するセンサ付無線タグ３ｄは、矢印に示す方向にパンタグラフが通過するセクションインシュレータＩの場合、トロリ線Ｔ，Ｔ間を結合する絶縁バーのパンタグラフの進入側に固定する。歪みを検出するセンサ用無線タグ３ｅは、インシュレータＩを結合するトロリ線Ｔの端部及びセクションインシュレータＩの接続金具上に固定する。パンタグラフの通過により押し上げられるセクションインシュレータＩの加速度並びにその接続金具及びトロリ線Ｔの歪みはセンサ付き無線タグ３ｄ，３ｅにより測定され、ネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送ることにより、セクションインシュレータＩの設置状態の良否を判定でき交換工事後の検証に利用できる。

図１１に示すように、高電圧のかかっている電車線を絶縁するための碍子Ｇは、各支柱Ｐ等の支持位置に電車線路に沿って多く使用されている。この碍子Ｇの異常を検知するため、支柱Ｐの碍子Ｇ及び電車線の支持位置に、電流を測定するセンサ付き無線タグ３を取り付ける。測定された電流をネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送ることにより、碍子Ｇの絶縁状況を把握し、各線区の代表点の絶縁状態を監視できる。

鉄道沿線の異なる鉄道会社との境界等において、故障等のある異常なパンタグラフの通過を検出するため、図１２に示すように、トロリ線Ｔを支持するように支柱Ｐから線路上方に延びるアームＡに、トロリ線Ｔの押上量を測定する変位センサを備えた無線タグ３を、またこの近傍のトロリ線Ｔの上部に加速度を測定する加速度センサを備えた無線タグ３を取り付ける。測定された押上量及び加速度をネットワーク２を通じてデータ監視用サーバ４に送ることにより、異常なパンタグラフが通過した場合に押上量と加速度に異常な値が出現するため、その時刻に照らして通過したパンタグラフを特定することができる。

無線タグ３の電源は、設置コストを抑えるために一次電池を内蔵させるほか、図１３に示すように、地上に別途設置した地上電源５ａに接続したり、支柱Ｐ上の低圧側に設置した太陽電池付きの２次電池５ｂに接続したり、図１４に示すように、高圧側に設置した太陽電池付きの２次電池５ｃを接続してもよい。
また、図１４に示すように、支柱Ｐ上のワイヤレス給電装置６を無線タグ３の電源に適用してもよい。このワイヤレス給電装置６は、例えば支柱Ｐに１次側送信アンテナ６ａを設置し、無線タグ３に２次側受信アンテナ６ｂを接続する。ワイヤレス給電装置６は、電磁誘導方式、電磁共鳴結合方式又はレクテナ方式等を適用できる。１次側送信アンテナ６ａは、送信可能な距離に応じて適宜設置位置を変更できる。

ネットワーク２が比較的広範囲にわたる場合、図１５に示すようにデータ監視用サーバ４との接続を中継ステーション７を介して行ってもよい。中継ステーション７はネットワーク２内での通信プロトコルを適宜変換して、データ監視用サーバ７へデータを転送する機能を有する。中継ステーション７とデータ監視用サーバ４とは、有線ＷＡＮ、無線ＬＡＮ又は無線電話回線などを通じて接続できる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、他の電車線路設備を監視対象とし、設備に応じた状態量を検出するセンサ付き無線タグを取り付けて、ネットワーク２に含めることができる。

また、ネットワーク２により伝達される情報は、上記のように各種センサにより検出された状態情報だけでなく、無線タグに既に記録されている情報であってもよい。例えば、他の会社、支社、線区等からの電車線路上の事故情報を受けて、事故の再発を防ぐために必要な事前措置を講ずる場合に、無線タグに記録された部材等の取替時期、耐用期間等の情報から、電力指令等センターにおいて設定した条件に該当する設備のみの情報を抽出する。このように、センサ及び無線タグによる各種情報は、データ監視用サーバ４の指令に基づき、監視目的に応じた特定の情報に限定して収集するものとしてもよい。
さらに、ネットワーク２中の通信が切断されているノード（無線タグ）を電力指令等センターにおいてデータ監視用サーバ４で検知し、点検・修理の実施を促すよう警告表示することとしてもよい。

前述のようにネットワーク２は、センサ付無線タグ３とデータ監視用サーバ４との間で双方向の通信が可能であるから、センサ付無線タグ３を起点とする通信モードと、データ監視用サーバ４を起点とする通信モードとがある。センサ付無線タグ３を起点とする通信モードの使用例として、監視対象である平行スリーブS1の温度について、７０℃の注意領域基準値と、９０℃の危険領域基準値とが規定されている場合に、センサ付無線タグ３がいずれかの基準値超過を検出した場合、その発生日時と測定温度およびにセンサ付無線タグ３のID情報とともに電力指令センター等のデータ監視サーバ４へ連絡する。
電力指令センター等のデータ監視サーバ４を起点とするモードの使用例として、データ監視サーバ４から、一定の時間間隔で各センサ付無線タグ３と通信し、これらの測定値、ID情報等をネットワーク２を通じて、データ監視サーバ４へ収集する。平衡スリーブS1の温度監視の場合、前述の注意領域基準値超過を検出すると、危険領域基準値への移行を詳細に監視するために該当するセンサ付無線タグ３のみを指定して、これにより細かい時間間隔でデータ監視サーバ４へ状況報告させることも可能である。

１電車線路用監視システム
２ネットワーク
３無線タグ
３ａノード
３ｂノード
３ｃ変位センサ
３ｄ加速度センサ
３ｅ歪みセンサ
４データ監視用サーバ
５ａ地上電源
５ｂ太陽電池付き２次電池
５ｃ太陽電池付き２次電池
６ワイヤレス給電装置
６ａ１次側送信アンテナ
６ｂ２次側受信アンテナ
７中継ステーション
Ｐ支柱
Ｔトロリ線
Ｆき電分岐線
Ｓ１平行スリーブ
Ｓ２直線スリーブ
Ｅフィードイヤー
Ｒ１重錘式自動張力調整装置
Ｒ２ばね式自動張力調整装置
Ｒ３ガス式自動張力調整装置
Ｐ１固定部材
Ｐ２可動部材
Ｉセクションインシュレータ
Ｇ碍子

Claims

所定区間の電車線の支柱又は付随設備にそれぞれ取り付けられる複数の無線タグと、
これらの無線タグからの監視情報を収集し、電車線路設備の状態を把握するデータ監視用サーバと、
前記無線タグとの通信プロトコルを変換して、監視情報を前記データ監視用サーバへ転送する中継ステーションとからネットワークを構成し、
前記無線タグにより発信される監視情報を隣り合う無線タグ間で順次伝達し、中継ステーションを介して前記データ監視用サーバに受け、
前記監視情報には、セクションインシュレータの加速度を含むことを特徴とする電車線路用監視システム。
前記無線タグ間で伝達される前記監視情報は、センサ付き無線タグにより検出され、又は予め無線タグに記録されていることを特徴とする請求項１に記載の電車線路用監視システム。
前記無線タグは、時計を内蔵し、前記監視情報にセンサによる検出時刻が含まれることを特徴とする請求項1又は２に記載の電車線路用監視システム。
前記センサ付き無線タグは、前記データ監視用サーバの指令に基づいて監視情報の発信間隔を変更できることを特徴とする請求項1ないし３のいずれかに記載の電車線路用監視システム。
前記無線タグから前記ネットワークを通じて伝達される監視情報は、前記データ監視用サーバの指令に基づいて監視目的に応じた特定の監視情報に限定できることを特徴とする請求項1ないし４のいずれかに記載の電車線路用監視システム。
前記無線タグに電力供給するワイヤレス給電装置を具備することを特徴とする請求項1ないし５のいずれかに記載の電車線路用監視システム。
前記無線タグによるネットワークの一部の無線タグに通信障害があれば、自立的に迂回ルートを再構築することを特徴とする請求項1ないし６のいずれかに記載の電車線路用監視システム。