轨道位置测量装置的制作方法

本发明涉及利用行驶车辆来测量轨道的三维位置的轨道位置测量装置。

背景技术：

以往示出了使用搭载了激光扫描器的测量车辆来获取铁道沿线的三维数据、以进行建筑界限测定等的技术。

例如，下述专利文献1公开了一种三维数据获取装置，该三维数据获取装置包括第一激光扫描器，该第一激光扫描器是使激光边旋转边向对象物进行辐射、并接收反射光来测定到测量对象物的距离的装置，所述第一激光扫描器搭载在铁道车辆的上部，以使得构成激光的辐射方向的旋转截面的测量截面相对于铁道车辆的前进方向呈垂直面；以及第二激光扫描器，该第二激光扫描器是使激光边旋转边向对象物进行辐射、并接收反射光来测定到对象物的距离的装置，所述第二激光扫描器搭载在铁道车辆的上部，以使得构成激光的辐射方向的旋转截面的测量截面相对于第一激光扫描器的测量截面形成为向近似前进方向倾斜规定角度的面。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2005-69700号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

作为铁道沿线测量的一种，有轨道自身的测量。此外，例如在使用了建筑界限测量车的测量中，通常将轨道的位置作为基准来进行测量。因此，铁道沿线测量中，高精度地进行轨道位置的测量是基本。

然而，在上述现有技术中，作为传感器的激光扫描器设置在铁道车辆的上部，因此存在如下问题：轨道腰部被遮挡而无法照射到激光，从而无法正确掌握轨道腰部的位置。

也考虑根据测量轨道头部而得到的数据来确定轨道的三维位置。然而，存在如下问题：轨道头部由于与车轮的接触而被磨光，激光测量光发生镜面反射，没有充足的反射光返回到激光扫描器，无法进行高精度的测量。

另外，即使将激光扫描器固定于车辆，由于轨道的弯道、行驶时列车的左右摇摆会导致轨道的位置相对于车辆、激光扫描器产生变动，因此仍需要高精度地测量其位置。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种能高精度地测量轨道的三维位置的轨道位置测量装置。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述问题，达到目的，本发明是利用测量车辆来测量轨道的三维位置的轨道位置测量装置，其特征在于，包括：位置姿势测量装置，该位置姿势测量装置搭载于所述测量车辆，测量所述测量车辆的位置及姿势；以及激光扫描器，该激光扫描器是传感器，所述传感器以能对所述轨道的侧面中的至少腰部及底部照射激光的方式搭载于所述测量车辆，用于测量所述轨道的三维位置。

发明效果

根据本发明，能起到如下效果：能高精度地测量轨道的三维位置。

附图说明

图1是表示搭载了实施方式1所涉及的轨道位置测量装置的测量车辆的一个结构例的侧视图。

图2是表示利用图1所示实施方式1所涉及的测量车辆对铁道车辆行驶的轨道进行测量时的一个示例的图。

图3是表示图1所示实施方式1所涉及的测量车辆的其他结构例的图。

图4是表示将图3所示的测量车辆搭载于路轨两用车上时的一个结构例的图。

图5是表示将实施方式1所涉及的轨道位置测量装置搭载于铁道车辆时的一个结构例的图。

图6是表示将实施方式1所涉及的轨道位置测量装置搭载于铁道车辆时的其他结构例的图。

图7是表示附加有激光扫描器的自动位置调整功能的实施方式1所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的框图。

图8是表示利用基台调整装置来实现激光扫描器的自动位置调整时的实施方式1所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的框图。

图9是对防脱轨保护部对激光扫描器的照射位置造成的影响进行说明的图。

图10是说明仅在一个轨道侧设置防脱轨保护部时的优选激光光源位置的图。

图11是表示实施方式3所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的一个示例的框图。

图12是表示实施方式3所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的其他示例的框图。

图13是用于更为详细地分析存在防脱轨保护部时的激光照射位置的图。

图14是更为详细地考察图13所示的激光照射位置Vh的图。

图15是更为详细地考察图13所示的激光照射位置Vl的图。

图16是表示轨道腰部的测量范围与激光照射位置的高度范围之间的关系的图。

图17是表示轨道底部的测量范围与激光照射位置的高度范围之间的关系的图。

图18是表示针对主要轨道的变量a、c、d的值的一个示例的图。

图19是表示针对防脱轨保护部的变量b、e的值的一个示例的图。

图20是表示作为图22至图24所示计算结果的基础的轨道截面的形状的图。

图21是表示图18及图19的变量值下的变量f值的一个示例的图。

图22是表示测量范围ha、hb的计算结果的一个示例(标准轨、60kg轨道)的图。

图23是表示测量范围ha、hb的计算结果的一个示例(标准轨、50kgN轨道)的图。

图24是表示测量范围ha、hb的计算结果的一个示例(窄轨、50kgN轨道)的图。

图25是对图22至图24的各图中的测量范围ha与测量范围hb之和进行对比的图。

图26是表示满足ha＝hb的Hv的值及ha+hb达到最大的Hv的值的图。

图27是从测量点数的观点来考察对轨道腰部及轨道底部进行测量时的激光照射位置的图。

图28是表示光路角φ1、φ2的计算结果的一个示例(标准轨、60kg轨道)的图。

图29是表示光路角φ1、φ2的计算结果的一个示例(标准轨、50kgN轨道)的图。

图30是表示光路角φ1、φ2的计算结果的一个示例(窄轨、50kgN轨道)的图。

图31是对图28至图30的各图中的光路角φ1与光路角φ2之和进行对比的图。

图32是表示满足φ1＝φ2的Hv的值及φ1+φ2达到最大的Hv的值的图。

图33是表示能对轨道腰部及轨道底部各进行2点以上测量的激光照射位置的计算结果的图。

图34是表示实施方式3所涉及的轨道位置测量装置的其他结构例的图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的轨道位置测量装置进行说明。此外，本发明并不局限于以下示出的实施方式。

实施方式1.

图1是表示搭载了实施方式1所涉及的轨道位置测量装置的测量车辆1的一个结构例的图，是从侧面观察测量车辆1的图。如图1所示，实施方式1所涉及的测量车辆1中，车辆10的上部设有经由支承部11进行保持的顶板12，顶板12的上部搭载有三台GPS接收机18及惯性传感器19。顶板12构成作为GPS接收机18及惯性传感器19的搭载位置以及成为后述的激光扫描器16的位置的基准的台部(以下，根据需要称为“基台部”)。

此外，车辆10的后方侧设有用于搭载激光扫描器16的侧板14。侧板14经由延长顶板13与顶板12相连结从而被固定，且与顶板12一并构成测量车辆1中的基台部。

侧板14设有以在图示的粗双向箭头所示的方向、即上下方向上可动的方式来构成的滑动部15，该滑动部15上搭载有激光扫描器16。即，滑动部15设有能变更激光扫描器16的搭载位置的可动机构，激光扫描器16具有能利用滑动部15在上下方向上变更搭载位置的结构。另外，设置于滑动部15的可动机构可以利用任何实现单元或实现方法来构建，无关单元及方法的差异。

在上述结构的基础上，车辆10还搭载有具备数据存储部30的数据处理部20及里程表22。

接着，对轨道位置测量装置的各部的功能进行说明。此处所说的轨道位置是指能掌握轨道的三维空间中的位置的三维坐标系上的位置。然而，用于掌握轨道的三维坐标系上的位置的信息也包含用于掌握轨道的截面形状的二维坐标系上的位置信息。

GPS接收机18、惯性传感器19、里程表22及速度检测装置21是定位传感器的一个示例。

GPS接收机18接收来自定位卫星即GPS卫星的定位信号。GPS接收机18在每个接收时刻或测量时刻将定位信号所设定的导航电文及定位信号的载波相位的信息作为定位信息的一个示例即GPS数据存储于数据处理部20的数据存储部30。在顶板12上搭载三台GPS接收机18，并将其配置成三角形，计算出顶板12的三维的位置和姿势(朝向、倾斜度)。另外，GPS接收机18也可以是从其他的GNSS(Global Navigation Satellite Systems：全球导航卫星系统)的卫星接收定位信号的接收机。

惯性传感器19在停止过程中或行驶过程中对测量车辆1的三维姿势角的角速度的微小变化进行测量，并在每个测量时刻将测量数据存储于数据存储部30。

里程表22对车轮17的转速进行计数来测量测量车辆1的行驶速度的微小变化量，并在每个测量时刻将测量数据存储于数据存储部30。

速度检测装置21是检测测量车辆1的行驶速度的装置。如后述的实施方式所示，在将测量车辆1载置于路轨两用车进行测量时，里程表22无法测量行驶速度。因此，在无法使用里程表22的情况下，使用速度检测装置21来检测测量车辆1的行驶速度，并在每个检测时刻将检测数据存储于数据存储部30。

激光扫描器16是用于测量测量对象物即轨道的三维位置的传感器，如图示的细箭头所示那样，能对与前进方向正交的面内进行扫描。或者能使照射方向对从与前进方向正交的面朝向该前进方向倾斜预先设定的角度范围内的任意角度的面内进行扫描。测量车辆1的行驶过程中，激光扫描器16照射激光，接收由测量对象即轨道反射的激光，基于从照射激光到接收激光为止的时间和激光的照射方向，在照射激光的每个照射点测量与激光扫描器16的距离及方位，以作为距离方位点。即，距离方位点表示测量对象物与测量车辆1的距离及方位。激光扫描器16在每个测量时刻或获取时刻将由测量得到的多个距离方位点构成的距离方位点组存储于数据存储部30。

图2是表示利用图1所示的实施方式1所涉及的测量车辆1对铁道车辆行驶的轨道进行测量时的一个示例的图。在利用实施方式1所涉及的测量车辆1来测量轨道3的形状的情况下，如图2所示，能通过将测量车辆1搭载于路轨两用车2来进行。路轨两用车2为了能在道路上行驶而具备车轮4，在轨道3上行驶的情况下，通过使铁轮5的接地面比车轮4的接地面要低，从而能在轨道3上行驶。另外，在将测量车辆1搭载于路轨两用车2的情况下，激光扫描器16的搭载位置变高，但实施方式1的测量车辆1具备滑动部15，能利用滑动部15来变更以轨道面作为基准的激光扫描器16的搭载位置。

图3是表示图1所示实施方式1所涉及的测量车辆1的其他结构例的图。图1所示的示例中，滑动部15具有使激光扫描器16的搭载位置在上下方向上变更的功能，但图3所示的示例中，设置于车辆10与顶板12之间的基台位置调整装置24具备该功能。通过使基台位置调整装置24在上下方向上伸缩，能使顶板12在上下方向上可动，因此能使经由延长顶板13与顶板12相连结的侧板14在上下方向上可动，从而能变更激光扫描器16的搭载位置。

根据图3的结构，具有能省略支承部11及滑动部15的效果。此外，通过具有基台位置调整装置24，即使变更激光扫描器16的搭载位置，激光扫描器16的搭载位置与用于测量测量车辆1的位置及姿势的测量传感器、即GPS接收机18及惯性传感器19之间的相对位置关系也不变，因此具有能使激光扫描器16的搭载位置的变更对测量精度的影响变小的效果。

图4是表示将图3所示的测量车辆1搭载于路轨两用车2上时的一个结构例的图。通过采用图4所示的结构，能测量轨道3的形状。

图5是表示将实施方式1所涉及的轨道位置测量装置搭载于铁道车辆7时的一个结构例的图。根据图5的结构，与图1所示的测量车辆1同样，能利用滑动部15来实现激光扫描器16的搭载位置变更功能。

图6是表示将实施方式1所涉及的轨道位置测量装置搭载于铁道车辆7时的其他结构例的图。根据图6的结构，与图3所示的测量车辆1同样，能利用基台位置调整装置24来实现激光扫描器16的搭载位置变更功能。

接着，对实施方式1所涉及的轨道位置测量装置的主要部分功能进行说明。图7是表示附加有激光扫描器16的自动位置调整功能的实施方式1所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的框图。如图7所示，实施方式1所涉及的自动位置调整功能能通过基台部40和设置于数据处理部20的运算部32来实现。

如图7所示，能将基台部40的功能划分为位置姿势测量装置42、激光扫描器16及激光位置调整装置44这3个功能。图7中，位置姿势测量装置42是用于掌握测量车辆1的三维位置与姿势角的功能，能通过使用图1所例示的GPS接收机18及惯性传感器19来实现。激光位置调整装置44能使激光扫描器16的位置相对于空间在上下方向上进行变更即可，能利用图1所示的滑动部15来实现。

此外，运算部32的功能能划分为位置计算部321、线路检测部322、防脱轨保护部检测部323及激光位置估算部324。激光扫描器16的测量结果输入至数据存储部30，并且也输入至位置计算部321、线路检测部322及防脱轨保护部检测部323。

位置计算部321根据激光扫描器16的测量信息来计算针对轨道3的扫描器位置。在测量车辆1搭载于路轨两用车2的情况下，例如并不限于测量车辆1始终搭载在同一路轨两用车中。此外，路轨两用车2的搭载部有时并非水平。因此，优选为使用激光扫描器16的测量信息来计算针对轨道3的扫描器位置。

线路检测部322根据激光扫描器16的测量信息来计算轨道3的轨间的距离。然而，若轨间的偏差幅度的精度在不会对激光扫描器16的位置造成影响的范围内，则无需轨间的计算。

如后述的图9等所示，轨道3有时设有防脱轨保护部。防脱轨保护部检测部323根据激光扫描器16的测量信息来检测是否存在防脱轨保护部。另外，也存在没有防脱轨保护部的路线，此外同一路线也存在具有防脱轨保护部的区间和不具有防脱轨保护部的区间，在预先知道具有防脱轨保护部的区间的情况下，可以不设置防脱轨保护部检测部323。

激光位置估算部324至少基于位置计算部321的计算结果，此外若需要则一并使用线路检测部322及防脱轨保护部检测部323中的至少一个计算结果，来计算适合轨道3的测量的基台部40上应配置激光扫描器16的位置(以下，根据需要称为“扫描器位置”)，并且计算激光扫描器16的移动量或扫描器位置，将计算结果传输至激光位置调整装置44。激光位置调整装置44基于传输而来的激光扫描器16的移动量或扫描器位置的信息来控制激光扫描器16的位置。

图8是表示利用基台位置调整装置24来实现激光扫描器16的自动位置调整时的实施方式1所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的框图。在具有基台位置调整装置24的结构的情况下，基台位置调整装置24起到激光位置调整装置44的功能。此外，如图8的运算部32所示，设有基台位置估算部325来取代图7中所设置的激光位置估算部324。即，基台位置估算部325是起到激光位置估算部324的功能的结构部。另外，运算部32中，其他的结构部与图7的相同或等同，标注相同的标号并省略重复说明。

基台位置估算部325至少基于位置计算部321的计算结果，此外若需要则一并使用线路检测部322及防脱轨保护部检测部323中的至少一个的计算结果，来计算基台部40上的激光扫描器16的位置，并且计算顶板12的移动量或移动位置，将计算结果作为控制信息传输到基台位置调整装置24。基台位置调整装置24基于传输而来的顶板12的移动量或移动位置的信息来控制顶板12的位置。

接着，参照几个附图，以几何学的观点对实施方式1所涉及的轨道位置测量装置测量轨道3的位置时的激光扫描器16的照射位置进行考察。

图9是对防脱轨保护部9对激光扫描器16的照射位置所造成的影响进行说明的图。图9中，上部侧所显示的圆形标记表示激光扫描器16的位置(以下称为“激光光源位置”)。激光光源位置是位于从一个轨道3与另一个轨道3之间的中间点(以下称为“轨道中心”)起的垂直线P上的高度H的点。另外，高度H是轨道面M1与激光光源位置平面M2之间的距离，所述轨道面M1是连接一个轨道3和另一个轨道3的平面，所述激光光源位置平面M2与包含激光光源位置Vk的轨道面M1平面。

如图所示，在一个轨道3与另一个轨道3之间设有防脱轨保护部9。此处，在将轨道的侧面划分为头部、腰部及底部时，在存在防脱轨保护部9的情况下，需要调节激光照射位置，以使得激光能到达轨道的侧面中的腰部(以下称为“轨道腰部”或简称为“腰部”)及轨道的侧面中的底部(以下称为“轨道底部”或简称为“底部”)。此处，直线K1表示测量轨道腰部的最高点时的激光光路，直线K2表示测量轨道底部的最低点时的激光光路。即，图9表示即使设有防脱轨保护部9，也存在能测量轨道腰部及轨道底部的激光照射位置。

如以上说明的那样，根据实施方式1所涉及的轨道位置测量装置，设有使激光扫描器的位置在上下方向上可动的可动机构，因此能将激光扫描器移动到能测量轨道腰部及轨道底部的位置，能高精度地测量轨道的位置及形状。

根据实施方式1所涉及的轨道位置测量装置，构成为基于激光扫描器的测量信息来运算激光扫描器的位置，并能基于该运算结果来调整激光扫描器的位置，因此能在测量车辆的行驶过程中调整激光扫描器的位置，能高效地进行轨道位置的测量。

另外，使激光扫描器在上下方向上可动的可动机构也可以是在直接搭载有激光扫描器的结构物上设置上下方向的滑动机构的结构。

此外，使激光扫描器在上下方向上可动的可动机构也可以是调整装置，该调整装置与搭载有激光扫描器的结构物相连结，并构成为能使搭载了定位传感器的结构物在上下方向上可动。

实施方式2.

接着，对实施方式2所涉及的轨道位置测量装置进行说明。实施方式1所涉及的轨道位置测量装置是仅在沿着激光扫描器16的搭载面的上下方向上进行激光扫描器16的自动位置调整的结构，但实施方式2所涉及的轨道位置测量装置中，除了该上下方向以外，还设置有沿着搭载面的水平方向、即可向与前进方向及上下方向双方正交的方向移动的可动机构。另外，实施方式2所涉及的轨道位置测量装置的基本结构与图1及图5所示的结构等同，实施方式2所涉及的轨道位置测量装置的功能与图7所示的等同。

图10是说明仅在一个轨道侧设置防脱轨保护部9时的优选激光光源位置的图。通过图10和图9的比较可知，仅在一个轨道侧设置防脱轨保护部9时，优选为在存在防脱轨保护部9的一侧配置激光扫描器16。图10的示例中，在从轨道中心上的垂直线P起向存在防脱轨保护部9的一侧移动距离D后的位置上配置有激光扫描器16。该情况下，测量轨道底部的最低点时的激光光路即直线K4被防脱轨保护部9的角部即B点遮挡的影响比图9的情况要小，因此对轨道底部的照射点增多，从而能提高照射密度，能进行更高精度的测量。然而，若距离D设得过大，则连结激光光源位置Vk与轨道头部侧面的最下部点即A点的激光光路即直线K3的角度变深，对轨道腰部的照射点变少，因此并不优选。另外，反过来说，这意味着对于激光光源位置Vk，根据轨道3与防脱轨保护部9之间的距离、防脱轨保护部9的高度、轨道3的头部、腰部及底部的形状来决定激光光源位置Vk即可。

另外，虽然与实施方式2所涉及的激光位置测量装置的向水平方向的可动机构无直接关系，但考虑变更一台激光扫描器的位置来多次进行测量。然而，在利用一台激光扫描器进行多次测量的情况下，易于受到GPS误差的影响，因此，在使用GPS接收机作为定位传感器的情况下并不优选。

作为利用一台激光扫描器进行多次测量的情况的对比例，考虑例如利用搭载位置不同的两台激光扫描器来一次进行测量。然而，由于使用两台激光扫描器，因此成本上升，在成本方面并不优选。此外，在使用两台激光扫描器的情况下，有时两台激光扫描器间的安装误差的影响会表现得较大，存在需要正确进行对准以不受安装误差的影响的缺点。因此，可以说如实施方式2那样将一台激光扫描器配置在水平方向的优选位置、利用一台激光扫描器来进行一次测量是更为优选的实施方式。

如以上说明的那样，根据实施方式2所涉及的轨道位置测量装置，设置有使激光扫描器在上下方向、以及与该上下方向及前进方向两者正交的方向上可动的可动机构，因此即使在例如仅在一侧设有防脱轨保护部的情况下，也能在设有防脱轨保护部一侧的轨道与未设有防脱轨保护部一侧的轨道之间恰当地分配对轨道底部及轨道腰部的照射密度，能高精度且高效地测量轨道的位置。

实施方式3.

接着，对实施方式3所涉及的轨道位置测量装置进行说明。图11是表示实施方式3所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的一个示例的框图。图11所示的结构与图7所示的功能框图相对应。另外，具有图11所示功能的轨道位置测量装置的基本结构与图1及图5所示的结构等同。

图11所示的功能结构与图7的不同点在于，数据处理部20的结构以及基台部40与数据处理部20之间的数据交换的流程。图11中，运算部32中设有位置信息处理部327以取代具有位置计算部321、线路检测部322及防脱轨保护部检测部323的结构。此外，数据处理部20设有保持线路数据的线路数据库326。另外，基台部40的结构与图7的相同或等同，标注相同的标号并省略重复说明。

线路数据库326中保存有包含行驶线路中线路位置上的轨间信息以及是否存在防脱轨保护部的信息的线路数据。位置信息处理部327基于位置姿势测量装置42的测量信息计算出激光扫描器16进行扫描的当前位置，并将计算结果输出至激光位置估算部324。激光位置估算部324参照线路数据库326获取当前的测量位置处的轨间信息、是否存在防脱轨保护部的信息，来计算测量轨道3时的激光扫描器16的优选配置位置，将计算得到的配置位置的信息输出至激光位置调整装置44。激光位置调整装置44对激光扫描器16进行可动控制，以将激光扫描器16配置于计算得到的优选配置位置。另外，作为优选配置位置，实施方式1的轨道位置测量装置中仅考虑上下方向的移动，但实施方式3的轨道位置测量装置除了上下方向以外当然也考虑水平方向的移动。

图12是表示实施方式3所涉及的轨道位置测量装置的功能结构的其他示例的框图。图12所示的结构与图8所示的功能模块相对应。此外，图12所示的数据处理部20的结构与图11的不同点在于，运算部32中的激光位置估算部324被替换成基台位置估算部325。基台位置估算部325参照线路数据库326来获取当前的测量位置上的轨间信息、是否存在防脱轨保护部的信息，计算测量轨道3时的激光扫描器16的优选配置位置，并且计算用于使激光扫描器16移动到计算得到的优选配置位置的基台位置信息，并将其输出至基台位置调整装置24。基台位置调整装置24对顶板12进行可动控制，以将激光扫描器16配置于优选的配置位置。

如以上说明的那样，根据实施方式3所涉及的轨道位置测量装置，基于包含线路位置上的轨间信息以及是否存在防脱轨保护部的信息在内的线路数据，来计算激光扫描器的优选配置位置，因此能将激光扫描器移动到能测量轨道腰部及轨道底部的位置，能高精度地测量轨道的位置及形状。

根据实施方式3所涉及的轨道位置测量装置，采用利用线路数据的结构，因此相比于实施方式1或实施方式2能使运算部的结构进一步紧凑化，能提高运算部的处理速度，从而获得减轻对测量精度的影响的效果。

此外，以上的实施方式1至3所示的结构是本发明结构的一个示例，也可以与其它公知技术相结合，在不脱离本发明的技术思想的范围内当然也可以进行变更来构成，例如可以省略其中的一部分、组合其中的一部分等。

该段落以后，对存在防脱轨保护部9时的激光照射位置进一步增加几何学方向的考察。图13是考察存在防脱轨保护部9时的激光照射位置的图。图13中，对与图10相同或等同的要素标注相同的标号。

图13中，A点是轨道头部侧面的最下部点，B点是防脱轨保护部9的轨道侧上部角点，C点是轨道底部侧面的最上部点。此处，直线K5的延长线上的Vh点表示位于能测量轨道底部侧面的最上部点C的激光光路上的、具有高度Hh的激光照射位置，直线K6的延长线上的Vl点表示位于能测量轨道底部侧面的最上部点C的激光光路上的、具有高度Hl的激光照射位置。因此，若激光照射位置Vh点的高度H在Hh以上，则意味着无法测量轨道腰部，若激光照射位置Vl点的高度H在Hl以下，则意味着无法测量轨道底部。

若在上述那样掌握激光照射位置Vh点及激光照射位置Vl点的基础上，对轨道腰部的轮廓线L1及轨道底部的轮廓线L2均以相同程度的长度的范围来取得测量点，则在轨道截面的高度方向及宽度方向上均能正确地进行位置对准，能提高测量精度。

另外，若在轨道腰部的轮廓线L1的全长中，从轨道底部侧面的最上部点C起获得50％以上的测量点，则能推定轨道腰部的轮廓线L1。若从轨道底部侧面的最上部点C起获得70％以上的测量点，则能高精度地推定轨道腰部的轮廓线L1。另外，轨道腰部的轮廓线L1中，能将视作直线部的图示的粗线部分作为轨道腰部的轮廓线L1的全长。

另外，若在轨道底部的轮廓线L2的全长中，从轨道底部侧面的最上部点C起获得50％以上的测量点，则能推定轨道腰部的轮廓线L2。若从轨道底部侧面的最上部点C起获得70％以上的测量点，则能高精度地推定轨道腰部的轮廓线L2。另外，与轨道腰部相同，轨道底部的轮廓线L2中，能将视作直线部的图示的粗线部分作为轨道底部的轮廓线L2的全长。

图14是更为详细地考察图13所示的激光照射位置Vh的图。图14中，直线K7的延长线上的Vh点表示位于由单点划线所示的轨道中心上的垂直线P上的、处于能测量轨道底部侧面的最上部点C的激光光路上的最高位置的激光照射位置。此处，将轨道底部侧面的最上部点C与轨道头部侧面的最下部点A之间的轨道宽度方向的距离设为d，将轨道头部侧面的最下部点A与轨道面M1之间的垂直方向的距离设为a，将轨道底部侧面的最上部点C与轨道面M1之间的垂直方向的距离设为c，将轨道间的距离(以下称为“轨间距离”)设为G，将激光照射位置的高度设为Hh。此时，利用这些d、a、c、G、Hh，激光照射位置的高度Hh能表示为下式。

Hh＝{(c-a)·(G/2)/d}-a…(1)

图15是更为详细地考察图13所示的激光照射位置Vl的图。图15中，对与图13及图14所示的内容相同或等同的部分标注相同的标号来示出。图15中，直线K8的延长线上的Vl点表示位于轨道中心上的垂直线P上的、处于能测量轨道底部侧面的最上部点C的激光光路上的最低位置的激光照射位置。此处，将通过防脱轨保护部9的轨道侧上部角点B而与轨道面M1平行的平面设为防脱轨保护面M3，将轨道面M1与防脱轨保护面M3之间的距离设为b，将轨道头部侧面的最下部点A与轨道侧上部角点B之间的距离设为e。于是，激光照射位置Vl的高度Hl利用图14定义的d、c、G以及此处定义的b、e能表示为下式。

Hl＝{(b+c)·(G/2-e)/(d+e)}+b…(2)

图16是表示轨道腰部的测量范围与激光照射位置的高度范围之间的关系的图。图16中，对与图13至图15的任一附图所示的内容相同或等同的部分标注相同的标号来示出。图16中，Ra点是将轨道腰部的测量范围设为ha时从轨道底部侧面的最上部点C起位于高度ha的点。此外，位于连接该Ra点与轨道头部侧面的最下部点A的直线K9的延长线上、且位于轨道中心上的垂直线P上的高度Hv的点V表示测量范围为ha的激光照射位置。于是，轨道腰部的测量范围ha利用图13至图15的任一附图所定义的d、G、Hh及此处所定义的激光照射位置V的高度Hv能表示为下式。

ha＝(Hh-Hv)·d/(G/2)…(3)

图17是表示轨道底部的测量范围与激光照射位置的高度范围之间的关系的图。图17中，对与图13至图15的任一附图所示的内容相同或等同的部分标注相同的标号来示出。图17中，Rb点是将轨道底部的测量范围设为hb时与轨道底部侧面的最上部点C相距距离hb的点。此外，位于连接该Rb点与防脱轨保护部9的轨道侧上部角点B的直线K10的延长线上、且位于轨道中心上的垂直线P上的高度Hv的点V表示测量范围为hb的激光照射位置。此处，将轨道底部的轮廓线L3与通过轨道侧上部角点B而与轮廓线L3平行的直线L4之间的距离设为f，将直线K8与直线K10之间所成角度中较小的角设为θ。此时，轨道底部的测量范围hb利用图13至图17的任一附图所定义的b、G、Hl及此处所定义的激光照射位置V的高度Hv能表示为下式。

hb≒fθ

θ＝tan^-1{(Hv-b)/(G/2-e)}

-tan^-1{(Hl-b)/(G/2-e)}…(4)

图18是表示针对主要轨道的变量a、c、d的值的一个示例的图。图18中，将主要轨道设为新干线用的60kg轨道、在来线用的50kgN轨道。另外，图18所示的数值设定了轨道截面的标准值所包含的任意的数值，当然本发明并不限于这些数值。以下的数值例也同样。

图19是表示针对防脱轨保护部的变量b、e的值的一个示例的图。图20是表示作为图22至图26的各图所示计算结果的基础的轨道截面的形状的图。图21是表示图18及图19的变量值下的变量f值的一个示例的图。如图20所示，将从轨道截面的中心线P1测得的到轨道头部侧面的最下部点A为止的距离设为32.5mm，60kg轨道中将轨道底部轮廓线L3的倾斜度设为1：4，50kgN轨道中将轨道底部轮廓线L3的倾斜度设为1：1.275，来进行以下的计算。

图22至图25是表示利用图18至图21的各图所示的数值例进行ha、hb及Hv的计算时的计算结果的图(曲线)，图22表示标准轨、60kg轨道中的测量范围ha、hb(参照图16、17)，图23表示标准轨、50kgN轨道中的测量范围ha、hb，图24表示窄轨、50kgN轨道中的测量范围ha、hb。它们中图22至图24的各图中，横轴取激光照射位置Hv，纵轴表示测量范围ha(粗实线)、hb(细实线)。图25中，以对图22至图24的各图中的测量范围ha与测量范围hb之和进行对比的形式来表示。

如图22至图24的各图所示，测量范围ha与测量范围hb之间呈相反关系，即，呈若一方增加则另一方减少、若一方减少则另一方增加的关系。因此，测量范围ha与测量范围hb之间存在满足ha＝hb的Hv的值，如图25所示，存在两者之和(＝ha+hb)为最大的Hv的值。图26中以表形式来表示这些值，(1)是满足ha＝hb的高度Hv的值，(2)是ha+hb成为最大的高度Hv的值。

上述(1)及(2)均是提供适当的激光照射位置的一个示例，双方均有优点。

选定(1)的示例、即选定满足ha＝hb的Hv值的情况下，轨道截面的轨道底部的水平方向的轮廓线与轨道截面的轨道腰部的上下方向的轮廓线横跨相同程度的长度而获得测量点，因此对轨道的上下方向(垂直方向)及左右方向(水平方向)的位置对准有效。例如，仅在轨道腰部的上下方向的轮廓线部分获得纵向连接的测量点，明确确定左右方向的位置，但会出现上下方向不确定的情况。反之，仅在轨道底部的水平方向的棱线部分获得横向连接的测量点，明确确定上下方向的位置，但会出现左右方向不确定的情况。此外，若仅一方较短，则测量点也较少，易于受到噪声的影响。由此可知，若选定满足ha＝hb的Hv值，则能获得如下效果，横向与纵向的平衡良好，位置对准变得容易，抗噪声能力也变强。

选定(2)的示例、即选定ha+hb成为最大的Hv值的情况下，表示能获得更多的测量点。测量点越多，位置对准越容易，抗噪声也越强，因此能获得提高测量精度的效果。

图27是从测量点数的观点来考察对轨道腰部及轨道底部进行测量时的激光照射位置的图。图27中，对与图13至图17的任一附图所示的内容相同或等同的部分标注相同的标号来示出。图27中，Rc点是连接激光照射位置V与轨道头部侧面的最下部点A的直线K11与轨道3的腰部相交的点，Rd点是连接激光照射位置V与轨道侧上部角点B的直线K12与轨道3的底部相交的点。此处，若将连接激光照射位置V与轨道底部侧面的最上部点C的直线设为K13，将直线K13与直线K11所成的角(以下称为“光路角”)设为φ1，将直线K13与直线K12所成的角设为φ2，则这些光路角φ1、φ2能表示为下式。

φ1＝tan^-1{(G/2)/(Hv+a)}

-tan^-1{(G/2+d)/(Hv+c)}…(5)

φ2＝tan^-1{(G/2+d)/(Hv+a)}

-tan^-1{(G/2-e)/(Hv-c)}…(6)

从激光扫描器以固定的角度间隔照射激光，因此能获得与光路角成正比的测量点。

图28至图31是表示利用图18至图21的各图所示的数值例进行光路角φ1、φ2及Hv的计算时的计算结果的图(曲线)，图28表示标准轨、60kg轨道中的光路角φ1、φ2(参照图27)，图29表示标准轨、50kgN轨道中的光路角φ1、φ2，图30表示窄轨、50kgN轨道中的光路角φ1、φ2。它们中图28至图30的各图中，横轴取激光照射位置Hv，纵轴表示φ1(粗实线)、φ2(细实线)。图31中，以对图28至图30的各图中的光路角φ1与光路角φ2之和进行对比的形式来表示。

如图28至图30的各图所示，光路角φ1与光路角φ2之间呈相反关系，即，呈若一方增加则另一方减少、若一方减少则另一方增加的关系。因此，光路角φ1与光路角φ2之间存在满足φ1＝φ2的Hv的值，如图31所示，存在两者之和(＝φ1+φ2)为最大的Hv的值。图32中以表形式来表示这些值，(3)是满足φ1＝φ2的高度Hv的值，(4)是φ1+φ2成为最大的高度Hv的值。

上述(3)及(4)均是提供适当的激光照射位置的一个示例，与图22至图25中所示的测量范围ha、hb同样具有以下优点。

选定(3)的示例、即选定满足φ1＝φ2的Hv值的情况下，将轨道底部侧面的最上部点C作为基准，一眼望尽轨道腰部侧的角度与一眼望尽轨道底部侧的角度相等，因此轨道腰部与轨道底部侧获得相同程度的测量点，因此对轨道的上下方向(垂直方向)及左右方向(水平方向)的位置对准有效，此外能获得如下效果：横向与纵向的平衡良好，位置对准变得容易，抗噪声也变强。

选定(4)的示例、即选定φ1+φ2成为最大的Hv值的情况下，一眼望尽轨道腰部及轨道底部的角度成为最大，因此能获得更多的测量点，具有如下效果：对应于测量点的增多，噪声强度变高，测量精度提高。

图33是表示能对轨道腰部及轨道底部的各2点以上进行测量的激光照射位置的计算结果的图。为了对于轨道腰部及轨道底部均取得各2点以上的测量点，需要将光路角φ1、φ2分别设定在0.144°以上。因此，使用1周360°下例如测量5000点的激光扫描器，假设例如图18至图21的各图所示的数值例的轨道，则如图33所示，标准轨、60kg轨道中将激光照射位置设定在1006mm以上、2339mm以下的范围内，标准轨、50kgN轨道中将激光照射位置设定在873mm以上、1955mm以下的范围内，窄轨、50kgN轨道中将激光照射位置设定在619mm以上、1509mm以下的范围内即可。

图34是表示实施方式3所涉及的轨道位置测量装置的其他结构例的图。图34所示的轨道位置测量装置是在图7的结构中、激光位置调整装置44具备输入显示部50及存储部52的结构。对与图7相同或等同的结构部标注相同的标号并省略重复说明。

图34中，激光位置调整装置44所设有的存储部52保存有激光位置估算部324所计算得到的适合于轨道3的测量的扫描器位置的信息及激光扫描器16的移动量的信息。如上所述，行驶线路中存在具有防脱轨保护部的路线也存在没有防脱轨保护部的路线，此外，也存在包括具有防脱轨保护部的区间和没有防脱轨保护部的区间双方的路线。并且，如图18至图21示出的一个示例所示，轨道具有各种种类，轨道宽度也有多种。因此，将是否存在防脱轨保护部、轨道宽度及轨道的种类作为参数，按这些参数运算更为优选的扫描器位置的信息，并将其存储于存储部52。

存储于存储部52的数据能通过预先使测量车辆1行驶来获得。若将数据预先存储于存储部52，则能调出存储部52的数据。能利用输入显示部50来进行存储部52的数据调出。因此，若预先在存储部52中存储扫描器位置的信息，则在发挥激光扫描器16的自动位置调整功能时无需使运算部32进行工作。即，若预先将扫描器位置的信息存储于存储部52，则可以不在测量车辆1上搭载运算部32。

另外，与图7等同的图34的结构中，激光位置调整装置44所设置的滑动部15设有能变更激光扫描器16的搭载位置的可动机构，但并不限于此，也可以不设置可动机构。图34的结构中，设有输入显示部50，因此若能通过输入显示部50来调出存储部52的存储数据，则操作者可以通过观察显示于输入显示部50的信息来手动变更激光扫描器16的位置。该情况下，滑动部15优选为具有标尺显示，以获知激光扫描器16的位置。

另外，图34中，示出了将设有输入显示部50及存储部52的结构应用于图7的结构的示例，但也可以设置于图11的激光位置调整装置44。此外，并不限于激光位置调整装置44，也可以设置于图8及图12的基台位置调整装置24。

标号说明

1 测量车辆

2 路轨两用车

3 轨道

4 车轮

5 铁轮

7 铁道车辆

9 防脱轨保护部

10 车辆

11 支承部

12 顶板

13 延长顶板

14 侧板

15 滑动部

16 激光扫描器

17 车轮

18 GPS接收机

19 惯性传感器

20 数据处理部

21 速度检测装置

22 里程表

24 基台位置调整装置

30 数据存储部

32 运算部

40 基台部

42 位置姿势测量装置

44 激光位置调整装置

50 输入显示部

52 存储部

321 位置计算部

322 线路检测部

323 防脱轨保护部检测部

324 激光位置估算部

325 基台位置估算部

326 线路数据库

327 位置信息处理部