主要な研究開発成果（2023年度）
本誌は、公益財団法人 鉄道総合技術研究所における2023年度の主要な研究開発成果をまとめたものです。
本成果は、ＪＲ各社をはじめ、研究機関、大学、企業などの関係機関のご協力によって得られたものであり、厚く御礼申し上げます。
Ⅰ.安全性の向上
1. 複数海底地震計情報を活用した巨大地震検知手法
- 早期地震警報システムへの導入が容易な、複数の海底地震計の規定値超過情報に よる巨大地震の検知手法を開発しました。
- 海底地震計データから推定した距離減衰式と海底地盤特性を利用することで、信 頼性の高い規定値を地震計ごとに設定することが可能です。
- 早期地震警報システムへの導入が容易な、複数の海底地震計の規定値超過情報に よる巨大地震の検知手法を開発しました。
- 海底地震計データから推定した距離減衰式と海底地盤特性を利用することで、信 頼性の高い規定値を地震計ごとに設定することが可能です。
2. 効率的で精緻な地点依存の設計地震動算定法
- 地点依存の設計地震動を１日程度で算定可能な手法を開発しました。
- 従来から考慮している地震動の振幅のパラメータに加え、新たに地震動の継続 時間のパラメータを考慮することで、精緻な地震動算定を実現しました。
- 建設地点ごとの地震動の特性に応じた鉄道構造物の設計が可能となります。
- 地点依存の設計地震動を１日程度で算定可能な手法を開発しました。
- 従来から考慮している地震動の振幅のパラメータに加え、新たに地震動の継続 時間のパラメータを考慮することで、精緻な地震動算定を実現しました。
- 建設地点ごとの地震動の特性に応じた鉄道構造物の設計が可能となります。
3. 局所的な強風による車両転覆に対する走行安全性評価手法
- ビル風等の局所的な強風による車両転覆に対する走行安全性評価手法を構築しました。
- ビルの形状・配置等を考慮した数値解析により、ビル後流の風速分布を精度良く計 算できます。
- 局所的な強風が想定される場所（高層ビル周辺やトンネル坑口、防風柵の切れ目 等）における走行安全性評価や効果的な強風対策の検討に利用できます。
- ビル風等の局所的な強風による車両転覆に対する走行安全性評価手法を構築しました。
- ビルの形状・配置等を考慮した数値解析により、ビル後流の風速分布を精度良く計 算できます。
- 局所的な強風が想定される場所（高層ビル周辺やトンネル坑口、防風柵の切れ目 等）における走行安全性評価や効果的な強風対策の検討に利用できます。
4. のり面工背面地山の劣化度調査マニュアル
- のり面工の維持管理で重要となる、背面地山の劣化度を簡易かつ低コストに調査で きる試験手法を開発すると共に、地山劣化度調査のマニュアルを整備しました。
- 背面地山の地質が主に地盤の場合にはロッドの貫入抵抗、岩盤の場合には電動ドリ ルによる掘削抵抗等を計測し、劣化度を評価します。
- のり面工の維持管理で重要となる、背面地山の劣化度を簡易かつ低コストに調査で きる試験手法を開発すると共に、地山劣化度調査のマニュアルを整備しました。
- 背面地山の地質が主に地盤の場合にはロッドの貫入抵抗、岩盤の場合には電動ドリ ルによる掘削抵抗等を計測し、劣化度を評価します。
5. 線路下横断工事中の緩み検知による軌道変状推定システム
- 線路下横断工事中に、軌道沈下の兆候である地盤の緩みを事前に検知し、軌道沈下 量を推定できる小型の軌道変状推定システムを開発しました。
- 軌道沈下の兆候を早期に検知し、掘進長を見直すことで安全性が向上し、軌道整備 に要するコストの削減も期待できます。
- 線路下横断工事中に、軌道沈下の兆候である地盤の緩みを事前に検知し、軌道沈下 量を推定できる小型の軌道変状推定システムを開発しました。
- 軌道沈下の兆候を早期に検知し、掘進長を見直すことで安全性が向上し、軌道整備 に要するコストの削減も期待できます。
6. せん断ひずみを活用した車輪・レール間の接触力と接触位置の測定法
- せん断ひずみを活用したPQ輪軸による横圧測定法と、それを応用した車輪・レー ル接触位置の測定法を開発しました。
- 脱線係数の誤差が最大18％低減され、より精度の高い走行安全性評価が可能です。
- 接触位置を5mm程度の誤差で測定できます。
- せん断ひずみを活用したPQ輪軸による横圧測定法と、それを応用した車輪・レー ル接触位置の測定法を開発しました。
- 脱線係数の誤差が最大18％低減され、より精度の高い走行安全性評価が可能です。
- 接触位置を5mm程度の誤差で測定できます。
7. 台車部品の非破壊検査におけるきずの自動抽出手法
- 磁粉探傷画像や超音波探傷波形に対して機械学習を適用し、きずを自動的に抽出 する手法を開発しました。きず検出の正解率は、溶接部の表面きず画像で概ね 70％、溶接部の内部きず波形で95％以上です。
- 構築した機械学習手法とモデルにより、きず検出業務の脱技能化が図られます。
- 磁粉探傷画像や超音波探傷波形に対して機械学習を適用し、きずを自動的に抽出 する手法を開発しました。きず検出の正解率は、溶接部の表面きず画像で概ね 70％、溶接部の内部きず波形で95％以上です。
- 構築した機械学習手法とモデルにより、きず検出業務の脱技能化が図られます。
8. 360km/h走行に対応した光切断式トロリ線摩耗計測システム
- カメラとレーザー光源の協調制御と残存直径の算出処理高速化により、360km/h で走行する車上から計測可能なトロリ線摩耗計測システムを開発しました。
- 新幹線車両における計測試験の結果、トロリ線残存直径の計測誤差は±0.3mm以内 であり、トロリ線摩耗管理の精度向上と断線リスクの低減が可能となります。
- カメラとレーザー光源の協調制御と残存直径の算出処理高速化により、360km/h で走行する車上から計測可能なトロリ線摩耗計測システムを開発しました。
- 新幹線車両における計測試験の結果、トロリ線残存直径の計測誤差は±0.3mm以内 であり、トロリ線摩耗管理の精度向上と断線リスクの低減が可能となります。
9. 感圧センサ内蔵戸先ゴムを利用した戸挟み検知システム
- 感圧センサ内蔵戸先ゴムと非接触給電装置を組み合わせ、検知情報を簡易に運転席 まで伝送できる戸挟み検知システムを開発しました。
- 感圧センサ内蔵戸先ゴムは、従来のシステムでは検知が難しかった小さい介在物の 挟み込みや紐等の挟み込みによる引きずりを検知できます。
- 感圧センサ内蔵戸先ゴムと非接触給電装置を組み合わせ、検知情報を簡易に運転席 まで伝送できる戸挟み検知システムを開発しました。
- 感圧センサ内蔵戸先ゴムは、従来のシステムでは検知が難しかった小さい介在物の 挟み込みや紐等の挟み込みによる引きずりを検知できます。
10. VR技術を用いた車掌の安全確認技量の評価手法
- VR技術を活用してホーム上の安全確認時の車掌の視線行動を定量化し、指導車掌 と被養成者の視線行動の違いを評価する手法を開発しました。
- 本成果を活用することで車掌の視線行動が指導車掌と被養成者のどちらに近いか 評価でき、また、教育効果の比較等も可能となり、指導の効率化に寄与します。
- VR技術を活用してホーム上の安全確認時の車掌の視線行動を定量化し、指導車掌 と被養成者の視線行動の違いを評価する手法を開発しました。
- 本成果を活用することで車掌の視線行動が指導車掌と被養成者のどちらに近いか 評価でき、また、教育効果の比較等も可能となり、指導の効率化に寄与します。
Ⅱ.低コスト化
11. 洗掘被災橋梁の緊急診断法
- 洗掘により被災した橋脚の安定性を短期間で評価するため、衝撃振動試験を活用 した基礎底面の露出率の推定法ならびに支持力推定法を提案しました。
- 推定した支持力に基づいて載荷試験や補強の要否が即時に判断できるようにな り、復旧に要する期間を最大で半分程度に短縮可能です。
- 洗掘により被災した橋脚の安定性を短期間で評価するため、衝撃振動試験を活用 した基礎底面の露出率の推定法ならびに支持力推定法を提案しました。
- 推定した支持力に基づいて載荷試験や補強の要否が即時に判断できるようにな り、復旧に要する期間を最大で半分程度に短縮可能です。
12. 既設鋼鉄道橋の復旧性を高めた低コストな桁移動制限装置
- 大規模地震に対して、ボルト継手により桁移動を抑制し、かつ移動に伴う桁の段 差の発生を防止して復旧性を高めた桁移動制限装置を開発しました。
- 本装置は、従来の桁移動制限装置と同等のコストで、大規模地震に対する落橋防 止装置の機能も兼ねることが可能です。
- 大規模地震に対して、ボルト継手により桁移動を抑制し、かつ移動に伴う桁の段 差の発生を防止して復旧性を高めた桁移動制限装置を開発しました。
- 本装置は、従来の桁移動制限装置と同等のコストで、大規模地震に対する落橋防 止装置の機能も兼ねることが可能です。
13. 施工の省力化を考慮した高架橋接合部の配筋方法
- 高架橋の柱はり接合部の構造細目を検討可能な非線形FEMを構築し、接合部内の 鉄筋間隔を2倍程度にしても必要な耐力が得られることを明らかにしました。
- 高架橋建設工事で施工困難な箇所であった接合部の鉄筋量を削減し、鉄筋の組立 やコンクリートの打込み等の省力化を実現することができます。
- 高架橋の柱はり接合部の構造細目を検討可能な非線形FEMを構築し、接合部内の 鉄筋間隔を2倍程度にしても必要な耐力が得られることを明らかにしました。
- 高架橋建設工事で施工困難な箇所であった接合部の鉄筋量を削減し、鉄筋の組立 やコンクリートの打込み等の省力化を実現することができます。
14. 狭隘箇所に適用可能な補強土擁壁の背面施工法
- 狭隘箇所に適用できる、足場が不要な補強土擁壁の施工法を提案しました。
- 軽量埋設型枠と沈下許容部材を組み合わせ、盛土背面側から施工します。
- 営業線に近接した箇所でも昼間の施工が可能であり、線路閉鎖を伴う夜間での施 工が不要となることで、工期を30％、工事費を15％低減できます。
- 狭隘箇所に適用できる、足場が不要な補強土擁壁の施工法を提案しました。
- 軽量埋設型枠と沈下許容部材を組み合わせ、盛土背面側から施工します。
- 営業線に近接した箇所でも昼間の施工が可能であり、線路閉鎖を伴う夜間での施 工が不要となることで、工期を30％、工事費を15％低減できます。
15. 在来線電車歯車装置用つば付き円筒ころ軸受構造とその性能評価
- つば付き円筒ころ軸受を採用し、軸受の軸方向の組み合わせすきまである、エン ドプレイ値の上限値を拡大できる在来線電車用小歯車支持構造を考案しました。
- 歯車装置分解を伴うエンドプレイ調整を削減でき、保守作業の省力化が可能です。
- 考案構造の軸受温度と振動が従来構造と同等以下となることを確認しました。
- つば付き円筒ころ軸受を採用し、軸受の軸方向の組み合わせすきまである、エン ドプレイ値の上限値を拡大できる在来線電車用小歯車支持構造を考案しました。
- 歯車装置分解を伴うエンドプレイ調整を削減でき、保守作業の省力化が可能です。
- 考案構造の軸受温度と振動が従来構造と同等以下となることを確認しました。
16. 列車前方画像活用のための画像解析コア技術
- 列車前方画像から線路上の位置の算出、長尺の線路沿線画像の生成、線路周辺設 備の認識、劣化度の判定等を行う機能を開発し、モジュール化しました。
- 開発したモジュール群を組み合わせることで、前方画像を活用したアプリケー ションを効率的に開発できます。
- 列車前方画像から線路上の位置の算出、長尺の線路沿線画像の生成、線路周辺設 備の認識、劣化度の判定等を行う機能を開発し、モジュール化しました。
- 開発したモジュール群を組み合わせることで、前方画像を活用したアプリケー ションを効率的に開発できます。
17. トンネル壁面の画像を用いた検査支援システム
- トンネル壁面の画像から変状をAIで抽出し、トンネル全体の健全度と要注意箇所 を特定するアプリケーションを開発しました。
- 特定した要注意箇所を様々な形状のトンネル壁面に連続して投影できる、移動式 のプロジェクションマッピング装置を開発しました。
- トンネルの全般検査の時間短縮と省人化を図ることができます。
- トンネル壁面の画像から変状をAIで抽出し、トンネル全体の健全度と要注意箇所 を特定するアプリケーションを開発しました。
- 特定した要注意箇所を様々な形状のトンネル壁面に連続して投影できる、移動式 のプロジェクションマッピング装置を開発しました。
- トンネルの全般検査の時間短縮と省人化を図ることができます。
18. 携帯情報端末を用いた簡易な列車巡視支援方法
- 携帯情報端末を用いた操作性が高い列車巡視支援アプリを開発しました。
- 列車巡視支援アプリで撮影した列車前頭動画と列車速度・振動加速度等の測定デー タを同期し、動画に字幕で表示することで、机上での軌道状態確認が可能です。
- 係員による個人差が無くなり、列車巡視の脱技能化が図れます。
- 携帯情報端末を用いた操作性が高い列車巡視支援アプリを開発しました。
- 列車巡視支援アプリで撮影した列車前頭動画と列車速度・振動加速度等の測定デー タを同期し、動画に字幕で表示することで、机上での軌道状態確認が可能です。
- 係員による個人差が無くなり、列車巡視の脱技能化が図れます。
19. 無螺締板ばね式レール締結方法
- ボルトの締め直しが不要になる無螺締板ばね式レール締結方法と締結・緩解用の 専用工具を開発しました。
- 既設の締結装置の締結ばねとボルトを、考案した専用板ばね、固定用ボルト、締 結座金に置き換え、既設のまくらぎを交換することなくレールを締結できます。
- ボルトの締め直しが不要になる無螺締板ばね式レール締結方法と締結・緩解用の 専用工具を開発しました。
- 既設の締結装置の締結ばねとボルトを、考案した専用板ばね、固定用ボルト、締 結座金に置き換え、既設のまくらぎを交換することなくレールを締結できます。
20. 押抜き工程を不要とする低圧縮量レールガス圧接工法
- 圧縮量を75％減らし、圧接部に生じる余盛を小さくすることで、押抜き工程を 省略できるレールガス圧接工法を開発しました。
- 本工法を用いることで、既存の装置一式の重量を40％削減可能となり、作業効 率を高めるとともに、施工コストを30％削減可能となります。
- 圧縮量を75％減らし、圧接部に生じる余盛を小さくすることで、押抜き工程を 省略できるレールガス圧接工法を開発しました。
- 本工法を用いることで、既存の装置一式の重量を40％削減可能となり、作業効 率を高めるとともに、施工コストを30％削減可能となります。
21. 縦ひび割れに着目したPCまくらぎの健全度評価システム
- PCまくらぎの縦ひび割れ長さと耐力の関係を明らかにするとともに、深層学習 により縦ひび割れを自動抽出し、健全度を評価するシステムを構築しました。
- 本システムにより、路線全体のPCまくらぎの縦ひび割れの発生状況の把握や健 全度評価が可能となり、安全性の向上と維持管理業務の効率化を実現できます。
- PCまくらぎの縦ひび割れ長さと耐力の関係を明らかにするとともに、深層学習 により縦ひび割れを自動抽出し、健全度を評価するシステムを構築しました。
- 本システムにより、路線全体のPCまくらぎの縦ひび割れの発生状況の把握や健 全度評価が可能となり、安全性の向上と維持管理業務の効率化を実現できます。
22. 折返し駅および車両基地での整備作業計画自動作成手法
- 折返し駅および車両基地での整備作業計画を自動作成する手法を開発しました。
- 作業制約条件とその優先度を考慮した整備作業計画を、3分以内で作成できます。
- 整備作業計画作成業務の省力化や、整備作業員の労働負荷の低減が可能です。
- 折返し駅および車両基地での整備作業計画を自動作成する手法を開発しました。
- 作業制約条件とその優先度を考慮した整備作業計画を、3分以内で作成できます。
- 整備作業計画作成業務の省力化や、整備作業員の労働負荷の低減が可能です。
Ⅲ.環境との調和
23. 超電導き電システム送電による営業線運用検証
- 超電導き電システムの実用化・普及に向け、国交省の認可を得、国内外で初めて 営業線における超電導送電の運用検証を実施しました。
- 鉄道沿線に設置可能なコンパクトかつ高効率な冷凍機を開発しました。
- 超電導き電システムの実用化・普及に向け、国交省の認可を得、国内外で初めて 営業線における超電導送電の運用検証を実施しました。
- 鉄道沿線に設置可能なコンパクトかつ高効率な冷凍機を開発しました。
24. 力行電力量削減と回生電力有効活用による省エネダイヤ自動作成手法
- 力行電力量の削減と回生電力の有効活用を組み合わせて省エネダイヤを自動作成す る手法を開発し、ケーススタディでは4.4～7.5％の省エネ効果を確認しました。
- 各列車の始発駅から終着駅までの所要時間を変えずに、速度制限や信号設備等の 条件による運転時隔を確保した、現実的な列車ダイヤを作成できます。
- 力行電力量の削減と回生電力の有効活用を組み合わせて省エネダイヤを自動作成す る手法を開発し、ケーススタディでは4.4～7.5％の省エネ効果を確認しました。
- 各列車の始発駅から終着駅までの所要時間を変えずに、速度制限や信号設備等の 条件による運転時隔を確保した、現実的な列車ダイヤを作成できます。
Ⅳ.利便性の向上
25. 高速走行に対応した次世代振子制御システム
- 車体を傾ける速度と加速度を考慮した振子制御アルゴリズムを開発し、高速走行 時でも速く、安定した振子制御を実現しました。
- 本制御により、乗り物酔い指標を大きく低減できるだけでなく、振子車両に特有 のヨーイング動揺を抑制できることを確認しました。
- 幅広い速度域で走行するあらゆる振子車両の乗り心地を向上できます。
- 車体を傾ける速度と加速度を考慮した振子制御アルゴリズムを開発し、高速走行 時でも速く、安定した振子制御を実現しました。
- 本制御により、乗り物酔い指標を大きく低減できるだけでなく、振子車両に特有 のヨーイング動揺を抑制できることを確認しました。
- 幅広い速度域で走行するあらゆる振子車両の乗り心地を向上できます。
26. 高周波数域に対応した車体の三次元振動解析モデルの構築手法
- 既存の解析モデルで再現精度に課題があった20Hz以上の高周波数域の車体振動 を再現できる三次元振動解析モデルの構築手法を開発しました。
- 40Hzまでの固有振動数を誤差5％未満で推定でき、変形形状も再現可能です。
- 車両設計時の車体構造変更による振動特性の改善等に活用できます。
- 既存の解析モデルで再現精度に課題があった20Hz以上の高周波数域の車体振動 を再現できる三次元振動解析モデルの構築手法を開発しました。
- 40Hzまでの固有振動数を誤差5％未満で推定でき、変形形状も再現可能です。
- 車両設計時の車体構造変更による振動特性の改善等に活用できます。
Ⅴ.基礎研究
27. 編成車両の地震時挙動シミュレーション
- 連結器や車体間ダンパ等の車両間の連結構造の影響を考慮した、編成車両の地震 時挙動を計算可能な解析手法を開発しました。
- 脱線前から脱線後までの一連の車両挙動を計算可能なため、地震時の脱線現象の 詳細把握や、脱線や逸脱の防止対策の検討用ツールとして使用できます。
- 連結器や車体間ダンパ等の車両間の連結構造の影響を考慮した、編成車両の地震 時挙動を計算可能な解析手法を開発しました。
- 脱線前から脱線後までの一連の車両挙動を計算可能なため、地震時の脱線現象の 詳細把握や、脱線や逸脱の防止対策の検討用ツールとして使用できます。
28. 列車前方監視AIによる判断ミス時の要因推定手法
- 列車前方監視に適用しているAIが判断ミスをした際に、対策の検討を目的とし て判断ミスの要因を推定する手法を開発しました。
- 前方監視映像約215時間中の見逃し画像2,668枚全てで要因推定可能でした。
- AIを用いたシステム開発時の性能確認にも活用できます。
- 列車前方監視に適用しているAIが判断ミスをした際に、対策の検討を目的とし て判断ミスの要因を推定する手法を開発しました。
- 前方監視映像約215時間中の見逃し画像2,668枚全てで要因推定可能でした。
- AIを用いたシステム開発時の性能確認にも活用できます。
29. しゅう動履歴を考慮した集電材料の摩耗形態推定手法
- 摩擦や通電による接点の温度上昇に加え、すり板に蓄積される熱や摩耗面の状態 を考慮した集電材料の摩耗形態の推定手法を提案しました。
- パンタグラフのしゅう動条件やトロリ線の架設構成等の履歴を考慮した摩耗現象 の解明、摩耗低減対策の検討に活用できます。
- 摩擦や通電による接点の温度上昇に加え、すり板に蓄積される熱や摩耗面の状態 を考慮した集電材料の摩耗形態の推定手法を提案しました。
- パンタグラフのしゅう動条件やトロリ線の架設構成等の履歴を考慮した摩耗現象 の解明、摩耗低減対策の検討に活用できます。
30. 光センシング技術による鉄道用早期地震警報の高精度化
- 鉄道沿線の既設光ファイバーケーブルを活用した光センシング技術による地震 観測網を提案し、5mごとに地震動を把握できることを確認しました。
- 早期地震警報に際し、高い精度と即時性を有する、光センシング技術による複数 観測点のデータを用いた即時震源決定手法を提案しました。
- 鉄道沿線の既設光ファイバーケーブルを活用した光センシング技術による地震 観測網を提案し、5mごとに地震動を把握できることを確認しました。
- 早期地震警報に際し、高い精度と即時性を有する、光センシング技術による複数 観測点のデータを用いた即時震源決定手法を提案しました。
・ Ⅰ.1 の件名の一部は、東日本旅客鉄道株式会社、国立研究開発法人海洋研究開発機構、国立研究開発法人防災科学技術研究所との共同研究により実施しました。
・ Ⅰ.6 の件名の一部は、アイオワ大学との共同研究により実施しました。
・ Ⅱ.11 の件名の一部は、国土交通省の鉄道技術開発・普及促進制度の委託を受けて実施しました。
・ Ⅱ.12 の件名は、国立大学法人神戸大学、日本鋳造株式会社との共同研究により実施しました。
・ Ⅱ.13 の件名の一部は、国土交通省の鉄道技術開発費補助金を受けて実施しました。
・ Ⅱ.14 の件名は、岡三リビック株式会社、株式会社エンバインとの共同研究により実施しました。
・ Ⅱ.15 の件名は、東洋電機製造株式会社、NTN 株式会社との共同研究により実施しました。
・ Ⅱ.17 の件名の一部は、国土交通省の交通運輸技術開発推進制度の委託を受けて実施しました。
・ Ⅱ.18 の件名は、国立大学法人東京大学との共同研究により実施しました。
・ Ⅱ.20 の件名は、国立大学法人新潟大学との共同研究により実施しました。
・ Ⅱ.22 の件名は、学校法人明治大学との共同研究により実施しました。
・ Ⅲ.23 の件名の一部は、国土交通省の鉄道技術開発費補助金を受けて実施しました。
・ Ⅴ.30 の件名は、国立研究開発法人海洋研究開発機構、国立研究開発法人防災科学技術研究所との共同研究により実施しました。
主要な研究開発成果
- 主要な研究開発成果（2023年度）
- 主要な研究開発成果（2022年度）
- 主要な研究開発成果（2021年度）
- 主要な研究開発成果（2020年度）
- 主要な研究開発成果（2019年度）
- 主要な研究開発成果（2018年度）
- 主要な研究開発成果（2017年度）
- 主要な研究開発成果（2016年度）
- 主要な研究開発成果（2015年度）
- 主要な研究開発成果（2014年度）
- 主要な研究開発成果（2013年度）
- 主要な研究開発成果（2012年度）
- 主要な研究開発成果（2011年度）
- 主要な研究開発成果（2010年度）
- 主要な研究開発成果（2009年度）
- 主要な研究開発成果（2008年度）
- 主要な研究開発成果（2007年度）
- 主要な研究開発成果（2006年度）
- 主要な研究開発成果（2005年度）
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