JP2000326849A - 列車位置検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 きわめて低速で走行しているときでも高い検
出精度を有し、地下鉄等にも適用できて、しかも安価な
列車位置検知装置を提供する。 【解決手段】 鉄道軌道Ｔ内の所定地点に配置した地上
装置２０と、そこを走行する列車ＴＲに搭載した車上装
置３０とからなる。地上装置２０は、電波信号Ｓ１を列
車ＴＲに送信させる無線送信機２１と、同時にパルス状
の音波Ｓ２を列車ＴＲに放射させる音波発生器２３と、
これらに同期トリガ信号Ｓ４を送出しながら統括制御を
行なう地上処理部２６と、周辺外気の温度センサ２５と
からなる。車上装置３０は、地上装置２０から電波信号
Ｓ１を受信する無線受信機３１と、音波Ｓ２を聴取する
音波受信器３３と、これらの統括制御を行ないながら、
地上装置２０との離隔距離Ｄから列車ＴＲの現在位置Ｐ
を求めてＡＴＳ４０に送出する車上処理部３５とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下鉄、新幹線そ
の他の鉄道路線に対して、列車の正確な走行位置を求め
るための列車位置検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、列車が鉄道路線上の絶対位置
を特定の基点から検知するための列車位置検知装置が知
られている。この列車位置検知装置では、通過する列車
に向けた情報送信用の地上子を鉄道線路の所定地点に配
置し、その地点の位置情報を地上子から列車に伝達させ
ている。そして、列車には、走行速度を検出するための
速度発電機を搭載し、その走行速度の検出値から地上子
を基点とした現時点における列車の走行位置を求めてい
る。このような地上子を、いわゆる情報タグと称してい
る。

【０００３】また、このように地上子を基点とする代わ
りに、人工衛星からの電波信号を基準にして、列車の専
用受信機により緯度経度を決定する地球方位システム
（以下、ＧＰＳという）を用い、列車の絶対位置を求め
てもよい。この場合には、前述した線路の地上子その他
の情報伝達機器が不要となり、しかも、ＧＰＳの電波信
号から直接に地球座標における列車の絶対位置が求めら
れ、電波信号に従った種々の数値計算を簡略かできるた
め、列車位置検知装置の演算部等を全体的に簡単な構成
にすることができる。

【０００４】更に、列車から発せられる信号に基づいて
列車までの相対距離を算出するものがあり、例えば、電
波と音波が列車から到達するまでの時間差を計算要素と
し用いる列車接近検知方式が特開昭５２−９９５０４号
公報に開示されている。この検知方式によれば、列車ま
での到達時間を無視できる電波信号をトリガーとして用
い、距離計算を行なう演算部を携帯装置に内蔵させ、音
波の到達遅れ時間の変化に従って音源である列車までの
相対距離を検出している。特に、保線作業員の安全確保
の要請から携帯可能なものとし、単なる信号の発信機能
のみを列車上に搭載させていずれの車両に対しても効果
ある構成とした。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例による列車位置検知装置には次に述べるような問題
点があった。この列車位置検知装置を用いて、予め決め
られた停止位置（例えば駅の停車線）に正確に停車させ
ようとすると、地上子と速度発電機とを併用したもので
は、速度発電機の速度検出精度が列車ＴＲの減速に伴っ
て低下し易くなる。このため、速度発電機の検出値に基
づく走行位置の精度も大まかなものとなる場合もあるた
め、停車線に対して十分な余裕を持たせた制動制御を行
なう必要があった。

【０００６】加えて、複数の地上子（一般に３個以上）
をその停止位置の手前に順に配置しておく必要がある。
なぜなら、列車の実際の走行速度を時々刻々照合するた
めの基準となるいわゆる速度照査パターンに従い、例え
ば前述した駅の停車線の場合には、それぞれの地上子に
よって適切に速度補正をしながら、適切に列車の制動制
御を行なわなければならないからである。

【０００７】また、ＧＰＳを用いたものでは、衛星電波
が地下まで達しにくいため、そのまま地下鉄に使用する
ことができない。そればかりか、１メートル以下の検出
精度を得るには、現在のところ専用受信機として高度な
回路を必要とするため、設置コストが比較的に高価にな
ってしまう。更に、例えば軍事衛星等からの高精度な電
波信号を用いなければならない場合もあって、専用受信
機の設計やシステム全体の構成が難しいものになり易か
った。

【０００８】更に、前述した公報に開示された検知方式
では、地上の不特定地点に接近する列車を保線作業員等
が認識できれば、その目的を達し得るものである。この
ため、あちこち移動しながら作業を行なう保線作業員と
の相対距離が計算できるのみであって、この計算結果か
ら直接に列車の絶対位置を求めることはできないという
解決困難な問題点が残り、これらの問題点の一括した除
去が重要な課題であった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、きわめて低速で
走行しているときでも高い検出精度を有し、地下鉄等に
も適用できて、しかも安価な列車位置検知装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明による列車位置検知装置は、鉄道線路に沿っ
た所定地点に設置され、この地点の位置情報を電波信号
に編成して接近しつつある列車に送信すると共に、電波
信号の送信と同時にパルス状の音波を放射させる位置情
報送信手段と、この位置情報送信手段に対向させて列車
上に設けられ、位置情報送信手段からの電波信号を受信
しながら音波を聴取すると共に、電波信号の受信から音
波の聴取までの時間差を検出し、この時間差に従って電
波信号の位置情報に基づく列車の絶対位置を算出する絶
対位置算出手段とを有する構成としたものである。

【００１１】この列車位置検知装置によれば、位置情報
送信手段によって送信された電波信号が、音波に比べて
無視し得る短時間で絶対位置算出手段に到達し、同時に
放射された音波が遅れて到達する。このため、電波信号
の受信時点から音波の聴取時点までの時間差に従って、
絶対位置算出手段により位置情報送信手段までの相対距
離が得られ、更に、電波信号による位置情報に基づいて
列車の絶対位置が求められる。

【００１２】本発明の請求項２記載の列車位置検知装置
は、位置情報送信手段が、電波信号の送信および音波の
放射を所定時間だけ空けて繰り返し行なうことを特徴と
する。これによると、走行している列車の現在位置が時
々刻々検知される。

【００１３】本発明の請求項３記載の列車位置検知装置
は、位置情報送信手段が、周辺外気の温度検知部を有し
ており、この温度検知部による検知結果を気温情報とし
て併せて送信すると共に、絶対位置算出手段が、音波受
信時の音速の温度補償部を有しており、受信した気温情
報に基づいて、列車の絶対位置に対して周辺外気の温度
変化に従った補正を行なうことを特徴とする。これによ
ると、絶対位置が外気の温度変化に追従して補正され
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。図１は本発明の一実施形態によ
る列車位置検知装置の一構成例を説明する図である。こ
の列車位置検知装置１０は、鉄道交通の駅ＳＴ構内で線
路Ｔ内の所定地点に配置した地上装置２０と、その線路
Ｔ上を走行する列車ＴＲに搭載して、地上装置２０との
離隔距離Ｄから列車ＴＲの現在位置Ｐを求める車上装置
３０とからなる。

【００１５】そして、プラットホームＰＬに入線した列
車ＴＲが、地上装置２０からの電波信号Ｓ１と音波Ｓ２
に基づいて一定の停車線Ｌに停車させる構成としたもの
である。このような列車ＴＲとしては、一定のルートに
沿って列車制御情報に基づいて走行するものであれば地
下鉄やモノレール等であってもよいが、以下、一般鉄道
の列車を一例として述べる。

【００１６】そして、この地上装置２０を、列車ＴＲの
停車線Ｌから所定距離だけ前方（列車ＴＲの進行方向）
に配置し、例えば線路Ｔ内の枕木上または隣接した２つ
の枕木間に固定させてある。この他、所定の信号用およ
び電源用の接続ケーブルを介して、地上装置２０を図示
しない他の運行管理システムに接続してもよい。この地
上装置２０から本発明による位置情報送信手段を構成す
る。

【００１７】また、車上装置３０を例えば列車ＴＲの運
転室内や車体の屋上等に配置し、所定の信号線Ｗを介し
て自動列車停止装置４０に接続してある。この車上装置
３０から本発明による絶対位置算出手段を構成する。こ
の自動列車停止装置４０は、列車ＴＲの制動制御のため
の所定の速度照査パターンに基づいて、列車ＴＲを内方
信号機手前等の所定地点に停止させるいわゆるＡＴＳシ
ステム（以下、ＡＴＳという）である。

【００１８】図２は図１に示す地上装置の一構成例のブ
ロック図である。この地上装置２０は、列車ＴＲに向け
て所定の電波信号Ｓ１を送信させる無線送信機２１と、
同じく列車ＴＲに向けてパルス状の音波Ｓ２を放射させ
る音波発生器２３と、周辺外気の温度を検出する温度セ
ンサ２５と、無線送信機２１および音波発生器２３に同
期トリガ信号Ｓ４を送出すると共に、これら各部の統括
制御を行なう地上処理部２６とからなるものである。な
お、２７は電池等からなる電源部である。

【００１９】また、無線送信機２１が列車ＴＲ方向に指
向性のある送信アンテナ２２を有し、音波発生器２３が
同様の指向性のあるスピーカ２４を有したものである。
温度センサ２５は、周辺外気の温度変化に対応させた検
知範囲を有し、この検知範囲の気温情報Ｓ３を地上処理
部２６に送出するものである。地上処理部２６は、所定
長のレジスタ２６ａと無線信号Ｓ１および音波Ｓ２の同
期回路２６ｂとを有したものである。

【００２０】レジスタ２６ａは、予め地上装置２０の設
置地点に関する位置情報を格納させたものであるが、こ
の他にも、簡易な構成として所定本数のジャンパ線、デ
ジタルスイッチ、ＤＩＰスイッチ等により所定地点への
設置の際や、工場からの製品出荷時に位置情報を設定す
るものでもよい。

【００２１】地上処理部２６は、例えば、公知のマイク
ロプロセッサおよび通信プロセッサと、これらのための
制御プログラムとによるシステムとして所望の各機能を
構成すればよい。この地上装置２０の温度センサ２５か
ら本発明による温度検知部を構成する。この他にも、地
上処理部２６をケーブルを介して遠隔の自動列車制御装
置等に接続させ、これら自動制御装置等からの各種の列
車制御情報を無線信号Ｓ１と共に送信させてもよい。

【００２２】図３は図１に示す車上装置の一構成例のブ
ロック図である。車上装置３０は、地上装置２０から電
波信号Ｓ１を受信する無線受信機３１と、地上装置２０
から音波Ｓ２を聴取する音波受信器３３と、これら各部
の統括制御を行ないながら、列車ＴＲの現在位置Ｐを求
めてＡＴＳ４０に送出する車上処理部３５とからなるも
のである。

【００２３】また、無線受信機３１が地上装置２０方向
に指向性のある受信アンテナ３２を有し、音波受信器３
３が同様の指向性または集音特性のあるマイクロホン３
４を有したものである。

【００２４】無線受信機３１は、電波受信を契機とする
割込発生回路３１ａを有し、この割込発生回路３１ａに
よる割込信号Ｓ６を車上処理部３５に送出するものであ
る。車上処理部３５は、内部クロックによるタイマ３５
ａを有し、このタイマ３５ａにより所定周期で各種の経
過時間を計時するものである。音波受信機３３は、音波
聴取を契機とする割込発生回路３３ａを有し、この割込
発生回路３３ａによる割込信号Ｓ７を車上処理部３５の
タイマ３５ａに送出するものである。

【００２５】制御処理部３３は、例えば、公知のマイク
ロプロセッサおよび入出力プロセッサと、これらのため
の制御プログラムとからなるシステムとして所望の各機
能を構成すればよい。この制御プログラムに、後述する
列車ＴＲの現在位置の演算業務をプログラミングしてお
く。また、所定のソフトタイマからタイマ３５ａを構成
し、レジスタ類に各種の演算値を保持させておく。

【００２６】図４は図１に示す電波信号の構成を示す様
式図である。電波信号Ｓ１は、列車ＴＲに対する地上装
置２０の識別番号９２、その設置位置９３の位置情報９
３、周辺外気の気温情報９４、各種の列車制御情報９５
を含んでいる。そして、これらに所定の誤り訂正符号９
８を付与して前後を開始および終了フラグ９１，９９で
挟み、一定様式の伝送フレームに構成したものである。
また、図示しない内部発振器からの複数の周波数を有す
る搬送波によって、デジタル信号の論理値に基づいて例
えば周波数変調（いわゆるＦＳＫ変調）を行なわせたも
のである。

【００２７】列車制御情報９５としては、例えば、接近
しつつある列車ＴＲを特定しながら、その区間の制限速
度や進行方向の隣接区間に関するいわゆる現示情報等が
あるが、この他、該当する列車ＴＲのための運行制御に
関するいずれのものであってもよい。

【００２８】図５は、図３に示す車上処理部による現在
位置の演算業務のフローチャートである。地上装置２０
から車上装置３０に電波信号Ｓ１が到来すると、電波受
信の割込信号Ｓ６が無線受信機３１によって車上処理部
３５に導入される（ステップＳＴ１）。そして、これを
契機としてタイマ３５ａに内部クロックの計数を開始さ
せると共に（ステップＳＴ２）、電波信号Ｓ１から識別
番号９２、位置情報９３、気温情報９４、列車制御情報
９５を解読する（ステップＳＴ３）。

【００２９】続いて、解読した識別番号９２から確かに
予定した駅ＳＴであることと、列車制御情報から例えば
停止制御であることとを確認する（ステップＳＴ４）。
これにより列車ＴＲの安全運行が補償される。また、気
温情報９４から所定の補正式によって、その際の音速Ｖ
sを補正する（ステップＳＴ５）。この音速Ｖsを補正す
るステップＳＴ５から本発明による温度補償部を構成す
る。

【００３０】この補正式の一例を、例えば０℃で標準大
気圧での音速を約３３１ｍ／秒とすると、θ℃における
補正係数は０．６程度となるため、およそ次に示すよう
に表わすことができる。 音速Ｖs＝３３１＋０．６×θ［ｍ／秒］ ・・・ 補正式

【００３１】図６は図５に示す電波信号と音波との伝搬
時間を説明するタイムチャートである。一般に、電波の
伝搬速度は音速に比べて十分に速いものであって、送信
した電波信号Ｓ１は直ちに列車ＴＲに到達するといって
よい。このため、電波信号Ｓ１の受信時点から音波Ｓ２
の聴取時点までの時間差を、音波Ｓ２が地上装置２０か
ら列車ＴＲに到達するまでの伝搬時間Ｔ１とみなしても
構わない。

【００３２】従って、音波Ｓ２が電波信号Ｓ１より遅れ
て音波受信器３２に到来すると、この音波Ｓ２を聴取す
ることによって、音波聴取の割込信号Ｓ７が車上処理部
３５に導入される（ステップＳＴ６）。これを契機とし
てタイマ３５ａの計数を終了させ（ステップＳＴ７）、
その計数結果と、補正式に基づく音速Ｖsとを乗算して
現時点での地上装置２０との離隔距離Ｄを算出する（ス
テップＳＴ８）。

【００３３】そして、この離隔距離Ｄを前述した地上装
置２０の設置位置に関する位置情報９３に加算して列車
ＴＲの現在位置Ｐを求める（ステップＳＴ９）。このと
き、地上装置２０の設置位置が予め決められた固定値で
あるため、最終的に得られた列車ＴＲの現在位置Ｐを、
その鉄道路線における列車ＴＲの絶対的な位置として特
定することができる。

【００３４】このように特定した列車ＴＲの現在位置Ｐ
を、車上装置３０から前述したＡＴＳ４０に導入させて
該当駅における列車ＴＲの制動制御その他の運行制御に
用いている。この場合に、地上処理部２６の同期回路２
６ｂにおいて、例えば列車ＴＲが所定間隔で位置検知を
行ないたいときは、同期トリガ信号Ｓ４の発生周期Ｔ２
を、列車ＴＲが所定間隔を走行するのに要する時間より
短い値に設定すればよい。あるいは、この発生周期Ｔ２
をＡＴＳ４０で列車ＴＲが制動制御に必要な時間に従っ
て決定してもよい。

【００３５】また、電波信号Ｓ１および音波Ｓ２の最大
到達距離を、列車ＴＲが制動停止に要する時間よりも長
く設定しておけば、列車ＴＲを地上装置２０の手前に停
車させて停車時の現在位置を検知させることもできる。
この程度の送受信能力を有する設備としては、比較的に
汎用される無線送受信器、音波発生器、音波受信器を用
いることができるため、本装置の構成を安価なものにで
きる。

【００３６】加えて、前述した車上処理部３５の内部ク
ロックの周期を十分に小さい値に設定すれば、タイマ３
５ａによる電波信号Ｓ１と音波Ｓ２との受信の時間差を
高い精度で検出できる。このときの検出精度は、必然的
に列車ＴＲの走行速度の影響を受けないものにできる。
従って、きわめて低速で走行している減速中の列車ＴＲ
であっても、その現在位置Ｐを通常走行時と同じ精度で
求めることができるようになる。

【００３７】なお、前述した現在位置の演算業務では、
電波信号Ｓ１の受信制御、音波Ｓ２の聴取制御、誤り訂
正符号９８による通信エラーの訂正制御、割込みの禁止
許可制御、および業務の終了制御等の各処理を要する
が、一般技術常識から明らかであるため詳しい説明を省
略してある。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
減速中のきわめて低速で走行しているときでも高い検出
精度を有し、衛星電波の届かない地下鉄等にも適用でき
て、しかも安価な列車位置検知装置を提供することがで
きる。また、本発明の請求項２記載の装置によれば、走
行している列車に適用し易くなり、本発明の請求項３記
載の装置によれば、戸外で用いる実用的な装置が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による列車位置検知装置の
一構成例を説明する図

【図２】図１に示す地上装置の一構成例のブロック図

【図３】図１に示す車上装置の一構成例のブロック図

【図４】図１に示す電波信号の構成を示す様式図

【図５】図３に示す車上処理部による現在位置の演算業
務のフローチャート

【図６】図５に示す電波信号と音波との伝搬時間を説明
するタイムチャート

【符号の説明】

１０…列車位置検知装置、２０…地上装置、２１…無線
送信機、２２…送信アンテナ、２３…音波発生器、２４
…スピーカ、２５…温度センサ、２６…地上処理部、３
０…車上装置、３１…無線受信器、３２…受信アンテ
ナ、３３…音波受信器、３４…マイクロホン、３５…車
上処理部、４０…自動列車停止装置、Ｄ…離隔距離、Ｌ
…停車線、Ｐ…現在位置、ＰＬ…プラットホーム、Ｓ１
…電波信号、Ｓ２…音波、Ｓ３…気温情報、Ｓ４…トリ
ガ同期信号、Ｓ６，Ｓ７…割込信号、ＳＴ…駅、Ｔ…線
路、ＴＲ…列車。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道線路に沿った所定地点に設置され、
   この地点の位置情報を電波信号に編成して接近しつつあ
   る列車に送信すると共に、電波信号の送信と同時にパル
   ス状の音波を放射させる位置情報送信手段と、 この位置情報送信手段に対向させて列車上に設けられ、
   位置情報送信手段からの電波信号を受信しながら音波を
   聴取すると共に、電波信号の受信から音波の聴取までの
   時間差を検出し、この時間差に従って電波信号の位置情
   報に基づく列車の絶対位置を算出する絶対位置算出手段
   とを有する構成とした列車位置検知装置。
2. 【請求項２】 前記位置情報送信手段が、電波信号の送
   信および音波の放射を所定時間だけ空けて繰り返し行な
   うことを特徴とする請求項１記載の列車位置検知装置。
3. 【請求項３】 前記位置情報送信手段が、周辺外気の温
   度検知部を有しており、この温度検知部による検知結果
   を気温情報として併せて送信すると共に、前記絶対位置
   算出手段が、音波受信時の音速のための温度補償部を有
   しており、受信した気温情報に基づいて、列車の絶対位
   置に対して周辺外気の温度変化に従った補正を行なうこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の列車位置
   検知装置。