JP2001030903A - 電車稼働データ収集システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運行中の電車の各種稼働データを略リアルタ
イムで計測／収集可能で、このデータに基づいた迅速な
故障診断／故障対策が可能であり、また省エネルギーの
推進にも役立つ電車稼働データ収集システムを提供す
る。 【解決手段】 無線機１を接続したデータ収集装置２
は、各駅に設置されており、各データ収集装置２はネッ
トワークに接続されている。このネットワークには更に
情報管理センタ３が接続されている。各電車には例えば
電車内の各設備の消費電力量を計測する計測装置と無線
機が搭載され、電車が上記無線機１と通信可能なエリア
に入ると、計測データを無線送信し、データ収集装置２
に格納させる。情報管理センタ３は、例えば定期的に、
ネットワークを介して各データ収集装置２からデータを
吸い上げて蓄積し、これらデータに基づいて、電車の稼
働状態の分析や、故障診断、あるいは省エネルギーの為
の電車の運行方法の解析等を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電車稼働データ収
集システムに関する。

【０００２】

【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】電車
は、毎日、多くの客、荷物等を大量に輸送しているもの
であり、その電気エネルギー消費量は膨大なものである
が、その走行の仕方等により消費電力量が大きく変わる
ものであり、省エネルギーを図る余地が多く残されてい
る。また、電車は公共性が強いものであり、ダイヤが多
少乱れるだけでも多くの乗客に影響を与えるが、その一
方で１つの線路を多くの電車が同時に使用している関係
上、一台の電車の故障がダイヤ全てに影響を与える可能
性が大きく、少しでも早く故障あるいは故障の兆候を見
つけ出し対応することが必要不可欠となっている。

【０００３】本発明の課題は、運行中の電車の各種電力
消費データを計測し、該計測データを略リアルタイムで
収集し、これに基づいた迅速な故障診断／故障対策が可
能であり、また省エネルギーの推進にも役立つ電車稼働
データ収集システムを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による電車稼働デ
ータ収集システムは、各駅に各々設置され、無線通信手
段と記憶手段を備え、有線のネットワークに接続された
複数の固定基地局と、各電車において、その電車の各種
稼働状態を計測する計測手段と、電車の現在位置を検出
する位置検出手段と、該位置検出手段で検出した電車の
現在位置が前記固定基地局のいずれかと無線通信可能な
位置にあるか否か判別し、無線通信可能位置にある場合
には前記計測手段で計測した各種稼働状態データを無線
通信により固定基地局に送信する無線通信／制御手段と
を備え、前記ネットワークを介して前記各固定基地局の
記憶手段に一時的に記憶された前記各種稼働状態データ
を収集するセンタ装置とを有する。

【０００５】このように、無線により、運行中の各電車
から随時その各種稼働状態を収集することができる。こ
れより、例えば上記計測手段で計測する各種稼働状態デ
ータが、電車内の各種電力設備の電力消費量データであ
るとすると、前記センタ装置は該電力消費量データに基
づいて故障診断を行うことができ、運行中の電車の故障
に関して迅速に対応することができるようになる。

【０００６】または、例えば上記計測手段で計測する各
種稼働状態データが、電車内の各種電力設備の電力消費
量データまたは電車の速度／加速／減速に関するデータ
であるとすると、前記センタ装置は該電力消費量データ
を収集／蓄積して省エネルギーに適切な運転方法を見つ
け出す為の基礎情報とすることができ、例えばエネルギ
ー消費量が少なくて済む運転方法（加速、減速のタイミ
ング等）を見つけ出すことが期待できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を説明する。図１は、電車から無線によりデー
タを収集する様子を示す図である。

【０００８】無線機１を接続したデータ収集装置２（固
定基地局）は、線路沿いの適切な複数箇所に分散設置さ
れる。例えば、各駅に設置される。無線機１は、ＳＳ無
線機（スペクトラム拡散通信方式による無線機）、特定
小電力無線機等であるが、送信データ量が多い場合には
ＳＳ無線機が望ましい。無線機１の通信可能距離は有限
であり、この無線機１により通信可能な範囲を、同図に
示す通信可能領域とする。

【０００９】今、例えば、同図に示すように線路上を電
車が走行してきて、上記通信可能領域に入ると、電車に
搭載した無線機（後述する無線機１７）と上記無線機１
とが通信可能状態となる。電車には、走行中の電車内の
各種電力消費量に関する情報を計測／蓄積するシステム
が搭載されており（詳しくは後述する）、このシステム
で計測／蓄積したデータが、上記無線機１７から無線機
１に送信される。この送信データは、当該電車が、ある
通信可能領域から次の通信可能領域までの間を走行中に
計測されたデータである。データ収集装置２は、無線機
１により受信したデータを一時的に格納する。

【００１０】図２は、電車稼働データ収集システム全体
を概略的に示す図である。同図において、上記無線機１
を接続したデータ収集装置２は、各駅に設置されてお
り、各データ収集装置２は有線のネットワークに接続さ
れている。この有線のネットワークには更に情報管理セ
ンタ３が接続されている。この有線のネットワークは、
例えば専用線を用いＩＰプロトコルを採用するイントラ
ネット、公衆回線網を利用する等、様々であってよい。

【００１１】情報管理センタ３は、例えば定期的に、ネ
ットワークを介して各データ収集装置２から上記の様に
一時的に格納されたデータを吸い上げて、一括管理す
る。そして、これらデータに基づいて、電車の稼働状態
の分析や、故障診断、あるいは省エネルギーの為の電車
の運行方法の解析等を行うことができる。

【００１２】このように、各駅に配置したデータ収集装
置２に、無線を用いてデータ転送するので、運行中の電
車から随時データを吸い上げることができ、後述する故
障診断等を迅速に行うことも可能となる。これを、無線
ではなく、有線で行う場合、敷設するのに手間／コスト
が掛かるが、無線では設置が簡単である。特に、複数の
路線が乗り入れる駅等ではその分複雑になるが、無線で
は駅構内全体が通信可能領域となっていれば１台で済
む。

【００１３】図３、図４は、各電車に搭載される電力計
測／通知システムの一例を示す構成図（その１）、（そ
の２）である。まず、図３の例について説明する。

【００１４】図３に示す電力計測／通知システム１０
は、計測装置１１、通信制御装置１５、ＧＰＳ１６、無
線機１７等より構成される。計測装置１１は、空調機１
２、モータ１３、照明１４等の電車内の各種設備に接続
して、その電力消費量を計測する装置である。これは、
例えば、常時、空調機１２、モータ１３、照明１４等の
電流値、電圧値を計測して、この電流値、電圧値から消
費電力（瞬時値）を算出しており、更にこれを例えば１
分単位で積算して、毎分ごとの消費電力（積算値）とす
る。以下、消費電力データとは、この積算値のことをい
うものとする。

【００１５】通信制御装置１５は、計測装置１１で計測
した各種設備の消費電力データを一時的に記憶するメモ
リ１５ａを有する。また、メモリ１５ａには、各通信可
能領域の範囲情報（例えば北緯○○度〜△△度、東経○
△度〜△○度というように）が記憶されている。そし
て、通信制御装置１５は、ＧＰＳ１６及び無線機１７に
接続して、ＧＰＳ１６で測定した位置情報を入力すると
共に通信すべきタイミングの判断及び通信制御を行う。
すなわち、ＧＰＳ１６で測定した現在の電車の位置が、
通信可能領域内であるか否かを判定し、そうである場合
には、メモリ１５ａに一時的に記憶した上記各種電力デ
ータを、無線機１７より送信する。

【００１６】次に、図４の例について説明する。尚、同
図において、図３と略同一でよい構成には同一符号を付
してある。図４に示す電力計測／通知システム２０は、
計測装置１１、通信制御装置２１、時計２２、速度計２
３、無線機１７等より構成される。

【００１７】計測装置１１、空調機１２、モータ１３、
照明１４については、図３で説明した通りである。通信
制御装置２１は、計測装置１１で計測した各種設備の消
費電力データを一時的に記憶するメモリ２１ａを有す
る。また、メモリ１５ａには、各通信可能領域の位置情
報が記憶されている。そして、通信制御装置１５は、時
計２２、速度計２３及び無線機１７に接続して、通信す
べきタイミングの判断及び通信制御を行う。すなわち、
時計２２及び速度計２３のデータに基づいて算出した現
在の電車の位置が、通信可能領域内であるか否かを判定
し、そうである場合には、メモリ２１ａに一時的に記憶
した上記各種電力データを、無線機１７より送信する。

【００１８】ここで、電車は線路上を走行するものであ
るので、時計２２より得られる計時データと速度計２３
より得られる速度データに基づいて、その電車の移動距
離を求めれば、これを電車の現在位置として扱うことが
できる。これは、例えば、起点となるポイント（始発駅
等）を０とし、ここから例えば１０（km）の地点という
ような現在位置の捉らえ方をする。一方、上記各通信可
能領域の位置情報についても、例えば「９．９（km）〜
１０．１（km）の区間」という形で記憶しておく。この
例では、現在位置「１０（km）地点」は、「９．９（k
m）〜１０．１（km）の区間」内に入っているので、通
信可能領域内であると判定され、上記無線機１７による
データ送信が行われる。

【００１９】図５は、上記メモリ１５ａ、２１ａに格納
される消費電力データのデータ格納形式の一例を示す図
である。同図に示す消費電力データ３０は、まずその先
頭領域に、列車番号３１が格納される。列車番号３１
は、予め各列車毎に割り当てられているユニークな識別
番号である。次に、上記消費電力データが格納される。
１つのデータは、データ収集時刻３２、モータ消費電力
３３、照明消費電力３４から成っており（データ収集時
刻３２−１、モータ消費電力３３−１、照明消費電力３
４−１で１つのデータ、データ収集時刻３２−２、モー
タ消費電力３３−２、照明消費電力３４−２で１つのデ
ータというように成っている）、各データ収集時刻にお
けるモータ消費電力、照明消費電力のデータが格納され
る。ここでは上述してある例に応じて、データ収集時刻
３２は、同図に示すように、９：００〜９：０１、９：
０１〜９：０２という１分間単位となっており、モータ
消費電力３３、照明消費電力３４は毎分ごとの消費電力
（積算値）ということになる。尚、同図に示す例ではモ
ータ消費電力３３、照明消費電力３４のデータを格納す
るものとしているが、これは説明を簡単化しているので
あり、実際には、計測対象の全ての機器の消費電力デー
タがそれぞれ格納される。更に、上記ＧＰＳ１６や時計
２２及び速度計２３により電車の現在位置を求める機能
を利用して、各データを収集したときの電車の位置を求
め、この位置データも格納するようにしてもよい。

【００２０】図６は、電車に搭載した無線機１７から無
線機１に送信するデータの形式の一例を示す図である。
この例では、無線機１７、無線機１はＳＳ無線機である
ものとし、パケット送信するものとする。

【００２１】同図に示すパケット４０は、列車番号４
１、発信時刻４２、データ数４３、及び消費電力データ
（データ収集時刻４１、モータ消費電力４５、照明消費
電力４６）より成る。尚、同図に示すデータ収集時刻４
４−１、モータ消費電力４５−１、照明消費電力４６−
１は、図５のデータ収集時刻３２−１、モータ消費電力
３３−１、照明消費電力３４−１であり、データ収集時
刻４４−２、モータ消費電力４５−２、照明消費電力４
６−２は、図５のデータ収集時刻３２−２、モータ消費
電力３３−２、照明消費電力３４−２である。また、列
車番号４１も、上記列車番号３１のことである。発信時
刻４２は、このパケット４０の送信時刻である。データ
数４３は、上記消費電力データのデータ数である。

【００２２】このパケット４０が、電車側の無線機１７
から送信されて、これを通信可能な固定基地局側の無線
機１が受信し、そのデータ収集装置２内の不図示のメモ
リ等に一時的に格納されることになる。尚、電車側のメ
モリ１５ａ、２１ａに格納される消費電力データは、送
信完了後に消去する。

【００２３】図７は、データ収集装置２内の不図示のメ
モリに一時的に格納されるデータの一例を示す図であ
る。同図に示すように、データ収集装置２内のメモリ５
０には、各電車の無線機１７から送信され無線機１で受
信したデータ（消費電力データ）が、各電車毎に区別さ
れて格納される。例えば、同図に示すように、列車番号
「１００」の電車の消費電力データ５１、列車番号「１
０２」の電車の消費電力データ５２、列車番号「１０
３」の電車の消費電力データ５３というように、各電車
毎のデータが列車番号４１により区別されて格納され
る。

【００２４】情報管理センタ３は、定期的に、あるいは
必要なときに、ネットワークを介して、上記各駅に設置
された各データ収集装置２から、データを吸い上げる。
図８は、情報管理センタ３によるデータ吸い上げ処理の
一例を説明する為のフローチャート図である。

【００２５】情報管理センタ３（内のホスト等）は、定
期的にあるいは任意のときに、まず、各駅に設置された
各データ収集装置２に対して、それぞれ、最新のデータ
が格納されているか否かの確認をとる（ステップＳ
１）。そして、最新のデータが格納されているデータ収
集装置２に対しては、データ送信要求を出す（ステップ
Ｓ２）。このデータ送信要求を受けたデータ収集装置２
は、自己のメモリに格納されているデータを、情報管理
センタ３に送信する（ステップＳ３）。

【００２６】尚、各データ収集装置２は、情報管理セン
タ３に対して最新のデータを送信した後に、この最新デ
ータを自己のメモリから消去する。これより、上記ステ
ップＳ１の処理は、各データ収集装置２に対して自己の
メモリに現在記憶されているデータが有るか否かを問い
合せるとも言える。

【００２７】そして、情報管理センタ３側では、データ
を受信すると、これを上記列車番号を用いて列車毎に分
類して蓄積する（ステップＳ４）。情報管理センタ３側
では、上記の様にして各データ収集装置２から吸い上げ
たデータ（消費電力データ）に基づいて、例えばモータ
や照明の故障診断を行う。これは、特に、運行中の電車
から随時（各途中駅に停車中等に）無線によりデータ収
集を行っているので、例えば１日毎に電車の運行終了後
にまとめてデータを吸い上げて故障診断を行う場合と比
べ、迅速に故障診断を行うことができ、故障（故障の兆
候）等があった場合に素速く対処することが可能とな
る。例えばモータに不調がみられる電車は直ちに他の車
両と交換する等の迅速な対処が行えるので、例えばその
まま電車の運行し続けたために車両故障にまで発展して
その電車が止まってしまいダイヤ全体の乱れを引き起こ
すような事態を回避することが期待できる。あるいは車
両内の照明や空調（エアコン）が故障した場合等でも、
これは乗客の気分を害するものであり、出来るだけ早く
修理することが望ましいが、この様な場合に対して迅速
に対応可能となる効果を奏する。尚、センタ装置は略リ
アルタイムでデータを表示するだけで、故障診断は、人
間が表示データを参照しながら経験／勘により判断する
ようにしてもよい。

【００２８】また、情報管理センタ３側で、上記の様に
して各データ収集装置２から吸い上げたデータ（消費電
力データ）を累積／解析することにより、電車のエネル
ギー消費量の削減を期待できる。すなわち、一般に、電
車は、その走行の仕方により消費電力量が大きく変わる
ものである。一方、各電車の走行の仕方は、各運転手に
よって、加速・減速の仕方や傾斜地における操作タイミ
ングなどが異なっているのが現状である。この為、同じ
電車であっても、運転手によって、消費電力量が大きい
場合、小さい場合が生じることになる。これに対して、
本発明の電車稼働データ収集システムにより各電車毎の
消費電力データの累積／解析を行うことにより、例えば
全ての電車の中で最も消費電力量の小さかった電車を運
転していた運転者の運転の仕方がその路線に合った最適
運転方法であるとして、この運転方法に統一させること
で、エネルギー消費量の削減を図ることが可能となる。
あるいは、消費電力データ以外に、電車の速度（加速／
減速）のデータも収集することにより、電車の走行の仕
方とエネルギー消費量との関係を詳細に解析することも
可能であり、最も最適な運転（最もエネルギー消費量の
小さい運転）の方法を見つけ出すことも期待できる。

【００２９】更に、将来的に、電車の自動運転、半自動
運転が実現した場合、この自動運転プログラムに上記最
もエネルギー消費量の小さい運転の仕方を反映させるこ
とも期待できる。

【００３０】あるいは、本発明の電車稼働データ収集シ
ステムによれば、余剰電力（回生電力）の有効利用を期
待できる。この回生電力の有効利用について、図９を参
照して説明する。

【００３１】一般に、電車は、減速時にモータをブレー
キの代替として使用するので、これにより電力が発生す
る。例えば図９に示す電車Ａが減速することによって発
生する余剰電力（回生電力）は、この電力発生時にこの
電車と同じ架線を使用している他の電車の中に加速中の
電車Ｂが存在する場合には、この加速中の電車Ｂに供給
することによって有効利用できる。しかしながら、そう
でない場合にはこの余剰電力は捨てられることになる。
あるいは、余剰電力蓄積装置に蓄積することも考えられ
るが、これはエネルギーのロスが大きい。

【００３２】本発明の電車稼働データ収集システムにお
いて、電車の速度（加速／減速）のデータを収集するよ
うにし、これをデータ累積解析装置６０（情報管理セン
タ３）で蓄積／解析して列車ダイヤを編成する際に利用
することにより、例えばある路線において、減速する電
車が存在する時刻には加速する車両が存在するようにダ
イヤ編成することが可能となり、エネルギーの有効利用
を図り、以て省エネ効果が期待できる。

【００３３】尚、上記実施形態の説明では、無線機１を
接続したデータ収集装置２の設置場所を各駅として説明
したが、これに限るものではなく、電車側の無線機と通
信可能である線路沿いの任意の場所であってよい。但
し、この場合、データ送受信完了前に電車が通信可能領
域を通過してしまわないように、例えば電車が低速走行
する区間のみ設置可能であるかもしれない。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
電車稼働データ収集システムによれば、電車の稼働状態
を示す各種データを無線により略リアルタイムで収集で
きるので、これを分析して故障診断することで迅速に故
障に対応できる。あるいは省エネの推進の為に役立てる
ことができる。または、回生電力の有効利用を図ること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電車から無線によりデータを収集する様子を示
す図である。

【図２】電車稼働データ収集システム全体を概略的に示
す図である。

【図３】各電車に搭載される電力計測／通知システムの
構成の一例を示す図（その１）である。

【図４】各電車に搭載される電力計測／通知システムの
構成の一例を示す図（その２）である。

【図５】電車側のメモリに格納される消費電力データの
データ格納形式の一例を示す図である。

【図６】電車に搭載した無線機から送信するパケットの
データの形式の一例を示す図である。

【図７】データ収集装置側のメモリに一時的に格納され
るデータの一例を示す図である。

【図８】情報管理センタによるデータ吸い上げ処理の一
例を説明する為のフローチャート図である。

【図９】回生電力の有効利用について説明する為の図で
ある。

【符号の説明】

１ 無線機 ２ データ収集装置 ３ 情報管理センタ １０ 電力計測／通知システム １１ 計測装置 １２ 空調機 １３ モータ １４ 照明 １５ 通信制御装置 １５ａ メモリ １６ ＧＰＳ １７ 無線機 ２０ 電力計測／通知システム ２１ 通信制御装置 ２２ 時計 ２３ 速度計 ３０ 消費電力データ ３１ 列車番号 ３２ データ収集時刻 ３３ モータ消費電力 ３４ 照明消費電力 ４０ パケット ４１ 列車番号 ４２ 発信時刻 ４３ データ数 ４４ データ収集時刻 ４５ モータ消費電力 ４６ 照明消費電力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 芳之 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 清水 康雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 木村 裕恒 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各駅に各々設置され、無線通信手段と記
   憶手段を備え、有線のネットワークに接続された複数の
   固定基地局と、 各電車において、その電車の各種稼働状態を計測する計
   測手段と、電車の現在位置を検出する位置検出手段と、
   該位置検出手段で検出した電車の現在位置が前記固定基
   地局のいずれかと無線通信可能な位置にあるか否か判別
   し、無線通信可能位置にある場合には前記計測手段で計
   測した各種稼働状態データを無線通信により固定基地局
   に送信する無線通信／制御手段とを備え、 前記ネットワークを介して前記各固定基地局の記憶手段
   に一時的に記憶された前記各種稼働状態データを収集す
   るセンタ装置と、 を有することを特徴とする電車稼働データ収集システ
   ム。
2. 【請求項２】 前記計測手段で計測する各種稼働状態デ
   ータは、電車内の各種電力設備の電力消費量データであ
   り、前記センタ装置は該電力消費量データに基づいて故
   障診断を行うことを特徴とする請求項１記載の電車稼働
   データ収集システム。
3. 【請求項３】 前記計測手段で計測する各種稼働状態デ
   ータは、電車内の各種電力設備の電力消費量データまた
   は電車の速度／加速／減速に関するデータであり、前記
   センタ装置は該電力消費量データを収集／蓄積して省エ
   ネルギーに適切な運転方法を見つけ出す為の基礎情報と
   することを特徴とする請求項１記載の電車稼働データ収
   集システム。