JP2001039305A - 標高データベースの作成方法およびそれを用いる勾配抵抗算出装置 - Google Patents

標高データベースの作成方法およびそれを用いる勾配抵抗算出装置

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JP2001039305A
JP2001039305A JP11214893A JP21489399A JP2001039305A JP 2001039305 A JP2001039305 A JP 2001039305A JP 11214893 A JP11214893 A JP 11214893A JP 21489399 A JP21489399 A JP 21489399A JP 2001039305 A JP2001039305 A JP 2001039305A
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gradient
altitude
operation curve
elevation
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Satoru Murata
悟 村田
Makoto Nomi
誠 能見
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】勾配抵抗の計算時間を短縮すること。 【解決手段】標高データを用いて、列車の平均勾配を算
出することにより、平均勾配による勾配抵抗を簡易、か
つ高速に算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鉄道における標高デ
ータベースの作成方法および勾配抵抗算出装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】社団法人日本鉄道運転協会刊「運転理
論」124ページないし126ページに記載されているよう
に、従来は、図5に示すように勾配抵抗を求める際に、
列車の先頭から最後尾までの範囲に存在する勾配g1、g
2,g3、・・・gi、・・・を求め、列車が乗つている長さ
l=l1+l2+・・・liから平均勾配gavを求めている。
具体的には、次の式(1)により平均勾配を求めてい
る。
【0003】
【数1】
【0004】ただし、lは全列車長、giは列車先頭か
らみて列車が乗つているi番目の勾配の値(単位はパーミ
ル(千分率))、liは、列車先頭からみて列車が乗つてい
るi番目の勾配gi上に乗つている列車長である。
【0005】ここで、注意すべき点は、勾配の値は、列
車の進行方向により正負が異なることである。したがっ
て、上記式(1)を用いる場合は、列車の進行方向を考
慮しなければならない。
【0006】さらに、この平均勾配gavを用いて、以下
の式で勾配抵抗Rgを算出している。
【0007】
【数2】
【0008】ただし、Rgは勾配抵抗(kg重)、Wは列車重
量(ton)である。この式は、鉄道で用いられている勾配
が、比較的小さい(最大4%程度)ために、sinとtanが近似
的に等しいこと、すなわち
【0009】
【数3】
【0010】とみなせることを利用している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術を用いて勾
配抵抗を求める場合、列車先頭位置の勾配の特定、列車
最後尾までの勾配の取り出しとそれぞれの勾配上に乗つ
ている列車長の特定、各勾配の値と勾配上の列車長の積
の計算、勾配値と勾配上の列車長の積の和の計算、さら
に、全列車長による割り算が必要となる。
【0012】これは、線路状態のデータが各地点での標
高そのものを表すものではなく、線路勾配を表す線路勾
配を表すデータを用いることに起因する。したがって、
オンラインで運転曲線を作成する場合に、勾配抵抗を用
いて従来の方法で計算を行うと、運転曲線作成に時間が
かってしまうので、計算速度を早める必要がある。列車
制御用に用いられるマイコンの計算速度は、300ない
し400ミリセカンドであるのに対し、上記勾配計算で
は10ないし40ミリセカンドが要求されるためマイコ
ンの演算速度を上げなければならないからである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は線路上の予め定められた地点における標高
データを保持する標高データベースと、列車長を表す情
報と、列車の位置を表す情報に基づいて勾配抵抗を求め
る手段を備えたものである。
【0014】さらに本発明は、線路上の予め定められた
地点における標高データを保持する標高データベース
と、列車長を表す情報と、列車の位置を表す情報とに基
づいて勾配抵抗を求める手段と、前記勾配抵抗を求める
手段の出力に基づいて運転曲線を作成し、前記運転曲線
に沿って列車を制御するものである。
【0015】さらに本発明は、線路上の予め定められた
地点における標高データを保持する標高データベース
と、列車長を表す情報と、列車の位置を表す情報とに基
づいて勾配抵抗を求める手段と、前記勾配抵抗を求める
手段の出力に基づいてブレーキパターンを作成し、その
パターンに基づいて列車速度を制御するブレーキ制御手
段を備えたものである。
【0016】さらに本発明は、線路上の各地点における
勾配データおよび列車長に基づき、勾配変化点における
標高を算出し、標高データベースを作成するものであ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施形態
を示す自動列車制御装置の制御ブロック線図である。装
置のハードウエアとしては、パーソナルコンピュータや
ワークステーションを用い、各機能はプログラムとして
実現されている。
【0018】運転曲線の作成方法については、上述の
「運転理論」292ページから 301ページに記載されてい
る。この実施の形態は、従来の運転曲線作成方法におい
て、列車を質点として考えた勾配抵抗の代わりに、列車
長を考慮した勾配抵抗を用いるものである。
【0019】したがって、勾配抵抗の算出部分以外はす
べての従来の運転曲線作成方法と同じであり、その処理
は、運転曲線計算部103により実現されている。以下の
説明では、本発明の根幹である勾配抵抗の算出手順を説
明する。
【0020】勾配抵抗の算出は、各地点の標高および勾
配を表す標高データベース101と、それに基づき勾配抵
抗を計算する勾配抵抗算出部102とにより行われる。本
発明のこの実施形態では、標高データベース101とし
て、図2に示す形式のデータを用いる。
【0021】図2のデータベースでは、各勾配毎に、勾
配範囲の境界位置、および境界位置における標高を保持
している。このデータベースにおいては、列車長は運転
開始前に分かっているので標高は、予め、列車長1で割
り、1000をかけた値を用いている。また、勾配は、千分
率で表した値を列車長1で割つた値を用いている。これ
により、以下の計算式が簡単になり、コンピュータの計
算時間が短縮される。また、データは、範囲境界位置に
よりソートされて並べられている。
【0022】勾配抵抗算出部102においては、まず、列
車先頭位置と標高算出部で、与えられた位置における標
高を次の処理により求める。前記の通り、標高・勾配デ
ータベースの中身は勾配範囲境界位置により並べられて
いる。そこで、与えられた位置を含む範囲を、2 分探索
を用いて探索することができる。
【0023】2分探索については、共立出版刊「プログ
ラミング言語C第2版」70ページから71ページに記載され
ている関数を用いれば良い。与えられた位置を含む範囲
が見つかると、範囲の両端の境界の標高h1、h2と、その
範囲の勾配の値g1、g2と、先頭位置および後尾位置の
範囲境界からのそれぞれの距離dl、d2を用い、(式7)
により平均勾配を算出する。以下の説明では、式(7)
により、平均勾配gavが算出できることを示す。
【0024】まず、先頭位置の標高H1と後尾位置の標高
H2は次の式により求められる。
【0025】
【数4】
【0026】平均勾配は、列車先頭位置の標高H1と、列
車最後尾位置の標高H2 を用いて、次の式により求める
ことができる。
【0027】
【数5】
【0028】ただし、平均勾配gavは、千分率により表
している。以上をまとめると次のようになる。
【0029】
【数6】
【0030】以上の計算により平均勾配が求められ、式
(2)により、勾配抵抗Rgを求めることができる。今列
車長を100m、勾配を図4のgの値、標高h、勾配G
を図2の値、図2、図4の路線において、列車が位置2
25mから125mに存在するという条件で、それぞれ
の値を計算すると次のようになる。
【0031】
【数7】
【0032】本発明の特徴は、あらかじめ計算された標
高データを利用する点であり、上述の形以外の式を用い
ることも可能である。
【0033】また、本発明によれば、列車長、列車重量
が異なる複数の車両が連結されて走行する場合、それぞ
れの車両用に、データベースを用意しておき、各車両の
先頭位置、後尾位置を用いて式(7)、式(2)を計算
することにより、全体としての勾配抵抗を簡単に算出で
きる。
【0034】自動列車運転装置3は、内部に、標高、勾
配を表す標高勾配データベース101、勾配抵抗算出部
102、運転曲線計算部103からなる運転曲線作成装
置1および運転曲線作成装置1の出力である運転曲線に追
従する制御を行う追従制御装置4を内蔵したものであ
る。図7は運転曲線作成装置1によって作成される運転
曲線の一例を示す。
【0035】列車運転装置3は、列車2に搭載され、位置
・速度検出装置 5 の出力である位置と速度をとりこ
み、制御指令をモータ制御装置6およびブレーキ制御装
置7に指令する。追従制御装置4は、従来から用いられて
いるPID制御を利用できる。
【0036】図6は本発明の第2の実施形態を示す、パ
ターン制御式自動列車停止装置のブロック線図である。
この実施形態は、特開平 9−130923「パターン制御式目
動列車制御装置」内のパターン発生器に、本発明の第1
の実施形態による標高・勾配データベース、標高算出
部、勾配抵抗算出部を備えたものである。
【0037】この実施形態では、ブレーキパターンを算
出する際に、勾配抵抗を用いるものとし、この勾配抵抗
の算出を本発明により行うものである。列車を安全に停
止させるために、減速パターンを発生し、減速パターン
に抵触した場合にブレーキを作動する。
【0038】パターン制御式自動列車停止装置の機能、
構成、動作については、「鉄道技術者のための電気概
論:ATS・ATC」((社)日本鉄道電気技術協会発
行)35頁から63頁に記述されている。
【0039】パターン制御式自動列車停止装置は、線路
201、信号機202、地上子203、列車204、車
上装置205から構成されている。列車204は、信号
機202の燈色(赤、青、黄)に従って、運転士の運転
により線路201上を走行する。
【0040】地上子203は、信号機202と連動し、
信号機202の燈色に応じて停止すべき位置までの距離
を車上装置205へ伝送する。たとえば、信号機202
が赤の場合は、信号機202の手前に停止しなければな
らないから、列車が停止すべき位置は、停止位置301
となる。
【0041】車上装置205では、地上子203からの
停止位置情報を得ると、停止位置301へ停止するため
の減速パターン302を発生し、列車204の位置と速
度が減速パターン抵触状態303となった場合に、ブレ
ーキを出力し、停止位置301の手前に列車を停止させ
る。
【0042】車上装置205は、受信器401、パター
ン発生器402、パターン照査器403、情報触釈器4
04から構成されている。受信器401は、地上子20
3からの情報を受信し、情報触釈器404へ情報を伝達
する。情報解釈器404は、地上子からの情報をパター
ン発生に必要な減速情報へ変換し、パターン発生器40
2へ減速情報を伝達する。
【0043】パターン制御式自動列車停止装置では、停
止位置301までの距離、速度制限開始位置までの距
離、制限速度、速度制限区間の長さがすべて地上子20
3からの情報として与えられる。このため、情報解釈器
404の機能は、地上子203からの情報の中から必要
な部分をとりだして、パターン発生器402へ渡すだけ
となる。
【0044】パターン発生器402は、情報解釈器40
4からの減速情報に基づいて減速パターンを発生し、パ
ターン照査器403へ伝達する。パターン照査器403
は、パターン発生器402からの減速パターンと自列車
の位置と速度を比較し、減速パターンに低触している場
合にブレーキを出力する。
【0045】図3は本発明の第3の実施形態を示すデー
タで、標高・勾配データベースを作成する方法である。
図3に示す形式で与えられた勾配データから、本発明の
第1の実施形態で用いる標高データを作成する。標高デ
ータ作成フローを図4に示す。
【0046】まず、勾配データの中でもっとも端にある
ものをとりだす(ステップ501)。その勾配の端側の境界
を標高ゼロとおく(ステップ502)。次に、勾配範囲の長
さと勾配の値を用いて、勾配境界の標高を以下の式
(8)により計算する(ステップ503)。
【0047】
【数8】
【0048】ただし、hi+1は、勾配範囲iの終端側の境
界の標高、hiは、勾配範囲1の始端側の境界の標高、wi
は、勾配範囲の長さ、giは、勾配の値である。以上によ
り、図2に示す形式の標高データを作成することができ
る。
【0049】なお、本発明において用いる標高データ
は、本発明の第3の実施形態により作成されるものに制
限されるものではなく、標高の実測データから作成する
ことも可能である。また、標高データの形式も、図2の
形式にのみ制限されるものではない。本発明は、勾配抵
抗を利用するすべてのアプリケーションに適用可能なも
のであり、上記実施形態にのみ制限されるものではな
い。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、勾配抵抗の値を高速に
求めることができるため、オンラインで運転曲線を作成
するシステムを構築でき、より柔軟な自動列車運転装
置、自動列車制御装置を構築できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示すブロック
線図である。
【図2】本発明の実施形態による標高・勾配データベー
スの内容を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施形態において用いる元の勾
配データベースの内容である。
【図4】本発明の第3の実施形態の処理フローである。
【図5】線路状態を示す説明図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態を示す列車制御装置
のブロック線図である。
【図7】運転曲線の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…運転曲線作成装置、2…列車、3…自動列車運転装
置、4運転曲線追従装置、5…位置・速度検出装置、6
モータ制御装置、7…ブレーキ制御装置、10…標高・
勾配データベース、102…勾配抵抗算出部。
フロントページの続き Fターム(参考) 2C032 HB06 HB12 HD03 5B049 AA04 BB31 DD01 EE01 EE56 FF00 GG07 5H115 PG01 QN22 QN23 QN24 SF02 SF06 SF13 SF19 SL01 SL06 SL07 TB01 TD17 TO08 5H161 AA01 BB02 BB06 BB08 CC04 CC07 CC13 EE01 EE05 EE07 9A001 BB02 BB06 CZ05 DZ15 JJ01 JJ77 KK32 KK37 KK56 LL09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線路上の予め定められた地点における標
    高データを保持する標高データベースと、列車長を表す
    情報と、列車の位置を表す情報とに基づいて勾配抵抗を
    求める手段を備えることを特徴とする勾配抵抗算出装
    置。
  2. 【請求項2】 線路上の予め定められた地点における標
    高データを保持する標高データベースと、列車長を表す
    情報と、列車の位置を表す情報とに基づいて勾配抵抗を
    求める手段と、前記勾配抵抗を求める手段の出力に基づ
    いて運転曲線を作成し、前記運転曲線に沿って列車を制
    御することを特徴とする自動列車制御装置。
  3. 【請求項3】 線路上の予め定められた地点における標
    高データを保持する標高データベースと、列車長を表す
    情報と、列車の位置を表す情報とに基づいて勾配抵抗を
    求める手段と、前記勾配抵抗を求める手段の出力に基づ
    いてブレーキパターンを作成し、そのパターンに基づい
    て列車速度を制御するブレーキ制御手段を備えた自動列
    車制御装置。
  4. 【請求項4】 線路上の各地点における勾配データおよ
    び列車長に基づき、勾配変化点における標高を算出し、
    標高データベースを作成することを特徴とする標高デー
    タベース作成方法。
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Cited By (4)

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