JP2002504451A - 列車編成内の機関車の相対位置を決定するシステムおよびその方法 - Google Patents

列車編成内の機関車の相対位置を決定するシステムおよびその方法

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Abstract

(57)【要約】 列車編成内の１つまたは複数の機関車（１０２、１０４）の位置を決定する方法および装置。受信機（１０８）が全地球測位システムから基準信号などの信号を受け取って、その機関車の座標位置を決定する。プロセッサ（１１２）がその決定座標位置に基づいて列車編成内の機関車の相対位置を決定する。この処理を列車編成内の各機関車について定期的に繰り返すことによって、車両（１０６）が列車に追加されるか、それから取り外された時、列車編成内の機関車の構成の追跡および確認を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明は、列車の監視および制御システム、特に列車編成内の機関車の相対位
置を決定する方法および装置に関する。
【０００２】 分散動力システムは、無線通信を使用して先頭機関車から各機関車の作動を遠
隔制御することによって、機関車を列車全体に分散させることができる。一般的
に、分散動力システムは、先頭機関車に乗車している乗務員が１つまたは複数の
機関車および関連の車両群を含む多重列車編成の牽引力および制動力の監視およ
び制御を行うことができるようにする。好ましくは、列車の各機関車が先頭また
は遠隔機関車のいずれの役割でも作動することができ、これによって、列車編成
を高速主要輸送ルート(high traffic corridor)に沿って結合させることができ ると共に、協同一貫または一般輸送サービス用に分離することができる。このよ
うに、分散動力システムはあらゆる種類の地形であらゆる種類の貨物のより安全
かつ効果的な輸送を可能にする。
【０００３】 列車の安全な運行および取り扱いを確保するために、各列車編成内の機関車の
順序および位置の知識が必要である。しかし、列車編成の結合および分離が行わ
れた時、または車両が特定の編成に追加されるか、それから取り外された時、機
関車および車両の順序および位置が定期的に変化するであろう。現時点では、列
車編成内の機関車の位置は、分散動力システムのコンピュータに入力された手動
作成編成表によって追跡される。列車編成が結合された時、または車両および機
関車が編成に追加されるか、それから取り外された時、この表が定期的に改訂さ
れる。しかし、編成表を作成するこの方法は、人的エラーを伴うと共に、長い列
車の管理が不可能であることがわかるであろう。
【０００４】 したがって、全地球測位システムを利用して列車編成内の機関車の相対位置を
決定し、機関車位置情報を編成の構成の追跡および確認に使用することができる
ようにすることによって、鉄道運行の安全性および効率を改善することが望まし
い。
【０００５】 発明の概要 したがって、本発明の主要目的は、全地球測位システムなどからの基準信号な
どの受信信号を使用して列車編成内の１つまたは複数の機関車の相対位置を決定
する方法および装置を提供することである。 本発明の別の目的は、全地球測位システムを利用して列車編成の構成の追跡ま
たは確認を行う方法および装置を提供することである。
【０００６】 したがって、本発明は、全地球測位システムなどからの基準信号などの受信信
号を使用して列車編成内の１つまたは複数の機関車の位置の追跡または確認を行
う新規な方法および装置を提供している。列車編成の各機関車に受信機が取り付
けられている。受信機は、全地球測位システムから基準信号などの信号を受け取
って、それぞれの機関車の座標位置を決定する。この受信機に作動結合されたプ
ロセッサが、列車編成内の機関車の相対位置を機関車の座標位置に基づいて決定
する。この処理を列車内の各機関車について定期的に繰り返すことによって、車
両および機関車が列車に追加されるか、それから取り外された時、列車編成の構
成の追跡および確認を行うことができる。
【０００７】 以上の包括的説明および以下の詳細な説明は共に、単に説明のためにすぎず、
本発明を制限することはない。 明細書に組み込まれてその一部を構成している添付図面は、本発明の実施形態
を示しており、包括的説明と共に本発明の原理を説明している。 本発明の多くの目的および利点は、添付図面を参照することによって当該技術
分野の専門家にさらに充分に理解されるであろう。
【０００８】 好適な実施形態の説明 次に、添付の図面に一例が示されている本発明の現時点で好適な実施形態を詳
細に説明する。 図１を参照すると、列車編成内の１つまたは複数の機関車の位置の追跡および
確認を行うシステムを有する列車が示されている。好ましくは列車編成１００は
、大量の原材料(bulk raw material)、貨物または乗客を輸送するように構成で きる複数の車両１０６に連結された１つまたは複数の機関車１０２、１０４を含
む。列車編成１００内の車両１０６はさらに、共通目的地に向かって移動中の車
両ブロックまたはユニットにまとめることができる。列車編成１００の各機関車
１０２、１０４に受信機１０８を取り付けることができる。好ましくは、受信機
１０８は、全地球測位システムなどからの基準信号などの信号を受け取って、そ
れぞれの機関車の位置を決定する。無線周波数（ＲＦ）送信機または送受信機な
どの通信装置１１０を受信機１０８に結合して、機関車の位置をコントローラ１
１２に連絡することができ、このコントローラ１１２は先頭機関車１０２に取り
付けてもよいが、遠隔位置に配置することもできる。コントローラ１１２は、列
車編成１００内の各機関車１０４の相対位置をそれの受信機１０８で決定された
位置に基づいて決定するプロセッサを含むことができる。この処理を列車編成１
００内の各機関車１０２、１０４について定期的に繰り返すことによって、各機
関車１０２、１０４の位置を監視して、車両および機関車が列車に追加されるか
、それから取り外された時、列車編成１００の構成の追跡および確認を行うこと
ができる。
【０００９】 好ましくは、受信機１０８は、全地球測位システムから地球基準化(geo-refer
encing)信号を受け取って、列車内の各機関車の位置を正確に地球基準化するこ とができる。全地球測位システムは、好ましくは米国政府のために米国空軍が管
理している宇宙設置無線ナビゲーションシステムである全地球測位システム（Ｇ
ＰＳ）である。米国政府は、標準測位サービス（ＳＰＳ）と呼ばれる全地球測位
システムへの民間アクセスを提供している。標準測位サービスは、意図的に軍の
オペレータに提供される測位サービスより正確度が低い測位能力を提供するよう
に設計されているが、民間測位サービスの正確度を改善するために様々な技術が
開発されており、１〜５ｍの測位正確度を達成することができる。
【００１０】 本発明のシステムは、全地球測位システム（ＧＰＳ）と組み合わせて使用する
ことによって、列車編成１００内の各機関車の位置を正確に地球基準化すること
ができる。受信機１０８は、ＧＰＳ衛星群の一部として作動している衛星１１４
から基準信号を受け取ることができる。一般的に、座標位置の値を導き出すため
には少なくとも３つの衛星からの信号が必要である。低グレードにした民間ＧＰ
Ｓ信号を補償するために、政府運営ＧＰＳシステムの一部ではない基準信号（た
とえば、地上設置または宇宙設置位置による、またはＲＳ−２３２データバスに
よるＦＭキャリアサブリンクとして送信され得る）を使用することもできる。そ
のような補正信号は、第三者差分補正(differential correction)サービスプロ バイダによって提供されるであろう。低グレードにした民間信号を補正する他の
方法であって、別個の補正信号を送信する必要がないものを使用することもでき
る。たとえば、軍用信号および民間信号の相互相関などの信号処理技術を使用し
て民間信号の正確度を改善することができる。
【００１１】 次に、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照すると、一般的な列車編成が示され
ている。図２Ａに示されているように、列車編成２００は基本的に１つまたは複
数の機関車２０２、２０４及び関連の車両群２０６とを含む。編成２００内の車
両２０６はさらに、共通目的地に向かって移動中の車両ブロック２０８または車
両ユニット２０４にまとめることができる。図２Ｂおよび図２Ｃに示されている
ように、１つまたは複数の列車編成２００を結合させて、高速主要輸送ルート移
動用の大型列車編成２１０を形成することができる。この大型列車編成２１０は
、協同一貫または一般輸送サービス用の小さい編成２００に再び分離することが
できる。各列車編成２００、２１０は、列車編成２００、２１０全体に分散でき
る１つまたは複数の機関車２０２、２０４を含むことができる。さらに機関車２
０２、２０４を互いに結合して、一般的に２つまたは３つの機関車を有する群２
１２にすることができる。好ましくは、分散動力およびブレーキシステムによっ
て、列車編成２００および２１５内のすべての機関車２０２、２０４の同時制御
を行うことができる。分散動力システムは、無線通信を使用して先頭機関車２０
４から幾つかの機関車２０２の作動を遠隔制御することによって、機関車２０２
、２０４を列車全体に分散させることができる。一般的に、分散動力システムは
、先頭機関車２０４に乗車している列車の乗務員が各遠隔機関車２０２の引張力
の監視および制御を行うことができるようにする。好ましくは、列車の各機関車
２０２、２０４は、列車内のそれの位置に応じて、先頭機関車または遠隔機関車
のいずれの役割でも交替に作動することができる。
【００１２】 次に図３を参照すると、本発明のシステムを実行するための装置を概略的に説
明するブロック図が示されている。好ましくはシステム３００は、先頭機関車に
取り付けることができるコントローラ３０２と、それぞれ列車編成の遠隔機関車
に取り付けることができる１つまたは複数の遠隔ユニット３０４、３０６、３０
８とを含む。各遠隔ユニット３０４、３０６、３０８は、全地球測位システム（
ＧＰＳ）受信機３１０を含むことができる。ＧＰＳ受信機３１０は、全地球測位
システムから基準信号を受け取って、それを取り付けている機関車の地球基準化
座標位置を決定する。無線周波数（ＲＦ）送信機または送受信機などの送信機３
１２をＧＰＳ受信機３１０に結合して、遠隔機関車の決定地球基準化位置をコン
トローラ３０２内の受信機３１４に送信することができる。コントローラ３０２
はさらに、先頭機関車の地球基準化座標位置を決定するためのＧＰＳ受信機３１
０を含むことができる。好ましくは、コントローラ３０２は、コントローラ３０
２および各遠隔ユニット３０４の地球基準化座標位置に基づいて列車編成内の先
頭および各遠隔機関車の相対位置を決定するプロセッサ３１６を備えている。こ
の情報を使用して、列車編成内の機関車の構成の追跡および確認を行うことがで
きる。この処理を各遠隔ユニット３０４、３０６、３０８について定期的に繰り
返すことによって、各機関車の位置を監視して、車両および機関車が列車に追加
されるか、それから取り外された時、列車編成の構成の追跡および確認を行うこ
とができる。
【００１３】 コントローラ３０２は、列車編成内の各機関車の相対位置を使用して、たとえ
ば基本的な動的方法(basic kinematic methods)を適用することによって各機関 車の速度や、列車編成内の他の機関車からの距離を決定することができる。シス
テム３０２はこの情報を使用して、列車編成内の各機関車の速度および方向を比
較することができる。このようにして、システム３００は、座標位置情報が得ら
れたすべての遠隔機関車が実際に同一列車編成の一部であることを確認すること
ができる。システム３００はさらに、列車編成内の、元の編成表から省略されて
いた機関車を探す。好ましくは、システム３００はこれらの機能を時間平均試験
として実行することによって、たとえば平行軌道上の別の列車の機関車から受け
取った座標位置情報によって発生するエラーの可能性を低減する。
【００１４】 コントローラ３０２はさらに、列車編成内の機関車群の間の距離を決定するこ
とができる。このようにして、システム３００は、初期機関車群位置（図２Ｂお
よび図２Ｃを参照）を決定するために列車を引張ってデータ読み取り機を通過さ
せる必要をなくすことができる。各機関車群の間の距離は、それぞれの群内の機
関車の座標位置に基づくことができる。コントローラ３０２はこれらの座標位置
を使用して、各機関車群の平均位置を計算することができる。好ましくは、列車
の停車中に機関車群位置の初期決定を行って、各機関車の座標位置を時間平均化
することによって正確度を改善することができる。決定を途中で行うこともでき
るが、列車が動いているために正確度が低下するであろう。コントローラ３０２
は、機関車群の間の決定距離を予想距離と比較して、決定距離と予想距離との違
いが所定の差を超えている場合、適当な処置を講じることができる。機関車群の
間の予想距離および差は、列車の運行前に乗務員がコントローラ３０２に入力す
ることができる。
【００１５】 たとえば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイな
どのディスプレイ３１８で列車編成内の機関車の相対位置を先頭機関車の乗務員
に表示することができる。システム３００は、たとえば列車編成内に存在すると
決定された機関車の数および位置と先に入力されている編成表との比較を表示し
て、編成表が間違っていることを乗務員に知らせることができる。情報はさらに
、周辺軌道の地図の上に列車を示すことによってグラフィック表示することもで
きる。 データベース３２０をプロセッサ３１６に作動結合することができる。データ
ベース３２０は、列車が走行中の軌道の経路を定める地球基準化座標などの軌道
地形情報を含む基準情報を含むことができる。プロセッサ３１６は、先頭および
遠隔機関車の決定位置をデータベース３２０に記憶されている座標と相関させて
、たとえば列車が軌道の直線または曲線部分に沿って走行中であるか、あるいは
列車が２線以上の平行軌道を有する領域に入っているかを決定することができる
。このようにして、コントローラ３０２は、列車編成内の機関車の相対位置を決
定する領域を単線で直線の軌道を有する領域に制限して、誤って通過列車の機関
車を編成表に含むことを防止することができる。
【００１６】 次に図４を参照すると、各機関車が列車編成内の先頭機関車または遠隔機関車
として交替に作動することができる本システムの実施形態を説明するブロック図
が示されている。図４に示されている実施形態によれば、システム４００は、列
車編成内の各機関車４０２、４０４、４０６、４０８に取り付けられたほぼ同一
の位置決定装置を含む。好ましくは、各機関車４０２、４０４、４０６、４０８
に取り付けられた装置は、図３に示されて説明されているように、その装置を取
り付けた機関車が列車編成内の先頭機関車４０２としてか、または遠隔機関車４
０４、４０６、４０８として使用されているかに応じて、コントローラまたは遠
隔ユニットとして作動する。このように、機関車は、本システム４００のハード
ウェアを交換または変更することなく、先頭または遠隔機関車として交換可能に
使用することができる。
【００１７】 各機関車４０２、４０４、４０６、４０８は好ましくは、ＲＦ送受信機４１４
などの通信装置に作動結合されているプロセッサ４１２に作動結合された全地球
測位システム（ＧＰＳ）受信機４１０を含む。ＧＰＳ受信機４１０は、全地球測
位システムから基準信号を受け取る。プロセッサ４１２はこの信号を使用して、
それを取り付けた機関車の地球基準化座標位置を定期的に決定する。プロセッサ
４１２は、送受信機４１２に機関車の地球基準化位置情報をコントローラ（たと
えば列車編成内の先頭機関車４０２に取り付けられた装置）へ送信させ、その情
報はコントローラ内の第２送受信機４１４で受信される。好ましくは、この時に
先頭機関車４０２のプロセッサ４１２が列車編成内の各機関車４０２、４０４、
４０６、４０８の位置をその機関車の地球基準化座標位置に基づいて決定する。
この情報を使用して、列車編成内の各機関車４０２、４０４、４０６、４０８の
構成の追跡および確認を行うことができる。この処理を定期的に繰り返すことに
よって、各遠隔機関車の位置を監視し、車両および機関車が列車に追加されるか
、それから取り外された時、列車編成の構成の追跡および確認を行うことができ
る。
【００１８】 データベース４１６は、各機関車４０２、４０４、４０６、４０８のプロセッ
サ４１２に作動結合することができる。各データベース４１６は、列車が走行中
の軌道の経路を定める地球基準化座標などの軌道地形情報を含む基準情報を含む
ことができる。先頭機関車４０２のプロセッサ４１２は、先頭および遠隔機関車
の決定位置を先頭機関車のデータベース４１６に記憶されている座標と相関させ
て、たとえば列車が軌道の直線または曲線部分に沿って走行中であるか、あるい
は列車が２線以上の平行軌道を有する領域に入っているかを決定することができ
る。このようにして、システム４００は、列車編成内の機関車の相対位置を決定
する領域を単線軌道または直線軌道の領域に制限することができる。あるいは、
プロセッサ４１２は、列車が走行中の軌道の曲率に対応した調整係数を列車編成
内の各機関車の相対位置の決定に適用することもできる。この調整係数はデータ
ベース４１６に記憶することができる。
【００１９】 各機関車４０２、４０４、４０６、４０８は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、
ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイなどのディスプレイ４１８を備えることがで
きる。先頭機関車に取り付けられたディスプレイ４１８は、列車編成内の機関車
の相対位置を先頭機関車の乗務員に表示する手段となる。システム４００は、た
とえば列車編成内に存在すると決定された機関車と先に入力されている編成表と
の比較を表示して、編成表が間違っていることを乗務員に知らせることができる
。情報はさらに、周辺軌道の地図の上に列車を示すことによってグラフ表示する
こともできる。遠隔機関車４０４、４０６、４０８に取り付けられたディスプレ
イ４１８も同様にこの情報をそれらの機関車に乗車している乗務員に表示するこ
とができる。
【００２０】 本発明の列車編成内の機関車の相対位置を決定する方法および装置とそれに付
随した利点の多くは、以上の説明によって理解されると考えられ、また、本発明
の範囲および精神から逸脱することなく、あるいはそれの物質利益(material ad
vantages)のすべてを犠牲にすることなく、構成部材の形式、構造および配置に 様々な変更を加えることができることは明らかである。以上に記載した形式は説
明的な実施形態にすぎず、そのような変更は請求の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、全地球測位システムを使用して列車編成内の１つまたは
複数の機関車の位置を決定する装置を有する列車を示す。
【図２Ａ】 図２Ａは、単一の列車編成からなる列車を示す概略図である。
【図２Ｂ】 図２Ｂは、２つの列車編成を含む列車を示す概略図である。
【図２Ｃ】 図２Ｃは、多数の列車編成を含む列車を示す概略図である。
【図３】 図３は、図１の装置をさらに説明するブロック図である。
【図４】 図４は、本システムを装備した機関車が先頭または遠隔機関車の
いずれかとして機能することができる本発明の実施形態を説明するブロック図で
ある。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機関車に取り付けられて、前記機関車の位置を決定すること
    ができる信号を受信する受信機と、 この受信機に作動結合されて、列車編成内の機関車の相対位置を機関車の決定
    位置に基づいて決定するプロセッサと を備えた、列車編成内の機関車の相対位置を決定するシステム。
  2. 【請求項２】 機関車の位置を決定することができる信号は、全地球測位シ
    ステムによって与えられる請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】 受信機に結合されて、受信機をプロセッサに作動結合する第
    １通信装置を備えた請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 第１通信装置は、無線周波数送受信機を含む請求項３記載の
    システム。
  5. 【請求項５】 第１通信装置は、無線周波数送信機を含む請求項３記載のシ
    ステム。
  6. 【請求項６】 受信機をプロセッサに作動結合する第２通信装置を備えた請
    求項３記載のシステム。
  7. 【請求項７】 第２通信装置は、無線周波数送受信機を含む請求項６記載の
    システム。
  8. 【請求項８】 第２通信装置は、無線周波数受信機を含む請求項６記載のシ
    ステム。
  9. 【請求項９】 プロセッサは、第２機関車に取り付けられている請求項１記
    載のシステム。
  10. 【請求項１０】 プロセッサに作動結合されて、機関車の位置を比較する基
    準情報を記憶するデータベースを備えた請求項１記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 プロセッサは、分散動力システムのプロセッサを含む請求
    項１記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 プロセッサは、分散ブレーキシステムのプロセッサを含む
    請求項１記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 全地球測位システムから受け取った基準信号を使用して列
    車編成内の１つまたは複数の機関車の各々の位置を決定する手段と、 前記列車編成内の前記１つまたは複数の機関車の各々の相対位置を前記機関車
    の位置に基づいて計算する手段と を備えた列車編成内の機関車の位置を決定するシステム。
  14. 【請求項１４】 機関車の位置を計算手段に連絡する手段を備えた請求項１
    ３記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 機関車の位置を比較する基準情報を記憶する手段を備えた
    請求項１３記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 全地球測位システムから受け取った基準信号を使用して列
    車編成内の機関車の位置を決定するステップと、 この決定位置をプロセッサに連絡するステップと、 列車編成内の機関車の相対位置を決定位置に基づいて計算するステップと を含む列車編成内の機関車の相対位置を決定する方法。
  17. 【請求項１７】 機関車の位置をデータベース内に記憶されている基準情報
    と比較するステップを含む請求項１４記載の方法。
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