JP2003220947A - 列車検知方法および列車検知装置 - Google Patents
列車検知方法および列車検知装置Info
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- JP2003220947A JP2003220947A JP2002023305A JP2002023305A JP2003220947A JP 2003220947 A JP2003220947 A JP 2003220947A JP 2002023305 A JP2002023305 A JP 2002023305A JP 2002023305 A JP2002023305 A JP 2002023305A JP 2003220947 A JP2003220947 A JP 2003220947A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】受信レベルや位相だけでなく、波形の変化を組
み合わせることにより、正確に在線検知することができ
る列車検知方法および列車検知装置を提供すること。 【解決手段】列車検知方法において、軌道回路上で受信
する信号波の波形または波形特徴に基づいて列車の在線
・非在線を判断する手順からなること。
み合わせることにより、正確に在線検知することができ
る列車検知方法および列車検知装置を提供すること。 【解決手段】列車検知方法において、軌道回路上で受信
する信号波の波形または波形特徴に基づいて列車の在線
・非在線を判断する手順からなること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軌道回路に流す信
号電流の信号波形または波形特徴を利用して列車の在線
を検出する列車検知方法および列車検知装置に関するも
のである。
号電流の信号波形または波形特徴を利用して列車の在線
を検出する列車検知方法および列車検知装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来技術】軌道回路には、列車の運行が適切に行われ
るように、保安信号システムを構成する以下の装置が設
けられている。
るように、保安信号システムを構成する以下の装置が設
けられている。
【０００３】まず、閉塞装置は、列車の進行する線路を
ある一定の長さの区間ごとに分けて限定し、１区間を１
列車のみの運転に専用させるように制御する。前記区間
を閉塞区間という。また、このように、１閉塞区間に１
列車のみを運転し、他の列車を同時に運転させないよう
にすることを閉塞方式といい、閉塞区間の長さは列車の
運転速度や運転時隔、線路の状態などによって決定さ
れ、列車本数が多くなると、駅間をいくつかの閉塞区間
に分けることが必要となる。
ある一定の長さの区間ごとに分けて限定し、１区間を１
列車のみの運転に専用させるように制御する。前記区間
を閉塞区間という。また、このように、１閉塞区間に１
列車のみを運転し、他の列車を同時に運転させないよう
にすることを閉塞方式といい、閉塞区間の長さは列車の
運転速度や運転時隔、線路の状態などによって決定さ
れ、列車本数が多くなると、駅間をいくつかの閉塞区間
に分けることが必要となる。
【０００４】閉塞区間に分けた線路に軌道回路を設け、
これと信号機を連動させて、信号機の現示を列車によっ
て自動的に制御する方法があり、これを自動閉塞式とい
う。この内の１つの、複線自動閉塞式は、図８に示すよ
うに連続する軌道回路を用い、列車自体によって自動的
に閉塞と信号現示を行うものである。
これと信号機を連動させて、信号機の現示を列車によっ
て自動的に制御する方法があり、これを自動閉塞式とい
う。この内の１つの、複線自動閉塞式は、図８に示すよ
うに連続する軌道回路を用い、列車自体によって自動的
に閉塞と信号現示を行うものである。
【０００５】図８は従来の複線自動閉塞式の軌道回路の
概念を示す図である。
概念を示す図である。
【０００６】図８において、閉塞区間に列車がないとき
は、軌道継電器の接点は上方に閉じ信号機Ｓ１は進行信
号（Ｇ）を現示する。閉塞区間に列車があるときは、軌
道回路は車両によって短絡され、軌道継電器の接点は下
方に閉じ、信号機Ｓ１は停止信号（Ｒ）を現示する。
は、軌道継電器の接点は上方に閉じ信号機Ｓ１は進行信
号（Ｇ）を現示する。閉塞区間に列車があるときは、軌
道回路は車両によって短絡され、軌道継電器の接点は下
方に閉じ、信号機Ｓ１は停止信号（Ｒ）を現示する。
【０００７】上記自動閉塞式の制御ができるようにする
装置として、線路上を運転している列車の存在を検知
し、その条件によって他の列車の運転条件を制御するも
のを列車検知装置という。
装置として、線路上を運転している列車の存在を検知
し、その条件によって他の列車の運転条件を制御するも
のを列車検知装置という。
【０００８】列車検知には、アクセルカウンタやトレッ
ドルなども実用されているが、軌道回路が一般的に使用
されている。
ドルなども実用されているが、軌道回路が一般的に使用
されている。
【０００９】軌道回路は、レールを利用して電気回路を
構成し、この回路を列車の車軸で短絡することにより、
継電器を動作させて列車検知を行なうもので、電源装
置、限流装置、レールおよび軌道継電器などで構成され
る。
構成し、この回路を列車の車軸で短絡することにより、
継電器を動作させて列車検知を行なうもので、電源装
置、限流装置、レールおよび軌道継電器などで構成され
る。
【００１０】限流装置は、軌道回路が車軸で短絡された
ときに、電源装置に過大な短絡電流が流れるのを制限す
る装置で、直流式では抵抗、交流式では抵抗またはリア
クトルが使用される。
ときに、電源装置に過大な短絡電流が流れるのを制限す
る装置で、直流式では抵抗、交流式では抵抗またはリア
クトルが使用される。
【００１１】軌道継電器は、軌道回路に使用される継電
器で、軌道回路内の列車の有無、その他の回路条件を中
継して、他の電気装置に伝達する。直流式、交流式、２
位式、３位式などの多くの種類がある。
器で、軌道回路内の列車の有無、その他の回路条件を中
継して、他の電気装置に伝達する。直流式、交流式、２
位式、３位式などの多くの種類がある。
【００１２】図９は従来の軌道回路の境界部分を示す図
である。
である。
【００１３】インピーダンスボンドとは、内鉄形の鉄心
に１次巻線と２次巻線を巻き、１次巻線の両端をそれぞ
れレールに接続するとともに、その中性点を隣接区間の
１次巻線の中性点に接続するものである。帰線電流は１
次巻線の半分ずつを反対方向に流れ、生じる磁束は互い
に打ち消される。信号電流は１次巻線と２次巻線との間
での電磁結合によって伝わる。また、このインピーダン
スボンドによって、帰線電流が軌道継電器や軌道変圧器
に流入するのを防止している。
に１次巻線と２次巻線を巻き、１次巻線の両端をそれぞ
れレールに接続するとともに、その中性点を隣接区間の
１次巻線の中性点に接続するものである。帰線電流は１
次巻線の半分ずつを反対方向に流れ、生じる磁束は互い
に打ち消される。信号電流は１次巻線と２次巻線との間
での電磁結合によって伝わる。また、このインピーダン
スボンドによって、帰線電流が軌道継電器や軌道変圧器
に流入するのを防止している。
【００１４】（従来の列車検知方法）従来、レールの送
信側の送信信号と受信側の受信信号のレベルと位相を比
較して列車在線を判定する方法をとっていた。
信側の送信信号と受信側の受信信号のレベルと位相を比
較して列車在線を判定する方法をとっていた。
【００１５】具体的には、所定区間内における列車の在
線を検出するために、レールの一端の送信側からインピ
ーダンスボンドを介して所定振幅で所定周期、例えば５
０〜６０Ｈｚの信号電流を流し、レールの他端の受信側
でインピーダンスボンドを介して受信信号を検出し、前
記信号電流の振幅の減衰および位相のずれを検出して、
前記レール間を列車の車輪とその軸が電気的に短絡した
か否かを検出していた。
線を検出するために、レールの一端の送信側からインピ
ーダンスボンドを介して所定振幅で所定周期、例えば５
０〜６０Ｈｚの信号電流を流し、レールの他端の受信側
でインピーダンスボンドを介して受信信号を検出し、前
記信号電流の振幅の減衰および位相のずれを検出して、
前記レール間を列車の車輪とその軸が電気的に短絡した
か否かを検出していた。
【００１６】図３は従来の送信信号と受信信号を状態別
に示した図である。図３（ａ）は閉塞区間に列車が在線
していない状態での送受信信号を示す図であり、図３
（ｂ）は閉塞区間に列車が在線している状態での送受信
信号を示す図であり、図３（ｃ）は閉塞区間に列車が在
線しているが車輪とレールの接触が不良の状態における
送受信信号を示す図である。
に示した図である。図３（ａ）は閉塞区間に列車が在線
していない状態での送受信信号を示す図であり、図３
（ｂ）は閉塞区間に列車が在線している状態での送受信
信号を示す図であり、図３（ｃ）は閉塞区間に列車が在
線しているが車輪とレールの接触が不良の状態における
送受信信号を示す図である。
【００１７】列車が在線していないときは、電流路２４
で図３（ａ）のように送信信号１００が受信され受信信
号１０１として検出される。列車在線時、図３（ｂ）の
ように、送信信号は、車輪２２および車軸２３を介して
短絡されるので、受信信号１０２のように減衰した信号
として検出される。
で図３（ａ）のように送信信号１００が受信され受信信
号１０１として検出される。列車在線時、図３（ｂ）の
ように、送信信号は、車輪２２および車軸２３を介して
短絡されるので、受信信号１０２のように減衰した信号
として検出される。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】これまでに提案されて
いる軌道回路を利用した列車検知方法および列車検知装
置は、特定周波数帯のレベルと位相、特定の変調波のレ
ベル、または符号化信号の有無により列車の在線・非在
線を判断していた。
いる軌道回路を利用した列車検知方法および列車検知装
置は、特定周波数帯のレベルと位相、特定の変調波のレ
ベル、または符号化信号の有無により列車の在線・非在
線を判断していた。
【００１９】しかし、図３（ｃ）に示すように、レール
頭頂面に錆等が発生し短絡不良になると前記信号電流の
振幅の減衰および位相のずれが検出できず、列車の非在
線との結論がでる問題が発生していた。
頭頂面に錆等が発生し短絡不良になると前記信号電流の
振幅の減衰および位相のずれが検出できず、列車の非在
線との結論がでる問題が発生していた。
【００２０】この錆等で短絡不良となる場合の受信波形
は、単純に高抵抗で短絡した場合と異なり、波形が変形
する場合がある。そこで、錆等の影響を受けにくい列車
検知方法および列車検知装置が求められていた。
は、単純に高抵抗で短絡した場合と異なり、波形が変形
する場合がある。そこで、錆等の影響を受けにくい列車
検知方法および列車検知装置が求められていた。
【００２１】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、受信
レベルや位相だけでなく、波形の変化を組み合わせるこ
とにより、正確に在線検知することができる列車検知方
法および列車検知装置を提供することである。
レベルや位相だけでなく、波形の変化を組み合わせるこ
とにより、正確に在線検知することができる列車検知方
法および列車検知装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を達成
するために以下の手段を採用する。 （１）列車検知方法において、軌道回路上で受信する信
号波の波形または波形特徴に基づいて列車の在線・非在
線を判断する手順からなることを特徴とする。 （２）上記（１）記載の列車検知方式において、前記判
断をウエーブレット変換手段を用いて周波数（ａ）およ
びシフト量（ｂ）を変えて行う手順からなることを特徴
とする。 （３）上記（１）または（２）記載の列車検知方式にお
いて、ウエーブレット変換手段が、デジタル変換された
受信信号をウエーブレット変換し、周波数（ａ）および
シフト量（ｂ）を求め照合メモリへ格納する手順、パタ
ーン照合手段が、予め平常時受信信号または短絡不良時
の信号をウエーブレット変換した結果の周波数（ａ）お
よびシフト量（ｂ）と前記照合メモリから読み出した前
記受信信号の周波数（ａ）およびシフト量（ｂ）を照合
する手順から構成されることを特徴とする。 （４）上記（１）記載の列車検知方式において、前記判
断を、軌道回路上で受信する信号波の波形から基準とな
る波形と相似な波形だけを時間軸情報を含んで抽出する
変換手法を用いて行う手順からなることを特徴とする。 （５）上記（１）記載の列車検知方式において、前記判
断を自然観測法の変換手法を用いて、位数Ｍとパラメー
タλをあらかじめ設定しておき、ｎm (M)（ｎ）＝Ｘm (M)
ｆ（ｎ）に受信信号を適用し、この式の逆変換を求め、
平常時受信信号と比較する手順からなることを特徴とす
る。 （６）列車検知方式において、軌道回路上で受信する信
号波のレベル、位相、波形および波形特徴からなる変数
の中から任意に採用した複数の変数に基づいた複数の列
車の在線・非在線の判断に基づいて総合判断する手順か
らなることを特徴とする。 （７）列車検知装置において、受信信号の所定周波数領
域を抽出するフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力を
アナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換手
段と、該アナログ／デジタル変換手段の出力をウエーブ
レット変換するウエーブレット変換手段と、該ウエーブ
レット変換手段の出力と在線・非在線の判断基準を表す
信号パターンとを照合して在線・非在線の判断を出力す
るパターン照合手段と、在線・非在線の判断基準を表す
信号パターンを出力する信号パターン記憶手段とからな
ることを特徴とする。
するために以下の手段を採用する。 （１）列車検知方法において、軌道回路上で受信する信
号波の波形または波形特徴に基づいて列車の在線・非在
線を判断する手順からなることを特徴とする。 （２）上記（１）記載の列車検知方式において、前記判
断をウエーブレット変換手段を用いて周波数（ａ）およ
びシフト量（ｂ）を変えて行う手順からなることを特徴
とする。 （３）上記（１）または（２）記載の列車検知方式にお
いて、ウエーブレット変換手段が、デジタル変換された
受信信号をウエーブレット変換し、周波数（ａ）および
シフト量（ｂ）を求め照合メモリへ格納する手順、パタ
ーン照合手段が、予め平常時受信信号または短絡不良時
の信号をウエーブレット変換した結果の周波数（ａ）お
よびシフト量（ｂ）と前記照合メモリから読み出した前
記受信信号の周波数（ａ）およびシフト量（ｂ）を照合
する手順から構成されることを特徴とする。 （４）上記（１）記載の列車検知方式において、前記判
断を、軌道回路上で受信する信号波の波形から基準とな
る波形と相似な波形だけを時間軸情報を含んで抽出する
変換手法を用いて行う手順からなることを特徴とする。 （５）上記（１）記載の列車検知方式において、前記判
断を自然観測法の変換手法を用いて、位数Ｍとパラメー
タλをあらかじめ設定しておき、ｎm (M)（ｎ）＝Ｘm (M)
ｆ（ｎ）に受信信号を適用し、この式の逆変換を求め、
平常時受信信号と比較する手順からなることを特徴とす
る。 （６）列車検知方式において、軌道回路上で受信する信
号波のレベル、位相、波形および波形特徴からなる変数
の中から任意に採用した複数の変数に基づいた複数の列
車の在線・非在線の判断に基づいて総合判断する手順か
らなることを特徴とする。 （７）列車検知装置において、受信信号の所定周波数領
域を抽出するフィルタ手段と、該フィルタ手段の出力を
アナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換手
段と、該アナログ／デジタル変換手段の出力をウエーブ
レット変換するウエーブレット変換手段と、該ウエーブ
レット変換手段の出力と在線・非在線の判断基準を表す
信号パターンとを照合して在線・非在線の判断を出力す
るパターン照合手段と、在線・非在線の判断基準を表す
信号パターンを出力する信号パターン記憶手段とからな
ることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００２４】本発明は信号波形解析に従来のフーリエ解
析では時間軸の解析ができない欠点を補うために、ウエ
ーブレット解析や自然観測法等の波形分析技術を利用
し、受信波形またはその特徴抽出を行い、波形またはそ
の波形特徴の差異により列車の在線を検出することに特
徴がある。
析では時間軸の解析ができない欠点を補うために、ウエ
ーブレット解析や自然観測法等の波形分析技術を利用
し、受信波形またはその特徴抽出を行い、波形またはそ
の波形特徴の差異により列車の在線を検出することに特
徴がある。
【００２５】（第１実施例）本発明の第１の列車検知方
法の手順は以下のようになる。 送信側からレール上に送信される信号波を受信側で一
定時間サンプリングする。 時間軸の解析を含むウエーブレット解析法、自然観測
法などにより波形処理を行う。 平常時の受信信号について上記の波形処理をし、そ
の結果に対し前記サンプリング信号の類似度を算出す
る。 ・波形処理結果は、複数の時系列で得られるので、それ
ぞれの波形の時系列の類似度を算出する。 前記サンプリング信号波が前記平常時の受信信号波と
比べ類似度が閾値より低い場合は、列車在線とする。 ・時系列の類似度は単純類似度など一般的な計算式を利
用する。
法の手順は以下のようになる。 送信側からレール上に送信される信号波を受信側で一
定時間サンプリングする。 時間軸の解析を含むウエーブレット解析法、自然観測
法などにより波形処理を行う。 平常時の受信信号について上記の波形処理をし、そ
の結果に対し前記サンプリング信号の類似度を算出す
る。 ・波形処理結果は、複数の時系列で得られるので、それ
ぞれの波形の時系列の類似度を算出する。 前記サンプリング信号波が前記平常時の受信信号波と
比べ類似度が閾値より低い場合は、列車在線とする。 ・時系列の類似度は単純類似度など一般的な計算式を利
用する。
【００２６】図１は本発明の構成要素の概略配置図であ
る。
る。
【００２７】本発明の第１の列車検知方法および列車検
知装置の基本構成を図１に基づいて説明する。
知装置の基本構成を図１に基づいて説明する。
【００２８】閉塞区間を構成するレール１３、１４の両
端には、それぞれインピーダンスボンドの１次巻線１
２、１５が接続されている。一方の１次巻線１２に鉄心
を介して送信部１０のインピーダンスボンドの２次巻線
１１が電磁結合されている。この送信部１０には、図示
しない、軌道リアクトルまたは軌道抵抗を介して軌道変
圧器が配置され、各軌道回路方式に応じた送信信号を入
力できるようになっている。前記送信信号は、例えば、
低周波軌道回路方式の場合、使用周波数は２５〜１２０
Ｈｚの信号を用いる。
端には、それぞれインピーダンスボンドの１次巻線１
２、１５が接続されている。一方の１次巻線１２に鉄心
を介して送信部１０のインピーダンスボンドの２次巻線
１１が電磁結合されている。この送信部１０には、図示
しない、軌道リアクトルまたは軌道抵抗を介して軌道変
圧器が配置され、各軌道回路方式に応じた送信信号を入
力できるようになっている。前記送信信号は、例えば、
低周波軌道回路方式の場合、使用周波数は２５〜１２０
Ｈｚの信号を用いる。
【００２９】他方のインピーダンスボンドの１次巻線１
５に鉄心を介して、中継する装置・トランス類・ケーブ
ル類１７のインピーダンスボンドの２次巻線１６が電磁
結合されている。中継する装置・トランス類・ケーブル
類１７には回路基板に形成されたフィルタ１８およびＡ
／Ｄ変換器１９を介して処理部２０が接続され、処理部
２０の演算結果により列車在線か否かの接点出力を行
う。
５に鉄心を介して、中継する装置・トランス類・ケーブ
ル類１７のインピーダンスボンドの２次巻線１６が電磁
結合されている。中継する装置・トランス類・ケーブル
類１７には回路基板に形成されたフィルタ１８およびＡ
／Ｄ変換器１９を介して処理部２０が接続され、処理部
２０の演算結果により列車在線か否かの接点出力を行
う。
【００３０】処理部２０は、図示しない、ＣＰＵ（中央
演算装置）やＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で
構成されている。いずれかの処理で、列車在線と判定さ
れた場合に、列車在線と表示する。
演算装置）やＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で
構成されている。いずれかの処理で、列車在線と判定さ
れた場合に、列車在線と表示する。
【００３１】この在線検出を、ウエーブレット変換また
は自然観測法を用いた例について、図４から図８に基づ
き詳細に説明する。
は自然観測法を用いた例について、図４から図８に基づ
き詳細に説明する。
【００３２】（ウエーブレット変換例）図５は、本発明
のウエーブレット変換を用いる第１実施例のブロック構
成図である。
のウエーブレット変換を用いる第１実施例のブロック構
成図である。
【００３３】図５において、１６は上記低周波軌道回路
方式の送信信号を受信するインピーダンスボンドの２次
巻線であり、２次巻線１６の受信信号はフィルタ１８お
よびＡ／Ｄ変換機１９を介してデジタル信号としてコン
ピュータＣＯＭからなる処理部２０に取り込まれる。
方式の送信信号を受信するインピーダンスボンドの２次
巻線であり、２次巻線１６の受信信号はフィルタ１８お
よびＡ／Ｄ変換機１９を介してデジタル信号としてコン
ピュータＣＯＭからなる処理部２０に取り込まれる。
【００３４】処理部２０は以下のように動作する。信号
メモリ３９は定まったサンプリング間隔でデジタル化さ
れた受信信号を順次格納する。信号メモリ３９に一定量
格納されると、ウエーブレット変換器４０が変換動作を
開始し、変換結果を照合メモリ４１に格納する。
メモリ３９は定まったサンプリング間隔でデジタル化さ
れた受信信号を順次格納する。信号メモリ３９に一定量
格納されると、ウエーブレット変換器４０が変換動作を
開始し、変換結果を照合メモリ４１に格納する。
【００３５】信号パターンメモリ４２には、予め列車が
在線していない平常時受信信号波形をウエーブレット変
換した結果が基準信号パターンとして書き込まれてい
る。パターン照合器４５において信号パターンメモリ４
２の基準信号パターンと照合メモリ４１の変換パターン
とを照合し、これらの内容が類似していれば信号有り、
それ以外なら信号無しと判定する。これによって、受信
側がこの位置に信号を検出したか否かを確認し、信号ビ
ット列を出力する。
在線していない平常時受信信号波形をウエーブレット変
換した結果が基準信号パターンとして書き込まれてい
る。パターン照合器４５において信号パターンメモリ４
２の基準信号パターンと照合メモリ４１の変換パターン
とを照合し、これらの内容が類似していれば信号有り、
それ以外なら信号無しと判定する。これによって、受信
側がこの位置に信号を検出したか否かを確認し、信号ビ
ット列を出力する。
【００３６】このウエーブレット変換により在線検出を
行う場合、主な実施形態は、図１および図５に基づく、
以下の形態になる。 前記実施例の示されるように、信号パターンメモリ４
２に記憶されている基準信号パターンとして予め列車が
在線していない平常時受信信号波形をウエーブレット変
換して記憶し、この基準信号パターンと照合メモリ４１
の変換パターンとを比べて、類似性が無いときは列車在
線有りと判断する。
行う場合、主な実施形態は、図１および図５に基づく、
以下の形態になる。 前記実施例の示されるように、信号パターンメモリ４
２に記憶されている基準信号パターンとして予め列車が
在線していない平常時受信信号波形をウエーブレット変
換して記憶し、この基準信号パターンと照合メモリ４１
の変換パターンとを比べて、類似性が無いときは列車在
線有りと判断する。
【００３７】図４はウエーブレット解析動作を説明する
図である。図４（ａ）は搬送信号波形を例示し、図４
（ｂ）はマザーウエーブレットを例示し、図４（ｃ）は
ウエーブレット変換後の周波数（ａ）対シフト量（ｂ）
のａ−ｂ平面図である。
図である。図４（ａ）は搬送信号波形を例示し、図４
（ｂ）はマザーウエーブレットを例示し、図４（ｃ）は
ウエーブレット変換後の周波数（ａ）対シフト量（ｂ）
のａ−ｂ平面図である。
【００３８】軌道回路搬送方式により信号伝送を行う場
合、搬送信号として、たとえばデジタル信号により変調
される、図４（ａ）に示すような搬送周波数ｆを用いた
バースト信号Ｆ（ｔ）が良く利用されるが、この波形の
特徴量としては、周波数ｆ、バースト幅Ｔ、そして、キ
ャリア位相φの３つが代表的な要素である。このような
バースト信号Ｆ（ｔ）に対して、図４（ｂ）に示すよう
な周波数（ａ）、時間幅Ｔ’（バースト信号のバースト
幅Ｔとは等しくなくてよい）、シフト量（ｂ）を有する
ウエーブレット（波束）Ｗ（ｔ）を乗じ、シフト量
（ｂ）を変えながらこれを時間軸上で順次畳み込み積分
（コンボルーション演算）することにより、時間−周波
数平面にウェーブレット強度（積分値）が定義される
が、この強度の等しい点を結ぶことにより、図４（ｃ）
に示すような、ウエーブレット変換後の周波数（ａ）対
シフト量（ｂ）のａ−ｂ平面図として、信号固有の等高
線状の同心パターンが得られる。なお、図４（ｂ）にお
けるシフト量（ｂ）は、ｔ＝０の点からウエーブレット
Ｗ（ｔ）の中心までの時間を表す。
合、搬送信号として、たとえばデジタル信号により変調
される、図４（ａ）に示すような搬送周波数ｆを用いた
バースト信号Ｆ（ｔ）が良く利用されるが、この波形の
特徴量としては、周波数ｆ、バースト幅Ｔ、そして、キ
ャリア位相φの３つが代表的な要素である。このような
バースト信号Ｆ（ｔ）に対して、図４（ｂ）に示すよう
な周波数（ａ）、時間幅Ｔ’（バースト信号のバースト
幅Ｔとは等しくなくてよい）、シフト量（ｂ）を有する
ウエーブレット（波束）Ｗ（ｔ）を乗じ、シフト量
（ｂ）を変えながらこれを時間軸上で順次畳み込み積分
（コンボルーション演算）することにより、時間−周波
数平面にウェーブレット強度（積分値）が定義される
が、この強度の等しい点を結ぶことにより、図４（ｃ）
に示すような、ウエーブレット変換後の周波数（ａ）対
シフト量（ｂ）のａ−ｂ平面図として、信号固有の等高
線状の同心パターンが得られる。なお、図４（ｂ）にお
けるシフト量（ｂ）は、ｔ＝０の点からウエーブレット
Ｗ（ｔ）の中心までの時間を表す。
【００３９】図４（ｃ）は、雑音の乗っていないバース
ト信号のウエーブレット変換後の結果である基準信号パ
ターンの例である。
ト信号のウエーブレット変換後の結果である基準信号パ
ターンの例である。
【００４０】また、図６は、ウエーブレット変換によっ
て信号と雑音とを分離した一例を示す図である。図６
（ａ）は時間軸上の信号波形であり、バースト信号の他
に、図６（ａ）に示すような雑音が存在する場合であっ
ても、図６（ｂ）に示すように、これをウエーブレット
変換した後の周波数対シフト量のａ−ｂ平面図で見る
と、左側の信号に対する変換パターンＷｓは幅が広く、
かつ、特定の周波数帯域に存在するのに対して、右側の
ウエーブレット変換後の雑音の変換パターンＷｎは幅が
狭く、かつ、周波数帯域が外れているので、前述のよう
に、パターン照合器４５において信号パターンメモリ４
２の基準信号パターンと照合メモリ４１の変換パターン
とを照合する過程により、信号のみを正確に弁別して検
出することができる。
て信号と雑音とを分離した一例を示す図である。図６
（ａ）は時間軸上の信号波形であり、バースト信号の他
に、図６（ａ）に示すような雑音が存在する場合であっ
ても、図６（ｂ）に示すように、これをウエーブレット
変換した後の周波数対シフト量のａ−ｂ平面図で見る
と、左側の信号に対する変換パターンＷｓは幅が広く、
かつ、特定の周波数帯域に存在するのに対して、右側の
ウエーブレット変換後の雑音の変換パターンＷｎは幅が
狭く、かつ、周波数帯域が外れているので、前述のよう
に、パターン照合器４５において信号パターンメモリ４
２の基準信号パターンと照合メモリ４１の変換パターン
とを照合する過程により、信号のみを正確に弁別して検
出することができる。
【００４１】図７は、信号と雑音との間に殆どレベル差
がない場合に、ウエーブレット変換によって信号と雑音
とを分離した一例を示す図である。
がない場合に、ウエーブレット変換によって信号と雑音
とを分離した一例を示す図である。
【００４２】図７（ａ）には、信号の前後に信号とレベ
ル差の殆どない正弦波雑音が存在する場合が示されてい
るが、これを従来のように単にローパスフィルタによっ
て処理した場合は、図７（ａ）に示すように、雑音とし
て切り捨てるためのスレショルドレベルを変えても、雑
音と信号が同じ程度の出力レベルなので、信号の分離が
困難である。しかしながら、図７（ａ）の信号および雑
音をウエーブレット変換した結果は、図７（ｂ）の周波
数対シフト量のａ−ｂ平面図に示すように、信号は同心
の特定周波数帯域の変換パターンＷｓとして弁別され、
一方、雑音はａ（周波数）＝一定の全く異なる形状の変
換パターンＷｎとして現出する。これにより正弦波雑音
レベルの高い状態であっても正確に信号のみを受信する
ことが可能となる。
ル差の殆どない正弦波雑音が存在する場合が示されてい
るが、これを従来のように単にローパスフィルタによっ
て処理した場合は、図７（ａ）に示すように、雑音とし
て切り捨てるためのスレショルドレベルを変えても、雑
音と信号が同じ程度の出力レベルなので、信号の分離が
困難である。しかしながら、図７（ａ）の信号および雑
音をウエーブレット変換した結果は、図７（ｂ）の周波
数対シフト量のａ−ｂ平面図に示すように、信号は同心
の特定周波数帯域の変換パターンＷｓとして弁別され、
一方、雑音はａ（周波数）＝一定の全く異なる形状の変
換パターンＷｎとして現出する。これにより正弦波雑音
レベルの高い状態であっても正確に信号のみを受信する
ことが可能となる。
【００４３】（ウエーブレット変換例の効果）短絡によ
る電圧の減衰が十分得られないため従来は困難であった
接触不良の場合の列車の在線判断を行えるようになる。
る電圧の減衰が十分得られないため従来は困難であった
接触不良の場合の列車の在線判断を行えるようになる。
【００４４】（デジタル自然観測法例）デジタル自然観
測法は、フーリエ変換やＺ変換等と類似した新しい変換
であるが、瞬時性に着目しているという点で、特色があ
る。
測法は、フーリエ変換やＺ変換等と類似した新しい変換
であるが、瞬時性に着目しているという点で、特色があ
る。
【００４５】与えられた任意の時系列を｛ｆ（ｎ）｝と
したとき、恒等作用素Ｉおよび遅延作用素Ｄをそれぞれ Ｉｆ（ｎ）＝ｆ（ｎ）、Ｄｆ（ｎ）＝ｆ（ｎ−１） （１） で定義する。これらの作用素を用いてΓ＝（１−λ）Ｉ
＋λＤ Λ＝λＩ−λＤ （０＜λ＜１） （２） なる作用素Γ、Λを定義した後、 Ｘm (M)＝ΓM-mΛm （ｍ＝０、１、・・・、Ｍ） （３） なる作用素によって ｎm (M)（ｎ）＝Ｘm (M)ｆ（ｎ） （ｍ＝０、１、・・・、Ｍ） （４） なる時系列を定義すれば、これらＭ＋１種類の時系列
｛ｎm (M)（ｎ）｝から逆に
したとき、恒等作用素Ｉおよび遅延作用素Ｄをそれぞれ Ｉｆ（ｎ）＝ｆ（ｎ）、Ｄｆ（ｎ）＝ｆ（ｎ−１） （１） で定義する。これらの作用素を用いてΓ＝（１−λ）Ｉ
＋λＤ Λ＝λＩ−λＤ （０＜λ＜１） （２） なる作用素Γ、Λを定義した後、 Ｘm (M)＝ΓM-mΛm （ｍ＝０、１、・・・、Ｍ） （３） なる作用素によって ｎm (M)（ｎ）＝Ｘm (M)ｆ（ｎ） （ｍ＝０、１、・・・、Ｍ） （４） なる時系列を定義すれば、これらＭ＋１種類の時系列
｛ｎm (M)（ｎ）｝から逆に
【００４６】
【式１】
【００４７】（５）
なる式によって、元の時系列｛ｆ（ｎ）｝を復元するこ
とができる。ただし
とができる。ただし
【００４８】
【数１】
【００４９】は二項係数である。
【００５０】式（４）を正変換、式（５）を逆変換とい
い、両者を併せて自然観測変換という。
い、両者を併せて自然観測変換という。
【００５１】ｎm (M)（ｎ）は時系列｛ｆ（ｎ）｝に対応
する基本観測値と呼ばれ、位数Ｍとパラメータλをあら
かじめ設定しておくことによって、その値が一意的に定
まる。
する基本観測値と呼ばれ、位数Ｍとパラメータλをあら
かじめ設定しておくことによって、その値が一意的に定
まる。
【００５２】上記（４）式に受信信号を適用し、上記
（５）式から元の時系列｛ｆ（ｎ）｝信号を求め、予め
求めてある平常時受信信号と比べ、前記ウエーブレット
変換例において述べたように、類似性が有るか否かによ
り、列車の在線・非在線を判断することができる。
（５）式から元の時系列｛ｆ（ｎ）｝信号を求め、予め
求めてある平常時受信信号と比べ、前記ウエーブレット
変換例において述べたように、類似性が有るか否かによ
り、列車の在線・非在線を判断することができる。
【００５３】この自然観測法により在線検出を行う場
合、主な実施形態は、以下の形態になる。 図１および図５に基づいて、前記信号パターンメモリ
４２に記憶されている基準信号パターンとして予め列車
が在線していない平常時受信信号を記憶し、この平常時
受信信号と照合メモリ４１の変換パターンとを比べて、
類似性が無いときは列車在線有りと判断する。 図２に基づいて、ＣＰＵやＤＳＰの計算によって特徴
量を算出するのではなく、特定の波形（波形特徴）だけ
を受理する波形受理フィルタ２１回路を用いて特定の入
力信号のみを取込み、その取り込んだ特定の入力信号の
みを照合メモリ４１に記憶しておき、前記信号パターン
メモリ４２に記憶されている基準信号パターンとして予
め列車が在線していない平常時受信信号を記憶してお
き、両者の類似性を判定する。類似性が無いときは列車
在線有りと判断する。
合、主な実施形態は、以下の形態になる。 図１および図５に基づいて、前記信号パターンメモリ
４２に記憶されている基準信号パターンとして予め列車
が在線していない平常時受信信号を記憶し、この平常時
受信信号と照合メモリ４１の変換パターンとを比べて、
類似性が無いときは列車在線有りと判断する。 図２に基づいて、ＣＰＵやＤＳＰの計算によって特徴
量を算出するのではなく、特定の波形（波形特徴）だけ
を受理する波形受理フィルタ２１回路を用いて特定の入
力信号のみを取込み、その取り込んだ特定の入力信号の
みを照合メモリ４１に記憶しておき、前記信号パターン
メモリ４２に記憶されている基準信号パターンとして予
め列車が在線していない平常時受信信号を記憶してお
き、両者の類似性を判定する。類似性が無いときは列車
在線有りと判断する。
【００５４】（デジタル自然観測法例の効果）このデジ
タル自然観測法を軌道回路の受信信号の解析に用いれ
ば、今までにない瞬時性に着目した正確な解析を行うこ
とができる。
タル自然観測法を軌道回路の受信信号の解析に用いれ
ば、今までにない瞬時性に着目した正確な解析を行うこ
とができる。
【００５５】（第２実施例）第２列車検知方法の手順は
以下のようになる。 （イ）送信側からレール上に送信される低周波を受信側
で一定時間サンプリングする。 （ロ）時間軸の解析を含むウエーブレット解析法、自然
観測法などにより波形処理を行う。 （ハ）短絡不良時の信号波について上記の波形処理を
し、その結果に対し前記サンプリング信号の類似度を算
出する。 ・波形処理結果は、複数の時系列で得られるので、それ
ぞれの波形の時系列の類似度を算出する。 （ニ）前記サンプリング信号波が短絡不良時の信号波と
比べ類似度が閾値より高い場合は、列車在線とする。
以下のようになる。 （イ）送信側からレール上に送信される低周波を受信側
で一定時間サンプリングする。 （ロ）時間軸の解析を含むウエーブレット解析法、自然
観測法などにより波形処理を行う。 （ハ）短絡不良時の信号波について上記の波形処理を
し、その結果に対し前記サンプリング信号の類似度を算
出する。 ・波形処理結果は、複数の時系列で得られるので、それ
ぞれの波形の時系列の類似度を算出する。 （ニ）前記サンプリング信号波が短絡不良時の信号波と
比べ類似度が閾値より高い場合は、列車在線とする。
【００５６】以上の手順は、既に述べた各例において、
前記図５における信号パターンメモリ４２に予め基準信
号波形をウエーブレット変換した結果として記憶すると
きの、その基準信号波形として平常時受信信号波形の代
わりに短絡不良時の信号波形を用い、閾値判断を類似度
が閾値より高い場合は、列車在線と判断するようにした
点を除いて同じになっている。
前記図５における信号パターンメモリ４２に予め基準信
号波形をウエーブレット変換した結果として記憶すると
きの、その基準信号波形として平常時受信信号波形の代
わりに短絡不良時の信号波形を用い、閾値判断を類似度
が閾値より高い場合は、列車在線と判断するようにした
点を除いて同じになっている。
【００５７】ウエーブレット変換により在線検出を行う
場合、主な実施形態は以下のになる。 信号パターンメモリ４２に記憶されている基準信号パ
ターンとして予め列車が在線している異常時の入力信号
をウエーブレット変換して記憶し、この入力信号と照合
メモリの変換パターンとを比べて、類似性が有るときは
列車の在線有りと判断する。
場合、主な実施形態は以下のになる。 信号パターンメモリ４２に記憶されている基準信号パ
ターンとして予め列車が在線している異常時の入力信号
をウエーブレット変換して記憶し、この入力信号と照合
メモリの変換パターンとを比べて、類似性が有るときは
列車の在線有りと判断する。
【００５８】自然観測法により在線検出を行う場合、主
な実施形態は、以下の形態になる。 図１および図５に基づいて、前記信号パターンメモリ
４２に記憶されている基準信号パターンとして予め列車
が在線している異常時の入力信号を記憶し、この基準信
号と照合メモリの信号とを比べて、類似性が有るときは
列車在線有りと判断する。 図２に基づいて、ＣＰＵやＤＳＰの計算によって特徴
量を算出するのではなく、特定の波形（波形特徴）だけ
を受理する波形受理フィルタ２１回路を用いて特定の入
力信号のみを取込み、その取り込んだ特定の入力信号の
みを照合メモリに記憶しておき、前記信号パターンメモ
リ４２に記憶されている基準信号パターンとして予め列
車が在線している異常時の入力信号を記憶しておき、両
者の類似性を判定する。類似性が有るときは列車在線有
りと判断する。
な実施形態は、以下の形態になる。 図１および図５に基づいて、前記信号パターンメモリ
４２に記憶されている基準信号パターンとして予め列車
が在線している異常時の入力信号を記憶し、この基準信
号と照合メモリの信号とを比べて、類似性が有るときは
列車在線有りと判断する。 図２に基づいて、ＣＰＵやＤＳＰの計算によって特徴
量を算出するのではなく、特定の波形（波形特徴）だけ
を受理する波形受理フィルタ２１回路を用いて特定の入
力信号のみを取込み、その取り込んだ特定の入力信号の
みを照合メモリに記憶しておき、前記信号パターンメモ
リ４２に記憶されている基準信号パターンとして予め列
車が在線している異常時の入力信号を記憶しておき、両
者の類似性を判定する。類似性が有るときは列車在線有
りと判断する。
【００５９】（第２実施例の効果）本発明の第２実施例
によれば、本来の短絡不良を適切に判断することにより
在線を判断することができるようになる。
によれば、本来の短絡不良を適切に判断することにより
在線を判断することができるようになる。
【００６０】（他の実施の形態）以上、受信波形の特徴
抽出をウエーブレット解析または自然観測法の適用によ
り行い、波形特徴の差異により列車在線を検知する技術
思想を示したが、実際に列車の在線を判断するときは、
図３（ｂ）に示すような、車輪がレール頭頂面に良好に
接触する場合の判断基準である、受信信号レベルが所定
閾値より小さくなることを検知する判断も同時に考慮の
対象とする。
抽出をウエーブレット解析または自然観測法の適用によ
り行い、波形特徴の差異により列車在線を検知する技術
思想を示したが、実際に列車の在線を判断するときは、
図３（ｂ）に示すような、車輪がレール頭頂面に良好に
接触する場合の判断基準である、受信信号レベルが所定
閾値より小さくなることを検知する判断も同時に考慮の
対象とする。
【００６１】このように併合条件によって判断すること
により、安全性を高めることができる。
により、安全性を高めることができる。
【００６２】受信信号の波形、波形特徴を対象とし、瞬
時性に着目して時間軸情報を評価する解析手法であれば
本発明の解決手段として採用できる。
時性に着目して時間軸情報を評価する解析手法であれば
本発明の解決手段として採用できる。
【００６３】以上述べた主な実施形態をまとめると、以
下のようになる。
下のようになる。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【発明の効果】酸化被膜等がレール又は車輪にある場
合、車両によるレール間の短絡不良が発生する。このと
き、信号波のレベルは十分に低下しないにも関わらず、
波形が変化することがある。このような現象を検知でき
るため、軌道回路を利用した列車の在線検知の検知性能
が向上する。
合、車両によるレール間の短絡不良が発生する。このと
き、信号波のレベルは十分に低下しないにも関わらず、
波形が変化することがある。このような現象を検知でき
るため、軌道回路を利用した列車の在線検知の検知性能
が向上する。
【００６６】また、基準信号波形を平常時受信信号波形
または短絡不良時の信号波形としたので、従来適切に判
断できなかった短絡不良の検出が適切に行える。
または短絡不良時の信号波形としたので、従来適切に判
断できなかった短絡不良の検出が適切に行える。
【図１】本発明の構成要素の概略配置図である。
【図２】本発明の追加要素を含む構成要素の概略配置図
である。
である。
【図３】従来の送信信号と受信信号を状態別に示した図
である。
である。
【図４】ウエーブレット解析動作を説明する図である。
【図５】本発明のウエーブレット変換を用いる第１実施
例のブロック構成図である。
例のブロック構成図である。
【図６】ウエーブレット変換によって信号と雑音とを分
離した一例を示す図である。
離した一例を示す図である。
【図７】信号と雑音との間に殆どレベル差がない場合
に、ウエーブレット変換によって信号と雑音とを分離し
た一例を示す図である。
に、ウエーブレット変換によって信号と雑音とを分離し
た一例を示す図である。
【図８】従来の複線自動閉塞式の軌道回路の概念を示す
図である。
図である。
【図９】従来の軌道回路の境界部分を示す図である。
１０ 送信部
１１、１６ インピーダンスボンドの２次巻線
１２、１５ インピーダンスボンドの１次巻線
１３、１４ レール
１７ 中継する装置、トランス類、ケーブル類
１８ フィルタ
１９ Ａ／Ｄ変換器
２０ 処理部
２１ 波形受理フィルタ
３９ 信号メモリ
４０ ウエーブレット変換器
４１ 照合メモリ
４２ 信号パターンメモリ
４５ パターン照合器
Claims (7)
- 【請求項１】軌道回路上で受信する信号波の波形または
波形特徴に基づいて列車の在線・非在線を判断する手順
からなることを特徴とする列車検知方法。 - 【請求項２】前記判断をウエーブレット変換手段を用い
て周波数（ａ）およびシフト量（ｂ）を変えて行う手順
からなることを特徴とする請求項１記載の列車検知方
法。 - 【請求項３】ウエーブレット変換手段が、デジタル変換
された受信信号をウエーブレット変換し、周波数（ａ）
およびシフト量（ｂ）を求め照合メモリへ格納する手
順、パターン照合手段が、予め平常時受信信号または短
絡不良時の信号をウエーブレット変換した結果の周波数
（ａ）およびシフト量（ｂ）と前記照合メモリから読み
出した前記受信信号の周波数（ａ）およびシフト量
（ｂ）を照合する手順から構成されることを特徴とする
請求項１または２記載の列車検知方法。 - 【請求項４】前記判断を、軌道回路上で受信する信号波
の波形から基準となる波形と相似な波形だけを時間軸情
報を含んで抽出する変換手法を用いて行う手順からなる
ことを特徴とする請求項１記載の列車検知方法。 - 【請求項５】前記判断を自然観測法の変換手法を用い
て、位数Ｍとパラメータλをあらかじめ設定しておき、
ｎm (M)（ｎ）＝Ｘm (M)ｆ（ｎ）に受信信号を適用し、こ
の式の逆変換を求め、平常時受信信号と比較する手順か
らなることを特徴とする請求項１記載の列車検知方法。 - 【請求項６】軌道回路上で受信する信号波のレベル、位
相、波形および波形特徴からなる変数の中から任意に採
用した複数の変数に基づいた複数の列車の在線・非在線
の判断に基づいて総合判断する手順からなることを特徴
とする列車検知方法。 - 【請求項７】受信信号の所定周波数領域を抽出するフィ
ルタ手段と、該フィルタ手段の出力をアナログ／デジタ
ル変換するアナログ／デジタル変換手段と、該アナログ
／デジタル変換手段の出力をウエーブレット変換するウ
エーブレット変換手段と、該ウエーブレット変換手段の
出力と在線・非在線の判断基準を表す信号パターンとを
照合して在線・非在線の判断を出力するパターン照合手
段と、在線・非在線の判断基準を表す信号パターンを出
力する信号パターン記憶手段とからなることを特徴とす
る列車検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002023305A JP3853662B2 (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 列車検知方法および列車検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002023305A JP3853662B2 (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 列車検知方法および列車検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003220947A true JP2003220947A (ja) | 2003-08-05 |
| JP3853662B2 JP3853662B2 (ja) | 2006-12-06 |
Family
ID=27746050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002023305A Expired - Fee Related JP3853662B2 (ja) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | 列車検知方法および列車検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3853662B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006151044A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | Toho Electrical Construction Co Ltd | 閉電路形踏切制御子の列車検知アダプタ |
| JP2007137371A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Railway Technical Res Inst | 軌道短絡改善方法及びその装置 |
| JP2016016731A (ja) * | 2014-07-08 | 2016-02-01 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 列車位置検出システムおよび列車位置検出方法、ならびに、プログラム |
-
2002
- 2002-01-31 JP JP2002023305A patent/JP3853662B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006151044A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | Toho Electrical Construction Co Ltd | 閉電路形踏切制御子の列車検知アダプタ |
| JP4662757B2 (ja) * | 2004-11-25 | 2011-03-30 | 東邦電機工業株式会社 | 閉電路形踏切制御子の列車検知アダプタ |
| JP2007137371A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | Railway Technical Res Inst | 軌道短絡改善方法及びその装置 |
| JP4685606B2 (ja) * | 2005-11-22 | 2011-05-18 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 軌道短絡改善方法及びその装置 |
| JP2016016731A (ja) * | 2014-07-08 | 2016-02-01 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 列車位置検出システムおよび列車位置検出方法、ならびに、プログラム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3853662B2 (ja) | 2006-12-06 |
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