JP2004271255A - Train own-vehicle position detection method and train own-vehicle position detection system - Google Patents

Train own-vehicle position detection method and train own-vehicle position detection system Download PDF

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JP2004271255A JP2003059450A JP2003059450A JP2004271255A JP 2004271255 A JP2004271255 A JP 2004271255A JP 2003059450 A JP2003059450 A JP 2003059450A JP 2003059450 A JP2003059450 A JP 2003059450A JP 2004271255 A JP2004271255 A JP 2004271255A
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君章 佐々木
Yasutaka Maki
康隆 真木
Mamoru Enomoto
衛 榎本
Isao Okamoto
勲 岡本
Satoshi Nakano
敏 中野
Masako Kamiyama
雅子 神山
Yoshio Sugawara
能生 菅原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a system for detecting the position of a train or the like based on GPS information or the like transmitted by radio from a plurality of satellites circulating around the earth. <P>SOLUTION: A DGPS is applied to a moving body running system, and running for information measurement of the train 2 is performed, to thereby create a line information database. At the operation running time, an information processing part 22 uses a DGPS distance, when reception reliability is high, specifies the distance by using the DGPS distance as a primary value, operates an operation time line curvature equivalent value and comparing it with a known line curvature equivalent value, when reception reliability is in the medium degree, and specifies the distance based on the axle distance based on the axle rotational frequency, when the reception reliability is low. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地球を周回する複数のGPS衛星から電波によって送信されるGPS情報等に基づいて列車の位置を検出する方法及びシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、鉄道において、列車の走行している位置を検出する方法として、車輪の径を既知値とし、車輪の回転数を検出し、車輪が1回転するごとに、車輪の外周となる円の円周1個分だけ列車が移動するとして、走行距離を積算する原理を採用し、線路近傍に設置されたATS(Automatic Train Stop:自動列車停止装置)の地上子、又はATC(Automatic Train Control:自動列車制御装置)の地上子等を基準の位置とし、ATS地上子等の位置からの積算走行距離によって線路における自車の現在位置(例えば、その線路の起点からの距離程)を算出する方法が知られている。この方法では、ATS地上子等の位置座標等は、あらかじめ計測され既知となっている。
【0003】
上記した車輪の回転数は、列車の車軸などに取り付けられた速度発電機等によって検出され算出される。列車に搭載された位置検出装置は、得られた車軸等の回転数から、列車の移動距離を積算し、ATS地上子等の位置座標から、列車の線路における現在位置を特定する(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−24846公報(第1−4頁、図1−3)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の自車位置検出方法においては、列車の車輪は、走行により摩耗するため、すべての車両で正確な車輪径値を当初の設定値に維持することは困難であり、列車走行期間の経過に伴って誤差が生じるという問題がある。また、車輪の空転、滑走などにより、積算走行距離に誤差が混入する場合もある。また、保守作業や工事等により、ATS地上子等が当初の位置から他の位置へ移設される場合があり、この場合には、移設後の位置座標を計測し、移設後のデータを上記の位置検出システムに再設定しておかないと、得られた自車位置は正確なものではなくなってしまう、という問題があった。また、自車の現在位置を一度見失うと、座標等が既知な特定駅に到達したときでないと、現在位置を検出できず、システムが復帰できない、という問題もあった。
【0006】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、地球を周回する複数のGPS衛星から電波によって送信されるGPS情報等に基づいて列車等の位置を検出する方法及びシステムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る列車自己位置検出方法は、列車に搭載される列車搭載装置と、地球を周回する複数のGPS衛星を用い、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出する方法であって、
前記列車搭載装置に、
前記GPS衛星から電波によって送信されるGPS情報を受信し、前記GPS情報に基づいてGPS位置座標を算出するGPS受信手段と、
前記列車走行時の車体の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を設け、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記GPS情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【0008】
また、本発明の請求項2に係る列車自己位置検出方法は、
請求項1に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【0009】
また、本発明の請求項3に係る列車自己位置検出方法は、
請求項1に記載の列車自車位置検出方法において、
前記GPS受信手段は、前記方位角検出手段を含み、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程により、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【0010】
また、本発明の請求項4に係る列車自己位置検出方法は、
請求項1に記載の列車自車位置検出方法において、
前記列車による情報測定用走行を行い、前記情報処理手段は、各時点での前記GPS位置座標に基づいて走行区間の各位置を検出するとともに、前記車軸回転数に基づいて基準位置からの走行距離を演算し、かつ、各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から前記走行区間の各位置における線路曲率に相当する値を演算し既知線路曲率相当値として前記線路情報データベースに記憶させること
を特徴とする。
【0011】
また、本発明の請求項5に係る列車自己位置検出方法は、
請求項4に記載の列車自車位置検出方法において、
位置が計測されている基準位置局を備え、
前記GPS受信手段は、前記GPS衛星から電波によって送信されるGPS情報と、前記基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、前記GPS情報及び前記位置補正情報に基づいてDGPS位置座標を算出し、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を走行する際には、前記GPS情報及び前記位置補正情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算すること
を特徴とする。
【0012】
また、本発明の請求項6に係る列車自己位置検出方法は、
請求項4に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記GPS情報の受信に用いた前記GPS衛星の個数nの関数であり、前記nが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第1項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるHDOPの関数であり、前記HDOPが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第2項のうちの
少なくとも1つを有して構成される関数であること
を特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項7に係る列車自己位置検出方法は、
請求項4に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記GPS情報の受信に用いた前記GPS衛星の個数nの関数であり、前記nが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第1項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるHDOPの関数であり、前記HDOPが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第2項と、
前記位置補正情報を受信した最近の時刻と、前記受信信頼度係数の演算時刻との時間差であるディファレンシャル補正データ更新時間tの関数であり、前記tが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第3項のうちの
少なくとも1つを有して構成される関数であること
を特徴とする。
【0014】
また、本発明の請求項8に係る列車自己位置検出方法は、
請求項7に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ディファレンシャル補正データ更新時間tの値は、非常に大きな値に設定されること
を特徴とする。
【0015】
また、本発明の請求項9に係る列車自己位置検出方法は、
請求項7に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記第1項と前記第2項の和に、前記第3項を乗算することにより得られる関数であること
を特徴とする。
【0016】
また、本発明の請求項10に係る列車自己位置検出方法は、
請求項5に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記DGPS位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定する場合には、前記情報測定用走行により前記情報記憶手段に記憶されたDGPS座標情報のうち、運用走行時のGPS情報及び位置補正情報から得られた位置である第1位置に近い2つの座標情報の位置である第2位置と第3位置を選択し、当該第2位置と第3位置を結ぶ線分に前記第1位置からおろした垂線が前記線分と交わる位置をもって列車の現在位置とすること
を特徴とする。
【0017】
また、本発明の請求項11に係る列車自己位置検出方法は、
請求項5に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記運用時線路曲率相当値と前記既知線路曲率相当値との比較を行う場合には、前記既知線路曲率相当値データ群と前記運用時線路曲率相当値データ群とを、ある距離だけずらし、前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの差の2乗値の総和である偏差係数が最小となるか、又は前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの相互相関係数の値が最大となる場合に対応する距離程を前記列車の線路における現在位置として特定すること
を特徴とする。
【0018】
また、本発明の請求項12に係る列車自己位置検出方法は、
請求項5に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記DGPS位置座標により演算した走行距離と、前記車軸回転数により演算した走行距離の比に応じて、前記車軸回転数から前記列車の走行距離を演算する際の前記列車の車輪径の値を補正すること
を特徴とする。
【0019】
また、本発明の請求項13に係る列車自己位置検出システムは、
列車に搭載される列車搭載装置と、
地球を周回する複数のGPS衛星を有し、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出するシステムであって、
前記列車搭載装置は、
前記GPS衛星から電波によって送信されるGPS情報を受信し、前記GPS情報に基づいてGPS位置座標を算出するGPS受信手段と、
前記列車走行時の車体又は台車の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を備え、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記GPS情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0021】
図1は、本発明の一実施形態である列車自車位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【0022】
図1に示すように、この列車自車位置検出システム100は、列車搭載装置20と、基準位置局3と、GPS衛星G1,G2,G3,…,Gnを備えて構成されている。
【0023】
列車搭載装置20は、鉄道線路1を走行する列車2に搭載されている。また、基準位置局3は、公的な基準局であり、基準位置局3の位置は、あらかじめ計測等により既知である。基準位置局3は、送信アンテナ31を有しており、基準位置局3の位置や時間等に関する位置補正情報を電波によって送信している。
【0024】
また、複数のGPS衛星G1〜Gnは、地球を周回する人工衛星であり、その測位用コード、送信元のGPS衛星の軌道情報(送信元のGPS衛星の三次元位置座標と時間等に関する情報を含む)などのGPS情報を電波によって送信している。
【0025】
したがって、列車搭載装置20と複数のGPS衛星G1〜Gnと基準基地局3により、DGPS(Differential Global Positioning System:差動地球測位システム)が構成されている。
【0026】
上記した列車搭載装置20は、情報処理部22と、情報記憶部23と、第1アンテナ24と、第2アンテナ25と、GPS処理部26と、ディファレンシャル受信部27と、方位角検出部28と、車軸回転数検出部29を有している。ここに、情報処理部22は、特許請求の範囲における情報処理手段に相当し、情報記憶手段23は、特許請求の範囲における情報記憶手段に相当している。また、第1アンテナ24とGPS処理部26と第2アンテナ25とディファレンシャル受信部27は、特許請求の範囲におけるGPS受信手段に相当している。また、方位角検出部28は、特許請求の範囲における方位角検出手段に相当している。また、車軸回転数検出部29は、特許請求の範囲における車軸回転数検出手段に相当している。
【0027】
上記の第1アンテナ24は、GPS衛星G1等から送信される電波を検出し、GPS処理部26に出力する。また、第2アンテナ25は、基準位置局3から送信される電波を検出し、ディファレンシャル受信部27に出力する。ディファレンシャル受信部27は、第2アンテナ25が検出した電波により位置補正情報を得て、これをGPS処理部26に出力する。GPS処理部26は、これらGPS情報と位置補正情報を用いて自車の位置座標を検出し、情報処理部22に出力する。
【0028】
ここで、方位角とは、地理的な北極へ向かう方向線と列車2の進行方向線とのなす角度をいう。方位角検出部28は、地磁気センサ(図示せず)を有している。地磁気センサは、地球の磁界の強度を計測する磁気センサの一つである。地磁気センサとしては、探りコイル型磁気センサ、ホール素子型磁気センサ、磁気変調器型磁気センサなどが用いられる。これらの地磁気センサは、地球の磁界の北極(磁北極)の方向を検出する。
【0029】
上記した磁気変調器型磁気センサの一として、フラックス・ゲート型磁気センサが用いられる。フラックス・ゲート型磁気センサは、透磁率の高い材料からなるコアに巻かれた交流駆動コイルによりコアを磁気飽和させておき、コアに巻かれた他の磁界検出コイルに現れる出力電圧から外部磁界を検出するセンサである。磁界検出コイルを2組(x方向磁界検出コイル、y方向磁界検出コイル)設け、x方向磁界検出コイルとy方向磁界検出コイルが互いに垂直になるように配置することにより、外部磁界のx方向成分とy方向成分を検出することができる。
【0030】
この原理を利用することにより、地球の磁界の北極(磁北極)の方向を検出することができる。磁北極と地理的北極の位置関係は既知であるから、磁北極への方向を求めることにより、地理的な北極へ向かう方向線と列車2の進行方向線とのなす角度である方位角を検出することができる。方位角検出部28が他の形式の地磁気センサを有する場合も、原理は異なるが、磁北極の方向を検出することができ、これにもとづいて列車2の方位角を検出することができるようになっている。方位角検出部28の検出した方位角を示す出力は、情報処理部22に送られる。
【0031】
また、車軸回転数検出部29は、速度発電機(図示せず)を有している。速度発電機は、列車2の車軸21aに取り付けられた装置であり、車軸21aの回転数に応じてパルス(例えば1回転ごとにν個のパルス。ν:正の整数。)を発生させる。このパルスにより、車軸21aの回転数が検出される。車軸回転数を示す出力は、情報処理部22に送られる。
【0032】
情報処理部22は、GPS処理部26から送られてくるGPS情報と位置補正情報を処理・解析する部分である。この情報処理部22は、図示はしていないが、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)、RAM、データ・指令入力部、画像表示部、出力部等を有している。
【0033】
CPUは、図示はしていないが、各種データに対して、四則演算(加算、減算、乗算、及び除算)を行い、又は論理演算(論理積、論理和、否定、排他的論理和など)を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。
【0034】
情報記憶部23は、図示はしていないが、ハードディスク装置(HDD)、ROM(Read Only Memory:読出し専用メモリ)等を有しており、CPUを制御するための制御プログラムや、CPUが用いる各種データ等を格納している部分である。また、ROMは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【0035】
また、情報処理部22は、図示はしていないが、RAM(Random Access Memory:随時書込み読出しメモリ)等を有している。RAMは、CPUにより演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。RAMは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【0036】
また、情報処理部22は、図示はしていないが、キーボードや各種キーやスイッチ等のデータ・入力部と、CRT(Cathode Ray Tube:陰極線管表示装置)モニタや液晶表示パネル等の画像表示部を有している。また、情報処理部22は、図示はしていないが、出力部を有している。出力部は、プリンタ、外部出力端子、モデムなどの通信装置、LAN(Local Area Network)ポート等を有しており、CPUの演算結果や処理したデータを、紙等に印字したり、あるいは電気信号として外部へ出力又は送信する部分である。なお、外部出力端子に、フレキシブル・ディスク(FD)装置、MOやCD−RW等の光磁気ディスク装置、ICカード装置等の外部記録装置を接続すれば、設定すべきデータや、CPUが処理した結果データ等をディスク等の記録媒体に記録して外部に取り出すことができる。
【0037】
また、本実施形態の列車自車位置検出システム100におけるGPS処理部26も、図示はしていないが、上記したものと同様の構成及び作用を有するCPU、RAM、ROM、データ・指令入力部、出力部等を有している。
【0038】
上記した情報処理部22は、車軸回転数検出部29から送られてくる出力から車軸回転数を検出する。また、情報処理部22は、単位時間当たりの車軸回転数から、車軸の回転速度を演算する。情報処理部22は、演算された車軸の回転速度と、既知の値である車輪21の径から、列車2の走行速度を演算する。
【0039】
例えば、単位時間当たりの車軸回転数がN(回/秒)の場合、車軸の角速度ωは、ω=2πN(ラジアン/秒)となる。ここに、πは円周率を示している。この場合、列車2の車輪21の直径をD(メートル)とすると、車輪21の外周での速度Vは、V=(D/2)×ω=πND(メートル/秒)と表される。車輪21とレール11の間に滑りなどがないとしているので、列車2の走行速度は、速度Vと等しくなる。
【0040】
情報処理部22は、車軸回転数検出部29からのパルス数を積算する。例えば、列車2の車輪21の直径をD(メートル)とすると、車輪21の外周(円周)の長さは、πD(メートル)となる。また、車軸の1回転でν個のパルスを車軸回転数検出部29が発生する場合には、情報処理部22は、積算されたパルスの個数がM個の場合には、πMD/ν(メートル)を算出し、車輪21とレール11の間に滑りなどはないものとし、πMD/ν(メートル)の値を列車2の移動距離として出力する。また、情報処理部22は、算出された移動距離を用いて、起点(距離程:零)から当該地点までの距離程や、距離程が既知な中間地点から当該地点までの距離程を計算する。ここに、「距離程」とは、直線距離ではなく、鉄道線路1に沿って移動した長さであり、いわゆる「道のり」に相当する値である。また、上記した各演算結果は、情報記憶部23、あるいは情報処理部22内のRAM等に記憶される。上記のように車軸の回転から求められた距離程を、以下、「車軸距離程」という。
【0041】
次に、上記した列車自車位置検出システム100の行う作用について、図3ないし図4を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【0042】
列車自車位置検出システム100の行う作用の説明に先立ち、DGPSの構成及び作用について説明を行う。
【0043】
GPS衛星G1等は、地球の上空約20000kmで地球を取り巻く軌道上を周回する人工衛星である。軌道は、6個の異なる軌道があり、それぞれの軌道は、地球の赤道面を横切る経度が60度ずつずらされている。GPS衛星の総数は24個であり、各軌道にはGPS衛星がそれぞれ4個ずつ配置されている。このような構成により、地球上のどの地点においても、4個以上のGPS衛星が視界に入るようになっている。
【0044】
それぞれのGPS衛星G1等からは、測位用の電波信号が発信されている。この電波信号は、ディジタル信号であり、このディジタル信号の中には、所定周期(例えば1ミリ秒)ごとに繰り返される測位用コード、発信されたGPS衛星の軌道情報などが含まれている。この測位用コードは、GPS処理部26の内部でも生成されている。このため、GPS衛星G1等が搭載している時計の時刻と、受信する側(例えばGPS処理部26)の時計の時刻が誤差なく一致していれば、測位用コードの時間のずれ(以下、「時間差」という。)を検出することにより、受信したGPS衛星と、受信した装置の位置の間の距離(以下、「疑似距離」という。)を算出することができる。
【0045】
すなわち、GPS衛星からの電波受信位置から、あるGPS衛星までの疑似距離は、上記の時間差に電波の速度(光速度)を乗算することにより得ることができる。各時刻におけるGPS衛星の三次元位置座標は、上記したディジタル信号中の軌道情報から算出することができる。ある時刻におけるあるGPS衛星の三次元位置座標を(α,β,γ)とし、GPS電波受信位置の三次元位置座標を(x,y,z)とし、その時刻における疑似距離をRとすれば、下式(1)が成立する。
(x−α)+(y−β)+(z−γ)=R………(1)
【0046】
GPS電波受信位置の三次元位置座標(x,y,z)の変数の個数は3個であるから、同時に異なる3個のGPS衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式(1)と同様の関係式を3個求め、これらを解くことにより、x,y,zの値を得ることができることになる。しかし、GPS衛星の時計と、受信装置の時計との間には時間の誤差があるため、算出された疑似距離Rには、誤差ΔRが含まれる。このため、上記の方法では、x,y,zの値を一義的に決定することはできない。
【0047】
これを解決するためには、同時に異なる少なくとも4個のGPS衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式(1)と同様の関係式を少なくとも4個求めれば、ΔRを考慮しつつ、x,y,zの値を一義的に決定することができる。本実施形態の列車自車位置検出システム100におけるGPS処理部26は、受信したGPS衛星の個数nを情報処理部22に出力するように構成されている。
【0048】
4個以上のGPS衛星を捕捉して、その電波信号を得ても、GPS衛星どうしの相対的な配置状態によっては、測位精度はかえって低下する。これは、幾何学的な性質によるものである。このため、このような場合の精度を、幾何学的精度低下率(Geometric Dilution of Precision:以下、「GDOP」という。)という。
【0049】
GDOPの値が小さいほど精度は高くなる。例えば、GPS電波信号の受信位置と、各GPS衛星を結ぶ線どうしが作る相対角度が大きいほど、GDOPの値は小さくなる。したがって、4つのGPS衛星を結んで作成される四面体の体積が大きいほどGDOP値は小さくなる。このため、GPS処理部26においては、5個以上のGPS衛星を捕捉した場合には、GDOP値が最小となるような4個のGPS衛星の組み合わせを選択し、これを測位計算に採用するようにしている。
【0050】
また、上記のGDOPは、下式(2)で表される。
GDOP=PDOP+TDOP………(2)
【0051】
上式(2)において、PDOPは、地球上の観測点における位置精度の低下率(Position Dilution of Precision:以下、「位置精度低下率」という。)を示しており、TDOPは、時刻の精度低下率(Time Dilution of Precision:以下、「時刻精度低下率」という。)を示している。
【0052】
また、PDOPは、下式(3)で表される。
PDOP=HDOP+VDOP………(3)
【0053】
上式(3)において、HDOPは、地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率(Horizontal Dilution of Precision:以下、「水平方向位置精度低下率」という。)を示しており、VDOPは、地球上の観測点における垂直方向での位置精度の低下率(VerticalDilution of Precision:以下、「垂直方向位置精度低下率」という。)を示している。
【0054】
本実施形態の列車自車位置検出システム100におけるGPS処理部26は、所定の比例定数を用いて算出したHDOP値を情報処理部22に出力するように構成されている。
【0055】
上記の説明は、GPS(Global Positioning System:地球測位システム)の一般的な構成と作用に関するものである。通常のGPS衛星からの電波信号の中には、電離層や対流層の影響による電波の遅延、GPS受信装置側の時計の誤差、GPS衛星内の時計の誤差が含まれる。このため、これらの影響により、測位結果にも誤差が含まれるようになる。このような誤差を低減し、測位結果の精度を高めることを目的としたものがDGPSである。
【0056】
DGPSでは、GPS衛星と受信装置に加え、正確な位置データ(緯度、経度、地球楕円体上の高さ)が測量等によって計測されている基準位置において、上記のGPSによる測位(単独測位)を行う。これにより、基準位置の既知の位置データ(基準位置データ)と、その時点のGPSによる位置データ(GPS位置データ)の両方が得られる。基準位置データとGPS位置データの差は、他の位置における補正量として用いることが可能である。
【0057】
このため、この基準位置データとGPS位置データの差のデータを、リアルタイムで演算し、位置補正情報として電波により発信すれば、この位置補正情報を受信した他の箇所においては、GPSの単独測位により算出された位置座標から位置補正情報に示す補正量の分だけ差し引く補正を行うことにより、さらに高精度の三次元位置座標を算出し、この三次元位置座標から、地球上の緯度と経度に変換した位置座標(以下、「DGPS位置座標」という。)の値を得ることができる。このようなシステムがDGPSである。本実施形態の列車自車位置検出システム100においては、基準位置局3の位置が既知であり、基準位置局3がリアルタイムで位置補正情報を送信している。ここに、DGPS位置座標は、特許請求の範囲におけるGPS位置座標に相当している。
【0058】
なお、DGPSにおいては、基準位置局からの位置補正情報を、同時刻のGPS測位位置の補正に用いることが理想的であるが、実際には、基準位置局からの位置補正情報を、ある時間が経過した時点のGPS測位位置の補正に用いることになる。しかし、GPS衛星は時々刻々と移動しているため、時間が経過するにしたがって、位置補正情報にも誤差が入ってくる。基準位置局からの位置補正情報の送信時刻を基準としたときの、他の箇所の補正を行う時刻を「遅延時間」とし、τで表した場合、位置補正情報の誤差は、τに比例することが知られている。本実施形態の列車自車位置検出システム100におけるGPS処理部26は、位置補正情報を受信した最近の時刻と、補正を行うデータの時刻との時間差を、ディファレンシャル補正データ更新時間tとして、情報処理部22に出力するように構成されている。
【0059】
また、情報処理部22は、上記したDGPS位置座標(緯度,経度)から、距離程を求めることができる。すなわち、線路上の2点の距離が十分小さければ、2点の直線距離は距離程に等しいから、これを利用して距離程を求め、これらを加算することにより、起点からの距離程を算出することができる。このように、DGPS位置座標から求められた距離程を、以下、「DGPS距離程」という。
【0060】
次に、上記のようなDGPSを備えた本実施形態の列車自車位置検出システム100の作用について、さらに詳細に説明を行う。
【0061】
まず、線路情報のデータベースを作成するため、図1に示すように、列車2によって、鉄道線路1の情報測定用走行が行われる。図1において、鉄道線路1は、図の左右方向に設置されており、列車2は、図の左から右へ向かって走行するように図示されている。
【0062】
この情報測定用走行では、情報処理部22は、各時点での車軸回転数より得られる列車走行速度と、各時点での方位角から、各時点での走行区間の各位置における「線路曲率相当値」を演算する。また、その時点での車軸距離程を算出する。
【0063】
以下に、線路曲率相当値について、図2を参照しつつ説明する。図2(A)に示すように、線路上の点Aと、点Aから微少距離だけ離れた線路上の点Bを考える。この場合、曲線ABを円弧とみなすことができ、その曲率半径をR(単位:メートル)と考えると、円の中心をOとして、円弧ABの中心角を微少角度Δθ(単位:ラジアン)とすると、円弧ABの長さLAB(単位:メートル)は、R×Δθにより算出することができる。したがって、Δθは、(LAB/R)によって算出することができる。
【0064】
また、図2(B)に示すように、点Aにおける方位角をラジアンを単位としてθとし、点Bにおける方位角をラジアンを単位としてθとすると、点Aから点Bに移動した場合の方位角の変化量(θ−θ)は、Δθに等しい。この方位角の変化量Δθを、経過した時間ΔT(単位:秒)で除した値(Δθ/ΔT)を、以下、「方位角変化率」θ´ということにする。この方位角変化率θ´すなわち(Δθ/ΔT)は、図2(A)の関係より、(LAB/ΔT)×(1/R)と表すことができる。
【0065】
ここで、(LAB/ΔT)は、曲線ABの経路上を移動した場合の列車走行速度v(単位:メートル/秒)である。また、(1/R)は、曲率半径Rの逆数であり、これを「線路曲率相当値」と定義すると、線路曲率相当値(1/R)は、下式(4)により得られる。
1/R=θ´/v ………(4)
【0066】
このようにして、線路上での実測距離(例えば1メートル)の点(以下、「ポインタ」という。)ごとに、車軸距離程と、その車軸距離程の位置における線路曲率相当値(1/R:以下、「既知線路曲率相当値」という。)を対応させた線路情報データベースを作成する。ポインタと距離程と既知線路曲率相当値を関係づけたデータテーブルを、以下「曲率相当値マップテーブル」という。この曲率相当値マップテーブルには、線区コードも一緒に記憶される。線区コードは、鉄道の各線区を特定するためのコードであり、同一の線区であっても、上り線と下り線では異なるコードが割り当てられる。
【0067】
また、走行距離1メートルごとの各ポインタにおいて、DGPS位置座標(緯度の値,経度の値)が得られるが、情報処理部22のCPU(図示せず)は、これらのデータから、ポインタと緯度データのみを並べたデータテーブル(以下、「緯度インデックス」という。)と、ポインタと経度データのみを並べたデータテーブル(以下、「経度インデックス」という。)を作成し、これらを上記の線路情報データベースに組み込む。
【0068】
次に、上記のようにして作成した線路情報データベースを列車2に実装して、運用走行を行う。ここでは、作成された線路情報データベースは、その後、列車2の情報記憶部23に記憶されたものとする。この列車2の運用走行においては、情報処理部22内のCPU(図示せず)は、その時点でGPS処理部26から入力されてきたGPS情報と位置補正情報から、受信信頼度係数を演算する。受信信頼度係数は、GPS情報と位置補正情報の信頼性の程度である受信信頼度を表す値である。
【0069】
受信信頼度係数をcと表すと、受信信頼度係数cは、下式(5)で表される。c={f(n)+g(HDOP)}×h(t)………(5)
この場合、cの値が大きいほど受信の信頼性が高いことを示している。
【0070】
上式(5)において、第1項であるf(n)は、GPS情報の受信に用いたGPS衛星の個数nの関数を示している。f(n)の値は、nの値が零から3までの間は、零となっている。また、nの値が4以上の場合には、f(n)の値は、nに等しい。すなわち、nの値が4の場合には、f(n)の値は4となり、nの値が5の場合には、f(n)の値は5となる。以下は同様である。
【0071】
上記したように、DGPSにおいて受信位置でのDGPS位置座標を求めるためには、一般のGPSの単独測位の場合と同様に、GPS衛星の個数nは、少なくとも4個は必要である。したがって、nが3以下の場合には、測位の信頼性の程度は最も低いので、零と設定した。また、nが4以上となれば、GDOP(又はHDOP)が最良となるようにGPS衛星の組み合わせ(4個)を選定することができ、nの値が大きくなるほど、精度のよい組み合わせを選定できると考えられるため、測位の信頼性の程度は増加する。この性質を表すため、nが4以上の場合には、f(n)=nとした。
【0072】
なお、f(n)の関数は、上記以外のものであってもよい。例えば、nが3以下の場合には、零以外の一定値kとするようにしてもよい。また、この場合で、nが4以上の場合には、f(n)=n+kとしてもよい。あるいは、nが3以下の場合には、零以外の一定値kとし、nが4以上の場合には、f(n)=n+kとしてもよい。この場合、aは、1以上の整数である。あるいは、nが3以下の場合には、零以外の一定値kとし、nが4以上の場合には、f(n)=f1(n)+kとしてもよい。この場合、f1(n)は、nが増加するにつれて増加する関数である。要は、関数f(n)は、nが3以下の場合には、一定値kであり、nが4以上の場合には、kから増加するような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【0073】
また、上式(5)において、第2項であるg(HDOP)は、水平方向位置精度低下率HDOPの関数を示している。簡単にするためにHDOPをpと表すと、g(p)は、pが小さくなるにつれて、その値が大きくなるような関数となる。例えば、g(p)は、pに反比例する関数、g(p)=1/pとしてもよい。あるいは、g(p)は、pに反比例する関数、g(p)=1/pとしてもよい。一般に、g(p)は、pに反比例する関数、g(p)=1/pとしてもよい。この場合、bは、1以上の整数である。
【0074】
上記したように、DGPSにおいて、受信位置での水平方向の位置精度を増加させるためには、水平方向位置精度低下率HDOPの値が小さいほど有利である。このため、g(p)は、HDOPが小さいほど大きな値となる関数となるように設定した。
【0075】
なお、g(p)の関数は、上記以外のものであってもよい。例えば、一般に、g(p)は、pに反比例するとともに、bが零のときに切片を持つ関数、g(p)=1/(p+e)としてもよい。この場合、bは1以上の整数であり、eは正の実数である。要は、関数g(HDOP)は、HDOPが小さいほど大きな値となるような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【0076】
また、上式(5)において、第3項であるh(t)は、ディファレンシャル補正データ更新時間tの関数を示している。h(t)は、tが大きくなるにつれて、その値が小さくなり、tが零のときに切片を持つような関数となる。例えば、h(t)は、h(t)=1/(t+q)としてもよい。この場合、qは正の実数であり、rは1以上の整数である。
【0077】
上記したように、DGPSにおいて、受信位置での位置精度を増加させるためには、ディファレンシャル補正データ更新時間tの値が小さいほど有利である。また、tの値に比例して誤差は増大する。このため、h(t)は、tが小さいほど大きな値となる関数となるように設定した。
【0078】
なお、h(t)の関数は、上記以外のものであってもよい。要は、関数h(t)は、tが小さいほど大きな値となるような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【0079】
なお、受信信頼度係数cは、上式(5)の関数には限定されない。一般には、上式(5)の第1項f(n)、第2項g(HDOP)、第3項h(t)のうちの少なくとも1つを有して構成される関数であれば、どのような関数であってもよい。例えば、第1項f(n)と第2項g(HDOP)と第3項h(t)の総和であってもよい。あるいは、第1項f(n)と第2項g(HDOP)と第3項h(t)を乗算したものであってもよい。あるいは、第1項f(n)と第3項h(t)の和に第2項g(HDOP)を乗算することにより得られる関数であってもよい。あるいは、第2項g(HDOP)と第3項h(t)の和に第1項f(n)を乗算することにより得られる関数であってもよい。あるいは、いずれか2つの項を乗算したものに残りの1項を加算することによって得られる関数であってもよい。
【0080】
次に、情報処理部22内のCPU(図示せず)は、算出された受信信頼度係数cの値を、情報記憶部23にあらかじめ記憶されている判別値と比較する。判別値としては、例えば、s1<s2となる2つの実数s1(以下、「第1判別値」という。)とs2(以下、「第2判別値」という。)が用いられる。
【0081】
この場合、情報処理部22内のCPU(図示せず)は、算出された受信信頼度係数cが第2判別値s2より大きい場合、すなわち、s2<cの場合には、DGPSの受信の信頼度が「高程度」であると判別する。この場合には、情報処理部22内のCPU(図示せず)は、DGPS位置座標に基づいて、この走行区間における列車の現在位置(例えば距離程)を特定する。これは、DGPSからのデータの信頼性が高い場合には、DGPSのデータのみによって位置を特定する方が精度が高いと考えられるからである。
【0082】
また、算出された受信信頼度係数cが、第1判別値s1以上でかつ第2判別値s2以下の場合、すなわち、s1≦c≦s2の場合には、DGPSの受信の信頼度が「中程度」であると判別する。この場合には、情報処理部22内のCPU(図示せず)は、DGPS位置座標から得られるDGPS距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する。これは、DGPSからのデータの信頼性がそれほど高くない場合には、DGPSから得られるDGPS距離程に、方位角のデータを付加して位置を特定する方が、DGPSのデータのみによる方法よりも精度が高いと考えられるからである。
【0083】
また、算出された受信信頼度係数cが、第1判別値s1よりも小さい場合、すなわち、c<s1の場合には、DGPSの受信の信頼度が「低程度」であると判別する。この場合には、情報処理部22内のCPU(図示せず)は、車軸回転数に基づく車軸距離程に基づいて、走行区間における列車の現在位置を特定する。これは、DGPSからのデータの信頼性が低い場合には、DGPSのデータは採用せず、車軸回転数に基づく距離程である車軸距離程に基づいて位置を特定する方が、精度が高いと考えられるからである。
【0084】
次に、上記した3つの自車現在位置特定方法のうちの第1の方法、すなわちDGPS位置座標に基づいて走行区間における列車の現在位置(距離程)を特定する方法について、さらに詳細に説明する。
【0085】
図3において、符号1は、鉄道線路の平面形状を示している。この場合、列車は、図3の下方から上方へ向けて走行しているとする。このとき、DGPS位置座標(緯度λ,経度μ)が得られたとする。また、この位置は、図3において、鉄道線路1の上の点ではない点Cであったとする。ここまでの過程を、以下、「第1ステップ」という。
【0086】
この場合、情報処理部22のCPU(図示せず)は、上記した緯度インデックスの中から、緯度λが中間に含まれるようにして、緯度λよりも小さな緯度を有するポインタをn個、緯度λよりも大きな緯度を有するポインタをn個、合計2n個のポインタを選択する。ここまでの過程を、以下、「第2ステップ」という。
【0087】
また、情報処理部22のCPU(図示せず)は、上記した経度インデックスの中から、経度μが中間に含まれるようにして、経度μよりも小さな経度を有するポインタをn個、経度μよりも大きな経度を有するポインタをn個、合計2n個のポインタを選択する。ここまでの過程を、以下、「第3ステップ」という。
【0088】
次に、情報処理部22のCPU(図示せず)は、上記のようにして選択されたポインタのうち、一致する(同一の)ポインタのみを選び出す。次に、情報処理部22のCPU(図示せず)は、これらのポインタと、上記の点Cとの距離を計算する。
【0089】
例えば、点CのDGPS位置座標を、ある位置を基準としたxy座標系に変換して(x1,y1)を算出し、距離を算出する対象となるポインタのDGPS位置座標を上記のxy座標系に変換して(x2,y2)を算出すれば、点Cとこのポインタの2点間の距離Lは、下式(6)によって算出することができる。
L={(x2−x1)+(y2−y1)1/2………(6)
【0090】
このようにして、点Cと各ポインタの距離Lを求めた後、距離Lが最小となる点(ポインタ)と、その次に距離が小さくなる点(ポインタ)の2点を選び出す。図3においては、これらの2点(ポインタ)として、点Aと点Bが図示されている。この場合、点Bの距離程は、点Aの距離程よりも大きくなっている。ここまでの過程を、以下、「第4ステップ」という。
【0091】
図3において、点Aと点Cの距離をaとし、点Cと点Bの距離をbとし、点Aと点Bの距離をcとする。この場合には、点Cから線分ABにおろした垂線が線分ABと交差する点をPとすると、点Aと点Pの距離dは、下式(7)によって算出することができる。ここまでの過程を、以下、「第5ステップ」という。
d=(a−b+c)/2c ………(7)
【0092】
情報処理部22のCPU(図示せず)は、点Aの距離程に、上式(7)によって算出された値dを加算した距離程を、現在時点の距離程とし出力するとともに、情報記憶部23に記憶させる。ここまでの過程を、以下「第6ステップ」という。
【0093】
上記において、点Cの位置は、特許請求の範囲における第1位置に相当し、点Aの位置は、特許請求の範囲における第2位置に相当し、点Bの位置は、特許請求の範囲における第3位置に相当している。あるいは、点Aの位置を、特許請求の範囲における第3位置とし、点Aの位置を、特許請求の範囲における第2位置としてもよい。
【0094】
なお、上記した方法の第4ステップにおいて、選び出された各ポインタと点Cとの距離を計算し、距離が最小となる点(ポインタ)と、その次に距離が小さくなる点(ポインタ)の2点を選び出す場合には、線区コードについても判別が行われ、線区コードに応じて所定の処理が行われる。すなわち、選び出された各ポインタの線区コードが、列車が現在走行している線路の線区コードと同一の場合は、上記した方法がそのまま適用される。
【0095】
しかし、選び出された各ポインタのうちのいずれかが、列車が現在走行している線路の線区コードと異なる線区コードを有する場合には、点Cとの距離が算出された後、その距離値に所定のペナルティ値mが加算される。mの値としては、例えば、ポインタどうしの間隔が1メートルの場合に、m=20メートルなどの大きな値とする。これは、分岐器の箇所等において、分岐していく別の線路の距離程と本線の距離程を混同することを防止するためである。
【0096】
次に、上記した3つの自車現在位置特定方法のうちの第2の方法、すなわち、DGPS位置座標から得られるDGPS距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値(以下、「運用時線路曲率相当値」という。)を演算し、上記の線路情報データベース内の既知線路曲率相当値と比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する方法について、さらに詳細に説明する。
【0097】
この方法では、まず、DGPS位置座標から得られるDGPS距離程を初期値とする。これは、DGPSのデータの信頼性は、高程度ではないが、中程度であり、車軸回転数から求めた車軸距離程よりも、DGPS距離程の方が初期値として信頼性が高い、と考えられるためである。
【0098】
次に、運用走行時に算出された運用時線路曲率相当値と、既知線路曲率相当値との比較を行う。この方法について、図4を参照しつつ詳細に説明する。
【0099】
まず、今回の運用走行では、情報処理部22のCPU(図示せず)は、車軸回転数より得られる列車走行速度vと、方位角変化率θ´から、上式(4)によって曲率相当値1/Rを演算する。
【0100】
次に、情報処理部22のCPU(図示せず)は、今回の運用走行時の線路曲率相当値と、曲率相当値マップテーブル内の既知線路曲率相当値との比較を行う。この場合には、まず、今回の運用時線路曲率相当値と、線路情報データベース内の既知線路曲率相当値のデータについて、偏差係数を演算する。
【0101】
この偏差係数は、以下のようにして計算される。すなわち、まず、既知曲率相当値データの中から、距離程初期値が含まれるある区間、例えば、曲率相当値マップテーブルの距離程KからKまでの区間を選ぶ。この区間の中には、i個(i:2以上の整数)の連続するポインタが含まれているとする。これらのポインタの既知曲率相当値データを、距離程の最小のポインタの曲率相当値データから距離程の最大のポインタの曲率相当値データまで順に並べ、δ1,δ,…,δであったとする。
【0102】
次に、今回の運用走行時において一定の距離でサンプルされた直前のi個の曲率相当値データを、距離程の最小のポインタの曲率相当値データから距離程の最大のポインタの曲率相当値データまで順に並べ、ξ1,ξ,…,ξであったとする。
【0103】
次に、これらの既知曲率相当値データと今回曲率相当値データを用いて、互いに対応するデータ値どうしの差の2乗値、例えば、(δ−ξ,(δ−ξ,…,(δ−ξを求める。ポインタ個数はiであるから、これらの2乗値は、i個求められる。次に、これらのi個の2乗値の総和を演算する。これが偏差係数であり、これをwとすると、偏差係数wは、下式(8)によって算出することができる。
w=Σ(δ−ξ ………(8)
【0104】
情報処理部22のCPU(図示せず)は、既知曲率相当値データの中から選ぶ区間の距離程を、例えば1ポインタずつ大きくしていったり、1ポインタずつ小さくしていったりして、その場合の偏差係数を計算する。その結果、偏差係数が最小となる区間が検索された場合は、その場合の距離程の移動量(距離程初期値から何ポインタ分ずらしたかを示す量)を求め、距離程初期値をその分だけ増減させて比較時点における距離程とする。
【0105】
上記の処理を図4のグラフを用いて説明する。図4(A)は、既知線路曲率相当値と運用時線路曲率相当値の比較のために切り出された既知線路曲率相当値データの集合S1を、走行距離との関係において図示したグラフであり、横軸は走行距離(単位:10メートル)を、縦軸は線路曲率相当値(単位:1/メートル)を、それぞれ示している。この切り出された既知線路曲率相当値データ集合S1は、上記の説明における距離程初期値Kに対応する既知線路曲率相当値データδを中心とするデータ集合であり、そのデータ個数は、i個よりも数倍大きいj個(j:j>iを満たす整数)とする。図4(A)においては視認しやすいように、既知線路曲率相当値全体を実線で示し、そこから切り出された既知曲率相当値データ集合S1を太実線で図示している。
【0106】
次に、図4(B)は、今回の運用走行時における運用時線路曲率相当値データのi個のデータ集合S2、例えば、上記の説明におけるξ1,ξ,…,ξを、走行距離との関係において図示したグラフであり、横軸は走行距離(単位:10メートル)を、縦軸は線路曲率相当値(単位:1/メートル)を、それぞれ示している。図4(B)においては視認しやすいように、運用時線路曲率相当値データ集合S2を極太実線で図示している。
【0107】
次に、図4(C)は、上記した図4(A)の切り出された既知線路曲率相当値データ集合S1と、図4(B)の運用時線路曲率相当値データにi個のデータ集合S2を、同時に図示したものであり、横軸は走行距離(単位:10メートル)を、縦軸は線路曲率相当値(単位:1/メートル)を、それぞれ示している。図4(C)においては視認しやすいように、既知線路曲率相当値全体を実線で示し、そこから切り出された既知曲率相当値データ集合S1を太実線で図示し、また、運用時線路曲率相当値データ集合S2を極太実線で図示している。
【0108】
これらのデータ集合S1とデータ集合S2の波形は図4(C)において左から右へ向かう方向へ、距離Uだけ移動させれば、ほぼ重なり合う。このとき、波形がほぼ重なり合うことから、上記したように、両者のデータによって演算した偏差係数wの値は最小(例えばほぼ零)になる。また、図4(C)において、集合S2(運用時線路曲率相当値データ集合)を図における左から右へ向かう方向(距離程が増加する方向)へ補正量Uだけ移動させることにより、集合S1(既知線路曲率相当値データ集合)と、ほぼ重ね合わせることができたのであるから、今回の運用走行における比較時点の距離程初期値Kに、距離Uを加算した距離程が、この比較時点において情報処理部22のCPU(図示せず)が出力する距離程となる。
【0109】
上記した3つの自車現在位置特定方法のうちの第3の方法としては、2つの方法が採用可能である。そのうちの一つの方法は、前回時点で特定された距離程を初期値として、この値に、車軸回転数から得られる車軸距離値を加算することにより、今回時点の距離程を算出する、という方法である。
【0110】
また、自車現在位置特定方法のうちの第3の方法の他の方法について、以下に説明する。まず、車軸回転数から得られる車軸距離程を初期値とする。そして、その後の過程、すなわち、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値である運用時線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する。この過程は、上記した第2の方法の場合と全く同様である。
【0111】
次に、本実施形態の列車自車位置検出システム100の他の機能について説明する。本実施形態の列車自車位置検出システム100においては、車軸距離程を算出する際の車輪直径Dの値を自動的に補正する機能を有している。
【0112】
情報処理部22は、受信信頼度が高程度と判別される場合、例えば、上記したように、受信信頼度係数cが第2判別値s2より大きい場合、すなわち、s2<cの場合には、DGPS位置座標により演算した走行距離Lと、車軸回転数により演算した走行距離Lとの比L/Lを演算する。
【0113】
上記の比L/L(以下、Rと表す。)の値が1であれば、補正は行わない。それ以外の場合は、DGPS位置座標により演算した走行距離Lが正しいものとして、車輪21の直径の値Dを補正する。
【0114】
例えば、上記の比Rの値が1より大きな値であれば、車軸回転数により演算した走行距離Lが、正しい値よりも小さい、すなわち現在の演算に用いている車輪直径値Dの値が正しい値より小さいことを示している。このため、情報処理部22は、情報記憶部23に記憶されている車輪直径値Dの値を増加させるように補正する。補正の方法としては、その時点の記憶値Dに補正率Eを乗算する。この補正率E1は、下式(9)で表される。
E1=1+(R−1)×J1 ………(9)
【0115】
この場合、比Rの値は、1より大きな値であり、例えば1.1程度の値であるから、上式(9)の(R−1)は、正の小さな値、例えば0.1のような値となる。上式(9)のJ1は、正の小さな値、例えば0.05や0.1といった値である。
【0116】
上記のように、小さなJ1の値を(R−1)に乗算する理由は、以下の通りである。もし、比Rの値が1.1であった場合に、その時点の車輪直径値Dに1.1を、そのまま乗算すると、車軸距離程の変化が大きすぎる場合がある。このため、車輪直径値を徐々に増大させるため、(R−1)の値の1/20とか1/10に相当する小さな値であるJ1を乗算するのである。車輪直径値の増加程度が足りない場合には、次回の時点でも比Rが1より大きくなるため、再度、新たな増加のための補正率E1を乗算すればよい。
【0117】
また、上記の比Rの値が1より小さな値であれば、車軸回転数により演算した走行距離Lが、正しい値よりも大きい、すなわち現在の演算に用いている車輪直径値Dの値が正しい値より大きいことを示している。このため、情報処理部22は、情報記憶部23に記憶されている車輪直径値Dの値を減少させるように補正する。補正の方法としては、その時点の記憶値Dに補正率E2を乗算する。この補正率E2は、下式(10)で表される。
E2=1−(1−R)×J2 ………(10)
【0118】
この場合、比Rの値は、1より小さな値であり、例えば0.9程度の値であるから、上式(10)の(1−R)は、正の小さな値、例えば0.1のような値となる。上式(10)のJ2は、正の小さな値、例えば0.05や0.1といった値である。
【0119】
上記のように、小さなJ2の値を(1−R)に乗算する理由は、上記したJ1の場合と全く同様である。
【0120】
上記したように、本実施形態の列車自車位置検出システム100を用いれば、GPS衛星と基準位置局と列車搭載装置だけで列車の距離程を検出することができ、従来のシステムのようなATS地上子等は不要となる。このため、ATS地上子等が当初の位置から他の位置へ移設された場合であっても何らの支障もなく自車位置を検出することができる、という利点を有している。
【0121】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0122】
例えば、上記実施形態においては、GPS受信手段として、GPS衛星から電波によって送信されるGPS情報と、基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、GPS情報と位置補正情報に基づいてDGPS位置座標を算出する手段を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成のGPS受信手段、例えば、位置補正情報を利用せずにGPS情報のみを受信し、GPS情報に基づいて位置座標(GPS位置座標)を算出する手段を用いてもよい。
【0123】
その場合には、受信信頼度係数は、上記したディファレンシャル補正データ更新時間tの関数h(t)を含まない関数とすることができる。例えば、以下に示すc1、c2、c3などが挙げられる。
c1=f(n)
c2=g(HDOP)
c3=f(n)+g(HDOP)
【0124】
また、DGPSではない一般のGPSの場合には、受信信頼度係数を、ディファレンシャル補正データ更新時間tの関数h(t)を含ませるものの、tの値として、無限大に近い非常に大きな数値を用いるようにすることができる。このようにしても、ディファレンシャル補正データ更新時間tの関数h(t)の効果をほぼ零にすることができる。
【0125】
また、上記実施形態においては、車軸回転数検出手段として、列車の車軸に取り付けられた速度発電機を有するものを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の車軸回転数検出手段、例えば、列車が電気車の場合には、主電動機の回転軸に速度発電機を取り付けてもよい。また、列車が気動車の場合には、原動機の回転軸に速度発電機を取り付けてもよい。
【0126】
また、上記実施形態においては、鉄道の列車を例に挙げて説明したが、本発明は、他の交通機関、例えば、新交通システム、モノレール等にも応用可能である。
【0127】
また、情報記憶部23は、上記した構成のもの以外に、フレキシブル・ディスク(FD)装置、MOやCD−RW等の光磁気ディスク装置、ICカード装置と、これら装置に装填して情報を記録し又は読み出すためのディスク(記録媒体)によって構成してもよい。この場合には、上記した線路情報データベース(緯度及び経度と、線路の曲率相当値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づけるデータベース、例えば、上記の曲率相当値マップテーブル、緯度インデックス、経度インデックス等。)のデータを各ディスク等の記録媒体中に格納しておき、線路情報データベースのデータを記録媒体から読み出すようにしてもよい。このように、線路情報データベースのデータを記録媒体に記録しておけば、情報測定用走行で得られた線路情報データベースは、その情報測定用走行を行った列車以外の他の列車においても広く利用することができ、便利である。
【0128】
また、上記実施形態における式(8)の偏差係数wのかわりに、下式(11)ないし下式(14)で表される相互相関係数ρを演算し、この相互相関係数ρが最大となるように、切り出された既知線路曲率相当値データ集合S1と、運用時線路曲率相当値データのi個のデータ集合S2をずらし、ずらした移動量によって運用走行時に得た距離程を補正してもよい。相互相関係数ρは、ρ≦1となる実数であり、切り出された既知線路曲率相当値データ集合S1と、運用時線路曲率相当値データのi個のデータ集合S2がほぼ重なり合う場合には、ρの値はほぼ1となる。
【0129】
ρ=Vab/(√Vaa×√Vbb) ……(11)
aa={1/(i−1)})×Σ{(δ−m}………(12)
bb={1/(i−1)})×Σ{(ξ−m}………(13)
ab={1/(i−1)})×Σ{(δ−m)×(ξ−m)}……(14)
【0130】
上式(12)は、δのデータ集合における平均値mからのばらつきの度合いを示す「分散」を表している。また、上式(13)は、ξのデータ集合における平均値mからのばらつきの度合いを示す「分散」を表している。また、上式(14)は、2つのデータ集合であるδのデータ集合とξのデータ集合における「共分散」を表している。
【0131】
上式(12)ないし上式(14)において、Σは、k=1からk=iまでの総和を表している。また、mは、i個のデータδ〜δの平均値を表している。また、mは、i個のデータξ〜ξの平均値を表している。
【0132】
なお、切り出された既知線路曲率相当値データ集合S1と、運用時線路曲率相当値データのi個のデータ集合S2を互いにずらしながら、ほぼ重なり合う状態を探索する方法は、上記実施形態の方法に限定されない。他の方法でもよい。例えば、距離程初期値Kに対応する既知線路曲率相当値データは、ある区間のδの集合のうちの最小となる値を選択してもよい。あるいは、距離程初期値Kに対応する既知線路曲率相当値データは、ある区間のδの集合のうちの最大となる値を選択してもよい。
【0133】
また、本発明は、GPS処理部26が、GPS情報から方位角を出力する形式のGPS装置も使用可能である。この場合には、図1における方位角検出部28は、GPS処理部26の中に含まれることになる。すなわち、この場合には、特許請求の範囲におけるGPS受信手段は、特許請求の範囲における方位角検出手段を含むことになる。
【0134】
また、上記した線路曲率相当値は、方位角変化率を用いて算出する方法のほか、上記した方位角変化量(θ−θ=Δθ)を用いて算出してもよい。方位角を出力する時間間隔ΔTが一定値の場合、例えば1秒ごとに方位角を出力するような場合には、上式(4)において、方位角変化率θ´(=Δθ/ΔT)のかわりに方位角変化量Δθを用いても、方位角変化率θ´の場合とまったく同様にして線路曲率相当値(1/R)を求めることができる。
【0135】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、GPSを列車走行システムに適用するとともに、方位角検出手段と、車軸回転数検出手段と、緯度及び経度と既知線路曲率相当値と距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、情報処理手段を設け、情報処理手段は、列車の運用走行時には、GPS情報の信頼性の程度を表す受信信頼度係数を演算し、受信信頼度が高い場合には、GPS位置座標に基づいて距離程を特定し、受信信頼度が中程度の場合には、GPS距離程を初期値とし、運用走行時の線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより距離程を特定し、受信信頼度が低い場合には、車軸回転数に基づく距離程に基づいて、距離程を特定するように構成したので、GPS衛星と基準位置局と列車搭載装置だけで列車の距離程を検出することができ、従来のシステムのようなATS地上子等は不要となる。このため、ATS地上子等が当初の位置から他の位置へ移設された場合であっても何らの支障もなく自車位置を検出することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である列車自車位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す列車自車位置検出システムにおける方位角変化率を説明する概念図である。
【図3】図1に示す列車自車位置検出システムの作用を説明する第1の図である。
【図4】図1に示す列車自車位置検出システムの作用を説明する第2の図である。
【符号の説明】
1 鉄道線路
2 列車
3 基準位置局
11 レール
20 列車搭載装置
21 車輪
21a 車軸
22 情報処理部
23 情報記憶部
24 第1アンテナ
25 第2アンテナ
26 GPS処理部
27 ディファレンシャル受信部
28 方位角検出部
29 車軸回転数検出部
31 送信アンテナ
100 列車自車位置検出システム
G1〜Gn GPS衛星
切り出された既知線路曲率相当値データ集合に対応する距離程の最小値
切り出された既知線路曲率相当値データ集合に対応する距離程の最大値
距離程初期値
S1 切り出された既知線路曲率相当値データ集合
S2 運用時線路曲率相当値データのi個のデータ集合
U 補正量
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and a system for detecting the position of a train based on GPS information transmitted by radio waves from a plurality of GPS satellites orbiting the earth.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a railway, as a method of detecting a position where a train is traveling, a wheel diameter is set to a known value, the number of rotations of the wheel is detected, and each time the wheel makes one revolution, a circle of a circle that becomes the outer periphery of the wheel Assuming that the train moves by one lap, the principle of multiplying the traveling distance is adopted, and a ground rail of an ATS (Automatic Train Stop: automatic train stop device) or an ATC (Automatic Train Control: automatic) installed near the track. A method of calculating the current position (for example, the distance from the starting point of the track) of the own vehicle on the track based on the accumulated traveling distance from the position of the ATS ground track, etc. Are known. In this method, the position coordinates of the ATS ground element and the like are measured in advance and are known.
[0003]
The rotation speed of the wheels described above is detected and calculated by a speed generator or the like attached to the axle of the train or the like. The position detection device mounted on the train integrates the travel distance of the train from the obtained rotation speed of the axle and the like, and specifies the current position on the train track from the position coordinates of the ATS grounding element and the like (for example, see Patent Reference 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-24846 (pages 1-4, FIG. 1-3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional method of detecting the position of the own vehicle, the wheels of the train are worn by running, so that it is difficult to maintain accurate wheel diameter values in all vehicles at the initial set values. There is a problem that an error occurs as the period elapses. In addition, an error may be mixed in the accumulated traveling distance due to idling or sliding of wheels. Also, due to maintenance work, construction, etc., the ATS grounding element may be relocated from the initial position to another position. In this case, the position coordinates after the relocation are measured, and the data after the relocation are referred to as described above. There is a problem that the obtained vehicle position will not be accurate unless the position detection system is reset. Further, once the current position of the vehicle is lost, the current position cannot be detected and the system cannot return unless the vehicle arrives at a specific station whose coordinates and the like are known.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to solve the problem of a train or the like based on GPS information transmitted by radio waves from a plurality of GPS satellites orbiting the earth. It is to provide a method and a system for detecting a position.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a train self-position detecting method according to claim 1 of the present invention uses a train-mounted device mounted on a train and a plurality of GPS satellites orbiting the earth to determine a current position of the train on a track. Is detected by the train mounted device,
In the train mounted device,
GPS receiving means for receiving GPS information transmitted by radio waves from the GPS satellites and calculating GPS position coordinates based on the GPS information;
Azimuth angle detection means for detecting the azimuth angle of the vehicle body when the train is running,
Axle rotation speed detecting means for detecting the axle rotation speed of the train,
Information storage means for storing a line information database that associates the latitude and longitude, the known line curvature equivalent value that is a value corresponding to the curvature of the line, and the distance,
Providing information processing means,
The information processing means, when the train runs on the track, calculates a reception reliability coefficient representing a reception reliability which is a degree of reliability at the time of receiving the GPS information,
When the reception reliability is determined to be high, the information processing unit specifies a current position of the train in the traveling section based on the GPS position coordinates,
When the reception reliability is determined to be medium, the information processing means sets a distance value based on the GPS position coordinates as an initial value, and sets the azimuth angle and the axle rotation at each time during operation driving. By calculating the operating line curvature equivalent value that is a value corresponding to the line curvature during operation from the train traveling speed obtained from the number, and comparing it with the known line curvature equivalent value in the line information database, Identify the current position of the train in the travel section,
When the reception reliability is determined to be low, the information processing unit specifies the current position of the train in the traveling section based on a distance based on the axle rotation speed.
It is characterized by.
[0008]
Further, the train self-position detecting method according to claim 2 of the present invention,
The method for detecting the position of a train vehicle according to claim 1,
When the reception reliability is determined to be low, the information processing unit sets a distance based on the axle rotation speed as an initial value, and sets the azimuth angle at each time point during operation traveling and the axle rotation speed. By calculating the operating line curvature equivalent value that is a value corresponding to the line curvature during operation from the train traveling speed obtained from the number, and comparing it with the known line curvature equivalent value in the line information database, Identify the current position of the train in the travel section
It is characterized by.
[0009]
Further, the train self-position detecting method according to claim 3 of the present invention,
The method for detecting the position of a train vehicle according to claim 1,
The GPS receiving means includes the azimuth detecting means,
When the reception reliability is determined to be low, the information processing unit specifies the current position of the train in the traveling section by a distance based on the axle rotation speed.
It is characterized by.
[0010]
In addition, the train self-position detecting method according to claim 4 of the present invention,
The method for detecting the position of a train vehicle according to claim 1,
The information measurement travel is performed by the train, and the information processing means detects each position of a travel section based on the GPS position coordinates at each time, and travels from a reference position based on the axle rotation speed. And calculates the value corresponding to the line curvature at each position in the traveling section from the azimuth angle at each time point and the train traveling speed obtained from the axle rotation speed, and calculates the line curvature as a known line curvature equivalent value. To be stored in the information database
It is characterized by.
[0011]
Further, the train self-position detecting method according to claim 5 of the present invention comprises:
In the method of detecting the position of a train vehicle according to claim 4,
With a reference position station whose position is being measured,
The GPS receiving means receives GPS information transmitted by radio waves from the GPS satellites and position correction information transmitted by radio waves from the reference position station, and receives DGPS position coordinates based on the GPS information and the position correction information. Is calculated,
When the train travels on the track, the information processing means calculates a reception reliability coefficient representing a reception reliability which is a degree of reliability at the time of receiving the GPS information and the position correction information.
It is characterized by.
[0012]
Further, the train self-position detecting method according to claim 6 of the present invention comprises:
In the method of detecting the position of a train vehicle according to claim 4,
The reception reliability coefficient is:
A first term that is a function of the number n of the GPS satellites used for receiving the GPS information, and that the larger the n is, the higher the reception reliability is;
It is a function of HDOP, which is the rate of decrease in horizontal position accuracy at an observation point on the earth.
The function must have at least one
It is characterized by.
[0013]
Further, the train self-position detecting method according to claim 7 of the present invention,
In the method of detecting the position of a train vehicle according to claim 4,
The reception reliability coefficient is:
A first term that is a function of the number n of the GPS satellites used for receiving the GPS information, and that the larger the n is, the higher the reception reliability is;
A second term that is a function of HDOP, which is a rate of decrease in horizontal position accuracy at an observation point on the earth, and that the smaller the HDOP is, the higher the reception reliability is;
This is a function of a differential correction data update time t, which is a time difference between the most recent time at which the position correction information was received and the time at which the reception reliability coefficient was calculated, and the smaller the t, the higher the reception reliability. Out of the third term
The function must have at least one
It is characterized by.
[0014]
Further, the train self-position detecting method according to claim 8 of the present invention,
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 7,
The value of the differential correction data update time t is set to a very large value.
It is characterized by.
[0015]
In addition, the train self-position detecting method according to claim 9 of the present invention,
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 7,
The reception reliability coefficient is:
A function obtained by multiplying the sum of the first and second terms by the third term
It is characterized by.
[0016]
In addition, the train self-position detecting method according to claim 10 of the present invention,
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 5,
When the information processing means specifies the current position of the train in the traveling section based on the DGPS position coordinates, the information processing means includes, among the DGPS coordinate information stored in the information storage means by the information measurement travel, the operation travel A line connecting the second position and the third position, which is a position of two pieces of coordinate information close to the first position which is a position obtained from the GPS information and the position correction information at the time, and connecting the second position and the third position The current position of the train shall be the position where the vertical line drawn from the first position crosses the line segment
It is characterized by.
[0017]
Further, the train self-position detecting method according to claim 11 of the present invention,
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 5,
The information processing means, when performing a comparison between the operational line curvature equivalent value and the known line curvature equivalent value, the known line curvature equivalent value data group and the operational line curvature equivalent value data group, Displaced by a certain distance, the deviation coefficient which is the sum of the squares of the differences between the operational line curvature equivalent value data and the known line curvature equivalent value data is minimized, or the operational line curvature equivalent value data and the Identifying the distance corresponding to the case where the value of the cross-correlation coefficient of the known track curvature equivalent value data is the maximum as the current position of the train on the track
It is characterized by.
[0018]
In addition, the train self-position detecting method according to claim 12 of the present invention,
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 5,
The information processing means, when it is determined that the reception reliability is high, according to a ratio of the travel distance calculated by the DGPS position coordinates to the travel distance calculated by the axle rotation speed, Correcting the wheel diameter value of the train when calculating the running distance of the train from numbers
It is characterized by.
[0019]
In addition, the train self-position detection system according to claim 13 of the present invention,
A train-mounted device mounted on the train,
A system having a plurality of GPS satellites orbiting the earth, wherein the current position of the train on a track is detected by the train-mounted device,
The train mounted device,
GPS receiving means for receiving GPS information transmitted by radio waves from the GPS satellites and calculating GPS position coordinates based on the GPS information;
Azimuth angle detection means for detecting the azimuth angle of the vehicle body or bogie when the train is running,
Axle rotation speed detecting means for detecting the axle rotation speed of the train,
Information storage means for storing a line information database that associates the latitude and longitude, the known line curvature equivalent value that is a value corresponding to the curvature of the line, and the distance,
Equipped with information processing means,
The information processing means, when the train runs on the track, calculates a reception reliability coefficient representing a reception reliability which is a degree of reliability at the time of receiving the GPS information,
When the reception reliability is determined to be high, the information processing unit specifies a current position of the train in the traveling section based on the GPS position coordinates,
When the reception reliability is determined to be medium, the information processing means sets a distance value based on the GPS position coordinates as an initial value, and sets the azimuth angle and the axle rotation at each time during operation driving. By calculating the operating line curvature equivalent value that is a value corresponding to the line curvature during operation from the train traveling speed obtained from the number, and comparing it with the known line curvature equivalent value in the line information database, Identify the current position of the train in the travel section,
When the reception reliability is determined to be low, the information processing unit specifies the current position of the train in the traveling section based on a distance based on the axle rotation speed.
It is characterized by.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a train vehicle position detection system according to an embodiment of the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 1, the train-owned-vehicle position detection system 100 includes a train-mounted device 20, a reference position station 3, and GPS satellites G1, G2, G3,..., Gn.
[0023]
The train mounting device 20 is mounted on a train 2 running on a railway line 1. The reference position station 3 is a public reference station, and the position of the reference position station 3 is known in advance by measurement or the like. The reference position station 3 has a transmission antenna 31, and transmits position correction information on the position, time, and the like of the reference position station 3 by radio waves.
[0024]
The plurality of GPS satellites G1 to Gn are artificial satellites orbiting the earth, and their positioning codes, orbit information of the transmitting GPS satellite (information about the three-dimensional position coordinates and time of the transmitting GPS satellite, etc. GPS information is transmitted by radio waves.
[0025]
Therefore, the train-mounted device 20, the plurality of GPS satellites G1 to Gn, and the reference base station 3 constitute a DGPS (Differential Global Positioning System).
[0026]
The above-described train mounting device 20 includes an information processing unit 22, an information storage unit 23, a first antenna 24, a second antenna 25, a GPS processing unit 26, a differential reception unit 27, an azimuth detection unit 28, And an axle rotation speed detecting unit 29. Here, the information processing unit 22 corresponds to an information processing unit in the claims, and the information storage unit 23 corresponds to an information storage unit in the claims. The first antenna 24, the GPS processing unit 26, the second antenna 25, and the differential receiving unit 27 correspond to a GPS receiving unit in the claims. Further, the azimuth angle detection unit 28 corresponds to an azimuth angle detection unit in the claims. Further, the axle rotation speed detecting section 29 corresponds to an axle rotation speed detecting means in the claims.
[0027]
The first antenna 24 detects a radio wave transmitted from the GPS satellite G1 or the like, and outputs the detected radio wave to the GPS processing unit 26. The second antenna 25 detects a radio wave transmitted from the reference position station 3 and outputs the detected radio wave to the differential receiving unit 27. The differential receiving unit 27 obtains the position correction information from the radio wave detected by the second antenna 25 and outputs this to the GPS processing unit 26. The GPS processing unit 26 detects the position coordinates of the vehicle using the GPS information and the position correction information, and outputs the coordinates to the information processing unit 22.
[0028]
Here, the azimuth angle refers to an angle between a geographical direction line toward the North Pole and a traveling direction line of the train 2. The azimuth detecting unit 28 has a geomagnetic sensor (not shown). The geomagnetic sensor is one of magnetic sensors that measure the strength of the earth's magnetic field. As the geomagnetic sensor, a search coil type magnetic sensor, a Hall element type magnetic sensor, a magnetic modulator type magnetic sensor, or the like is used. These geomagnetic sensors detect the direction of the north pole (magnetic north pole) of the earth's magnetic field.
[0029]
As one of the magnetic modulator type magnetic sensors described above, a flux gate type magnetic sensor is used. The flux-gate type magnetic sensor uses an AC drive coil wound around a core made of a material with high magnetic permeability to magnetically saturate the core, and generates an external magnetic field from the output voltage appearing on other magnetic field detection coils wound around the core. It is a sensor to detect. By providing two sets of magnetic field detection coils (x direction magnetic field detection coil and y direction magnetic field detection coil) and arranging the x direction magnetic field detection coil and the y direction magnetic field detection coil perpendicular to each other, the x direction component of the external magnetic field And y-direction components can be detected.
[0030]
By utilizing this principle, the direction of the north pole (magnetic north pole) of the earth's magnetic field can be detected. Since the positional relationship between the magnetic North Pole and the geographic North Pole is known, the direction to the Magnetic North Pole is determined to detect the azimuth angle, which is the angle between the geographic North Pole direction and the train 2 travel direction line. can do. When the azimuth detecting unit 28 has another type of geomagnetic sensor, the principle is different, but the direction of the magnetic north pole can be detected, and the azimuth of the train 2 can be detected based on this. Has become. An output indicating the azimuth detected by the azimuth detection unit 28 is sent to the information processing unit 22.
[0031]
In addition, the axle rotation speed detection unit 29 has a speed generator (not shown). The speed generator is a device attached to the axle 21a of the train 2, and generates pulses (for example, ν pulses per rotation; ν: a positive integer) according to the rotation speed of the axle 21a. With this pulse, the rotation speed of the axle 21a is detected. The output indicating the axle rotation speed is sent to the information processing unit 22.
[0032]
The information processing unit 22 is a unit that processes and analyzes the GPS information and the position correction information sent from the GPS processing unit 26. Although not shown, the information processing unit 22 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM, a data / command input unit, an image display unit, an output unit, and the like.
[0033]
Although not shown, the CPU performs four arithmetic operations (addition, subtraction, multiplication, and division) on various data, or performs logical operations (logical product, logical sum, negation, exclusive logical sum, and the like). It is a part that performs processing such as data comparison or data shift.
[0034]
Although not shown, the information storage unit 23 includes a hard disk drive (HDD), a ROM (Read Only Memory), and the like, and includes a control program for controlling the CPU and various types of information used by the CPU. This part stores data and the like. Further, the ROM is generally constituted by a semiconductor chip or the like.
[0035]
Although not shown, the information processing unit 22 includes a RAM (Random Access Memory: random access memory). The RAM is a part for temporarily storing data and the like calculated by the CPU. The RAM is generally constituted by a semiconductor chip or the like.
[0036]
Although not shown, the information processing unit 22 includes a data / input unit such as a keyboard, various keys and switches, and an image display unit such as a CRT (Cathode Ray Tube) monitor or a liquid crystal display panel. have. The information processing unit 22 has an output unit (not shown). The output unit has a printer, an external output terminal, a communication device such as a modem, a LAN (Local Area Network) port, and the like, and prints a calculation result of the CPU and processed data on paper or the like, or outputs an electric signal. It is a part that is output or transmitted to the outside. If an external recording device such as a flexible disk (FD) device, a magneto-optical disk device such as an MO or CD-RW, or an IC card device is connected to the external output terminal, data to be set and processing by the CPU are performed. Result data and the like can be recorded on a recording medium such as a disk and taken out.
[0037]
Further, although not shown, the GPS processing unit 26 in the train vehicle position detection system 100 of the present embodiment also has a CPU, RAM, ROM, data / command input unit, It has an output unit and the like.
[0038]
The information processing unit 22 detects the axle rotation speed from the output sent from the axle rotation speed detection unit 29. Further, the information processing unit 22 calculates the rotation speed of the axle from the number of axle rotations per unit time. The information processing unit 22 calculates the traveling speed of the train 2 from the calculated rotation speed of the axle and the known value of the diameter of the wheel 21.
[0039]
For example, when the axle rotation speed per unit time is N (times / second), the axle angular speed ω is ω = 2πN (radians / second). Here, π indicates the pi. In this case, assuming that the diameter of the wheels 21 of the train 2 is D (meters), the speed V at the outer periphery of the wheels 21 O Is V O = (D / 2) × ω = πND (meters / second). Since there is no slippage between the wheel 21 and the rail 11, the traveling speed of the train 2 is equal to the speed V O Becomes equal to
[0040]
The information processing unit 22 integrates the number of pulses from the axle rotation speed detection unit 29. For example, when the diameter of the wheels 21 of the train 2 is D (meters), the length of the outer circumference (circumference) of the wheels 21 is πD (meters). When the axle rotation number detecting unit 29 generates ν pulses in one rotation of the axle, the information processing unit 22 outputs πMD / ν (meters) when the number of integrated pulses is M. ) Is calculated, it is assumed that there is no slippage between the wheel 21 and the rail 11, and the value of πMD / ν (meter) is output as the travel distance of the train 2. Further, the information processing unit 22 uses the calculated moving distance to calculate a distance from the starting point (distance: zero) to the point or a distance from an intermediate point where the distance is known to the point. . Here, the “distance” is not a linear distance but a length traveled along the railway line 1, and is a value corresponding to a so-called “distance”. Further, the above-described respective calculation results are stored in the information storage unit 23, the RAM in the information processing unit 22, or the like. The distance calculated from the rotation of the axle as described above is hereinafter referred to as “axle distance”.
[0041]
Next, the operation performed by the train vehicle position detection system 100 will be described in more detail with reference to FIGS.
[0042]
Prior to the description of the operation performed by the train vehicle position detection system 100, the configuration and operation of the DGPS will be described.
[0043]
The GPS satellite G1 and the like are artificial satellites orbiting the earth at about 20,000 km above the earth. The orbit has six different orbits, each of which is shifted 60 degrees in longitude across the equatorial plane of the earth. The total number of GPS satellites is 24, and four GPS satellites are arranged in each orbit. With such a configuration, at any point on the earth, four or more GPS satellites can be seen.
[0044]
Radio signals for positioning are transmitted from the respective GPS satellites G1 and the like. This radio signal is a digital signal, and the digital signal includes a positioning code repeated every predetermined period (for example, 1 millisecond), orbit information of a transmitted GPS satellite, and the like. This positioning code is also generated inside the GPS processing unit 26. For this reason, if the time of the clock mounted on the GPS satellite G1 or the like and the time of the clock on the receiving side (for example, the GPS processing unit 26) match without error, the time lag of the positioning code (hereinafter, referred to as the time) By detecting “time difference”, the distance between the received GPS satellite and the position of the received device (hereinafter, referred to as “pseudo distance”) can be calculated.
[0045]
That is, the pseudo distance from the reception position of the radio wave from the GPS satellite to a certain GPS satellite can be obtained by multiplying the above time difference by the speed (light speed) of the radio wave. The three-dimensional position coordinates of the GPS satellite at each time can be calculated from the orbit information in the above digital signal. If the three-dimensional position coordinates of a certain GPS satellite at a certain time are (α, β, γ), the three-dimensional position coordinates of the GPS radio wave reception position are (x, y, z), and the pseudo distance at that time is R, , The following equation (1) holds.
(X-α) 2 + (Y-β) 2 + (Z-γ) 2 = R 2 ……… (1)
[0046]
Since the number of variables of the three-dimensional position coordinates (x, y, z) of the GPS radio wave reception position is three, radio waves from three different GPS satellites are simultaneously received and the pseudo distance is calculated. By obtaining three relational expressions similar to 1) and solving them, the values of x, y, and z can be obtained. However, since there is a time error between the clock of the GPS satellite and the clock of the receiving device, the calculated pseudo distance R includes an error ΔR. Therefore, in the above method, the values of x, y, and z cannot be uniquely determined.
[0047]
In order to solve this, if radio waves from at least four different GPS satellites are received at the same time and the pseudo distance is calculated, and at least four relational expressions similar to the above expression (1) are obtained, ΔR is considered. Meanwhile, the values of x, y, and z can be uniquely determined. The GPS processing unit 26 in the train vehicle position detection system 100 of the present embodiment is configured to output the received number n of GPS satellites to the information processing unit 22.
[0048]
Even if four or more GPS satellites are captured and their radio signals are obtained, the positioning accuracy is rather reduced depending on the relative arrangement of the GPS satellites. This is due to geometric properties. For this reason, the accuracy in such a case is referred to as a geometric accuracy reduction rate (hereinafter, referred to as “GDOP”).
[0049]
The smaller the value of GDOP, the higher the accuracy. For example, the value of GDOP decreases as the relative angle formed between the GPS radio signal receiving position and the line connecting each GPS satellite increases. Therefore, the larger the volume of a tetrahedron created by connecting four GPS satellites, the smaller the GDOP value. For this reason, when five or more GPS satellites are captured, the GPS processing unit 26 selects a combination of four GPS satellites that minimizes the GDOP value, and adopts this combination for positioning calculation. I have to.
[0050]
The above GDOP is expressed by the following equation (2).
GDOP 2 = PDOP 2 + TDOP 2 ............ (2)
[0051]
In the above equation (2), PDOP indicates a rate of decrease in position accuracy at an observation point on the earth (Position Dilution of Precision: hereinafter, referred to as “rate of decrease in position accuracy”), and TDOP indicates a decrease in time accuracy. Rate (Time Dilution of Precision: hereinafter, referred to as “time precision reduction rate”).
[0052]
PDOP is represented by the following equation (3).
PDOP 2 = HDOP 2 + VDOP 2 ……… (3)
[0053]
In the above equation (3), HDOP represents a horizontal direction of precision (hereinafter referred to as “horizontal position accuracy reduction rate”) at an observation point on the earth, and VDOP. Indicates a vertical direction of precision (hereinafter referred to as “vertical direction accuracy reduction rate”) at a vertical position at an observation point on the earth.
[0054]
The GPS processing unit 26 in the train vehicle position detection system 100 according to the present embodiment is configured to output the HDOP value calculated using a predetermined proportional constant to the information processing unit 22.
[0055]
The above description relates to the general configuration and operation of a GPS (Global Positioning System). A radio signal from a normal GPS satellite includes a radio wave delay due to the influence of the ionosphere and the convection layer, a clock error on the GPS receiver side, and a clock error in the GPS satellite. Therefore, due to these effects, the positioning result also includes an error. DGPS aims to reduce such errors and increase the accuracy of the positioning result.
[0056]
In the DGPS, in addition to the GPS satellite and the receiving device, the above-described positioning by GPS (single positioning) is performed at a reference position where accurate position data (latitude, longitude, height on the earth ellipsoid) is measured by surveying or the like. Do. Thereby, both the known position data of the reference position (reference position data) and the position data by GPS at that time (GPS position data) are obtained. The difference between the reference position data and the GPS position data can be used as a correction amount at another position.
[0057]
Therefore, if the data of the difference between the reference position data and the GPS position data is calculated in real time and transmitted by radio waves as position correction information, at other places where the position correction information is received, the GPS alone performs positioning. By performing correction by subtracting from the calculated position coordinates by the correction amount shown in the position correction information, more accurate three-dimensional position coordinates are calculated, and these three-dimensional position coordinates are converted into latitude and longitude on the earth The position coordinates (hereinafter, referred to as “DGPS position coordinates”) can be obtained. Such a system is DGPS. In the train vehicle position detection system 100 of the present embodiment, the position of the reference position station 3 is known, and the reference position station 3 transmits position correction information in real time. Here, the DGPS position coordinates correspond to the GPS position coordinates in the claims.
[0058]
In DGPS, it is ideal to use the position correction information from the reference position station for the correction of the GPS positioning position at the same time, but actually, the position correction information from the reference position station is used for a certain time. Will be used for correcting the GPS positioning position at the time point when. However, since the GPS satellites are moving every moment, an error is included in the position correction information as time passes. When the time at which other parts are corrected based on the transmission time of the position correction information from the reference position station is referred to as “delay time” and is represented by τ, the error of the position correction information is τ 2 Is known to be proportional to The GPS processing unit 26 in the train-owned-vehicle position detection system 100 according to the present embodiment uses the time difference between the latest time at which the position correction information is received and the time of the data to be corrected as a differential correction data update time t as information processing. It is configured to output to the unit 22.
[0059]
Further, the information processing section 22 can obtain the distance from the DGPS position coordinates (latitude, longitude). That is, if the distance between two points on the track is sufficiently small, the straight line distance between the two points is equal to the distance. Therefore, the distance is calculated by using the distance, and the distance is calculated by adding them. can do. The distance obtained from the DGPS position coordinates in this manner is hereinafter referred to as “DGPS distance”.
[0060]
Next, the operation of the train vehicle position detection system 100 of the present embodiment including the above-described DGPS will be described in more detail.
[0061]
First, in order to create a database of track information, as shown in FIG. 1, a train 2 travels for information measurement on the railroad track 1. In FIG. 1, a railroad track 1 is installed in the left-right direction in the figure, and a train 2 is illustrated as traveling from left to right in the figure.
[0062]
In this information measurement run, the information processing unit 22 calculates the “correspondence to track curvature” at each position of the running section at each time from the train running speed obtained from the axle rotation speed at each time and the azimuth at each time. Value ”. Also, the axle distance at that time is calculated.
[0063]
Hereinafter, the line curvature equivalent value will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, consider a point A on the track and a point B on the track separated from the point A by a very small distance. In this case, the curve AB can be regarded as an arc, and assuming that the radius of curvature is R (unit: meter), the center of the circle is O and the center angle of the arc AB is a minute angle Δθ (unit: radian). , The length L of the arc AB AB (Unit: meter) can be calculated by R × Δθ. Therefore, Δθ is (L AB / R).
[0064]
Further, as shown in FIG. 2B, the azimuth at the point A is represented by θ in units of radians. A And the azimuth at point B is expressed in radians as θ B Then, the change amount of the azimuth angle when moving from the point A to the point B (θ B −θ A ) Is equal to Δθ. The value (Δθ / ΔT) obtained by dividing the azimuth angle change Δθ by the elapsed time ΔT (unit: second) is hereinafter referred to as “azimuth angle change rate” θ ′. This azimuth angle change rate θ ′, that is, (Δθ / ΔT) is calculated based on the relationship of FIG. AB / ΔT) × (1 / R).
[0065]
Here, (L AB / ΔT) is the train traveling speed v (unit: meters / second) when moving on the route of the curve AB. Also, (1 / R) is the reciprocal of the radius of curvature R, and if this is defined as "corresponding value of line curvature", the equivalent value (1 / R) of line curvature is obtained by the following equation (4).
1 / R = θ '/ v (4)
[0066]
In this way, for each point (hereinafter, referred to as "pointer") of the measured distance (for example, 1 meter) on the track, the axle distance and the track curvature equivalent value (1 / R : Hereafter referred to as “corresponding value of known track curvature”). A data table in which the pointer, the distance, and the known track curvature equivalent value are associated with each other is hereinafter referred to as a “curvature equivalent value map table”. In the curvature equivalent value map table, a line segment code is also stored. The line section code is a code for specifying each line section of the railway, and different codes are assigned to the up line and the down line even for the same line section.
[0067]
Further, DGPS position coordinates (latitude value, longitude value) can be obtained at each pointer for each traveling distance of 1 meter. The CPU (not shown) of the information processing unit 22 calculates the pointer and the latitude from these data. A data table in which only data is arranged (hereinafter, referred to as “latitude index”) and a data table in which only pointers and longitude data are arranged (hereinafter, referred to as “longitude index”) are created, and these are stored in the above-mentioned line information database. Incorporate in.
[0068]
Next, the track information database created as described above is mounted on the train 2, and operation is performed. Here, it is assumed that the created track information database is subsequently stored in the information storage unit 23 of the train 2. In the operation traveling of the train 2, a CPU (not shown) in the information processing unit 22 calculates a reception reliability coefficient from the GPS information and the position correction information input from the GPS processing unit 26 at that time. . The reception reliability coefficient is a value representing the reception reliability which is the degree of reliability of the GPS information and the position correction information.
[0069]
When the reception reliability coefficient is represented by c, the reception reliability coefficient c is represented by the following equation (5). c = {f (n) + g (HDOP)} × h (t) (5)
In this case, the larger the value of c, the higher the reliability of reception.
[0070]
In the above equation (5), the first term, f (n), indicates a function of the number n of GPS satellites used for receiving GPS information. The value of f (n) is zero when the value of n is between zero and three. When the value of n is 4 or more, the value of f (n) is equal to n. That is, when the value of n is 4, the value of f (n) is 4, and when the value of n is 5, the value of f (n) is 5. The following is the same.
[0071]
As described above, in order to obtain the DGPS position coordinates at the reception position in the DGPS, at least four GPS satellites are required as in the case of general positioning of a general GPS. Therefore, when n is 3 or less, the degree of reliability of the positioning is the lowest, so that it is set to zero. If n is 4 or more, a combination (4) of GPS satellites can be selected so that GDOP (or HDOP) becomes the best, and a more accurate combination can be selected as the value of n increases. Therefore, the degree of reliability of positioning increases. In order to express this property, when n is 4 or more, f (n) = n.
[0072]
The function of f (n) may be other than the above. For example, when n is 3 or less, a fixed value k other than zero may be set. In this case, when n is 4 or more, f (n) = n 2 It may be + k. Alternatively, when n is 3 or less, a fixed value k other than zero is set. When n is 4 or more, f (n) = n a It may be + k. In this case, a is an integer of 1 or more. Alternatively, when n is 3 or less, a fixed value k other than zero may be set, and when n is 4 or more, f (n) = f1 (n) + k. In this case, f1 (n) is a function that increases as n increases. In short, the function f (n) is a constant value k when n is 3 or less, and any function that increases from k when n is 4 or more. There may be.
[0073]
In the above equation (5), g (HDOP), which is the second term, indicates a function of the horizontal position accuracy decrease rate HDOP. If HDOP is represented as p for simplicity, g (p) is a function whose value increases as p decreases. For example, g (p) may be a function inversely proportional to p, and g (p) = 1 / p. Alternatively, g (p) is p 2 G (p) = 1 / p 2 It may be. In general, g (p) is p b G (p) = 1 / p b It may be. In this case, b is an integer of 1 or more.
[0074]
As described above, in the DGPS, in order to increase the horizontal position accuracy at the reception position, the smaller the value of the horizontal position accuracy reduction rate HDOP is, the more advantageous it is. For this reason, g (p) is set to be a function having a larger value as the HDOP is smaller.
[0075]
Note that the function of g (p) may be other than the above. For example, in general, g (p) is p b G (p) = 1 / (p + e), which is inversely proportional to and has an intercept when b is zero b It may be. In this case, b is an integer of 1 or more, and e is a positive real number. In short, the function g (HDOP) may be any function as long as the smaller the HDOP, the larger the value.
[0076]
In the above equation (5), h (t), which is the third term, represents a function of the differential correction data update time t. h (t) is t 2 Becomes larger, the value becomes smaller, and the function has an intercept when t is zero. For example, h (t) is given by h (t) = 1 / (t 2 + Q) r It may be. In this case, q is a positive real number, and r is an integer of 1 or more.
[0077]
As described above, in the DGPS, in order to increase the position accuracy at the reception position, it is more advantageous as the value of the differential correction data update time t is smaller. Also, t 2 The error increases in proportion to the value of. Therefore, h (t) becomes t 2 The function is set so that the smaller the is, the larger the function becomes.
[0078]
Note that the function of h (t) may be other than the above. In short, the function h (t) is t 2 Any function may be used as long as the function is such that the smaller the value, the larger the value.
[0079]
Note that the reception reliability coefficient c is not limited to the function of the above equation (5). In general, if the function has at least one of the first term f (n), the second term g (HDOP), and the third term h (t) in the above equation (5), Any function may be used. For example, it may be the sum of the first term f (n), the second term g (HDOP), and the third term h (t). Alternatively, it may be obtained by multiplying the first term f (n), the second term g (HDOP) and the third term h (t). Alternatively, it may be a function obtained by multiplying the sum of the first term f (n) and the third term h (t) by the second term g (HDOP). Alternatively, it may be a function obtained by multiplying the sum of the second term g (HDOP) and the third term h (t) by the first term f (n). Alternatively, it may be a function obtained by multiplying any two terms and adding the remaining one term.
[0080]
Next, a CPU (not shown) in the information processing unit 22 compares the calculated value of the reception reliability coefficient c with a determination value stored in the information storage unit 23 in advance. As the discrimination values, for example, two real numbers s1 satisfying s1 <s2 (hereinafter, referred to as “first discrimination value”) and s2 (hereinafter, referred to as “second discrimination value”) are used.
[0081]
In this case, if the calculated reception reliability coefficient c is larger than the second determination value s2, that is, if s2 <c, the CPU (not shown) in the information processing unit 22 determines the reliability of the DGPS reception. The degree is determined to be “high”. In this case, the CPU (not shown) in the information processing unit 22 specifies the current position (for example, the distance) of the train in this traveling section based on the DGPS position coordinates. This is because if the reliability of the data from the DGPS is high, it is considered that specifying the position using only the DGPS data has higher accuracy.
[0082]
When the calculated reception reliability coefficient c is equal to or greater than the first determination value s1 and equal to or less than the second determination value s2, that is, when s1 ≦ c ≦ s2, the DGPS reception reliability is “medium”. Degree ”. In this case, the CPU (not shown) in the information processing unit 22 sets the DGPS distance obtained from the DGPS position coordinates as an initial value, and obtains the azimuth at each time point during operation and the axle rotation speed. The current position of the train in the running section is specified by calculating the equivalent value of the track curvature during operation running from the train running speed and comparing it with the known equivalent value of the track curvature. This is because if the reliability of the data from the DGPS is not so high, it is better to add the azimuth data to specify the position as much as the DGPS distance obtained from the DGPS than to the method using only the DGPS data. This is because the accuracy is considered to be high.
[0083]
When the calculated reception reliability coefficient c is smaller than the first determination value s1, that is, when c <s1, it is determined that the DGPS reception reliability is “low”. In this case, the CPU (not shown) in the information processing unit 22 specifies the current position of the train in the traveling section based on the axle distance based on the axle rotation speed. This is because if the reliability of the data from the DGPS is low, DGPS data is not used, and specifying the position based on the axle distance, which is the distance based on the axle rotation speed, is more accurate. Because it is possible.
[0084]
Next, the first of the above three methods for specifying the current position of the vehicle, that is, the method for specifying the current position (distance) of the train in the traveling section based on the DGPS position coordinates will be described in further detail. .
[0085]
In FIG. 3, reference numeral 1 indicates a planar shape of the railway line. In this case, it is assumed that the train is traveling upward from below in FIG. At this time, it is assumed that DGPS position coordinates (latitude λ, longitude μ) have been obtained. Further, it is assumed that this position is a point C which is not a point on the railway line 1 in FIG. The process so far is hereinafter referred to as “first step”.
[0086]
In this case, the CPU (not shown) of the information processing section 22 sets n pointers having a latitude smaller than the latitude λ from the above-mentioned latitude index so that A total of 2n pointers are selected, with n pointers having a larger latitude. The process so far is hereinafter referred to as “second step”.
[0087]
Also, the CPU (not shown) of the information processing section 22 sets the longitude μ to be included in the middle of the above-mentioned longitude index, and sets n pointers having a longitude smaller than the longitude μ, Also, n pointers having a large longitude are selected, that is, a total of 2n pointers are selected. The process so far is hereinafter referred to as “third step”.
[0088]
Next, the CPU (not shown) of the information processing unit 22 selects only a matching (identical) pointer from the pointers selected as described above. Next, the CPU (not shown) of the information processing unit 22 calculates the distance between these pointers and the point C.
[0089]
For example, the DGPS position coordinates of the point C are converted into an xy coordinate system based on a certain position to calculate (x1, y1), and the DGPS position coordinates of the pointer for which the distance is to be calculated are calculated in the xy coordinate system. And calculating (x2, y2), the distance L between the point C and the two points of this pointer can be calculated by the following equation (6).
L = {(x2-x1) 2 + (Y2-y1) 21/2 ............ (6)
[0090]
After the distance L between the point C and each pointer is obtained in this manner, two points are selected: a point (pointer) where the distance L is the minimum, and a point (pointer) where the distance L is next smaller. FIG. 3 shows point A and point B as these two points (pointers). In this case, the distance of the point B is larger than the distance of the point A. The process up to this point is hereinafter referred to as “fourth step”.
[0091]
In FIG. 3, the distance between points A and C is a, the distance between points C and B is b, and the distance between points A and B is c. In this case, assuming that a point at which a perpendicular line drawn from the point C to the line segment AB intersects the line segment P is P, the distance d between the point A and the point P can be calculated by the following equation (7). The process so far is hereinafter referred to as “fifth step”.
d = (a 2 -B 2 + C 2 ) / 2c ............ (7)
[0092]
The CPU (not shown) of the information processing section 22 outputs the distance obtained by adding the value d calculated by the above equation (7) to the distance of the point A as the distance at the current time, and stores the information. It is stored in the unit 23. The process up to this point is hereinafter referred to as “sixth step”.
[0093]
In the above description, the position of the point C corresponds to the first position in the claims, the position of the point A corresponds to the second position in the claims, and the position of the point B corresponds to the position in the claims. This corresponds to the third position. Alternatively, the position of point A may be the third position in the claims, and the position of point A may be the second position in the claims.
[0094]
In the fourth step of the above-described method, the distance between each of the selected pointers and the point C is calculated, and the point having the smallest distance (pointer) and the point having the next smaller distance (pointer) are calculated. When two points are selected, the line segment code is also determined, and a predetermined process is performed according to the line segment code. That is, when the line segment code of each selected pointer is the same as the line segment code of the track on which the train is currently running, the above-described method is applied as it is.
[0095]
However, if any of the selected pointers has a line segment code different from the line segment code of the track on which the train is currently traveling, the distance to the point C is calculated after the distance to the point C is calculated. A predetermined penalty value m is added to the distance value. The value of m is a large value such as m = 20 meters when the distance between pointers is 1 meter. This is to prevent the distance of another branching line and the distance of the main line from being confused at a branching point or the like.
[0096]
Next, the second method of the three vehicle current position specifying methods described above, that is, the DGPS distance obtained from the DGPS position coordinates is used as the initial value, and the azimuth and the axle at each time point during operation driving are calculated. A train curvature equivalent value during operation (hereinafter, referred to as “operating line curvature equivalent value”) is calculated from the train traveling speed obtained from the rotation speed, and is compared with the known line curvature equivalent value in the above-mentioned line information database. By doing so, a method for specifying the current position of the train in the traveling section will be described in more detail.
[0097]
In this method, first, a DGPS distance obtained from DGPS position coordinates is set as an initial value. This is because the reliability of the DGPS data is not high, but is moderate, and the DGPS distance is more reliable as an initial value than the axle distance obtained from the axle rotation speed. This is because
[0098]
Next, a comparison is made between the operating line curvature equivalent value calculated during operation traveling and the known line curvature equivalent value. This method will be described in detail with reference to FIG.
[0099]
First, in the current operation traveling, the CPU (not shown) of the information processing unit 22 calculates a curvature equivalent value from the train traveling speed v obtained from the axle rotation speed and the azimuth change rate θ ′ by the above equation (4). Calculate 1 / R.
[0100]
Next, the CPU (not shown) of the information processing section 22 compares the equivalent value of the line curvature during the current operation and the equivalent value of the known line curvature in the equivalent curvature map table. In this case, first, a deviation coefficient is calculated for the current line curvature equivalent value during operation and the data of the known line curvature equivalent value in the line information database.
[0101]
This deviation coefficient is calculated as follows. That is, first, from the known curvature equivalent value data, a section including the initial value of the distance, for example, the distance K in the curvature equivalent value map table is included. 1 To K 2 Select the section up to. It is assumed that this section includes i (i: an integer of 2 or more) continuous pointers. The known curvature equivalent value data of these pointers are arranged in order from the curvature equivalent value data of the smallest pointer about the distance to the curvature equivalent value data of the largest pointer about the distance, and δ 1 1, δ 2 ,…, Δ i Assume that
[0102]
Next, the i corresponding curvature equivalent value data immediately before being sampled at a constant distance during the current operation traveling is calculated from the curvature equivalent value data of the smallest pointer of the distance to the curvature equivalent value data of the largest pointer of the distance. Up to 順 に 1 1, ξ 2 ,…, Ξ i Assume that
[0103]
Next, using the known curvature equivalent value data and the current curvature equivalent value data, the square value of the difference between the corresponding data values, for example, (δ 1 −ξ 1 ) 2 , (Δ 2 −ξ 2 ) 2 ,…, (Δ i −ξ i ) 2 Ask for. Since the number of pointers is i, i square values are obtained. Next, the sum of these i square values is calculated. This is a deviation coefficient, and when this is w, the deviation coefficient w can be calculated by the following equation (8).
w = Σ (δ k −ξ k ) 2 ............ (8)
[0104]
The CPU (not shown) of the information processing section 22 increases or decreases the distance of the section selected from the known curvature equivalent value data by, for example, one pointer or one pointer. Calculate the deviation coefficient for the case. As a result, when the section where the deviation coefficient is the smallest is found, the moving amount (the amount indicating how many pointers are shifted from the initial value of the distance) in that case is obtained, and the initial value of the distance is calculated by the corresponding value. And the distance at the time of comparison.
[0105]
The above processing will be described with reference to the graph of FIG. FIG. 4A is a graph illustrating a set S1 of known line curvature equivalent value data extracted for comparison between the known line curvature equivalent value and the operating line curvature equivalent value in relation to the traveling distance. The horizontal axis is the running distance (unit: 10) 4 Meters), and the vertical axis indicates a line curvature equivalent value (unit: 1 / meter). The cut-out known line curvature equivalent value data set S1 is the distance value initial value K in the above description. c Known curve curvature equivalent value data δ corresponding to c , And the number of data is j (an integer satisfying j: j> i) which is several times larger than i. In FIG. 4A, the entire known line curvature equivalent value is indicated by a solid line for easy recognition, and the known curvature equivalent value data set S1 cut out therefrom is indicated by a thick solid line.
[0106]
Next, FIG. 4B shows i data sets S2 of the operation-time track curvature equivalent value data during the current operation run, for example, ξ in the above description. 1 1, ξ 2 ,…, Ξ i Is a graph illustrating the relationship with the traveling distance, where the horizontal axis represents the traveling distance (unit: 10). 4 Meters), and the vertical axis indicates a line curvature equivalent value (unit: 1 / meter). In FIG. 4 (B), the line curvature equivalent value data set S2 during operation is shown by a thick solid line for easy recognition.
[0107]
Next, FIG. 4 (C) shows the data set S1 of the known line curvature equivalent value cut out in FIG. 4 (A) described above and the i-th data set in the operational line curvature equivalent value data of FIG. 4 (B). S2 is shown at the same time, and the horizontal axis represents the traveling distance (unit: 10). 4 Meters), and the vertical axis indicates a line curvature equivalent value (unit: 1 / meter). In FIG. 4 (C), the entire known line curvature equivalent value is indicated by a solid line, and the known curvature equivalent value data set S1 cut out therefrom is indicated by a thick solid line so as to be easily recognized. The value data set S2 is illustrated by a thick solid line.
[0108]
The waveforms of the data set S1 and the data set S2 substantially overlap each other if they are moved by a distance U in a direction from left to right in FIG. At this time, since the waveforms substantially overlap, as described above, the value of the deviation coefficient w calculated based on the two data becomes minimum (for example, substantially zero). In FIG. 4C, the set S1 (the set of data corresponding to the curvature of the line during operation) is moved by the correction amount U in the direction from left to right (in the direction in which the distance increases) in the figure. (The data set of the equivalent values of the curvature of the known track) and the distance K at the time of comparison in the current operation run is almost equal to the initial value K. c The distance obtained by adding the distance U to the above is the distance output by the CPU (not shown) of the information processing section 22 at the time of this comparison.
[0109]
As the third method among the three methods of specifying the current position of the vehicle, two methods can be adopted. One of the methods is to calculate the distance distance at the current time by adding the distance distance specified at the previous time as an initial value and adding the axle distance value obtained from the axle rotation speed to this value. It is.
[0110]
Further, another method of the third method of the own vehicle current position specifying method will be described below. First, an axle distance obtained from the axle rotation speed is set as an initial value. Then, in the subsequent process, that is, the azimuth at each point of time during operation and the train running speed obtained from the axle rotation speed, the line curvature equivalent value during operation, which is the line curvature equivalent value during operation, is calculated, The current position of the train in the traveling section is identified by comparing the current position with the equivalent value of the known track curvature. This process is exactly the same as in the above-described second method.
[0111]
Next, other functions of the train vehicle position detection system 100 of the present embodiment will be described. The train vehicle position detection system 100 of the present embodiment has a function of automatically correcting the value of the wheel diameter D when calculating the axle distance.
[0112]
When the reception reliability is determined to be high, for example, as described above, when the reception reliability coefficient c is larger than the second determination value s2, that is, when s2 <c, Driving distance L calculated by DGPS position coordinates G And travel distance L calculated from axle rotation speed W And the ratio L G / L W Is calculated.
[0113]
The above ratio L G / L W If the value of (hereinafter, referred to as R) is 1, no correction is performed. Otherwise, the travel distance L calculated from the DGPS position coordinates G Is correct, the value D of the diameter of the wheel 21 is corrected.
[0114]
For example, if the value of the ratio R is greater than 1, the traveling distance L calculated from the axle rotation speed is used. W Indicates that the wheel diameter value D used in the current calculation is smaller than the correct value. For this reason, the information processing unit 22 performs correction so as to increase the value of the wheel diameter value D stored in the information storage unit 23. As a correction method, the stored value D at that time is multiplied by the correction rate E. This correction rate E1 is represented by the following equation (9).
E1 = 1 + (R-1) × J1 (9)
[0115]
In this case, the value of the ratio R is larger than 1, for example, about 1.1, so that (R-1) in the above equation (9) is a small positive value, for example, 0.1. It becomes such a value. J1 in the above equation (9) is a small positive value, for example, a value such as 0.05 or 0.1.
[0116]
The reason for multiplying (R-1) by the small value of J1 as described above is as follows. If the value of the ratio R is 1.1 and the wheel diameter value D at that time is directly multiplied by 1.1, the change in the axle distance may be too large. Therefore, in order to gradually increase the wheel diameter value, the wheel diameter is multiplied by J1 which is a small value corresponding to 1/20 or 1/10 of the value of (R-1). If the degree of increase in the wheel diameter value is not enough, the ratio R will be greater than 1 even at the next time point, so that the correction rate E1 for the new increase may be multiplied again.
[0117]
If the value of the ratio R is smaller than 1, the travel distance L calculated from the axle rotation speed is used. W Indicates that the value of the wheel diameter value D used in the current calculation is larger than the correct value. For this reason, the information processing unit 22 performs correction so as to decrease the value of the wheel diameter value D stored in the information storage unit 23. As a correction method, the stored value D at that time is multiplied by the correction rate E2. This correction rate E2 is represented by the following equation (10).
E2 = 1− (1−R) × J2 (10)
[0118]
In this case, the value of the ratio R is a value smaller than 1, for example, a value of about 0.9. Therefore, (1-R) in the above equation (10) is a small positive value, for example, 0.1. It becomes such a value. J2 in the above equation (10) is a small positive value, for example, a value such as 0.05 or 0.1.
[0119]
As described above, the reason for multiplying (1-R) by the small value of J2 is exactly the same as in the case of J1 described above.
[0120]
As described above, the use of the train vehicle position detection system 100 of the present embodiment makes it possible to detect the distance of a train using only a GPS satellite, a reference position station, and a train-mounted device. The ground child etc. becomes unnecessary. For this reason, there is an advantage that even if the ATS ground element is moved from the initial position to another position, the own vehicle position can be detected without any trouble.
[0121]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device having the same operation and effect can be realized by the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0122]
For example, in the above-described embodiment, the GPS receiving means receives GPS information transmitted by radio waves from GPS satellites and position correction information transmitted by radio waves from the reference position station, and based on the GPS information and the position correction information. Although the means for calculating the DGPS position coordinates has been described as an example, the present invention is not limited to this. For example, the GPS receiving means of another configuration, for example, receiving only GPS information without using position correction information Alternatively, means for calculating position coordinates (GPS position coordinates) based on GPS information may be used.
[0123]
In this case, the reception reliability coefficient can be a function that does not include the function h (t) of the differential correction data update time t described above. For example, the following c1, c2, c3 and the like can be mentioned.
c1 = f (n)
c2 = g (HDOP)
c3 = f (n) + g (HDOP)
[0124]
In the case of a general GPS other than the DGPS, the reception reliability coefficient includes a function h (t) of the differential correction data update time t, but a very large numerical value close to infinity is used as the value of t. It can be used. Even in this case, the effect of the function h (t) of the differential correction data update time t can be made substantially zero.
[0125]
Further, in the above embodiment, as the axle rotation speed detecting means, the one having a speed generator attached to the axle of the train has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and other configurations are provided. For example, when the train is an electric car, a speed generator may be attached to the rotating shaft of the main motor. When the train is a railcar, a speed generator may be attached to the rotating shaft of the prime mover.
[0126]
Further, in the above-described embodiment, the description has been given by taking the railroad train as an example. However, the present invention can be applied to other transportation systems, for example, a new transportation system, a monorail, and the like.
[0127]
The information storage unit 23 includes a flexible disk (FD) device, a magneto-optical disk device such as an MO or a CD-RW, and an IC card device, in addition to the above-described configuration, and records information by loading the device. Or a disk (recording medium) for reading or reading. In this case, the above-mentioned line information database (a database for associating the distance and the known track curvature equivalent value, which is the curvature equivalent value of the track, with the latitude and longitude, for example, the above-mentioned curvature equivalent value map table, latitude index , Longitude index, etc.) may be stored in a recording medium such as each disk, and the data in the line information database may be read from the recording medium. As described above, if the data of the track information database is recorded on the recording medium, the track information database obtained by the information measurement travel can be widely used in other trains other than the train that performed the information measurement travel. Can be convenient.
[0128]
Further, instead of the deviation coefficient w of the equation (8) in the above embodiment, a cross-correlation coefficient ρ represented by the following equations (11) to (14) is calculated, and the cross-correlation coefficient ρ is The data set S1 of the known curve curvature equivalent value thus cut out and the i data sets S2 of the circuit curvature equivalent value data during operation are shifted, and the distance obtained during operation traveling is corrected by the shifted amount of movement. You may. The cross-correlation coefficient ρ is 2 ≦ 1, the value of ρ becomes substantially 1 when the cut-out known line curvature equivalent value data set S1 and the i data sets S2 of the operation-time line curvature equivalent value data substantially overlap with each other. .
[0129]
ρ = V ab / (√V aa × √V bb ) …… (11)
V aa = {1/1 / (i-1)}) × Σ {(δ k -M 1 ) 2 } ……… (12)
V bb = {1 / (i-1)}) × Σ {(ξ k -M 2 ) 2 } ……… (13)
V ab = {1/1 / (i-1)}) × Σ {(δ k -M 1 ) × (ξ k -M 2 )}… (14)
[0130]
Equation (12) gives the average value m in the data set of δ 1 Represents the "variance" indicating the degree of variation from. In addition, the above equation (13) gives the average value m in the data set of ξ 2 Represents the "variance" indicating the degree of variation from. The above equation (14) represents the “covariance” in the two data sets, the data set of δ and the data set of ξ.
[0131]
In the above equations (12) to (14), Σ represents the sum total from k = 1 to k = i. Also, m 1 Is i data δ 1 ~ Δ i Mean value. Also, m 2 Is i data ξ 1 ~ Ξ i Mean value.
[0132]
Note that the method of searching for a substantially overlapping state while shifting the cut-out known line curvature equivalent value data set S1 and the i data set S2 of operation-time line curvature equivalent value data from each other is limited to the method of the above embodiment. Not done. Other methods may be used. For example, as the distance, the initial value K c May be selected as the minimum value of the set of δ in a certain section as the known line curvature equivalent value data corresponding to. Alternatively, the initial value K for the distance c May be selected as the maximum value from the set of δ in a certain section as the known line curvature equivalent value data corresponding to.
[0133]
The present invention can also use a GPS device in which the GPS processing unit 26 outputs an azimuth angle from GPS information. In this case, the azimuth detecting unit 28 in FIG. 1 is included in the GPS processing unit 26. That is, in this case, the GPS receiving means in the claims includes the azimuth detecting means in the claims.
[0134]
The line curvature equivalent value is calculated using the azimuth angle change rate, and the azimuth angle change amount (θ B −θ A = Δθ). When the time interval ΔT at which the azimuth is output is a constant value, for example, when the azimuth is output every one second, the azimuth change rate θ ′ (= Δθ / ΔT) Instead of using the azimuth angle change amount Δθ, the line curvature equivalent value (1 / R) can be obtained in exactly the same manner as in the case of the azimuth angle change rate θ ′.
[0135]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the GPS is applied to the train traveling system, and the azimuth angle detection means, the axle rotation speed detection means, the latitude and longitude, the equivalent value of the known track curvature, and the distance are related. Information storage means for storing a track information database to be attached, and an information processing means, wherein the information processing means calculates a reception reliability coefficient indicating the degree of reliability of the GPS information during operation of the train, and If the distance is high, the distance is specified on the basis of the GPS position coordinates. If the reception reliability is medium, the GPS distance is set as an initial value, a value corresponding to the line curvature during operation is calculated, and the known line is calculated. The distance range is specified by comparing with the curvature equivalent value, and when the reception reliability is low, the distance range is specified based on the distance range based on the axle rotation speed. Reference position And as the train distance just train mounting device can be detected, the ATS ground element and the like as in the conventional system is not required. For this reason, there is an advantage that even if the ATS ground element is moved from the initial position to another position, the own vehicle position can be detected without any trouble.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a train vehicle position detection system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an azimuth angle change rate in the train vehicle position detection system shown in FIG.
FIG. 3 is a first diagram illustrating the operation of the train vehicle position detection system shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a second diagram illustrating the operation of the train vehicle position detection system shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 railway tracks
2 train
3 Reference position station
11 rails
20 Train mounted equipment
21 wheels
21a axle
22 Information Processing Department
23 Information storage unit
24 First antenna
25 Second antenna
26 GPS processing unit
27 Differential receiver
28 Azimuth angle detector
29 Axle speed detector
31 transmitting antenna
100 Train position detection system
G1 to Gn GPS satellites
K 1 The minimum value of the distance corresponding to the extracted known line curvature equivalent value data set
K 2 The maximum value of the distance corresponding to the extracted data set of known curvature equivalent values
K c Initial value for distance
S1 Data set of known curve curvature equivalent value extracted
S2 i data sets of line curvature equivalent value data during operation
U correction amount

Claims (13)

列車に搭載される列車搭載装置と、地球を周回する複数のGPS衛星を用い、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出する方法であって、
前記列車搭載装置に、
前記GPS衛星から電波によって送信されるGPS情報を受信し、前記GPS情報に基づいてGPS位置座標を算出するGPS受信手段と、
前記列車走行時の車体の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を設け、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記GPS情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
A method of detecting a current position on a track of the train using the train mounted device and a plurality of GPS satellites orbiting the earth using the train mounted device,
In the train mounted device,
GPS receiving means for receiving GPS information transmitted by radio waves from the GPS satellites and calculating GPS position coordinates based on the GPS information;
Azimuth angle detection means for detecting the azimuth angle of the vehicle body when the train is running,
Axle rotation speed detecting means for detecting the axle rotation speed of the train,
Information storage means for storing a line information database that associates the latitude and longitude, the known line curvature equivalent value that is a value corresponding to the curvature of the line, and the distance,
Providing information processing means,
The information processing means, when the train runs on the track, calculates a reception reliability coefficient representing a reception reliability which is a degree of reliability at the time of receiving the GPS information,
When the reception reliability is determined to be high, the information processing unit specifies a current position of the train in the traveling section based on the GPS position coordinates,
When the reception reliability is determined to be medium, the information processing means sets a distance value based on the GPS position coordinates as an initial value, and sets the azimuth angle and the axle rotation at each time during operation driving. By calculating the operating line curvature equivalent value that is a value corresponding to the line curvature during operation from the train traveling speed obtained from the number, and comparing it with the known line curvature equivalent value in the line information database, Identify the current position of the train in the travel section,
The train is characterized in that, when the reception reliability is determined to be low, the information processing means specifies a current position of the train in the traveling section based on a distance based on the axle rotation speed. Vehicle position detection method.
請求項1に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
The method for detecting the position of a train vehicle according to claim 1,
When the reception reliability is determined to be low, the information processing unit sets a distance based on the axle rotation speed as an initial value, and sets the azimuth angle at each time point during operation traveling and the axle rotation speed. By calculating the operating line curvature equivalent value that is a value corresponding to the line curvature during operation from the train traveling speed obtained from the number, and comparing it with the known line curvature equivalent value in the line information database, A method for detecting the position of a train vehicle, comprising identifying a current position of a train in a traveling section.
請求項1に記載の列車自車位置検出方法において、
前記GPS受信手段は、前記方位角検出手段を含み、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程により、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
The method for detecting the position of a train vehicle according to claim 1,
The GPS receiving means includes the azimuth detecting means,
The information processing means, when the reception reliability is determined to be low, identifies the current position of the train in the traveling section by a distance based on the axle rotation speed. Position detection method.
請求項1に記載の列車自車位置検出方法において、
前記列車による情報測定用走行を行い、前記情報処理手段は、各時点での前記GPS位置座標に基づいて走行区間の各位置を検出するとともに、前記車軸回転数に基づいて基準位置からの走行距離を演算し、かつ、各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から前記走行区間の各位置における線路曲率に相当する値を演算し既知線路曲率相当値として前記線路情報データベースに記憶させること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
The method for detecting the position of a train vehicle according to claim 1,
The information measurement travel is performed by the train, and the information processing means detects each position of a travel section based on the GPS position coordinates at each time, and travels from a reference position based on the axle rotation speed. And calculates the value corresponding to the line curvature at each position in the traveling section from the azimuth angle at each time point and the train traveling speed obtained from the axle rotation speed, and calculates the line curvature as a known line curvature equivalent value. A method for detecting a position of a train vehicle, wherein the method is stored in an information database.
請求項4に記載の列車自車位置検出方法において、
位置が計測されている基準位置局を備え、
前記GPS受信手段は、前記GPS衛星から電波によって送信されるGPS情報と、前記基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、前記GPS情報及び前記位置補正情報に基づいてDGPS位置座標を算出し、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を走行する際には、前記GPS情報及び前記位置補正情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method of detecting the position of a train vehicle according to claim 4,
With a reference position station whose position is being measured,
The GPS receiving means receives GPS information transmitted by radio waves from the GPS satellites and position correction information transmitted by radio waves from the reference position station, and receives DGPS position coordinates based on the GPS information and the position correction information. Is calculated,
When the train travels on the track, the information processing means calculates a reception reliability coefficient representing a reception reliability which is a degree of reliability at the time of receiving the GPS information and the position correction information. A method for detecting the position of a train vehicle.
請求項4に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記GPS情報の受信に用いた前記GPS衛星の個数nの関数であり、前記nが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第1項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるHDOPの関数であり、前記HDOPが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第2項のうちの
少なくとも1つを有して構成される関数であること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method of detecting the position of a train vehicle according to claim 4,
The reception reliability coefficient is:
A first term that is a function of the number n of the GPS satellites used for receiving the GPS information, and that the larger the n is, the higher the reception reliability is;
A function of HDOP, which is a rate of decrease in horizontal position accuracy at an observation point on the earth, and has at least one of the second term expressing that the smaller the HDOP is, the higher the reception reliability is. A method for detecting the position of a train vehicle, characterized in that the function is a function constituted by:
請求項4に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記GPS情報の受信に用いた前記GPS衛星の個数nの関数であり、前記nが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第1項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるHDOPの関数であり、前記HDOPが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第2項と、
前記位置補正情報を受信した最近の時刻と、前記受信信頼度係数の演算時刻との時間差であるディファレンシャル補正データ更新時間tの関数であり、前記tが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第3項のうちの
少なくとも1つを有して構成される関数であること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method of detecting the position of a train vehicle according to claim 4,
The reception reliability coefficient is:
A first term that is a function of the number n of the GPS satellites used for receiving the GPS information, and that the larger the n is, the higher the reception reliability is;
A second term that is a function of HDOP, which is a rate of decrease in horizontal position accuracy at an observation point on the earth, and that the smaller the HDOP is, the higher the reception reliability is;
This is a function of a differential correction data update time t, which is a time difference between the most recent time at which the position correction information was received and the time at which the reception reliability coefficient was calculated, and the smaller the t, the higher the reception reliability. A method of detecting the position of a train vehicle, characterized in that the function is a function configured to include at least one of the following three terms:
請求項7に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ディファレンシャル補正データ更新時間tの値は、非常に大きな値に設定されること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 7,
The method of detecting the position of the train vehicle, wherein the value of the differential correction data update time t is set to a very large value.
請求項7に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記第1項と前記第2項の和に、前記第3項を乗算することにより得られる関数であること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 7,
The reception reliability coefficient is:
A method of detecting the position of a train vehicle, wherein the function is a function obtained by multiplying the sum of the first and second terms by the third term.
請求項5に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記DGPS位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定する場合には、前記情報測定用走行により前記情報記憶手段に記憶されたDGPS座標情報のうち、運用走行時のGPS情報及び位置補正情報から得られた位置である第1位置に近い2つの座標情報の位置である第2位置と第3位置を選択し、当該第2位置と第3位置を結ぶ線分に前記第1位置からおろした垂線が前記線分と交わる位置をもって列車の現在位置とすること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 5,
When the information processing means specifies the current position of the train in the traveling section based on the DGPS position coordinates, the information processing means includes, among the DGPS coordinate information stored in the information storage means by the information measurement travel, the operation travel A line connecting the second position and the third position, which is a position of two pieces of coordinate information close to the first position which is a position obtained from the GPS information and the position correction information at the time, and connecting the second position and the third position A position at which a perpendicular line from the first position intersects with the line segment at a minute is defined as a current position of the train.
請求項5に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記運用時線路曲率相当値と前記既知線路曲率相当値との比較を行う場合には、前記既知線路曲率相当値データ群と前記運用時線路曲率相当値データ群とを、ある距離だけずらし、前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの差の2乗値の総和である偏差係数が最小となるか、又は前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの相互相関係数の値が最大となる場合に対応する距離程を前記列車の線路における現在位置として特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 5,
The information processing means, when performing a comparison between the operational line curvature equivalent value and the known line curvature equivalent value, the known line curvature equivalent value data group and the operational line curvature equivalent value data group, Displaced by a certain distance, the deviation coefficient which is the sum of the squares of the differences between the operational line curvature equivalent value data and the known line curvature equivalent value data is minimized, or the operational line curvature equivalent value data and the A method for detecting a position of a train vehicle, wherein a distance corresponding to a case where the value of the cross-correlation coefficient of the known track curvature equivalent value data is maximum is specified as a current position of the train on the track.
請求項5に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記DGPS位置座標により演算した走行距離と、前記車軸回転数により演算した走行距離の比に応じて、前記車軸回転数から前記列車の走行距離を演算する際の前記列車の車輪径の値を補正すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。
In the method for detecting the position of a train vehicle according to claim 5,
The information processing means, when it is determined that the reception reliability is high, according to a ratio of the travel distance calculated by the DGPS position coordinates to the travel distance calculated by the axle rotation speed, A method for detecting the position of a train vehicle, comprising correcting a value of a wheel diameter of the train when calculating a travel distance of the train from a number.
列車に搭載される列車搭載装置と、
地球を周回する複数のGPS衛星を有し、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出するシステムであって、
前記列車搭載装置は、
前記GPS衛星から電波によって送信されるGPS情報を受信し、前記GPS情報に基づいてGPS位置座標を算出するGPS受信手段と、
前記列車走行時の車体又は台車の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を備え、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記GPS情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記GPS位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出システム。
A train-mounted device mounted on the train,
A system having a plurality of GPS satellites orbiting the earth, wherein the current position of the train on a track is detected by the train-mounted device,
The train mounted device,
GPS receiving means for receiving GPS information transmitted by radio waves from the GPS satellites and calculating GPS position coordinates based on the GPS information;
Azimuth angle detection means for detecting the azimuth angle of the vehicle body or bogie when the train is running,
Axle rotation speed detecting means for detecting the axle rotation speed of the train,
Information storage means for storing a line information database that associates the latitude and longitude, the known line curvature equivalent value that is a value corresponding to the curvature of the line, and the distance,
Equipped with information processing means,
The information processing means, when the train runs on the track, calculates a reception reliability coefficient representing a reception reliability which is a degree of reliability at the time of receiving the GPS information,
When the reception reliability is determined to be high, the information processing unit specifies a current position of the train in the traveling section based on the GPS position coordinates,
When the reception reliability is determined to be medium, the information processing means sets a distance value based on the GPS position coordinates as an initial value, and sets the azimuth angle and the axle rotation at each time during operation driving. By calculating the operating line curvature equivalent value that is a value corresponding to the line curvature during operation from the train traveling speed obtained from the number, and comparing it with the known line curvature equivalent value in the line information database, Identify the current position of the train in the travel section,
The train is characterized in that, when the reception reliability is determined to be low, the information processing means specifies a current position of the train in the traveling section based on a distance based on the axle rotation speed. Vehicle position detection system.
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