JP2005178614A - 列車位置検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 地上子を不要として、列車それぞれが自列車位置を移動距離として検知すること。
【解決手段】 列車が軌道回路３Ｔから軌道回路５Ｔの方向に移動し、また、それら軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界から列車検知信号ＴＤ１が軌道回路３Ｔ，５Ｔそれぞれに流され、その列車検知信号ＴＤ１が列車で受信されている状態で、列車の車軸が軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界を通過直後にその信号強度が急激に大きく低下したことを以って、軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界を列車が通過したと判定し得る。よって、軌道回路５Ｔの絶対位置情報が列車に予め保持されているとすれば、速度発電機からのパルス出力から算出されている移動距離は、軌道回路５Ｔの絶対位地情報に補正（置換）された上、以降、そのパルス出力により更新されるようにすれば、自列車の位置が移動距離として容易に検知可能となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、送受信器や軌道回路、地上子を含む地上側装置と、列車に搭載される車上装置や車上子を含む車上側装置とから構成される自動列車制御システムにおける列車位置検知方法に係り、特に地上子を必要とすることなく、列車それぞれの位置が移動距離として、その列車に搭載されている車上側装置で検知されるようにした列車位置検知方法に関する。

鉄道における信号保安システムとは、列車の追突・脱線を防ぐために、閉塞区間への進入を列車毎に排他的に制御することが、その基本的な目的とされている。これまでの信号保安システムとしては、駅構内の転轍機（ポイント）と信号機を連動させるものとしての連動装置の他、信号機への現示を制御する装置、即ち、列車に対して表示すべき適切な制限速度を決定する装置としての各種ＡＴＳ（Automatic Train Stop：自動列車停止装置）やＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御装置）といったシステムが知られている。

それらシステムのうち、初期のＡＴＳは、列車が赤信号を無視した場合に、自動的にブレーキを作動させるという単純な列車停止装置であったが、改良が重ねられるに伴い、列車が停止すべき地点までの距離と速度との関係を連続的に照査する機能が具備されるようになっている。一方、ＡＴＣについては、初期のものでは、地上側装置が認識した全列車の位置に基づいて、各閉塞区間に対しては適切な制限速度が指示されていたが、近年のＡＴＣシステムでは、地上側装置から各列車に対しては、停止すべき位置に関する情報が伝送されており、これに応答して、各列車では、線路条件及び自列車の減速性能に基づき、適切な減速制御が実行されるという方式に改良されつつあるのが実情である。

しかしながら、何れの信号保安システムにおいても、適切な減速制御が実施されるためには、列車側では、自列車位置の正確な認識が必要とされている。自列車位置の検知には、古くから速度発電機と地上子による補正との組合せが広く用いられている。速度発電機からのパルス出力が積算されることによって、列車の移動距離が連続的、且つ概略的に導出可能とされているが、列車が適当間隔で配置されている地上子それぞれを通過する度に、その地上子から正確な絶対位置情報が与えられることによって、それまでの積算移動距離がその絶対位置情報に置換されるようにすれば、速度発電機による積算移動距離の誤差は、地上子を列車が通過する度に修正され得るものである。

因みに、地上子を用いずに車上装置が列車位置を検知する手法としては、例えば特許文献１に開示されているように、不具合（自列車が存在する軌道回路区間は検知可能であるが、位置補正が不可とされ、また、軌道回路毎に識別符号が付加されるために、列車制御信号が長く、列車の制御周期も長くなってしまう）はあるものの、軌道回路毎の識別符号を用いる手法が知られている。
特開平５−３０５８６９号公報

しかしながら、列車それぞれで自列車位置の検知を可能ならしめるべく、多くの地上子を設けようとすれば、その設置により保線作業の手間が増大することは避けられなく、また、地上子は一般に広範囲に亘って設置されるため、線形変更（軌道のレイアウト変更）や信号システム変更が行われる場合には、これら変更に伴う地上子の再設置やデータ書換えには膨大なコストが要されることになる。

本発明の目的は、列車位置検知上、地上子を不要として、列車それぞれが自列車位置を移動距離として検知し得る列車位置検知方法や、必ずしも絶対位置情報を送信するとは限らない、既存の地上子の有効利用によって、列車それぞれが自列車位置を移動距離として検知し得る列車位置検知方法を提供することにある。

本発明による列車位置検知方法は、車上側で軌道回路それぞれの絶対位置情報が保持され、且つ速度発電機からのパルス出力の積算により、それまでの列車の移動距離が算出されている状態で、車上側で受信されている、軌道回路境界から軌道回路に送信されている列車検知信号の信号強度の変化から、軌道回路境界の通過が検知される度に、通過直後の軌道回路の絶対位置情報に基づき、上記移動距離が補正された上、上記パルス出力により更新されるようにしたものである。

また、車上側で軌道回路それぞれの絶対位置情報が保持され、且つ速度発電機からのパルス出力の積算により、それまでの列車の移動距離が算出されている一方、地上側では、軌道回路境界から軌道回路には、軌道回路毎に固有の符号系列の列車検知信号が送信されている状態で、車上側で受信識別されている、列車検知信号の符号系列が変化したことを以って、軌道回路境界の通過が検知される度に、通過直後の軌道回路の絶対位置情報に基づき、上記移動距離が補正された上、上記パルス出力により更新されるようにしたものである。

更には、車上側で地上子それぞれの絶対位置情報が保持され、且つ速度発電機からのパルス出力の積算により、それまでの列車の移動距離が算出されている状態で、列車が地上子上を通過する度に、該地上子からの情報を車上側で受信の上、該情報の受信時刻、該受信時刻での移動距離、及び上記地上子それぞれの絶対位置情報からは、上記情報の送信元地上子が決定された上、該地上子の絶対位置情報により、上記移動距離が補正された上、上記パルス出力により更新されるようにしたものである。

列車位置検知上、地上子を不要として、列車それぞれが自列車位置を検知し得、また、必ずしも位置情報を送信するとは限らない、既存の地上子の有効利用によって、列車それぞれが自列車位置を検知し得る。

以下、本発明の実施形態について、図１から図６により説明する。
先ず本発明に係る自動列車制御システムについて説明すれば、その一例でのシステム構成を図１に示す。図示のように、列車１には、車上装置６や受信器１１、車上子１３、速度発電機１２等が車上側装置として搭載されているが、このうち、車上装置６では、速度発電機１２からのパルス出力に基づき、現在での列車１の速度や、その積算値として、列車１のそれまでの走行距離が検知される。また、受信器１１では、軌道回路上を流れる列車制御信号Ｓ１〜Ｓ２や列車検知信号ＴＤ１〜ＴＤ２が受信された上、車上装置６に転送されるようになっている。更に、車上子１３では、列車１が地上子上を通過する際に、その地上子からの情報が受信された上、車上装置６に転送されるようになっている。

一方、地上側に配置される装置、即ち、地上側装置について説明すれば、図示のように、軌道２は複数の軌道回路１Ｔ〜９Ｔとして構成されているが、本例では、軌道回路境界が無絶縁状態である無絶縁軌道回路として示す。また、軌道回路境界それぞれには送受信器３ａ〜３ｄが接続されているが、地上制御装置５からネットワーク４を介し送信される列車制御電文や列車検知電文は、それら送受信器３ａ〜３ｄで変調された上、列車制御信号や列車検知信号として軌道回路上に送信されるようになっている。図１に示す状態では、送受信器３ｂから送信される列車検知信号ＴＤ１は、送受信器３ａ，３ｃそれぞれで受信されるべく動作しており、その受信結果はネットワーク４を介し地上制御装置５に転送される。地上制御装置５では、その受信された列車検知信号ＴＤ１の強度変化から、軌道回路上での列車１の在線が検知可能とされているものである。

地上制御装置５ではまた、送信された列車検知電文が指定送受信器から正しく送信されているか否かを確認すべく、送信された列車検知電文と受信された列車検知信号の内容とが比較されており、更に、地上制御装置５では、列車検知により各列車の位置が把握された上、各列車に対して列車制御信号が送信されるべく、列車制御電文がその都度、所定の送受信器に送信されるようになっている。因みに、通信における固定故障（例えば送受信器３ｂでの固定故障）を回避すべく、列車検知電文は毎周期、更新される必要がある。

以上、自動列車制御システムの概要について説明した。ここで、列車１に搭載されている車上装置６で自列車位置が検知される場合について説明すれば、以下のようである。
即ち、図１に示す軌道回路３Ｔ，５Ｔとその境界部分を、図２に平面として示す。図示のように、送受信器３ｂから軌道回路３Ｔ上に送信されている列車検知信号ＴＤ１は、軌道回路３Ｔ上に在腺している列車１の車軸により軌道２が短絡されることで、その車軸を介し列車検知信号ＴＤ１が主に流れることが判る。したがって、その車軸から見て、進路前方に位置している受信器１１では、その列車検知信号ＴＤ１が受信可能となっている。

一方、図２に示す状態から、更に列車１が進行し、軌道回路５Ｔに進入した場合での状態を図３として示す。図示のように、軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界から軌道回路５Ｔ上に送信されている列車検知信号ＴＤ１は、受信器１１より後側に位置している車軸を介し主に流れることから、受信器１１では、列車検知信号ＴＤ１を受信し得なくなる。結局、列車１の車軸が軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界を通過する時点で、受信器１１で受信されている列車検知信号ＴＤ１は、その信号強度が急激に大きく低下することになる。

図４に、車上装置６からみた、その列車検知信号ＴＤ１の信号強度の変化を示す。図示のように、列車１の車軸が軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界を通過直後にその信号強度が急激に大きく低下していることが判る。このような信号強度の変化は、列車制御信号でも、同様に見られるものとなっている。したがって、信号強度の減少方向の変化が一定値（５Ｔ進入検知閾値）を超えた時点で、軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界を通過したと判定し得るものである。例えば、検出された列車検知信号ＴＤ１の信号強度が近傍２０ｍ以内において、最高値よりも６dB低下した場合に、軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界の通過を確定する、といった具合に、判定されるようにすればよい。このように、車上側で列車検知信号、または列車制御信号が受信されている状態で、その信号強度の急激な低下を以って、自列車が軌道回路境界を通過したことを検知し得るものである。したがって、車上装置６に軌道回路それぞれについての絶対位置情報が予め保持されているとすれば、速度発電機１２からのパルス出力から算出されている移動距離は、軌道回路５Ｔの絶対位地情報に補正（置換）された上、以降、そのパルス出力により更新されるようにすれば、自列車の位置が容易に検知可能となる。

一方、列車検知電文を軌道回路毎に異なる符号系列に設定することによって、車上装置６が列車が現に在線している軌道回路を検知し得ることを示せば、符号系列の一例を図５に示す。その符号系列としては、以下の２つの条件が満たされていればよい。
・各周期とも、軌道回路毎に異なる符号が割当てられる。
・符号の変化が軌道回路毎に固有である。

例えば、軌道回路１Ｔと軌道回路３Ｔの符号系列を比較した場合、符号の増分が異なっている。軌道回路１Ｔ対応の符号系列では、増分が１（但し、mod 7）であるのに対し、軌道回路３Ｔ対応のものでは、増分２（但し mod7）である。周期を繰返す前の増分が異なるのは、符号系列から７を排除したためである。よって、この場合、少なくとも３周期分の符号が確認されることによって、車上装置６では、自列車の在線軌道回路が特定されることで、自列車の走行位置が把握可能となる。これにより、列車制御電文によることなく、自列車の走行区間が検知可能となり、また、列車制御電文内への、列車走行区間に関する情報の挿入が不要となる。また、先の場合と同様にして、速度発電機１２からのパルス出力から算出されている移動距離が、その在線軌道回路の絶対位地情報に補正（置換）された上、そのパルス出力により更新されるようにすれば、自列車の位置が容易に検知され得るものである。

更に、図１に示すように、複数の列車制御信号Ｓ１，Ｓ２が複数の送受信器３ｂ，３ｃから軌道回路３Ｔ，５Ｔ上に送信されるようにすれば、車上装置６では、制御の冗長性が確保可能となるばかりか、軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界通過時においても、少なくとも列車制御信号Ｓ２の受信が継続可能となるので、列車制御の中断が回避可能となっている。

より具体的に説明すれば、列車１が軌道回路３Ｔから軌道回路５Ｔに進入する際での、送受信器３ｃで受信されている列車検知信号ＴＤ１の信号強度の変化を図６として示す。この場合、軌道２は無絶縁軌道回路であるため、列車１先頭の車軸が軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界、即ち、送受信器３ｂの打込み点に接近するに従い、列車見地信号ＴＤ１信号が先頭車軸に流れる割合が多くなり、したがって、送受信器３ｃでの受信信号の強度は連続的に低下するようになっている。無絶縁軌道回路の落下判定（在線検知）は、実際に列車１が軌道回路５Ｔに進入する状態に対するマージンを確保するために、５Ｔ軌道回路落下閾値を以って、即ち、車軸が打込み点直上の短絡の状態よりも高い信号強度で落下するように設定されている（これをオーバーリーチという）。

地上制御５装置では、送受信器３ｃでの受信信号の信号強度の変化が監視されており、信号強度がピーク値から適当な値（５Ｔ軌道回路接近閾値）分、下がった時点で、列車１が軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界に接近したと判断の上、図１に示すように、列車制御信号Ｓ２の送受信器３ｃからの送信が開始されるようになっている。この時、列車１は列車制御信号Ｓ１をまだ受信中である。したがって、車上装置６では、列車制御信号Ｓ２を受信し得た時点で、自列車が軌道回路３Ｔ，５Ｔ境界に接近していることを検知し得、この接近情報を自列車の位置補正情報として利用し得るものである。このように、軌道回路境界通過時においても、正常に列車制御電文が受信可能とされていることから、列車制御の連続性が保証されることになる。また、地上側からが車上装置６に対しては、前方軌道回路からの列車制御電文送信開始のタイミングによって、列車の走行位置に関する情報が電文のフレーム全体の受信前に伝達することが可能となる。

以上のように、地上子を用いることなく、自列車の位置補正が可能とされているが、最後に、既存の地上子（必ずしも絶対位置情報を送信するとは限らない地上子を含む）を有効利用することによって、自列車の位置補正を行う場合について説明すれば、以下のようである。
即ち、列車１が地上子７ａ，７ｂそれぞれを通過する際に、地上子７ａ，７ｂそれぞれからの情報は車上子１３で受信可能とされているが、地上子７ａ，７ｂそれぞれから何等かの情報が受信されたことを以って、列車位置の補正が行われるようにしたものである。より具体的に説明すれば、車上装置６では、速度発電機１２からのパルス出力の積算により自列車の位置が移動距離としてほぼ把握されているが、その移動距離には、通常、車輪の空転・滑走や他の要因により、少なからず誤差が含まれるようになっている。

一方、図１に示すように、例えば列車１が軌道回路５Ｔ上を通過中に、地上子７ｂ上を通過した場合を想定すれば、その通過時点で、地上子７ｂからの情報は車上子１３で受信された上、車上装置６に転送されているが、車上装置６では、その情報内容が何等認識されることなく、その情報の受信時刻と、その受信時刻において想定される自列車位置（速度発電機１２に基づく移動距離）とにより、予め保持されているデータベース（地上子それぞれについての絶対位置情報）が検索されることによって、その通過時刻付近で列車１が通過し得るであろう、最も確率が高い地上子７ｂが上記情報の送信元として決定され得るものとなっている。

したがって、車上装置６では、列車１が地上子７ｂを通過した時刻での移動距離はその地上子７ｂの絶対位置情報であると見做し、その通過時刻からの経過時間や速度変化からは、通過時刻からの移動距離が速度発電機１２により求められたり、あるいは理論的に求められた上、その絶対位置情報に加算されることによって、現時点の列車位置が移動距離として検知され得るものであり、以降、その移動距離は速度発電機１２からのパルス出力により更新されることになる。よって、地上子上を列車１が通過する度に、同様な位置補正が行われるようにすれば、移動距離上での誤差の累積は防止されることになる。このように、既存の地上子については、たとえ、その地上子から絶対位置情報が送信されない場合であっても、その再配置、またはデータの再設定不要として、位置補正に用いることが可能となる。

本発明に係る自動列車制御システムの一例でのシステム構成を示す図である。 軌道回路境界通過前の列車検知信号の流れを示す図である。 軌道回路境界通過後の列車検知信号の流れを示す図である。 車上装置からみた、軌道回路境界付近での列車検知信号の信号強度の変化を示す図である。 軌道回路が検知される上での、列車検知電文の符号系列の一例を示す図である。 列車がある軌道回路から他の軌道回路に進入する際での、その他の軌道回路の遠方側軌道回路境界に接続されている送受信器で受信されている列車検知信号の信号強度の変化を示す図である。

符号の説明

１…列車、２…軌道、３ａ〜３ｄ…送受信器、４…ネットワーク、５…地上制御装置、６…車上装置、７ａ〜７ｃ…地上子、１１…受信器、１２…速度発電機、１３…車上子、
１Ｔ〜９Ｔ…軌道回路、Ｓ１，Ｓ２…列車制御信号、ＴＤ１，ＴＤ２…列車検知信号

Claims (7)

1. 車上側で軌道回路それぞれの絶対位置情報が保持され、且つ速度発電機からのパルス出力の積算により、それまでの列車の移動距離が算出されている状態で、車上側で受信されている、軌道回路境界から軌道回路に送信されている列車検知信号の信号強度の変化から、軌道回路境界の通過が検知される度に、通過直後の軌道回路の絶対位置情報に基づき、上記移動距離が補正された上、上記パルス出力により更新されるようにした列車位置検知方法。
2. 請求項１記載の列車位置検知方法において、１つの列車に対し、無絶縁軌道回路としての軌道回路上には、軌道回路境界それぞれから列車制御信号が送信されることによって、車上側では、軌道回路境界を通過中であっても、少なくとも１つの列車制御信号が受信されることによって、列車制御が継続される列車位置検知方法。
3. 請求項２記載の列車位置検知方法おいて、地上側では、軌道回路境界で軌道回路より受信される列車検知信号、または列車制御信号の信号強度が軌道回路境界の通過前に一定基準値を下回った時点で、前方隣接軌道の遠方側の軌道回路境界から列車制御信号が送信される一方、車上側では、上記前方隣接軌道からの列車制御信号が受信されることによって、自列車の軌道回路境界への接近が検知される列車位置検知方法。
4. 車上側で軌道回路それぞれの絶対位置情報が保持され、且つ速度発電機からのパルス出力の積算により、それまでの列車の移動距離が算出されている一方、地上側では、軌道回路境界から軌道回路には、軌道回路毎に固有の符号系列の列車検知信号が送信されている状態で、車上側で受信識別されている、列車検知信号の符号系列が変化したことを以って、軌道回路境界の通過が検知される度に、通過直後の軌道回路の絶対位置情報に基づき、上記移動距離が補正された上、上記パルス出力により更新されるようにした列車位置検知方法。
5. 請求項４記載の列車位置検知方法において、１つの列車に対し、無絶縁軌道回路としての軌道回路上には、軌道回路境界それぞれから列車制御信号が送信されることによって、車上側では、軌道回路境界を通過中であっても、少なくとも１つの列車制御信号が受信されることによって、列車制御が継続される列車位置検知方法。
6. 請求項５記載の列車位置検知方法において、地上側では、軌道回路境界で軌道回路より受信される列車検知信号、または列車制御信号の信号強度が軌道回路境界の通過前に一定基準値を下回った時点で、前方隣接軌道の遠方側の軌道回路境界から列車制御信号が送信される一方、車上側では、上記前方隣接軌道からの列車制御信号が受信されることによって、自列車の軌道回路境界への接近が検知される列車位置検知方法。
7. 車上側で地上子それぞれの絶対位置情報が保持され、且つ速度発電機からのパルス出力の積算により、それまでの列車の移動距離が算出されている状態で、列車が地上子上を通過する度に、該地上子からの情報を車上側で受信の上、該情報の受信時刻、該受信時刻での移動距離、及び上記地上子それぞれの絶対位置情報からは、上記情報の送信元地上子が決定された上、該地上子の絶対位置情報により、上記移動距離が補正された上、上記パルス出力により更新されるようにした列車位置検知方法。

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