JP2005178667A - 信号保安システム - Google Patents

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Abstract

【課題】常用保安上の無線に何等かの障害が発生した場合でも、代用保安としてのバックアップシステムにより列車の在線把握や制御上の保安制御を継続可能とする。
【解決手段】基地局１０２やアンテナ１０７を利用する、常用保安上の無線による地上−車上間通信により、車両１００それぞれの位置が該車両１００から地上列車制御装置１０１に在線情報として通知され、該在線情報に基づき、装置１０１から車両１００それぞれには速度制限を与える情報が送信される信号保安システムに対しては、車両１００それぞれが特定範囲に近接した場合に、通信可能として設置されている地上通信子１０３，１０４と車上通信子との間の通信により、車両１００それぞれからの車両情報が装置１０１で受信可能とする代用保安システムが新たに付加されるようにした。無線による地上−車上間通信が故障したときには、常用保安による運用から代用保安による運用に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道やモノレール、ＬＲＴ（Light Rail Transit：次世代路面電車）等の都市交通等、軌道上を移動する輸送システムを対象とする信号保安システムに係り、特に列車それぞれが特定範囲に近接した場合に、通信可能とされる通信子が地上、車上それぞれに設置されることによって、無線による地上−車上間通信が利用不可となった場合には、その地上−車上間通信による運用から、通信子間通信による運用に切替えされるようにした信号保安システムに関する。
鉄道における従来の信号保安システムでは、軌道回路と呼ばれる列車検知装置が軌道上の全線に設置されており、これを用いて列車の在線が把握されているが、軌道回路の敷設費用や保守費用が膨大なことから、軌道回路が廃止された鉄道システムが模索されているのが現状である。この結果、検討されたシステムは、無線による地上―車上間通信により列車の在線検知及び列車制御を行うようにしたもので、各列車は自らの位置を車軸回転数の積分値等により把握した上、これを地上の管理部に申告することによって、地上側では、全列車の位置が管理される。
しかしながら、車軸回転数の積分値による位置算出上での誤差が解消されるべく、地上には、必要に応じて位置情報を有した地上子が設置され、地上子を列車が通過する際に、その地上子からの位置情報が列車で受信されることによって、位置算出上での誤差は定期的に解消され、正確な位置情報が得られるようになっている。このシステムによれば、各列車には無線通信手段、地上側には無線通信基地局、更にはまた、軌道上の必要部位には、位置補正用の地上子が設置されればよく、軌道回路が完全に廃止されることで、大幅な敷設・保守コストの削減が可能となる。
因みに、特許文献１では、通常使用されている有線系通信経路に異常が発生し、当該システム内で発生した障害情報をその有線系通信経路を介しシステム外部に通知し得なくなくなった場合でも、バックアップ通信経路としての無線通信網に接続の上、前記障害情報がシステム外部に通知可能とされている。また、特許文献２では、レール（軌道）、あるいはループアンテナを用いずに、トランスポンダ地上子から規制速度信号、あるいは進入可否判別信号が車両に送信されている。
特開２００２―２４７０３５号公報 特開２００３―１１８１９号公報
しかしながら、上記無線による信号保安システムでは、列車の在線把握及び制御は全て無線により行われる必要があるが、無線が通信媒体とされているために、妨害電波や環境変化等の回避困難な外乱の影響により、通信品質を常時、一定以上に維持することが困難となることが容易に予測され、実際上、通信品質が一定以上に維持されない場合には、従来の軌道回路方式に比し、システムの稼働率低下は避けられないものとなる。
本発明の目的は、無線に何等かの障害が発生した場合でも、バックアップシステムにより列車の在線把握や制御上の保安制御が継続可能とされ、これを以って、稼働率の向上が期待され得る信号保安システムを提供することにある。
また、本発明の目的は、そのような障害発生後にも、列車の在線把握や制御上の保安制御が継続可能とされている状態で、バックアップシステムの要部に障害が発生した場合でも、少なくとも列車の在線把握が継続可能とされる信号保安システムを提供することにある。
本発明による信号保安システムは、無線による地上−車上間通信により、列車それぞれの位置が該列車の車上装置から地上装置に在線情報として通知される一方、該在線情報に基づき、上記地上装置から上記列車それぞれの車上装置には速度制限を与える情報が送信されることによって、上記列車それぞれの速度が制御されるようにした信号保安システムに対しては、列車それぞれが特定範囲に近接した場合に、通信可能として地上、車上それぞれに設置されている通信子間通信により、列車それぞれの車上装置からの車両情報を、地上装置で受信可能とするシステムが付加されるようにしたものである。これにより、無線による地上−車上間通信が利用不可となった場合には、地上装置では、その無線による地上−車上間通信による運用から、通信子間通信による運用に切替え可能とされる。
また、本発明による信号保安システムは、無線による地上−車上間通信により、列車それぞれの位置が該列車の車上装置から地上装置に在線情報として通知される一方、該在線情報に基づき、上記地上装置から上記列車それぞれの車上装置には速度制限を与える情報が送信されることによって、上記列車それぞれの速度が制御されるようにした信号保安システムに対しては、列車それぞれが特定範囲に近接した場合に、通信可能として地上、車上それぞれに設置されている通信子間通信により、列車それぞれの車上装置からの車両情報を、地上に設置された通信子それぞれに接続されている端末を含むネットワークを介し地上装置で受信可能とするシステムが付加されるようにした。端末それぞれに常時、地上装置の一部機能（在線管理機能）が具備させておくことで、地上装置自体が故障した場合でも、その一部機能が端末それぞれによって、バックアップされ得るものである。
無線に何等かの障害が発生した場合でも、バックアップシステムにより列車の在線把握や制御上の保安制御が継続可能とされ、稼働率の向上が期待され得る。
また、そのような障害発生後に、列車の在線把握や制御上の保安制御が継続可能とされている状態で、更に、バックアップシステムの要部に障害が発生した場合でも、少なくとも列車の在線把握が継続可能となる。
更には、無線方式では、伝送遅れ等の誤差を見積もった位置検知が行われているため、駅構内における進入、進出の速やかな把握が困難であったが、駅構内に通信子が設けられることで、それらの速やかな把握が可能となり、安全性の向上が図れる。
以下、本発明の一実施の形態について、図１から図１８により説明する。
先ず本発明による信号保安システムについて説明すれば、その一例での全体概要システム構成を図１に示す。図１に示すように、車両１００を制御対象として、地上側の中央処理部である地上列車制御装置（主な地上装置に相当）１０１や（無線）基地局１０２、狭域（１ｍ以下）の無線通信手段である地上通信手段（本発明に係る通信子であり、双方向地上子に相当）１０３，１０４、送受信器１０５、アンテナ１０７、制御用ＬＡＮ１０８、端末１０９、地上通信手段（単方向地上子）１１０等を含むようにして、構成されている。
このうち、無線通信手段（少なくとも、駅それぞれのホーム１０６上に設置される）１０３，１０４は送受信器１０５、端末１０９を介して地上列車制御装置１０１と接続されているが、地上通信手段１１０は地上列車制御装置１０１に接続さることはなく、単独で設置される。また、地上列車制御装置１０１では、基地局１０２、アンテナ１０７を介して車両１００と無線通信を行うことで、列車の在線検知や列車制御が実施される。更に、車両１００では、アンテナ１０７、基地局１０２を介し地上列車制御装置１０１と無線通信を行うことで、自らの位置を地上へ送信する一方、進行可能な領域の境界（以下、停止限界）を地上列車制御装置１２０１より受信した上、その停止限界を超えないように、自らの速度を制御することで、保安が保たれるようになっている。車両１００ではまた、後述のように、車軸の回転数が積分されることで、自らの位置が移動距離として算出されているが、地上通信手段１０３，１０４，１１０それぞれから設置位置情報が受信される度に、それまでに算出されている移動距離が、その設置位置情報により補正される。
一方、地上列車制御装置１０１では、制御用ＬＡＮ１０８，端末１０９、送受信器１０５、地上通信手段１０３，１０４を介し、車両１００より車両識別情報（車両ＩＤ）や速度情報、進行方向情報等の状態情報が受信されているが、これにより、地上通信手段１０３，１０４の境界前後の列車遷移が把握されることで、在線管理が行われており、更に、地上通信手段１０３、１０４を介し停止限界が車両１００に送信されることで、上記同様の列車制御が実施されるようになっている。尤も、これら処理は、基地局１０２やアンテナ１０７を用いた空間波利用の無線通信による信号保安が無線障害等により利用し得なくなった場合に、代用的に実施される信号保安機能とされる。以下、基地局１０２やアンテナ１０７を用いた空間波利用の無線通信による信号保安制御を「常用保安」として、また、地上通信手段１０３，１０４を用いた地上−車上間通信による信号保安制御を「代用保安」として定義することにする。常用保安が実施されている間、代用保安による在線検知は実施されているが、これはバックアップであり、停止限界による列車制御は実施されないようになっている。
更に、本発明に係る車両１００について説明すれば、その一例での構成を図２に示す。図示のように、車両１００には、車上制御部２００、ＭＭＩ（マン・マシンインタフェース）部２０１、無線送受信部２０２、駆動部２０３、速度検出部２０４、車上通信手段（本発明に係る通信子であり、双方向車上子に相当）２０５，２０６、送受信部２０７及びアンテナ１０７が搭載されており、このうち、車上制御部２００では、自列車の位置算出や停止限界に基づいた速度制御等の主な機能が実施されるようになっている。その自列車の位置算出では、駆動部２０３をモニタしている速度検出部２０４からは車軸回転数が得られているが、これが車上制御部２００で積分されることで、自列車の位置が移動距離として算出されるようになっている。また、常用保安のための自列車の位置情報の送信や停止限界の受信は、無線送受信器２０２とアンテナ１０７により実施される。
更に、車上通信手段２０５，２０６は、地上通信手段１０３，１０４，１１０と通信を行うことで、常用保安時での位置情報の受信や、代用保安時での車両識別情報、速度情報及び進行方向情報等の送信、停止限界の受信等、地上−車上間通信の際に使用される。因みに、車上通信手段としては、少なくとも２個、必要とされており、通常、車上通信手段２０５，２０６のうち、車上通信手段２０５は列車の先頭車両に、また、車上通信手段２０６はその最後尾車両に搭載されるようになっている。一方、地上通信手段としては、少なくとも１個、必要とされており、したがって、地上通信手段１０３，１０４のうち、何れか１個は、必ずしも要されない。
以上のように、車上制御部２００は各種処理・制御上の要とされているが、その一例での内部構成を図３に示す。図示のように、車上制御部２００は、在線位置算出部３００、防護パターン生成部３０１、ブレーキ制御部３０２、車上ＤＢ（ＤＢ：データベース）３０３及び車両ＩＤ生成部３０４から構成されている。このうち、在線位置算出部３００では、速度検出部２０４からの車軸回転数情報を基に、車軸回転数が積分されることで、自列車の位置が移動距離として算出されており、その際、基点となる地上通信手段１０３，１０４，１１０それぞれの設置位置からの距離により現在位置が把握される。その際、無線送受信部２０２には、基点となる無線通信手段の番号とそこからの距離が送信されるが、進路が複数ある場合には、進路識別情報も併せて送信される。車上ＤＢ３０３にはまた、各種線路情報（軌道構成や勾配、カーブ、駅、制限速度情報等であり、以下、これらを線形情報と称す）が格納されており、これを利用して、絶対位置が把握されるようにすれば、無線送受信部２０２には、基点地上子それぞれの設置位置からの移動距離ではなく、絶対位置情報を送信することも考えられる。また、送受信部１０７から受信された、地上通信手段１０３，１０４，１１０それぞれからの設置位置情報を基に、それまでに算出されている距離情報が補正されているが、これら処理は常用保安時に実行される。
防護パターン生成部３０１では、地上列車制御装置１０１からの停止限界情報を基に、これを越えないように、停止し得る速度上限パターン（以下、防護パターン）が生成される。これには、勾配や速度制限情報等の線形情報を利用する必要があるため、車上ＤＢ３０３が参照されつつ、生成される。常用保安では、停止限界情報は無線送受信部２０２を介し基地局１０２から受信されるが、代用保安では、送受信部２０７を介し地上通信手段１０３，１０４より受信される。ブレーキ制御部３０２ではまた、防護パターン生成部３０１で生成された防護パターンを基に、在線位置算出部３００からの自列車の位置情報と現在の速度情報を用い、現在の速度情報が、現在の位置に対応した防護パターン上の速度を超えているか否かが判定されており、超えている場合は、減速指令が駆動部２０３に発せられる。また、防護パターンと現在位置、現在の速度情報はＭＭＩ部２０１に転送された上、オペレータに表示される。更に、車両ＩＤ生成部３０４では、車両ＩＤが生成された上、送受信部２０７、車上通信手段２０５，２０６、地上通信手段１０３，１０４を介し地上列車制御装置１０１に送信されているが、その際に、在線位置算出部３００において管理されている現在の速度情報や進行方向情報、ドア開閉情報等の情報も同時に送信される。これら情報は代用保安時に限らず、常用保安時にも常時、地上列車制御装置１０１に送信される。
一方、地上列車制御装置１０１の一例での構成を図４に示す。図示のように、地上列車制御装置１０１には、常用保安のための機能として、無線中央装置４００や在線管理テーブル４０１、列車検出処理部４０２、停止位置生成部４０３、連動図表ＤＢ４０４が具備されており、代用保安のための機能として、在線管理テーブル４０８や列車検出処理部４０９、停止位置生成部４１０、連動図表ＤＢ４１１が具備されているが、これら以外に、共通の機能としては、連動制御部４０５や運行管理部４１２が、また、常用保安、代用保安両者を管理する機能として、比較部４０７や系切替部４０６が具備されている。
ここで、先ず列車検出処理部４０２での処理について説明すれば、列車検出処理部４０２では、基地局１０２を介し車両１００より送信された列車位置情報を基に、管理線区全体としての在線状況が整理された上、その整理結果により在線管理テーブル４０１が更新される。在線管理テーブル４０１には、本線上に存在している、全ての列車それぞれの在線状態が記録されている。図５（Ａ）に在線管理テーブル４０１の構成例を示す。図５（Ｂ）に示す軌道の模式図から判るように、軌道はブロックB0〜B6に分割されており、列車それぞれが何れのブロックの先頭から何れの位置にあるかが記されることで、その位置が把握される。図５（Ｂ）に示す例では、列車の先頭がブロックB2の先頭から１００ｍの位置にあり、また、列車の最後尾がブロックB1の先頭から５０ｍの位置にあることから、ブロックB1には“t 50m”(= tail 50m)が記録され、また、ブロックB2には”h 100m“( = head 100m)と記録されていることが判る。結局、在線管理テーブル４０１上では、ブロックB1，B２には列車No.t1の列車が在線していることから、ブロックB1，B２には“t1”が記録されるも、ブロックB3〜B５には何等列車が在線していないことから、ブロックB3〜B５には、不在を示す“Φ”が記録される。
また、停止位置生成部４０３では、列車検出処理部４０２により算出された列車位置情報を基に、各列車毎に停止限界が生成された上、無線中央装置４００、基地局１０２、アンテナ１０７を介し車両１００に送信される。停止限界生成時に、列車の進行先に複数の進路がある場合には、連動制御部４０５による進路の確保状況が加味されるが、これの詳細については、後述するところである。連動制御部４０６では、運行管理部４１２からの指示に従い、必要な進路が確保されるように、進路に対応した転轍機等の操作条件が記されている連動図表ＤＢ４０４が参照されることによって、進路が確保される。
一方、代用保安に用いられる列車検出処理部４０９では、地上通信手段１０３，１０４、送受信器１０５、制御用ＬＡＮ１０８を介し得られる車両ＩＤや速度情報、進行方向情報等の情報を用い、列車の遷移状態が把握されることによって、在線分布が管理される。その在線分布は在線管理テーブル４０８に格納されるが、図６（Ａ）にその在線管理テーブル４０８の構成例を示す。図６（Ｂ）に示す軌道の模式図から判るように、代用保安では、地上通信手段１０３，１０４前後での列車遷移が把握されることで、在線状態が管理されるため、地上通信手段１０３，１０４を境界とする固定的な閉そく区間が設けられ、１閉そく区間内に１列車のみの存在を許すという前提で、ここでの在／不在が閉そく区間単位で管理される。図６（Ｂ）に示す例では、閉そくNoが“２”の閉そく区間内にのみ、列車Noが“t1”の列車が存在していることから、在線管理テーブル４０８では、閉そくNoが２の列にのみ“t1”が記述される。その２の列以外の閉そくNoが１や３、４、… …
…Nには、不在を示す“Φ”が記録される。
以上のように、代用保安では、地上通信手段１０３，１０４を境界とする閉そく区間内には１列車のみの存在を許容する、といった具合に運用されるが、常用保安時には、それ以上の密度で運用することも考えられるので、後述の列車検出処理において、閉そく境界の通過を検出し、閉そく区間内に在線する複数の列車が把握される。この場合、図６（Ａ）に示す在線管理テーブル４０８では、１つの閉そくNoには、複数の列車（例えば、閉そくNo２には、“t1”，“t2”が記録される）のNoが記録されることになる。また、停止位置生成部４１０では、列車検出処理部４０９で算出された列車の在線分布を基に、各列車毎に停止限界が生成された上、制御用ＬＡＮ１０８、端末１０９、送受信器１０５、地上通信手段１０３，１０４を介し車両１００に送信される。列車の進行先に複数の進路がある場合には、常用保安と同様に、連動制御部４０５による進路の確保状況が加味される。連動制御部４０６での処理は、基本的に常用保安の場合と同様である。但し、代用保安では、軌道の管理単位が異なるため、代用保安用に用意されている連動図表ＤＢ４１１が参照される。
常用保安、代用保安両者を管理する機能としての比較部４０７では、在線管理テーブル４０１，４０８間でテーブル内容が比較されており、これら内容が常時、一致しているか否かが監視されているが、その監視の結果、異常が発生した場合には、旨がオペレータに報知される。同じく、常用保安、代用保安両者を管理する機能としての系切替部４０６ではまた、無線中央装置４００における正常電文受信状況等の監視により、常用保安の稼動状況が把握されており、その監視により稼動状況が異常と判断された場合には、常用保安から代用保安への切替が実施される。
因みに、図４に示す常用保安用機能「無線中央装置４００、在線管理テーブル４０１、列車検出処理部４０２、停止位置生成部４０３及び連動図表ＤＢ４０４」と、代用保安用機能「在線管理テーブル４０８、列車検出処理部４０９、停止位置生成部４１０及び連動図表ＤＢ４１１」とは同一制御ボード上に実装可能とされているが、それぞれ独立した制御ボード上に実装し、冗長化が図られることで、信頼性を向上させることも考えられる。この場合、両者に共通の機能である「連動制御部４０６、比較部４０７及び系切替部４０６」については、これら機能を単体で有した制御ボード上に実装される。但し、連動制御部４０５に関しては、これの信頼性を向上させるために、常用保安用機能が実装された制御ボードと代用保安用機能が実装された制御ボードとに、同じものをそれぞれに実装させることも考えられる。
ここで、地上列車制御装置１０１における、常用保安に係る一連の処理について説明すれば、その一例での処理フローを図７に示す。これによる場合、先ずＳ（Ｓ：ステップ）７−１では、無線中央装置４００で、車両１００から列車の在線情報が受信されたか否かが判定される。この判定で、もしも、受信されていなければ、処理はＳ７−１に戻されるが、受信されている場合には、その情報は列車検知処理部４０２に転送された上、Ｓ７−２が実行される。Ｓ７−２では、無線中央装置４００からの列車の在線情報を基に、本線上における全ての列車それぞれの位置が把握された上、在線管理テーブル４０１が更新される。具体的には、既述のように、車両１００から、基点としての地上通信手段１０３，１０４からの距離が在線情報として受信された場合には、これを基に、図５（Ａ）に示すように、ブロック単位の表現に変更された状態として列車それぞれの在線が管理され、この管理結果に基づき、在線管理テーブル４０１が更新される。その後、Ｓ７−３では、停止位置生成部４０３において、在線管理テーブル４０１に記録されている全列車の在線分布を基に、各列車に対し停止限界を設置する処理が開始される。
引続き、Ｓ７−４では、各列車毎に当該列車に対する先行列車が駅構内、または駅を越えてその先に存在するか否かが判定される。この判定で、もしも、存在しない場合は、Ｓ７−５で、伝送遅れや過走が考慮された距離が加味されるようにして、先行列車の手前に停止限界が設定される。設定された停止限界は、その後、無線中央装置４００から基地局１２０２を介し車両１００に送信される。また、もしも、存在すると判定された場合には、Ｓ７−６で、連動制御部４０５により駅構内の進路が確保されているか否かが判定される。もしも、確保されていれば、停車の場合は停車位置に、また、駅通過の場合には、Ｓ７−５と同様に、先行列車の手前に停止限界が設置される。また、もしも、進路が確保されていない場合には、停止限界が駅構内手前のブロックに設定された上、駅構内への進入を回避させる。
一方、車上制御部２００における、常用保安に係る一連の処理について説明すれば、その一例での処理フローを図８に示す。これによる場合、先ずＳ８−１では、在線位置検出部３００において、速度検出部２０４からの車軸回転数が受信される。次のＳ８−２では、これが積分されることで、基点としての地上通信手段１０３，１０４からの距離が在線位置として算出されるが、その際に、車上ＤＢ３０３上に記録されている線形情報が参照される。引続き、Ｓ８−３では、算出された在線位置が無線送受信部２０２を介し地上列車制御装置１０１に送信される一方、現在の在線位置と列車速度がブレーキ制御部３０２に送信される。その後、Ｓ８−４では、在線位置算出部３００において、送受信部２０７を介し、地上通信手段１０３，１０４，１１０からの設置位置情報（位置補正情報）が受信されたか否かが判定される。この判定で、もしも、受信されていれば、Ｓ８−５で、それまで管理されていた位置情報は、その受信タイミングでその設置位置情報に置換される。このＳ８−４の後、またはＳ８−４での判定で、設置位置情報が受信されていなければ、Ｓ８−６において、在線位置算出部３００では、速度検出部２０４からの、現在の車両１００の速度、列車の進行方向、扉開方向等の情報が送受信部２０７に送信されるが、これら情報は、代用保安による在線検知及び列車制御に利用される。
その後、Ｓ８−７では、車両ＩＤ生成部３０４から送受信部２０７には、車両１００の車両ＩＤが送信される。引続き、Ｓ８−８では、防護パターン生成部３０１で送受信部２０７から停止限界が受信されたか否かが判定される。もしも、受信されていれば、Ｓ８−９では、防護パターン生成部３０１において、送受信部２０７より受信された停止限界と車上ＤＢ３０３に記録されている線形情報とを基に防護パターンが生成された上、ブレーキ制御部３０２に転送される。また、もしも、Ｓ８−８での判定で、停止限界が受信されていない場合、またはＳ８−９の実行後は、Ｓ８−１０が実行されるが、このＳ８−１０では、ブレーキ制御部３０２において、自列車の速度と自列車の位置に対応する防護パターンとが比較され、もしも、自列車の速度が防護パターンを超えている場合には、駆動部２０３には減速指令が発行されることで、自列車の速度が防護パターンを超えないように、車両１００が減速される。その後、Ｓ８−１１では、自列車の位置、速度、防護パターンがＭＭＩ部２０８に送信されることで、オペレータに表示される。
以上、地上列車制御装置１０１や車上制御部２００における、常用保安に係る一連の処理について説明した。ここで、代用保安上、必要とされる機器の構成を図９として示す。この図９では、図１に示すものから、無線に関わる装置や基地局１０２、アンテナ１０７が図示省略されている。代用保安では、既述のように、地上通信手段１０３，１０４の設置位置を境界とする閉そく区間が定義されており、１つの閉そく区間内には１列車のみの存在を許すという制御が実施される。図９に示す例では、閉そく区間９００として示されているように、地上通信手段１０３，１０４は駅のホーム１０６上に設けられており、したがって、駅間―閉そくとなっている。最も一般的な運用は、この図９に示すように、駅のホーム１０６に地上通信手段１０３，１０４が設置される、駅間―閉そくとする運用である。
さて、地上列車制御装置１０１における、代用保安に係る列車検出処理について説明すれば、その一例での処理フローを図１０に示す。この処理フローを、その際での地上―列車間の動きを示す模式図としての図１１，図１２を参照しつつ、説明すれば以下のようである。
即ち、先ずＳ１０−１では、車両ＩＤ（例えば、# i とする）が車上通信手段２０５，２０６のうち、少なくとも何れか一方から受信されたか否かが判定される。この判定で、もしも、まだ受信されていない場合は、列車がホームにまだ到着していないことを意味していることから、それが受信されるまでの間、Ｓ１０−１が繰返されることになる。やがて、列車がホームに到着すれば、先ず車上通信手段２０５と地上通信手段１０４との間での通信が実施され、これに引き続いて、ホームの定位置に完全に到着した時点で、車上通信手段２０５−地上通信手段１０３間、車上通信手段２０６−地上通信手段１０４間で通信が実施されることで、車両ＩＤ( # i)が地上列車制御装置１０１で受信されることになる。この際での様子は、図１１（Ａ）に状態１として示されている。図示のように、ａ駅対応の閉そく区間を列車が移動後、ａ駅に到着した様子が示されている。この状態では、ａ駅対応の閉そく区間では在線であり、ｂ駅対応の閉そく区間では不在となる。
何れにしても、Ｓ１０−１で、車両ＩＤ( # i)が受信されれば、処理はＳ１０−２に移された上、車上通信手段２０５−地上通信手段１０３間及び車上通信手段２０６−地上通信手段１０４間での通信が終了したか否かが判定される。この判定で、通信が終了していない場合は、ａ駅のホームに依然として停車していることを意味していることから、処理はＳ１０−２に戻されるが、通信が終了している場合には、Ｓ１０−３で、車両１００が進出する閉そく区間は在線として処理される。この際での様子は、図１１（Ｂ）に状態２として示されており、車両１００がａ駅を出発することにより、車上通信手段２０５−地上通信手段１０３間及び車上通信手段２０６−地上通信手段１０４間での通信が終了していることを示している。列車がａ駅を出発することで、ｂ駅対応の閉そく区間に進入するため、車両１００が進出する閉そく区間、即ち、ｂ駅対応の閉そく区間が在線として処理されるものである。その後、Ｓ１０−４では、車上通信手段２０６−地上通信手段１０３間で通信が成立し、車両ＩＤ( # i)及び車両１００の速度（車上通信手段２０６−地上通信手段１０３間通信時での通過速度）が受信されたか否かが判定される。この判定で、もしも、通信が成立し、車両ＩＤ( # i)及び通過速度が受信された場合には、Ｓ１０−５が実行されるが、この際での様子を、図１１（Ｃ）に状態３として示す。図示のように、車上通信手段２０６が地上通信手段１０３上を通過中であり、これにより車上通信手段２０６−地上通信手段１０３間で通信が実施され、車両ＩＤ( # i)及びその際での車両１００の速度が地上列車制御装置１０１に送信される。
ここでいう車両１００の速度とは、速度検出部２０４によってリアルタイムに観測される列車の速度であり、車上通信手段２０６が地上通信手段１０３上を通過する際での速度とされる。尤も、Ｓ１０−４での判定で、通信が成立し、車両ＩＤ( # i)及び通過速度が受信されていない場合には、状態３に列車がまだ至っていないことを意味していることから、処理はＳ１０−４に戻される。以上のように、通信が成立し、車両ＩＤ( # i)及び通過速度が受信された場合、Ｓ１０−５が実行されるが、Ｓ１０−５では、受信された通過速度が事前設定値を超えているか否かが判定される。この際での事前設定値とは、車上通信手段２０６が地上通信手段１０３上を通過後に、列車が急制動を掛けられて停止されたり、あるいは脱輪やタイヤのパンク（モノレール、都市交通等）等の異常事態が発生したとしても、列車が確実に隣接閉そく区間（図１１では、ｂ駅対応の閉そく区間）との境界を越えるために十分な速度とされる。Ｓ１０−５での判定で、通過速度が設定値を超えている場合には、Ｓ１０−８が実行されることによって、車両１００の出発した閉そく区間（図１１では、ａ駅対応の閉そく区間）は不在として見做し処理される。
この際での様子は、図１１（Ｄ）に状態４として示されている。車両１００はａ駅対応の閉そく区間を完全に脱出し、ｂ駅対応の閉そく区間に移動しており、ａ駅対応の閉そく区間は不在、ｂ駅対応の閉そく区間は在線と認識されている。ところで、通過速度が事前設定値を超えたことを受けて、Ｓ１０−８によりａ駅対応の閉そく区間が直ちに不在として見做されているが、列車の状態を厳密に再現するためには、Ｓ１０−５の実行後、一定時間経過した後、即ち、Ｓ１０−５で通過速度との比較に用いられた事前設定値（速度）で、地上通信手段１０４の位置から、進出しようとしている閉そく区間との境界を通過するまでの時間の後に、Ｓ１０−８を実行することも考えられる。ここで、上記一定時間について定義すれば、この一定時間とは、Ｓ１０−５で通過速度との比較に用いられた事前設定値（速度）で、車上通信手段２０６が地上通信手段１０４の位置から、進出しようとしている閉そく区間との境界を通過するまでの時間として定義される。
何れにしても、Ｓ１０−５において、通過速度が事前設定値以下である場合には、Ｓ１０−６が実行される。Ｓ１０−６では、車両１００が進出した閉そく区間において、車上通信手段２０５−地上通信手段１０４間、車上通信手段２０５−地上通信手段１０３間、または車上通信手段２０６−地上通信手段１０−４間の何れかにおいて通信が成立し、車両ＩＤが受信されたか否かが判定される。通信が成立し、車両ＩＤが受信された場合には、Ｓ１０−７が実行されるが、そうでない場合は、処理はＳ１０−６に戻される。ここでは、Ｓ１０−５において通過速度が事前設定値に満たない場合に、車両１００の隣接閉そく区間への進出を検出するための代用手法が実施されている。この場合での処理概念を図１２として示す。図１２（Ａ）に状態１として示すように、車両１００がａ駅通過時に、車上通信手段２０６−地上通信手段１０３間で通信が行われるが、通過速度が一定速度を超えられず、図１２（Ｂ）に状態２として示すように、ｂ駅対応の閉そく区間に移動したにも拘らず、ａ駅対応の閉そく区間で在線状態のままになっている。
そこで、ｂ駅対応の閉そく区間への進出を検出するために、図１２（Ｃ）に状態３として示すように、車両１００のｂ駅への到着を待って、ａ駅対応の閉そく区間が不在として判定されるようにしたものである。ここで、車両１００がｂ駅に到着したことを確認するために、ｂ駅で受信された車両ＩＤとａ駅で受信された車両ＩＤとの一致が確認される。Ｓ１０−７では、進出した閉そく区間において受信された車両ＩＤが車両ＩＤ( # i)と一致するか否かが判定されており、一致する場合には、車両１００の出発した閉そく区間を不在とするＳ１０−８が実行されるが、一致しない場合は、ａ駅対応の閉そく区間を出発した車両１００がｂ駅対応の閉そく区間に到着せず、別の列車が到着したものと見做され、ａ駅対応の閉そく区間はそのまま在線状態におかれる。
以上の説明内容は、代用保安における１閉そく区間に１列車の在線を許容する場合での判定処理であるが、既述のように、常用保安時には、これに並行して代用保安設備による在線判定処理が行われる。その際にも、図１０と同様な処理が実施されるが、単なる在／不在の判定のみではなく、在である場合には、何れの列車が在であるのか、といった情報が加味された上、管理されるところが異なっている。Ｓ１０−３においては、在線している列車の車両ＩＤも併せて在線とされ、ここに複数の車両ＩＤが許容される。また、上述の処理では、駅ホームに設置されている地上通信手段１０３，１０４により、車両１００の駅への進入や駅からの脱出が速やかに検出可能とされていることから、Ｓ１０−３，Ｓ１０−８で実施されている在／不在のタイミングは、常用保安による列車検出処理部４０２においても利用され、速やかに、且つ確実に駅への進入や駅からの脱出の判定が行われる。
引続き、停止位置生成部４１０での処理、即ち、代用保安に係る停止限界生成処理について説明すれば、その一例での処理フローを図１３に示す。基本的には、常用保安における停止限界生成処理と同様であるが、停止限界の単位が閉そく単位とされる点が大きな相違となっている。図１３による場合、先ずＳ１３−１では、停止位置生成部４１０において、在線管理テーブル４０８を用い、閉そく区間i より前方で、先行列車が存在する閉そく区間の手前の閉そく区間jが抽出される。次に、Ｓ１３−２では、各列車毎に該当列車の先行列車が駅構内、または駅を越えてその先に存在するか否かが判定される。この判定で、存在しないと判定された場合、Ｓ１３−４が実行されるが、存在すると判定された場合には、Ｓ１３−３が実行される。そのＳ１３−４では、閉そく区間jにおいて、進行方向よりの地上通信手段１０３の設置位置が停止限界として設定される。一方、Ｓ１２−３では、連動制御部４０５により、駅構内の進路が確保されているか否かが判定され、もしも、確保されていれば、停車の場合は、停車駅のホームに設置されている地上通信手段１０３の設置位置が停止限界として設定され、また、駅通過の場合には、Ｓ１３−４と同様にして、閉そく区間jにおいて、地上通信手段１０３の設置位置が停止限界として設定される。また、もしも、進路が確保されていない場合には、駅を含む閉そく区間の１つ手前の閉そく区間に設置されている地上通信手段１０３の設置位置に停止限界が設定されることによって、構内への進入を回避させる。このようにして、Ｓ１３−３、またはＳ１３−４が実行された後は、Ｓ１３−５で、生成された停止限界と閉そく区間iの現在位置が制御用ＬＡＮ１０８、送受信器１０５を介し、閉そく区間iに設置されている地上通信手段１０３，１０４に送信されることで、該当車両１００に通知される。
更に、常用保安から代用保安に切替えされる際での、運用上の手続きについて説明すれば、その一例での処理フローを図１４に示す。上述のように、代用保安では、地上通信手段１０３，１０４の設置位置により決定される固定的な閉そく区間が定義されており、この閉そく区間に１列車のみを存在させる制御が実施されるため、１閉そく区間内に列車が複数存在する状態から、１閉そく１列車に遷移させる。図１４はこのための処理フローを示す。以下、隣接している駅間を１閉そく区間とすることが多いため、１閉そく１列車の状態を駅間―閉そくと称することとして、その処理フローについて説明すれば、先ずＳ１４−１では、図１５に示すように、防護パターン内に駅が存在する列車（trainA，trainBが該当）については、その列車を最寄の駅に停止させる。これは、オペレータ間の通話に用いる列車無線（以下、列車無線と称す）以外のもので、地上と車上との間の通信を可能ならしめる唯一の手段である地上通信手段１０３，１０４を有効活用することを目的として実施される。次に、Ｓ１４−２では、防護パターン内に駅が存在しない列車（trainCが該当）については、防護パターンを越えないように、その停止点に停止させる。その後、Ｓ１４−３では、全線を活用するか否か、即ち、運用線区を全て使用するか、または折り返しにより部分的に使用するかの計画が立てられる。全線が活用される場合、Ｓ１４−４が実行され、活用されない場合には、Ｓ１４−５が実行される。そのＳ１４−４では、全線が活用されるべく、閉そくに入りきれない列車については、車庫に退避される。具体的には、中央で管理しているオペレータにより入庫線の進路が確保され、車庫に最寄の列車から退避させることで、駅間―閉そくが実現される。
一方、Ｓ１４−５では、折返し運用をして全線を活用しないため、折返し区間から必要な数の列車が折返し区間外に退避され、折返し区間において、駅間―閉そくが実現される。Ｓ１４−４、またはＳ１４−５が実行された後、Ｓ１４−６では、在線管理テーブル４０８が参照され、駅に停車している列車に対しては、Ｓ１４−４、Ｓ１４−５の方針に従い、地上通信手段１０３，１０４を介し走行指示が行われることで、列車を走行させる。この場合での走行は、基本的にオペレータによる有視界走行とされる。その後、Ｓ１４−７では、駅に存在していない列車に対しては、有視界で先行列車に近付き、駅構内への進入指示を待つように、列車無線による指示が行われる。更に、その後のＳ１４−８では、地上通信手段１０３，１０４及び車上通信手段２０５，２０６による地上−車上間通信により、在線管理テーブル４０８が更新される。以上の処理により、駅間―閉そくが実現される。この際でも、地上通信手段１０３，１０４及び車上通信手段２０５，２０６による地上−車上間通信により、列車の在線は自動的に管理されており、矛盾なく代用保安への移行が可能となる。
以上では、代用保安が実施される際に、地上列車制御装置１０１においては、自動的に在線検知、停止限界生成による列車制御が実施される手法が述べられているが、これは、あくまでも、地上列車制御装置１０１が正常に稼動していることが前提となっている。更なる安全運用上の稼働率が高められるためには、地上列車制御装置１０１に何等かの不具合が生じた場合であっても、代用保安の必要性は高いと考えられる。ここで、既述のシステム構成による地上列車制御装置１０１不具合時での代用保安について説明すれば、中央（地上列車制御装置１０１）がダウン状態となった場合でも、局所的な装置により自動的に在線を把握した上、確実な在線判定の下で、駅取扱いによる運用が継続されるようにしたものである。具体的に説明すれば、既述の端末１０９には、地上列車制御装置１０１と車両１００との間で授受される電文の中継伝送機能が具備されているが、端末１０９自体が多重系ＣＰＵを有したフェールセーフなものとして構成された上、車両１００からの電文が制御用ＬＡＮ１０８を介し地上列車制御装置１０１に伝送される際に、その電文が端末１０９に取り込まれた上、図１０で述べた処理により、その端末１０９に接続されている地上通信手段１０３，１０４を含む閉そく区間前後での列車の在／不在が、その端末１０９により把握されるようにした。
換言すれば、地上列車制御装置１０１で実施されている在線判定処理と同じ処理が端末１０９それぞれにより、範囲が限定されたものとしてローカルに実施されているものである。より具体的には、隣接閉そく区間、自担当閉そく区間それぞれに設置されている地上通信手段１０３，１０４を介し送信される、車両１００からの電文が端末１０９それぞれに直接間接に収集把握された上、在線判定が行われる。その際、端末１０９上には、中央の在線管理テーブル４０８とは別にローカルな在線管理テーブルが用意された上、この在線管理テーブル上で在線が管理される。図１６には、端末１０９それぞれに用意される在線管理テーブル１６００が示されているが、端末１０９と地上通信手段１０３，１０４とは対応関係にあり、ここで、ある端末１０９対応の地上通信手段１０３，１０４を含む閉そく区間（自駅）をＩとすれば、その在線管理テーブル１６００上では、その閉そく区間Ｉのみならず、隣接閉そく区間（隣接駅）Ｉ−１，Ｉ＋１それぞれでの在線有無も併せて管理される。このように、地上列車制御装置１０１に不具合が発生した場合であっても、自駅のみならず、隣接駅を含む確実な在線把握が可能となり、駅取扱いによる運用上の安全性の向上が図れるから、高い安全性が維持された運用の継続が可能となる。因みに、在線管理テーブル１６００上では、自駅相当の閉そく区間Ｉにのみ列車“t1”が存在している状態が示されている。
最後に、常用保安上での地上−車上間通信について補足説明すれば、その通信に空間波の無線を使用する代りに、図１７に示すように、無線通信媒体としてＬＣＸ（Leaking CoaXial Cable：漏洩同軸ケーブル）１７００が使用されるようにしてもよい。この場合での車両１００の一例での構成を図１８に示す。図１７、図１８に示すように、図１に示す基地局１０２やアンテナ１０７に代って、基地局１７０１やＬＣＸアンテナ１７０２、中継器１７０３が備えられている。ここにいうＬＣＸとは、同軸ケーブル周りの限られた空間での通信を可能ならしめるものであり、ＬＣＸが軌道に沿って敷設されるようにすれば、空間波の無線による通信と同様、連続的に車両１００と地上列車制御装置１０１が通信可能とされることから、機能上、図１に示す構成と何等変わらないことになる。即ち、ＬＣＸによっても、全く同様の手法により、信号保安制御が可能となる。ＬＣＸが利用される上での最大のメリットとしては、ケーブル周りの限られた空間での通信が前提とされていることから、空間波のように、環境の変化によって受信感度が変化し性能が劣化するといった事態が発生しない点が挙げられる。換言すれば、環境変化の外乱に強いシステムとなり、常用保安上の信頼性の向上が図れることになる。但し、妨害電波等の外乱には依然として弱く、空間波に比し、敷設費用や保守費用が高いことが、実施上の難点となっている。なお、ＬＣＸと同等の機能を有するものとしては、ドイツのＬＺＢ等で利用されている交差誘導線が考えられ、これを用いて地上―車上間通信を実現することも可能である。但し、交差誘導線を用いる場合には、ＬＣＸが車上と通信可能な位置に１本の同軸ケーブルが設置されればよいのに対し、誘導線を一定間隔で交差させて埋設等により敷設する必要があり、ＬＣＸと比し、一般に敷設、保守費用が高くなる。
以上、説明したように、無線方式では、伝送遅れ等の誤差を見積もった位置検知が行われるため、駅構内における進入、進出の速やかな把握が困難であったが、駅に地上子（この地上子は、設置位置情報が送信可能とされていることから、位置補正用の地上子との置換が可能）が設置されることで、位置検知の速やかな把握が可能となり、安全性の向上が図れる。また、駅を基本とした必要な部位には、地上−車上間で通信可能な地上子が設置されており、地上側では、それを用い列車から車両ＩＤや速度、進行方向等の情報が受信されることで、地上子の設置部位の境界前後での列車遷移が把握された上、在線が管理されており、また、同時に列車の停止限界情報等が車上に送信されることで、列車制御や保安制御が実施可能となっている。更に、無線に障害が発生した場合でも、地上−車上間通信が可能な地上子を用いた在線検知、列車制御により保安制御が継続させられるため、稼働率の向上が図れることになる。更にはまた、鉄道に限らず、線で構成される軌道を運行するシステム全般に適用可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき、具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明による信号保安システムの一例での全体概要システム構成を示す図である。 本発明に係る車両の一例での構成を示す図である。 その車両に搭載の車上制御部の一例での内部構成を示す図である。 地上列車制御装置の一例での構成を示す図である。 その地上列車制御装置における、常用保安用在線管理テーブルの構成例と軌道の模式図とを示す図である。 その地上列車制御装置における、代用保安用在線管理テーブルの構成例と軌道の模式図とを示す図である。 地上列車制御装置における、常用保安に係る一連の処理フロー例を示す図である。 車上制御部における、常用保安に係る一連の処理フロー例を示す図である。 代用保安上、必要とされる機器の構成を示す図である。 地上列車制御装置における、代用保安に係る列車検出処理の一例での処理フローを示す図である。 地上列車制御装置における、代用保安に係る列車検出処理を説明するための模式図を示す図（その１）である。 同じく、地上列車制御装置における、代用保安に係る列車検出処理を説明するための模式図を示す図（その２）である。 地上列車制御装置における、代用保安に係る停止限界生成処理の一例での処理フローを示す図である。 常用保安から代用保安に切替えされる際での、一例での処理フローを示す図である。 その切替処理を説明するための模式図を示す図である。 端末それぞれに用意されている在線管理テーブルを示す図である。 無線通信媒体としてＬＣＸ（漏洩同軸ケーブル）が使用される場合での、本発明による信号保安システムの一例での全体概要システム構成を示す図である。 その信号保安システム上での車両の一例での構成を示す図である。
符号の説明
１００…車両、１０１…地上制御装置、１０２…（無線）基地局、１０３，１０４…地上通信手段（通信子）、１０７…アンテナ、１０８…制御用ＬＡＮ、１０９…端末、２０５，２０６…車上通信手段（通信子）、２００…車上制御部、１７００…ＬＣＸ、１７０１…基地局、１７０２…ＬＣＸアンテナ

Claims (15)

  1. 無線による地上−車上間通信により、列車それぞれの位置が該列車の車上装置から地上装置に在線情報として通知される一方、該在線情報に基づき、上記地上装置から上記列車それぞれの車上装置には速度制限を与える情報が送信されることによって、上記列車それぞれの速度が制御されるようにした信号保安システムに対し、列車それぞれが特定範囲に近接した場合に、通信可能として地上、車上それぞれに設置されている通信子間通信により、列車それぞれの車上装置からの車両情報を、地上装置で受信可能とするシステムが付加されてなる信号保安システム。
  2. 請求項１記載の信号保安システムにおいて、車上には、少なくとも２個の通信子が設けられる信号保安システム。
  3. 請求項１、または２に記載の信号保安システムにおいて、地上に設置されている通信子それぞれの位置情報は列車位置の補正に用いられるべく、通信子間通信により車上装置に送信される信号保安システム。
  4. 請求項１〜３の何れかに記載の信号保安システムにおいて、上記車両情報には、少なくとも、当該車両についての識別情報、速度情報及び進行方向情報が含まれる信号保安システム。
  5. 請求項４記載の信号保安システムにおいて、前記通信子の設置部位を境界とする閉そく区間が設けられている状態で、上記地上装置では、上記車両情報に含まれる速度情報が一定速度以上であることを以って、列車が隣接閉そく区間に進出したと判断することで、列車それぞれの閉そく区間間での遷移が把握されることによって、閉そく区間単位に列車それぞれの在線が管理される信号保安システム。
  6. 請求項５記載の信号保安システムにおいて、上記地上装置から上記列車それぞれの車上装置には、通信子間通信より速度制限を与える情報が送信される信号保安システム。
  7. 請求項１〜６の何れかに記載の信号保安システムにおいて、無線による地上−車上間通信は、通信範囲が限定され、且つ軌道に沿って連続的に通信可能な通信手段を介し行われる信号保安システム。
  8. 請求項１〜４の何れかに記載の信号保安システムにおいて、前記通信子の設置部位を境界とする閉そく区間が設けられ、上記地上装置では、上記車両情報に含まれる速度情報が一定速度以上であることを以って、列車が隣接閉そく区間に進出したと判断することで、列車それぞれの閉そく区間間での遷移が把握されることによって、閉そく区間単位に列車それぞれの在線が管理されている状態で、上記無線による地上−車上間通信が利用不可となった場合には、上記地上装置では、上記地上−車上間通信による運用から上記通信子間通信による運用に切替えされる信号保安システム。
  9. 請求項８記載の信号保安システムにおいて、上記地上装置から上記列車それぞれの車上装置には、通信子間通信より速度制限を与える情報が送信される信号保安システム。
  10. 請求項１〜９の何れかに記載の信号保安システムにおいて、地上に設置される通信子は、少なくとも、駅構内に設けられる信号保安システム。
  11. 無線による地上−車上間通信により、列車それぞれの位置が該列車の車上装置から地上装置に在線情報として通知される一方、該在線情報に基づき、上記地上装置から上記列車それぞれの車上装置には速度制限を与える情報が送信されることによって、上記列車それぞれの速度が制御されるようにした信号保安システムに対し、列車それぞれが特定範囲に近接した場合に、通信可能として地上、車上それぞれに設置されている通信子間通信により、列車それぞれの車上装置からの車両情報を、地上に設置された通信子それぞれに接続されている端末を含むネットワークを介し、地上装置で受信可能とするシステムが付加されてなる信号保安システム。
  12. 請求項１１記載の信号保安システムにおいて、上記端末は、他端末からの他列車についての車両情報も併せて受信される信号保安システム。
  13. 請求項１１、または１２に記載の信号保安システムにおいて、上記車両情報には、少なくとも、当該車両についての識別情報、速度情報及び進行方向情報が含まれる信号保安システム。
  14. 請求項１３記載の信号保安システムにおいて、前記通信子の設置部位を境界とする閉そく区間が設けられた上、上記端末それぞれでは、通信子、他端末それぞれから受信される車両情報に基づき、列車それぞれの閉そく区間境界への進出が把握されることによって、閉そく区間単位に列車それぞれの在線が管理される信号保安システム。
  15. 請求項１１〜１４の何れかに記載の信号保安システムにおいて、無線による地上−車上間通信は、通信範囲が限定され、且つ軌道に沿って連続的に通信可能な通信手段を介し行われる信号保安システム。
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