JP2006224737A - 鉄道用作業区間防護システム、そのための列車用搭載装置及び作業員用携帯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保守作業などに従事している作業員位置を、鉄道軌道エリアにおける安全域（線路外）、注意域（線路内で建築限界外）、危険域（線路内の建築限界内）等に正確に区分して把握し、その区分に応じた適切な警報、表示などを行うこと。
【解決手段】ＲＴＫ方式による測位点の正確な測位データと路線データベースからの路線データとに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の線路中心までのほぼ直角方向の離隔距離を求める。これにより、その測位点が鉄道軌道エリアの線路外エリアの位置にあるか線路内エリアの位置にあるか、及び線路内位置でも注意域か危険域かを判定して、鉄道軌道エリアにいる作業員個々に位置及びその安全性についての正確な情報を与える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道の保守作業などを行う作業区間での事故発生を防止するための鉄道用作業区間防護システム、そのための列車用搭載装置及び作業員用携帯装置に関する。

鉄道施設では、安全性確保が最重点事項であり、このため線路、設備等の保守作業が必須である。列車は幹線では昼夜運行されているため、保守作業は列車の運行の合間に行う必要がある。従来、この保守作業を安全に行うために、見張員を作業場所の近傍に配置し、列車が接近しているときにはサイレンなどで警報音をならすなどして列車との接触事故を防いでいた。しかし、見張員のミスなどにより列車接近に気付かずに接触事故が希に発生していた。

このような人為的なミスによる接触事故を防止するように、鉄道用軌道を走行する列車の位置を監視し警告する列車接近警報システムが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１の従来の警報システムは、列車用搭載装置と、作業箇所用装置と、中央指令所用装置とから構成されている。

列車用搭載装置は、ＧＰＳ受信装置により列車位置を計測し、計測位置データを中央指令所用装置に送信する。作業箇所用装置は、見張り員が携帯する可搬式装置が持つＧＰＳ受信装置により作業箇所位置を計測して中央指令所用装置に計測位置データを送信する。中央指令所用装置は、列車用搭載装置及び可搬式装置から送信された列車及び作業箇所の計測位置データを受信し、列車及び作業箇所の計測位置データにより作業箇所に列車が接近したことを判断し、見張り員の可搬式装置に列車接近通知を送信する。そして、この見張り員の携帯する可搬式装置から、各作業員が持つ警報器に警報音を発生させるようにしている。
特開２００３−２１２１２１号公報

しかし、従来の特許文献１のものでは、作業箇所の位置を見張り員の位置で決定している。したがって、見張り員が移動すると、その移動に連れて作業箇所が移動したことになる。また、見張り員の位置に基づいて各作業員に警報するかどうかが決まる。

このように従来の警報システムでは、結果的に見張り員の位置の精度はかなり粗くてもよく、列車が作業箇所（見張り員の位置）に対してある程度の近傍（数ｋｍ程度）にきたときに接近警報を発生している。また、その警報の発生は、全ての作業員に一律であって、作業員が安全域にいるか危険域にいるかなどの作業位置によらずに警報が発生されてしまう。

また、従来の警報システムでは、列車接近を警報するだけであるから、作業員が線路内から離脱できなくなったり、保守作業用機械を線路から撤去できなくなった場合には、列車との接触を回避できない等の問題もあった。

本発明は、このような問題点に鑑み、保守作業などに従事している作業員位置を、鉄道軌道エリアにおける安全域（線路外）、注意域（線路内で建築限界外）、危険域（線路内の建築限界内）等に正確に区分して把握し、その区分に応じた適切な警報、表示などを行うことができる鉄道用作業区間防護システムや、そのための列車用搭載装置及び作業員用携帯装置を提供することを目的とする。

また、複数の作業員位置を個々に正確に把握し、列車との距離が最も近い作業員と列車との間の距離に基づいて、警報、表示、ブレーキなどの防護対策を採ることができる鉄道用作業区間防護システムや、そのための列車用搭載装置及び作業員用携帯装置を提供することを目的とする。

請求項１の鉄道用作業区間防護システムは、作業員が携帯できるように構成されている少なくとも１つの作業員用携帯装置と、列車に搭載されている列車用搭載装置とを備えており、
前記作業員用携帯装置は、高精度衛星測位システム（以下、ＧＮＳＳ）による測位点の測位データと路線データベースからの路線データとを含むデータに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の鉄道線路（以下、線路）中心までのほぼ直角方向の離隔距離及び当該路線の基準位置から前記鉄道中心までの距離程を求める距離演算手段と、該距離演算手段による前記離隔距離に基づいて、当該測位点が軌道エリアの線路外エリアの位置にあるか線路内エリアの位置にあるかを判定する軌道エリア内位置判定手段と、前記列車用搭載装置との間で所要情報の双方向通信を行うための作業員用双方向通信手段と、前記距離演算手段による前記離隔距離を含む演算結果及び前記列車用搭載装置との双方向通信に基づく通信情報に基づいて音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うための警報手段とを有し、
前記列車用搭載装置は、鉄道軌道上の位置を検知する位置検知手段と、前記作業員用携帯装置との間で所要情報の双方向通信を行うための列車用双方向通信手段と、前記位置検知手段により検出された検出位置情報及び前記作業員用双方向通信手段との双方向通信による通信情報に基づいて、音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うとともに、前記作業員用携帯装置への接近警報情報及びまたは当該列車の制動装置への制動情報を含む防護情報を発生するための防護情報発生手段とを有し、
前記作業員用携帯装置では、前記軌道エリア内位置判定手段における当該測定点位置が軌道エリアの線路エリア内にあると判定した場合に当該軌道エリア内の線路エリア内存在情報を前記作業員用双方向通信手段を用いて送信するとともに、前記列車用搭載装置からの通信情報に基づいて警報を発生し、
前記列車用搭載装置では、前記作業員用携帯装置からの線路エリア内存在情報を受けて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする。

請求項２の鉄道用作業区間防護システムは、請求項１に記載の鉄道用作業区間防護システムにおいて、前記距離演算手段は、前記ＧＮＳＳからの衛星信号を受信するとともに、既知の場所に設けられた基準局からの測位データを受信する移動局ブロックを持ち、リアルタイムキネマティック（以下、ＲＴＫ）方式によって、前記測位点の測位データをセンチメートルのオーダーの精度で得ることを特徴とする。

請求項３の鉄道用作業区間防護システムは、請求項１または２に記載の鉄道用作業区間防護システムにおいて、前記距離演算手段は、前記基準位置からの距離程を、前記測位点の測位データと前記路線データベースの路線データに基づいて、該路線データ中から前記測定点に最も近い最近傍点のデータと２番目に近い第２近傍点のデータを演算して、当該測位点に対応する線路位置として求めることを特徴とする。

請求項４の鉄道用作業区間防護システムは、請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道用作業区間防護システムにおいて、前記軌道エリア内位置判定手段は、前記線路内エリアをさらに列車通過時に列車と接触する可能性の高い危険エリアと、その外側の注意エリアとに区分して位置判定し、この位置判定に基づいて、前記警報手段及び前記防護情報発生手段の警報情報及びまたは防護情報を生成することを特徴とする。

請求項５の鉄道用作業区間防護システムは、請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道用作業区間防護システムにおいて、前記作業員用携帯装置は複数台であり、前記列車用搭載装置は、複数台の前記作業員用携帯装置からの線路エリア内存在情報を受けて、それら線路エリア内存在情報のうちの距離が最も近い前記作業員用携帯装置からの線路エリア内存在情報に基づいて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする。

請求項６の鉄道用作業区間防護システムは、請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道用作業区間防護システムにおいて、前記作業員用携帯装置は複数台であり、前記線路エリア内に存在する前記作業員用携帯装置のうち、当該線路の前記基準位置からの前記距離程が最も短い前記作業員用携帯装置及びその距離程が最も長い前記作業員用携帯装置から線路エリア内存在情報を送信し、前記列車用搭載装置は線路エリア内存在情報に基づいて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする。

請求項７の作業員用携帯装置は、鉄道の保守作業に従事する作業員が携帯できるように構成されている作業員用携帯装置であって、ＧＮＳＳによる測位点の測位データと路線データベースからの路線データとを含むデータに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の線路中心までのほぼ直角方向の離隔距離及び当該路線の基準位置から前記線路中心までのの距離程を求める距離演算手段と、該距離演算手段による前記離隔距離に基づいて、当該測位点が軌道エリアの線路外エリアの位置にあるか線路内エリアの位置にあるかを判定する軌道エリア内位置判定手段と、外部装置との間で所要情報の双方向通信を行うための作業員用双方向通信手段と、前記距離演算手段による前記離隔距離を含む演算結果及び前記外部装置との双方向通信通信に基づく通信情報に基づいて音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うための警報手段とを有し、
前記軌道エリア内位置判定手段における当該測定点位置が軌道エリアの線路エリア内にあると判定した場合に当該軌道エリア内の線路エリア内存在情報を前記作業員用双方向通信手段を用いて送信するとともに、前記外部装置からの通信情報に基づいて警報を発生することを特徴とする。

請求項８の作業員用携帯装置は、請求項７に記載の作業員用携帯装置において、前記距離演算手段は、前記ＧＮＳＳからの衛星信号を受信するとともに、既知の場所に設けられた基準局からの測位データを受信する移動局ブロックを持ち、ＲＴＫ方式によって、前記測位点の測位データをセンチメートルのオーダーの精度で得ることを特徴とする。

請求項９の作業員用携帯装置は、請求項７または８に記載の作業員用携帯装置において、前記距離演算手段は、前記基準位置からの距離程を、前記測位点の測位データと前記路線データベースの路線データに基づいて、該路線データ中から前記測定点に最も近い最近傍点のデータと２番目に近い第２近傍点のデータを演算して、当該測位点に対応する線路位置として求めることを特徴とする。

請求項１０の作業員用携帯装置は、請求項７〜９のいずれかに記載の作業員用携帯装置において、前記軌道エリア内位置判定手段は、前記線路内エリアを列車通過時に列車と接触する可能性の高い危険エリアと、その外側の注意エリアとに区分して位置判定し、この位置判定に基づいて、前記警報手段及び前記防護情報発生手段の警報情報及びまたは防護情報を生成することを特徴とする。

請求項１１の列車用搭載装置は、線路の保守作業を防護するシステムに用いる列車用搭載装置であって、鉄道軌道上の位置を検知する位置検知手段と、外部装置との間で所要情報の双方向通信を行うための列車用双方向通信手段と、前記位置検知手段により検出された検出位置情報及び前記外部装置との双方向通信による通信情報に基づいて、音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うとともに、前記外部装置への接近警報情報及びまたは当該列車の制動装置への制動情報を含む防護情報を発生するための防護情報発生手段とを有し、
前記外部装置からの線路エリア内存在情報を受けて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする。

本発明によれば、高精度ＧＮＳＳ、特にＲＴＫ方式による測位点の正確な測位データと路線データベースからの路線データとに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の線路中心までのほぼ直角方向の離隔距離を求める。これにより、その測位点が鉄道軌道エリアの線路外エリアの位置にあるか線路内エリアの位置にあるか、及び線路内位置でも注意域か危険域かを判定するから、鉄道軌道エリアにいる作業員個々に位置及びその安全性についての正確な可視情報や音響情報を与えることができる。

また、測位点の正確な測位データと路線データベースからの路線データとに基づいて、当該路線の基準位置からの距離程を求めるから、列車との距離を正確に認識できる。また、鉄道の路線、上下線等を含めて正確な位置を把握できる。また、列車用搭載装置では、複数の作業員がいる場合でも、線路（危険エリア）内にいる作業者で、且つ、最も近い距離にいる作業者を正確に認識できる。これにより、きわめて信頼性の高い防護対策を採ることが可能になる。

以下、本発明の鉄道用作業区間防護システムや、そのための列車用搭載装置及び作業員用携帯装置の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る鉄道用作業区間防護システムの構成を示す図である。このシステムでは、作業員が携帯して用いる作業員用携帯装置１００と、列車に搭載された列車用搭載装置２００を備えている。通常、多数の作業員用携帯装置１００が同時に用いられるが、図１では作業員用携帯装置１００は１つのみを示している。

図１において、作業員用携帯装置１００は、ＧＰＳで代表されるＧＮＳＳによる測位点の測位データと路線データベースからの路線データとに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の鉄道線路（以下、線路）中心までのほぼ直角方向の離隔距離及び当該路線の基準位置からその線路中心までの距離程を求める距離演算手段１１０を有している。

この距離演算手段１１０は、測位点の位置データを、リアルタイムに且つセンチメートル（cm）オーダーで正確に求めるために、ＲＴＫ−ＧＰＳ３００を用いてことが望ましい。距離演算手段１１０内にＧＰＳアンテナ３２０と無線機アンテナ３２２に結合された移動局３２０を有している。この移動局３２０は、ＧＰＳアンテナ３１０と無線機アンテナ３１２に結合された固定局３１０と、無線データ通信によってリンクされている。なお、固定局３１０は、複数の作業員用携帯装置１００に対して共通でよい。

この無線データ通信としては、業務用無線、携帯電話網、ＰＨＳ、無線ＬＡＮなども使用できる。

ＲＴＫ−ＧＰＳは、固定局３１０が基準局となり、移動局３２０との間で無線通信回線によりデータリンクされて、移動局３２０の位置を例示すれば次のように高精度で求められる。１ｃｍ＋２ｐｐｍ。ｐｐｍは１００万分の１であるから、固定局３１０との距離が１００ｍでは、位置精度がほぼ１ｃｍに維持される。

また、固定局３１０に代えて、基準局データである国土地理院の電子基準点データを配信するサービスを利用することもできるし、その電子基準点データを補間した仮想基準点サービスを利用してもよい。

また、ＶＲＳ（Virtual Reference Station）方式に依る位置情報を利用しても良い。ＶＲＳシステムは、例えば５０ｋｍ程度の間隔に配置されたＧＰＳ固定観測局で、ＧＰＳ衛星から発せられる電波を常時モニタリングすることにより、上空の電離層、対流圏の情報や衛星の軌道に関する情報を掌握し、それらの誤差要因を考慮した観測情報を利用者側に提供する。このＶＲＳシステムでは、高精度な位置情報を決定できる。

さらに、距離演算手段１１０は、鉄道路線の基準位置からの距離程を、測位点の測位データと路線データベースの路線データに基づいて、当該路線データ中からその測定点に最も近い最近傍点のデータと２番目に近い第２近傍点のデータを演算して、当該測位点に対応する線路位置を求める。

軌道エリア内位置判定手段１２０は、図２を参照して、距離演算手段１１０によるその離隔距離に基づいて、当該測位点Ｐが鉄道軌道エリアの線路外エリアIIIの位置にあるか線路内エリアＩ・IIの位置にあるかを判定する。

その軌道エリア内位置判定手段１２０は、その線路内エリアＩ・IIをさらに列車通過時に列車と接触する可能性の高い危険エリア（建築限界内）Ｉと、その外側の注意エリア（線路内であって建築限界外）IIとに区分して位置判定する。この位置判定Ｉ、IIまたはIIIに基づいて、警報手段及び防護情報発生手段の警報情報や防護情報を生成する。この図２の例では、線路内エリアＩ・IIは６．０ｍであり、危険エリア（建築限界内）Ｉは３．８ｍである。

また、図３は、第１線路Ｒ１と第２線路Ｒ２とが平行している場合に、双方の線路Ｒ１、Ｒ２の線路内エリアIVが重なっている重複エリアが存在している軌道エリアの例を示している。

作業員用双方向通信手段１３０は、列車用搭載装置２００との間で所要情報を通信データとして双方向通信を行う。所要情報としては、作業員用携帯装置からは、装置ＩＤ、移動局ＩＤ、路線ＩＤ、線別ＩＤ、距離程、通信ステータス、軌道内位置（Ｉ、II、III）等を全て、あるいは必要なものを選別して送信する。なお、列車用搭載装置２００からは、装置ＩＤ、移動局ＩＤ、路線ＩＤ、線別ＩＤ、距離程、通信ステータス、速度、進行方向）等を全て、あるいは必要なものを選別して送信する。

警報手段１４０は、距離演算手段１１０によるその離隔距離を含む演算結果及び列車用搭載装置との双方向通信データに基づく通信情報に基づいて音響情報や可視情報を含む警報情報を発生して警報を行う。可視情報は、路線ＩＤ、直角距離、存在するエリア、距離程、車両接近距離などであり、作業員は、音響情報が発生されない場合でも常に、自己位置などを確認でき、安全に作業できる。

また、図１において、列車用搭載装置２００は、ＧＰＳアンテナ２１１に結合され、鉄道軌道上の位置を検知する位置検知手段２１０を有している。この位置検知手段２１０は、ＧＰＳで代表されるＧＮＳＳによる測位点の測位データと鉄道軌道に設けられた地上子センサや車両の速度センサからの情報あるいは路線データベースからの路線データ等に基づいて、鉄道路線の基準位置からの距離程を検出する。

列車用双方向通信手段２３０は、無線機アンテナ２３１に結合され、作業員用携帯装置１００との間で所要情報の双方向通信を行う。その所要情報としては、前述のように位置、速度、路線ＩＤ、上下線別ＩＤ、運転方向などである。

列車用搭載装置２００は、例えば複数台の作業員用携帯装置１００からそれぞれが線路エリア内（Ｉ・II）にいることを示す線路エリア内存在情報を受ける。それら線路エリア内存在情報のうちの距離が最も近い作業員用携帯装置１００からの線路エリア内存在情報に基づいて、所要の条件に従って防護情報を発生するようにしてもよい。

あるいは、線路エリア内（Ｉ・II）に存在する作業員用携帯装置１００のうち、当該線路の基準位置からの距離程が最も短い作業員用携帯装置１００とその距離程が最も長い作業員用携帯装置１００から線路エリア内存在情報を送信する。列車用搭載装置２００は、これにより線路エリア内（Ｉ・II）に存在する作業員用携帯装置１００のうち最も列車に近い作業員用携帯装置１００からの線路エリア内存在情報のみを受けて、所要の条件に従って防護情報を発生する用にしてもよい。

防護情報発生手段２２０は、位置検知手段２１０により検出された検出位置情報及び作業員用双方向通信手段１３０との双方向通信による列車用双方向通信手段２３０からの通信情報に基づいて、音響情報や可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うとともに、作業員用携帯装置１００への接近警報情報や当該列車の制動装置（ブレーキ）への制動情報を含む防護情報を発生する。

そして、作業員用携帯装置１００では、軌道エリア内位置判定手段１２０における当該測定点位置が軌道エリアの線路エリア内（ＩまたはI・II）にあると判定した場合にその軌道エリア内の線路エリア内存在情報を作業員用双方向通信手段１３０を用いて送信するとともに、列車用搭載装置２００からの通信情報に基づいて警報を発生する。また、列車用搭載装置２００では、作業員用携帯装置１００からの線路エリア内存在情報を受けて、所要の条件に従って防護情報を発生する。

本発明の作業員用携帯装置では、鉄道軌道内における自己位置を検知し、その検知内容にしたがって表示を、例えば図４のように行う。

自己位置の距離程が、軌道エリア内にある場合に、ＲＴＫ−ＧＰＳ測位により取得した緯度経度情報と路線データベースとを照合し、自己位置の距離程を算出する。直角距離を、路線データベースから算出される線路中心ＣＴＲへの自己位置からの直角方向への距離を算出する。上下選別の判定は、直角距離を算出する際に参照した路線データベースの線別情報から、上り・下りを判定する。路線ＩＤの判定は、直角距離を算出する際に参照した路線データベースの路線情報から、路線を判定する。

軌道エリア内での表示条件は、図４に例示されるように、自己位置の距離程、直角距離、上下選別の判定、及び路線ＩＤの判定を、線路外では表示しない、線路内の注意域では表示する、線路内の危険域では表示することとする。なお、線路内の注意域での表示条件を選択して、任意の表示項目、例えば距離程を表示しないようにしてもよい。

さて、図５は、本発明の鉄道用作業区間防護システムにおける作業員用携帯装置１００の起動シーケンスを示す図であり、また図６は、その作業員用携帯装置１００のデータフローの概要を示す図である。

図５において、路線データベース（ＤＢ）は、所定単位毎に距離程がインデックス番号と対応して決められている。この所定単位は、例えば１ｍである。測位点Ｐ（図２参照）に対応する当該路線の基準位置からの距離程を求める際に、最近傍点インデックス番号（以下、最近傍点）、第２近傍点を特定することになる。

時点ｉでＲＴＫ−ＧＰＳが起動し、時点iiでＲＴＫ測位が行われる。なお、ＲＴＫ測位は、例えば１秒ごとに行われることとして説明する。

時点ii後に、全データベース（ＤＢ）から最近傍点を検索する。時点iiiで最近傍点が確定すると、位置検索の動作に入る。

位置検索によって位置が検出されると、時点ivで、軌道エリア内位置が確定する。その時点iv以前は、作業員用携帯装置１００の位置計測システムは非稼働（即ち、軌道エリア内での位置が特定されていない状態、を言う）である。時点iv以後は、その位置計測システムは稼働状態（即ち、ＲＴＫ測位によって、軌道エリア内での位置が特定されている状態、を言う）となる。その後は、ＲＴＫ測位毎（１秒毎）に、近傍ＤＢ（例えば、１１点）のみから最近傍点検索と位置算出との演算が繰り返して行われる。

なお、このシステム稼働状態中に、所定時間（例えば、３秒間）の間、非ＲＴＫ測位となった時は、システム非稼働になったと判定する。その後は、前述の時点ｉからの動作と同様に再び、起動シーケンスを実行することになる。

作業員用携帯装置１００のデータフローの概要を、図６を参照して説明する。

図６において、まず、初期化が行われる。ついで、ＧＰＳデータの受信が行われる。ついで、軌道内位置検出が行われる。次に、表示データが作成される。次に警報判定動作が行われる。

これらの各動作において、軌道ＤＢや警報距離・速度テーブルのデータが参照される。作業員用携帯装置１００を携帯する作業員などは、所要の入力データを入力すると共に、例えばＬＥＤ表示やスピーカ鳴動による警報を受ける。

なお、個々の動作間の結合関係は図６に示すとおりであり、逐一の説明は冗長になるので省略する。ただ、[Ｓ]で表されたものはデータなどであり、［Ｆ］で表されたものは動作状態を示すフラグである。

つぎに、軌道内位置検出動作フローを説明する。まず、作業員用携帯装置１００の起動後、最初の測位点（ＲＴＫ−ＧＰＳ測位となって最初に得られた緯度経度情報から路線ＤＢ毎に全データ（あるいは、所定範囲内（例えば１ｋｍ）のメッシュエリアの全データ、以下同じ）との距離を求めて、ＤＢ内の最近傍点と第２近傍点とを確定する。

近傍点が一度確定すると、作業員の歩行による移動速度（約１ｍ／ｓ）とＲＴＫ−ＧＰＳの測位頻度（例、１回／ｓ）を考慮して、路線データ番号の１１点（点間距離は１ｍ）を対象として、次回の近傍点を検索をすることでよい。

近傍点の確定後は、各ＤＢで最近傍点番号の±５点の番号を保存し、次サイクルからはこの１１点間で近傍点の検索を行う。

作業員の移動に伴って、次回の近傍点が±４点内の番号となったときには、その路線データ番号を採用する。これらの情報を路線ＤＢ毎に保有することにより、常に近傍のデータに対してのみ検索を行う。そして、更新された近傍点に基づいて、必要なデータを全て更新する。

３サイクル（この例では、３秒間）連続で非ＲＴＫ−ＧＰＳ測位になると、システムが非稼働状態になったと判定する。なお、２秒間非ＲＴＫ−ＧＰＳ測位のまま移動しても近傍１１点内で動き回ることになるので、３秒目で測位した緯度経度は検索する１１点内にあるので問題は生じない。

また、任意のサイクルでの最近傍点が近傍１１点の端点（即ち、前サイクルでの最近傍点番号±５）である場合には、作業員が異常な行動、例えば、車両による移動、システムの稼働確定前に移動、をしたものとして非稼働状態として報知する。

一度システムが非稼働状態になってから、再度稼働状態に復帰した場合には、全データに対しての検索から開始することになる。

次に、軌道エリア内での最近傍点検索処理とそれに基づく位置算出処理について、図７、図８を参照して説明する。

図７において、ステップＳ７０１で測位点Ｐｋと所定路線データ番号点との間の距離を計算する。ステップＳ７０２で、その距離の計算値がそれまでの最短計算値（ＴＥＭＰ最短値）よりも短いか長いかを判定する。ＴＥＭＰ値は、一時値を示す。

ステップＳ７０２で距離の計算値がＴＥＭＰ最短値よりも短い場合には、ステップＳ７０３でＴＥＭＰ最短値をＴＥＭＰ第２最短値に置き換え、ステップＳ７０４で計算値をＴＥＭＰ最短値に置き換える。そして、ステップＳ７０５でそれらの値の路線データ番号点を書き込む（記憶する）。

ステップＳ７０２で距離の計算値がＴＥＭＰ最短値よりも長い場合には、ステップＳ７０６でその距離の計算値がＴＥＭＰ第２最短値と等しいかどうかを判定し、等しいと判定された場合にはステップＳ７０７に進んで第２最短値が２点存在することを示すフラグを立てる。

ステップＳ７０６でその距離の計算値がＴＥＭＰ第２最短値と等しくないと判定された場合にはステップＳ７０８に進んで、その距離の計算値がそれまでのＴＥＭＰ第２最短値よりも短いか長いかを判定する。

ステップＳ７０８で距離の計算値がＴＥＭＰ第２最短値よりも短い場合には、ステップＳ７０９で計算値をＴＥＭＰ第２最短値に置き換える。そして、ステップＳ７１０でその値の路線データ番号点を書き込む（記憶する）。

ここまでの処理が、全データについて完了したかどうかをステップＳ７１１で判定し、全データについて完了するまで、ステップＳ７０１〜ステップＳ７１０の処理を繰り返す。なお、ここで全データは、システム稼働後は、近傍の限られたデータ（例えば、前記の１１点のデータ）とすることでよい。

ステップＳ７１１で、全データについて完了したと判定されると、ステップＳ７１２に進み、ベクトル成分を用いた計算により、測位点Ｐｋに対する線路上の位置を計算する。この計算処理を図８を参照して説明する。

このステップＳ７１２での計算処理は、最近傍点ＤＢｎとの離隔距離Ｄとして、線路中心線へ測位点Ｐｋから下ろした推薦との交点との距離を求めることにより、測位点Ｐｋに対応した基準位置からの距離程を求める。線路は直線と仮定して計算する。

まず、測位点Ｐｋと最近傍点ＤＢｎとの距離Ｌ１を求める。ついで、最近傍点ＤＢｎを基準とした第２近傍点ＤＢｎ＋１へのベクトルａと測位点Ｐｋへのベクトルｂとなす角θを次式により求める。ｃｏｓθ＝（ａ・ｂ）／｜ａ｜・｜ｂ｜。

そして、求める距離Ｄは、距離Ｌ１の線路中心線への正射影であり、次式により求める。Ｄ＝Ｌ１×ｃｏｓθ

なお、線路が曲線部であるときには、曲線部に適した計算で距離Ｄを正確に求めることができる。ただ、その計算式は若干複雑になるので、具体的な計算手法は省略する。しかし、直線部として計算してもその誤差は小さいので、実質的に問題はない。

次に、複数の作業員が近接した場所で保守作業を行う場合の列車との通信動作について説明する。

図９は、軌道エリアに複数の作業員が散らばって保守作業を行っている状態を示している。この図９では、作業員Ｐ（したがって、作業員用携帯装置１００）の存在する場所を、円形の顔を模して示している。

図９を参照すると、複数の作業員用携帯装置１００は、線路内の危険領域（建築限界内）Ｉ、線路内の注意領域（建築限界外）II、及び線路外IIIのある範囲に散らばって作業をしている。

この状態で、各作業員用携帯装置１００では、軌道エリア内位置判定手段１２０における当該測定点位置が軌道エリアの線路エリア内（Ｉ・II）にあると判定した場合に、当該軌道エリア内の線路エリア内存在情報をその作業員用双方向通信手段１３０を用いて、列車用搭載装置２００へ送信する。

列車用搭載装置２００では、線路エリア内（Ｉ・II）に存在する各作業員用双方向通信手段１３０から送信された線路エリア内存在情報を含む位置、路線ＩＤ、上下線別ＩＤ、運転方向など所要情報を受信する。そして、その列車に最も近い線路エリア内存在情報を含む位置と列車位置や列車速度に基づいて、接近警報を発生すると共に、必要時にブレーキ信号を発生して列車を制動する。

例えば、列車から見た警報領域を、無警報領域と、アラーム領域と、ブレーキ領域とに分ける。そして、アラーム領域では列車側はアラームを発生し作業員側は断続音のアラームとし、ブレーキ領域では、列車側はブレーキ信号を発生し作業員側は連続音のアラームとする。なお、無警報領域では、アラームは発生しないが、可視情報の表示は行っている。

列車側での警報発生の判断は、軌道エリアの線路エリア内（Ｉ・II）にある作業員用携帯装置１００のうちのその列車に最も近い作業員用携帯装置１００からの情報によっている。

したがって、線路エリア内Ｉ・IIに存在する作業員用携帯装置１００のうち、当該線路の基準位置からの距離程が最も短い作業員用携帯装置１００から線路エリア内存在情報を送信すればよい。

また、その線路の始端側及び終端側を考慮して、線路エリア内Ｉ・IIに存在する複数の作業員用携帯装置１００のうち、当該線路の基準位置からの距離程が最も短い作業員用携帯装置１００及びその距離程が最も長い作業員用携帯装置１００から線路エリア内存在情報を送信しすればよい。これにより、列車用搭載装置２００は、始端側及びあるいは終端側の作業員用携帯装置１００の線路エリア内存在情報に基づいて、所要の条件に従って、警報やブレーキ等の防護情報を発生することでよい。

この最も始端側あるいは最も終端側の作業員用携帯装置１００の決定は、例えば、特定の作業員用携帯装置１００に全ての作業員用携帯装置１００からの位置情報を集めて、決定するようにすることでも可能である。また、全ての作業員用携帯装置１００間で位置情報を比較し、勝ち抜き方式で始点側最外方と終点側最外方の作業員用携帯装置１００を決定するようにしてもよい。

この場合には、図９に破線で囲まれた始点側最外方の作業員用携帯装置１００と終点側最外方の作業員用携帯装置１００からのみ、送受信を行うようにすればよい。他の作業員用携帯装置１００は全て、受信のみを行うようになる。

図１０、図１１は、本発明の作業区間防護システムにおける、警報やブレーキ条件を纏めたものである。勿論、この警報やブレーキ条件は例示であり、必要に応じて変更できる。

図１０は、列車用搭載装置２００における、列車位置「接近範囲外、警報距離、ブレーキ距離、通過」と、装置の動作「接近表示、接近警報、ブレーキ」と、最接近作業員位置「線路外III、線路内で建築限界外II、線路内で建築限界内Ｉ」との、各組み合わせにおける出力の有（○）無（×）を示したものである。

図１１は、作業員用警報装置１００における、作業員位置「線路外III、線路内で建築限界外II、線路内で建築限界内Ｉ」と、装置の動作「接近表示、接近警報」と、列車位置「接近範囲外、警報距離、ブレーキ距離、通過」との、各組み合わせにおける出力の有（○）無（×）を示したものである。

本発明に係る鉄道用作業区間防護システムの構成を示す図 測位点と鉄道軌道エリアの位置関係を示す図 測位点と鉄道軌道エリアの位置関係を示す他の図 軌道エリア内での表示条件を示す図 作業員用携帯装置の起動シーケンスを示す図 作業員用携帯装置のデータフローの概要を示す図 軌道エリア内での最近傍点検索処理を示すフローチャート 軌道エリア内での位置算出処理を示す図 軌道エリアに複数の作業員が散らばって保守作業を行っている状態を示す図 列車用搭載装置における警報やブレーキ条件を示す図 作業員用携帯装置における警報条件を示す図

符号の説明

１００ 作業員用携帯装置
１１０ 距離演算手段
１２０ 軌道エリア内位置判定手段
１３０ 双方向通信手段
１４０ 警報手段
１５０ データベース（ＤＢ）
２００ 列車用搭載装置
２１０ 位置検知手段
２２０ 防護情報発生手段
２３０ 双方向通信手段
３００ ＲＴＫ−ＧＰＳ
３１０ 固定局
３２０ 移動局
Ｐ 作業員
Ｉ 建築限界内（危険域）
II 線路内の建築限界外（注意域）
III 線路外（安全域）

Claims (11)

1. 作業員が携帯できるように構成されている少なくとも１つの作業員用携帯装置と、列車に搭載されている列車用搭載装置とを備えており、
   前記作業員用携帯装置は、高精度衛星測位システム（以下、ＧＮＳＳ）による測位点の測位データと路線データベースからの路線データとを含むデータに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の鉄道線路（以下、線路）中心までのほぼ直角方向の離隔距離及び当該路線の基準位置から前記鉄道中心までの距離程を求める距離演算手段と、該距離演算手段による前記離隔距離に基づいて、当該測位点が軌道エリアの線路外エリアの位置にあるか線路内エリアの位置にあるかを判定する軌道エリア内位置判定手段と、前記列車用搭載装置との間で所要情報の双方向通信を行うための作業員用双方向通信手段と、前記距離演算手段による前記離隔距離を含む演算結果及び前記列車用搭載装置との双方向通信に基づく通信情報に基づいて音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うための警報手段とを有し、
   前記列車用搭載装置は、鉄道軌道上の位置を検知する位置検知手段と、前記作業員用携帯装置との間で所要情報の双方向通信を行うための列車用双方向通信手段と、前記位置検知手段により検出された検出位置情報及び前記作業員用双方向通信手段との双方向通信による通信情報に基づいて、音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うとともに、前記作業員用携帯装置への接近警報情報及びまたは当該列車の制動装置への制動情報を含む防護情報を発生するための防護情報発生手段とを有し、
   前記作業員用携帯装置では、前記軌道エリア内位置判定手段における当該測定点位置が軌道エリアの線路エリア内にあると判定した場合に当該軌道エリア内の線路エリア内存在情報を前記作業員用双方向通信手段を用いて送信するとともに、前記列車用搭載装置からの通信情報に基づいて警報を発生し、
   前記列車用搭載装置では、前記作業員用携帯装置からの線路エリア内存在情報を受けて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする、鉄道用作業区間防護システム。
2. 前記距離演算手段は、前記ＧＮＳＳからの衛星信号を受信するとともに、既知の場所に設けられた基準局からの測位データを受信する移動局ブロックを持ち、リアルタイムキネマティック（以下、ＲＴＫ）方式によって、前記測位点の測位データをセンチメートルのオーダーの精度で得ることを特徴とする、請求項１に記載の鉄道用作業区間防護システム。
3. 前記距離演算手段は、前記基準位置からの距離程を、前記測位点の測位データと前記路線データベースの路線データに基づいて、該路線データ中から前記測定点に最も近い最近傍点のデータと２番目に近い第２近傍点のデータを演算して、当該測位点に対応する線路位置として求めることを特徴とする、請求項１または２に記載の鉄道用作業区間防護システム。
4. 前記軌道エリア内位置判定手段は、前記線路内エリアをさらに列車通過時に列車と接触する可能性の高い危険エリアと、その外側の注意エリアとに区分して位置判定し、この位置判定に基づいて、前記警報手段及び前記防護情報発生手段の警報情報及びまたは防護情報を生成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道用作業区間防護システム。
5. 前記作業員用携帯装置は複数台であり、前記列車用搭載装置は、複数台の前記作業員用携帯装置からの線路エリア内存在情報を受けて、それら線路エリア内存在情報のうちの距離が最も近い前記作業員用携帯装置からの線路エリア内存在情報に基づいて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道用作業区間防護システム。
6. 前記作業員用携帯装置は複数台であり、前記線路エリア内に存在する前記作業員用携帯装置のうち、当該線路の前記基準位置からの前記距離程が最も短い前記作業員用携帯装置及びその距離程が最も長い前記作業員用携帯装置から線路エリア内存在情報を送信し、前記列車用搭載装置は線路エリア内存在情報に基づいて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道用作業区間防護システム。
7. 鉄道の保守作業に従事する作業員が携帯できるように構成されている作業員用携帯装置であって、ＧＮＳＳによる測位点の測位データと路線データベースからの路線データとを含むデータに基づいて、当該測位点から軌道エリア内の線路中心までのほぼ直角方向の離隔距離及び当該路線の基準位置から前記線路中心までのの距離程を求める距離演算手段と、該距離演算手段による前記離隔距離に基づいて、当該測位点が軌道エリアの線路外エリアの位置にあるか線路内エリアの位置にあるかを判定する軌道エリア内位置判定手段と、外部装置との間で所要情報の双方向通信を行うための作業員用双方向通信手段と、前記距離演算手段による前記離隔距離を含む演算結果及び前記外部装置との双方向通信通信に基づく通信情報に基づいて音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うための警報手段とを有し、
   前記軌道エリア内位置判定手段における当該測定点位置が軌道エリアの線路エリア内にあると判定した場合に当該軌道エリア内の線路エリア内存在情報を前記作業員用双方向通信手段を用いて送信するとともに、前記外部装置からの通信情報に基づいて警報を発生することを特徴とする、作業員用携帯装置。
8. 前記距離演算手段は、前記ＧＮＳＳからの衛星信号を受信するとともに、既知の場所に設けられた基準局からの測位データを受信する移動局ブロックを持ち、ＲＴＫ方式によって、前記測位点の測位データをセンチメートルのオーダーの精度で得ることを特徴とする、請求項７に記載の作業員用携帯装置。
9. 前記距離演算手段は、前記基準位置からの距離程を、前記測位点の測位データと前記路線データベースの路線データに基づいて、該路線データ中から前記測定点に最も近い最近傍点のデータと２番目に近い第２近傍点のデータを演算して、当該測位点に対応する線路位置として求めることを特徴とする、請求項７または８に記載の作業員用携帯装置。
10. 前記軌道エリア内位置判定手段は、前記線路内エリアを列車通過時に列車と接触する可能性の高い危険エリアと、その外側の注意エリアとに区分して位置判定し、この位置判定に基づいて、前記警報手段及び前記防護情報発生手段の警報情報及びまたは防護情報を生成することを特徴とする、請求項７〜９のいずれかに記載の作業員用携帯装置。
11. 線路の保守作業を防護するシステムに用いる列車用搭載装置であって、鉄道軌道上の位置を検知する位置検知手段と、外部装置との間で所要情報の双方向通信を行うための列車用双方向通信手段と、前記位置検知手段により検出された検出位置情報及び前記外部装置との双方向通信による通信情報に基づいて、音響情報及びまたは可視情報を含む警報情報を発生して警報を行うとともに、前記外部装置への接近警報情報及びまたは当該列車の制動装置への制動情報を含む防護情報を発生するための防護情報発生手段とを有し、
    前記外部装置からの線路エリア内存在情報を受けて、所要の条件に従って前記防護情報を発生することを特徴とする、列車用搭載装置。

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