JP2006298069A - 無線列車制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 無線通信の通信不能領域に列車が停止しないように制御することが可能な無線列車制御システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 列車は、あらかじめ路線マップに沿って走行した時の列車通信レベルマップを記録する。列車通信レベルマップでは、無線による情報の送受信に支障がない最低の通信レベルを閾値として、閾値以下の場所を通信不能領域とする。列車が、中央制御システムからの運転指令や進行方向の障害物検知等によって通信不能領域に停止しようとすると、停止位置計算装置が通信不能領域の位置や列車の位置、速度、ブレーキ性能などから無線通信のアンテナが通信不能領域に止まらないような停止位置を求め列車運転制御装置に指示を出す。列車運転制御装置は、停止位置に止まるような運転制御手段を求め列車駆動装置に指示を出す。列車駆動装置は、運転制御手段に従いブレーキをかけて列車を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線列車制御システムに関する。

現在、特開平２−１０９７７０号公報（特許文献１）や文献「馬場、他：『無線による列車制御システム（ＡＴＡＣＳ）』，ＪＲ ＥＡＳＴ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｎｏ．５，ｐｐ．３１−３８，２００３．１１．１．」（非特許文献１）に記載されているような、制御信号を無線通信する列車制御システムの開発が進められている。

しかしながら、列車などの移動体による無線通信は、建造物や地形による電波の反射や解析、距離や天候などによる電波の減衰により通信品質が劣化するという、克服すべき難しい課題がある。

また、基地局と移動体間の無線通信は、通信レベルが移動体の移動に伴い絶えず変動し、通信レベルが極端に低くなる地点（通信不能領域）で通信ができなくなる。この通信不能領域の範囲は小さいため、列車の通常走行時には、通信不能領域で通信が中断してもすぐに別の地点に移動して通信を再開でき、通信が継続できる。しかしながら、列車が通信不能領域に停止した時は、停止後の通信ができなくなり、列車の運行に必要な情報を受け取れないために停止場所から動き出せなくなる問題点がある。
特開平２−１０９７７０号公報 馬場、他：「無線による列車制御システム（ＡＴＡＣＳ）」， ＪＲ ＥＡＳＴ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｎｏ．５，ｐｐ．３１−３８，２００３．１１．１．（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｒｅａｓｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ／ｐａｐｅｒ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）

本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、無線通信の通信不能領域に列車が停止しないように制御することにより、列車の停止場所が後から通信不能領域になった場合でも通信が継続できる無線列車制御システムを提供することを目的とする。

請求項１の発明の無線列車制御システムは、列車走行時の列車通信レベルを計測する列車通信レベル計測手段と、前記列車通信レベル計測手段の計測する列車通信レベルを線路マップと対応させ、列通信レベルマップとして記録する列車通信レベルマップ記録手段と、前記列車通信レベルが定められた閾値以下の場所を通信不能領域として記録する通信不能領域記録手段と、列車が停止しようとした場所が通信不能領域ならば通信が可能な停止位置を求め、その停止位置に停止するように停止制御手段とを備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１の無線列車制御システムにおいて、前記停止制御手段は、減速曲線の勾配が急にならないように前記通信不能領域直前又は直後に停止するように制御することを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１の無線列車制御システムにおいて、列車の進行方向の障害物を検知する障害物検知手段と、通信不能領域への停止回避又は乗客への負担軽減のいずれを優先するかを設定する優先対象設定手段とを備え、前記停止制御手段は、列車が進行方向の障害物の検知によって停止しようとした場所が通信不能領域ならば、前記優先対象設定手段による優先対象設定に応じて通信不能領域への停止回避又は乗客への負担軽減のどちらかを優先して停止制御することを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１の無線列車制御システムにおいて、前記列車通信レベルマップ記録手段は、天候、時間帯などの環境や列車構成、無線機器、進行方向などの編成をタグ情報とし、複数のタグ情報が違う列車通信レベルマップを記録し、前記停止制御手段は、現在の列車通信レベルマップを記録する時に現在のタグ情報と複数の保存列車通信レベルマップの保存タグ情報とを比較し、一致の場合に保存列車通信レベルマップのうちの該当するものを現在の列車通信レベルマップとして使用し、停止制御することを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１の無線列車制御システムにおいて、前記通信不能領域決定手段は、前記通信不能領域を決定する上で、列車通信レベルマップと共に、基地局通信レベルマップ又は通信速度マップを併用することを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１の無線列車通信システムにおいて、２つのアンテナを列車編成の両端に設置してスペースダイバシティ方式としたことを特徴とするものである。

請求項７の発明は、請求項１〜４の無線列車制御システムにおいて、列車通信レベルマップを年間を通じて定期的に記録した年間情報保持手段と、年間情報保持手段が保持する年間情報の変化点を抽出し変化方向を求める変化検出処理手段と、季節や沿線のイベント情報を保持するイベント情報保持手段と、今後の列車通信レベルマップの変化を予測する予測処理手段とを備え、前記予測処理手段は、前記変化検出処理手段が年間情報の急激に変化する箇所や定期的に徐々に変化する箇所を求めた変化情報と、季節や沿線のイベント情報と年間情報保持手段が記録した年間情報から今後の列車通信レベルマップの変化を予測することを特徴とするものである。

本発明によれば、列車が停止しようとした場所が通信不能領域ならば、通信が可能な停止位置を求め、その停止位置に停止するように制御することで通信不能領域への停止を回避できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の無線列車制御システムの構成を示す図であり、図２は列車通信レベルマップと列車の停止位置の説明図である。本実施の形態の無線列車制御システムは、列車１０８内の装置類と、列車１０８と無線通信を行う沿線上の基地局１０９ａ〜１０９ｃと、列車の運行制御を行う中央制御システム１１０と、基地局１０９ａ〜１０９ｃと中央制御システム１１０を接続して情報をやり取りする沿線ＬＡＮ１１１とから構成されている。そして列車１０８は、装置類として、無線通信を行う無線通信装置１００、無線通信信号を送受信するアンテナ１０１、列車の通信レベル特性を記録した列車通信レベルマップ記録部１０２、路線の地図情報を記録した路線マップを保持する路線マップ記録部１０３、列車の位置を検知する位置検知装置１０４、列車の停止位置を計算する停止位置計算装置１０５、列車の運転制御を行う列車運転制御装置１０６、列車の車輪を駆動する列車駆動装置１０７を備えている。

列車１０８は、あらかじめ路線マップ記録部１０３に保持されている路線マップに沿って走行した時の列車通信レベルマップを列車通信レベルマップ記録部１０２を記録しておく。この列車通信レベルマップは、無線による情報の送受信に支障がない最低の通信レベルを閾値１１２として、閾値１１２以下の場所を通信不能領域１１３ａ，１１３ｂとする。列車１０８が、中央制御システム１１０からの運転指令や進行方向の障害物検知等によって通信不能領域１１３ａ，１１３ｂに停止しようとすると、停止位置計算装置１０５が通信不能領域１１３ａ，１１３ｂの位置や列車１０８の位置、速度、ブレーキ性能などから無線通信のアンテナ１０１が通信不能領域１１３ａ〜１１３ｂに止まらないような停止位置を求めて列車運転制御装置１０６に指示を出す。列車運転制御装置１０６は、停止位置に止まるような運転制御パターンを求めて列車駆動装置１０７に指示を出す。列車駆動装置１０７は、運転制御パターンに従い車輪回転にブレーキをかけて減速して列車１０８を停止する。

図３、図４は本実施の形態の無線列車制御システムにおける停止位置計算装置１０５による停止位置例を示す図である。列車１０８はアンテナ１０１が通信不能領域１１３ａ〜１１３ｂの範囲に停止しない制御を行う。また列車１０８は、減速曲線２００ａ又は２００ｃに従ってブレーキをかけて定められた停止位置２０１ａ又は２０１ｃの位置に停止する。

列車１０８が中央制御システム１１０からの運転指令によって停止しようとした場所が通信不能領域１１３ａ〜１１３ｂの区間内ならば、通常は図３のように一般的な減速曲線２００ａで通信不能領域１１３ａの直前の停止位置２０１ａに停止する。ただし、図４に示すように、列車１０８と通信不能領域１１３ａとの距離が近すぎて通信不能領域１１３ａの直前の停止位置２００ｂでは勾配が急な減速曲線２０１ｂとなる場合、図４のように勾配が緩やかな減速曲線２００ｃに変更して通信不能領域１０３ｂの直後の停止位置２０１ｃに停止する。

このように、列車が停止しようとした場所が通信不能領域ならば、通信が可能な停止位置を求め、その停止位置に停止するように制御することで通信不能領域への停止を回避できる。加えて、列車が停止しようとした場所が通信不能領域ならば、減速曲線の勾配が急にならないように通信不能領域直前又は直後に停止するように制御することで乗客に負担をかけずに通信不能領域への停止を回避できる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の無線列車制御システムについて、図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第２の実施の形態の無線列車制御システムの構成を示し、図６は停止位置計算装置１０５の停止位置例を示している。尚、本実施の形態の無線列車制御システムにおいて、図１に示した第１の実施の形態と共通する要素には共通の符号を用いて示してある。

本実施の形態では、列車１０８が障害物検出装置１２１と優先対象設定装置１２２を付加的に備え、第１の実施の形態と異なる停止位置制御を行うことを特徴としている。すなわち、列車１０８はアンテナ１０１が通信不能領域１１３ａ〜１１３ｂに停止しない制御を行う。また列車１０８は障害物検出装置１２１により進行方向の障害物３００を検出した時に、その障害物に衝突しないように停止する制御を行う。また列車１０８は、減速曲線３０１ａ〜３０１ｂに従ってブレーキをかけて定められた停止位置３０２ａ〜３０２ｂに停止する。

列車１０８が進行方向の障害物３００の検知によって停止しようとした場所が通信不能領域１１３ａ〜１１３ｂならば、優先対象設定部１２２によって通信不能領域への停止回避を優先する設定にされていると、勾配が急な減速曲線３０１ａで通信不能領域直前の停止位置３０２ａに停止する。他方、優先対象設定部１２２によって乗客への負担軽減を優先する設定にされていると、勾配が緩やかな減速曲線３０１ｂで障害物直前の停止位置３０２ｂに停止する。

本実施の形態によれば、列車が停止しようとした場所が通信不能領域ならば、通信が可能な停止位置を求め、その停止位置に停止するように制御することで通信不能領域への停止を回避できる。加えて、列車が進行方向の障害物３００を検知することによって停止しようとした場所が通信不能領域１１３ａ〜１１３ｂならば、通信不能領域１１３ａ〜１１３ｂへの停止回避又は乗客への負担軽減のどちらかを優先して制御することで減速曲線を変更して障害物への衝突を回避できる。

（第３の実施の形態）図７は本発明の第３の実施の形態の無線列車制御システムにおいて列車通信レベルマップ記録部１０２に記録されている列車通信レベルマップを示している。また、図８は本実施の形態での列車通信レベルマップの活用事例を示している。尚、本実施の形態において、先の実施の形態と同一の要素については同一の符号を用いて説明する。

本実施の形態の特徴は、列車通信レベルマップ記録部１０２に記録されている列車通信レベルマップの活用にある。列車通信レベルマップ記録部１０２に記録されている列車通信レベルマップは、列車１０８が路線マップ記録部１０３に記録されている路線マップに沿って走行した時の移動距離４００に伴う通信レベル４０１の変動から成る通信レベル特性４０２と、天候４０３、時間帯４０４などの環境４０５、列車構成４０６、無線機器４０７、進行方向４０８などの編成４０９から成るタグ情報４１０とを関連付けた記録で構成されている。

列車通信レベルマップ記録部１０２が現在の列車通信レベルマップを記録する時に現在のタグ情報４１０と複数の保存列車通信レベルマップ４１１ａ〜４１１ｃの保存タグ情報４１２ａ〜４１２ｃを比較部４１３にて順次比較し、一致の場合（４１４）は保存列車通信レベルマップ４１１ａ〜４１１ｃのうちの該当するものを現在の列車通信レベルマップとして使用し、不一致の場合（４１５）は現在の列車通信レベルマップを使用すると共に記録する。尚、この保存列車通信レベルマップ４１１ａ〜４１１ｃは列車１０８の列車通信レベルマップ記録部１０２に保存してもよいし、中央制御システム１１０に保存してもよい。

本実施の形態によれば、複数のタグ情報が違う列車通信レベルマップを保存しておき、タグ情報が一致した列車通信レベルマップを流用することで全列車が事前走行して列車通信レベルマップを作成する必要がなくなる。またタグ情報を変更して様々な列車通信レベルマップを記録することで列車通信レベルマップの精度が向上する。

（第４の実施の形態）図９は本発明の第４の実施の形態の無線列車制御システムにおける通信不能領域の求め方の説明図である。尚、本実施の形態について、図１〜図７と同一の要素には同一の符号を用いて説明する。本実施の形態は、列車通信レベルマップ記録部１０２の列車通信レベルマップの他に基地局の方で通信レベルを記録した基地局通信レベルマップ５００、列車１０８と基地局の相互通信の速度を記録した通信速度マップ５０１などを使用して通信不能領域５０２ａ〜５０２ｆを求める。

列車通信レベルマップ記録部１０２の列車通信レベルマップでは、列車側で無線による情報の送受信に支障がない最低の通信レベルを閾値１１２とする。基地局通信レベルマップ５００では、基地局側で無線による情報の送受信に支障がない最低の通信レベルを閾値５０３ａとする。通信速度マップ５０１では、通信データ量とデータ処理時間に応じた最低の通信速度を閾値５０３ｂとする。各マップで各閾値よりもレベルが低い部分を統合して通信不能領域５０２ａ〜５０２ｆとする。

本実施の形態によれば、列車通信レベルマップ、基地局通信レベルマップ、通信速度マップ等の複数のマップを併用することで隠れた通信不能領域を見つけ出し通信障害の回避性能を向上することができる。

（第５の実施の形態）図１０は本発明の第５の実施の形態の無線列車制御システムを搭載した列車の構成を示す図である。当該列車は、列車編成６００と、無線通信を行う無線通信装置６０１と、無線通信信号を送受信する第１のアンテナ６０２と、無線通信信号を送受信する第２のアンテナ６０３を搭載している。無線通信装置６０１は、列車編成６００の両端に設置した第１のアンテナ６０２と第２のアンテナ６０３と接続してスペースダイバシティ方式とし、列車編成６００が停止した後で第１のアンテナ６０２が通信不能領域となると第２のアンテナ６０３を使って通信を実行し、第２のアンテナ６０３が通信不能領域となると第１のアンテナ６０２を使って通信を実行する。また第１と第２のアンテナ６０２，６０３が通信可能な場合、通信レベルが高い方の信号を利用する。

本実施の形態によれば、２つのアンテナ６０２，６０３を列車編成６００の両端に設置してスペースダイバシティ方式とすることで通信性能を向上することができる。

（第６の実施の形態）図１１は本発明の第６の実施の形態の無線列車制御システムの構成を示す図である。尚、図１〜図８と同一の要素については同一の符号を用いて説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の現在の列車通信レベルマップを記録するとともに保存した第３の実施の形態の保存列車通信レベルマップ４１１ａ〜４１１ｃと、それを年間を通じて定期的に記録した年間情報７００と、年間情報７００の変化点を抽出し変化方向を求める変化検出処理部７０１と、季節や沿線のイベント情報７０２と、今後の列車通信レベルマップの変化を予測する予測処理部７０３とから構成されている。

予測処理部７０３は、変化検出処理部７０１が年間情報７００の急激に変化する箇所や定期的に徐々に変化する箇所を求めた変化情報７０４と、季節や沿線のイベント情報７０２と年間情報７００から今後の列車通信レベルマップ１０２の変化を予測する。

本実施の形態によれば、今後の列車通信レベルマップの変化を予測することで、対応した制御などを行い通信不能領域を回避することができる。

本発明の第１の実施の形態の無線列車制御システムの構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施の形態の無線列車制御システムの制御方法の説明図。 本発明の第１の実施の形態の無線列車制御システムにおける停止位置計算装置の停止位置例その１を示す図。 本発明の第１の実施の形態の無線列車制御システムにおける停止位置計算装置の停止位置例その２を示す図。 本発明の第２の実施の形態の無線列車制御システムの構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態の無線列車制御システムにおける停止位置計算装置の停止位置例を示す図。 本発明の第３の実施の形態の無線列車制御システムが用いる列車通信レベルマップの構成を示す図。 本発明の第３の実施の形態の無線列車制御システムにおける列車通信レベルマップの活用事例を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態の無線列車制御システムにおける通信不能領域の求め方の説明図。 本発明の第５の実施の形態の無線列車制御システムにおける列車構成を示す説明図。 本発明の第６の実施の形態の無線列車制御システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

１００ 無線通信装置
１０１ アンテナ
１０２ 列車通信レベルマップ記録部
１０３ 路線マップ記録部
１０４ 位置検知装置
１０５ 停止位置計算装置
１０６ 列車運転制御装置
１０７ 列車駆動装置
１０８ 列車
１０９ａ〜１０９ｃ 基地局
１１０ 中央制御システム
１１１ 沿線ＬＡＮ
１１２ 閾値
１１３ａ〜１１３ｂ 通信不能領域
２００ａ〜２００ｃ 減速曲線
２０１ａ〜２０１ｃ 停止位置
３００ 障害物
３０１ａ〜３０１ｂ 減速曲線
３０２ａ〜３０２ｂ 停止位置
４００ 移動距離
４０１ 通信レベル
４０２ 通信レベル特性
４０３ 天候
４０４ 時間帯
４０５ 環境
４０６ 列車構成
４０７ 無線機器
４０８ 進行方向
４０９ 編成
４１０ タグ情報
４１１ａ〜４１１ｃ 保存列車通信レベルマップ
４１２ａ〜４１２ｃ 保存タグ情報
４１３ 順次比較
４１４ 一致の場合
４１５ 不一致の場合
５００ 基地局通信レベルマップ
５０１ 通信速度マップ
５０２ａ〜５０２ｆ 通信不能領域
５０３ａ〜５０３ｂ 閾値
６００ 列車編成
６０１ 無線通信装置
６０２ 第１のアンテナ
６０３ 第２のアンテナ
７００ 年間情報
７０１ 変化検出機能
７０２ イベント情報
７０３ 予測機能
７０４ 変化情報

Claims (7)

1. 列車走行時の列車通信レベルを計測する列車通信レベル計測手段と、
   前記列車通信レベル計測手段の計測する列車通信レベルを線路マップと対応させ、列通信レベルマップとして記録する列車通信レベルマップ記録手段と、
   前記列車通信レベルが定められた閾値以下の場所を通信不能領域として記録する通信不能領域記録手段と、
   列車が停止しようとした場所が通信不能領域ならば通信が可能な停止位置を求め、その停止位置に停止するように停止制御手段とを備えた無線列車制御システム。
2. 前記停止制御手段は、減速曲線の勾配が急にならないように前記通信不能領域直前又は直後に停止するように制御することを特徴とする請求項１に記載の無線列車制御システム。
3. 列車の進行方向の障害物を検知する障害物検知手段と、通信不能領域への停止回避又は乗客への負担軽減のいずれを優先するかを設定する優先対象設定手段とを備え、
   前記停止制御手段は、列車が進行方向の障害物の検知によって停止しようとした場所が通信不能領域ならば、前記優先対象設定手段による優先対象設定に応じて通信不能領域への停止回避又は乗客への負担軽減のどちらかを優先して停止制御することを特徴とする請求項１に記載の無線列車制御システム。
4. 前記列車通信レベルマップ記録手段は、天候、時間帯などの環境や列車構成、無線機器、進行方向などの編成をタグ情報とし、複数のタグ情報が違う列車通信レベルマップを記録し、
   前記停止制御手段は、現在の列車通信レベルマップを記録する時に現在のタグ情報と複数の保存列車通信レベルマップの保存タグ情報とを比較し、一致の場合に保存列車通信レベルマップのうちの該当するものを現在の列車通信レベルマップとして使用し、停止制御することを特徴とする請求項１に記載の無線列車制御システム。
5. 前記通信不能領域決定手段は、前記通信不能領域を決定する上で、列車通信レベルマップと共に、基地局通信レベルマップ又は通信速度マップを併用することを特徴とする請求項１に記載の無線列車制御システム。
6. ２つのアンテナを列車編成の両端に設置してスペースダイバシティ方式とすることを特徴とする請求項１に記載の無線列車制御システム。
7. 列車通信レベルマップを年間を通じて定期的に記録した年間情報保持手段と、年間情報保持手段が保持する年間情報の変化点を抽出し変化方向を求める変化検出処理手段と、季節や沿線のイベント情報を保持するイベント情報保持手段と、今後の列車通信レベルマップの変化を予測する予測処理手段とを備え、
   前記予測処理手段は、前記変化検出処理手段が年間情報の急激に変化する箇所や定期的に徐々に変化する箇所を求めた変化情報と、季節や沿線のイベント情報と年間情報保持手段が記録した年間情報から今後の列車通信レベルマップの変化を予測することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線列車制御システム。
   
   

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