JP2008056179A - 列車位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】列車の位置を高精度で簡単な構成により検出できる列車位置検出装置を得る。
【解決手段】列車１２の進行経路の枕木に所定間隔毎に配置され、位置の情報が表現されたバーコードを備える複数個の地上子１０と、列車１２側に配置され、各地上子１０に表現された位置の情報の符号を読み取る符号読取装置１１と、符号読取装置１１により読み取られた符号から列車１２の現在位置を特定する上位システム１３とを具備したもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、走行経路に存在する列車の位置を検出可能な列車位置検出装置に関する。

従来の列車制御システムは、地上と車上間の制御情報の通信が低速で間歇的であり、しかもその通信は地上から車上への片方向であって、伝送速度、情報量など性能上も不十分である。

また列車の位置も制約の多い軌道回路で検出されていることが多い。軌道回路を使った列車制御システムは、軌道回路の中に列車が存在すると他の列車が進入できない閉塞制御を行っている。そのため、軌道回路の長さ分だけの列車運行間隔が必要になり、軌道回路を短くすると軌道回路数の増加が必要になる。さらに、軌道回路の位置変更に大掛かりな工事が必要である。

従来、軌道回路を利用した列車位置検出装置が主流であるが、該位置検出装置で検出された位置検出信号を上位システムへ通信する信号ケーブルの新たな敷設が必要となり、１軌道回路上の列車数に制限があるなど、制約が多い。また、列車運行の効率化としては列車間の距離を短くし、単位区間あたりの列車密度を向上させることが重要である。

また、無線通信を取り入れた遠隔方式の列車制御システムの提案が多くなされており、その実現のキー技術の一つとして、列車自身が自分のいる位置を位置検出装置で検出することが前提となっている。

その列車位置検出装置として、従来以下に示す特許文献１から５がある。特許文献１は、
枕木に反射板を設置し、該反射板に列車側から発光素子による光を照射し、該反射板からの反射信号に基づき列車の位置情報を検出する列車位置情報を検出するものである。

特許文献２は、グローバル測位システム(ＧＰＳ)からの電磁波により位置を特定する方式である。

特許文献３は、車軸(列車の車輪)の回転数による距離から位置を検出する方式である。

特許文献４は、車輪軸速度から距離を測定し、位置を検知し、さらに空回転しても加速度センサにより空回転を検知し、この空回転分の距離を補正する方式である。

特許文献５は、携帯電話等による電磁波通信によって、その場所を特定する方式で、これは列車自身が自己のいる位置を認識ことが前提となっている。
特開平２−１８４２０１号公報 特開２００４−１６８２１６ 特開２００２−２２５７０８ 特開２０００−１２１６５８ 特開平９−３１５３０５号公報

前述した各特許文献は、次のような課題がある。

特許文献１は、枕木に有する反射板に光を照射するため、列車側に発光素子とレンズが必要であり、また反射板からの反射光を検出するためのレンズと受光素子が必要であり、簡単な位置情報の検出には適しているが、詳細な位置情報の検出には適さない。

特許文献２は、屋外のみ有効で、地下鉄、トンネル内では使用できない。例えば、ＦＭ
局からの電磁波によるＤＧＰＳによらないと位置精度が数ｍ以上と悪く、また天候による影響もある。

特許文献３は、車輪が曲がり角では滑り、空回転が生ずるため、位置を特定する際の誤差が大きく、また摩擦による磨耗で精度が変化してくるので、必要に応じて位置の補正や位置の校正が必要である。

特許文献４は、列車の発車位置など基準を設定する必要がある。これは、距離検出のため、どこからの距離かを知る必要があること、それに基づいて地図などから位置を検知できるようにしているためである。

特許文献５は、携帯電話等の個人用端末や、基地局からの強力な出力等により、ノイズの影響を受け、また電磁波の受信ができない場合には、自分の位置を特定するまでに時間がかかる。

本発明は、上記課題を解決するため、列車の位置を高精度で簡単な構成により検出できる列車位置検出装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、列車の進行経路の固定部位に沿って所定間隔毎に配置され、位置の情報が表現された符号を備える複数個の地上子と、前記列車側に配置され、前記各地上子に表現された位置の情報の符号を読み取る符号読取手段と、前記符号読取手段により読み取られた符号から列車の現在位置を特定する現在位置特定手段とを具備した列車位置検出装置である。

前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、列車の進行経路の固定部位に沿って所定間隔毎に配置され、位置の情報が表現されたバーコード又は前記模擬バーコードを備える複数個の地上子と、前記列車側に配置され、前記各地上子に表現された位置の情報の符号を読み取る符号読取手段と、前記符号読取手段により読み取られた符号から列車の現在位置を特定する現在位置特定手段とを具備した列車位置検出装置である。

本発明によれば、列車の位置を高精度で簡単な構成により検出できる列車位置検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明による列車位置検出装置の実施形態１を説明するためのブロック図であり、これは後述するように地上子１０と、符号読取装置(符号読取手段)１１を備えた列車１２と、現在位置特定手段を構成する上位システム(中央監視システム)１３を具備している。

符号読取装置１１は撮像センサ１１１と、信号処理回路１１２を備えている。撮像センサ１１１は例えばＣＣＤセンサからなり、地上子１０の例えばバーコードのパターンを読み取る。撮像センサ１１１により読取られたその受光情報を信号処理回路によってデジタルデータに変換し、上位システム１３に転送する。上位システム１３において、上位システム１３に構築された地上子の符号(デジタルデータ)と位置に関するデータベース(図示しない)を利用して、列車１２が読み取った符号を受信し、上位システム１３側で位置を特定することができるようになっている。

ここで、列車位置の特定方法については、以上述べた位置の特定方法以外に、車上に地上子１０の符号と位置に関するデータベース(図示しない)を構築し、各列車１２が読み取った符号とデータベースとの整合により列車の位置を特定する現在位置特定手段であってもよい。

図２は、位置情報を含む符号を地上子１０とその符号を読取る符号読取装置１１を搭載した列車１２を示す図である。この場合には、地上子１０を列車１２の下部の枕木上に配置する。地上子１０の配置間隔は、任意であるが通常所望の位置探知精度に従って配置する。例えば１ｍの精度で位置を検出したい場合は、１ｍ以下の間隔で配置することで実現できる。地上子１０は、あらかじめ決められている位置を示す符号が表示されており、その符号から唯一の位置がわかるようにしている。

具体的には、地上子１０をバーコードのような構成にすると、線の太さや並びにより位置を示す情報を表現することが可能である。地上子１０の構成としては、バーコードのような色の濃淡などによる場合は、種々のものに印刷することにより容易に製作することが可能であり、符号読取装置１１がレーザなどの光源による場合は、光の反射強度を変化させるようにした金属面の凹凸や色の違いなどで実現可能である。

図２の場合、地上子１０を読み取るための符号読取装置１１を列車の下部に取り付ける。符号読取装置は、地上子の符号を読み取るために光学式のものを使用する。具体的には、撮像センサ例えばＣＣＤセンサを含むカメラによる画像認識やレーザー光の反射強度などである。ＣＣＤカメラの場合には、列車速度にあわせてシャッター速度を変化させることで読み取りが可能であり、広角レンズの利用や距離を離すことにより広範囲を読み取ることが可能となる。

しかし、暗い場合例えば暗い場所などには、ちらつきの少ない例えばハロゲンランプによる補助光などを組み合わせることが望ましく、また距離を離した場合には解像度・分解能が低くなり、読み取りミスが発生しやすくなる場合がある。一方、レーザー光は、直進性が強く、ＣＣＤカメラと比較して長距離の符号も読み取ることが可能であり、補助光が不要になる。このように、列車の速度や環境などを考慮して選択することが重要である。

なお、地上子１０の配置は、図２の場合は、列車の下部としたが、線路に沿って配置してある電柱（側面または列車より高い位置で横木を伸ばした先に地上子を取り付ける構成）やトンネルを利用する場合は、側面や列車上部に配置することが可能である。

図３の場合、地上子１０を列車１２の側方であって例えば電柱１４及び地下の側壁１６に取り付けた場合は、地上子１０にひさし１５を設け、これに伴なって符号読取装置１１を列車１２の側面に取り付けたものである。

図４の場合は、地上子１０を列車１２の上方例えば電柱１４の上部腕及び地下の側壁１６に取り付け、これに伴って符号読取装置１１も列車１２の上面に取り付けたものである。このように構成することにより、埃や雪雨などによる汚れの影響を受けにくい構成となる。

以上述べた実施形態１によれば、各地上子１０に表現された位置の情報の符号を、列車側に配置された符号読取手段１１で読み取り、この読み取った符号から現在位置特定手段例えば上位システム１３により列車１２の現在位置を特定するように構成したので、前述した従来例である、特許文献１から５の課題、すなわち光を反射板に照射するための発光素子とレンズを不要とし、また地下鉄やトンネルでも列車位置を検出できると共に、天候の影響を受けにくく、さらに列車の検出位置は固定され、天災やいたずら等が生じない限り列車の検出位置ずれは生じなく、列車の発車位置によらずその発車位置の情報を検出でき、また電磁波の妨害の影響は受けず、通信環境の影響を受けず、列車自信で現在位置を特定できる。

（実施形態２）
図５は、図２の地上子１０として、複数のＬＥＤなどの発光素子２０で模擬バーコードを構成し、これを線路近傍に配置した場合である。この場合の模擬バーコードは、前述のバーコードと同様に、位置情報を含む符号を表示するように構成されている。なお、図５において、２１は発光素子２０が存在しないブランク部分を示している。

図５において、符号は情報としては発光の有無とその並びにより９ビットの２進数表現したものである。図５の場合は、発光素子２０が発光する場合を“１”に該当し、発光素子２０がないブランク部分２１を“０”として割り当てているが、逆でもかまわない。また、情報量によりビット数が増減する。前記ブランク部分２１は発光素子２０の消光状態でもかまわない。

実施形態２は、暗い場合や少々の埃がついた場合でも発光により認識率を改善したものである。

また、読み取りの認識率を高める手段として、図５の配列を縦方向に並べたものを、図６に示す。これにより一部の発光素子２０が汚れや故障による欠損を生じたとしても他の部分から読み取ることが可能である。

また、発光素子２０として色の異なる発光素子を組み合わせて用いることにより、発光素子２０の有無のみでは１ビットの情報量であったが、複数の色を用いて（例えば、３色ＬＥＤなど）表現することにより情報量を増やすことが可能となる。しかも複数色の発光素子２０を用いて図６のように配列することにより、列車の読取装置が必要とする位置情報だけでなく、人間の目から見ても理解できる情報を表現することが可能となる。

実施形態１でも記載したが、地上子としての配置を路面上でなく、列車からみて側面にとりつけかつヒサシを設けることにより、地上においては雪雨の影響を低減、地下においても埃や汚れの沈着を防ぐことが可能となる。

なお、長期寿命や低消費電力などの利点から発光素子２０としてＬＥＤを示したが、他の発光手段（蛍光灯、電球、レーザーダイオード、ＥＬ（エレクトロルミネンス）素子）などでも効果は同様であり、環境にあわせて選択することができる。

（実施形態３）
図７は、図６の発光素子２０近傍に受光素子３０を配置した構成である。

受光素子は、発光素子にあわせて任意に選択することが可能である。受光素子として、フォトダイオード、フォトトランジスタを使用すると、これらはＬＥＤに比べて安価で長期寿命の点がすぐれている。

このように受光素子３０を配置することにより、発光素子２０が汚れた場合や、故障した場合に受光が弱く、または無くなることから発光素子２０の状況を検知することが可能となる。また受光素子３０の信号応答を監視システムなどに接続し定期的にチェックすることにより、地上子の交換時期や、洗浄時期を検知・実行することできる。

受光素子３０の配置の注意点としては、発光素子２０に密着させること、受光面を横または下側にくるようにすることにより、汚れや雨雪の影響を受けにくくし高信頼なものとなる。

（実施形態４）
図８は、枕木４２上に発光素子による符号表現された地上子４０の近傍に列車感知手段４１を配置した構成である。列車感知手段４１が列車を感知し、発光素子を制御することにより列車がない状態での無駄な電力消費を削減することが可能となる。

列車感知手段４１の具体的な例としては、物体から放射される赤外線エネルギーを感知する焦電センサの利用や、光の反射（列車が来ると反射光が生じることを利用）の利用、超音波の反射の有無を利用した超音波センサなど、種々の方法が選択できる。

なお、列車感知手段４１は、地上子４０ごとに配置することに制約されず、所定の区間毎に配置するようにしてもよい。

（実施形態５）
図９に示すように、図２の構成に、グローバル測位システム(ＧＰＳ)用衛星５１と、この衛星５１からの電磁波を受信すると共に列車１２に搭載されたＧＰＳ受信アンテナ５２を組み合わせたものである。そして、ＧＰＳ位置検出システムは列車内部に配置し、列車の位置検出をできるようにしたものである。

実施形態５によれば、図２の実施形態の構成との組み合わせによりどちらか一方の位置検出が不能となっても位置検出することが可能である。また、グローバル測位システム(ＧＰＳ)による位置検出の欠点として、ＧＰＳ衛星５１からの電波が受信困難なトンネル内や地下などにおいては、実施形態１の手段を利用し、ＧＰＳが受信できる範囲では、実施形態の地上子を削減することが可能となり、より効率的な位置検出が可能となる。

(変形例)
前述したバーコードには、通常の１次元バーコード又は２次元バーコードも含まれることは言うまでもない。

本発明の列車位置検出装置の実施形態１の概略構成を示すブロック図。 図１の地上子と、符号読取装置の第１の例を示す図。 図１の地上子と、符号読取装置の第２の例を示す図。 図１の地上子と、符号読取装置の第３の例を示す図。 図１の地上子の代りとなる模擬バーコードの第１の例を説明するための図。 図１の地上子の代りとなる模擬バーコードの第２の例を説明するための図。 図１の地上子の代りとなる模擬バーコードの第３の例を説明するための図。 図１の地上子の代りとなる模擬バーコードの第４の例を説明するための図。 ＧＰＳ及び地上子と符号読取装置を組み合わせた列車位置検知装置を説明するための図。

符号の説明

１０…地上子、１１…符号読取装置(１１…符号読取手段)、１２…列車、１３…上位システム、１４…電柱、１６…側壁、２０…発光素子、２１…ブランク部分、３０…受光素子、４０…地上子、４１…列車感知手段、４２…枕木、５１…グローバル測位システム(ＧＰＳ)用衛星、５２…ＧＰＳ受信アンテナ、１１１…撮像センサ、１１２…信号処理回路。

Claims (7)

1. 列車の進行経路の固定部位に沿って所定間隔毎に配置され、位置の情報が表現された符号を備える複数個の地上子と、
   前記列車側に配置され、前記各地上子に表現された位置の情報の符号を読み取る符号読取手段と、
   前記符号読取手段により読み取られた符号から列車の現在位置を特定する現在位置特定手段と、
   を具備したことを特徴とした列車位置検出装置。
2. 列車の進行経路の固定部位に沿って所定間隔毎に配置され、位置の情報が表現されたバーコード又は前記模擬バーコードを備える複数個の地上子と、
   前記列車側に配置され、前記各地上子に表現された位置の情報の符号を読み取る符号読取手段と、
   前記符号読取手段により読み取られた符号から列車の現在位置を特定する現在位置特定手段と、
   を具備したことを特徴とした列車位置検出装置。
3. 前記模擬バーコードは、複数個の発光素子を配列し前記各発光素子の発光の有無により位置の情報が表現されるように符号を構成したことを特徴とする請求項２に記載の列車位置検出装置。
4. 前記模擬バーコードは、色の異なる複数個の発光素子を配列し前記各発光素子の発光の有無により位置の情報が表現されるように符号を構成したことを特徴とする請求項２に記載の列車位置検出装置。
5. 前記模擬バーコードを構成する複数の発光素子の近傍に、前記各発光素子の光をそれぞれ受光したことを検出する複数個の受光素子を配置したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の列車位置検出装置。
6. 前記模擬バーコードを構成する複数の発光素子は、列車を感知したとき信号を出力する列車感知手段を、前記模擬バーコードを構成する発光素子の近傍又は所定間隔で配置し、前記列車感知手段から出力される信号により前記発光素子を制御することを特徴とした請求項３又は請求項４に記載の列車位置検出装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の列車位置検出装置から得られる列車位置情報と、グローバル測位システムによって得られる位置情報との組み合わせを可能にしたことを特徴とした列車位置検出装置。

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