JP2008238888A - 列車位置検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の課題は、列車の位置を正確に検知する列車位置検出システムを提供することである。
【解決手段】外部から受ける外圧を測定する測定手段と、所定区間において外圧を受ける位置を位置情報として予め記録する記憶手段と、前記測定手段で測定した外圧に基づいて、前記記憶手段に記録されている前記位置情報のいずれの位置で前記測定手段が外圧を測定したかを判断する判断手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、列車の位置を正確に計測する列車位置検知システムに関する。

列車が正確に運行していることを把握し、列車が遅延した際には、どの位置を走行しているのかを正確に把握することで、乱れたダイヤの正常化および利用客に対して適切な対応をとることができる。そのため、列車を制御する上では、列車の詳細な位置、速度が計測できれば、より正確な制御が可能となる。

従来、列車の位置検出は、列車にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ 衛星測位システム）受信機を搭載し、衛星がＧＰＳ情報を受信することで位置を検出する方法がある。また、線路にＡＴＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐ 自動列車停車装置）等を設置することで、ＡＴＳの設置位置を基準位置として、列車の車輪の回転数から走行距離を判断し、列車の位置を検出する方法も用いられている。また、距離センサによって列車の走行距離を、方位センサによって列車の走行方位を時系列的に観測し、列車の走行位置を推測する推測航法も用いられている。

特許文献１には、列車最前部に推測航法演算装置が設置され、列車最前部と列車最後部にはＧＰＳ受信機が搭載されている。推測航法演算装置は、それぞれのＧＰＳ受信機で受信したＧＰＳ情報から得られる位置情報から列車の軌跡を算出し、記憶部が記憶する。そして、列車最前部と列車最後部に搭載されたいずれかのＧＰＳ受信機が通信不能となった場合には、記憶部が記憶している列車の軌跡に基づいて、推測航法演算装置は、通信不能となったＧＰＳ受信機が搭載された位置情報を補正する構成が開示されている。

特許文献２には、衛星からＧＰＳ情報から受信する受信手段と、緯度、経度と、既知である線路の曲率と、線路長とを関係付けたデータベースを記憶する記憶手段と、情報処理手段とを有し、情報処理手段は、ＧＰＳ情報を受信したときに受信信頼度を演算し、信頼度が高ければ、ＧＰＳ情報により列車走行位置を特定し、それ以外の場合は、車軸の回転数等から曲率を算出し、記憶手段で記憶している曲率と比較し、列車走行位置を特定する構成が開示されている。
特開平７−２９４６２２号公報 特開２００３−３９４８２５号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２は、ＧＰＳ情報や電波強度による位置検知を用いており、列車に搭載されたＧＰＳ受信機は、常に衛星や電波を捉えている必要がある。そのため、列車がトンネルを通過する場合または地下鉄では、位置を検知することは困難である。また、いずれの場合も、衛星によるＧＰＳ情報が得られない場合は、演算によって位置を算出しているが、測定区間の累積加算により位置を検知しているため累積誤差が生じる可能性がある。

また、衛星からのＧＰＳ情報を用いないＡＴＳ等の補助装置を線路側に設ける方法では、設備を線路側につけるコストの問題がある。ＡＴＳ等の補助装置は、常に列車の位置を検知するための用途ではない。さらに、レールおよび列車の車輪は、金属製である。そのため、車輪が磨耗し、車輪径が変化することや、車輪が空転することが起こり得る。そのため、ＡＴＳを用いた方法では、列車の車輪の回転数から走行距離を判断し、列車の位置、または速度を検知するのは必ずしも正確とはいえない。

この発明の目的は、列車の位置を正確に検知する列車位置検出システムを提供することである。

この発明の一実施の形態に係る列車位置検出システムは、外部から受ける外圧を測定する測定手段と、所定区間において外圧を受ける位置を位置情報として予め記録する記憶手段と、前記測定手段で測定した外圧に基づいて、前記記憶手段に記録されている前記位置情報のいずれの位置で前記測定手段が外圧を測定したかを判断する判断手段とを有する。

本発明により、列車に通常備え付けられている設備を用いて列車の位置を検出するため、特別な設備投資を必要としないため、コストを低減することができる。また、レールおよび列車の車輪を列車の位置検知に用いているため、本発明は、レールにおかれた置石や、亀裂等の線路異常、磨耗等の車輪異常、経年劣化等も判定することが可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の種々な実施の形態に係る列車位置検知システムについて説明する。図１は、本実施形態に用いられる列車の構造を示す外観図である。列車１は、レール２に沿って走行する。また、レール２と並行して、電線３が中空に敷かれている。そして、電線３は、任意の間隔で設置された支持点４によってある程度の張力を有して固定されている。そのため、駅と駅との間では、複数の支持点４が設けられている。

列車１の屋根には、パンタグラフ１１が設けられている。パンタグラフ１１は、列車１の走行の動力として、電線３から電力を受け取っている。

また、列車１は、レール２からの振動、車輪６とレールとの左右方向のすべり、駆動系の振動、風圧などによって、他方向から走行中に振動を受ける。列車１は、これらの振動を抑制するために、台車５が設けられている。図２に、列車１に設けられる台車５の構造を示す。台車５は、図示しない駆動装置および制動装置、車輪５３、車軸５４を有している。車輪５３および車軸５４は、レール２および図示しない駆動装置からの振動を抑制するために、１次緩衝装置５２を介して設けられている。また、台車５と列車１は、２次緩衝装置５１を介して設けられている。２次緩衝装置５１は、車体での乗り心地を良くするためのものである。

ここで、車軸５４には、センサ５５が設けられている。車軸５４に設けられるセンサ５５としては、例えば、３次元加速度センサ（またはジャイロセンサ）もしくはストロークセンサである。車輪５４が図２に示すように、レール２とレール２の継ぎ目を通過して、車軸５４が上下運動することに伴い、車軸５４に設けられたセンサ５５は、追従して動作し、加速度およびストロークを検知する。レール２とレール２の継ぎ目の箇所は、レール２を取り替えない限り固定である。

例えば、Ａ駅からＢ駅の間には、レール２とレール２の継ぎ目が８箇所設けられているとする。図３は、列車１がＡ駅からＢ駅間を走行する際にセンサ５５が検知したデータを示す図である。図３の横軸は、駅Ａから駅Ｂ間におけるレール２の位置を示している。縦軸は、センサ５５が検知した加速度またはストロークデータを示している。

本実施例のように、車軸５４にセンサ５５を設けることで、列車１の上下動に追従してセンサ５５が加速度またはストロークデータを検知することもある。車輪５３がレール２とレール２の継ぎ目を通過するときは、センサ５５が、車輪５３がレール２とレール２の継ぎ目以外を走行しているときよりも突出した縦方向の加速度またはストロークデータを検知することとなる。

次に、センサ５５が取得した加速度またはストロークデータに基づいて、列車１の位置を検知するシステムについて図４に示す列車位置検知システムのブロック図を用いて説明する。本実施例に係る列車位置検知システムは、センサ５５、データロガー１００、処理装置１０１、記憶装置１０２を有している。データロガー１００は、センサ５５が取得した加速度またはストロークデータをデジタル値に変換し、時間ごとのデータに変換する。記憶手段としての記録装置１０２は、駅と駅の間に存在するレールとレールの継ぎ目の数と、それぞれの継ぎ目が駅からどの位置に存在するのかを対応付けえて記憶する。また、記録装置１０２は、レール２の各継ぎ目を車輪５３が通過する際にセンサ５５が検知した加速度およびストロークデータの過去の履歴などのデータを記憶している。処理装置１０１は、計算部１０１１、比較部１０１２、判定部１０１３を有している。計算部１０１１は、データロガー１００を介した加速度またはストロークデータを３次元に分解する。また、計算部１０１１は、センサ５５が検知した加速度から、速度を算出する。比較部１０１２は、センサ５５が検知した加速度の大きさが規定値以上か否かを比較する。判定部１０１３は、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過したか否かを判断する。

例えば、Ａ駅からＢ駅の間には、レール２の継ぎ目が８箇所設けられているとする。レール２の継ぎ目はレール設置時点で固定である。図３は、列車１がＡ駅からＢ駅間を走行する際にセンサ５５が検知したデータを示す図である。図３の横軸は、駅Ａから駅Ｂ間におけるレール２の継ぎ目の位置を示している。縦軸は、センサ５５が検知した加速度またはストロークデータを示している。

本実施例のように、パンタグラフ１１のダンパー１１２にセンサ５５を設けることで、列車１の上下動に追従してセンサ５５が加速度またはストロークデータを検知することもある。パンタグラフ１１が支持点４を通過するときは、センサ５５が、パンタグラフ１１が電線に追従しているときよりも突出した加速度またはストロークデータを検知することとなる。

次に、センサ５５が取得した加速度またはストロークデータに基づいて、列車１の位置を検知するシステムについて図４に示す列車位置検知システムのブロック図を用いて説明する。本実施例に係る列車位置検知システムは、センサ５５、データロガー１００、処理装置１０１、記憶装置１０２を有している。データロガー１００は、センサ５５が取得した加速度またはストロークデータをデジタル値に変換し、時間ごとのデータに変換する。記憶手段としての記録装置１０２は、駅と駅の間に存在するレール２の継ぎ目の数と、それぞれのレール２の継ぎ目が駅からどの位置に存在するのかを対応付けて記憶する。また、記録装置１０２は、各支持点４をパンタグラフ１１が通過する際にセンサ５５が検知した加速度およびストロークデータの過去の履歴などのデータを記憶している。処理装置１０１は、計算部１０１１、比較部１０１２、判断部１０１３を有している。計算部１０１１は、データロガー１００を介した加速度またはストロークデータを３次元に分解する。また、計算部１０１１は、センサ５５が検知した加速度から、速度を算出する。比較部１０１２は、センサ５５が検知した加速度の大きさが規定値以上か否かを比較する。判断部１０１３は、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過したか否かを判断する。

例えば、列車１が、駅Ａと駅Ｂ間を走行する場合を説明する。そして、例えば、駅Ａと駅Ｂ間には、８つのレール２の継ぎ目が設けられているとする。はじめに、列車１が駅Ａを出発し、センサ５５が上下方向の加速度を検知すると、処理装置１０１の比較部１０１２は、検知した加速度の大きさが規定値以上か否かを比較する。比較部１０１２は、規定値を記憶装置１０２から読み出す。規定値は予め設定されたものであり、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過するときにセンサ５５が検知する加速度の大きさ、または、加速度を３次元分解したパターンである。判断部１０１３が、センサ５５が検知した加速度が規定値以上であり、加速度の３次元分解したパターンも所定範囲で照合すると判断すると、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過したと判断する。

記憶装置１０２は、駅Ａと駅Ｂ間には、８つのレール２の継ぎ目が設けられている旨の情報を有している。そして、記憶部１０２は、列車１が駅Ａと駅Ｂ間でいくつのレール２の継ぎ目を通過したかを記憶している。判断部１０１３は、駅Ａから駅Ｂ間で、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過したと判断すると、列車１が、駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目の位置を走行している旨を示す情報を出力する。そして、判断部１０１３は、記憶装置１０２に対して、駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目を通過したことを記憶させる。

次に、センサ５５が上下方向の加速度を検知して、判断部１０１３が、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過したと判断すると、判断部１０１３は、記憶装置１０２から列車１が駅Ａと駅Ｂ間で駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目を通過した旨の情報を読み出し、列車１が駅Ａから２つ目のレール２の継ぎ目の位置を走行している旨を示す情報を出力する。そして、判断部１０１３は、記憶装置１０２に対して、駅Ａから２つ目のレール２の継ぎ目を通過した旨を示す情報を記憶させる。

センサ５５は、例えば３次元加速度センサであり、列車１がレール２の継ぎ目を通過しないときであっても、進行方向に対して加速度を計測する。そのため、列車１が駅Ｂに到着し、センサ５５がおおよそゼロの加速度を検知するようになったとき、または、列車１の車輪の回転が停止したとき、判断部１０１３は、駅Ａと駅Ｂ間の列車位置検知は終了したと判断する。つまり、列車１が駅Ｂを出発し、センサ５５が上下方向の加速度を検知して、判断部１０１３が、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過したと判断すると、判断部１０１３は、駅Ｂから１つ目のレール２の継ぎ目を通過した旨を示す情報を出力するとともに、記憶装置１０２に記憶させる。

レール２の継ぎ目の設置位置は既知である。そのため、本実施例により、レール２の継ぎ目を列車が通過したことが分かれば、どの区間のどのレール２の継ぎ目の位置を列車１が走行しているのか正確に特定することができる。

また、計算部１０１１は、センサ５５が検知した加速度から、速度を算出する。列車１の先頭車両および後部車両の車輪５３にセンサ５５を設けることで、双方のセンサ５５が、レール２の継ぎ目を通過する時間を用いて、さらに正確な速度を算出することができる。つまり、車輪５３の空転等が影響し、実際の列車１の速度は、速度メータに示される速度とは異なるが、正確な速度を算出できる。

また、列車１の先頭車両および後部車両の車輪５３にセンサ５５を設けることで、列車１の先頭車両は特定のレール２の継ぎ目を通過したが、列車１の後部車両は特定のレール２の継ぎ目を通過していないことも判断部１０１３は判定できる。列車１のすべての車両がレール２の継ぎ目を通過していない旨の情報もえられる。そのため、ダイヤの乱れが生じた場合、列車１がどの位置を通過したのか、どの位置を抜けきっていないのかを正確に判断することができる。

記憶装置１０２は、車輪５３がレール２の継ぎ目を通過するときにセンサ５５が検知する加速度の大きさ、または、加速度を３次元分解したパターンを記憶している。そして、判断部１０１３が、センサ５５が検知した加速度と記憶装置１０２に記憶している加速度のパターンとを照合して車輪５３がレール２の継ぎ目を通過したかを判断している。さらに、レール２の継ぎ目以外のレール２において、センサ５５が特徴的に加速度を検知する特定ポイントを、どの駅と駅の間のどの位置で、どのような加速度パターンかを対応付けて記憶装置１０２に記憶させることができる。このようにして、レール２の継ぎ目以外の箇所でも列車１の位置検知が可能となるため、位置検知ポイントが増えるに従い、正確な列車１の位置を検知することができる。そのため、継ぎ目の少ないロングレールでも対応できる。

また、レール２の継ぎ目以外で特徴的に加速度を検知できる特定ポイントは、センサ５５が検知した加速度を判断部１０１３が、記憶装置１０２に記憶されている加速度パターンと照合できないときに、所定値以上の加速度である場合に、どの駅と駅の間のどの位置で、どのような加速度パターンかを対応付けて記憶装置１０２に記憶させるようにしてもよい。

さらに、駅Ａと駅Ｂ間に例えば、カーブのレール２がある場合、レール２の継ぎ目以外でも、どの位置で、どのような加速度パターンかを対応付けて記憶装置１０２に記憶させることができる。列車１がカーブを通過する際には、センサ１１が横方向の加速度を検知するので、列車１がレール２の継ぎ目を通過する場合にセンサ１１が取得する加速度パターンとは異なる加速度パターンが得られる。このようにして、レール２の継ぎ目以外の箇所でも列車１の位置検知が可能となるため、位置検知ポイントが増えるに従い、正確な列車１の位置を検知することができる。

また、レール２の継ぎ目以外のレール２のカーブで特徴的に加速度を検知できる特定ポイントは、センサ５５が検知した加速度を判断部１０１３が、記憶装置１０２に記憶されている加速度パターンと照合できないときに、所定値以上の加速度である場合に、どの駅とどの駅の間のどの位置で、どのような加速度パターンかを対応付けて記憶装置１０２に記憶させるようにしてもよい。

センサ１１は、例えばレール２の継ぎ目で加速度を取得し、判断部１０１３が、列車が通過した位置を特定した場合、センサ１１は、加速度を取得した電線３の支持点４で初期化する。このため、センサ１１の誤差が蓄積されないため、センサ１１は取得した３軸加速度から移動距離を求めるときの測定精度が落ちるのを防ぐことができる。

次に、図５に示すフローチャートを用いて、上記説明した本実施例に係る列車位置検知システムによる位置情報を取得する方法について説明する。例えば、列車１が、駅Ａと駅Ｂ間を走行するとする。そして、例えば、駅Ａと駅Ｂ間には、８つのレール２の継ぎ目が設置されているとする。

はじめに、列車１が駅Ａを出発し、センサ５５が加速度を検知すると（ステップＳ１００）、処理装置１０１の比較部１０１２は、検知した加速度の大きさが規定値以上か否かを比較する（ステップＳ１０１）。

判断部１０１３が、検知した加速度（縦方向の加速度）の大きさが規定値以上であると判断した場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、処理装置１０１の判断部１０１３は、レール２の継ぎ目であると判断する（ステップＳ１０３）。そして、判断部１０１３は、センサ１１を初期化し、加速度センサ１１は、加速度を測定する（ステップＳ１００）。

判断部１０１３が、検知した加速度の大きさが規定値以上でないと判断した場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、処理装置１０１の計算部１０１１は、検知した加速度を積分し、駅Ａからセンサ５５が加速度を検知した位置までの速度と距離を算出する（ステップＳ１０２）。そして、計算部１０１１は、駅Ａを基準点として、算出した距離を基にして、位置を計算する（ステップＳ１０４）。

ここで、ステップＳ１０５では、計算部１０１１は、駅Ａを基準点として、算出した距離を基にして、位置を計算する場合、記憶装置１０２に記録されている列車１がどのレール２の継ぎ目まで通過しているかに基づいて位置を計算する。つまり、記憶装置１０２が、駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目まで通過している情報が記録されていれば、駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目を列車１が通過したときに、加速度センサ１１は初期化されているため（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、計算部１０１１は、センサ１１が取得した加速度に基づいて、駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目からの距離を基にして、位置を計算する。計算部１０１１は、レール２の継ぎ目を基準として位置を計算しているため、加速度から距離を算出する場合に累積誤差を抑制し、測定精度を向上させることができる。

そして、比較部１０１２は、計算部１０１１が算出した位置と、記憶装置１０２に予め記憶されている駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目までの距離とを比較する（ステップＳ１０５）。比較部１０１２は、計算部１０１１が算出した位置が、記憶装置１０２に予め記憶されている駅Ａから１つ目のレール２の継ぎ目までの距離の所定範囲に入っていれば、センサ１１が加速度を取得した位置がレール２の継ぎ目であると確認することができる。また、判断部１０１３は、列車１の正確な通過位置を取得できるため、例えば、予め記憶装置１０２に各レール２の継ぎ目の位置と列車１のダイヤで決められた通過時間とを対応付けて記録することで、列車１の運行が正常かどうかも判断することができる。

そして、判断部１０１３は、列車１が通過した位置情報および列車１の運行が正常かどうかの情報を出力する（ステップＳ１０６）。

上記説明した図５におけるフローチャートは、レール２の継ぎ目以外に加速度を検知できる特定ポイントを用いた場合も同様である。

なお、この発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、現在または将来の実施段階では、その時点で利用可能な技術に基づき、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る列車の外観を示す図。 本発明の一実施形態に係る列車の車輪の外観を示す図。 本発明の一実施形態に係るセンサによる測定データを示す図。 本発明の一実施形態に係る列車位置検知システムを示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る列車位置検知システムによる位置検知を説明するフローチャート。

符号の説明

１…列車、２…レール、３…電線、４…支持点、５…台車、５４…車軸、５５…センサ。

Claims (12)

1. 外部から受ける外圧を測定する測定手段と、
   所定区間において外圧を受ける位置を位置情報として予め記録する記憶手段と、
   前記測定手段で測定した外圧に基づいて、前記記憶手段に記録されている前記位置情報のいずれの位置で前記測定手段が外圧を測定したかを判断する判断手段と、
   を有することを特徴とする列車位置検知システム。
2. 外部から受ける外圧を測定する第１の測定手段と、
   前記第１の測定手段と所定間隔で離間して設けられている外部から受ける外圧を測定する第２の測定手段と、
   所定区間において外圧を受ける位置を位置情報として予め記録する記憶手段と、
   前記第１の測定手段および前記第２の測定手段が外圧を測定する時間差および前記第１の測定手段と前記第２の測定手段との離間距離に基づいて速度を計算する計算手段と、
   を有することを特徴とする列車位置検知システム。
3. 前記記憶手段は、前記位置情報として前記所定区間で外圧を受ける位置の数Ｎと順序とを対応付けて記録していることを特徴とする請求項１記載の列車位置検知システム。
4. 前記記憶手段は、前記所定区間内で前記測定手段が測定した外圧の回数Ｍを記録することを特徴とする請求項３記載の列車位置検知システム。
5. 前記判断手段は、特定位置Ｘで前記測定手段が外圧を測定した場合、前記記憶手段に記録している測定手段が外圧を測定した回数Ｍに基づいて、前記特定位置Ｘを、前記所定区間におけるＭ＋１番目の外圧を受ける位置と判別し、前記記憶手段に記録されている外圧を測定した回数Ｍに１を加算することを特徴とする請求項４記載の列車位置検知システム。
6. 前記計測手段は、加速度センサ、ジャイロセンサ、ストロークセンサのうちいずれか１つであることを特徴とする請求項５記載の列車位置検知システム。
7. 前記計測手段は、外圧を測定した場合、初期化することを特徴とする請求項５記載の列車位置検知システム。
8. 外部から受ける外圧を測定し、
   所定区間において外圧を受ける位置を位置情報として予め記録し、
   測定した外圧に基づいて、記録されている前記位置情報のいずれの位置で前記測定手段が外圧を測定したかを判断する、
   ことを特徴とする列車位置検知方法。
9. 外部から受ける外圧を複数回測定し、
   所定区間において外圧を受ける位置を位置情報として予め記録し、
   複数回測定した外圧における測定の時間差および外圧を測定する離間距離に基づいて、速度を計算する、
   ことを特徴とする列車位置検知方法。
10. 前記位置情報として外圧を受ける位置の数Ｎと順序とを対応付けて記録していることを特徴とする請求項８記載の列車位置検知方法。
11. 前記所定区間内で外圧を測定した回数Ｍを記録することを特徴とする請求項１０記載の列車位置検知方法。
12. 特定位置Ｘで外圧を測定した場合、記録されている外圧を測定した回数Ｍに基づいて、前記特定位置Ｘを、前記所定区間におけるＭ＋１番目の外圧を受ける位置と判別し、
    外圧を測定した回数Ｍに１を加算して記録する、
    ことを特徴とする請求項１１記載の列車位置検知システム。

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