JP2009001163A

JP2009001163A - 自動列車停止装置

Info

Publication number: JP2009001163A
Application number: JP2007164144A
Authority: JP
Inventors: Haruo Kitagawa; 治雄喜多川; Haruo Yamamoto; 春生山本
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-01-08

Abstract

【課題】設備コストの増大を招くことなく、信号機の現示変更と速度照査パターンの更新時期にタイムラグが生じないようにして、理想的な列車制御を実現する。
【解決手段】地上には、各信号機に列車に向けて信号現示情報を送信する地上無線機を設置し、車上には、無線通信により列車から前方信号機の地上無線通信機までの距離を測定し、その測定した距離及び地上無線機から受信する信号現示情報を基に速度照査パターンを作成し、作成された速度照査パターンと自列車の走行速度とを比較して減速又は停止などの制御信号を出力するＡＴＳ車上装置を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動列車停止装置（以下、ＡＴＳ装置という。）、特に列車進行方向前方の信号機が停止信号を現示しているときに車上において速度照査パターンを作成し、その作成された速度照査パターンを基に列車の運転を制御するものに関する。本明細書において、列車の用語には、車両も含む。

従来、列車進行方向前方の信号機（以下、前方信号機という。）が停止信号を現示しているときに車上において速度照査パターンを作成し、その作成された速度照査パターンを基に列車の運転を制御するＡＴＳ装置には、ＡＴＳ−Ｐシステムがある。従来のＡＴＳ−Ｐシステムにおいては、前方信号機の停止信号現示（以下、「Ｒ現示」という。）を表す信号をその列車が走行するレール（軌道）間に設けられた地上子から車上子を介してＡＴＳ−Ｐ車上装置で受信すると、ＡＴＳ−Ｐ車上装置は、その地上子から前方信号機までの距離及び軌道の平均勾配に基づいてその前方信号機の位置を停止点とする速度照査パターンを作成し、列車速度がその速度照査パターンを越えないように減速又は停止などの制御を行うように構成されている（非特許文献１参照。）。
（社）日本鉄道電気技術協会発行「鉄道技術者のための電気概論，信号シリーズ，ＡＴＳ・ＡＴＣ」第４版平成９年５月１５日Ｐ．３５−６３

そして、速度照査パターンに基づいて列車が運転されているとき、前方信号機の信号がＲ現示から注意信号現示（以下、「Ｙ現示」という。）又は進行信号現示（以下、「Ｇ現示」という。）などの上位現示に変化（現示アップ）したときは、その変化後の信号が当該信号機に対応して設置されている地上子を介して車上に送信されるので、列車は、それまで保持していた速度照査パターンを更新することができる。

しかしながら、従来のＡＴＳ−Ｐシステムにおいては、速度照査パターンの作成に必要な前方信号機の現示信号の種類（Ｒ現示、Ｙ現示又はＧ現示）を示す現示情報及び前方信号機までの距離情報を地上子（トランスポンダを用いるものも含む。以下、同じ。）から受信している。従って、前方信号機の現示が上位現示に変化した場合は、ＡＴＳ−Ｐ車上装置は、その変化した現示情報を次の地上子を通過するまで入手することができない。すなわち、車上で作成された速度照査パターンは、次の地上子から現示情報及び距離情報を得るまでは更新されないため、信号機の現示アップと速度照査パターンの更新時期にタイムラグが生じ、効率的な列車制御ができないという欠点があった。

上記欠点を克服するためには、信号機の手前（外方）に複数の地上子を比較的小さな間隔を持って設置することが考えられる。しかし、信号機の現示変更に迅速に対応して効率的な制御ができる数の地上子を増設することは、設備コストの増大及びメンテナンスの煩雑化に繋がるという問題がある。

また、上記欠点の解決を図るため、前方信号機の現示が変化したとき、その変化した現示情報を列車に迅速に送信できるようにして運転制御の適正化・効率化を図ったＡＴＳ装置が、例えば、特許文献１に提案された。
特開２００２−１２５３０５号公報

この提案に係るＡＴＳ装置は、地上には、従来と同様に、前方信号機から所定距離手前に地上子を設けるとともに、前方信号機の現示信号を軌道に送信する送信手段を設け、車上には、その送信手段から送信された前方信号機の現示信号を前記軌道を介して受信する受信手段と、前方信号機がＲ現示のとき前記列車が前記地上子から受信した情報に基づいて作成された速度照査パターンに基づいて運転されていて、前記受信手段が上位の現示信号を受信したときは、前記速度照査パターンをその上位の現示信号に対応した速度照査パターンに変更する速度照査パターン変更手段とを設けたものである。
そして、送信手段は、一つの軌道回路に一つの送信機を用い、各送信機には異なる可聴周波数の搬送波を割り当てている。

従って、この提案に係るＡＴＳ装置も、地上子のほかに各軌道回路に送信機を増設する必要があるので、設備コストが多くかかる問題を有している。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、解決しようとする課題は、地上設備のコストの増大を招くことなく、信号機の現示変更と速度照査パターンの更新時期にタイムラグが生じないようにして、理想的な列車制御を実現することができるＡＴＳ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、前方信号機が停止信号を現示しているときの信号を受信したとき、車上において所定の位置を停止点とする速度照査パターンを作成し、その作成された速度照査パターンに基づいてその列車の運転を制御するＡＴＳ装置において、（ａ）地上には、閉塞信号機、場内信号機、出発信号機等の信号機のそれぞれに、その信号機に向かって走行する列車に向けて信号現示情報を送信する地上無線通信機を設置し、（ｂ）車上には、前記地上無線通信機との間の無線通信により当該列車から前方信号機の地上無線通信機までの距離を測定するとともに、その測定した距離及び前記地上無線通信機から受信する前記信号現示情報を基に速度照査パターンを作成し、その作成された速度照査パターンと自列車の走行速度とを比較して、減速又は停止などの制御を行うための信号を出力するＡＴＳ車上装置を設けたことを特徴としている（請求項１）。

本発明の好ましい例は、上記ＡＴＳ装置において、（ｃ）各地上無線通信機は、送信情報に次の信号機までの距離情報を付加し、（ｄ）ＡＴＳ車上装置は、一つの信号機を通過した直後に、その信号機の地上無線通信機から受信した次の信号機までの距離情報から得た距離から自列車の走行速度を測定する速度発電機が出力するパルスを用いて計算した走行距離を減算して、自列車の現在地点から次の信号機までの距離を算出し、その算出した距離情報を、当該列車が次の信号機の地上無線通信機の無線通信エリアに進入して前記次の信号機の地上無線通信機と車上無線通信機を用いる無線距離測定により距離が得られるまでの間、速度照査パターンの作成に用いることを特徴としている（請求項２）。

本発明のさらに好ましい例では、各地上無線通信機は、送信情報に次の無線通信エリアにおける無線信号到達距離情報及び無線チャンネルを指定する情報を付加し、車上無線通信機は一つの信号機を通過した後は、前記送信された情報に基づいて指定された無線チャンネルを用いて地上無線通信機との間の無線通信を行うことを特徴としている（請求項３）。

請求項１の発明によれば、第１に、各信号機に対して地上無線通信機を設置し、各列車の先頭に車上無線通信機を設置して、地上無線通信機から車上に対して無線通信により速度照査パターンの作成に必要な情報を送信するので、線路上に地上子やトランスポンダを設置する必要がないため、これらの設備コスト及びケーブル敷設コストなどを削減することができる。第２に、地上無線通信機は、軌道外に設置することができるので、メンテナンス作業に危険を伴わないから、時間的制約を受けない。第３に、信号機の現示アップは直ちに地上無線通信機から車上に送信されるので、信号機の現示アップと速度照査パターンの更新時期にタイムラグが生じないため、効率的な列車制御を行うことができる。

請求項２の発明によれば、信号機間の距離が地上無線通信機の無線通信が可能なエリアよりも長い場合にも、列車の次の信号機までの現実の距離が測定され、確実な列車制御が行われる。

請求項３の発明によれば、信号機間の距離が短いなどにより、隣接する信号機の地上無線機の無線通信エリアがオーバーラップする場合にも、混信せずに無線測距及び列車制御を行うことができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を用いながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るＡＴＳ装置の概略構成図、図２は無線機の配置例を示す概念図、図３はＡＴＳ車上装置の構成を示すブロック図、図４は速度照査パターン作成例を示す説明図、図５は無線通信エリアがオーバーラップする場合の一例と、無線通信のチャンネル割り当てを説明する図である。

本発明に係るＡＴＳ装置は、地上設備と車上設備とからなる。地上設備には、図１に示すように、既知の信号機Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…（特定の信号機を指さない場合は符号Ｓを用いる。）が含まれる。信号機には、閉塞信号機、場内信号機、出発信号機、その他、誘導信号機、入換信号機等がある。そして、各信号機には、本発明に従い、地上無線通信機（以下、地上無線機という。）ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３，…（特定の信号機を指さない場合は符号ＧＴを用いる。）が設置されている。地上設備には、また、信号機制御用の軌道回路と、列車在線位置に応じて軌道回路の作用により稼働して関連する信号機の信号現示をＲ現示、Ｙ現示又はＧ現示に切り換える連動装置等とが含まれるが、これらは周知であり、本発明の要部に直接関わらないので、ここでは、詳細な説明を省略する。

駅中間に複数の閉塞が存在する場合は、図２（ａ）に例示するように、各閉塞に対応して閉塞信号機ＢＳ１，ＢＳ２，…（特定の信号機を指さない場合は符号ＢＳを用いる。）が設置され、駅部においては、図２（ｂ）に例示するように、駅ホームの進入側に場内信号機ＨＳが、駅ホームの進出側に出発信号機ＳＳが設置される。

各信号機に設置された地上無線機ＧＴは、当該信号機の外方に設定された無線通信エリアに向けて当該信号機の信号現示情報を所定周波数の電波により送出するように取り付けられている。

一方、車上設備は、列車に設けられたＡＴＳ車上装置１０であり、前方信号機の地上無線機ＧＴとの間での既知の無線距離測定（無線測距）技術により列車からその地上無線機までの距離を測定するとともに、その測定した距離及び地上無線機から受信する現示情報に基づいて速度照査パターンを作成し、その作成された速度照査パターンと自列車の走行速度とを比較して、列車速度が速度照査パターンを超えないように減速又は停止の制御を行うための信号を出力するものである。ＡＴＳ車上装置１０は、図３に示すように、前方信号機の地上無線機との間の無線交信により、その地上無線機から送信される情報の受信及び当該列車からその地上無線機までの無線測距をする車上無線通信機（以下、車上無線機という。）１１と、その測定した距離及び前記地上無線機ＧＴから受信する信号現示情報を基に速度照査パターンを作成する演算部１２と、その作成された速度照査パターンを格納する記憶部１３と、自列車の速度情報を出力する既知の速度発電機１４と、演算部１２による自列車の走行速度と作成された速度照査パターンとの比較結果に基づき、自列車の減速又は停止の制御を行う制御部１５とを有する。

続いて、上記構成による作用を説明する。図１に示すように、各信号機ＢＳの地上無線機ＧＴは、一定周波数の電波ｗを信号機の外方に送信し、その電波に当該信号機の信号現示情報ｉを一定周期で重畳して送信する。
列車ＴＲが最も近い前方信号機Ｓ１の地上無線機ＧＴ１の無線通信エリアＺ１に進入すると、（ａ）ＡＴＳ車上装置１０の車上無線機１１は、その地上無線機ＧＴ１からの電波ｗを受信したことに基づき、既知の無線距離測定（無線測距）技術により、車上無線機１１から測距用電波を送信し、列車からその地上無線機ＧＴ１までの距離を測定する。この無線測距は、例えば１秒間隔でサイクリックに行われる。また、車上無線機１１は、（ｂ）その地上無線機ＧＴ１から受信した信号現示情報を演算部１２に与える。（ｃ）演算部１２は、受信した信号現示情報ｉがＲ現示である場合は、前記無線測距により得る自列車から地上無線機ＧＴ１までの距離情報と速度発電機１４から入力する速度情報とに基づいて、速度照査パターンＰ１を作成し、これを記憶部１３に格納する。（ｄ）演算部１２は、引き続き、速度発電機１４から得られる速度をその格納した速度照査パターンＰ１と比較し、その偏差値を制御部１５に与える。（ｄ）制御部１５は、演算部１２から与えられる偏差値に応じて、列車速度が速度照査パターンと合致するように制動し、減速又は停止などの列車運転制御を行う。

前方信号機Ｓ１の現示信号がＲ現示からＹ現示又はＧ現示に切り替わらない間は、車上無線機ＧＴ１は、一定周期で当該列車から前方信号機Ｓ１までの距離を測定し、その時々の距離と列車速度とＲ現示に基づき、駅中間においては、図４（ａ）に示すように、速度照査パターンＰ１を逐次更新し、その更新された速度照査パターンＰ１を基に列車運転制御を行う。また、駅においては、図４（ｂ）に示すように、速度照査パターンＰ２を逐次更新し、その更新された速度照査パターンＰ２を基に列車運転制御を行う。従って、その列車運転制御は、無線測距による精密な距離測定値とリアルタイムで計測される列車速度に基づいて行われるので、従来のＡＴＳ−Ｐシステムによる場合よりも一層正確に、きめ細かく行われる。

前方信号機Ｓ１の現示信号がＲ現示からＹ現示又はＧ現示に切り替わった場合は、その前方信号機Ｓ１の地上無線機ＧＴ１が送信した現示情報を車上無線機１１が受信したことに基づき、演算部１２は、その時まで記憶部に保持されていた速度照査パターンを消去するため、制御部１４は、現示変更からタイムラグ無しに、効率的な運転制御を行うことができる。

上記の実施の形態は、一つの信号機を通過した列車が次の信号機の地上無線機の無線通信エリアに直ちに進入することができる場合、すなわち、信号機間距離が短い場合を想定している。しかし、駅中間などで、信号機の間隔が長く、無線不感地帯がある場合、すなわち、一つの信号機を通過した列車が次の信号機の地上無線機の無線通信エリアに進入できない場合があり得る。この場合は、その列車から次の信号機までの距離が不明となり、列車制御に支障が生じる虞がある。

これを防止するため、本発明の好ましい例では、各信号機Ｓに設置された地上無線機ＧＴは、図示されていない記憶部及び制御部を含み、図５に示すように、当該信号機の信号現示情報のほか、次信号機までの距離情報、次の無線通信エリアにおける無線信号到達距離情報及び無線チャンネルを指定する情報を、当該信号機の外方を当該信号機方向に走行する列車に向けて送出するように取り付けられる。次信号機までの距離情報、次無線通信エリアにおける無線信号到達距離情報及び無線チャンネル指定情報は、予め前記記憶部に記憶されている。次無線通信エリアにおける無線信号到達距離情報とは、当該信号機に隣接する内方（次）の信号機に取り付けられている地上無線機の無線通信エリアにおける無線信号が到達可能な距離を表わす情報であり、無線チャンネル指定情報とは、当該信号機に隣接する内方（次）の信号機に取り付けられている地上無線機が他の無線機との混信防止のために指定される特定の周波数のチャンネルを意味する。

このように、前方信号機の信号現示情報のほかに、次信号機までの距離情報、次無線通信エリアにおける無線信号到達距離情報及び無線チャンネル指定情報を当該信号機の外方に向けて送出する場合は、図５（ａ）に示すように、ＡＴＳ車上装置は、列車ＴＲが一つの信号機ＢＳ１を通過した直後にその信号機ＢＳ１の地上無線通信機から受信した次の信号機ＢＳ２までの距離情報から得た距離から、自列車ＴＲの走行速度を測定する速度発電機１４が出力するパルスを用いて計算した走行距離を減算して、自列車の現在地点から次の信号機ＢＳ２までの距離を算出し、その算出した距離情報を用いて、当該列車ＴＲが次の信号機ＢＳ２の地上無線機の無線通信エリアＺ２に進入して前記次の信号機ＢＳ２の地上無線機と車上無線機１１を用いる無線測距により距離が得られるまでの間、次の信号機ＢＳ２がＲ現示であると仮定して、速度照査パターンを作成する。

各信号機Ｓに設置された地上無線機ＧＴが次の信号機ＢＳ２までの距離情報及び次無線機エリアにおける無線信号到達距離情報を送信する場合は、ある信号機を通過した後、速度発電機により得られる走行距離が所定距離に達してもなお無線信号を受信しないときは、地上無線機ＧＴ又は車上無線機のいずれかが故障したことを予め知ることができる。
なお、ＡＴＳ車上装置１０は、無線機の故障などで地上と車上が無線通信ができない場合は、制御部１５により車上にて警報を発し、信号機の手前で停止させるように構成されている。また、無線通信エリア内で無線通信が途絶えた場合も、制御部１５により列車を停止させることで、安全を確保することが出来る。

信号帰還距離が短く、複数の地上無線機の無線通信エリアが重なり合う場合は、混信防止のため、各地上無線機に異なるチャンネルを割り当てる。各地上無線機からその外方の閉そく区間を走行する列車に対して送信する次無線通信エリアにおける無線信号到達距離情報及び無線チャンネル指定情報は、このような混信防止の目的で、次の閉そく区間における無線通信に使用する特定の無線通信エリア及び無線チャンネルを指定するために用いられる。

また、駅構内の規模によって異なるが、駅構内などで、各地上無線機の複数の無線通信エリアが重なり合う場合は、混信防止のため、各地上無線機に異なるチャンネルを割り当てる。

通常は、地上無線機が車上無線機に対して次に使用するチャンネルを送信するため、車上無線機が使用するチャンネルが分からなくなることは無い。しかし、電源立上げ時などで使用する無線チャンネルが不明な場合で、かつ駅構内などのように複数の無線チャンネルが使用されている状況下においては、乗務員により使用する無線チャンネルを設定する必要がある。

なお、無線測距を行う場合、線路の曲線部では、地上無線機から列車までの線路上の距離と直線距離が異なるため、補正をすることが必要である。また、地上側アンテナと車上側アンテナの取付高さが異なる場合も、誤差が発生するので、補正が必要である。さらに、上り列車と下り列車がすれ違う時には、相手列車からの受信電波が強くなるので、地上側アンテナと列車の位置関係によっては、測距した距離値に遠近誤差が発生する虞がある。しかし、上り列車と下り列車のすれ違いにより電波の強さが影響を受ける時間は、一般的には僅少であり、直後の無線通信サイクルにおける測距において距離値が正常値に回復することが期待される。

本発明の一実施の形態に係るＡＴＳ装置の概略構成図。無線機の配置例を示す概念図。ＡＴＳ車上装置の構成を示すブロック図。速度照査パターン作成例を示す説明図。信号機間距離が長い場合の好ましい実施の形態の説明図。車上局で位置検知を開始する場合の手順を説明する概念図。

符号の説明

Ｒ軌道
ＴＲ列車
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３信号機
ＢＳ１，ＢＳ２閉そく信号機
ＨＳ場内信号機
ＳＳ出発信号機
ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＴ３地上無線機
１０ＡＴＳ車上装置
１１車上無線機
１２演算部
１３記憶部
１４速度発電機
１５制御部

Claims

前方信号機が停止信号を現示しているときの信号を受信したとき、車上において所定の位置を停止点とする速度照査パターンを作成し、その作成された速度照査パターンに基づいてその列車の運転を制御する自動列車停止装置において、
（ａ）地上には、閉塞信号機、場内信号機、出発信号機等の信号機のそれぞれに、その信号機に向かって走行する列車に向けて信号現示情報を送信する地上無線通信機を設置し、（ｂ）車上には、前記地上無線通信機との間の無線通信により当該列車から前方信号機の地上無線通信機までの距離を測定するとともに、その測定した距離及び前記地上無線通信機から受信する前記信号現示情報を基に速度照査パターンを作成し、その作成された速度照査パターンと自列車の走行速度とを比較して、減速又は停止などの制御を行うための信号を出力するＡＴＳ車上装置を設けたこと、
を特徴とする自動列車停止装置。
各地上無線通信機は、送信情報に次の信号機までの距離情報を付加し、
ＡＴＳ車上装置は、一つの信号機を通過した直後に、その信号機の地上無線通信機から受信した次の信号機までの距離情報から得た距離から自列車の走行速度を測定する速度発電機が出力するパルスを用いて計算した走行距離を減算して、自列車の現在地点から次の信号機までの距離を算出し、その算出した距離情報を、当該列車が次の信号機の地上無線通信機の無線通信エリアに進入して前記次の信号機の地上無線通信機と車上無線通信機を用いる無線距離測定により距離が得られるまでの間、速度照査パターンの作成に用いること、
を特徴とする請求項１に記載の自動列車停止装置。
各地上無線通信機は、送信情報に次の無線通信エリアにおける無線信号到達距離情報及び無線チャンネルを指定する情報を付加し、車上無線通信機は一つの信号機を通過した後は、受信した前記送信情報により指定された無線チャンネルを用いて地上無線通信機との間の無線通信を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動列車停止装置。