JP2009132244A - 列車接近検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接近する列車を能動的に発せられた音の反射を利用して誤判定無く正確に判定可能とする列車接近検知装置を提供する。
【解決手段】線路の枕木上等の線路内に設置された列車接近検知装置１に備わる第１のマイクロホン２は列車の走行音を集音する。また、列車接近検知装置１に備わるスピーカ５から発せられた一定の音響は、通過する列車の底部５に反射して、その反射音を第２のマイクロホン３が集音する。加速度センサ４は接近する列車の走行振動を検知する。この列車接近検知装置１によれば、大掛かりな設置工事をすることなく、また車両側に特殊なセンサや装置を取り付けなくても、接近する列車を誤判定無く認識する。警報機のような報知手段と無線で接続することで、工事作業者や監視員に対して、列車接近の情報を知らせることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、鉄道線路において保線作業を実施する場合などに用いられる列車接近検知装置に関する。

鉄道線路において保線作業を実施する場合、工事区間への列車、即ち、電車や、機関車に牽引される貨物列車や客車等の鉄道車両の接近を工事現場の監視員に通報し、保線作業員を退避させることにより、保線作業員が安全に保線作業を実施できるようにする必要がある。そのため、従来は、監視作業に要する人員の削減や安全性の確保を目的として、鉄道線路における工事区間で保線作業を実施している保線作業員に、列車の接近を自動的に検知して報知する列車接近警報システムが導入されている。

列車の接近を検知するシステムとしては、振動センサや赤外線センサのようなセンサを伴うシステム、或いはＣＣＤカメラによる画像処理を伴うシステム等がある。

これらの列車接近検知システムには、共通の問題として、誤作動や検出ノイズの問題がある。誤作動は、センサ等の機器の故障か否かの問題である。しかしながら、検出ノイズについては、センサ等の機器についての故障ではないが、例えば、振動センサの場合には、人や動物、又は自動車やトラックのような道路車両の接近による振動、或いは複線区間では反対斜線を通過する列車の通過による振動によって、本来検知したい接近する列車の振動以外の振動を検知してしまう問題がある。赤外線センサの場合には、熱発生源としての人や動物の接近によって、本来検知したい列車から発せられる赤外線以外の赤外線を検知してしまう問題がある。また、ＣＣＤカメラの場合には、雨や雪を接近車両であると誤判断してしまう問題がある。

このような誤認識を防止するためには、これらのセンサを複数使用して、そのセンサ出力にＡＮＤ理論を適用（ＡＮＤ判定を繰り返す）することが考えられる。しかしながら、こうした対策は、システムの構築及び稼働コストが高くなる、システムを構成する装置が大きくなる、或いは設置・取付け工事が大掛かりになるという問題を伴う。

線路工事区間への列車の接近を警報する列車接近警報システムの一例として、列車の通過を検知してその検知信号を発信する通報機を工事区間から所定距離だけ離間した地点に設置し、工事区間内には通報機からパケット通信方式によるデータ通信ネットワーク網を介して発信された検知信号を受信し、その受信信号に基づいて列車の接近を報知する警報機を設置することで、安全性を十分に確保し、簡単な設備で可搬性を有する簡易な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）。

また、列車走行によってレール上を伝搬する振動を作業区間の両端に置いた第１及び第２の加速度センサで検知してその相互相関値を算出し、判定回路にて相関係数のピーク値を閾値と比較し、更に、第１、第２加速度検出信号間の時間差とそれらの設置個所間の伝達時間とを比較することで、検出された振動が作業区間の外側からから伝達された列車振動によるものと判断することにより、列車の接近の有無を正確に判定し、その判定結果に応じて列車接近の警報を行うことができる列車接近の警報方法及び装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００６−１８８１５１号公報 特開２００２−１０４１９３号公報

そこで、線路保守のための工事区間等、接近する列車を知る必要がある状況において、接近する列車を能動的に発せられた音の反射を利用して誤判定無く正確に判定可能とする点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、簡素で安価な構造によってシステムを構成することができ、設置・取付け工事が簡単に行うことができる列車接近検知装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による列車接近検知装置は、一定の音響を出力する音源、当該音源から出力された前記音響の列車からの反射音を感知するマイクロホン、前記マイクロホンの出力信号に基づいて前記列車の接近の有無を判定する判定手段を備えることから成っている。

また、この発明による列車接近検知装置は、列車の走行音を感知する第１のマイクロホン、一定の音響を出力する音源、当該音源から出力された前記音響の前記列車からの反射音を感知する第２のマイクロホン、前記列車による走行振動を感知する加速度センサ、並びに前記第１及び第２のマイクロホン及び前記加速度センサからの出力信号に基づいて前記列車の接近の有無を判定する判定手段を備えることから成っている。

この列車接近検知装置によれば、列車が走行するときの走行音を拾うことに依存するのではなく、音源からの能動的な一定の音響が列車に反射するときの反射音を利用しているので、接近する列車が有れば、反射音を感知するマイクロホンの出力信号に含まれる音圧上昇は確実に生じる。逆に、複線の反対斜線を通過する他の列車の走行音を拾うことによる列車接近有りの誤判定や、車両の走行速度が遅くなって走行音が小さくなる場合の列車接近無しの誤判定を生じることがない。これにより、接近する列車を確実に検知することができる。一定の音響は、一定の周波数を持つ音とし、集音する側でその周波数をフィルタリングすることで、ノイズの影響を抑制することが好ましい。

この列車接近検知装置において、前記判定手段は、前記列車からの前記反射音を感知することによる前記マイクロホンの出力信号に含まれる音圧上昇が一定の閾値を超えることに応答して、前記列車の接近有りと判定することができる。音圧上昇は、電気信号の処理として確実に判定できるので、装置としての構成を簡単に且つ安価にすることができる。

列車接近検知装置が第１及び第２のマイクロホンと加速度センサとを用いる場合、判定手段は、第１のマイクロホンの出力信号と加速度センサの出力信号とのＡＮＤ判定、及び当該ＡＮＤ判定の判定結果と第２のマイクロホンの出力信号との更なるＡＮＤ判定によって、列車の接近の有無を判定することができる。この場合、列車の走行音と反射音、更には列車の走行時における走行振動をすべてクリアするときに、接近している列車が存在することを判定することができる。

また、列車接近検知装置が枕木上などの線路内の設置位置に設け、線路を走行する列車の接近の有無を判定することができる。列車接近検知装置の設置位置としては、枕木上が適当である。列車からの反射音を利用するには、線路の中間、即ち、枕木の中央に設置するのが好ましい。

また、列車接近検知装置の設置位置から離れた位置に位置固定又は作業員や監視員が携帯可能であって列車の接近を報知する報知手段を設け、報知手段は、判定手段が列車の接近有りとの判定結果に基づく送信信号を無線或いは有線を介して受信することに応じて、その旨を報知することが好ましい。作業員や監視員が居る作業現場から離れた位置に列車接近検知装置を設置し、そこから列車が接近していることを無線又は有線で報知手段によって知らせることで、作業員や監視員は接近する列車を充分離れた位置で予め知ることができる。

この発明は、上記のように構成されているので、短時間の線路保線等の工事であっても、列車接近検知装置を線路の枕木上等の線路内に設置するだけで、大掛かりな設置工事をすることなく、また車両側に特殊なセンサや装置を取り付けなくても、接近してくる列車を誤判定すること無く確認することができる。特に、線路内に設置された検知装置と警報機のような報知手段とを無線で接続する場合には、簡素な構成で、工事作業者や監視員に対して、列車接近の情報を確実に知らせることができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による列車接近検知装置の実施例を説明する。この発明による列車接近検知装置の一実施例が、図１であるブロック図において、その概略として示されている。列車接近検知装置（以下、単に「検知装置」と略す）１は、第１マイクロホン２、第２マイクロホン３、加速度センサ４、スピーカ５、発振回路６、受信回路７、ＭＰＵ８、送信回路９を備えている。検知装置１は、線路の枕木上に載置される形態の構造で製作されている。

第１マイクロホン２は、列車の走行音を検知するためのものであり、検知装置１のケース１０の上壁１１において集音方向を上向き等に設置されている。具体的なマイクロホンの種類としては、小型で安価なコンデンサマイクロホンを使用するのが好ましいが、圧電型やムービングコイル型のマイクロホンを使用してもよい。

第２マイクロホン３は、スピーカ５からの発信音を検知するためのものである。具体的なマイクロホンの種類としては、第１マイクロホン２と同等のものでよいが、高周波を検知しやすいものがよい。第２マイクロホン３も、検知装置１のケース１０の上壁１１において、列車からの反射音を集音するため、集音方向を上向きに設置されている。

加速度センサ４は、列車の走行振動を検出するセンサである。列車の走行振動は、線路から枕木を介して検知装置１に伝達されるので、加速度センサ４は、ケース１０の底壁１２上に載置されている。具体的な加速度センサの種類としては、小型で高性能な静電容量型の加速度センサを使用するものがよいが、圧電型やストレイン型を使用してもよい。

スピーカ５は、一定音圧、一定周波数の音響を発信する能動的な音源である。スピーカ５が発した音は、列車がスピーカ５上を通過した際に、車両の床底面のような底部で反射することにより、第２マイクロホン３で検知される。第２マイクロホン３の出力信号である音圧は反射音を感知したときに上昇する。この音圧上昇を検知することで、列車の存在（通過）を検知することができる。

発信回路６は、スピーカ５を作動させる回路で、一定音圧、一定周波数の音響信号を発生させ、増幅し、スピーカ５から音響を発生させる。

受信回路７は、第１マイクロホン２及び第２マイクロホン３からの音響を電気信号に変換するとともに、加速度センサ４の信号を電気信号に変換する回路である。

ＭＰＵ８は、第１マイクロホン２、第２マイクロホン３及び加速度センサ４からの信号を演算処理し、ある条件を満たすことになったことに応答して、列車の有無を判定し、送信回路９に送信の指令を出す。

送信回路９は、ＭＰＵ８からの指令によって警報を発生する。警報は、検知装置１の本体自身でブザーやサイレン等で発報してもよい。また、無線信号又は有線信号にて遠隔場所の報知手段を作動させて、警報を発報してもよい。

図２は、検知装置１のブロック図である。加速度センサ４は列車の走行振動を感知して増幅アンプ１４にて電気信号に変換し、変換された電気信号はＡ／Ｄ変換器を介してＭＰＵ８（ＥＣＵ）に入力される。

第１マイクロホン２は、列車の走行音を感知して、増幅アンプ１５によって電気信号に変換し、変換された電気信号はＡ／Ｄ変換器を介してＭＰＵ８（ＥＣＵ）に入力される。

第２マイクロホン３は、スピーカ５から発生された音響を感知して増幅アンプ１６によって電気信号に変換し、特定周波数のみを通すＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１８を通し、特定周波数のみの電気信号はＡ／Ｄ変換器を介してＭＰＵ８（ＥＣＵ）に入力される。ここで、ＢＰＦ１８の設定は、検知装置１の発生する音響信号の周波数のみを通すように設定することで、それ以外の周波数のノイズとなる音が影響するのを防止するのが望ましい。スピーカ５は発振回路６からの信号を増幅して音響に変換する。

次に、接近する列車の判定方法について説明する。
検知装置１は、図４に示すように、列車２０が検知装置１の真上を通過するように、線路２１の枕木２２の中央に設置する。列車２０が検知装置１の上を通過すると、発生している走行振動が加速度センサ４で検知される（図 １、図２参照）。また、その時に、列車の走行騒音も発生する。この走行振動とこの走行騒音とをそれぞれ加速度センサ４と第１のマイクロホン２とが感知した場合、列車の存在を検知することができる。

しかしながら、この情報だけであると、列車の種類や速度、或いは反対側線路を列車が通過した際でも走行振動や走行騒音が発生するので、振動レベルや騒音レベルの判定閾値を調整しても誤判定となる可能性が高い。そこで、図５に示すように、検知装置１のスピーカ５から一定周波数、音圧の音響２４を発生させる。図５（ａ）は列車が検知装置を通過する時の様子を示す説明図、図５（ｂ）は列車が通過しない通常時の様子を示す説明図である。列車２０が通過した際には、スピーカ５から発せられた音響２４は列車２０の台枠下面のような底部２３で反射する。第２マイクロホン３はこの反射音２５を含めて集音するので、第２マイクロホン３が集音した音の音圧レベルは、通常時よりも反射音の影響により上昇する。この音圧上昇を検知することにより列車２０の接近（存在）を判定することができる。

図３は、本検知装置１の判定手段における列車の走行振動と走行音と列車の反射音の３つの要素のＡＮＤ判定の一態様を示すブロック図である。まず列車の走行振動と走行音のＡＮＤ判定を行い、走行振動と走行音とが共に検知される場合において、更に反射音の音圧レベルの上昇があるときに限って、列車接近があるとの判定がなされ、検知装置１は報知手段を作動させるための警報送出を行う。これにより、列車の接近について誤判定が無く、正しく検定することができる。図６は、列車の底部で音が反射して音圧が上昇した様子を示すイメージ図である。図６は音圧スペクトルを示しており、スピーカから発せられた音響の列車底部からの反射音を集音することによって、一定周波数で一定音圧のスペクトルのピークが高くなり、当該周波数を持つ音の音圧が上昇したことを示している。音圧の閾値ＰＳｓが定められており、検知した音圧がこの閾値ＰＳｓを超えていれば、検知装置１の上を列車が通過中であると判定する有力な根拠となり、図３に示す判定ロジックに従って列車の接近が判定される。

図７は、この検知装置を使用して警報システムを構成したときのシステム全体の概略図である。列車接近検知装置１は工事領域（個所）から数百メートル離れた線路２１の枕木２２上に設置し、工事現場の監視員の居る個所にブザーやサイレン等の警報装置からなる報知手段２６を取り付ける。列車接近検知装置１から報知手段２６までの信号は有線２７或いは無線２８で接続する。無線の場合には、作業員一人一人にバイブレータや警報音で知らせるハンディ警報装置２９でもよい。

この発明による列車接近検知装置の概略を示すブロック図である。 この発明による列車接近検知装置における信号の流れを示す説明図である。 この発明による列車接近検知装置の判定手段における３つの要素のＡＮＤ判定の一態様を示すブロック図である。 この発明による列車接近検知装置の線路への設置例を示す説明図である。 この発明による列車接近検知装置の上を列車が通過する時と通過しない通常時との音の様子を示す説明図である。 この発明による列車接近検知装置において、列車の底部で音が反射して音圧が上昇した様子を示すイメージ図である。 この発明による列車接近検知装置を使用した警報システム全体を示す概略図である。

符号の説明

１ 列車接近検知装置 ２ 第１のマイクロホン
３ 第２マイクロホン ４ 加速度センサ
５ スピーカ ６ 発振回路
７ 受信回路 ８ ＭＰＵ
９ 送信回路 １０ ケース
１１ 上壁 １２ 底壁
１４〜１７ 増幅アンプ １８ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
２０ 列車 ２１ 線路
２２ 枕木 ２３ 底部
２４ 音響 ２５ 反射音
２６ 報知手段 ２７ 有線
２８ 無線 ＰＳｓ 音圧の閾値

Claims (7)

1. 一定の音響を出力する音源、当該音源から出力された前記音響の列車からの反射音を感知するマイクロホン、前記マイクロホンの出力信号に基づいて前記列車の接近の有無を判定する判定手段を備えることから成る列車接近検知装置。
2. 前記判定手段は、前記列車からの前記反射音を感知することによる前記マイクロホンの出力信号に含まれる音圧上昇が一定の閾値を超えることに応答して、前記列車の接近有りと判定することから成る請求項１に記載の列車接近検知装置。
3. 列車の走行音を感知する第１のマイクロホン、一定の音響を出力する音源、当該音源から出力された前記音響の前記列車からの反射音を感知する第２のマイクロホン、前記列車による走行振動を感知する加速度センサ、並びに前記第１及び第２のマイクロホン及び前記加速度センサからの出力信号に基づいて前記列車の接近の有無を判定する判定手段を備えることから成る列車接近検知装置。
4. 前記判定手段は、前記列車からの前記反射音を感知することによる前記マイクロホンの出力信号に含まれる音圧上昇が一定の閾値を超えることに応答して、前記列車の接近有りと判定することから成る請求項３に記載の列車接近検知装置。
5. 前記判定手段は、前記第１のマイクロホンの出力信号と前記加速度センサの出力信号とのＡＮＤ判定、及び当該ＡＮＤ判定の判定結果と前記第２のマイクロホンの出力信号との更なるＡＮＤ判定によって、前記列車の接近の有無を判定することから成る請求項３又は４に記載の列車接近検知装置。
6. 枕木上などの線路内の設置位置に設けられており、前記線路を走行する前記列車の接近の有無を判定することから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の列車接近検知装置。
7. 前記設置位置から離れた位置に位置固定又は作業員や監視員が携帯可能であって前記列車の接近を報知する報知手段が設けられており、
   前記報知手段は、前記判定手段が前記列車の接近有りとの判定結果に基づく送信信号を無線或いは有線を介して受信することに応じて、その旨を報知することから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載の列車接近検知装置。

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