JP2009280126A - 測位装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地上子を増設することなく、任意の場所でキロ程の補正を可能とする。
【解決手段】列車３に搭載された測位装置５は、計算機６とＧＰＳ受信機７を備える。ＧＰＳ受信機７はＧＰＳアンテナ４から入力されるＧＰＳ信号を用いて、ＧＰＳアンテナ４の位置座標（緯度・経度）を算出し、計算機６へ出力する。計算機６は複数の仮想地上子２００、２０１、２０２のデータを格納しており、ＧＰＳ受信機７から出力されるデータを受信できる機能を有する。計算機６が格納する仮想地上子２００、２０１、２０２のデータは、各仮想地上子の位置座標（緯度・経度）情報と、各仮想地上子の位置でのキロ程情報から構成される。計算機６はＧＰＳ受信機７から列車３の現在の位置座標情報を入力するとともに、入力した列車３の現在位置に近似する位置の仮想地上子のキロ程情報に基づいてキロ程の真値を導出して、キロ程の補正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、測位装置に関し、特に、鉄道におけるキロ程（積算距離）管理における、キロ程誤差の補正を行う測位装置に関する。

鉄道におけるキロ程（積算距離）管理において、線路内に設置された地上子を列車が通過した際に、地上子の位置でキロ程の補正を行うことが多い。

キロ程の精度を向上させるためには、補正の頻度を上げる必要がある。補正の頻度を上げるためには、新たに地上子を増設する必要がある。

特許文献１では、列車が軌道回路に進入した時にＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号の送信を一時停止することで、列車が軌道回路の境界を通過したことを認識し、その境界にてキロ程を補正する装置が開示されている。
特開２００３−２２６２４０号公報

鉄道におけるキロ程（積算距離）管理は、線路内に設置された地上子を列車が通過した際に、地上子の位置でキロ程の補正を行っている。
補正の頻度が上がるほど、キロ程の精度は向上するが、その為には地上子を新たに増設する必要があり、増設分の地上子の機器費用、設置費用および保守費用が発生し、コストがかかるという課題がある。

地上子を増設せずにキロ程を補正する装置として、列車が軌道回路に進入した時にＡＴＣ信号の送信を一時停止することで、列車が軌道回路の境界を通過したことを認識し、その境界にてキロ程を補正する装置があるが、キロ程を補正する場所は軌道回路の境界に限られ、任意の場所でキロ程を補正することはできないという課題がある。

本発明はこのような課題を解決することを主な目的の一つとしており、地上子を増設することなく、任意の場所でキロ程の補正を可能にすることを主な目的とする。

本発明に係る測位装置は、
既定の走行軌道を走行する移動体に搭載される測位装置であって、
各々が前記走行軌道上で離間している複数地点の各地点を対象とし、対象としている対象地点の位置と対象地点の前記走行軌道の始点からの前記走行軌道上の距離とを示す複数の対象地点情報を記憶する対象地点情報記憶部と、
前記移動体の現在位置を測位する測位部と、
前記測位部により測位された前記移動体の現在位置と、前記複数の対象地点情報の各々に示されている対象地点の位置とに基づき、前記複数の対象地点情報の中から特定の対象地点情報を選択し、選択した対象地点情報に示されている距離を前記移動体の前記走行軌道の始点からの走行距離とする走行距離導出部とを有することを特徴とする。

このように、本発明によれば、地上子を増設することなく、移動体の走行距離を補正する頻度を高くすることができ、これにより、走行距離の計測における誤差を小さく保つことができる。

実施の形態１．
本実施の形態では、鉄道におけるキロ程（積算距離）管理における、キロ程誤差の補正手段を地上子だけに依存せず、仮想的な地上子データとＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ ＰｏｓＩｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）測位結果を組合せることで得る測位装置について説明する。

図１は、実施の形態１に係る測位装置５を含むシステム構成例を示す。
図１において、測位装置５は、移動体たる列車３に搭載されており、測位装置５は計算機装置６（以下、単に計算機とも表記する）とＧＰＳ受信機７を備える。
計算機６は複数の仮想地上子２００、２０１、２０２のデータを格納しており、ＧＰＳ受信機７から出力されるデータを受信できる機能を有する。
ＧＰＳ受信機７はＧＰＳアンテナ４から入力されるＧＰＳ信号を用いて、ＧＰＳアンテナ４の位置座標（緯度・経度）を算出し、計算機６へ出力する。

複数の仮想地上子２００、２０１、２０２は列車３の走行軌道上で相互に離間している複数の地点に対応する。各仮想地上子は、キロ程の補正を行うための地点に対応する仮想的な地上子であり、物理的な地上子１０１、１０２とは異なる。また、各仮想地上子が対象としている地点は対象地点ともいう。
複数の仮想地上子２００、２０１、２０２のデータは、各仮想地上子の位置座標（緯度・経度）情報と、各仮想地上子の位置でのキロ程情報から構成される。これらの情報は、計算機６に記憶されている。

図３は、本実施の形態に係る測位装置５の構成例を示す。
前述したように、測位装置５は、計算機６とＧＰＳ受信機７で構成される。
また、測位装置５は、ＧＰＳアンテナ４とキロ程計測装置２０（走行距離計測装置）に接続されている。
キロ程計測装置２０は、列車３の走行軌道の始点からのキロ程（走行距離）を計測する。
キロ程計測装置２０は、車速パルスのパルス数のカウント等のＧＰＳ測位とは別の方法によりキロ程を計測する。
キロ程計測装置２０がＧＰＳ測位とは異なる方法によりキロ程を計測することにより、例えば、ＧＰＳ電波が受信できないような環境においても、キロ程を把握することが可能である。

計算機６において、仮想地上子データ記憶部８は、仮想地上子が対象とする対象地点の位置座標（緯度・経度）情報と対象地点の走行軌道の始点からの走行軌道上の距離を示すキロ程情報とが含まれる仮想地上子データ（対象地点情報）を記憶する。
仮想地上子データ記憶部８は、対象地点情報記憶部の例である。

ＧＰＳ受信機７は、ＧＰＳアンテナ４から入力されるＧＰＳ信号を用いて、列車３の現在位置を測位し、測位結果を計算機６に出力する。より厳密には、ＧＰＳ受信機７は、ＧＰＳアンテナ４の位置座標（緯度・経度）を算出し、計算機６へ出力する。
ＧＰＳ受信機７は、測位部の例である。

位置座標間距離計算部９は、ＧＰＳ受信機７により測位された列車３の現在位置と、仮想地上子データの各々に示されている対象地点の位置（位置座標情報）とに基づき、複数の仮想地上子データの中から特定の仮想地上子の仮想地上子データを選択し、選択した仮想地上子データに示されている距離（キロ程情報）を列車３の走行軌道の始点からの走行距離とし、当該走行距離を列車３の走行距離の真値としてキロ程計測装置２０に対して通知する。
これにより、キロ程計測装置２０は、位置座標間距離計算部９により通知される走行距離の真値によりキロ程を補正することができる。
なお、位置座標間距離計算部９は、走行距離導出部の例である。

次に、本実施の形態に係る測位装置５を用いて、キロ程を補正する方法について説明する。

列車３は、始点である駅Ａ１を出発し、キロ程計測装置２０が、始点１００を基準にキロ程の算出（積算）を開始する。
ＧＰＳ受信機７は、ＧＰＳアンテナ４の信号を用いて列車３の位置座標（緯度・経度）を随時算出し、計算機６へ入力する。
計算機６は、ＧＰＳ受信機７から入力された位置座標と各仮想地上子２００、２０１、２０２の仮想地上子データ（位置座標情報）とを、位置座標間距離計算部９で比較し、仮想地上子の位置座標とＧＰＳ受信機７から入力された位置座標の距離を計算する。
位置座標間距離計算部９は、図４に示すように、計算した位置座標間距離が、ある閾値以下となった時、該当する仮想地上子を列車３が通過したと判断する。

例えば、列車３が仮想地上子Ａ２００を通過した場合のキロ程の補正の様子を以下に説明する。
図２は、仮想地上子によってキロ程が補正される過程を示した図である。
図２において、算出キロ程（太線）は、図３に示すキロ程計測装置２０が算出したキロ程（走行距離）であり、真値（破線）は、位置座標間距離計算部９が導出した真値のキロ程（走行距離）を示している。

列車３は、始点である駅Ａ１を出発し、仮想地上子Ａ２００を通過する時にはキロ程誤差を含んでいる。
図２では、プラス方向に誤差を含んだ場合を示している。
測位装置５において位置座標間距離計算部９が、列車３が仮想地上子Ａ２００を通過したと判断すると、位置座標間距離計算部９が仮想地上子Ａ２００の仮想地上子データに含まれるキロ程情報（現在のキロ程の真値）を補正キロ程情報としてキロ程計測装置２０に通知することで、キロ程計測装置２０が、補正キロ程情報にて通知された仮想地上子Ａ２００のキロ程情報に置き換えることで、キロ程を補正する。

図６は、測位装置５が無い従前のキロ程補正の様子を示す図である。
この場合のキロ程補正は、列車３が各地上子１０１、１０２を通過した時のみ現在のキロ程を補正するもので、キロ程が補正される過程を図７に示す。
図７から分かるように、地上子の間隔が大きいと、キロ程が補正される頻度が低い為、キロ程誤差も大きくなる。

一方、本実施の形態に係る測位装置５によれば、複数の仮想地上子２００、２０１、２０２を仮想地上子データに容易に追加することができる為、図２に示すようにキロ程を補正する頻度を高くすることができる。その結果、キロ程誤差を小さく保つことができる。
このように、本実施の形態によれば、地上子を増設することなく、キロ程を補正する頻度を高くすることができ、これにより、キロ程誤差を小さく保つことができる。

以上、本実施の形態では、線路上に実際には設置しないが、設置してあると仮定した、設置位置の緯度・経度情報および、その地点での補正キロ程情報をもったデータ群（仮想地上子）を格納するとともに、ＧＰＳ受信機が出力する位置情報を受信する機能を有し、仮想地上子とＧＰＳ受信機の位置座標から、位置座標間距離を計算し、ＧＰＳ受信機の位置座標に最も近傍の仮想地上子位置座標を出力する測位装置について説明した。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２における測位装置５の詳細構成図である。
全体構成図は図１と同様であるが、実施の形態１との相違点は、図５において、レールデータ記憶部１０およびレールマッチング処理部１１が追加されている点である。

レールデータ記憶部１０は列車が走行するレールデータ（緯度・経度、キロ程等）を格納している。
つまり、レールデータ記憶部１０は、列車３が走行する走行軌道の位置情報等を記憶しており、走行軌道位置情報記憶部の例である。

レールマッチング処理部１１は、ＧＰＳ受信機７から入力される位置座標とレールデータ記憶部１０が記憶しているレールデータを用いて、レールマッチング処理を行う。
レールマッチング処理部１１は、より具体的には、ＧＰＳ受信機７により測位された列車３の現在位置をレールマッチング処理部１１に記憶されている走行軌道の位置情報に基づいて補正する（ＧＰＳ受信機により測位された列車３の現在位置が走行軌道からずれている場合に、走行軌道上となるように列車３の現在位置を補正する）。
そして、位置座標間距離計算部９は、補正後の列車３の現在位置と、複数の仮想地上子データの各々に示されている対象地点の位置とに基づき、複数の仮想地上子データの中から特定の仮想地上子データを選択する。
なお、本実施の形態においては、レールマッチング処理部１１及び位置座標間距離計算部９が走行距離導出部の例となる。

次に、実施の形態２における測位装置５を用いて、キロ程を補正する方法について説明する。

列車３は、始点である駅Ａ１を出発し、キロ程計測装置２０が、始点１００を基準にキロ程の算出（積算）を開始する。
ＧＰＳ受信機７は、ＧＰＳアンテナ４の信号を用いて列車３の位置座標（緯度・経度）を随時算出し、計算機６へ入力する。
計算機６は、ＧＰＳ受信機７から入力された位置座標と、レールデータ記憶部１０に記憶されているレールデータを用いて、レールマッチング処理部１１にて、レールマッチング処理を行う。
レールマッチング処理とは、ＧＰＳ受信機７から入力された位置座標値が最も近いレールデータを検出し、検出したレールデータの位置座標（緯度・経度）を出力するものである。

レールマッチング処理部１１から出力された位置座標は、各仮想地上子２００、２０１、２０２のデータ（位置座標）と、位置座標間距離計算部９で比較され、位置座標間の距離が計算される。
位置座標間距離計算部９は、図４に示すように、計算した位置座標間距離が、ある閾値以下となった時、該当する仮想地上子を列車３が通過したと判断する。
以降は、実施の形態１の場合と同様に、キロ程補正が行われる。

実施の形態２における測位装置５では、ＧＰＳ受信機７から出力される位置座標が、レールマッチング処理部１１にてレールマッチング処理される為、ＧＰＳ受信環境が悪い山間部やビル街などにおいて、ＧＰＳ受信機７から出力される位置座標が劣化したとしても、レールマッチング処理にて位置座標が拘束される為、位置座標の精度劣化を抑制できる効果がある。
つまり、ＧＰＳ受信環境が悪いため高精度なＧＰＳ測位できない場合に、ＧＰＳ測位による大まかな現在位置の情報からレールデータに基づき正確な現在位置を導出し、導出した正確な現在位置に基づいて仮想地上子データとの照合を行うことができるので、ＧＰＳ受信環境がよくない場合であっても、キロ程の補正を高精度に行うことができる。

以上、本実施の形態では、レールデータを格納し、ＧＰＳ受信機の位置情報とレールデータを組合わせてレールマッチング処理を行う機能を有する測位装置について説明した。
また、本実施の形態では、レールマッチング処理出力の位置座標と、仮想地上子の位置座標から、位置座標間距離を計算し、ＧＰＳ受信機の位置座標に最も近傍の仮想地上子位置座標を出力する測位装置について説明した。

なお、実施の形態１及び実施の形態２では、測位装置は鉄道車両に搭載され、鉄道軌道における始点からの走行距離を計測する例について説明したが、測位装置は既定の走行軌道を走行する移動体であれば鉄道車両以外の移動体に搭載されていてもよく、実施の形態１又は実施の形態２に示す構成により、当該走行軌道の始点からの走行距離を計測することができる。

最後に、実施の形態１、２に示した測位装置５のハードウェア構成例について説明する。
図８は、実施の形態１、２に示す測位装置５のハードウェア資源の一例を示す図である。
なお、図８の構成は、あくまでも測位装置５のハードウェア構成の一例を示すものであり、測位装置５のハードウェア構成は図８に記載の構成に限らず、他の構成であってもよい。

図８において、測位装置５は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。
ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介して、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９１３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９１４、ＧＰＳアンテナ９１５、表示装置９０１、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
更に、ＣＰＵ９１１は、キーボード９０２、マウス９０３、ＦＤＤ９０４（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、コンパクトディスク装置９０５（ＣＤＤ）、プリンタ装置、スキャナ装置と接続していてもよい。また、磁気ディスク装置９２０の代わりに、光ディスク装置、メモリカード（登録商標）読み書き装置などの記憶装置でもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、ＦＤＤ９０４、ＣＤＤ９０５、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶装置あるいは記憶部の一例である。
ＧＰＳアンテナ９１５、キーボード９０２、マウス９０３、スキャナ装置、ＦＤＤ９０４などは、入力装置の一例である。
また、表示装置９０１、プリンタ装置などは、出力装置の一例である。

また、測位装置５は無線通信装置を備えていてもよく、無線通信網、インターネット、ＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）などに接続されていても構わない。

磁気ディスク装置９２０には、オペレーティングシステム９２１（ＯＳ）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。
プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１がオペレーティングシステム９２１、ウィンドウシステム９２２を利用しながら実行する。

また、ＲＡＭ９１４には、ＣＰＵ９１１に実行させるオペレーティングシステム９２１のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。
また、ＲＡＭ９１４には、ＣＰＵ９１１による処理に必要な各種データが格納される。

また、ＲＯＭ９１３には、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）プログラムが格納され、磁気ディスク装置９２０にはブートプログラムが格納されている。
測位装置５の起動時には、ＲＯＭ９１３のＢＩＯＳプログラム及び磁気ディスク装置９２０のブートプログラムが実行され、ＢＩＯＳプログラム及びブートプログラムによりオペレーティングシステム９２１が起動される。

上記プログラム群９２３には、実施の形態１、２の説明において「〜部」として説明している機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。

ファイル群９２４には、実施の形態１、２の説明において、「〜の判断」、「〜の計算」、「〜の比較」、「〜の導出」、「〜の算出」、「〜の補正」、「〜の選択」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。
「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。
抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・編集・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリ、レジスタ、キャッシュメモリ、バッファメモリ等に一時的に記憶される。

また、実施の形態１、２の説明において「〜部」として説明しているものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明しているものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、実施の形態１、２の「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、実施の形態１、２の「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

このように、実施の形態１、２に示す測位装置５は、処理装置たるＣＰＵ、記憶装置たるメモリ、磁気ディスク等、入力装置たるキーボード、マウス、ＧＰＳアンテナ等、出力装置たる表示装置、プリンタ装置等を備えるコンピュータであり、上記したように「〜部」として示された機能をこれら処理装置、記憶装置、入力装置、出力装置を用いて実現するものである。

実施の形態１および２の測位装置の全体構成図である。 実施の形態１および２におけるキロ程補正の過程を示した図である。 実施の形態１の測位装置の詳細構成図である。 位置座標間距離と閾値の関係を示した図である。 実施の形態２の測位装置の詳細構成図である。 実施の形態１および２の測位装置が無い従前のキロ程補正の様子を示す全体構成図である。 実施の形態１および２の測位装置が無い従前のキロ程補正の過程を示した図である。 実施の形態１および２の測位装置のハードウェア構成例を示す図である。

符号の説明

１ 駅Ａ（始点）、２ 駅Ｂ、３ 列車、４ ＧＰＳアンテナ、５ 測位装置、６ 計算機、７ ＧＰＳ受信機、８ 仮想地上子データ記憶部、９ 位置座標間距離計算部、１０ レールデータ記憶部、１１ レールマッチング処理部、２０ キロ程計測装置、１００ 始点、１０１ 地上子１、１０２ 地上子２、２００ 仮想地上子Ａ、２０１ 仮想地上子Ｂ、２０２ 仮想地上子Ｃ。

Claims (5)

1. 既定の走行軌道を走行する移動体に搭載される測位装置であって、
   各々が前記走行軌道上で離間している複数地点の各地点を対象とし、対象としている対象地点の位置と対象地点の前記走行軌道の始点からの前記走行軌道上の距離とを示す複数の対象地点情報を記憶する対象地点情報記憶部と、
   前記移動体の現在位置を測位する測位部と、
   前記測位部により測位された前記移動体の現在位置と、前記複数の対象地点情報の各々に示されている対象地点の位置とに基づき、前記複数の対象地点情報の中から特定の対象地点情報を選択し、選択した対象地点情報に示されている距離を前記移動体の前記走行軌道の始点からの走行距離とする走行距離導出部とを有することを特徴とする測位装置。
2. 前記測位装置は、
   前記移動体の前記走行軌道の始点からの走行距離を計測する走行距離計測装置に接続されており、
   前記走行距離導出部は、
   選択した対象地点情報に示されている距離を、前記移動体の前記走行軌道の始点からの走行距離の真値として前記走行距離計測装置に対して通知することを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
3. 前記測位装置は、更に、
   前記走行軌道の位置情報を記憶する走行軌道位置情報記憶部を有し、
   前記走行距離導出部は、
   前記測位部により測位された前記移動体の現在位置を前記走行軌道位置情報記憶部に記憶されている前記走行軌道の位置情報に基づいて補正し、補正後の前記移動体の現在位置と、前記複数の対象地点情報の各々に示されている対象地点の位置とに基づき、前記複数の対象地点情報の中から特定の対象地点情報を選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の測位装置。
4. 前記走行距離導出部は、
   前記移動体の現在位置と、いずれかの対象地点情報に示されている対象地点の位置との差異が所定の閾値以下となった場合に、当該対象地点情報を選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の測位装置。
5. 前記測位部は、
   ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ ＰｏｓＩｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）情報を受信して、前記移動体の現在位置を測位することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の測位装置。

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