JP2011122903A - 列車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳを利用して列車が停止しているかどうかを精度良く検出して列車の速度を制御する。
【解決手段】２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力する位置信号Ｐａ，Ｐｂから算出した速度Ｖａと速度Ｖｂがあらかじめ設定された停止判定閾値以下になったとき、速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動し、速度Ｖａと速度Ｖｂが一致しなく、速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が列車１の経路情報と一致しなく、方位Ｄｇがランダムに変動していることを検出したときに列車１が停止していると判定して、地上子やトランスポンダ等の地上設備を必要としないで２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂからの位置信号Ｐａ，Ｐｂで列車１が停止していることを精度良く検出して地上設備を省略して設備費を低減する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、列車に搭載したＧＰＳを利用して列車が停止しているか否を検知する列車制御装置に関するものである。

列車の速度を制限する装置として、列車が停止信号に接近して地上子と結合すると地上子から列車に停止信号を送り自動的に列車を停止させるＡＴＳ装置や、速度制限区間に設けた複数の送信器から連続して速度制限信号を列車に送信して列車の速度を自動的に制限速度以下に制御するＡＴＣ装置が使用されている。

このＡＴＳ装置やＡＴＣ装置は制限速度を変える場所や停止位置に地上設備を設置する必要があり、地上設備に多くの費用がかかってしまう。

この地上設備を必要とせずに、ＧＰＳを利用して列車の走行位置を検知して速度制御を行う装置が特許文献１や特許文献２、特許文献３に開示されている。特許文献１に示された車両運転支援システムは、車両に搭載したＧＰＳ受信機からの緯度・経度信号に基づいて車両の現在位置を検出し、検出した車両の位置が速度検知エリア内であるか否を判定し、速度検知エリアで列車の速度が制限速度を越えないように制御している。

特許文献２に示された列車走行情報検知装置は、複数の車両で編成された列車の先頭車両と最後尾車両にＧＰＳ受信機を搭載し、各ＧＰＳ受信機からの緯度・経度信号に基づいて列車の前後の現在位置をそれぞれ検出し、検出した列車の前後の現在位置とＧＰＳアンテナの設置位置により測位計算をして列車全体の在線位置と向きを把握している。

また、特許文献３に示された車両の停止検知装置は、ＧＰＳ信号により車両の速度を算出し、算出した速度が停止判定閾値未満のとき、車両が停止していると判定している。

移動する列車に搭載されたＧＰＳ受信機から得られる位置データは、実際に列車が停止していても一定していなく、図５に示すように、停止位置を中心として刻々と変動し停止位置の周囲位置をランダムに変化するようなデータになる。このＧＰＳ受信機から得られる位置データから得られる列車の速度も、図５に示すように、列車が走行している場合は、実際の速度に応じた速度を得ることはできるが、列車が停止している場合は停止判定閾値Ｖｓを中心として刻々と変動し、実際に列車が停止しているかどうかを判定することは困難となっている。

この発明は、このような問題を解消し、ＧＰＳを利用して列車が停止しているかどうかを精度良く検出して列車の速度を制御することができる列車制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明の列車制御装置は、２台のＧＰＳアンテナと２台のＧＰＳ受信機及び車上装置を有し、前記２台のＧＰＳアンテナは、列車の前後に一定の設置間隔を隔てて設けられ、前記２台のＧＰＳ受信機の一方のＧＰＳ受信機は、前記列車の前部に設けられたＧＰＳアンテナに接続され、他方のＧＰＳ受信機は、前記列車の後部に設けられたＧＰＳアンテナに接続され、前記車上装置は、制御情報記憶部と演算処理部及び停止判定部を有し、前記制御情報記憶部には、前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔と列車が走行する経路情報があらかじめ格納され、前記演算処理部は、前記２台のＧＰＳ受信機からそれぞれ出力する位置信号により速度Ｖａと速度Ｖｂを算出するとともに前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置信号により前記２台のＧＰＳアンテナ間の方位を算出し、算出した速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動するかどうかと、算出した速度Ｖａと速度Ｖｂが一致しているかどうかと、算出した速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が前記情報記憶部に記憶した列車の経路と一致しているかどうかと、算出した方位がランダムに変動するかどうかを判定して前記停止判定部に出力し、前記停止判定部は、前記演算処理部から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂがあらかじめ設定された停止判定閾値以下になって、速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動し、速度Ｖａと速度Ｖｂが一致していなく、速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が列車の経路と一致していなく、ＧＰＳアンテナ間の方位がランダムに変動していることを示す信号を入力すると列車が停止していると判断することを特徴とする。

この発明は、列車の前後に一定の設置間隔を隔てて設けられた２台のＧＰＳアンテナにそれぞれ接続された２台のＧＰＳ受信機からそれぞれ出力する位置信号により速度Ｖａと速度Ｖｂを算出するとともに２台のＧＰＳ受信機から出力する位置信号により２台のＧＰＳアンテナ間の方位を算出し、算出した速度Ｖａと速度Ｖｂがあらかじめ設定された停止判定閾値以下になって、速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動し、速度Ｖａと速度Ｖｂが一致していなく、速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が列車の経路と一致していなく、ＧＰＳアンテナ間の方位がランダムに変動しているときに列車が停止していると判定するから、地上子やトランスポンダ等の地上設備を必要としないで２台のＧＰＳ受信機からの位置信号で列車が停止していることを精度良く検出することができ、地上設備を省略して設備費を低減することができる。

この発明の列車制御装置の構成図である。 車上装置の構成を示すブロック図である。 車上装置の他の構成を示すブロック図である。 ＧＰＳ受信機に位置信号の列車停止位置における変化を示す模式図である。 ＧＰＳ受信機の位置信号から得た列車速度の変化を示す模式図である。

図１はこの発明の列車制御装置の構成図である。図に示すように、複数編成の車両を有する列車１の列車制御装置は、列車１の前後に一定の設置間隔Ｌを隔てて設けられた２台のＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂを有するＧＰＳ受信機３ａ，３ｂと車上装置４を有する。

車上装置４は、図２のブロック図に示すように、制御情報記憶部５と演算処理部６と列車位置検出部７と停止判定部８及び制御部９を有する。制御情報記憶部５には２台のＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌと列車１の走行する経路情報及び速度制限区間毎の制限速度情報があらかじめ格納されている。

演算処理部６は、距離演算部１０と距離照合部１１と方位演算部１２と方位変動検出部１３と速度演算部１４と速度変動検出部１５と速度対比部１６及び経路照合部１７を有する。

距離演算部１０はＧＰＳ受信機３ａから出力される位置信号ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置信号Ｐａにより列車１の前後に設けた２台のＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌｘを算出して距離照合部１１に出力する。距離照合部１１は距離演算部１０から入力するＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌｘと制御情報記憶部５に記憶しているＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌとを比較し、算出した距離ＬｘがＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌと一致又は近似している場合は、２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂが正常に動作していると判定し、算出した距離Ｌｘが設置間隔Ｌと近似していない場合は、２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂのいずれか一方又は両方に異常が生じたと判定して位置検出部７と停止判定部８に出力する。

方位演算部１２はＧＰＳ受信機３ａから出力される位置信号ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置信号ＰｂからＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の方位Ｄｇを算出して方位変動検出部１３に出力する。方位変動検出部１３は方位演算部１２から入力する方位Ｄｇがランダムに変動するかどうかを検出して停止判定部８に出力する。

速度演算部１４はＧＰＳ受信機３ａから出力される位置信号Ｐａにより速度Ｖａを算出し、ＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置信号Ｐｂにより速度Ｖｂを算出して速度変動検出部１５と速度対比部１６に出力する。速度変動検出部１５は速度演算部１４から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動するかどうかを検出して検出結果を速度対比部１６と停止判定部８に出力する。速度対比部１６は速度変動検出部１５から速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動していないことを示す信号を入力すると速度演算部１４から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂが一致しているかどうかを判定して判定結果とそのときの速度Ｖａと速度Ｖｂを経路照合部１７と停止判定部８に出力する。経路照合部１７は速度対比部１６から速度Ｖａと速度Ｖｂが一致していることを示す信号を入力すると、制御情報記憶部５に記憶している列車１の経路情報に示すそのときの位置信号Ｐａに対応する経路の方向と入力した速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が一致しているかどうかを判定して停止判定部８に出力する。

位置検出部７は距離照合部１１から２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂが正常に動作していることを示す信号を入力するときだけＧＰＳ受信機３ａから入力する位置信号Ｐａを列車１の位置として制御部９に出力する。

停止判定部８は位置検出部７で列車１の位置を検出している状態及び位置を検出していないとき、速度対比部１６から出力する速度Ｖａと速度Ｖｂと、速度変動検出部１５から出力する速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムで変化しているかどうかを示す信号と、方位変動検出部１３から出力する方位Ｄｇがランダムに変動しているかどうかを示す信号及び経路照合部１７から出力する速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が列車１が走行している経路と一致しているかどうかを示す信号を入力して列車１が走行しているか停止しているかを検出する。

この列車制御装置で列車１が走行しているか停止しているかを検出するときの処理を説明する。

ＧＰＳ受信機３ａは列車１の前部に設置したＧＰＳアンテナ２ａから出力される信号により位置信号Ｐａを演算処理部６と列車位置検出部７に出力し、ＧＰＳ受信機３ｂは列車１の後部に設置したＧＰＳアンテナ２ｂから出力される信号により位置信号Ｐｂを演算処理部６と列車位置検出部７に出力している。

演算処理部６の距離演算部１０はＧＰＳ受信機３ａとＧＰＳ受信機３ｂから入力する位置信号Ｐａと位置信号Ｐｂにより列車１の前部に設けられたＧＰＳアンテナ２ａと列車１の後部に設けられたＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌｘを算出して距離照合部１１に出力し、速度演算部１４はＧＰＳ受信機３ａとＧＰＳ受信機３ｂから入力する位置信号Ｐａと位置信号Ｐｂを入力して速度Ｖａと速度Ｖｂを算出して速度変動検出部１５と速度対比部１６に出力し、方位演算部１２はＧＰＳ受信機３ａとＧＰＳ受信機３ｂから入力する位置信号Ｐａと位置信号ＰｂによりＧＰＳアンテナ２ａとＧＰＳアンテナ２ｂ間の方位Ｄｇ、すなわち列車１の進行方向を算出して方位変動検出部１３に出力する。

距離照合部１１は入力したＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌｘと制御情報記憶部５に記憶しているＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌと比較し、算出した距離ＬｘがＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌと一致又は近似している場合は２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂが正常に動作していると判定し、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂが正常に動作していることを示す信号を位置検出部７と停止判定部８に出力する。また、算出した距離Ｌｘが設置間隔Ｌと一致又は近似していない場合は、２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂのいずれか一方又は両方に異常が生じたと判定して、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの動作が異常であることを示す信号を位置検出部７と停止判定部８に出力する。

このようにＧＰＳ受信機３ａから出力する位置信号ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力する位置信号Ｐ２に基づいて算出した距離Ｌｘと列車１の前後に設置したＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌとを比較して一致するか否を判定することにより、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの異常の有無を確実に検出することができる。

この状態で速度変動検出部１５は速度演算部１４から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動するかどうかを検出して速度対比部１６と停止判定部８に出力する。速度対比部１６は速度変動検出部１５から速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動していないことを示す信号を入力すると速度演算部１４から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂが一致しているかどうかを判定して判定結果とそのときの速度Ｖａと速度Ｖｂを経路照合部１７と停止判定部８に出力する。経路照合部１７は速度対比部１６から速度Ｖａと速度Ｖｂが一致していることを示す信号を入力すると、制御情報記憶部５に記憶している列車１の経路情報のそのときの位置信号Ｐａに対応する経路の方向と入力した速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が一致しているかどうかを判定して停止判定部８に出力する。また、方位変動検出部１３は方位演算部１２から入力する方位Ｄｇがランダムに変動するかどうかを検出して停止判定部８に出力する。

位置検出部７は距離照合部１１から２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂが正常に動作していることを示す信号を入力しているとＧＰＳ受信機３ａから入力する位置信号Ｐａを列車１の位置として制御部９に出力する。

停止判定部８は位置検出部７で列車１の位置を検出している状態で、速度対比部１６から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂが入力しているとき、速度変動検出部１５から速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動していないことを示す信号を入力し、速度対比部１６から速度Ｖａと速度Ｖｂが一致していることを示す信号を入力し、経路照合部１７から速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が制御情報記憶部５に記憶している列車１の経路情報と一致していることを示す信号を入力し、方位演算部１２から方位Ｄｇがランダムに変動していないことを示す信号を入力していると、列車１は走行していると判断し、そのことを示す信号を制御部９に出力する。制御部９は停止判定部８から列車１が走行していることを示す信号を入力すると、位置検出部７から入力する列車１の走行位置に応じて制御情報記憶部５に記憶している制限速度情報により速度発電機１８から出力される列車１の走行速度が制限速度以下になるように制御する。

また、停止判定部８は速度対比部１６から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂがあらかじめ設定された停止判定閾値、例えば３〜５ｋｍ／ｈ以下になった場合であっても、速度Ｖａと速度Ｖｂが一致し、速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が列車１の経路情報と一致し、方位Ｄｇがランダムに変動していないことを示す信号を入力していると列車１は走行していると判断する。

また、停止判定部８は位置検出部７で列車１の位置を検出している状態から位置検知信号が入力しなくなり、速度対比部１６から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂがあらかじめ設定された停止判定閾値以下になって、速度変動検出部１５から速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動していることを示す信号を入力し、速度対比部１６から速度Ｖａと速度Ｖｂが一致していないことを示す信号を入力し、経路照合部１７から速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が制御情報記憶部５に記憶している列車１の経路情報と一致していないことを示す信号を入力し、方位演算部１２から方位Ｄｇがランダムに変動していることを示す信号を入力する、列車１は停止した判断し、そのことを示す信号を制御部９に出力する。

このように２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力する位置信号Ｐａ，Ｐｂから算出した速度Ｖａと速度Ｖｂがあらかじめ設定された停止判定閾値以下になったとき、速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動し、速度Ｖａと速度Ｖｂが一致しなく、速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が列車１の経路情報と一致しなく、方位Ｄｇがランダムに変動していることを検出したときに列車１が停止していると判定するから、地上子やトランスポンダ等の地上設備を必要としないで２台のＧＰＳ受信機３ａ，３ｂからの位置信号Ｐａ，Ｐｂで列車１が停止していることを精度良く検出することができ、地上設備を省略して設備費を低減することができる。

前記説明では、ＧＰＳ受信機３ａから出力する位置信号ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力する位置信号Ｐ２に基づいて算出した距離Ｌｘと列車１の前後に設置したＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌとを比較して一致するか否を判定してＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの異常の有無を検出する場合について説明したが、図３のブロック図に示すように、演算処理部６に、方位変動検出部１３から方位Ｄｇがランダムに変動していないことを示す信号を入力したとき、制御情報記憶部５に記憶している列車１の進行方向の方位Ｄｐとを比較し、入力した方位Ｄｇが制御情報記憶部５に記憶している方位Ｄｐと一致又は近似しているかどうかを判定して位置検出部７に出力する方位照合部１９と、速度対比部１６から速度入力Ｖａと速度Ｖｂを入力したとき、入力した速度Ｖａ，Ｖｂが速度発電機１８から出力する実速度Ｖと一致又は近似しているかどうかを判定して位置検出部７に出力する速度照合部２０を設けるとともに経路照合部１７からの信号も位置検出部７に出力してＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの異常の有無を検出しても良い。

この場合は、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力される位置信号Ｐａ，Ｐｂにより算出したＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌｘとそのときの地点における方位ＤｇとＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力される位置信号Ｐａ，Ｐｂから算出した速度Ｖａ，Ｖｂの速度ベクトルの方向が、制御情報記憶部５に記憶しているＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌと方位Ｄｐ及び走行経路と一致又は近似しているかどうかを判定するとともに速度Ｖａ，Ｖｂが列車１の実速度Ｖと近似しているかどうかを判定し、全てが近似しているとき、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの精度が良好として列車１の前部に設けられたＧＰＳアンテナ２ａが接続されたＧＰＳ受信機３ａから出力する位置情報Ｐａにより列車１の走行位置を決定する。このようにして列車１の走行位置を高精度に安定して決定することができるとともに列車が走行しているか停止しているからＧＰＳ受信機３ａ，３ｂからの信号だけで安定して検出することができる。

１；列車、２；ＧＰＳアンテナ、３；ＧＰＳ受信機、４；車上装置、
５；制御情報記憶部、６；演算処理部、７；列車位置検出部、８；停止判定部、
９；制御部、１０；距離演算部、１１；距離照合部、１２；方位演算部、
１３；方位変動検出部、１４；速度演算部、１５；速度変動検出部、
１６；速度対比部、１７；経路照合部、１８；速度発電機、１９；方位照合部、
２０、速度照合部。

特開２００２−３３５６０７号公報 特開２００４−１６８２１６号公報 特開２００８−５８２７３号公報

Claims (1)

1. ２台のＧＰＳアンテナと２台のＧＰＳ受信機及び車上装置を有し、
   前記２台のＧＰＳアンテナは、列車の前後に一定の設置間隔を隔てて設けられ、
   前記２台のＧＰＳ受信機の一方のＧＰＳ受信機は、前記列車の前部に設けられたＧＰＳアンテナに接続され、他方のＧＰＳ受信機は、前記列車の後部に設けられたＧＰＳアンテナに接続され、
   前記車上装置は、制御情報記憶部と演算処理部及び停止判定部を有し、
   前記制御情報記憶部には、前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔と列車が走行する経路情報があらかじめ格納され、
   前記演算処理部は、前記２台のＧＰＳ受信機からそれぞれ出力する位置信号により速度Ｖａと速度Ｖｂを算出するとともに前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置信号により前記２台のＧＰＳアンテナ間の方位を算出し、算出した速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動するかどうかと、算出した速度Ｖａと速度Ｖｂが一致しているかどうかと、算出した速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が前記情報記憶部に記憶した列車の経路と一致しているかどうかと、算出した方位がランダムに変動するかどうかを判定して前記停止判定部に出力し、
   前記停止判定部は、前記演算処理部から入力する速度Ｖａと速度Ｖｂがあらかじめ設定された停止判定閾値以下になって、速度Ｖａと速度Ｖｂがランダムに変動し、速度Ｖａと速度Ｖｂが一致していなく、速度Ｖａと速度Ｖｂの速度ベクトルの方向が列車の経路と一致していなく、方位がランダムに変動していることを示す信号を入力すると列車が停止していると判断することを特徴とする列車制御装置。

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