JP2011125128A - 列車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳを利用して列車の位置を正確に検出して列車の速度を制御する。
【解決手段】ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力される位置情報により算出したＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離と方位と列車１の走行経路が制御情報記憶部５に記憶しているＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌと方位Ｄｐ及び走行経路と近似しているかどうかを判定するとともにＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力される速度情報が列車１の実走行速度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により列車１の走行位置を決定して列車１の走行位置を検出するための地上子等を地上に設置する必要がなく、地上設備を簡略化して設備費を低減する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、列車の走行位置を検知して列車の制御情報を出力する列車制御装置、特に走行位置の検知精度の向上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に地上設備を設置する必要があり、カーブなどで速度制限を増やす場合には、地上設備の増設や移設しなければならず多くの費用がかかってしまう。

この地上設備の増設や移転を必要とせずに、曲線部などで速度制限を行うため、ＧＰＳを利用して列車の走行位置を検知して速度制限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に示された列車制御装置は、列車の全長に近い一定間隔をおいて前後に設置された２台のＧＰＳアンテナに接続された２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報に基づいて算出した距離と２台のＧＰＳアンテナの設置間隔とを比較して一致するか否を判定してＧＰＳ受信機の異常の有無を検出するとともに２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報に基づいて算出した列車の走行位置と走行方向とを記憶した速度制限区間の位置情報と制限速度情報と照合して制限速度を決定して列車の速度を制限速度以下に制御している。

特許文献１や特許文献２に示すように、ＧＰＳ受信機からの緯度・経度信号に基づいて列車の現在位置を検知しても、ＧＰＳ受信機に異常や故障あった場合、間違った緯度・経度信号により列車が実際に走行している位置と異なる位置を認識すると、実際に列車が走行している位置の制限速度以上で走行する可能性があり、安全性が確保できなくなるという短所がある。

また、特許文献３に示すように、ＧＰＳ受信機の異常の有無を検出してＧＰＳ受信機に異常がないことを確認して２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報に基づいて列車の走行位置を算出し場合、算出した列車の走行位置精度はＧＰＳの測位精度に影響される。

ＧＰＳの測位精度は衛星搭載クロックの精度や衛星からの測距信号の伝播経路上にある電離層等で生じる遅延やＧＰＳ受信機の設置されている環境により定まる。列車に搭載したＧＰＳ受信機は列車の走行にしたがって位置が変化するとともに周囲の環境も変化し、ＧＰＳの測位精度は刻々と変化する。このＧＰＳを利用して列車の走行位置を検出する場合、ＧＰＳの測位精度が変化すると検出する位置精度も変動して列車の走行位置を正確に検出できなくなるという問題がある。

この発明は、このような問題を解消し、ＧＰＳを利用して列車の位置を高精度にかつ正確に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列車位置検出部を有し、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と地点情報と各地点における列車進行方向の方位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、前記演算処理部は、前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報により、前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔とそのときの地点における方位及び列車の走行経路を算出して前記制御情報記憶部に記憶された前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔と列車進行方向の方位及び列車が走行する経路情報に近似しているか否を判定するとともに前記２台のＧＰＳ受信機から出力される速度情報が列車の実走行速度と近似しているかどうかを判定し、前記列車位置検出部は、前記演算処理部で全てが近似していると判定したとき、前記ＧＰＳ受信機から出力する位置情報により列車の走行位置を決定することを特徴とする。

前記演算処理部は、前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔が前記制御情報記憶部に記憶された前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔に近似しているときに、前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報によりそのときの地点における方位を算出して前記制御情報記憶部に記憶された列車進行方向の方位と近似しているかを判定し、そのときの地点における方位が前記制御情報記憶部に記憶された列車進行方向の方位に近似しているとき、前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報により列車が走行する経路を算出して前記制御情報記憶部に記憶された列車が走行する経路情報に近似しているか否を判定することを特徴とする。

この発明は、列車の前後に一定間隔を隔てて設けられた２台のＧＰＳアンテナに接続された２台のＧＰＳ受信機から出力する情報により、２台のＧＰＳアンテナの設置間隔とそのときの地点における方位及び列車の走行経路を算出して制御情報記憶部に記憶された２台のＧＰＳアンテナの設置間隔と列車進行方向の方位及び列車が走行する経路情報に近似しているか否を判定するとともに、２台のＧＰＳ受信機から出力される速度情報が列車の実走行速度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受信機から出力する位置情報により列車の走行位置を決定するから、列車の走行位置を高精度に安定して決定することができる。したがって列車の走行位置を検出するための地上子やトランスポンダ等を地上に設置する必要がなく、地上設備を簡略化して設備費を低減することができる。

また、２台のＧＰＳアンテナの設置間隔が制御情報記憶部に記憶された２台のＧＰＳアンテナの設置間隔に近似しているときに、２台のＧＰＳ受信機から出力する情報によりそのときの地点における方位を算出して制御情報記憶部に記憶された列車進行方向の方位と近似しているかを判定し、そのときの地点における方位が制御情報記憶部に記憶された列車進行方向の方位に近似しているとき、２台のＧＰＳ受信機から出力する情報により列車が走行する経路を算出して制御情報記憶部に記憶された列車が走行する経路情報に近似しているか否を判定するから、処理を簡略化することができる。

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。 列車位置を決定するときの処理を示すフローチャートである。 車上装置の他の構成を示すブロック図である。

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及び速度制御部８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と地点情報Ｐと各地点Ｐにおける列車進行方向の方位Ｄｐ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９と距離照合部１０と方位演算部１１と方位照合部１２と走行経路演算部１３と走行経路照合部１４と速度照合部１５及び速度算出部１６を有する。距離演算部９は列車１の前部に設けられたＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報Ｐａと列車１の後部に設けられたＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置情報Ｐａにより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１０に出力する。距離照合部１０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と近似している場合はアンテナ間隔一致信号を列車位置検出部７に出力するとともに方位演算部１１に出力する。方位演算部１１は距離照合部１０からアンテナ間隔一致信号が入力するとＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置情報Ｐｂから列車１の進行方向の方位Ｄｇを算出して列車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から出力される位置情報Ｐａとともに方位照合部１２に出力する。方位照合部１２は方位演算部１１で算出した列車１の進行方向の方位ＤｇとＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報Ｐａを入力すると、入力した方位Ｄｇと制御情報記憶部５に記憶している列車１の位置情報Ｐａに対応する列車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に記憶している列車１の進行方向の方位Ｄｐと近似している場合は方位一致信号を列車位置検出部７と走行経路演算部１３に出力する。走行経路演算部１３は方位照合部１２から方位一致信号を入力するとＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置情報Ｐｂを逐次追跡して列車１の走行経路を算出して列車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から出力される位置情報Ｐａとともに走行経路照合部１４に出力する。走行経路照合部１４は走行経路演算部１３で算出した列車１の走行経路とＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報Ｐａを入力すると、入力した走行経路と制御情報記憶部５に記憶している列車１の位置情報Ｐａに対応する位置における列車１の走行経路とを比較し、入力した走行経路が制御情報記憶部５に記憶している走行経路と近似している場合は走行経路一致信号を列車位置検出部７と速度照合部１５に出力する。速度照合部１５は走行経路照合部１４から走行経路一致信号を入力すると、ＧＰＳ受信機３ａから出力される速度情報ＶａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される速度情報Ｖｂと速度発電機１７からの信号により速度算出部１６から出力される列車１の走行速度Ｖとを比較し、ＧＰＳ受信機３ａから出力される速度情報ＶａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される速度情報Ｖｂが速度算出部１６から出力される走行速度Ｖと近似している場合は速度一致信号を列車位置検出部７に出力する。

列車位置検出部７は演算処理部６からアンテナ間隔一致信号と方位一致信号と走行経路一致信号及び速度一致信号の全てを入力すると、ＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報Ｐａを列車１の走行位置として決定し速度制御部８に出力する。速度制御部８は入力した列車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算出部１７から出力される列車１の走行速度Ｖａが制限速度以下になるように制御する。

この列車制御装置で列車１の速度を制御するときの処理を図３のフローチャートを参照して説明する。

列車１が走行しているとき、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緯度・経度を示す位置情報Ｐａと速度情報Ｖａ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緯度・経度を示す位置情報Ｐｂと速度情報Ｖｂを演算処理部６と列車位置検出部７に出力している（ステップＳ１）。演算処理部６の距離演算部９はＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置情報Ｐｂを入力して列車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１０に出力する（ステップＳ２）。距離照合部１０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と近似している場合はアンテナ間隔一致信号を列車位置検出部７と方位演算部１１に出力し（ステップＳ３）、算出した距離ＬｘがＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂの設置間隔Ｌと近似していない場合は、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの精度劣化と判定する（ステップＳ１２）。

方位演算部１１は距離照合部１０からアンテナ間隔一致信号が入力すると、ＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置情報Ｐｂから列車１の進行方向の方位Ｄｇを算出して位置情報Ｐａとともに方位照合部１２に出力する（ステップＳ４）。方位照合部１２は入力した列車１の進行方向の方位Ｄｇと制御情報記憶部５に記憶している位置情報Ｐａに対応する列車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と近似している場合は方位一致信号を列車位置検出部７と走行経路演算部１３に出力し（ステップＳ５）、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と近似していない場合は、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの精度劣化と判定する（ステップＳ１２）。

走行経路演算部１３は方位照合部１２から方位一致信号を入力するとＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報ＰａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される位置情報Ｐｂを逐次追跡して列車１の走行経路を算出してＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報Ｐａとともに走行経路照合部１４に出力する（ステップＳ６）。走行経路照合部１４は入力した列車１の走行経路と制御情報記憶部５に記憶している位置情報Ｐａに対応する位置における列車１の走行経路とを比較し、入力した走行経路が制御情報記憶部５に記憶している走行経路と近似している場合は走行経路一致信号を列車位置検出部７と速度照合部１５に出力し（ステップＳ７）、入力した走行経路が記憶している走行経路と近似していない場合は、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの精度劣化と判定する（ステップＳ１２）。

速度照合部１５は走行経路照合部１４から走行経路一致信号を入力すると、ＧＰＳ受信機３ａから出力される速度情報ＶａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される速度情報Ｖｂを入力し（ステップＳ８）、入力した速度Ｖａ，Ｖｂが速度発電機１７からの信号により速度算出部１６から出力される列車１の実走行速度Ｖと近似しているか否を判定し、近似している場合は速度一致信号を列車位置検出部７に出力し（ステップＳ９）、入力した速度Ｖａ，Ｖｂが列車１の実走行速度Ｖと近似していない場合は、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂの精度劣化と判定する（ステップＳ１２）。

列車位置検出部７は演算処理部６からアンテナ間隔一致信号と方位一致信号と走行経路一致信号及び速度一致信号の全てを入力すると、ＧＰＳ受信機３ａから出力される位置情報Ｐａに示される位置を列車１の走行位置として決定し速度制御部８に出力する（ステップＳ１０）。速度制御部８は入力した列車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算出部１６から出力される列車１の走行速度Ｖａが制限速度以下になるように制御する（ステップＳ１１）。

このようにＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力される位置情報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と列車１の走行経路が制御情報記憶部５に記憶しているＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌと方位Ｄｐ及び走行経路と近似しているかどうかを判定するとともにＧＰＳ受信機３ａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される速度情報Ｖａ，Ｖｂが列車１の実走行速度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から、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。したがって列車１の走行位置を検出するための地上子やトランスポンダ等を地上に設置する必要がなく、地上設備を簡略化して設備費を低減することができる。

また、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力される位置情報Ｐａ，Ｐｂにより算出したＧＰＳアンテナ２ａ，２ｂ間の距離Ｌｘ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に近似しているとき、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力する位置情報Ｐａ，Ｐｂによりそのときの地点における方位Ｄｇを算出して制御情報記憶部５に記憶された列車進行方向の方位Ｄｐと近似しているかを判定し、算出した方位Ｄｇが制御情報記憶部５に記憶された列車進行方向の方位Ｄｐに近似しているとき、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂから出力する位置情報Ｐａ，Ｐｂにより列車１の走行経路を算出して制御情報記憶部５に記憶された列車１が走行する経路情報に近似しているか否を判定し、算出した走行経路が記憶された経路情報に近似しているとき速度の判定処理を行うことにより、処理を簡略化することができる。

前記説明では距離照合部１０で距離演算部９から入力した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が近似しているかどうかを判定し、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が近似しているとき、ＧＰＳ受信機３ａ，３ｂからの情報により、そのときの地点における方位Ｄｇと走行経路が制御情報記憶部５に記憶している方位Ｄｐと走行経路に近似しているかを順次判定し、その後ＧＰＳ受信機３ａとＧＰＳ受信機３ｂから出力される速度情報Ｖａ，Ｖｂが列車１の実走行速度Ｖと近似しているかどうかを判定する場合について示したが、図４のブロック図に示すように、これらの判定処理を同時に並列して行っても良い。

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；速度制御部、
９；距離演算部、１０；距離照合部、１１；方位演算部、１２；方位照合部、
１３；走行経路演算部、１４；走行経路照合部、１５；速度照合部、
１６；速度算出部、１７；速度発電機。

特開２００２−３３５６０７号公報 特開２００４−１６８２１６号公報 特開２００８−２５３０３４号公報

Claims (2)

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列車位置検出部を有し、
   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と地点情報と各地点における列車進行方向の方位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、
   前記演算処理部は、前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報により、前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔とそのときの地点における方位及び列車の走行経路を算出して前記制御情報記憶部に記憶された前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔と列車進行方向の方位及び列車が走行する経路情報に近似しているか否を判定するとともに前記２台のＧＰＳ受信機から出力される速度情報が列車の実走行速度と近似しているかどうかを判定し、
   前記列車位置検出部は、前記演算処理部で全てが近似していると判定したとき、前記ＧＰＳ受信機から出力する位置情報により列車の走行位置を決定することを特徴とする列車制御装置。
2. 前記演算処理部は、前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔が前記制御情報記憶部に記憶された前記２台のＧＰＳアンテナの設置間隔に近似しているときに、前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報によりそのときの地点における方位を算出して前記制御情報記憶部に記憶された列車進行方向の方位と近似しているかを判定し、そのときの地点における方位が前記制御情報記憶部に記憶された列車進行方向の方位に近似しているとき、前記２台のＧＰＳ受信機から出力する位置情報により列車が走行する経路を算出して前記制御情報記憶部に記憶された列車が走行する経路情報に近似しているか否を判定することを特徴とする請求項１記載の列車制御装置。

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