JP2013099234A - 車上装置および列車位置計算方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】GPS信号の受信が困難な区間またはその区間を通過直後、列車が停止することを回避可能な車上制御装置を得ること。
【解決手段】電波受信困難エリアの起点からの開始距離および終了距離、区間長を記憶した路線データベース4と、路線データベース4を確認して自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認し、自列車が電波受信困難エリアにいない場合、さらに、GPS受信器1から位置情報を取得したかどうかを確認し、GPS受信器1から位置情報を取得していない場合、走行距離と自列車を停止する判定をするための判定閾値とに基づいて自列車を停止する制御を行う車上制御装置3と、を備え、車上制御装置3は、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、GPS受信器1から位置情報を取得したかどうかを確認せず、速度発電機5の情報により列車位置を更新する。
【選択図】図1

Description

本発明は、列車位置を計算する車上装置および列車位置計算方法に関するものである。
従来、列車の在線位置を車上制御装置が主体的に管理し、列車の速度制御を行う車上主体型列車制御装置がある。車上主体型列車制御装置は、列車位置検出の信頼性向上のため、複数の鉄道車両からなる列車にGPSアンテナおよびGPS受信機を分散配置し、また路線マップとGPSアンテナ設置位置情報とを格納する記憶装置を備え、各GPS受信機がそれぞれ少なくとも4機の衛星からのGPS信号を受信して測位計算を行い、路線マップを用いることにより、列車全体の在線位置と向きを把握する。このような技術が、下記特許文献1において開示されている。
特開2004−168216号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、GPS信号を用いて路線マップに対応付けて列車位置を随時補正しているため、GPS信号を未受信の状態で走行を継続した場合、列車位置が保障できないことから、規定の距離を走行するとブレーキ出力し、列車を停止する。そのため、トンネル、谷間、建物に囲まれた場所等、その地形によりGPS信号を受信することが困難な区間があると、その区間中、またはその区間の付近で少しの間GPS信号を受信できなかった場合にもブレーキ出力し、列車が停止するおそれがある、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、GPS信号の受信が困難な区間またはその区間を通過直後、列車が停止することを回避可能な車上装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、GPS受信器からの位置情報により特定した列車位置を、前記GPS受信器からの位置情報取得周期よりも短い周期で取得した速度発電機の情報により走行距離を加算して更新する、列車に搭載された車上装置であって、自列車が走行するエリアにおいてGPS信号を受信することが困難な電波受信困難エリアの、起点からの開始距離および終了距離、区間長を記憶した路線データベースと、前記路線データベースを確認して自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認し、自列車が電波受信困難エリアにいない場合、さらに、前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認し、前記GPS受信器から位置情報を取得していない場合、前記走行距離と自列車を停止する判定をするための判定閾値とに基づいて自列車を停止する制御を行う車上制御装置と、を備え、前記車上制御装置は、自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認した結果、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認せず、前記速度発電機の情報により列車位置を更新する、ことを特徴とする。
この発明によれば、GPS信号の受信が困難な区間またはその区間を通過直後、容易に列車が停止することを回避することができる、という効果を奏する。
図1は、車上装置を搭載した列車の構成例を示す図である。 図2は、列車が走行するエリアを示す図である。 図3は、路線データベースが保有するテーブルの構成例を示す図である。 図4は、従来の列車位置計算方法を示すフローチャートである。 図5は、本実施の形態の列車位置計算方法を示すフローチャートである。
以下に、本発明にかかる車上装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態.
図1は、本実施の形態の車上装置を搭載した列車の構成例を示す図である。車上装置は、GPS信号を受信するGPS受信器1と、地上側と無線通信を行う無線車上局2と、列車が走行する線路上のキロ程とGPS受信器1から受信する緯度・経度情報を対応づける路線データベース4と、列車の位置を管理し、路線データベース4と無線車上局2からの情報を参照し、速度制御を行う車上制御装置3と、車輪の回転に応じてパルスを発生する速度発電機5と、運転方向切替スイッチ6と、これらを搭載した列車7と、から構成される。
つぎに、列車7が走行するエリアについて説明する。図2は、列車7が走行するエリアを示す図である。このエリアには、地上側の装置として、列車7の無線車上局2とデータの送受信を行う無線基地局8と、複数の列車の在線位置を管理し、その在線情報をもとに作成する列車間隔制御情報や、臨時速度制限情報を無線基地局8および無線車上局2経由で車上制御装置3に送信する地上制御装置9と、が含まれる。
図2に示すエリアには、地上制御装置9が制御対象とするエリアの起点を起点10とした場合、山によって列車7側にGPS信号が届きにくい谷11があり、谷11は、開始点12および終了点13によって起点10からの位置(距離)を特定することができる。また、ビル陰14によって列車7側にGPS信号が届きにくい区間があり、ビル陰14は、開始点15および終了点16によって起点10からの位置(距離)を特定することができる。また、トンネル17によって列車7側にGPS信号が届きにくい区間がり、トンネル17は、開始点18および終了点19によって起点10からの位置(距離)を特定することができる。
つぎに、路線データベース4が保有するテーブルについて説明する。図3は、路線データベース4が保有するテーブルの構成例を示す図である。図2に示すGPS信号が届きにくい区間を特定するものである。具体的には、「1.起点 0m」が図2の起点10に相当し、「2.電波受信困難エリア(谷)開始 aaaaaa(m)」が開始点12に相当し、「3.電波受信困難エリア(谷)終了 bbbbbb(m)」が終了点13に相当し、「4.電波受信困難エリア(ビル陰)開始 cccccc(m)」が開始点15に相当し、「5.電波受信困難エリア(ビル陰)終了 dddddd(m)」が終了点16に相当し、「6.電波受信困難エリア(トンネル)開始 eeeeee(m)」が開始点18に相当し、「7.電波受信困難エリア(トンネル)終了 ffffff(m)」が終了点19に相当する。また、「bbbbbb(m)−aaaaa(m)」から谷11の区間長Amを算出することができる。同様に、「dddddd(m)−cccccc(m)」からビル陰14の区間長Cmを、「ffffff(m)−eeeeee(m)」からトンネル17の区間長Emを算出することができる。
つづいて、車上装置において自列車の位置を特定し、地上制御装置9が列車間隔を制御する動作について説明する。
車上制御装置3は、GPS受信器1より得られる緯度・経度情報(場合によっては高度を併用することもある)、路線データベース4に基づいて起点10からキロ程に換算した値、および速度発電機5より得られるパルスカウントを元に列車7の移動距離を逐次演算した移動キロ程、を組み合わせて演算処理を行い、位置情報を更新する。列車7では、このように演算して求めた位置情報を、無線車上局2および無線基地局8経由で地上制御装置9へ送信する。
地上制御装置9は、図2では制御エリア内に列車7が1つのみであるが、複数の列車7が存在する場合、同様の方法で複数の列車7から位置情報を取得して各列車7の位置を管理する。そして、列車間隔を制御するための情報である停止限界の情報を、無線基地局8および無線車上局2経由で各列車7の車上制御装置3へ送信する。
車上制御装置3は、受信した停止限界情報、自列車の位置、速度、自列車のブレーキ性能に基づいて逐次演算処理を行い、停止限界位置よりも起点10側に自列車を停止するための余裕をもった制御を行う。このため、列車7では、制御する上で目標とする精度で自列車の位置を検知し、更新する必要がある。
GPS受信器1および速度発電機5を組み合わせた列車位置計算方法は、地上側にトランスポンダ地上子等を配置して車上側に設けた車上子と結合したことを検知し、位置確定および位置補正する方法と比較すると、地上設備が簡素化されるため、長距離路線での使用に適している。一方で、GPS受信器1を用いて列車位置を高精度で演算するためには、4台以上のGPS衛星からのGPS信号を受信することが必要である。そのため、列車7が走行する地形の影響を受け、全く受信できないトンネル17や、列車7の真上にあるGPS衛星からのGPS信号しか受信できない谷11、ビル陰14では、列車位置を確定または補正することはできない。速度発電機5は、列車位置の差分を計算することしかできないため、列車位置の確定には、GPS受信器1からの緯度・経度情報が必要である。また、列車位置の差分についても、車輪径の誤差により累積誤差が蓄積していくため、GPS受信器1からの緯度・経度情報を用いて一定距離走行後は、その都度補正することが必要となる。
ここで、従来からの列車位置の計算方法について説明する。図4は、従来の列車位置計算方法を示すフローチャートである。まず、車上装置では、車上制御装置3が、GPS受信器1からGPS信号に基づく緯度・経度情報(位置情報)を受信しない間は受信するまで待機する(ステップS1:未受信)。GPS受信器1から緯度・経度情報を受信しないとは、GPS受信器1がGPS信号を受信していない状態である。なお、GPS受信器1からは、1秒程度の周期で緯度・経度情報を送信しているものとする。GPS受信器1から緯度・経度情報を受信すると(ステップS1:受信)、車上制御装置3は、GPS受信器1からの緯度・経度情報による列車位置P1を確定する(ステップS2)。
つぎに、車上制御装置3は、速度発電機5からの情報により列車位置P2に更新する(ステップS3)。具体的には、ステップS1においてGPS受信器1からの緯度・経度情報により列車位置P1を確定したとき、または、前回速度発電機5からの情報により列車位置P2を更新したとき、からの走行距離を加算する。速度発電機5からは、GPS受信器1からの送信周期よりも短い100〜200m秒程度の周期で情報を送信することから、車上制御装置3は、その都度列車位置P2を更新する。
つぎに、車上制御装置3は、GPS受信器1から緯度・経度情報を受信したかどうかを確認する(ステップS4)。受信した場合(ステップS4:受信)、キロ程の補正が必要かどうかを判断する(ステップS5)。補正が必要な場合(ステップS5:補正要)、車上制御装置3は、キロ程を補正する処理を行い(ステップS6)、GPS受信器1からの最新の受信時の情報により列車位置P1を更新する(ステップS7)。そして、車上制御装置3は、ステップS3に戻って、速度発電機5からの情報により列車位置P2に更新する(ステップS3)。一方、補正が不要な場合(ステップS5:補正不要)、車上制御装置3は、キロ程を補正することなく、GPS受信器1からの最新の受信時の情報により列車位置P1を更新する(ステップS7)。
ステップS4に戻って、車上制御装置3は、GPS受信器1から緯度・経度情報を受信していない場合(ステップS4:未受信)、未受信での列車走行距離である継続走行キロ程(P2−P1で表すことができる)が判定閾値(L1)より大きいかどうかを確認する(ステップS8)。判定閾値(L1)とは、GPS受信器1からの情報を未受信で速度発電機5からの情報により列車位置P2に更新し続けた場合に、自列車の位置の誤差を保障できるまでの走行距離をいう。判定閾値(L1)は、例えば、地上制御装置9から取得した、自列車の前に走行する列車の位置に基づく停止限界に対して、自列車のブレーキ性能等を考慮して決定した値であって、自列車を停止する判定をするための閾値である。判定閾値(L1)は、停止限界に対して余裕を持たせて設定することができる。判定閾値(L1)以下の場合(ステップS8:No)、車上制御装置3は、ステップS3に戻って、速度発電機5からの情報により列車位置P2に更新する(ステップS3)。一方、判定閾値(L1)より大きい場合(ステップS8:Yes)、車上制御装置3は、列車位置が保障できないとして、ブレーキ出力し、列車7を停止する(ステップS9)。なお、停止した場合は、運転士等が位置を補正する復帰処理を行ってから、再度スタートから開始する。
このように、従来の列車位置計算方法では、車上制御装置3は、GPS受信器1で未受信の状態のまま判定閾値(L1)だけ走行すると、走行するエリアの状態にかかわらず、自列車を停止する制御を行う。
つづいて、本実施の形態の列車位置の計算方法について説明する。図5は、本実施の形態の列車位置計算方法を示すフローチャートである。ステップS1〜S3までは、従来(図4参照)と同一である。車上制御装置3は、速度発電機5からの情報により列車位置P2に更新すると(ステップS3)、つぎに、自列車の位置が電波受信困難エリアかどうかを確認する(ステップS11)。車上制御装置3は、図3に示す路線データベース4を参照することにより、現在の自列車の位置が電波受信困難エリアかどうかを確認することができる。電波受信困難エリアにいる場合(ステップS11:Yes)、車上制御装置3は、停止限界に対して余裕を持たせるため、判定閾値(L1)を変更する(ステップS12)。そして、車上制御装置3は、GPS受信器1から緯度・経度情報を取得したかどうかを確認することなく、ステップS3に戻って、速度発電機5からの情報により列車位置P2に更新する(ステップS3)。
電波受信困難エリアにいる場合には、GPS受信器1ではGPS衛星からの信号を受信できていないと考えられることから、自列車の位置精度が悪化している可能性がある。そのため、再度GPS受信器1からの緯度・経度情報を受信するまでは、列車の停止限界に対して余裕を持たせるために、元々設定している余裕に対して、さらに余裕長を追加して安心を確保する。具体的には、余裕長を追加されることにより、判定閾値(L1)は短くなる。余裕長の計算は、例えば、路線データベース4に含まれる電波受信困難エリアの区間長に一定の係数を乗算することによって算出することができる。なお、判定閾値(L1)を変更する方法としては、ステップS12を通過するごとに判定閾値(L1)を変更する、または、ステップS12を複数回通過する場合には、最初の1回のみ判定閾値(L1)を変更し、以降では変更した判定閾値(L1)の値を維持する、などがあるがこれらに限定するものではない。
つぎに、ステップS11において、電波受信困難エリアにいない場合(ステップS11:No)、車上制御装置3は、GPS受信器1から緯度・経度情報を受信したかどうかを確認する(ステップS4)。受信した場合(ステップS4:受信)、車上制御装置3は、判定閾値(L1)が変更されている場合は、判定閾値(L1)を変更前の値に戻す(ステップS13)。すなわち、変更されていた判定閾値(L1)をリセットする。そして、キロ程の補正が必要かどうかを判断する(ステップS5)。以降の処理は従来(図4参照)と同様である。なお、判定閾値(L1)が変更されていなかった場合、車上制御装置3は、ステップS13において何ら処理を行うことなく、キロ程の補正が必要かどうかを判断する(ステップS5)。
ステップS4に戻って、車上制御装置3は、GPS受信器1から緯度・経度情報を受信していない場合(ステップS4:未受信)、P1,P2間に電波受信困難エリアが含まれているかどうかを確認する(ステップS14)。車上制御装置3は、ステップS11のときと同様、図3に示す路線データベース4を参照することにより、P1,P2間に電波受信困難エリアが含まれているかどうかを確認することができる。含まれていない場合(ステップS14:No)、未受信での継続走行キロ程が判定閾値(L1)より大きいかどうかを確認する(ステップS8)。以降の処理は従来(図4参照)と同様である。
一方、P1,P2間に電波受信困難エリアが含まれている場合(ステップS14:Yes)、車上制御装置3は、GPS受信器1から未受信での継続走行キロ程から電波受信困難エリア(L2とする。)を除いた値が判定閾値(L1)より大きいかどうかを確認する(ステップS15)。具体的に、電波受信困難エリア(L2)は、路線データベース4に記億されている区間長に相当する。判定閾値(L1)以下の場合(ステップS15:No)、車上制御装置3は、ステップS3に戻って、速度発電機5からの情報により列車位置P2に更新する(ステップS3)。一方、判定閾値(L1)より大きい場合(ステップS15:Yes)、車上制御装置3は、列車位置が保障できないとして、ブレーキ出力し、列車7を停止する(ステップS9)。
このように、GPS受信器からの情報により特定した列車位置を、前記GPS受信器からの情報取得周期よりも短い周期で取得した速度発電機の情報により走行距離を加算して更新する、列車7に搭載された車上装置では、列車7が電波受信困難エリアを走行中は、ブレーキ出力して列車7を停止することを回避する。また、電波受信困難エリア以外の区間においても、GPS受信器1から受信していない状態で走行した区間に電波受信困難エリアが含まれる場合には、その電波受信困難エリア分を差し引いて判定閾値(L1)との比較を行う。このとき、判定閾値(L1)は、安全性確保のため変更されている。これにより、電波受信困難エリアから出た直後に列車7を停止することを回避する。
なお、電波受信困難エリアにいる場合、車上制御装置3は、停止限界に対して余裕を持たせるため、判定閾値(L1)を変更することとしたが、これに限定するものではない。例えば、あらかじめ判定閾値(L1)の値に余裕を持たせておくことで、電波受信困難エリアにいる場合であっても判定閾値(L1)を変更しないことも可能である。この場合、ステップS12、S13の処理を省略することができる。
以上説明したように、本実施の形態では、車上装置では、地形上GPS信号を受信することが困難な電波受信困難エリアについての情報を保有し、自列車においてGPS信号を受信できない場合、電波受信困難エリアについては、列車を停止するための走行キロ程の対象としないこととした。これにより、安全に列車間隔を制御しつつ、GPS受信器1からの緯度・経度情報を受信できない状態が一定期間継続した場合においても、電波受信困難エリア走行中や電波受信困難エリア直後において、ブレーキ出力により列車が停止する事態を回避することができる。
以上のように、本発明にかかる車上制御装置は、列車位置を計算する装置に有用であり、特に、GPS受信器を用いる場合に適している。
1 GPS受信器
2 無線車上局
3 車上制御装置
4 路線データベース
5 速度発電機
6 スイッチ
7 車両
8 無線基地局
9 地上制御装置

Claims (10)

  1. GPS受信器からの位置情報により特定した列車位置を、前記GPS受信器からの位置情報取得周期よりも短い周期で取得した速度発電機の情報により走行距離を加算して更新する、列車に搭載された車上装置であって、
    自列車が走行するエリアにおいてGPS信号を受信することが困難な電波受信困難エリアの、起点からの開始距離および終了距離、区間長を記憶した路線データベースと、
    前記路線データベースを確認して自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認し、自列車が電波受信困難エリアにいない場合、さらに、前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認し、前記GPS受信器から位置情報を取得していない場合、前記走行距離と自列車を停止する判定をするための判定閾値とに基づいて自列車を停止する制御を行う車上制御装置と、
    を備え、
    前記車上制御装置は、
    自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認した結果、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認せず、前記速度発電機の情報により列車位置を更新する、
    ことを特徴とする車上装置。
  2. 前記車上制御装置は、前記GPS受信器から位置情報を取得していない場合、
    前記走行距離を走行した区間に前記電波受信困難エリアが含まれないときは、前記走行距離と前記判定閾値とを比較し、前記判定閾値の方が小さいときは自列車を停止する制御を行い、
    前記走行距離を走行した区間に前記電波受信困難エリアが含まれるときは、前記走行距離から前記電波受信困難エリアの区間長を減算した値と前記判定閾値とを比較し、前記判定閾値の方が小さいときは自列車を停止する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項1に記載の車上装置。
  3. 前記車上制御装置は、
    自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認した結果、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、前記判定閾値の値を変更した状態とし、
    前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認した結果、前記GPS受信器から位置情報を取得している場合、前記判定閾値の値が変更されているときは前記判定閾値の値を変更前の値に戻す、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の車上装置。
  4. 前記車上制御装置は、自列車が電波受信困難エリアにいると確認する毎に、前記判定閾値から前記区間長に基づいた値を減算する、
    ことを特徴とする請求項3に記載の車上装置。
  5. 前記車上制御装置は、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、前記判定閾値が変更されていないときは、前記判定閾値から前記区間長に基づいた値を減算する、
    ことを特徴とする請求項3に記載の車上装置。
  6. GPS受信器からの位置情報により特定した列車位置を、前記GPS受信器からの位置情報取得周期よりも短い周期で取得した速度発電機の情報により走行距離を加算して更新する、列車に搭載された車上装置の列車位置計算方法であって、
    前記車上装置が、前記列車が走行するエリアにおいてGPS信号を受信することが困難な電波受信困難エリアの、起点からの開始距離および終了距離、区間長を記憶した路線データベース、を備える場合に、
    前記路線データベースを確認し、自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認する自列車位置確認ステップと、
    自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認した結果、自列車が電波受信困難エリアにいない場合、前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認するGPS情報確認ステップと、
    前記GPS受信器から位置情報を取得していない場合、前記走行距離と自列車を停止する判定をするための判定閾値とに基づいて自列車を停止する制御を行う列車停止制御ステップと、
    自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認した結果、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認せず、前記速度発電機の情報により列車位置を更新する列車位置更新ステップと、
    を含むことを特徴とする列車位置計算方法。
  7. 前記列車停止制御ステップでは、
    前記走行距離を走行した区間に前記電波受信困難エリアが含まれないときは、前記走行距離と前記判定閾値とを比較し、前記判定閾値の方が小さいときは自列車を停止する制御を行い、
    前記走行距離を走行した区間に前記電波受信困難エリアが含まれるときは、前記走行距離から前記電波受信困難エリアの区間長を減算した値と前記判定閾値とを比較し、前記判定閾値の方が小さいときは自列車を停止する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項6に記載の列車位置計算方法。
  8. さらに、
    前記自列車位置確認ステップで自列車が電波受信困難エリアにいるかどうかを確認した結果、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、
    前記判定閾値の値を変更した状態とする判定閾値変更ステップと、
    前記GPS情報確認ステップで前記GPS受信器から位置情報を取得したかどうかを確認した結果、前記GPS受信器から位置情報を取得している場合、
    前記判定閾値の値が変更されているときは前記判定閾値の値を変更前の値に戻す判定閾値リセットステップと、
    を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の列車位置計算方法。
  9. 前記判定閾値変更ステップでは、自列車が電波受信困難エリアにいると確認する毎に、前記判定閾値から前記区間長に基づいた値を減算する、
    ことを特徴とする請求項8に記載の列車位置計算方法。
  10. 前記判定閾値変更ステップでは、自列車が電波受信困難エリアにいる場合、前記判定閾値が変更されていないときは、前記判定閾値から前記区間長に基づいた値を減算する、
    ことを特徴とする請求項8に記載の列車位置計算方法。
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