JP2014021075A - Train speed measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レール上を走行する列車の速度を計測する列車速度計測装置に関する。 The present invention relates to a train speed measuring device that measures the speed of a train traveling on a rail.
特許文献１には、列車に搭載され、ドップラ効果を利用して列車の速度を計測する、レーダ式速度計測装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a radar-type speed measurement device that is mounted on a train and measures the speed of the train using the Doppler effect.
レール上を走行する列車の速度（対地速度）を、列車に搭載したレーダ式の速度計で計測する場合であって、電磁波を地面に照射してその反射波に基づき列車速度を計測する場合、例えば列車が橋梁を走行しているときには、枕木の間で隙間があいてしまい、隙間の部分で電磁波が反射しないため、速度計測を行うことができなくなってしまう。 When the speed of the train traveling on the rail (ground speed) is measured with a radar-type speedometer mounted on the train, and when the train speed is measured based on the reflected wave by applying electromagnetic waves to the ground, For example, when a train is traveling on a bridge, there is a gap between sleepers, and electromagnetic waves are not reflected at the gap portion, and speed measurement cannot be performed.
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、列車が橋梁などを走行している場合であっても反射波を利用した速度計測を継続して行える、列車速度計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and provides a train speed measuring device capable of continuously performing speed measurement using reflected waves even when a train is traveling on a bridge or the like. For the purpose.
そのため、本発明に係る列車速度計測装置は、レール上を走行する列車に搭載される列車速度計測装置であって、電磁波を前記レールに向けて送信し、前記レールからの反射波に基づき、前記列車の速度を計測するようにした。 Therefore, the train speed measurement device according to the present invention is a train speed measurement device mounted on a train traveling on a rail, and transmits electromagnetic waves toward the rail, based on the reflected wave from the rail, The speed of the train was measured.
上記発明によると、レールは、橋梁などにおいても途切れることなく設けられるから、速度計測を継続して行える。 According to the above invention, since the rail is provided without interruption even in a bridge or the like, speed measurement can be continuously performed.
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、レール上を走行する列車（鉄道車両）に搭載され、反射波を利用して当該列車の速度（対地速度）を計測するレーダ式列車速度計測装置の一例を示す。
図１において、左右一対のレール（軌条）１は、路盤２上に枕木３を介して設けられ、車輪４を介して列車５の加重を支持し、かつ、列車５を誘導走行させる。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows an example of a radar-type train speed measurement device that is mounted on a train (railway vehicle) that travels on a rail and measures the speed (ground speed) of the train using reflected waves.
In FIG. 1, a pair of left and right rails (rails) 1 are provided on a roadbed 2 via sleepers 3, support the weight of a train 5 via wheels 4, and guide the train 5 to travel.
列車５の車体下部５ａには、ステー６を介して列車速度計測装置７が吊り下げ固定されている。
列車速度計測装置７は、ドップラ効果を利用するドップラ式速度計であり、電磁波を送信する電磁波送信部７１と、反射波を受信する反射波受信部７２とを含み、反射波の周波数に基づき列車５の速度（対地速度）を計測する。
A train speed measuring device 7 is suspended and fixed to a vehicle body lower portion 5 a of the train 5 via a stay 6.
The train speed measurement device 7 is a Doppler type speedometer that uses the Doppler effect, and includes an electromagnetic wave transmission unit 71 that transmits electromagnetic waves and a reflected wave reception unit 72 that receives reflected waves, and trains based on the frequency of the reflected waves Measure the speed of 5 (ground speed).
ここで、電磁波送信部７１が送信する電磁波の周波数（Hz）をｆ０、反射波の周波数（Hz）をｆ１、ドップラ周波数（Hz）をｆｄ（ｆｄ＝ｆ１−ｆ０）、列車５の速度（m/s）をＶ、光速（m/s）をｃ、電磁波送信部７１と電磁波を照射するレール１の面とがなす角度（rad）をθとすると、速度Ｖは、以下の数１に従って算出される。
尚、図１には、角度θを、列車５の側方から見た場合の列車５の走行方向（速度方向）と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度として示したが、数１で用いる角度θは、図３〜図１２における列車５の側方から見た場合の列車５の走行方向（レール１）と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度θ３の他、レール１を真上から見たときのレール１と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度θ１、レール１の横断面に直交する方向から見たときのレール１の踏み面と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度θ２などを考慮し、更には、電磁波送信部７１とレール１との距離などの要素も考慮した値とする。
そして、電磁波送信部７１を列車５に設置する場合には、上記の３つの角度θ１〜θ３及びレール１との距離が適切になるように、電磁波送信部７１の設置位置、指向方向が調整される。
Here, the frequency (Hz) of the electromagnetic wave transmitted by the electromagnetic wave transmission unit 71 is f0, the frequency (Hz) of the reflected wave is f1, the Doppler frequency (Hz) is fd (fd = f1-f0), and the speed of the train 5 (m / s) is V, the speed of light (m / s) is c, and the angle (rad) between the electromagnetic wave transmitter 71 and the surface of the rail 1 that radiates the electromagnetic wave is θ, the velocity V is calculated according to the following equation (1). Is done.
In FIG. 1, the angle θ is shown as an angle formed by the traveling direction (speed direction) of the train 5 and the electromagnetic wave directing direction of the electromagnetic wave transmission unit 71 when viewed from the side of the train 5. 1 is an angle θ3 formed by the traveling direction of the train 5 (rail 1) and the electromagnetic wave directing direction of the electromagnetic wave transmission unit 71 when viewed from the side of the train 5 in FIGS. An angle θ1 formed by the rail 1 when viewed from directly above the rail 1 and the electromagnetic wave directing direction of the electromagnetic wave transmission unit 71, and a tread surface of the rail 1 and electromagnetic wave transmission when viewed from a direction orthogonal to the cross section of the rail 1 The angle θ2 formed by the electromagnetic wave directing direction of the unit 71 is taken into consideration, and further, the value such as the distance between the electromagnetic wave transmission unit 71 and the rail 1 is taken into consideration.
And when installing the electromagnetic wave transmission part 71 in the train 5, the installation position and directivity direction of the electromagnetic wave transmission part 71 are adjusted so that the distance between the three angles θ1 to θ3 and the rail 1 is appropriate. The
図２は、電磁波送信部７１及び反射波受信部７２の構成の一例を示すブロック図である。
図２において、電磁波送信部７１は、送信電磁波発生部７１ａ、送信電磁波発生部７１ａが発生した電磁波を増幅する増幅部７１ｂ、増幅部７１ｂで増幅された電磁波（周波数ｆ０）を送信する送信アンテナ７１ｃを含む。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of the electromagnetic wave transmission unit 71 and the reflected wave reception unit 72.
In FIG. 2, an electromagnetic wave transmission unit 71 includes a transmission electromagnetic wave generation unit 71a, an amplification unit 71b that amplifies the electromagnetic wave generated by the transmission electromagnetic wave generation unit 71a, and a transmission antenna 71c that transmits the electromagnetic wave (frequency f0) amplified by the amplification unit 71b. including.
また、反射波受信部７２は、反射波（周波数ｆ１）を受信する受信アンテナ７２ａ、受信アンテナ７２ａからの信号（周波数ｆ１）と送信電磁波発生部７１ａからの信号（周波数ｆ０）とを入力して、ドップラ周波数ｆｄ成分を出力する復調部（検波部）７２ｂを含む。
そして、処理部７３は、復調部７１ｂが出力するドップラ周波数ｆｄ成分を入力し、数１に従って列車５の速度Ｖを演算し、演算した速度Ｖの信号を出力する。
The reflected wave receiving unit 72 receives the signal (frequency f1) from the receiving antenna 72a that receives the reflected wave (frequency f1), the signal (frequency f1) from the receiving antenna 72a, and the signal (frequency f0) from the transmission electromagnetic wave generating unit 71a. And a demodulator (detector) 72b for outputting a Doppler frequency fd component.
And the process part 73 inputs the Doppler frequency fd component which the demodulation part 71b outputs, calculates the speed V of the train 5 according to Formula 1, and outputs the signal of the calculated speed V.
ここで、レール１に対して電磁波を照射し、かつ、レール１からの反射波を受信し、レール１からの反射波に基づいて列車５の速度を計測するために、送信アンテナ７１ｃの電磁波照射範囲及び受信アンテナ７２ａの受信範囲にレール１が含まれるようにしてある。
送信アンテナ７１ｃからレール１に向けて送信する電磁波としては、周波数が３０〜３００GHzの電磁波であるミリ波（60GHz帯）を用いることができる。周波数の高い電磁波を用いることで、電磁波の指向性を高め、速度Ｖの検出精度を高めることができる。
また、送信と受信とを交互に実施することで、１つのアンテナを送信と受信とに共用することができる。
Here, in order to irradiate the rail 1 with an electromagnetic wave, receive a reflected wave from the rail 1, and measure the speed of the train 5 based on the reflected wave from the rail 1, the electromagnetic wave irradiation of the transmission antenna 71c. The rail 1 is included in the range and the reception range of the reception antenna 72a.
As an electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna 71c toward the rail 1, a millimeter wave (60 GHz band) that is an electromagnetic wave having a frequency of 30 to 300 GHz can be used. By using an electromagnetic wave having a high frequency, the directivity of the electromagnetic wave can be increased and the detection accuracy of the speed V can be increased.
Further, by alternately performing transmission and reception, one antenna can be shared for transmission and reception.
上記の列車速度計測装置７によれば、レール１からの反射波に基づいて列車５の速度Ｖを計測するから、列車５が橋梁（鉄橋）などを走行している場合であっても、連続して設けられるレール１からの反射波を受信して継続的に速度Ｖを計測できる。
路盤２などからの反射波に基づいて列車５の速度Ｖを計測する場合、列車５が橋梁を走行するときに、枕木３の間の隙間部分で反射波を受信できず、速度計測が行えなくなってしまうが、レール１は橋梁部分でも途切れることなく連続して設けられるため、橋梁部分でも継続した速度計測が可能である。
According to the train speed measuring device 7 described above, since the speed V of the train 5 is measured based on the reflected wave from the rail 1, even if the train 5 is traveling on a bridge (iron bridge) or the like, it is continuous. Thus, the reflected wave from the rail 1 provided can be received and the velocity V can be continuously measured.
When the speed V of the train 5 is measured based on the reflected wave from the roadbed 2 or the like, when the train 5 travels on the bridge, the reflected wave cannot be received in the gap portion between the sleepers 3 and the speed measurement cannot be performed. However, since the rail 1 is provided continuously without interruption even at the bridge portion, it is possible to continuously measure the speed at the bridge portion.
上記の列車速度計測装置７において、レール１に対する電磁波の照射位置（反射位置）は限定されないが、以下では、電磁波の照射位置（反射位置）の設定例を説明する。
図３は、レール１の踏面（頭頂部）１ａからの反射波に基づいて速度計測を行わせる場合の送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの配置の一例を示す。
In the train speed measuring device 7 described above, the irradiation position (reflection position) of the electromagnetic wave with respect to the rail 1 is not limited, but a setting example of the irradiation position (reflection position) of the electromagnetic wave will be described below.
FIG. 3 shows an example of the arrangement of the transmission antenna 71c and the reception antenna 72a when speed measurement is performed based on a reflected wave from the tread (top) 1a of the rail 1.
図３（Ａ）は、レール１を垂直方向の真上から見た図であり、送信アンテナ７１ｃ（電磁波送信部）及び受信アンテナ７２ａ（反射波受信部）が、レール１の真上に位置するように相互に隣接して配置されている。
そして、レール１を真上から見た場合に、列車５の前後方向、換言すれば、レール１の延設方向に略沿って電磁波が照射されるように、送信アンテナ７１ｃの左右方向における指向方向を設定してある。換言すれば、送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが平行で、送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が０degになるようにしてある。
これにより、レール１の横断面に直交する方向から見たときに、図３（Ｂ）に示すように、レール１の踏面１ａに対して電磁波が略直角に照射されることになる。換言すれば、送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が９０degになるようにしてある。
FIG. 3A is a view of the rail 1 as viewed from directly above in the vertical direction. The transmitting antenna 71c (electromagnetic wave transmitting unit) and the receiving antenna 72a (reflected wave receiving unit) are positioned directly above the rail 1. Are arranged adjacent to each other.
Then, when the rail 1 is viewed from directly above, the directivity direction in the left-right direction of the transmission antenna 71c is such that the electromagnetic wave is irradiated substantially along the longitudinal direction of the train 5, in other words, along the extending direction of the rail 1. Is set. In other words, the directivity direction of the transmitting antenna 71c and the extending direction of the rail 1 are parallel, and the angle θ1 formed by the directing direction of the transmitting antenna 71c and the extending direction of the rail 1 is set to 0 deg.
As a result, when viewed from a direction perpendicular to the cross section of the rail 1, as shown in FIG. 3B, the electromagnetic wave is irradiated to the tread surface 1 a of the rail 1 at a substantially right angle. In other words, an angle θ2 formed by the directivity direction of the transmission antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 is set to 90 deg.
一方、レール１の側面１ｂ側から見たときには、図３（Ｃ）に示すように、電磁波の照射方向が斜め下方となるように送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してあり、図３（Ｃ）に示す例では、レール１の踏面１ａと送信アンテナ７１ｃの指向方向とがなす角度θ３を、一例として４５degに設定してある。
そして、送信アンテナ７１ｃから送信され、レール１の踏面１ａで反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波が、受信アンテナ７２ａに受信されるように、受信アンテナ７２ａの指向方向を送信アンテナ７１ｃの指向方向と略平行に設定してある。
On the other hand, when viewed from the side surface 1b side of the rail 1, as shown in FIG. 3C, the directivity direction of the transmission antenna 71c is set so that the electromagnetic wave irradiation direction is obliquely downward. In the example shown in (2), an angle θ3 formed by the tread surface 1a of the rail 1 and the directivity direction of the transmission antenna 71c is set to 45 deg as an example.
Then, among the electromagnetic waves transmitted from the transmission antenna 71c and reflected by the tread 1a of the rail 1, the reflected wave reflected back to the transmission antenna 71c is received by the reception antenna 72a so that the reception antenna 72a is directed. The direction is set substantially parallel to the directivity direction of the transmission antenna 71c.
レール１からの反射波として、レール１の側面１ｂからの反射波を用いて速度計測を行わせることができるが、レール１の頭部側面や腹部などの側面１ｂに対して斜めに電磁波を照射する場合、レール１の曲線区間（カーブ）では、曲率半径Ｒの大きさに応じて電磁波の照射角度が直線区間の角度から変化してしまい、速度計測値に誤差を生じてしまう。
これに対し、図３に示すように、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａを配置することで、レール１の踏面１ａに電磁波を照射し、踏面１ａからの反射波に基づいて速度計測を行うようにすれば、レール１の曲線区間で電磁波の照射角度が変化することがなく、曲線区間で速度計測値に誤差が生じることを抑制できる。
The reflected wave from the rail 1 can be used to measure the speed by using the reflected wave from the side surface 1b of the rail 1, but electromagnetic waves are obliquely applied to the side surface 1b such as the head side surface and the abdomen of the rail 1. In this case, in the curve section (curve) of the rail 1, the irradiation angle of the electromagnetic wave changes from the angle of the straight section according to the magnitude of the curvature radius R, and an error occurs in the speed measurement value.
On the other hand, as shown in FIG. 3, by arranging the transmitting antenna 71c and the receiving antenna 72a, the tread surface 1a of the rail 1 is irradiated with electromagnetic waves, and the speed is measured based on the reflected wave from the tread surface 1a. If it does so, the irradiation angle of electromagnetic waves does not change in the curve section of the rail 1, and it can suppress that an error arises in a speed measurement value in a curve section.
但し、図３に示すように、レール１の真上から踏面１ａに対して電磁波を照射する設定では、曲線区間の曲率半径Ｒが小さく、列車５の偏倚が大きくなると、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの真下の位置からレール１の位置が左右にずれ、レール１の踏面１ａからの反射波を受信できなくなるか、及び／又は、レール１の側面１ｂや底部１ｅからの反射波を受信してしまう可能性がある。そして、レール１の側面１ｂからの反射波を受信すると、速度計測値に誤差が生じることになる。
尚、列車５の偏倚とは、レール１の曲線区間（カーブ）でのレール１に対する車体の内外へのずれである。
However, as shown in FIG. 3, in the setting in which electromagnetic waves are applied to the tread 1a from directly above the rail 1, when the curvature radius R of the curved section is small and the deviation of the train 5 is large, the transmission antenna 71c and the reception antenna The position of the rail 1 is shifted to the left and right from the position directly below 72a, and the reflected wave from the tread surface 1a of the rail 1 cannot be received, and / or the reflected wave from the side surface 1b and the bottom 1e of the rail 1 is received. There is a possibility. When the reflected wave from the side surface 1b of the rail 1 is received, an error occurs in the speed measurement value.
The deviation of the train 5 is a deviation of the vehicle body inward and outward with respect to the rail 1 in a curved section (curve) of the rail 1.
そこで、レール１の踏面１ａからの反射波に基づき速度計測を行わせる列車速度計測装置７において、偏倚に伴う計測誤差を低減できる、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの配置の一例を、図４に従って説明する。
図４に示す列車速度計測装置７では、列車５の左右方向（左右レール１の並び方向）において、１本のレール１を挟んで、一方側に送信アンテナ７１ｃ（電磁波送信部）、他方側に受信アンテナ７２ａ（反射波受信部）を配置してある。
Therefore, in the train speed measurement device 7 that performs speed measurement based on the reflected wave from the tread 1a of the rail 1, an example of the arrangement of the transmission antenna 71c and the reception antenna 72a that can reduce measurement errors due to deviation is shown in FIG. explain.
In the train speed measuring device 7 shown in FIG. 4, in the left-right direction of the train 5 (the direction in which the left and right rails 1 are arranged), one rail 1 is sandwiched between the transmitting antenna 71 c (electromagnetic wave transmitting unit) on one side and the other side. A receiving antenna 72a (reflected wave receiving unit) is arranged.
そして、レール１の横断面に直交する方向から見たときに、図４（Ｂ）に示すように、送信アンテナ７１ｃの指向方向を、レール１の踏面１ａの中央に向け、送信アンテナ７１ｃによる電磁波照射範囲にレール１の踏面１ａが含まれるようにしてある。尚、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２を、図４に示す例では、一例として７５degに設定してある。
また、受信アンテナ７２ａの指向方向も、レール１の踏面１ａの中央に向けられており、受信アンテナ７２ａの反射波の受信範囲にレール１の踏面１ａが含まれるようにしてある。更に、レール１の直線区間における受信ンテナ７２ａの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２を、送信アンテナ７１ｃ側と同じ角度（例えば７５deg）に設定してある。
When viewed from a direction perpendicular to the cross section of the rail 1, as shown in FIG. 4B, the directivity of the transmission antenna 71c is directed toward the center of the tread surface 1a of the rail 1, and the electromagnetic wave generated by the transmission antenna 71c. The irradiation range includes the tread surface 1a of the rail 1. In the example shown in FIG. 4, the angle θ2 formed by the directing direction of the transmission antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 in the straight section of the rail 1 is set to 75 deg as an example.
The directivity direction of the receiving antenna 72a is also directed to the center of the tread surface 1a of the rail 1, and the tread surface 1a of the rail 1 is included in the reception range of the reflected wave of the receiving antenna 72a. Further, the angle θ2 formed by the directing direction of the receiving antenna 72a and the tread surface 1a of the rail 1 in the straight section of the rail 1 is set to the same angle (for example, 75 deg) as the transmitting antenna 71c side.
一方、レール１の側面１ｂ側から見たときには、図４（Ｃ）に示すように、電磁波の照射方向がレール１の踏面１ａに向けて斜め下方となるように送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定し、かつ、受信アンテナ７２ａの指向方向も、送信アンテナ７１ｃの指向方向と略平行になるように、レール１の踏面１ａに向け斜め下方に設定されている。図４（Ｃ）に示す例では、レール１の踏面１ａと送信アンテナ７１ｃの指向方向及び受信アンテナ７２ａの指向方向とがなす角度θ３を、一例として４５degに設定してある。
上記指向方向の設定により、レール１を垂直方向の真上から見た場合には、図４（Ａ）に示すように、レール１の外側に配置された送信アンテナ７１ｃが、レール１の踏面１ａに向けて斜めに電磁波を照射し、レール１を挟んで逆側に配置された受信アンテナ７２ａが、レール１の踏面１ａでの反射波を受信することになる。
On the other hand, when viewed from the side surface 1b side of the rail 1, as shown in FIG. 4C, the directivity direction of the transmission antenna 71c is set so that the irradiation direction of the electromagnetic wave is obliquely downward toward the tread surface 1a of the rail 1. In addition, the directivity direction of the reception antenna 72a is also set obliquely downward toward the tread surface 1a of the rail 1 so as to be substantially parallel to the directivity direction of the transmission antenna 71c. In the example shown in FIG. 4C, an angle θ3 formed by the tread surface 1a of the rail 1, the directivity direction of the transmission antenna 71c, and the directivity direction of the reception antenna 72a is set to 45 degrees as an example.
When the rail 1 is viewed from directly above in the vertical direction according to the setting of the directivity direction, as shown in FIG. 4A, the transmitting antenna 71c disposed outside the rail 1 is connected to the tread 1a of the rail 1. The receiving antenna 72a disposed on the opposite side across the rail 1 receives the reflected wave on the tread surface 1a of the rail 1 by irradiating electromagnetic waves obliquely toward the surface.
即ち、図４に示す例では、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａは、レール１を含む垂直面を対称面として面対称に配置されている。
列車速度計測装置７の送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの指向方向を、レール１の直線区間において図４に示すような方向になるように設定しても、レール１の曲線区間において列車５の偏倚が生じると、受信アンテナ７２ａと送信アンテナ７１ｃとの位置に対して相対的にレール１の位置が左右にずれることで、例えば、図５に示すような位置関係に変化する。
That is, in the example shown in FIG. 4, the transmission antenna 71 c and the reception antenna 72 a are arranged in plane symmetry with a vertical plane including the rail 1 as a symmetry plane.
Even if the directivity directions of the transmission antenna 71c and the reception antenna 72a of the train speed measuring device 7 are set to be the directions shown in FIG. 4 in the straight section of the rail 1, the deviation of the train 5 in the curved section of the rail 1 When this occurs, the position of the rail 1 is shifted to the left and right relative to the positions of the receiving antenna 72a and the transmitting antenna 71c, so that, for example, the positional relationship as shown in FIG. 5 is changed.
図５は、レール１の曲線区間で、レール１の位置が送信アンテナ７１ｃの真下側に近づく偏倚が発生した例を示す。
このとき、レール１の踏面１ａは、送信アンテナ７１ｃの電磁波送信範囲内で、かつ、受信アンテナ７２ａの反射波受信範囲内で変位するように、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａに指向角度を設定してあり、レール１の曲線区間でもレール１の踏面１ａからの反射波に基づいて速度Ｖを計測することが可能である。
FIG. 5 shows an example in which a deviation in which the position of the rail 1 approaches the lower side of the transmitting antenna 71c in the curved section of the rail 1 is generated.
At this time, the tread surface 1a of the rail 1 sets the directivity angle to the transmission antenna 71c and the reception antenna 72a so as to be displaced within the electromagnetic wave transmission range of the transmission antenna 71c and within the reflected wave reception range of the reception antenna 72a. Even in the curved section of the rail 1, the velocity V can be measured based on the reflected wave from the tread 1a of the rail 1.
更に、以下に説明するように、レール１の側面１ｂからの反射波が受信されることが抑制されるため、レール１の曲線区間でも列車５の速度Ｖを高精度に計測できる。
レール１の曲線区間で、送信アンテナ７１ｃからレール１に向けて送信される電磁波の一部が、図５におけるレール１の右側面１ｂＲに照射されても、右側面１ｂＲは、受信アンテナ７２ａ側から見えるレール１の左側面１ｂＬの裏面であり、レール１が遮蔽物となって右側面１ｂＲでの反射波が受信アンテナ７２ａに受信されることが抑制される。
Furthermore, as will be described below, since the reflected wave from the side surface 1b of the rail 1 is suppressed, the speed V of the train 5 can be measured with high accuracy even in the curved section of the rail 1.
Even if a part of the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna 71c toward the rail 1 in the curved section of the rail 1 is irradiated on the right side surface 1bR of the rail 1 in FIG. 5, the right side surface 1bR is viewed from the receiving antenna 72a side. It is the back surface of the left side surface 1bL of the rail 1 that can be seen, and the rail 1 becomes a shield, and the reflected wave on the right side surface 1bR is suppressed from being received by the receiving antenna 72a.
また、送信アンテナ７１ｃ側から見たときに、レール１の左側面１ｂＬは裏面となり、送信アンテナ７１ｃから送信された電磁波が、直接左側面１ｂＬに照射されることを抑制できる。
図４に示す送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの配置においては、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａが、レール１を挟んで左右対称となるように配置し、かつ、各アンテナ７１ｃ，７２ａの指向方向がレール１を向くように、指向方向を内側に傾けてある。そして、曲線区間で偏倚が生じてもレール１が各アンテナ７１ｃ，７２ａのビーム照射範囲に含まれるように、各アンテナ７１ｃ，７２ａの位置及び放射範囲の調整を行う。
従って、レール１の直線区間で図４に示すように送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａを配置してあれば、レール１の曲線区間で列車５の偏倚が発生しても、レール１の踏面１ａからの反射波を受信でき、かつ、レール１の側面１ｂからの反射波を受信することが抑制され、レール１の曲線区間における計測誤差の発生を抑えることができる。
Further, when viewed from the transmission antenna 71c side, the left side surface 1bL of the rail 1 becomes the back surface, and it is possible to suppress the electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna 71c from being directly irradiated on the left side surface 1bL.
In the arrangement of the transmitting antenna 71c and the receiving antenna 72a shown in FIG. 4, the transmitting antenna 71c and the receiving antenna 72a are arranged so as to be symmetric with respect to the rail 1, and the directivity directions of the antennas 71c and 72a are The directing direction is inclined inward so as to face the rail 1. And even if deviation arises in a curve section, the position and radiation range of each antenna 71c, 72a are adjusted so that the rail 1 is included in the beam irradiation range of each antenna 71c, 72a.
Therefore, if the transmitting antenna 71c and the receiving antenna 72a are arranged in the straight section of the rail 1 as shown in FIG. 4, even if the train 5 is deviated in the curved section of the rail 1, the tread 1a of the rail 1 , And the reception of the reflected wave from the side surface 1b of the rail 1 is suppressed, and the occurrence of measurement errors in the curved section of the rail 1 can be suppressed.
尚、図５（Ｂ）に示す角度は、列車５の偏倚により、レール１の踏面１ａの中央位置と、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａとを結ぶ線が、踏面１ａとなす角度が変化する様子を示し、直線区間において双方が７５degであった角度θ２が、偏倚に伴って８５deg、６５degにそれぞれ変化した場合を示す。 The angle shown in FIG. 5 (B) is such that the angle between the line connecting the center position of the tread surface 1a of the rail 1, the transmitting antenna 71c and the receiving antenna 72a with the tread surface 1a changes due to the deviation of the train 5. In the straight section, the angle θ2 that is 75 deg on both sides is changed to 85 deg and 65 deg with the deviation, respectively.
次に、レール１の側面１ａからの反射波を受信する場合であっても、偏倚に伴う計測誤差の発生を抑制できるようにした、列車速度計測装置７の例を説明する。
偏倚に伴う計測誤差の発生を抑制するために、送信アンテナ７１ｃ（電磁波送信部）と受信アンテナ７２ａ（反射波受信部）との組み合わせを２組設け、２つの送信アンテナ７１ｃによるレール１に対する電磁波の照射角度が、レール１の直線区間では同じであって、レール１の曲線区間では、一方がプラス側に、他方がマイナス側に変化するように、２つの送信アンテナ７１ｃそれぞれの指向方向を設定する。
Next, an example of the train speed measurement device 7 that can suppress the occurrence of measurement errors due to deviation even when a reflected wave from the side surface 1a of the rail 1 is received will be described.
In order to suppress the occurrence of measurement errors due to deviation, two sets of combinations of a transmission antenna 71c (electromagnetic wave transmission unit) and a reception antenna 72a (reflection wave reception unit) are provided, and electromagnetic waves to the rail 1 by the two transmission antennas 71c are provided. The directivity direction of each of the two transmission antennas 71c is set so that the irradiation angle is the same in the straight section of the rail 1 and changes to the plus side and the other changes to the minus side in the curved section of the rail 1. .
即ち、照射角度がプラス側に変化した場合の速度誤差の発生方向と、照射角度がマイナス側に変化した場合の速度誤差の発生方向とは逆になるから、実際の速度よりも速い側に誤差が生じた計測結果と、実際の速度よりも遅い側に誤差が生じた計測結果とが得られることになり、これらの計測結果の間に実際の速度が位置することになる。
特に、プラス側に変化する角度と、マイナス側に変化する角度とが同等になるようにすれば、これらの計測結果の平均値（中央値）が実際の速度に近似することになる。換言すれば、速度計測値の誤差としてプラス側の誤差とマイナス側の誤差とが発生するようにし、かつ、誤差の絶対値が近似するように設定すれば、２つの計測結果の平均値（中央値）が実際の速度に近似することになる。
In other words, the speed error generation direction when the irradiation angle changes to the plus side is opposite to the speed error generation direction when the irradiation angle changes to the minus side, so the error is faster than the actual speed. And a measurement result in which an error occurs on the side slower than the actual speed are obtained, and the actual speed is located between these measurement results.
In particular, if the angle that changes to the plus side is equal to the angle that changes to the minus side, the average value (median value) of these measurement results approximates the actual speed. In other words, if a positive error and a negative error are generated as the error of the speed measurement value, and the absolute value of the error is approximated, the average value of the two measurement results (center Value) will approximate the actual speed.
そこで、プラス側に変化する角度と、マイナス側に変化する角度とが同等になるように、２つの送信アンテナ７１ｃを配置した上で、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波の周波数に基づいて速度Ｖ１を計測すると共に、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波の周波数に基づいて速度Ｖ２を計測し、これら２つの計測結果の平均値Ｖ（Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力させる。 Therefore, after arranging the two transmitting antennas 71c so that the angle changing to the plus side and the angle changing to the minus side are equal, the frequency of the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from one transmitting antenna 71c is set. Based on this, the velocity V1 is measured, the velocity V2 is measured based on the frequency of the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from the other transmitting antenna 71c, and the average value V (V = (V1 + V2) / 2) of these two measurement results. Is output as the final measurement result.
これによって、レール１の側面１ｂからの反射波を受信する場合であっても、直線区間、及び、偏倚が発生する曲線区間において、列車５の速度Ｖを十分な精度で計測することができ、更に、レール１からの反射波に基づいて速度Ｖを計測するので、列車５が橋梁などを走行する場合でも、継続して速度Ｖを計測できる。
但し、曲線区間での照射角度の変化の絶対値に差異があっても、２つの計測結果を用いて最終的な計測値を求めることで、計測誤差の抑制を図ることができ、プラス側に変化する角度とマイナス側に変化する角度とにずれがある配置とすることができる。
ここで、レール１の曲線区間において、一方の電磁波の照射角度がプラス側に、他方の電磁波の照射角度がマイナス側に同じ角度αだけ変化するようにするには、一対の送信アンテナ７１ｃが、レール１の真上から左右方向にずれた位置からレール１に対して傾斜角を有して電磁波を照射し、かつ、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向又は前後方向において面対称をなすように配置する。
Thereby, even when the reflected wave from the side surface 1b of the rail 1 is received, the speed V of the train 5 can be measured with sufficient accuracy in the straight section and the curved section where the deviation occurs. Furthermore, since the speed V is measured based on the reflected wave from the rail 1, the speed V can be continuously measured even when the train 5 travels on a bridge or the like.
However, even if there is a difference in the absolute value of the change in irradiation angle in the curve section, it is possible to reduce the measurement error by obtaining the final measurement value using the two measurement results. An arrangement in which there is a deviation between the changing angle and the angle changing to the minus side can be adopted.
Here, in the curve section of the rail 1, in order to change the irradiation angle of one electromagnetic wave to the plus side and the irradiation angle of the other electromagnetic wave to the minus side by the same angle α, the pair of transmission antennas 71c are: An electromagnetic wave is applied to the rail 1 with a tilt angle from a position shifted from right above the rail 1 in the left-right direction, and the pair of transmitting antennas 71 c are symmetrical in the left-right direction or the front-rear direction of the train 5. Arrange as you make.
図６は、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向（一対のレール１の並び方向）において面対称をなすように配置した例を示す。
図６に示す例では、一対の送信アンテナ７１ｃが、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１で挟まれる領域内に配置され、一方の送信アンテナ７１ｃが一方のレール１に対して電磁波を照射し、他方の送信アンテナ７１ｃが他方のレール１に対して電磁波を照射する。
FIG. 6 shows an example in which a pair of transmission antennas 71 c are arranged so as to be plane-symmetric in the left-right direction of the train 5 (the direction in which the pair of rails 1 are arranged).
In the example shown in FIG. 6, the pair of transmission antennas 71 c are arranged in a region sandwiched between the left and right rails 1 so as to be plane-symmetric in the left-right direction of the train 5, and one transmission antenna 71 c is connected to one rail 1. The other transmitting antenna 71c irradiates the other rail 1 with electromagnetic waves.
また、各送信アンテナ７１ｃに対応して設けられる２つの受信アンテナ７２ａは、レール１で反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波を受信するように、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１間に配置される。
図６に示すように、一対の送信アンテナ７１ｃは、左右のレール１の内側から、列車５の前後方向に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、かつ、各送信アンテナ７１ｃの指向方向（電磁波の照射範囲）が、列車５の左右方向において面対称をなすようにしてある。
In addition, the two receiving antennas 72a provided corresponding to the respective transmitting antennas 71c receive the reflected waves reflected from the rail 1 so as to return to the transmitting antenna 71c side, so that the left and right sides of the train 5 are received. It arrange | positions between the rails 1 on either side so that it may become plane symmetry in a direction.
As shown in FIG. 6, the pair of transmission antennas 71 c is configured to radiate electromagnetic waves to the tread surface 1 a and / or the side surface 1 b of the rail 1 at a position away from the inside of the left and right rails 1 in the front-rear direction of the train 5. The directivity direction is set, and the directivity direction (radiation range of the electromagnetic wave) of each transmission antenna 71 c is symmetrical with respect to the left-right direction of the train 5.
左右のレール１を垂直方向の真上から見た場合、図６（Ａ）に示すように、レール１の直線区間における各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が例えば３０degとなるように、即ち、各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが斜めに交差するように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
レール１の横断面に直交する方向から見た場合、図６（Ｂ）に示すように、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が、例えば５４degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
When the left and right rails 1 are viewed from directly above in the vertical direction, as shown in FIG. 6A, the angle θ1 formed by the directing direction of each transmitting antenna 71c and the extending direction of the rails 1 in the straight section of the rails 1 For example, the directivity direction of each transmission antenna 71c is set so that the directivity direction of each transmission antenna 71c and the extending direction of the rail 1 obliquely intersect each other.
When viewed from the direction perpendicular to the cross section of the rail 1, as shown in FIG. 6B, the angle θ2 formed by the directing direction of the transmitting antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 in the straight section of the rail 1 is, for example, The directivity direction of each transmission antenna 71c is set so as to be 54 deg.
更に、レール１の側面１ｂ側から見た場合、図６（Ｃ）に示すように、送信アンテナ７１ｃの指向方向と、レール１の踏面１ａとがなす角度θ３が、例えば４５degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図６は、レール１の直線区間における電磁波のレール１に対する照射角度を示し、レール１の曲線区間になると、例えば図７に示すように照射角度が変化する。
Further, when viewed from the side surface 1b side of the rail 1, as shown in FIG. 6C, the angle θ3 formed by the directivity direction of the transmission antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 is, for example, 45 deg. The directivity direction of each transmission antenna 71c is set.
FIG. 6 shows the irradiation angle of the electromagnetic wave with respect to the rail 1 in the straight section of the rail 1, and when it becomes the curved section of the rail 1, the irradiation angle changes, for example, as shown in FIG.
ここで、計測速度に影響する角度は、列車５の移動方向に対する電磁波の照射角度であり、図６及び図７に示す場合、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示したレール１を垂直方向の真上から見たときの照射角度θ１の変化が、計測速度の誤差を発生させることになる。
図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示した例では、レール１の直線区間では、一対の送信アンテナ７１ｃによるレール１に対する照射角度θ１が、双方共に３０degであるのに対し、レール１の曲線区間では、一方（カーブの内側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから２０degに減少し、他方（カーブの外側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから４０degに増大している。即ち、一方の照射角度θ１が減少した角度α（図７の例では、α＝１０deg）だけ、他方の照射角度θ１が増大する。
Here, the angle that affects the measurement speed is the irradiation angle of the electromagnetic wave with respect to the moving direction of the train 5, and in the case shown in FIGS. 6 and 7, the rail 1 shown in FIGS. 6 (A) and 7 (A) is used. A change in the irradiation angle θ1 when viewed from directly above in the vertical direction causes an error in measurement speed.
In the example shown in FIG. 6A and FIG. 7A, in the straight section of the rail 1, the irradiation angle θ1 with respect to the rail 1 by the pair of transmission antennas 71c is 30 deg. In the curve section, the irradiation angle θ1 of one (transmitting antenna 71c inside the curve) decreases from 30 deg to 20 deg, and the irradiation angle θ1 of the other (transmitting antenna 71c outside the curve) increases from 30 deg to 40 deg. Yes. That is, the other irradiation angle θ1 is increased by the angle α (α = 10 deg in the example of FIG. 7) in which one irradiation angle θ1 is decreased.
照射角度θ１が増大すると実速度よりも速い速度を計測し、逆に、照射角度θ１が減少すると実車速よりも遅い速度を計測することになり、照射角度θ１のプラス側への変化とマイナス側への変化とが同じ角度だけ発生する場合には、両計測結果の中央値付近が実際の車速となる。
従って、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ１と、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ２との平均値Ｖav（Ｖav＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力することで、レール１の曲線区間（偏倚発生状態）においても十分な精度で速度Ｖを計測できる。
When the irradiation angle θ1 increases, a speed higher than the actual speed is measured. Conversely, when the irradiation angle θ1 decreases, a speed slower than the actual vehicle speed is measured, and the change of the irradiation angle θ1 to the plus side and the minus side are measured. When the change to the angle occurs at the same angle, the vicinity of the median value of both measurement results is the actual vehicle speed.
Therefore, the average value Vav (Vav = (V1 + V2) between the velocity V1 measured based on the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from one transmitting antenna 71c and the velocity V2 measured based on the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from the other transmitting antenna 71c. ) / 2) is output as the final measurement result, so that the speed V can be measured with sufficient accuracy even in the curve section of the rail 1 (bias occurrence state).
図６及び図７に示した例では、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１で挟まれる領域内に配置したが、図８に示すように、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１で挟まれる領域外に配置することができる。
また、図６及び図７に示した例では、左右のレール１それぞれに対して電磁波を照射させる設定としたが、１本のレール１に対して、２方向から電磁波を照射させ、かつ、レール１の直線区間では同じ照射角度であって、レール１の曲線区間では一方がプラス側に他方がマイナス側に同じ角度αだけ照射角度が変化するように設定することができる。
In the example shown in FIGS. 6 and 7, the pair of transmitting antennas 71 c are arranged in a region sandwiched between the left and right rails 1 so as to be plane-symmetric in the left-right direction of the train 5, but as shown in FIG. The pair of transmission antennas 71c can be arranged outside the region sandwiched between the left and right rails 1 so as to be plane-symmetric in the left-right direction of the train 5.
In the example shown in FIGS. 6 and 7, the left and right rails 1 are set to irradiate electromagnetic waves, but the single rail 1 is irradiated with electromagnetic waves from two directions. It is possible to set the irradiation angle to be changed by the same angle α in the straight section of 1 and the same angle α in the curve section of the rail 1 with one on the plus side and the other on the minus side.
図９は、１本のレール１に対して２方向から電磁波を照射させる場合における、送信アンテナ７１ｃの配置の一例を示す。
図９に示す例では、一対の送信アンテナ７１ｃが、列車５の前後方向（レール１の延設方向）において面対称をなすように、一方のレール１の内側に沿って配置され、前記一方のレール１に向けてそれぞれ電磁波を照射する。
FIG. 9 shows an example of the arrangement of the transmission antennas 71 c when electromagnetic waves are irradiated from one direction to one rail 1.
In the example shown in FIG. 9, the pair of transmission antennas 71 c are arranged along the inner side of one rail 1 so as to be plane-symmetric in the longitudinal direction of the train 5 (the extending direction of the rail 1). Electromagnetic waves are irradiated toward the rails 1 respectively.
また、各送信アンテナ７１ｃに対応して設けられる２つの受信アンテナ７２ａは、レール１で反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波を受信するように、一対の送信アンテナ７１ｃと同様に、列車５の前後方向において面対称をなすように一方のレール１の内側に沿って配置される。
図９に示すように、一対の送信アンテナ７１ｃは相互に近接配置され、一方は、設置位置よりも列車５の前方向に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、他方は、設置位置よりも列車５の後方に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、各送信アンテナ７１ｃの指向方向（換言すれば、電磁波の照射範囲）が、列車５の前後方向において面対称をなすようにしてある。
Further, the two receiving antennas 72a provided corresponding to each transmitting antenna 71c receive a pair of transmitting antennas so as to receive a reflected wave reflected back toward the transmitting antenna 71c among the electromagnetic waves reflected by the rail 1. Similarly to 71c, it is arranged along the inner side of one rail 1 so as to be plane-symmetric in the longitudinal direction of the train 5.
As shown in FIG. 9, the pair of transmitting antennas 71c are arranged close to each other, and one of the antennas is electromagnetic waves with respect to the tread surface 1a and / or the side surface 1b of the rail 1 at a position farther in front of the train 5 than the installation position. The other direction is set to irradiate electromagnetic waves to the tread 1a and / or the side surface 1b of the rail 1 at a position farther behind the train 5 than the installation position. The directivity direction (in other words, the electromagnetic wave irradiation range) of each transmitting antenna 71c is symmetrical with respect to the front-rear direction of the train 5.
図９（Ａ）は、左右のレール１を垂直方向の真上から見た場合であり、レール１の直線区間における各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が例えば３０degとなるように、即ち、各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが斜めに交差するように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図９（Ｂ）は、レール１の横断面に直交する方向から見た場合であり、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が例えば５４degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
FIG. 9A shows the case where the left and right rails 1 are viewed from directly above in the vertical direction. The angle θ1 formed by the directing direction of each transmitting antenna 71c and the extending direction of the rails 1 in the straight section of the rail 1 is as follows. For example, the directivity direction of each transmission antenna 71c is set so that the directivity direction of each transmission antenna 71c and the extending direction of the rail 1 obliquely intersect with each other.
FIG. 9B shows a case when viewed from the direction orthogonal to the cross section of the rail 1, and the angle θ2 formed by the directing direction of the transmission antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 in the linear section of the rail 1 is, for example, 54 deg. In this way, the directivity direction of each transmission antenna 71c is set.
図９（Ｃ）は、レール１の側面１ｂ側から見た場合であり、送信アンテナ７１ｃの指向方向と、レール１の踏面１ａとがなす角度θ３が例えば４５degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図９は、レール１の直線区間における電磁波のレール１に対する照射角度を示し、レール１の曲線区間になると、例えば、図１０に示すように、照射角度が変化する。
FIG. 9C is a view from the side surface 1b side of the rail 1, and each transmission antenna 71c is set so that an angle θ3 formed by the directivity direction of the transmission antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 is, for example, 45 deg. The directivity direction is set.
FIG. 9 shows the irradiation angle of the electromagnetic wave with respect to the rail 1 in the straight section of the rail 1, and when it becomes the curved section of the rail 1, for example, the irradiation angle changes as shown in FIG.
図９及び図１０に示した例においても、計測速度に影響する角度は、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示したレール１を垂直方向の真上から見たときの照射角度θ１である。
そして、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示す例では、レール１の直線区間では、一対の送信アンテナ７１ｃによる照射角度θ１が、双方共に３０degであるのに対し、レール１の曲線区間では、一方（レール１までの距離が遠くなる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから２０degに減少し、他方（レール１までの距離が近くなる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから４０degに増大している。
即ち、直線区間で角度θ１は同じであるのに、曲線区間では、一方の角度θ１がθ１−αに変化し、他方の角度θ１がθ１＋αに変化する。
Also in the examples shown in FIGS. 9 and 10, the angle that affects the measurement speed is the irradiation angle θ1 when the rail 1 shown in FIGS. 9A and 10A is viewed from directly above in the vertical direction. It is.
9A and 10A, in the linear section of the rail 1, the irradiation angle θ1 by the pair of transmission antennas 71c is both 30 deg, whereas the curved section of the rail 1 is used. Then, the irradiation angle θ1 of one (the transmission antenna 71c whose distance to the rail 1 is far) decreases from 30 deg to 20 deg, and the irradiation angle θ1 of the other (the transmission antenna 71c whose distance to the rail 1 is near) is 30 deg to 40 deg. Has increased.
That is, although the angle θ1 is the same in the straight section, in the curved section, one angle θ1 changes to θ1−α, and the other angle θ1 changes to θ1 + α.
従って、図９に示した列車速度計測装置７の場合も、図６に示した列車速度計測装置７の場合と同様に、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ１と、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ２との平均値Ｖ（Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力することで、レール１の曲線区間（偏倚発生状態）においても十分な精度で速度Ｖを計測できる。 Therefore, also in the case of the train speed measuring device 7 shown in FIG. 9, the speed V1 measured based on the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from one transmitting antenna 71c, as in the case of the train speed measuring device 7 shown in FIG. And the average value V (V = (V1 + V2) / 2) with the velocity V2 measured based on the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from the other transmitting antenna 71c is output as the final measurement result, thereby the curve of the rail 1 The speed V can be measured with sufficient accuracy even in the section (bias occurrence state).
また、図１１に示す例では、一対の送信アンテナ７１ｃが、列車５の左右方向において面対称をなすように、１本のレール１を挟んで配置され、１本のレール１に向けてそれぞれ電磁波を照射する。
各送信アンテナ７１ｃに対応して設けられる２つの受信アンテナ７２ａは、レール１で反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波を受信するように、一対の送信アンテナ７１ｃと同様に、列車５の左右方向において面対称をなすように１本のレール１を挟んで配置される。
In the example shown in FIG. 11, the pair of transmission antennas 71 c are arranged with one rail 1 interposed therebetween so as to be plane-symmetric in the left-right direction of the train 5, and electromagnetic waves are directed toward one rail 1. Irradiate.
The two receiving antennas 72a provided corresponding to the respective transmitting antennas 71c and the pair of transmitting antennas 71c so as to receive the reflected waves reflected back to the transmitting antenna 71c among the electromagnetic waves reflected by the rail 1. Similarly, the rails 5 are arranged with one rail 1 interposed therebetween so as to be plane-symmetric in the left-right direction of the train 5.
一対の送信アンテナ７１ｃは、１本のレール１を挟んで配置され、設置位置よりも列車５の前方（又は後方）に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、かつ、各送信アンテナ７１ｃの指向方向（換言すれば、電磁波の照射範囲）が、列車５の左右方向において面対称をなすようにしてある。
図１１（Ａ）は、左右のレール１を垂直方向の真上から見た場合であり、レール１の直線区間における各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が例えば３０degとなるように、即ち、各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが斜めに交差するように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
The pair of transmission antennas 71c are arranged with one rail 1 interposed therebetween, and electromagnetic waves are applied to the tread 1a and / or the side surface 1b of the rail 1 at a position farther forward (or rearward) of the train 5 than the installation position. The directivity direction is set to irradiate, and the directivity direction (in other words, the electromagnetic wave irradiation range) of each transmitting antenna 71c is plane-symmetric in the left-right direction of the train 5.
FIG. 11A shows a case where the left and right rails 1 are viewed from directly above in the vertical direction. The angle θ1 formed by the directing direction of each transmitting antenna 71c and the extending direction of the rails 1 in the straight section of the rail 1 is as shown in FIG. For example, the directivity direction of each transmission antenna 71c is set so that the directivity direction of each transmission antenna 71c and the extending direction of the rail 1 obliquely intersect with each other.
図１１（Ｂ）は、レール１の横断面に直交する方向から見た場合であり、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が例えば５４degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図１１（Ｃ）は、レール１の側面１ｂ側から見た場合であり、送信アンテナ７１ｃの指向方向と、レール１の踏面１ａとがなす角度θ３が例えば４５degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
FIG. 11B shows a case when viewed from a direction perpendicular to the cross section of the rail 1, and an angle θ2 formed by the directivity direction of the transmission antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 in a linear section of the rail 1 is, for example, 54 deg. In this way, the directivity direction of each transmission antenna 71c is set.
FIG. 11C is a view from the side surface 1b side of the rail 1, and each transmission antenna 71c is set so that an angle θ3 formed by the directivity direction of the transmission antenna 71c and the tread surface 1a of the rail 1 is, for example, 45 degrees. The directivity direction is set.
図１１は、レール１の直線区間における電磁波のレール１に対する照射角度を示し、レール１の曲線区間になると、例えば、図１２に示すように、照射角度が変化する。
図１１及び図１２に示した例においても、計測速度に影響する角度は、図１１（Ａ）及び図１２（Ａ）に示したレール１を垂直方向の真上から見たときの照射角度である。
そして、図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）に示す例では、レール１の直線区間では、一対の送信アンテナ７１ｃによる照射角度θ１が、双方共に３０degであるのに対し、レール１の曲線区間では、一方（カーブの外側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから２０degに減少し、他方（カーブの内側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから４０degに増大している。
即ち、直線区間で角度θ１は同じであるのに、曲線区間では、一方の角度θ１がθ１−αに変化し、他方の角度θ１がθ１＋αに変化する。
FIG. 11 shows the irradiation angle of the electromagnetic wave with respect to the rail 1 in the straight section of the rail 1, and when it becomes the curved section of the rail 1, for example, the irradiation angle changes as shown in FIG.
Also in the example shown in FIGS. 11 and 12, the angle that affects the measurement speed is an irradiation angle when the rail 1 shown in FIGS. 11A and 12A is viewed from directly above in the vertical direction. is there.
In the example shown in FIGS. 10A and 11A, in the straight section of the rail 1, the irradiation angle θ1 by the pair of transmission antennas 71c is 30 deg. Then, the irradiation angle θ1 of one (the transmission antenna 71c outside the curve) decreases from 30 deg to 20 deg, and the irradiation angle θ1 of the other (the transmission antenna 71c inside the curve) increases from 30 deg to 40 deg.
That is, although the angle θ1 is the same in the straight section, in the curved section, one angle θ1 changes to θ1−α, and the other angle θ1 changes to θ1 + α.
従って、図１１に示した列車速度計測装置７の場合も、図６に示した列車速度計測装置７の場合と同様に、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ１と、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ２との平均値Ｖ（Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力することで、レール１の曲線区間（偏倚発生状態）においても十分な精度で速度Ｖを計測できる。
尚、レール１に対して２方向から電磁波を照射させる装置においても、電磁波の送信と反射波の受信とを交互に行わせることで、１つのアンテナを送信用と受信用とに共用することができる。
Therefore, in the case of the train speed measuring device 7 shown in FIG. 11, the speed V1 measured based on the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from one transmitting antenna 71c is the same as in the case of the train speed measuring device 7 shown in FIG. And the average value V (V = (V1 + V2) / 2) with the velocity V2 measured based on the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from the other transmitting antenna 71c is output as the final measurement result, thereby the curve of the rail 1 The speed V can be measured with sufficient accuracy even in the section (bias occurrence state).
Even in an apparatus that irradiates the rail 1 with electromagnetic waves from two directions, it is possible to share one antenna for transmission and reception by alternately transmitting electromagnetic waves and receiving reflected waves. it can.
図７、図１０及び図１２では、レール１の曲線区間における照射角度θ１の変化量αを一例として１０degとしたが、以下では、実際に発生し得る照射角度θ１の変化（偏倚量）と、係る照射角度θ１の変化（偏倚量）によって発生する計測誤差の具体例を示す。
ここで、列車５の車体の長さをＬ１、列車５の台車中心間距離をＬ０、レール１の曲線区間における曲率半径をＲ、車体中央部の変位をδ１、車端部の変位をδ２とすると、変位δ１、δ２は、数２に従って演算できる。
Here, the length of the vehicle body of the train 5 is L1, the distance between the bogie centers of the train 5 is L0, the radius of curvature in the curved section of the rail 1 is R, the displacement of the center of the vehicle is δ1, and the displacement of the vehicle end is δ2. Then, the displacements δ1 and δ2 can be calculated according to Equation 2.
ここで、例えば、Ｌ１を２０ｍ、Ｌ０を１３．８ｍ、Ｒを１５０ｍとすると、変位δ１、δ２は、数３に示すように演算される。
従って、Ｌ１＝２０ｍ、Ｌ０＝１３．８ｍ、Ｒ＝１５０ｍの条件における最大の偏倚量（車体の前後方向の中央位置で偏倚量）は、１５０mm程度となり、車体の前後方向の中央位置に列車速度計測装置７を設けた場合での照射角度θ１の変化量αとしては、約2.5deg程度となる。
図１３は、レール１の曲線区間でレール１に対する電磁波の照射角度θ１がα＝2.5degだけ増減した場合での速度毎の誤差量を示す。
Therefore, the maximum deviation amount (the deviation amount at the center position in the longitudinal direction of the vehicle body) under the conditions of L1 = 20 m, L0 = 13.8 m, and R = 150 m is about 150 mm, and the train speed is at the central position in the longitudinal direction of the vehicle body. The amount of change α of the irradiation angle θ1 when the measuring device 7 is provided is about 2.5 deg.
FIG. 13 shows an error amount for each speed when the irradiation angle θ1 of the electromagnetic wave with respect to the rail 1 is increased or decreased by α = 2.5 deg in the curve section of the rail 1.
図１３においては、速度をＶ、ドップラ周波数をｆｄ、送信波波長をλc、レール１の直線区間でレール１を垂直方向の真上から見た場合に送信アンテナの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度をθ１としたときに、速度Ｖを、数４に従って算出した。
尚、送信波波長λcは、光速をｃ、送信波周波数をｆ０としたときに、λc＝ｃ／ｆ０として算出され、送信電磁波の周波数ｆ０を60.05GHzとする場合、λc＝0.00496mとなる。従って、照射角度θ１を３０degとすると、速度Ｖ（km/h）は、数５に従って算出できることになる。
図６、図８、図９及び図１１に示したように、レール１の直線区間での照射角度θ１が３０degである場合に、曲率半径が１５０mの曲線区間を走行することで、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の照射角度θ１がα＝2.5degだけ増えて32.5degとなり、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の照射角度θ１がα＝2.5degだけ減って27.5degとなったとする。
この場合、図１３に示すように、照射角度θ１が減った側は、速度Ｖの計測値が実際値よりも遅くなるマイナスの誤差を生じ、逆に、照射角度θ１が増大した側は、速度Ｖの計測値が実際値よりも速くなるプラスの誤差を生じる。
As shown in FIGS. 6, 8, 9, and 11, when the irradiation angle θ <b> 1 in the straight section of the rail 1 is 30 deg, one transmission is performed by traveling in a curved section having a curvature radius of 150 m. Assume that the irradiation angle θ1 of the electromagnetic wave transmitted from the antenna 71c increases by α = 2.5 deg to 32.5 deg, and the irradiation angle θ1 of the electromagnetic wave transmitted from the other transmission antenna 71c decreases by α = 2.5 deg to 27.5 deg.
In this case, as shown in FIG. 13, on the side where the irradiation angle θ1 is decreased, a negative error occurs in which the measured value of the speed V is slower than the actual value, and conversely, the side where the irradiation angle θ1 is increased is the speed. This causes a positive error that the measured value of V is faster than the actual value.
しかし、例えば実際の速度Ｖが５０km/hであるときに、照射角度θ１＝27.5degである側の計測結果が48.81 km/hであって、誤差が−1.19km/hであるのに対し、照射角度θ１＝32.5degである側の計測結果が51.34km/hであって、誤差が＋1.34 km/hであって、両計測結果の平均値は50.07 km/hとなり、この平均値＝50.07 km/hと実際値＝50.00 km/hとの偏差、即ち、計測誤差は0.07 km/hとなり、実際値に対する誤差の割合（誤差率）は0.15％程度となる。
速度Ｖが増すに従って計測誤差の絶対値は増大するものの、真値に対する誤差の割合（誤差率）は0.15％程度を維持するから、曲線区間において照射角度θ１が増大する側の計測値と減少する側の計測値との平均値を演算すれば、十分な精度の速度計測値を出力できることになる。
However, for example, when the actual speed V is 50 km / h, the measurement result on the side where the irradiation angle θ1 = 27.5 deg is 48.81 km / h and the error is −1.19 km / h. The measurement result on the side where the irradiation angle θ1 = 32.5 deg is 51.34 km / h, the error is +1.34 km / h, and the average value of both measurement results is 50.07 km / h. Deviation between 50.07 km / h and actual value = 50.00 km / h, that is, measurement error is 0.07 km / h, and the ratio of error to actual value (error rate) is about 0.15%.
Although the absolute value of the measurement error increases as the speed V increases, the error ratio (error rate) with respect to the true value is maintained at about 0.15%, and therefore decreases with the measurement value on the side where the irradiation angle θ1 increases in the curve section. If an average value with the measured value on the side is calculated, a sufficiently accurate speed measurement value can be output.
更に、図１３に示した計測誤差は、急なカーブである曲率半径Ｒ＝１５０ｍでの誤差であり、曲率半径Ｒがより大きくなれば、照射角度θ１の変化も小さくなり、誤差速度及び誤差率はより小さくなるから、レール１の曲線区間で照射角度が増大変化する側での計測値と、減少変化する側での計測値との平均値を求めるようにすれば、実用上十分に高い精度で速度を検出できる。 Further, the measurement error shown in FIG. 13 is an error at a curvature radius R = 150 m, which is a steep curve. As the curvature radius R becomes larger, the change in the irradiation angle θ1 becomes smaller, and the error speed and error rate. Therefore, if the average value of the measured value on the side where the irradiation angle increases and decreases on the curved section of the rail 1 and the measured value on the side where the irradiation angle decreases, the accuracy is sufficiently high in practice. Can detect speed.
１…レール、１ａ…踏面、１ｂ…側面、２…路盤、３…枕木、４…車輪、５…列車、７…列車速度計測装置、７１…電磁波送信部、７１ａ…送信電磁波発生部、７１ｂ…増幅部、７１ｃ…送信アンテナ、７２…反射波受信部、７２ａ…受信アンテナ、７２ｂ…復調部（検波部）、７３…処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rail, 1a ... Tread, 1b ... Side surface, 2 ... Roadbed, 3 ... Sleeper, 4 ... Wheel, 5 ... Train, 7 ... Train speed measuring device, 71 ... Electromagnetic wave transmission part, 71a ... Transmission electromagnetic wave generation part, 71b ... Amplifying unit, 71c ... transmitting antenna, 72 ... reflected wave receiving unit, 72a ... receiving antenna, 72b ... demodulating unit (detecting unit), 73 ... processing unit
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