JP2014133473A - 列車制御システム及び列車制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車上装置と地上装置とが通信して列車の速度制御を行う列車制御システムにおいて、車上側と地上側とで機能の冗長系を構成し、列車制御の安全性の向上を図ること。
【解決手段】列車制御システム１では、車上装置２０は、自列車の走行位置及び走行速度を含む走行情報を地上装置３０へ送信し、地上装置３０は、車上装置２０から受信した走行情報をもとに、該当する列車の運転曲線を参照して所与の制御タイミングｔｐにおける第１の照査速度候補を算出し、これを含む地上予測情報を車上装置２０へ送信する。そして、車上装置２０は、自列車の運転曲線を参照して、自列車の走行位置Ｌｎに対応する第２の照査速度候補を算出し、算出した第２の照査速度候補と、地上装置３０から受信した第１の照査速度候補とを用いて照査速度候補を決定し、決定した照査速度を用いた速度制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、列車に搭載された車上装置と地上装置とが通信することで列車の速度制御を行う列車制御システム等に関する。

近年、鉄道では、無線通信を用いた列車制御システムの開発が進んでいる。かかるシステムでは、列車に搭載された車上装置が自列車の走行位置や走行速度を算出して地上装置へ送信し、地上装置から停止位置等を含む制御情報を受信する。そして、受信した制御情報に基づいて作成した速度照査パターンに従った速度制御（ブレーキ制御）を行う車上側を主体とした構成となっているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１７４２２１号公報

鉄道では、信頼性・安全性の観点から二重系（冗長系）の構成とすることが望まれている。しかし、車上装置を二重系の構成としたり、地上装置を二重系の構成とするといった機器の二重系に目が向けられ、速度制御の基準をどのように算出するかといった機能の二重系が重要視されることは少なかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車上装置と地上装置とが通信して列車の速度制御を行う列車制御システムにおいて、車上側と地上側とで機能の冗長系を構成し、列車制御の安全性の向上を図ることである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
列車に搭載された車上装置と地上装置とが通信することで前記列車の速度制御を行う列車制御システムであって、
前記車上装置は、
前記列車の走行位置を取得する位置取得手段（例えば、図５の位置速度算出部１２０）と、
前記列車の走行速度を取得する速度取得手段（例えば、図５の位置速度算出部１２０）と、
前記取得された走行位置及び走行速度を含む走行情報を、前記地上装置へ送信する車上送信手段（例えば、図５の車上送信制御部１５０）と、
前記地上装置から地上予測情報を受信する車上受信手段（例えば、図５の車上受信制御部１６０）と、
前記受信された地上予測情報に含まれる第１の照査速度候補（と、所与の制御タイミングにおいて前記取得された走行位置に対応する、前記車上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の第２の照査速度候補（とに基づいて、照査速度を決定する照査速度決定手段（例えば、図５の照査速度決定部１３０）と、
前記制御タイミングにおいて前記取得された走行速度と、前記決定された照査速度とを比較して、前記列車の速度制御を行う速度制御手段（例えば、図５の速度制御部１４０）と、
を備え、
前記地上装置は、
前記車上装置から前記走行情報を受信する地上受信手段（例えば、図６の地上受信制御部３４０）と、
前記受信された走行情報に基づいて、前記制御タイミングにおける前記列車の予測位置を算出する位置予測手段（例えば、図６の位置予測部３１０）と、
前記地上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の前記予測位置に対応する速度を前記第１の照査速度候補として選定する選定手段（例えば、図６の照査速度候補算出部３２０）と、
前記選定された前記第１の照査速度候補を含む前記地上予測情報を前記車上装置へ送信する地上送信手段（例えば、図６の地上送信制御部３３０）と、
を備えた、
列車制御システムである。

また、他の発明として、
列車の走行位置及び走行速度を随時算出する当該列車に搭載された車上装置と地上装置とが互いに通信して前記列車の速度制御を行う列車制御方法であって、
前記車上装置が、前記列車の走行位置及び走行速度を含む走行情報を前記地上装置へ送信する車上送信ステップ（例えば、図７のステップＡ５）と、
前記地上装置が、前記走行情報を受信する地上受信ステップ（例えば、図８のステップＢ１）と、
前記地上装置が、前記受信した走行情報に基づいて、所与の制御タイミングにおける前記列車の予測位置を算出する位置予測ステップ（例えば、図８のステップＢ１３）と、
前記地上装置が、前記地上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の前記予測位置に対応する速度を第１の照査速度候補として選定する選定ステップ（例えば、図８のステップＢ１９）と、
前記地上装置が、前記選定した前記第１の照査速度候補を含む前記地上予測情報を前記車上装置へ送信する地上送信ステップ（例えば、図８のステップＢ２１）と、
前記車上装置が、前記地上予測情報を受信する車上受信ステップ（例えば、図７のステップＡ７）と、
前記車上装置が、前記受信した地上予測情報に含まれる前記第１の照査速度候補と、前記制御タイミングにおける前記列車の走行位置に対応する、前記車上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の第２の照査速度候補とに基づいて、照査速度を決定する照査速度決定ステップ（例えば、図７のステップＡ１３，Ａ１９）と、
前記車上装置が、前記制御タイミングにおける前記列車の走行速度と、前記決定した照査速度とを比較して、前記列車の速度制御を行う速度制御ステップ（例えば、図７のステップＡ２３〜Ａ３１）と、
を含む列車制御方法を構成しても良い。

この第１の発明等によれば、列車に搭載された車上装置と地上装置とが通信することで列車の速度制御を行う列車制御システムにおいて、地上装置及び車上装置それぞれが照査速度候補を算出するという機能を二重系にした列車の速度制御を実現することができる。すなわち、車上装置では、列車の走行位置及び走行速度を含む走行情報を車上装置へ送信する。一方、地上装置では、車上装置から受信した走行情報に基づいて、所与の制御タイミングにおける列車の予測位置に対応する運転曲線中の速度を第１の照査速度候補として選定し、地上予測情報に含めて車上装置へ送信する。次いで、車上装置では、地上装置から受信した第１の照査速度候補と、所与の制御タイミングにおける走行位置に対応する運転曲線中の第２の照査速度候補とに基づいて照査速度を決定する。そして、制御タイミングにおいて取得した走行速度と決定した照査速度とを比較して列車の速度制御を行う。

また、第２の発明として、第１の発明の列車制御システムであって、
前記車上送信手段は、所定の時間間隔で前記走行情報を送信し、
前記制御タイミングは、前記車上送信手段によって直前に前記走行情報が送信された時点から前記車上装置と前記地上装置間の往復通信時間が経過した時点より遅く、且つ、前記車上送信手段によって次に前記走行情報が送信されるまでの間に定められており、
前記照査速度決定手段は、前記車上送信手段による前記直前の送信時点から前記制御タイミングに至るまでの間に前記車上受信手段によって前記地上予測情報が受信されない場合には、前記第２の照査速度候補に基づいて照査速度を決定する、
列車制御システムを構成しても良い。

この第２の発明によれば、車上装置では、地上装置の故障や車上装置と地上装置間の通信途絶等によって地上装置からの第１の照査速度候補が受信されない場合には、当該車上装置において算出した第２の照査速度候補のみを用いて照査速度を決定する。車上側と地上側とで機能を冗長化した場合には、車上・地上間に通信トラブルが発生した場合の対処が必要となる。第２の発明によれば、この通信トラブルに対処することが可能となる。

また、第３の発明として、第１又は第２の発明の列車制御システムであって、
前記地上送信手段は、前記予測位置を前記地上予測情報に更に含めて送信し、
前記車上装置は、前記走行情報に含まれる走行位置と、前記車上受信手段によって受信された地上予測情報に含まれる前記予測位置との差が、予め定められた距離許容条件を満たすかを判定する距離許容条件判定手段（例えば、図５の照査速度決定部１３０；図７のステップＡ９）を更に備え、
前記照査速度決定手段は、前記距離許容条件判定手段により否定判定された場合には、前記第２の照査速度候補に基づいて照査速度を決定する、
列車制御システムを構成しても良い。

この第３の発明によれば、車上装置では、走行情報に含めて送信した走行位置と、受信された地上予測情報に含まれる予測位置との差が予め定められた距離許容条件を満たさない場合に、第２の照査速度候補に基づいて照査速度を決定する。つまり、地上装置で算出された予測位置の信頼性が低いとみなされる場合には、地上装置で算出された第１の照査速度候補を用いず、車上装置で算出した第２の照査速度候補のみを用いて照査速度を決定する。

また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の列車制御システムであって、
前記位置予測手段は、前記地上受信手段により受信された過去の走行情報を用いて、前記列車が走行状態を維持したと仮定して前記予測位置を算出する、
列車制御システムを構成しても良い。

この第４の発明によれば、地上装置では、車上装置から受信した過去の走行情報を用いて、列車が走行状態を維持したと仮定した予測位置を算出する。

また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の列車制御システムであって、
前記地上装置は、
前記列車について予め定められた加速性能及びブレーキ性能と、前記地上受信手段によって前回受信された走行情報とに基づいて、前記列車が取り得る速度範囲を設定する速度範囲設定手段（例えば、図６の位置予測部３１０；図８のステップＢ５）と、
前記地上受信手段によって新たに受信された走行情報に含まれる走行速度が前記速度範囲内か否かを判定し、速度範囲外の場合に当該走行速度を当該速度範囲内に補正する走行速度補正手段（例えば、図６の位置予測部３１０；図８のステップＢ９）と、
を更に備え、
前記位置予測手段は、前記走行速度補正手段による補正後の走行情報に基づいて前記予測位置を算出する、
列車制御システムを構成しても良い。

この第５の発明によれば、地上装置では、列車について予め定められた加速性能及びブレーキ性能と前回受信された走行情報とに基づいて列車が取り得る速度範囲を設定し、新たに受信された走行情報に含まれる走行速度が速度範囲外である場合に、走行速度を速度範囲内に補正し、補正後の走行情報に基づいて予測位置を算出する。

また、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明の列車制御システムであって、
前記車上装置は、
空転又は滑走の発生を判定する空転滑走判定手段と、
前記空転滑走判定手段により肯定判定された場合に、前記車上送信手段による前記走行情報の送信を抑止する送信抑止手段と、
を更に備えた、
列車制御システムを構成しても良い。

この第６の発明によれば、車上装置において、空転又は滑走が発生した場合には、走行情報の送信を抑止する。空転又は滑走が発生した場合には、当該車上装置において取得した走行位置及び走行速度の信頼性が低いとみなせるためである。

列車制御システムの構成図。 車上装置と地上装置との間の通信手順の説明図。 運転曲線を用いた照査速度候補の算出の説明図。 速度範囲の説明図。 車上装置の構成図。 地上装置の構成図。 車上制御処理のフローチャート。 地上制御処理のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［システム構成］
図１は、本実施形態の列車制御システム１の構成図である。この列車制御システム１は、軌道Ｒを走行する列車１０に搭載される車上装置２０と、地上装置３０とを備えて構成される。車上装置２０と地上装置３０とは、所定の無線通信回線を介した無線通信が可能となっている。

無線通信回線は、図１に破線で示すように、その通信エリアが連続して軌道Ｒを含むように複数の無線基地局４０を設置して構成しても良いし、或いは、軌道Ｒに沿ってループアンテナや漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）を敷設して構成しても良い。

車上装置２０は、自列車の列車ＩＤや走行位置、走行速度等を含む走行情報を地上装置３０へ送信する。走行位置や走行速度は、例えば車軸に取り付けられた速度発電機が検出する回転数の計測値をもとに算出する。そして、地上装置３０から送信されてくる地上予測情報をも考慮した速度照査を行って、自列車の走行（速度）を制御する。

地上装置３０は、例えば中央司令所等に設置され、車上装置２０と無線通信を行うことで各列車の速度制御を行う。具体的には、車上装置２０から走行情報を受信すると、この走行情報に含まれる列車の走行位置や走行速度をもとに、所与の制御タイミングにおける列車の照査速度候補を算出し、地上予測情報に含めて当該車上装置２０に送信する。

［原理］
（１）車上・地上間の通信手順
図２は、車上装置２０と地上装置３０との間の通信手順を示す図である。図２では、縦方向を時刻ｔとして、車上装置２０及び地上装置３０それぞれのデータの送受信タイミングを示している。

車上装置２０は、所定の通信サイクル時間Ｔｘの間隔で、当該時刻ｔｎにおける自列車の走行位置Ｌｎ及び走行速度Ｖｎを含む走行情報を地上装置３０へ送信する（但し、ｎ＝０，１，２，・・・）。地上装置３０は、車上装置２０から受信した走行情報をもとに、所与の制御タイミングｔｐにおける列車の予測される走行位置Ｌｐ及び第１の照査速度候補Ｖｕ１を算出し、地上予測情報に含めて車上装置２０へ送信する。

制御タイミングｔｐは、当該受信した走行情報の送信時刻ｔｎから、所定の遅延時間Δｔｘ経過後の時点として定められる。遅延時間Δｔｘは、通信サイクル時間Ｔｘより短く、車上装置２０から地上装置３０への走行情報の送信時間Δｔａと、地上装置３０における第１の照査速度候補Ｖｕ１の算出時間Δｔｂと、地上装置３０から車上装置２０への地上予測情報の送信時間Δｔｃと、車上装置２０おける照査速度Ｖｕの算出時間Δｔｄとの和として定められている（Δｔｘ＝Δｔａ＋Δｔｂ＋Δｔｃ＋Δｔｄ）。

（２）第１の照査速度候補Ｖｕ１の算出
地上装置３０における第１の照査速度候補Ｖｕ１の算出は、次のように行われる。先ず、今回受信した時刻ｔ１における列車の走行速度Ｖ１と、前回受信した時刻ｔ０における走行速度Ｖ０とから、加速度α１を算出する。
α１＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｔｘ ・・（１）

次いで、この加速度α１で走行した場合の、時刻ｔｐにおける列車の予測速度Ｖｐを算出する。
Ｖｐ＝Ｖ１＋α１・Δｔｘ ・・（２）

続いて、この予測速度Ｖｐをもとに、時刻ｔｐにおける列車の予測位置Ｌｐを算出する。
α１≠０の場合：
Ｌｐ＝Ｌ１＋（Ｖ１^２−Ｖ０^２）／（７．２×α１） ・・（３ａ）
α１＝０の場合：Ｌｐ＝Ｌ１＋Ｖ１×Δｔｘ ・・（３ｂ）

そして、図３に示すように、列車の運転曲線（ランカーブ）において、予測位置Ｌｐに対応する速度Ｖを算出し、これを第１の照査速度候補Ｖｕ１とする。このように算出された予測位置Ｌｐ及び第１の照査速度Ｖｕ１を含む地上予測情報が、車上装置２０へ送信される。

（３）車上装置における速度制御
車上装置２０における速度制御は、次のように行われる。先ず、自列車の運転曲線において、現在の走行位置Ｌｎに対応する速度Ｖを算出し、第２の照査速度候補Ｖｕ２とする。次いで、第２の照査速度候補Ｖｕ２と、地上装置３０から受信した第１の照査速度候補Ｖｕ１とのうち、小さい方の速度を照査速度Ｖｕとする。

そして、現在の走行速度Ｖｎとこの照査速度Ｖｕとを比較し、その比較結果に応じた速度制御を行う。例えば、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕを超えるならば（Ｖｎ＞Ｖｕ）、速度超過であるのでブレーキ制御を行って列車を減速させる。また、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕを下回るならば（Ｖｎ＜Ｖｕ）、速度不足であるので運転台に設けた加速指示灯を点灯させる等の加速指示の報知を行って列車の加速を促す。また、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕに一致するならば（Ｖｎ＝Ｖｕ）、理想的な速度であるので特段の制御を行わない。なお、これらの速度制御は一例であり、例えば、速度不足の場合には自動的に加速制御を行うこととしてもよいし、走行速度Ｖｎと照査速度Ｖｕとが一致するならば、現在速度を維持すべき旨の指示灯を点灯させることとしてもよい。また、走行速度Ｖｎと照査速度Ｖｕとの一致判定はある程度の許容範囲をもって略一致するとみなせる場合に一致と判定することとしてもよい。

（４）空転滑走の判定
車上装置２０では、車軸に取り付けた速度発電機の計測値をもとに列車の走行位置や走行速度を検知するが、速度発電機は車軸の回転を検知するものであるため、車輪の滑走や空転（以下包括して「空転滑走」という）が発生すると、列車の走行位置や走行速度を正確に検知することができない。このような事態に対処するため、次のように構成する。

（４−１）車上装置２０
列車において、複数の車軸それぞれに速度発電機及び空転滑走検知器が取り付けられ、車軸毎に空転滑走の発生を検知可能に構成されているとする。このように構成されている場合、車上装置２０では、速度発電機が取り付けられた車軸のうち、空転滑走の発生が検知されていない車軸の速度発電機の計測値のみを用いて、自列車の走行位置及び走行速度を算出する。そして、速度発電機が取り付けられた車軸の全てについて空転滑走の発生が検知された場合には、走行位置及び走行速度の地上装置３０への送信を行わない。

（４−２）地上装置３０
地上装置３０では、車上装置２０から受信した走行速度Ｖをもとに、列車の空転滑走の発生を判定する。先ず、加速度αをもとに列車の走行モードを判断する。すなわち、加速度αが正値ならば（α＞０）加速運転と判断し、加速度αが負値ならば（α＜０）減速運転と判断し、加速度αが０ならば（α＝０）だ行運転と判断する。

次いで、図４に示すように、走行モードに応じて、列車が取り得る速度範囲を設定する。すなわち、前回の時刻ｔ０の走行速度Ｖ０から、列車性能として定められている最大加速度αｍａｘで加速走行した場合の速度曲線（加速曲線）を算出し、この加速曲線を上限速度とする。また、前回の時刻ｔ０の走行速度Ｖ０から、列車性能として定められている最大減速度βｍａｘで減速走行した場合の速度曲線（減速曲線）を算出し、この減速曲線を下限速度とする。これらの上限速度及び下限速度で定められた範囲を速度範囲として設定する。

そして、時刻ｔ１の走行速度Ｖ１がこの速度範囲外となった場合に、空転滑走の発生を判定する。空転の場合は加速運転であるため上限速度を超えた場合に相当し、滑走の場合は減速運転であるため下限速度を超えた（下回った）場合に相当する。空転滑走の発生を判定した場合には、時刻ｔ１の走行速度Ｖ１を速度範囲内の速度に補正し、上述の予測位置Ｌｐを算出する。この速度Ｖ１の補正は、例えば、速度Ｖ１が速度範囲の上限速度を超えた場合には当該上限速度に補正し、速度範囲の下限速度を下回った場合には当該下限速度に補正する。

（５）地上・車上間の通信途絶
地上装置３０と車上装置２０との間で通信を行う必要があるため、通信トラブル（例えば一時的な通信途絶や通信遅延など）が生じる可能性がある。このような事態に対処するため、次のように構成する。

（５−１）車上装置２０
地上・車上間の通信が正常に行われている場合、車上装置２０では、通信サイクル時間Ｔｘにほぼ等しい時間間隔で地上予測情報を受信する。このため、走行情報の送信から所定の待機時間ｔｗ２が経過しても地上装置３０から地上予測情報を受信できない場合、通信トラブルが生じたと判断する。

待機時間ｔｗ２は、車上装置２０における演算時間Δｔｄを考慮し、走行情報の送信から地上予測情報の受信に要する時間Δｔｆ（＝Δｔａ＋Δｔｂ＋Δｔｃ）よりも長く、通信サイクル時間Ｔｘから演算時間Δｔｄを引いた時間よりも短い時間として定められる（Δｔｆ＜ｔｗ２＜Ｔｘ−Δｔｄ）。

そして、通信トラブルの発生を判断した場合には、自列車の運転曲線において、現在位置Ｌｎに対応する速度（第２の照査速度候補Ｖｕ２）を照査速度Ｖｕとして決定し、この照査速度Ｖｕと走行速度Ｖｎとの比較を行う。

（５−２）地上装置３０
地上・車上間の通信が正常に行われている場合、地上装置３０では、通信サイクル時間Ｔｘの間隔で、車上装置２０から走行情報が受信される。このため、前回の走行情報の受信から所定の待機時間ｔｗ１が経過しても車上装置２０から次の走行情報が受信されない場合、通信トラブルの発生を判断する。

待機時間ｔｗ１は、地上装置３０及び車上装置２０の通信時間Δｔａ，Δｔｃや演算時間Δｔｂ，Δｔｄを考慮し、通信サイクル時間Ｔｘより長く、Ｔｘの２倍の時間から遅延時間Δｔｘを引いた時間より短い時間として定められる（Ｔｘ＜ｔｗ１＜２×Ｔｘ−Δｔｘ）。

そして、通信トラブルの発生を判断した場合には、最後に受信した走行情報をもとに、第１の照査速度候補Ｖｕ１を算出する。すなわち、最後に受信した走行情報に含まれる時刻ｔ０の走行位置Ｌ０及び走行速度Ｖ０をもとに、前回の加速度α０が継続されていると仮定して制御タイミングｔｐにおける予測位置Ｌｐを算出し、第１の照査速度候補Ｖｕ１を算出する。

［機能構成］
（Ａ）車上装置
図５は、車上装置２０の構成図である。図５に示すように、車上装置２０は、車上処理部１００と、車上記憶部２００とを備えて構成される一種のコンピュータである。

車上処理部１００は、例えば、ＣＰＵ等の演算装置で実現され、車上記憶部２００に記憶されたプログラムやデータ、列車に搭載された無線移動局１１を介した受信データ等にもとづいて、車上装置２０の全体制御を行う。また、車上処理部１００は、空転滑走判定部１１０と、位置速度算出部１２０と、照査速度決定部１３０と、速度制御部１４０と、車上送信制御部１５０と、車上受信制御部１６０と、車上計時部１７０とを有し、車上制御プログラム２１０に従った車上制御処理（図７参照）を行う。

空転滑走判定部１１０は、自列車の空転滑走の発生を判定する。具体的には、速度発電機１６が取り付けられた各軸の空転滑走の発生を判定する。空転滑走の検知方法は公知の方法を採用することができる。例えば、各軸の計測値の偏差に基づいて空転滑走が発生した軸を判断したり、各軸それぞれの計測値をＴ車の速度情報や運転台の速度情報と比較することで各軸の空転滑走の発生を判断する。また、空転滑走判定部１１０は、全ての車軸について空転滑走の発生が検知された、いわゆる全軸空転の発生も判定する。

位置速度算出部１２０は、車軸に取り付けられた速度発電機１６の回転数の計測値をもとに、自列車の現在の走行位置（キロ程で表される走行距離）及び走行速度を算出する。このとき、空転滑走判定部１１０によって空転滑走の発生が検知された軸については除外され、空転滑走の発生が検知されていない車軸に取り付けられた速度発電機１６の計測値が走行位置及び走行速度の算出基準とされる。また、位置速度算出部１２０は、地上子５０の近傍の通過時に、受電器１７を介した当該地上子５０との無線通信によって取得した地上子ＩＤから通過した地上子を識別し、走行位置Ｌを補正する。

位置速度算出部１２０によって算出された走行位置及び走行速度は、算出時刻と対応付けて位置速度データ２３０として蓄積記憶される。

照査速度決定部１３０は、照査速度Ｖｕを決定する、具体的には、車上受信制御部１６０によって地上予測情報が受信されると、自列車の運転曲線において現在の走行位置に対応する速度Ｖを算出し、これを第２の照査速度候補Ｖｕ２として決定する。自列車の運転曲線は、運転曲線データ２２０として記憶されている。そして、この第２の照査速度候補Ｖｕ２と、受信した地上予測情報に含まれる第１の照査速度候補Ｖｕ１とのうち、低い方を照査速度Ｖｕとする。

このとき、車上送信制御部１５０による走行情報の送信から所定の待機時間ｔｗ２が経過しても地上予測情報が受信されない場合には、第２の照査速度Ｖｕ２を照査速度Ｖｕとして決定する。

速度制御部１４０は、照査速度決定部１３０によって決定された照査速度Ｖｕと、現在の走行速度Ｖｎとを比較し、比較結果に応じた速度制御を行う。すなわち、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕを超えるならば、速度超過であるので、減速指令をブレーキ機構１３に出力して自列車を減速させる制動制御を行うとともに、速度超過である旨を表示装置１２に表示させる。このとき、走行速度Ｖｎと照査速度Ｖｕとの速度差分（＝Ｖｎ−Ｖｕ）を減速指令としても良い。

また、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕを下回るならば、速度不足であるので、速度不足である旨を表示装置１２に表示させる。このとき、走行速度Ｖｎと照査速度Ｖｕとの速度差分（＝Ｖｕ−Ｖｎ）を加速指令としてブレーキ機構１３に出力し、自列車を加速させることとしても良い。また、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕに一致するならば、適正速度であるので、速度維持を表示装置１２に表示させる。

車上送信制御部１５０は、所定の通信サイクル時間Ｔｘの間隔で、位置速度算出部１２０によって算出された自列車の走行位置Ｌ及び走行速度Ｖ、自列車の列車ＩＤを含む走行情報を生成し、無線移動局１１を介して地上装置３０へ送信する。また、空転滑走判定部１１０によって空転滑走の発生が判定された場合には、走行情報の送信は行わない（抑止する）。

車上受信制御部１６０は、無線移動局１１を介して地上装置３０から送信されてくる地上予測情報を受信する。

車上計時部１７０は、現在時刻や指定タイミングからの経過時間等を計時し、計時した時刻や経過時間を車上処理部１００に出力する。

車上記憶部２００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、車上処理部１００が車上装置２０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、車上処理部１００の作業領域として用いられ、車上処理部１００が実行した演算結果や、無線基地局４０を介した受信データ等が一時的に格納される。本実施形態では、車上制御プログラム２１０と、運転曲線データ２２０と、位置速度データ２３０とが記憶される。

図６は、地上装置３０の構成図である。図６によれば、地上装置３０は、地上処理部３００と、地上記憶部４００とを備えて構成される一種のコンピュータである。

地上処理部３００は、ＣＰＵ等の演算装置で実現され、地上記憶部４００に記憶されたプログラムやデータ、無線基地局４０を介した受信データ等に基づいて、地上装置３０の全体制御を行う。また、地上処理部３００は、位置予測部３１０と、照査速度候補算出部３２０と、地上送信制御部３３０と、地上受信制御部３４０と、地上計時部３５０とを有し、地上制御プログラム４１０に従った地上制御処理（図８参照）を行う。

位置予測部３１０は、地上受信制御部３４０によって受信された走行情報をもとに、該当する列車の所与の制御タイミングｔｐにおける予測位置Ｌｐを算出する。該当する列車は、走行情報に含まれる列車ＩＤから特定する。また、予測タイミングｔｐは、当該走行情報の送信時刻ｔｎから所定の遅延時間Δｔｘだけ経過後の時刻となる。

具体的には、今回の走行速度Ｖ１と前回の走行速度Ｖ０とから加速度α１を算出し（式（１））、この加速度α１をもとに時刻ｔｐにおける予測速度Ｖｐを算出し（式（２））、この予測速度Ｖｐをもとに時刻ｔｐにおける予測位置Ｌｐを算出する（式（３））。

このとき、前回の走行速度Ｖ０に基づいて速度範囲を設定する（図４参照）。そして、今回の走行速度Ｖ１がこの速度範囲外となる場合、速度範囲内となるように走行速度Ｖ１を補正し、補正後の走行速度Ｖ１を用いて予測位置Ｌｐを算出する。

また、当該列車の前回の走行情報の受信から所定の待機時間ｔｗ１が経過しても走行情報が受信されない場合には、最後に受信された走行情報にもとづいて、制御タイミングｔｐにおける予測位置Ｌｐを算出する。制御タイミングｔｐは、連続して走行情報が受信されない回数をｍとすると、最後に受信された走行情報の送信時刻ｔｎから（ｍ×Ｔｘ＋Δｔｘ）だけ経過後の時刻となる。

照査速度候補算出部３２０は、第１の照査速度候補Ｖｕ１を算出する。すなわち、該当する列車の運転曲線において、位置予測部３１０によって算出された予測位置Ｌｐに対応する速度を算出し、これを第１の照査速度候補Ｖｕ１とする。

地上送信制御部３３０は、位置予測部３１０によって算出された予測位置Ｌｐや、照査速度候補算出部３２０によって算出された第１の照査速度候補Ｖｕ１を含む地上予測情報を生成し、無線基地局４０を介して該当する車上装置２０へ送信する。

地上受信制御部３４０は、無線基地局４０を介して、各列車の車上装置２０から送信されてくる走行情報を受信する。

地上計時部３５０は、現在時刻や指定タイミングからの経過時間等を計時し、計時した時刻や経過時間を地上処理部３００に出力する。

地上記憶部４００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、地上処理部３００が地上装置３０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、地上処理部３００の作業領域として用いられ、地上処理部３００が実行した演算結果や、無線基地局４０を介した受信データ等が一時的に格納される。本実施形態では、地上制御プログラム４１０と、列車ＤＢ４２０とが記憶される。

列車ＤＢ４２０は、列車それぞれについて、列車ＩＤと、最大加速度αｍａｘ及び最大減速度βｍａｘを含む過減速性能データと、運転曲線データと、受信した走行位置Ｌ及び走行速度を蓄積した位置速度データとを格納している。

［処理の流れ］
（Ａ）車上制御
図７は、車上装置２０において実行される車上制御処理を説明するフローチャートである。図７に示すように、前回の走行情報の送信から所定の通信サイクル時間Ｔｘが経過すると（ステップＡ１：ＹＥＳ）、空転滑走判定部１１０が、空転滑走が発生しているか否かを判断する。空転滑走が発生していないならば（ステップＡ３：ＮＯ）、車上送信制御部１５０が、自列車の現在の走行位置Ｌ１及び走行速度Ｖ１含む走行情報を、地上装置３０へ送信する（ステップＡ５）。

その後、地上装置３０からの地上予測情報が受信されたならば（ステップＡ７：ＹＥＳ）、受信された地上予測情報に含まれる予測位置Ｌｐと、送信した走行位置Ｌ１との差である予測走行距離ΔＬ（＝Ｌｐ−Ｌ１）を算出し、この予測走行距離ΔＬが所定の空走距離以下であるか否かを判定する。その結果、予測走行距離ΔＬが空走距離以下ならば（ステップＡ９：ＹＥＳ）、照査速度決定部１３０が、自列車の運転曲線から、現在の走行位置Ｌｎに対応する速度Ｖを算出し、第２の照査速度候補Ｖｕ２とする（ステップＡ１１）。

次いで、この第２の照査速度候補Ｖｕ２と、受信した地上予測情報に含まれる第１の照査速度候補Ｖｕ１とのうち、小さい方を照査速度Ｖｕとして決定する（ステップＡ１３）。そして、速度制御部１４０が、決定された照査速度Ｖｕと、現在の走行速度Ｖｎとを比較し（ステップＡ１５）、比較結果に応じた速度制御を行う。すなわち、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕを超えているならば（ステップＡ２３：ＹＥＳ）ブレーキ機構１３や表示装置１２に減速指令を出力するといった減速制御を行う（ステップＡ２５）。また、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕを下回っているならば（ステップＡ２３：ＮＯ〜Ａ２７：ＹＥＳ）、表示装置１２に加速を促す表示を出力させるといった加速制御を行う（ステップＡ２９）。また、走行速度Ｖｎが照査速度Ｖｕに一致するならば（ステップＡ２３：ＮＯ〜Ａ２７：ＮＯ）、表示装置１２に走行速度の維持を促す表示を出力させるといった速度維持制御を行う（ステップＡ３１）。

一方、地上装置から地上予測情報が受信されないまま（ステップＡ７：ＮＯ）、走行情報の送信からの経過時間が所定の待機時間ｔｗ２に達した場合（ステップＡ１７：ＹＥＳ）、或いは、予測走行距離ΔＬが空走距離を超える場合には（ステップＡ９：ＮＯ）、照査速度決定部１３０は、自列車の運転曲線から現在の走行位置Ｌｎに対応する速度Ｖを取得し、これを照査速度Ｖｕとして（ステップＡ１９）、現在の走行速度Ｖｎと比較する（ステップＡ１５）。そして、比較結果に応じた速度制御を行う（ステップＡ２３〜Ａ３１）。以上の処理を行うと、ステップＡ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

（Ｂ）地上制御
図８は、地上装置３０において実行される地上制御処理を説明するフローチャートである。図８によれば、車上装置２０から走行情報を受信すると（ステップＢ１：ＹＥＳ）、位置予測部３１０が、受信した走行情報をもとに第１の照査速度候補Ｖｕ１を算出する。

すなわち、今回受信した走行速度Ｖ１と前回受信した走行速度Ｖ０とから加速度α１を算出する（ステップＢ３）。次いで、算出した加速度α１をもとに走行モードを判断し、判断した走行モードに応じた速度範囲を設定する（ステップＢ５）。続いて、走行速度Ｖ１がこの速度範囲内であるか否かを判断し、速度範囲外ならば（ステップＢ７：ＮＯ）、走行速度Ｖ１を速度範囲内の値に補正する（ステップＢ９）。そして、走行速度Ｖ１と加速度α１とをもとに、制御タイミングｔｐにおける予測速度Ｖｐを算出し（ステップＢ１１）、この予測速度Ｖｐをもとに、制御タイミングｔｐにおける予測位置Ｌｐを算出する（ステップＢ１３）。

続いて、照査速度候補算出部３２０が、該当する列車の運転曲線から予測位置Ｌｐに対応する速度を算出し、これを第１の照査速度候補Ｖｕ１として決定する（ステップＢ１９）。その後、地上送信制御部３３０が、予測位置Ｌｐや第１の照査速度候補Ｖｕ１を含む地上予測情報を、車上装置２０へ送信する（ステップＢ２１）。

また、車上装置２０から走行情報が受信されないまま（ステップＢ１：ＮＯ）、所定の待機時間ｔｗ１が経過したならば（ステップＢ１５：ＹＥＳ）、位置予測部３１０は、前回の走行速度Ｖ０及び加速度α０をもとに、予測速度Ｖｐ、及び、予測位置Ｌｐを算出する（ステップＢ１７）。そしてステップＢ１９へと処理を移行する。ステップＢ２１の処理の後はステップＢ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

［作用効果］
このように、本実施形態の列車制御システム１では、車上装置２０は、自列車の走行位置及び走行速度を含む走行情報を車上装置２０へ送信し、車上装置２０は、車上装置２０から受信した走行情報をもとに、該当する列車の運転曲線を参照して第１の照査速度候補Ｖｕ１を算出し、これを含む地上予測情報を車上装置２０へ送信する。

そして、車上装置２０は、自列車の運転曲線を参照して、所与の制御タイミングｔｐにおける自列車の走行位置Ｌｎに対応する第２の照査速度候補を算出し、算出した第２の照査速度候補と、地上装置３０から受信した第１の照査速度候補とを用いて照査速度候補を決定し、決定した照査速度を用いた速度照査を行う。

これにより、車上装置２０及び地上装置３０のそれぞれにおいて照査速度候補を算出するという機能の二重系を構成した速度制御を実現できる。また、地上装置３０と車上装置２０との通信トラブル発生時には、車上装置２０において算出した照査速度候補のみを用いた速度照査を行うことができる。

また、予め定められた運転曲線（ランカーブ）そのものを列車制御（走行制御）に用いるため、冒進防護を含めた制御が実現されることとなり、従来、冒進防護のために用いられていたＡＴＳ装置やＡＴＣ装置等が不要となる。更に、運転曲線（ランカーブ）を用いることで、駅の通過／停止を容易に判断できることから駅の誤通過防止が図れ、乗務員の前方注視に専念できる運転環境の提供が実現される。

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

１ 列車制御システム
１０ 列車
２０ 車上装置
１００ 車上処理部
１１０ 空転滑走判定部、１２０ 位置速度算出部
１３０ 照査速度決定部、１４０ 速度制御部
１５０ 車上送信制御部、１６０ 車上受信制御部、１７０ 計時部
２００ 車上記憶部
２１０ 車上制御プログラム
２２０ 運転曲線データ、２３０ 位置速度データ
３０ 地上装置
３００ 地上処理部
３１０ 位置予測部、３２０ 照査速度候補算出部
３３０ 地上送信制御部、３４０ 地上受信制御部、３５０ 計時部
４００ 地上記憶部
４１０ 地上制御プログラム、４２０ 列車ＤＢ
４０ 無線基地局
５０ 地上子

Claims (7)

1. 列車に搭載された車上装置と地上装置とが通信することで前記列車の速度制御を行う列車制御システムであって、
   前記車上装置は、
   前記列車の走行位置を取得する位置取得手段と、
   前記列車の走行速度を取得する速度取得手段と、
   前記取得された走行位置及び走行速度を含む走行情報を、前記地上装置へ送信する車上送信手段と、
   前記地上装置から地上予測情報を受信する車上受信手段と、
   前記受信された地上予測情報に含まれる第１の照査速度候補と、所与の制御タイミングにおいて前記取得された走行位置に対応する、前記車上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の第２の照査速度候補とに基づいて、照査速度を決定する照査速度決定手段と、
   前記制御タイミングにおいて前記取得された走行速度と、前記決定された照査速度とを比較して、前記列車の速度制御を行う速度制御手段と、
   を備え、
   前記地上装置は、
   前記車上装置から前記走行情報を受信する地上受信手段と、
   前記受信された走行情報に基づいて、前記制御タイミングにおける前記列車の予測位置を算出する位置予測手段と、
   前記地上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の前記予測位置に対応する速度を前記第１の照査速度候補として選定する選定手段と、
   前記選定された前記第１の照査速度候補を含む前記地上予測情報を前記車上装置へ送信する地上送信手段と、
   を備えた、
   列車制御システム。
2. 前記車上送信手段は、所定の時間間隔で前記走行情報を送信し、
   前記制御タイミングは、前記車上送信手段によって直前に前記走行情報が送信された時点から前記車上装置と前記地上装置間の往復通信時間が経過した時点より遅く、且つ、前記車上送信手段によって次に前記走行情報が送信されるまでの間に定められており、
   前記照査速度決定手段は、前記車上送信手段による前記直前の送信時点から前記制御タイミングに至るまでの間に前記車上受信手段によって前記地上予測情報が受信されない場合には、前記第２の照査速度候補に基づいて照査速度を決定する、
   請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記地上送信手段は、前記予測位置を前記地上予測情報に更に含めて送信し、
   前記車上装置は、前記走行情報に含まれる走行位置と、前記車上受信手段によって受信された地上予測情報に含まれる前記予測位置との差が、予め定められた距離許容条件を満たすかを判定する距離許容条件判定手段を更に備え、
   前記照査速度決定手段は、前記距離許容条件判定手段により否定判定された場合には、前記第２の照査速度候補に基づいて照査速度を決定する、
   請求項１又は２に記載の列車制御システム。
4. 前記位置予測手段は、前記地上受信手段により受信された過去の走行情報を用いて、前記列車が走行状態を維持したと仮定して前記予測位置を算出する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の列車制御システム。
5. 前記地上装置は、
   前記列車について予め定められた加速性能及びブレーキ性能と、前記地上受信手段によって前回受信された走行情報とに基づいて、前記列車が取り得る速度範囲を設定する速度範囲設定手段と、
   前記地上受信手段によって新たに受信された走行情報に含まれる走行速度が前記速度範囲内か否かを判定し、速度範囲外の場合に当該走行速度を当該速度範囲内に補正する走行速度補正手段と、
   を更に備え、
   前記位置予測手段は、前記走行速度補正手段による補正後の走行情報に基づいて前記予測位置を算出する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の列車制御システム。
6. 前記車上装置は、
   空転又は滑走の発生を判定する空転滑走判定手段と、
   前記空転滑走判定手段により肯定判定された場合に、前記車上送信手段による前記走行情報の送信を抑止する送信抑止手段と、
   を更に備えた、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の列車制御システム。
7. 列車の走行位置及び走行速度を随時算出する当該列車に搭載された車上装置と地上装置とが互いに通信して前記列車の速度制御を行う列車制御方法であって、
   前記車上装置が、前記列車の走行位置及び走行速度を含む走行情報を前記地上装置へ送信する車上送信ステップと、
   前記地上装置が、前記走行情報を受信する地上受信ステップと、
   前記地上装置が、前記受信した走行情報に基づいて、所与の制御タイミングにおける前記列車の予測位置を算出する位置予測ステップと、
   前記地上装置が、前記地上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の前記予測位置に対応する速度を第１の照査速度候補として選定する選定ステップと、
   前記地上装置が、前記選定した前記第１の照査速度候補を含む前記地上予測情報を前記車上装置へ送信する地上送信ステップと、
   前記車上装置が、前記地上予測情報を受信する車上受信ステップと、
   前記車上装置が、前記受信した地上予測情報に含まれる前記第１の照査速度候補と、前記制御タイミングにおける前記列車の走行位置に対応する、前記車上装置に記憶された前記列車の運転曲線中の第２の照査速度候補とに基づいて、照査速度を決定する照査速度決定ステップと、
   前記車上装置が、前記制御タイミングにおける前記列車の走行速度と、前記決定した照査速度とを比較して、前記列車の速度制御を行う速度制御ステップと、
   を含む列車制御方法。
   
   

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