JP2015030383A - 列車制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】高速列車と低速列車のそれぞれの位置と速度を計測することで、高速列車と低速列車とがすれ違う際に高速列車が所定の速度で走行するように制御する列車制御システムを提供する。【解決手段】ケーブル状の電波送信手段１１０とケーブル状の二つの電波受信手段１１１、１１２とから高速列車１１３と低速列車１１４の速度及び位置を計測することで、高速列車１１３と低速列車１１４とがすれ違う際に高速列車１１３が所定の速度で走行するように高速列車１１３の位置及び速度並びに低速列車１１４の位置及び速度に基づいて演算する。【選択図】図１

Description

本発明は、列車の運行を制御する列車制御システムに関するものである。

従来の列車制御システムは、同一レール軌道上を走行する２つの列車が衝突しないように、または転換が終わっていない未開通のポイント部分に進入しないように各列車の速度を制御するものである。これを実現するには、列車制御システムは各列車の位置を知る必要がある。位置の検知にはレール軌道を用いた軌道回路が利用される。これはレールに電流を流しておき、列車の車輪短絡によって生じる電流の変化を計測して列車の在線を検知するものである。軌道回路は概ね１ｋｍ前後の単位で構成されており、軌道回路の単位で列車の位置を知ることになる。また、列車制御システムが管理するのは列車の在線位置であり、速度はシステム側では収集していない。また、対向列車とのすれ違い時の速度制御は行われていない。

特開平９−１９３８０５号公報

高速列車と低速列車が共存走行する場合について説明する。高速列車は非常に高速に走行することを前提に設計されているため、車体形状が滑らかで空気抵抗が少なく風圧に対する走行抵抗が少ない。一方、低速列車は基本的に空気抵抗を考慮した車体形状をとっていないため、高速列車と低速列車とがすれ違うとき、空力設計が出来ていない低速列車は風圧で挙動が不安定になる。これに対応するため、すれ違うときに予め高速列車は低速列車の走行に影響を与えない安全な速度まで減速する必要がある。しかしながら、従来の軌道回路は概ね１ｋｍと長く列車の位置検知精度が粗いこと、互いの速度が分からことから、すれ違う正確な時刻が分からない。

正確な時間が分からないすれ違いに対して余裕をみる必要があり、高速列車の方が非常に長い時間、低速で走行することで対応しており、運行効率が低下する問題があった。速度が分らないのには２つの理由がある。まず、列車制御システムにとって位置が重要であり速度は基本的に不要だったことと、次に、位置と速度とを一対一に厳密に紐付けすることは非常に難しいからである。速度は列車車輪の回転速で計測されるが、これを列車制御システムに通知しても、連続的に位置と速度を紐付けすることは不可能であった。

本発明は、この課題を解消するためになされたものであり、高速列車と低速列車がすれ違う時刻を計算し、すれ違い時刻を高速列車に予め伝えることができ、高速列車の速度減速時間を出来るだけ縮め運行効率を高めることを目的としている。

２組のレール軌道の間にレールに沿って敷設したケーブル状の電波送信手段と、２組のレール軌道の内、一方の外側のレールに沿って敷設したケーブル状の第１の電波受信手段と、２組のレール軌道の内、他方の外側のレールに沿って敷設したケーブル状の第２の電波受信手段と、電波送信手段に電波を送出する送信手段と、送信手段が送出した電波を第１の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで高速列車の位置及び速度を計測する第１の受信手段と、送信手段が送出した電波を第２の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで低速列車の位置及び速度を計測する第２の受信手段と、高速列車と低速列車とがすれ違う際に高速列車が所定の速度で走行するように高速列車の位置及び速度並びに低速列車の位置及び速度に基づいて演算する演算手段と、演算手段の情報を高速列車に送信する情報送信手段とを備えたことを特徴とするとする列車制御システムである。

高速列車と低速列車のそれぞれの位置と速度を計測することで、高速列車と低速列車とがすれ違う際に高速列車が所定の速度で走行するように制御するので、運行効率を向上させることである。

実施の形態１における列車制御システムの全体構成図である。 実施の形態１における第１の表示装置の内部構造図である。 実施の形態１における第１の受信機の動作を説明するための図である。 実施の形態１における２つの列車がすれ違うときのダイヤグラムを示す図である。 実施の形態２におけるレールに傾斜勾配がある場合のモデル図である。 実施の形態２における列車制御システムの全体構成図である。 実施の形態２における２つの列車がすれ違うときのダイヤグラムを示す図である。 実施の形態３の動作を説明する列車制御システムの全体構成図である。 実施の形態３の第１の伝送表示装置の内部構造図である。 実施の形態３の第１の伝送表示装置の距離測定に関する説明図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を説明する列車制御システムの全体構成図である。図１において、１００は在線位置検知装置、１０１は送信部、１０２は第１の受信部、１０３は第２の受信部、１０４は演算装置、１０５は伝送装置、１１０は送信用漏洩ケーブル、１１１は第１の受信用漏洩ケーブル、１１２は第２の受信用漏洩ケーブル、１１３は第１の列車、１１４は第２の列車、１１５は第１の表示装置、１１６は第２の表示装置、１２０は距離（Ｘ１）、１２１は距離（Ｌ１）、１２２は距離（Ｘ２）、１２３は距離（Ｌ２）、１２４は距離（Ｒ）、１２５は速度（Ｖ１）、１２６は速度（Ｖ２）である。

図２は図１に記載した第１の表示装置１１５の内部構造図である。図２において、１１７はアンテナ、１１８は受信機、１１９は表示器である。以下、装置の動作を説明する。

送信用漏洩ケーブル１１０と第１の受信用漏洩ケーブル１１１と第２の受信用漏洩ケーブル１１２とは、列車が通行するレールに沿って敷設され、送信用漏洩ケーブル１１０は上下線の間に、受信用漏洩ケーブル１１１と第２の受信用漏洩ケーブル１１２とはレール軌道の外側に敷設される。これら漏洩ケーブル１１０，１１１，１１２は地中に埋めてもよいし、バラスト上に敷設してもよく、壁面に固定してもよい。より具体的には、トンネル内であれば、受信用漏洩ケーブル１１１，１１２を壁面に固定できる。

漏洩ケーブル１１０，１１１，１１２は一般的にグレーディングと言って特性の異なる複数の漏洩ケーブルを直列に接続する方法をとる場合がある。図１ではそれを図示していないだけでグレーディングを行っても良い。また、これら漏洩ケーブル１１０，１１１，１１２は、ほぼ平行に敷設するものとする。ここで、ほぼ平行とは部分的であれば平行でなくても良いことを意味する。例えば、現場環境で部分的に漏洩ケーブルを迂回しなければならないときがこれに当たる。

送信部１０１は予め指定した擬似拡散符号で変調した送信信号を送信用漏洩ケーブル１１０に、前記擬似拡散符号を第１の受信部１０２と第２の受信部１０３とに出力する。ここで、擬似拡散符号には自己相関特性の高い符号を用いる。例えば、Ｍ系列符号、ＧＯＬＤ符号など様々な符号がある。

送信用漏洩ケーブル１１０は送信信号を空間に電波として放射し、その電波を第１の受信用漏洩ケーブル１１１と第２の受信用漏洩ケーブル１１２とがそれぞれ第１の受信信号、第２の受信信号として受信する。第１の受信信号は第１の受信部１０２に入力され、第２の受信信号は第２の受信部１０３に入力される。

第１の受信部１０２には、送信部１０１から受取った擬似拡散符号を遅延させていく機構と、その遅延させた遅延信号と第１の受信信号との相関値を求める相関器が搭載されており、遅延量を徐々に増やしていきながら、相関値の変化を計測する。第２の受信部１０３でも同様である。この動作について、図３を用いて説明する。

図３は第１の受信機１０２の動作を説明するための図である。図３において、１３０は距離軸、１３１は相関値軸、１３２は相関波形、１３３は１測定周期前の第１の列車、１３４は１測定周期前の相関波形、１３５は判定しきい値である。

在線位置検知装置１００から出力された送信信号は、送信用漏洩ケーブル１１０から電波として放射され、第１の受信用漏洩ケーブル１１１で受信され在線位置検知装置１００に入力される。このとき、送信信号が再び受信信号として入力される経路は図３では左側、すなわち始点側の方が距離が短く、右側、すなわち遠端の方が距離が長くなる。受信信号の送信信号に対する遅延量は経路の長さに比例して増える。

受信部１０２は擬似拡散符号を徐々に遅延させながら相関値を求めるので、図３の相関波形１３２が得られる。ここでは、第１の列車１１３が存在しており、送信用漏洩ケーブル１１０と第１の受信用漏洩ケーブル１１１との間にあるため電波を遮蔽する。そのため、第１の列車１１３が電波を遮蔽した領域について相関値が低下する。この様子を図３は示している。低下した相関値を予め設定した判定しきい値１３５を用いて判定することで列車の在線を検知できる。

図１において、相関値が判定しきい値１３５を下回った領域が列車の在線領域であり、この区間である距離（Ｌ１）１２１は列車長となる。また、漏洩ケーブルの始点から在線領域の始点側までの距離（Ｘ１）１２０で始点からの列車の距離、すなわち列車の位置が分かる。

相関波形１３４の在線領域は１処理周期前に測定した１測定周期前の第１の列車１３３の在線領域である。相関波形１３４の在線領域と相関波形１３２の在線領域との差分が１処理周期に進んだ列車の距離であり、この距離を１処理周期にかかる時間で割ることで列車の速度（Ｖ１）１２５が得られる。受信部１０２はこの距離（Ｘ１）１２０と距離（Ｌ１）１２１と速度（Ｖ１）１２５とを出力する。よって、受信部１０２は列車の漏洩ケーブルの始点からの距離と、列車長と、列車の速度とを計測し出力するものである。

図３は第１の受信機１０２の動作を説明するものであるが、第２の受信機１０３も同じ動作であり、受信部１０３は第２の列車１１４の距離（Ｘ２）１２２と、距離（Ｌ２）１２３と、速度（Ｖ２）１２６とを出力する。

これら受信部１０２と受信部１０３との出力値は演算装置１０４に入力される。演算装置１０４は第１の列車１１３と第２の列車１１４とがすれ違うとき、予め設定した速度ですれ違えるように列車の最適なブレーキタイミングを計算する。

例えば、第２の列車１１４は速度Ｖ２で走行し、第１の列車１１３はそれよりもずっと早い速度Ｖ１で走行しているとする。ここでは、すれ違うときは第１の列車１１３の速度を第２の列車１１４の速度Ｖ２と同じ速度まで減速しなければならないとする。

図４は２つの列車がすれ違うときのダイヤグラムを示す図である。図４において、１４０は時間軸、１４１は距離軸、１４２は第２の列車のダイヤ軌跡、１４３は第１の列車のダイヤ軌跡、１４４は時刻（Ｔ２）、１４５は第１の列車の第１のダイヤ軌跡、１４６は時刻（Ｔ４）、１４７は時間（Ｔａ）、１４８は第１の列車の第２のダイヤ軌跡、１４９は時刻（Ｔ３）、１５０は時間（Ｔｂ）、１５１は距離（Ｒ３）、１５２は時間（Ｔｃ）、１５３は最適な減速時刻（Ｔ１）、１５４は距離（Ｒ１）、１５５は距離（Ｒ２）である。

図４は列車の各時刻の位置の変化を表しておし、ダイヤ軌跡が重なったところがすれ違い時刻とすれ違い位置を示している。第１のダイヤ軌跡１４３は第１の列車１１３を想定し、第２のダイヤ軌跡１４２は第２の列車１１４を想定し、互いに逆向き、すなわちすれ違う方向に走行している。ここで、第１のダイヤ軌跡１４３は第１の列車１１３が速度を維持したまま第２の列車１１４とすれ違った場合の想定であり、すれ違いは時刻（Ｔ２）１４４で起こる。しかしながら、これは第１の列車１１３が高速ですれ違っており第２の列車１１４の走行が不安定となる。そこで、第１の列車１１３は予め減速することになるが、第１の列車の第１のダイヤ軌跡１４５は、すれ違う時刻が分らないため余裕を持って減速した場合の一例である。第１の列車の第１のダイヤ軌跡１４５の途中グラフが太線で表された部分は速度が目標のＶ２まで減速し、その速度で走行している部分である。時間（Ｔａ）１４７の間は、速度がＶ２であるため、第１の列車の第１のダイヤ軌跡１４５の傾きは一定になっている。この場合、すれ違いは時刻（Ｔ４）１４６で起こる。そして、速度Ｖ２で時間（Ｔ２）１４７だけ走行することになる。この低速で走行する時間が長いと、次の駅に到着する時刻が遅くなり、運行効率が低下する。演算装置１０４はこの低速走行時間を出来るだけ短くするために、最適な減速時刻を計算する。

この計算は例えば以下のようにして計算することができる。
ステップ１：減速時刻Ｔを選ぶ。
ステップ２：予め分かっている第１の列車の減速パターンに従って、速度が予め設定した目標速度に達する減速完了時刻を計算する。
ステップ３：減速完了時刻における、第１の列車位置とすれ違う列車位置の間の余裕距離を求める。
ステップ４：余裕距離が予め指定した判定値より小さければ減速時刻Ｔを最適な減速時刻（Ｔ１）１５３として出力。余裕距離が判定値より大きければステップ１に戻る。

ここで、ステップ１の減速時刻は、現時時刻から徐々に遅らせて行く。また、一度ステップ４で求めた余裕距離が余りに大きければ減速時刻を大きく遅らせると計算効率が上がる。

例えば、このようにして求めた最適な減速時刻で減速を開始した場合が、第１の列車の第２のダイヤ軌跡１４８である。この場合、すれ違いは時刻（Ｔ３）１４９で起こり、低速で走行するのは時間（Ｔｂ）１５０だけとなる。

列車のすれ違いは、お互いの先頭車両の部分が重なったときから、お互いの最後尾の車両が離れるまでであり、少なくとも、その間は高速列車が所定の速度で走行することになる。もっとも、トンネル内などの平空間では、空気の流れが制約されるので、お互いの先頭車両の部分が重なる手前から、お互いの最後尾の車両が離れてから暫くの間は、高速列車が所定の速度で走行することを考慮して列車の速度が演算される。

第１の列車１１３が第２の列車１１４とすれ違って再び速度Ｖ１に戻った後の適当な距離（Ｒ３）１５１における、第１の列車の第１のダイヤ軌跡１４５を選んだ場合と第１の列車の第２のダイヤ軌跡１４８を選んだ場合の到達時刻を比較すると、第１の列車の第２のダイヤ軌跡１４８を選んだ方が時間（Ｔｃ）１５２だけ早く距離（Ｒ３）１５１に達することが分る。すなわち、この方法により運行効率が上がることが分る。

演算装置１０４は最適な減速時刻（Ｔ１）１５３とその位置までの距離（Ｒ１）１５４、すれ違う時刻（Ｔ３）１４９、すれ違うまでの距離（Ｒ２）１５５を伝送装置１０５に出力する。

伝送装置１０５はそれらの情報を第１の列車１１３に設置されている第１の表示装置１１５に無線伝送する。第１の表示装置１１５を指定して無線伝送するには、無線機のＩＤや列車番号等で送る相手を区別すればよい。各列車の列車番号は図示していない列車の運行管理システムから予め簡単に分るため、ここでは説明を省く。

高速列車と低速列車とがすれ違う際に、高速列車が低速列車の走行性を不安定にしない所定の速度で走行するように、高速列車の位置及び速度並びに低速列車の位置及び速度に基づいて演算することが重要であり、上記の演算方法に限定されるものではない。

また、トンネル内で高速列車と低速列車とがすれ違う場合、高速列車が低速列車の走行性を不安定にしない所定の速度で走行するには、通常の解放空間でのすれ違いと異なり、解放空間のときより高速列車は低速の走行をしたり、すれ違いの前後で低速走行の時間をより長くとったりすることがある。

また、図１では送信用漏洩ケーブル１１０を使って無線伝送している。ただし、伝送することが目的であるため、漏洩ケーブルを使わずに空間波で伝送しても構わない。もっとも、漏洩ケーブルを使うと、建物で空間波が遮られることがないため、確実に伝送することができる。また、ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を使って、レール経由で情報を伝達することもできる。

図２において、第１の表示装置１１５では無線伝送されてきた情報をアンテナ１１７で受けて、受信器１１８で復調する。復調した最適な減速時刻（Ｔ１）１５３と、その位置までの距離（Ｒ１）１５４、すれ違う時刻（Ｔ３）１４９、すれ違うまでの距離（Ｒ２）１５５は、表示器１１９で表示され運転士に示される。運転士はその情報をみて列車速度を制御することで、所定の列車速度ですれ違うことができる。この他に表示器１１９はすれ違う時刻（Ｔ３）１４９と現在時刻との差分、すなわちすれ違うまでの時間を表示させることもできる。ここでは、第１の列車に設置されている第１の表示装置１１５について説明したが、同様のものを第２の列車に第２の表示装置１１６として設置できることは当然のことである。

本実施例では高速列車と低速列車とがすれ違うシーンを説明したが、高速列車同士では車体形状が滑らかで空気抵抗が少なく風圧に対する走行抵抗が少ないため、速度を落とす必要がない。この場合、演算装置１０４には図示していないが、運行管理システムから簡単に判断できるため、ここではあえて説明していない。高速列車と低速列車とがすれ違うとき、空力設計が出来ていない低速列車は風圧で挙動が不安定になることを防止する必要があるからである。特に、閉空間となるトンネル内での高速列車と低速列車とのすれ違いでは、空気の流れ（気流）が制限されるため風圧が強くなり、空力設計が出来ていない低速列車は風圧で挙動が不安定になるため重要である。

ここで、高速列車とは、高速に走行することを前提に設計された列車であり、車体形状が滑らかで空気抵抗が少なく風圧に対する走行抵抗が少ない列車である。高速列車は先頭部分が流線形状をしていることを特徴とする。典型的な高速列車の例としては、新幹線がある。当然のことではあるが、高速列車に対応する空力設計は、先頭部分の流線形状だけに施されているわけではない。一方、低速列車とは、基本的に空気抵抗を考慮した車体形状をとっていない列車である。低速列車は先頭部分が平面形状を成していることを特徴とする。典型的な低速列車の例としては、貨物がある。このため、先頭部分が平面形状を成している特急列車などは、低速列車に区分される。また、列車は高速列車と低速列車とに二分することができる。高速列車と低速列車とがすれ違う典型例としては、三線軌条のレールが用いられている複線がある。

ところで、各列車の位置と速度とは、先に説明した方法と全く異なる方法でも取得する方法が考えられる。例えば、近年の列車の中には車輪回転速を積算し自車位置と自車速度とを把握できるものがあり、各列車の自車位置と自車速度とを無線等の手段で演算装置１０４に伝送すれば同じ動作を実行できるように思える。しかしながら、この方法には幾つかの問題がある。

第１に各列車の位置と速度とを収集する時の無線伝送における時間差問題がある。つまり、各列車の位置と速度は異なったタイミングで集計されるため同時に収集できない。このため、すれ違う時刻の計算に誤差が生じる。対策として、各列車が位置と速度とに加えてそれを測定した時刻も合わせて無線伝送する方法も考えられる。この場合でも、無線伝送には遅延を伴うので、各列車が位置と速度とを測定し、演算装置１０４が全ての列車の情報を収集し終えるには時間が掛かる。基本的にこのような自己申告型のシステムは誤りを防ぐために冗長系が組まれており、無線伝送においても複数回伝送を行って伝送した情報の信頼性を確認する。このため、伝送誤りが生じて再送が発生すれば更に遅れる。このように、最適な減速タイミングを逃してしまう恐れがある。

一方、本発明によれば、各列車の位置と速度とは連続的に同時に測定できる。このため、高速列車は最適なタイミングで減速制御ができ、低速走行時間を抑えることができ、運行効率を高められる効果がある。また、本発明では客観的に列車の位置と速度とを計測するため、信頼性の高いシステムを構築できる。

ところで、これまでの説明では対向列車が走行していることを前提としていたが、駅でない部分で停止している場合を説明する。この場合、列車は停止しているので、対向車の速度はゼロと測定される。この場合、何らかの事故が想定され、その影響は自身の走行レーンに及んでいる可能性がある。よって、対向列車の速度がゼロの場合は、演算装置１０４は対向列車とすれ違う地点より手前で停止できるよう減速時刻を表示し、表示器１１９は警報を出す。これによって、対向レーンの事故による２次災害を回避することができる。

本説明では列車の在線を主に想定しているがそれ以外にも当然、反応することができる。なぜならば、装置の動作は判定しきい値１３５より相関値が下回るかどうかであり、列車でなくても何らかの物体がそこにあって電波を遮蔽していれば反応するからである。例えば、外部から飛込んだ自動車や何らかの原因で取り残された貨車等が考えられる。ここで、駅でない部分で停止しているかどうかの判定は、列車の距離が測定できるため、駅での停車かどうかの判定は容易であり、特に詳細な説明は省いている。

ところで、先の説明では、減速制御は運転士が行う例を示した。しかしながら、列車が自動的に速度制御する技術は確立されている。この例ではあえて示していないが、列車速度の自動制御でも、簡単に実現できることは言うまでもない。例えば、ＡＴＣを使って、臨時速度情報を流すこともでも実現できる。

２組のレール軌道の間にレールに沿って敷設したケーブル状の電波送信手段と、２組のレール軌道の内、一方の外側のレールに沿って敷設したケーブル状の第１の電波受信手段と、２組のレール軌道の内、他方の外側のレールに沿って敷設したケーブル状の第２の電波受信手段と、電波送信手段に電波を送出する送信手段と、送信手段が送出した電波を第１の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで高速列車の位置及び速度を計測する第１の受信手段と、送信手段が送出した電波を第２の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで低速列車の位置及び速度を計測する第２の受信手段と、高速列車と低速列車とがすれ違う際に高速列車が所定の速度で走行するように高速列車の位置及び速度並びに低速列車の位置及び速度に基づいて演算する演算手段と、演算手段の情報を高速列車に送信する情報送信手段とを備えたので、高速列車は最適なタイミングで減速制御ができ、低速走行時間を抑えられ、運行効率を高められる。

２組のレール軌道の間にレールに沿って敷設したケーブル状の電波送信手段と、２組のレール軌道の内、一方の外側のレールに沿って敷設したケーブル状の第１の電波受信手段と、２組のレール軌道の内、他方の外側のレールに沿って敷設したケーブル状の第２の電波受信手段と、電波送信手段に電波を送出する送信手段と、送信手段が送出した電波を第１の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで第１の列車の位置及び速度を計測する第１の受信手段と、送信手段が送出した電波を第２の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで第２の列車の位置及び速度を計測する第２の受信手段と、第１の列車と第２の列車とがすれ違う際に所定の速度ですれ違うように第１の列車の位置及び速度並びに第２の列車の位置及び速度に基づいて演算する演算手段と、演算手段の情報を第１の列車及び第２の列車の少なくともいずれか一方に送信する情報送信手段とを備えたので、運行効率を向上させることである。

演算手段は、駅以外において第１の列車の速度がゼロの場合には、第２の列車が第１の列車の手前で停止できるように演算し、情報送信手段は、前述の場合には、第２の列車に警報情報を発するので、対向レーンの事故による２次災害を回避することができる。

以上説明したように、本発明によれば、高速列車と低速列車のそれぞれの位置と速度を計測することで、高速列車と低速列車とがすれ違う際に高速列車が所定の速度で走行するように制御するので、運行効率を向上させることである。

実施の形態２．
実施の形態１ではレールの傾斜は考慮しない単純なモデルで、レールが水平状態では問題ないが、傾斜のある区間では計算に誤差がでる。それは、列車の駆動力、制動力が傾斜によって変化するためである。実施の形態２ではレールに傾斜勾配がある場合について説明する。

図５はレールに傾斜勾配がある場合のモデル図である。ここでは図５に示すように、レールに傾斜勾配がある場合にも正確にすれ違い時刻を計算し通知する方法を示す。図５において、１７０はレール、１７１は第１の列車、１７２は第２の列車、１７３は勾配角である。この実施の形態２ではレール１７０はすり鉢状に傾斜しており、第１の列車１７１は勾配角１７３で傾斜した区間を下っており、第２の列車１７２はすり鉢の底の水平部分を走行している状態を示している。

図６はこのような傾斜を含む区間における実施の形態２を説明する列車制御システムの全体構成図である。図６において、図１と同じ番号の装置または機構は図１のものと同じ動作を行い、１７４は記憶装置、１７５は演算装置である。なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１に対して新たに加わった構成要素を説明する。記憶装置１７４には角距離の勾配角が予め記録されている。また、列車番号に対する制動力も記録されている。

演算装置１７５は基本的に図１の演算装置１０４と同じ目的で、同じ動作をさせるものだが異なる部分のみ説明する。演算装置１７５では、受信部１０２や１０３が出力する距離と速度とに対応した列車番号は、列車ダイヤから特定ができ、図示しない運行管理システムから得られるものである。演算装置１７５は記憶装置１７４に列車番号を問い合わせ該当列車の制動力を求め、距離を問い合わせて該当列車の走行する勾配を得る。

以下の手順で最適な減速時刻（Ｔ１）を求めることができる。
ステップ１：減速時刻Ｔを選ぶ。そのときの第１の列車の距離をＬ１、速度をＶ１とし、第２の列車の距離をＬ２、速度をＶ２とする。Ｔ１←Ｔとして一次保管する。
ステップ２：距離Ｌ１、Ｌ２での勾配角θ１、θ２を記憶装置１７４から呼び出す。
ステップ３：予め設定した第１の列車の減速度と勾配角θ１に従って、ΔＴ時間に進む距離ΔＬ１と、ΔＴ時間後の速度Ｖ１’を求める。さらに、予め設定した第２の列車の減速度と勾配角θ２に従って、ΔＴ時間に進む距離ΔＬ２と、ΔＴ時間後の速度Ｖ２を求める。図５のシーンでは減速度は０となる。
ステップ４：Ｖ１が予め設定した目標速度に達した場合にはステップ５に、達しない場合はＬ１←Ｌ１＋ΔＬ１、Ｌ２←Ｌ２＋ΔＬ２、Ｔ←Ｔ＋ΔＴとしてステップ２に戻る。
ステップ５：Ｔは減速完了時刻となる。このとき、余裕距離Ｌ２−Ｌ１が予め指定した判定値ｄより小さければステップ６に、大きければステップ１に戻る。
ステップ６：一次保管した値Ｔ１を最適な減速時刻（Ｔ１）として出力する。

ここで、ステップ１の減速時刻は、現時時刻から徐々に遅らせていく。また、一度ステップ５で求めた余裕距離が余りに大きければ減速時刻を大きく遅らせると計算効率が上がる。

図７はこの傾斜がある場合の２つの列車がすれ違うときのダイヤグラムを示す図である。図７において、１８１はレールの傾斜が変化する距離、１８２は第２の列車のダイヤ軌跡、１８３は第１の列車のダイヤ軌跡である。第２の列車のダイヤ軌跡１８２はレールの傾斜が変化する距離で角度が変わっている。これは第２の列車にとって上り坂になったため速度が低下したことを表している。一方、第１の列車のダイヤ軌跡１８４は初めは高速で走行しており、時刻Ｔ１で減速をはじめ、第２の列車とすれ違う直前に所定の速度まで減速し、時刻Ｔ３（１８３）ですれ違っている。以後、列車に情報を伝達する部分については実施の形態１と同じであり割愛する。

このように実施の形態２によれば、レールの勾配があって列車の制動力や速度が変化する状況においても、正確に最適なタイミングで減速時間を算出できることが分る。

ところで、記憶装置１７４は演算装置１７５との物理的距離は関係ないため、記憶装置１７４は列車運行の中央制御室にあっても良い。集中管理した方が、データの更新やメンテナンスに有利である。

列車の位置に対するレールの傾斜角に関するデータを蓄積した蓄積手段を備え、演算手段は、レールの傾斜角を加えて演算するので、レールの勾配があって列車の制動力や速度が変化する状況においても正確に最適なタイミングで減速時間を算出できる。

実施の形態３．
実施の形態１や２では運行管理システムから列車番号や各列車の制動力を得ていたが、実施の形態３では運行管理システムからの情報を利用せずに列車番号や各列車の制動力を得る。

図８は実施の形態３の動作を説明する列車制御システムの全体構成図である。図８の中で図１や図６と同じ記号の装置または機構は図１や６と同じ動作を行い、１９１は第１の復調器、１９２は第２の復調器、１９３は第１の伝送表示装置、１９４は第２の伝送表示装置、１９５は演算装置である。

図９は図８の第１の伝送表示装置１９３の内部構造図であり、第２の伝送表示装置１９４も同じ構造である。図９において、図２と同じ記号の装置または機構は図２と同じ動作を行い、１９６は同期回路、１９７は送信回路である。第１の伝送表示装置１９３は送信部１０１が送信した送信信号と、伝送装置１０５が送信した情報の両方を受信する。

第１の伝送表示装置１９３内の同期回路１９６は、送信部１０１が送信した送信信号の擬似拡散符号に同期する。擬似拡散符号は１フレームが有限長の符号列とし、同期回路１９６はフレームに同期し、同期信号を送信回路１９７に出力する。送信回路１９７には外部から列車番号と制動力が入力されており、送信回路１９７は同期信号のタイミングに合わせて外部から入力された列車情報をアンテナ１１７から無線送信する。

無線送信した列車情報は受信用漏洩ケーブル１１１に受信され第１の復調器１９１に入力される。第１の復調器１９１は受信された列車情報を復調し、列車番号と制動力を演算装置１９５に出力する。ここで、第１の復調器１９１には送信部１０１が送信した擬似拡散符号が入力されており、擬似拡散符号のフレームタイミングと受信された列車情報のタイミングを比較することで、第１の伝送表示装置１９３の距離を測定できる。そして、演算装置１９５に距離情報も出力する。

図１０は第１の伝送表示装置１９３の距離測定に関する説明図である。図１０において、２０１は距離軸、２０２は受信強度、２０３は列車情報、２０４は第１の伝送表示装置１９３の距離である。

図１０に示すように、擬似拡散符号のフレームタイミングに同期して列車情報は送信されてくるため、第１の復調器１９１が擬似拡散符号のフレームタイミングと比較すると、第１の伝送表示装置１９３の距離に応じて遅延して戻ってくる。そのため、擬似拡散符号のフレームタイミングと受信された列車情報２０３のタイミングの時間差を測定すると、第１の伝送表示装置１９３の距離２０４が得られる。

この動作は非常に重要で、列車の在線位置と速度に対し列車情報を一対一に紐付け出来ることを意味する。実施の形態１、２では運行制御システムからダイヤ情報等によって列車番号を得ていたが、システム上の入力ミスなどで紐付けを誤る可能性があるが、この実施例では確実に紐付けできる。

さらには、実施の形態２では列車番号に基づいて、記憶装置１７４から制動力を得ていたが、これは固定値であった。しかしながら、実施の形態３では列車から制動力を得られる。最近の列車は車体重量を計測できる仕組みがあり、乗客の人数に応じて変化する車体重量に基づいて求めた制動力を利用できるため、計算精度が上がる。

第２の復調器１９２も同様にして第２の伝送表示装置１９４から列車情報を受けとり演算装置１９５に伝える。演算装置１９５は第１の復調器１９１から受け取った第１の列車１１３の制動力と、第２の復調器１９２から受け取った第２の列車１１４の制動力と、第１の受信部１０２や第２の受信部１０３から受取った距離と速度から実施の形態２で説明した方法ですれ違い時刻を求める。以後動作は実施の形態２と同じである。

ここで、列車番号には列車種別を含めることができ、演算装置１９５は運行管理システムから列車種別を受取ることなく、すれ違う対向列車が高速列車か低速列車かを区別することができる。この特長は重要で、ダイヤが乱れて列車順序が入れ替わった場合、運行制御システムから列車種別を受取る方法では高速列車と低速列車とを間違える恐れがある。しかしながら、本実施の形態３によれば列車の種別は運行制御システムからでなく直接列車から受取れ、しかもその情報は距離と一対一対応が取れて紐付けできるため、ダイヤ乱れ等で列車の順序が入れ替わったときに発生しうる誤認事故を防ぐことができる。

演算手段は、列車から伝送される制動力を加えて演算するので、列車の種別は運行制御システムからでなく直接列車から受取れ、しかもその情報は距離と一対一対応が取れて紐付けできるためダイヤ乱れ等で列車の順序が入れ替わったときに発生しうる誤認事故を防ぐことができる。

１００ 在線位置検知装置、１０１ 送信部、１０２ 第１の受信部、１０３ 第２の受信部、１０４ 演算装置、１０５ 伝送装置、１１０ 送信用漏洩ケーブル、１１１ 第１の受信用漏洩ケーブル、１１２ 第２の受信用漏洩ケーブル、１１３ 第１の列車、１１４ 第２の列車、１１５ 第１の表示装置、１１６ 第２の表示装置、１１７ アンテナ、１１８ 受信機、１１９ 表示器、１２０ 距離（Ｘ１）、１２１ 距離（Ｌ１）、１２２ 距離（Ｘ２）、１２３ 距離（Ｌ２）、１２４ 距離（Ｒ）、１２５ 速度（Ｖ１）、１２６ 速度（Ｖ２）、１３０ 距離軸、１３１ 相関値軸、１３２ 相関波形、１３３ １測定周期前の第１の列車、１３４ １測定周期前の相関波形、１３５ 判定しきい値、１４０ 時間軸、１４１ 距離軸、１４２ 第２の列車のダイヤ軌跡、１４３ 第１の列車のダイヤ軌跡、１４４ 時刻（Ｔ２）、１４５ 第１の列車の第１のダイヤ軌跡、１４６ 時刻（Ｔ４）、１４７ 時間（Ｔａ）、１４８ 第１の列車の第２のダイヤ軌跡、１４９ 時刻（Ｔ３）、１５０ 時間（Ｔｂ）、１５１ 距離（Ｒ３）、１５２ 短縮時間（Ｔｃ）、１５３ 最適な減速時刻、１５４ 距離（Ｒ１）、１５５ 距離（Ｒ２）、１７０ レール、１７１ 第１の列車、１７２ 第２の列車、１７３ 勾配角、１７４ 記憶装置、１７５ 演算装置、１８１ レールの傾斜が変化する距離、１８２ 第２の列車のダイヤ軌跡、１８３ 第１の列車のダイヤ軌跡、１９１ 第１の復調器、１９２ 第２の復調器、１９３ 第１の伝送表示装置、１９４ 第２の伝送表示装置、１９５ 同期回路、１９６ 送信回路、２０１ 距離軸、２０２ 受信強度、２０３ 列車情報、２０４ 第１の伝送表示装置１９３の距離。

Claims (5)

1. ２組のレール軌道の間にレールに沿って敷設したケーブル状の電波送信手段と、
   前記２組のレール軌道の内、一方の外側の前記レールに沿って敷設したケーブル状の第１の電波受信手段と、
   前記２組のレール軌道の内、他方の外側の前記レールに沿って敷設したケーブル状の第２の電波受信手段と、
   前記電波送信手段に電波を送出する送信手段と、
   前記送信手段が送出した前記電波を前記第１の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで高速列車の位置及び速度を計測する第１の受信手段と、
   前記送信手段が送出した前記電波を前記第２の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで低速列車の位置及び速度を計測する第２の受信手段と、
   前記高速列車と前記低速列車とがすれ違う際に前記高速列車が所定の速度で走行するように前記高速列車の位置及び速度並びに前記低速列車の位置及び速度に基づいて演算する演算手段と、
   前記演算手段の情報を前記高速列車に送信する情報送信手段とを備えたことを特徴とするとする列車制御システム。
2. ２組のレール軌道の間にレールに沿って敷設したケーブル状の電波送信手段と、
   前記２組のレール軌道の内、一方の外側の前記レールに沿って敷設したケーブル状の第１の電波受信手段と、
   前記２組のレール軌道の内、他方の外側の前記レールに沿って敷設したケーブル状の第２の電波受信手段と、
   前記電波送信手段に電波を送出する送信手段と、
   前記送信手段が送出した前記電波を前記第１の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで第１の列車の位置及び速度を計測する第１の受信手段と、
   前記送信手段が送出した前記電波を前記第２の電波受信手段を用いて受信し、受信した電波の遅延時間毎の受信レベルを解析することで第２の列車の位置及び速度を計測する第２の受信手段と、
   前記第１の列車と前記第２の列車とがすれ違う際に所定の速度ですれ違うように前記第１の列車の位置及び速度並びに前記第２の列車の位置及び速度に基づいて演算する演算手段と、
   前記演算手段の情報を前記第１の列車及び前記第２の列車の少なくともいずれか一方に送信する情報送信手段とを備えたことを特徴とするとする列車制御システム。
3. 演算手段は、駅以外において第１の列車の速度がゼロの場合には、第２の列車が前記第１の列車の手前で停止できるように演算し、
   情報送信手段は、前述の場合には、前記第２の列車に警報情報を発することを特徴とする請求項２に記載の列車制御システム。
4. 列車の位置に対するレールの傾斜角に関するデータを蓄積した蓄積手段を備え、
   演算手段は、前記レールの前記傾斜角を加えて演算することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の列車制御システム。
5. 演算手段は、列車から伝送される制動力を加えて演算することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の列車制御システム。

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