JP2017132327A - 進路制御方法及び地上装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線列車制御システムの特徴を踏まえた新たな進路自動制御の実現。【解決手段】列車制御システム１は、列車１０に搭載された車上装置２０と地上装置３０とが無線通信可能に構成されている。地上装置３０は、各列車１０について、駅の出発時に、当該停車位置を発点とし次の停車駅を停止目標着点とする予定進路を設定する。また、各列車１０について、予定進路上の競合する線路ノードの優先関係を判定し、この線路ノードの優先関係を用いて、予定進路上の走行を予測した走行予測方程式を作成することができる。この走行予測方程式をもとに、各列車１０の予定進路上の各線路ノードの占有開始時刻を算出する。そして、線路ノード毎に、当該線路ノードを進路設定している列車１０の占有開始時刻となると、当該列車１０で占有させるとともに、当該列車１０が通過すると、占有を解除する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線列車制御システムにおける進路制御に関する。

従来の鉄道保安システムでは、ダイヤ情報に基づいて各列車の進路設定等の進路制御を行う進路制御装置が各駅の連動装置に指令を行い、連動装置は、この指令に従って信号機や転てつ器等の地上設備を制御して進路を構成する連動制御を行っている。

近年、地上側と車上側との通信手段として無線通信を用いた無線列車制御システムの開発が進められている。無線列車制御システムでは、車上側で列車の走行位置や走行速度を計測して地上側へ送信するため、列車位置の検知のための軌道回路が不要となる。無線列車制御システムの従来技術としては、例えば特許文献１の技術が知られている。

特開２０１１−２５８３４号公報

しかしながら、原理的に無線列車制御システムは列車位置を連続検知可能であるものの、上述の特許文献１に開示されているような連動制御は、線路を区切った固定区間（軌道回路が設置された物理的な区間や仮想的なブロック）を単位とした進路鎖錠を行っていた。このため、特許文献１の技術は、無線列車制御システムのメリットを未だ十分に活用できていないと考えられた。

例えば、線路を固定区間で区切った場合には、進路の始点は区間境界となるため、列車間隔を短くすることに限界があった。また、列車位置を固定区間単位で判断することになるため、ダイヤ乱れ時等で、必要に応じて列車の進行順序を変更する場合に効率的な対処ができない場合が生じ得た。

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、無線列車制御システムの特徴を踏まえた新たな進路自動制御を実現することである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
各列車の列車位置に基づいて列車制御を行う無線列車制御システムにおける進路制御方法であって、
各列車について、当該列車の列車位置を発点とし、到達目標位置を着点とする当該発点から当該着点までを予定進路として設定することと、
各列車について、前記予定進路上の走行位置に対する走行速度を予測した速度曲線（以下「走行予測方程式」という）を予測することと、
少なくとも転てつ器を含む線路ノードそれぞれに対する進入列車の優先順位を、各列車の前記走行予測方程式を用いて設定することと、
前記線路ノードそれぞれについて、前記優先順位が最優先に設定された列車の前記走行予測方程式に基づき、当該列車が当該線路ノードに接近したことを示す所定の接近条件を満たし、且つ、当該線路ノードの占有列車設定が占有列車無しの場合に、当該列車を占有列車として当該線路ノードを占有させる占有設定を行うことと、
各列車について、前記発点から順に当該列車が占有列車として設定された線路ノードに対する進入を許可することで当該列車の進行許可区間を設定することと、
前記線路ノードを列車が通過した場合に、当該通過した列車を占有列車とする当該線路ノードの占有列車設定を占有列車無しとする占有解除を行うことと、
を含み、
前記走行予測方程式を予測することは、各列車の列車位置、及び、前記線路ノードそれぞれの占有列車設定に従って随時行うことを含む、
進路制御方法である。

また、他の発明として、
各列車の列車位置に基づいて列車制御を行う無線列車制御システムにおける地上装置であって、
各列車について、当該列車の列車位置を発点とし、到達目標位置を着点とする当該発点から当該着点までを予定進路として設定する予定進路設定手段と、
各列車について、前記予定進路上の走行位置に対する走行速度を予測した速度曲線（以下「走行予測方程式」という）を予測する予測手段と、
少なくとも転てつ器を含む線路ノードそれぞれに対する進入列車の優先順位を、各列車の前記走行予測方程式を用いて設定する優先順位設定手段と、
前記線路ノードそれぞれについて、前記優先順位が最優先に設定された列車の前記走行予測方程式に基づき、当該列車が当該線路ノードに接近したことを示す所定の接近条件を満たし、且つ、当該線路ノードの占有列車設定が占有列車無しの場合に、当該列車を占有列車として当該線路ノードを占有させる占有設定を行う占有設定手段と、
各列車について、前記発点から順に当該列車が占有列車として設定された線路ノードに対する進入を許可することで当該列車の進行許可区間を設定する進行許可区間設定手段と、
前記線路ノードを列車が通過した場合に、当該通過した列車を占有列車とする当該線路ノードの占有列車設定を占有列車無しとする占有解除を行う占有解除手段と、
を備え、
前記予測手段は、各列車の列車位置、及び、前記線路ノードそれぞれの占有列車設定に従って随時前記走行予測方程式を予測する、
地上装置を構成しても良い。

この第１の発明等によれば、無線列車制御システムの特徴を踏まえた新たな進路制御を実現することができる。すなわち、各列車について、列車位置を発点として予定進路を設定するため、進路の発点を任意の位置に設定できる。また、各列車について、予定進路上の走行を予測した走行予測方程式を作成することで、この走行予測方程式をもとに、列車間の進路の競合を容易に判断することができる。また、各列車の走行予測方程式に基づき、線路ノード毎に進入列車の優先順位を予測し、最優先列車が線路ノードへの接近条件を満たしたことをもって、当該線路ノードを当該列車で占有させるとともに、列車が通過すると占有を解除する。これにより、進路の鎖錠範囲を最小化することができ、例えばダイヤ乱れ時にも、進路の競合を抑えた効率的な進路制御を実現することができる。

第２の発明として、第１の発明の進路制御方法であって、
前記走行予測方程式を予測することは、
前記予定進路に転てつ器の線路ノードがある場合に、当該転てつ器に対して進入前に停止させる減速パターン（以下「減速方程式」という）を設定することと、
前記予定進路に速度制限区間がある場合に、当該速度制限区間に対して制限速度以下の定速度で走行する速度パターン（以下「定速度方程式」）という）を設定することと、
前記減速方程式および前記定速度方程式が設定された前記予定進路において、各列車の列車位置、及び、前記線路ノードそれぞれの占有列車設定に基づき、当該列車が加速走行可能な箇所に当該列車の加速パターンを示す加速方程式を組み込むことで、一連の走行予測方程式を作成することと、
を含む、
進路制御方法を構成しても良い。

この第２の発明によれば、列車が予定進路を最短で走行する際の走行予測方程式を予測することができる。

第３の発明として、第２の発明の進路制御方法であって、
各列車について、前記予定進路上の前記線路ノードの占有が終了する占有終止時刻を予測すること、
を更に含み、
前記走行予測方程式を予測することは、
前記減速方程式上で、当該列車が加速走行可能となる方程式変化点を、各列車の前記占有終止時刻を用いて予測することと、
前記方程式変化点から当該列車が加速走行する前記加速方程式を組み込むことと、
を含む、
進路制御方法を構成しても良い。

この第３の発明によれば、予定進路上の線路ノードそれぞれについて他の列車との競合を考慮した走行予測方程式を予測することができる。

第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の進路制御方法であって、
各列車の前記予定進路に基づいて競合区間を判定すること、
を更に含み、
前記優先順位を設定することは、同一の前記競合区間上の前記線路ノードに対する進入列車の優先順位を同一に設定することである、
進路制御方法を構成しても良い。

この第４の発明によれば、競合区間を単位として線路ノードに対する進入列車の優先順位が設定される。

第５の発明として、第４の発明の進路制御方法であって、
前記優先順位を設定することは、ダイヤを用いて優先順位を設定することを含む、
進路制御方法を構成しても良い。

この第５の発明によれば、ダイヤを用いて線路ノードに対する進入列車の優先順位を設定することで、例えば駅における列車の出発順序や到着順序を守ることができる。

第６の発明として、第４又は第５の発明の進路制御方法であって、
各列車について、前記予定進路上の前記線路ノードの占有が終了する占有終止時刻を予測すること、
を更に含み、
前記優先順位を設定することは、前記占有終止時刻を用いて前記競合区間を最も早く進出する列車を判定し、当該列車を優先するように当該競合区間上の前記線路ノードに対する優先順位を設定することを含む、
進路制御方法を構成しても良い。

この第６の発明によれば、競合区間を最も早く進出する列車を優先するように競合区間の線路ノードに対する優先順位を設定することで、例えばダイヤ乱れ時にも、列車の遅延を抑制することが可能となる。

列車制御システムの全体構成図。 進路制御の手順の概要図。 予定進路の設定の説明図。 線路ノードの占有開始時刻の説明図。 二列車の絶対的優先関係の説明図。 二列車の絶対的優先関係の説明図。 二列車の絶対的優先関係の説明図。 二列車の絶対的優先関係の説明図。 二列車の相対的優先関係の説明図。 線路ノードについての防護方程式の設定の説明図。 走行予測方程式の作成の説明図。 制限速度についての防護方程式の設定の説明図。 加速方程式と減速方程式との交差の説明図。 地上装置の機能構成図。 駅ダイヤ情報のデータ構成例。 線路ノード構成データのデータ構成例。 制限速度変化点データのデータ構成例。 線路ノード進路状態データのデータ構成例。 列車情報のデータ構成例。 予定進路データのデータ構成例。 競合列車優先関係データのデータ構成例。 走行予測データのデータ構成例。 進路制御処理のフローチャート。 列車間優先関係判定処理のフローチャート。 列車走行予測処理のフローチャート。 走行方程式作成処理のフローチャート。 進路占有・鎖錠処理のフローチャート。 進路占有解除処理のフローチャート。

［システム構成］
図１は、本実施形態の列車制御システム１の構成である。図１に示すように、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、所定の無線通信網を介した無線通信が可能となっている。無線通信網は、通信エリアが連続して軌道を含むように複数の無線基地局５０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ＬＣＸ（同軸漏洩ケーブル）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、走行速度を含む車上情報を地上装置３０へ送信する。走行位置及び走行速度は、例えば速度発電機が検出する車軸の回転数の計測値をもとに算出する。走行位置は、例えばキロ程として算出される。そして、車上装置２０は、地上装置３０から受信した制御情報に従った自列車の速度制御を行う。

地上装置３０は、例えば中央司令所に設置され、車上装置２０と無線通信を行うことで、各列車１０の走行位置及び走行速度を管理する在線管理や、走行位置や走行速度に応じて各列車１０の進路の設定や占有、鎖錠、占有解除を行う進路制御を行う。

［原理］
本実施形態の進路制御について説明する。

（Ａ）進路制御の手順
図２は、本実施形態の進路制御の手順を示す概要図である。列車１０に対する進路制御は、（１）進路設定、（２）進路占有、（３）進路鎖錠、の順に行う。

進路設定は、列車１０の先頭位置を発点とし、この発点から、停止目標として指定された着点６０（６０ｂ，６０ｃ，・・・）までの経路を、予定進路として設定する。本実施形態では、着点６０は駅の停止位置とされ、複数の着点６０（６０ｂ，６０ｃ，・・・）の候補が存在する。そのうちの１つが、１つの列車１０の着点６０として選定されることとなる。図２においては丸印が着点を示しており、Ｂ駅の停止位置に関する着点６０ｂと、Ｃ駅の停止位置に関する着点６０ｃとが示されている。そして、列車１０の予定進路が、Ｃ駅まで、すなわち着点６０ｃまで設定されている。また、予定進路の設定は、列車１０が駅を出発する前に、当該列車１０の次の停車駅を停止目標として設定される。つまり、本実施形態では、予定進路は、停車駅間を単位として設定される。

図３は、進路設定のより詳細な例を示す図である。図３では、Ａ駅に在線する列車１０Ｘは、次の停車駅であるＢ駅に定められた着点６０ｂ１までの予定進路が設定される。また、同じくＡ駅に在線する列車１０Ｙは、Ｂ駅を通過するため、次の停車駅であるＣ駅に定められた着点６０ｃ２までの予定進路が設定される。同じ駅であっても着点が異なるのは、停止する番線が異なるため、すなわち、詳細な停止位置が異なるためである。

進路設定が行われると、次いで、進路占有が実行される。予定進路上の線路ノードについて、発点から近い順に、占有可能か否かを判断し、占有可能な線路ノードまでを、当該列車１０で占有する（図２（２）参照）。本実施形態において、線路ノードとは、転てつ器４０、及び、着点６０のことである。また、線路ノードには、占有状態と鎖錠状態とがあり、占有状態は「未占有」と「占有」の何れか、鎖錠状態は「鎖錠」と「未鎖錠」の何れかを取る。

進路の占有及び鎖錠は、当該進路上に存在する線路ノード１つ１つに対して行う。なお、この占有は、物理的に占有する意味ではなく、論理的な占有を意味する。図２では、列車１０の予定進路上に、転てつ器４０ａ〜４０ｄと、着点６０ｂ，６０ｃとが存在しており、転てつ器４０ａ，４０ｂと、着点６０ｂとが占有されている（占有状態）。これ以外の転てつ器４０ｃ，４０ｄと、着点６０ｃとは占有されていない（未占有状態）。

続いて、占有した線路ノードを鎖錠する。つまり、転てつ器４０については、予定進路に沿った所定方向（開通方向）に転換させ、転換が完了すると鎖錠として扱う。着点６０については、直ちに鎖錠とすることができる。そして、予定進路のうち、鎖錠した線路ノードまでを、列車１０が進行可能な進行許可区間として設定する。詳細には、鎖錠した線路ノードとその次の未鎖錠の線路ノードとの間に先行列車が存在しなければ、その未鎖錠の線路ノードの外方に定められた停止位置までが進行許可区間となり、先行列車が存在するならば、その先行列車から所定距離だけ外方の位置までが進行許可区間となる。図２では、転てつ器４０ａは鎖錠されているが、転てつ器４０ｂは鎖錠されておらず、従って、発点から、転てつ器４０ｂの外方（手前）所定距離までの区間が、列車１０の進行許可区間とされている。

（Ｂ）占有のタイミング
線路ノードの占有は、列車が線路ノードに接近したことを示す所定の接近条件を満たすことでなされる。図４は、線路ノードの占有開始時刻を説明する図であり、列車の速度曲線と、時間軸とを併せて示している。本実施形態において、列車の線路ノードへの接近条件は、当該列車による当該線路ノードへの占有開始時刻に達したこと、である。なお、占有開始時刻、及び、後述する占有終止時刻は、絶対時刻ではなく、現在時刻からの相対時刻、すなわち進路占有や占有解除を行うまでの秒数としても良い。

占有開始時刻は、列車１０が減速することなく線路ノードを通過できると判断できる限界の時刻として定められる。具体的には、図４に示すように、線路ノードが転てつ器４０の場合には、列車１０の速度曲線が、転てつ器４０の外方に定められる停止位置に停止するための減速パターンに当たって減速を開始する減速開始位置の到達時刻（減速開始時刻ｔａ）より、更に、転てつ器４０の転換及び鎖錠に要する転換余裕時間ＭＴだけ以前の時刻が、占有開始時刻ｔｏとなる。

また、線路ノードが着点６０の場合には、列車１０の速度曲線が、着点６０の外方に定められる停止位置に停止するための減速パターンに当たって減速を開始する減速開始時刻が、占有開始時刻となる。

速度曲線は、列車１０による予定進路の最短時間での走行予測に関する列車走行予測を行って得られる走行位置に対する走行速度を表した曲線である。以下、この速度曲線のことを「走行予測方程式」という。減速開始時刻は、走行予測方程式から求めることができる。列車走行予測の詳細については後述する。

占有開始時刻に達したと判断された線路ノードについては、占有開始時刻に達したと判断された列車１０によって占有されたとして設定される。占有された後は、続いて鎖錠が行われる。

そして、列車１０が線路ノードを通過すると、当該列車１０による当該線路ノードの鎖錠が解除され（解錠：非鎖錠）、続いて占有が解除される（非占有）。つまり、予定進路上の全体を一度に占有・鎖錠するのではなく、列車１０の走行に応じて、順次、線路ノードを占有・鎖錠してゆき、走行に応じて、順次、占有・鎖錠を解除してゆく。

（Ｃ）進路の競合
線路ノードを占有可能か否かの判断は、当該線路ノードの占有状態が未占有であるか否かだけでなく、他の列車の進路との競合関係を判断して行う。ある１つの線路ノードの占有は、ある一列車のみに与えられるからである。列車の競合関係の有無は、競合する二列車それぞれの予定進路上の線路ノードのうち、共通の線路ノードの有無によって判断する。つまり、共通する線路ノードが無い場合には、二列車に「競合関係が無い」と判断し、共通する線路ノードが有る場合には、二列車に「競合関係が有る」と判断する。そして、競合関係がある場合には、競合する線路ノードに対する優先関係を判断する。優先関係を判断するに当たって、競合する線路ノードを含む区間を二列車の競合区間とし、この競合区間における全ての線路ノードに対する優先関係を判断する。

優先関係には、絶対的優先及び相対的優先の二種類がある。絶対的優先は、二列車の位置関係などによって絶対的に決まる優先関係である。図５〜図８は、絶対的優先関係の一例である。図５は、二列車が対向する場合であって、一方の列車の予定進路上に既に他方の列車が存在する場合の一例である。図５では、列車１０ａ，１０ｂが対向しており、一方の列車１０ａの予定進路上に他方の列車１０ｂが既に存在している。また、競合する線路ノードは、転てつ器４０ｂである。この場合、例えば、競合する転てつ器４０ｂについて、一方の列車１０ａを優先とすると、この一方の列車１０ａは、転てつ器４０ｂを通過した後は、他方の列車１０ｂの存在によってそれ以上進行することができず、いわゆるデッドロックの状態となる。このため、競合する転てつ器４０ｂについては、他方の列車１０ｂを優先とする。つまり、対向する二列車のうち、一方の列車の進路上に既に他方の列車が存在する場合には、当該二列車で競合する線路ノードについては、他方の列車を優先とする。

図６は、二列車が対向する場合であって、二つ以上の競合する線路ノードのうち、一つ以上の線路ノードを一方の列車が占有している場合の一例である。図６では、二列車１０ａ，１０ｂが対向しており、競合する線路ノードである二つの転てつ器４０ｂ，４０ｃのうち、一方の転てつ器４０ｃが一方の列車１０ｃによって占有されている。この場合、例えば、占有されていない他方の転てつ器４０ｂについて、他方の列車１０ａを優先とすると、この他方の列車１０ａは、一方の転てつ器４０ｃを占有できないためにこれ以上進行することができず、いわゆるデッドロックの状態となる。このため、転てつ器４０ｂについては、一方の列車１０ｂを優先とする。つまり、対向する二列車が競合する線路ノードのうち、一部の線路ノードを一方の列車が占有している場合には、それ以外の競合する全ての線路ノードについても、一方の列車を優先とする。

図７は、二列車が同一駅の同一番線に到着する場合の一例であり、二列車の競合する線路ノードに、同一駅の同一番線に係る着点６０が含まれている場合の一例である。図７では、列車１０ａ，１０ｂの競合する線路ノードに、Ａ駅の同一番線に定められた着点６０ａ１，６０ａ２が含まれている。この場合、各列車のＡ駅での着発時刻を定めた駅ダイヤを参照し、Ａ駅への到着時刻が早いほうの列車を優先とする。図７の例では、競合区間に存在する線路ノードである転てつ器４０ａ，４０ｂ、着点６０ａ１，６０ａ２の全てが、一方の列車１０の優先とされる。

図８は、同一駅を出発する順向する二列車が同一線路を進行する場合の一例である。図８では、順向する二列車の進路は、Ａ駅の異なる番線を発車後、Ａ駅構内の背向の分岐器４０ａによって同一の線路に合流した後、Ａ駅構内を進出するよう定められている。この場合、Ａ駅の駅ダイヤを参照し、Ａ駅の発時刻が早いほうの列車１０を優先とする。図８の例では、競合区間に存在する線路ノードである転てつ器４０ａ，４０ｂの全てが、一方の列車１０の優先とされる。なお、図８では、Ａ駅から発車する二列車がＢ駅に到着する際に、当該二列車がＢ駅構内の対向の分岐器４０ｂによって分岐して異なる番線に到着する例を示しているが、同一番線（同一着点）に到着しても良い。

相対的優先は、二列車の走行状態に応じて決まる優先関係であり、上述の絶対的優先関係が当てはまらない場合である。図９は、相対的優先関係の一例である。相対的優先関係では、競合区間の進出時刻が早いほうの列車が優先となる。競合区間の進出時刻は、当該列車から見て、競合区間の進出側の最後の線路ノードの進出時刻である。図９では、列車１０ａ，１０ｂが対向しており、競合する線路ノードは、転てつ器４０ｂ，４０ｃである。この場合、一方の列車１０ａが転てつ器４０ｃを進出する時刻と、他方の列車１０ｂが転てつ器４０ｂを進出する時刻とを比較する。線路ノードの進出時刻は、列車走行予測によって得られる走行予測方程式に基づいて算出され、この走行予測方程式から求められる当該線路ノードの占有終止時刻とされる。

（Ｄ）列車走行予測
列車走行予測では、線路ノードに対する停止制御のための防護方程式や、速度制限区間に対する速度制限制御のための防護方程式を設定し、これらの防護方程式に加速方程式を加えることで、列車１０の予定進路上の最短の走行を表す走行予測方程式を作成する。この走行予測方程式から、線路ノードの占有開始時刻及び占有終止時刻を求めることができる。

（Ｄ１）防護方程式
図１０は、列車１０ａの進路に係る防護方程式の作成を説明する図である。図１０では、列車１０ａの現在の走行位置（図１０で図示されている位置）から着点６０ａへ至る予定進路上に、線路ノードである転てつ器４０が存在する例を示している。この転てつ器４０は、対向する列車１０ｂと競合している。競合関係は絶対的優先であり、対向列車１０ｂが優先である。また、予定進路上の転てつ器４０と着点６０ａとの間に、速度制限区間が設けられている。

先ず、予定進路上の線路ノード（転てつ器４０と着点６０ａ）に対する停止制御のための防護方程式と、速度制限区間に制限速度を遵守した走行曲線（この場合、直線）である防護方程式とを設定する。なお、防護方程式は、列車１０ａの走行位置（図１０において、横方向）に対する走行速度（図１０において、縦方向）を示す速度曲線として定められ、図１０中の列車１０ａの進路の上側に示している。防護方程式には、減速パターンである減速方程式と、定速度パターンである定速度方程式と、がある。

予定進路上の線路ノードのうち、他列車によって占有されている線路ノードと、他列車の絶対的優先である線路ノードと、停止目標着点とについてのみ、減速方程式が設定される。線路ノードに設定される防護方程式は減速方程式のみであり、当該線路ノードに係る停止位置に停止させるため（停止制御のため）の減速方程式が設定される。すなわち、停止位置で走行速度をゼロとする終了点を定め、この終了点から進行方向の逆方向に延長した、減速度βで減速する減速方程式を設定する。図１０では、転てつ器４０の線路ノードについては、当該転てつ器４０の外方の停止位置で走行速度をゼロとする終了点７２ａが定められ、この終了点７２ａから進行方向の逆方向に延長する減速方程式７０ａが設定される。着点６０ａの線路ノードについては、当該着点６０ａの外方の所定位置で走行速度をゼロとする終了点７２ｄが定められ、この終了点７２ｄから進行方向の逆方向に延長する減速方程式７０ｄが設定されている。減速度βは、列車１０ａの性能として定められる減速度を、当該線路ノードの外方に定められた勾配によって補正して決定される。この減速方程式は、少なくとも、線区に定められた制限速度（上限速度）に到達するまで、列車１０ａの進行方向と逆方向に延長される。

また、速度制限区間については、開始位置に対して減速方程式が、開始位置と終了位置との間に対しては定速度方程式が設定される。すなわち、図１０では、当該速度制限区間の開始位置で、走行速度が、速度制限区間の制限速度以下の所定速度となる開始点７２ｂ定められ、この開始点７２ｂから、列車１０ａの進行方向と逆方向に延長する減速方程式７０ｂが設定される。また、速度制限区間の終了位置で、走行速度が、速度制限区間の制限速度以下の所定速度となる終了点７２ｃが定められ、開始点７２ｂと終了点７２ｃとの間に定速度方程式７０ｃが設定される。

ただし、演算処理上は、開始点７２ｂおよび終了点７２ｃを区別して扱わず、ともに「制限速度変化点」として扱うことが可能である。すなわち、ある制限速度変化点において内方の制限速度が外方の制限速度よりも高い場合には終了点７２ｃと判断することができ、逆に、内方の制限速度が外方の制限よりも低い場合には、開始点７２ｂと判断することができる。これを利用して、制限速度変化点が開始点７２ｂに相当するのか、終了点７２ｃに相当するのかを判定することができる。

また、線路ノードについて設定した減速方程式については、当該線路ノードが他の列車と競合する場合には、減速制御解除点を当該減速方程式に設定する。減速制御解除点は、当該線路ノードについての停止制御が解除される時点を表す。すなわち、当該線路ノードが他の競合列車の占有又は絶対的優先となっているならば、競合列車による占有が解除される占有終止時刻に相当する位置に、減速解除点を設定する。

図１０では、転てつ器４０が列車１０ｂと競合しており、競合関係はこの競合列車１０ｂが絶対的優先となっているため、競合列車１０ｂの転てつ器４０の占有終止時刻に相当する減速方程式７０ａ上の位置に、減速解除点７４ａが設定される。また、着点６０については列車１０ａの停止目標着点であるので、減速方程式７０ｄに減速解除点は設定されない。

（Ｄ２）走行予測方程式
図１１は、走行予測方程式の作成を説明する図である。図１１では、図１０に示した列車１０ａの予定進路に対して、走行予測方程式を作成する例を示している。ここで、列車１０ａは線路に設定された制限速度（上限速度）を超えて走行しないため、速度制限区間を除いた区間については制限速度（上限速度）で定速走行させるための定速度方程式を追加設定し、これを防護方程式とみなして走行予測方程式の作成を行う。すなわち、図１２に示すように、速度制限区間の開始位置を終了点７２ｅとして外方に延長した定速度方程式７０ｅと、速度制限区間の終了位置を開始点７２ｆとして内方に延長した定速度方程式７０ｆとが、防護方程式として追加設定される。

走行予測方程式は、防護方程式７０を加速方程式で繋ぐようにして作成する。具体的には、図１１に示すように、先ず、列車１０ａの現在の走行位置及び走行速度を開始点７８ａとして、加速度αで加速する加速パターンである加速方程式を作成する。次いで、この加速方程式と最初に交差する防護方程式を、続く方程式として採用する。続いて、防護方程式に設定された減速解除点を開始点とする加速方程式、或いは、当該防護方程式と交差する防護方程式を、その次に続く方程式として採用する。この処理を、最後の防護方程式まで、つまり予定進路の着点６０ａについて設定された防護方程式を採用するまで、繰り返し行う。最後の防護方程式については、他の防護方程式との交差を判定せず、終了点（この場合、着点６０ａ）まで採用する。こうして選択・作成された一連の方程式が走行予測方程式となる。

詳細に説明する。図１３は、加速方程式が減速方程式に交差する場合を説明する図である。なお、定速度方程式が減速方程式と交差する場合も同様である。図１３（ａ）に示すように、加速方程式８０ａと減速方程式７０ｇとの交点８２ａへの到着予測時刻（或いは到着予測位置とも言える。以下同じ。）が、減速方程式７０ｇの減速解除点７４ｇへの到着予測時刻より早い場合には、減速方程式７０ｇにおける交点８２ａから減速解除点７４ｇまでの方程式部分８４ｇを、走行予測方程式として採用する。そして、減速解除点７４ｇを開始点として、新たな加速方程式８０ｂを作成する。

また、図１３（ｂ）に示すように、加速方程式８０ｃと減速方程式７０ｈとの交点８２ｃへの到着予測時刻が、減速方程式７０ｈの減速解除点７４ｈへの到着予測時刻と同じ或いは遅い場合には、減速方程式７０ｈを走行方程式として採用しない。加速方程式８０ｃは、減速方程式７０ｈを通過し、次に交差する減速方程式７０ｉを対象とする。

また、図１３（ｃ）に示すように、加速方程式８０ｄと減速方程式７０ｊとの交点８２ｄへの到着予測時刻が減速方程式７０ｊの減速解除点７４ｊへの到着予測時刻より早く、且つ、減速方程式７０ｊの減速解除点７４ｊが減速方程式７０ｊの終了点に一致する場合には、減速方程式７０ｊにおける交点８２ｄから減速解除点７４ｊまでの方程式部分８４ｊを、走行予測方程式として採用する。そして、減速方程式７０ｊの終了点の位置（つまり、該当する線路ノードの停止位置）において、減速解除点７４ｊへの到着予測時刻（減速解除時刻）となる時点を開始点として、新たな加速方程式８０ｅを作成する。

図１１に示す例では、先ず、列車１０の現在の走行位置及び走行速度を開始点７８ａとする加速方程式が作成される。そして、この加速方程式のうち、定速度方程式７０ｅ（図１２参照）との交点７８ｂまでの方程式部分７６ａが、走行予測方程式として採用される。次いで、定速度方程式７０ｅ（図１２参照）のうち、交点７８ｂから転てつ器４０についての減速方程式７０ａ（図１２参照）との交点７８ｃまでの方程式部分７６ｂと、減速方程式７０ａ（図１２参照）のうち、交点７８ｃから減速解除点７４ａまでの方程式部分７６ｃと、が順に走行予測方程式として採用される。続いて、減速方程式７０ａ（図１２参照）の減速解除点７４ａを開始点とする加速方程式が作成され、この加速方程式のうち、速度制限区間の開始位置についての減速方程式７０ｂ（図１２参照）との交点７８ｄまでの方程式部分７６ｄと、減速方程式７０ｂ（図１２参照）のうち、交点７８ｄから終了点７２ｂまでの方程式部分７６ｅと、定速度方程式７０ｃ（図１２参照）の開始点７２ｂから終了点７２ｃまでの方程式部分７６ｆとが、順に走行予測方程式として採用される。更に、この終了点７２ｃを開始点とする加速方程式が作成され、この加速方程式のうち、着点６０ａに係る終了点７２ｄについての減速方程式７０ｄ（図１２参照）との交点７８ｅまでの部分方程式７６ｇと、減速方程式７０ｄ（図１２参照）のうち、交点７８ｅから終了点７２ｄまでの方程式部分７６ｈと、が順に走行予測方程式として採用される。

［機能構成］
図１４は、地上装置３０の機能構成図である。図１４によれば、地上装置３０は、入力部１０２と、表示部１０４と、時計部１０６と、通信部１０８と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて構成される一種のコンピュータである。

入力部１０２は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置で実現され、操作入力に応じた操作信号を処理部２００に出力する。表示部１０４は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置で実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。時計部１０６は、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、現在時刻や、指定タイミングからの経過時間を計時する。通信部１０８は、例えば通信モジュールやルータ、モデム等で実現される通信装置であり、無線基地局５０を介した車上装置２０との間のデータ通信や、転てつ器４０との間の制御信号の通信を実現する。

処理部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の演算装置・演算回路を有して構成され、処理部２００に記憶されたプログラムやデータ、通信部１０８を介した車上装置２０等の外部装置からの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、処理部２００は、在線管理部２０２と、進路設定部２０４と、列車間優先関係判定部２０６と、列車走行予測部２０８と、占有開始・終止時刻算出部２１４と、進路占有・鎖錠部２１６と、進路占有解除部２１８と、転てつ器制御部２２０とを有する。処理部２００が有する各機能部は、それぞれの機能を実現するための演算回路で実現されるものとしてもよいし、１つの演算装置・演算回路によるプログラムの実行によりソフトウェア的に実現されるものとしてもよい。

在線管理部２０２は、車上装置２０から受信した車上情報をもとに、各列車の走行位置及び走行速度を管理する。走行位置及び走行速度は、該当する列車情報３１０の位置速度データ３１６（図１９参照）として記憶される。

進路設定部２０４は、列車の予定進路を設定する。具体的には、駅ダイヤ情報３０４を参照し、ある列車のある駅の出発時刻の所定時間前となると、当該列車の予定進路として、当該駅から、当該列車の次の停車駅までの進路を設定する。進路の設定は、線路ノード構成データ３３０を参照して行うことができる。また、進路設定部２０４は、設定する進路上に存在する転てつ器４０の開通方向についても判断する。設定した予定進路は、該当する列車情報３１０の予定進路データ３１８（図２０参照）として記憶される。

図１５は、駅ダイヤ情報３０４のデータ構成の一例を示す図である。図１５によれば、駅ダイヤ情報３０４は、駅３０４ａ毎に、当該駅を着発する全ての列車について、列車ＩＤ３０４ｂと、着発番線３０４ｃと、到着時刻３０４ｄと、出発時刻３０４ｅと、走行条件３０４ｆと、停止目標着点３０４ｇと、を対応付けて格納している。走行条件３０４ｆは、例えば始発や停車、通過、終点といった、列車の駅に対する走行形態である。停止目標着点３０４ｇは、当該駅から出発する場合に、対応する列車が次に停車する停車駅およびその停車駅での停車番線であり、この停止目標着点３０４ｇが、対応する列車の当該駅を出発した場合の着点となる。

図１６は、線路ノード構成データ３３０のデータ構成の一例を示す図である。図１６によれば、線路ノード構成データ３３０は、線路ノードである転てつ器４０に関する転てつ器構成データ３３２と、着点に関する着点構成データ３３６とを含む。

転てつ器構成データ３３２は、転てつ器４０それぞれについて、識別情報である転てつ器ＩＤ３３２ａと、設置位置３３２ｂと、転換余裕時間３３２ｃと、共通側車両接触限界３３２ｄと、定位側車両接触限界３３２ｅと、反位側車両接触限界３３２ｆと、隣接ノードデータ３３４とを格納している。設置位置３３２ｂは、例えばキロ程で表現された絶対位置が格納される。車両接触限界３３２ｄ〜３３２ｆは、設置位置３３２ｂからの軌道に沿った距離が格納される。この車両接触限界３３２ｄ〜３３２ｆで定められる設置位置３３２ｂからの位置が、転てつ器４０の停止位置となる。隣接ノードデータ３３４は、当該転てつ器４０にとって軌道Ｒに沿って隣接する線路ノードに関するデータであり、方向別に、隣接する線路ノード３３４ａと、隣接する線路ノードまでの距離３３４ｂと、隣接する線路ノードとの間の勾配３３４ｃとを対応付けて格納している。方向は、列車の進行方向を示す起点側及び終点側に区別される。勾配３３４ｃは、隣接線路ノードまでが下り勾配である場合に、その勾配の大きさを示す値である。

着点構成データ３３６は、着点それぞれについて、識別情報である着点ＩＤ３３６ａと、設置位置３３６ｂと、隣接ノードデータ３３８とを格納している。隣接ノードデータ３３８は、当該着点６０にとって軌道Ｒに沿って隣接する線路ノードに関するデータであり、起点側及び終点側の方向別に、隣接する線路ノード３３８ａと、隣接する線路ノードまでの距離３３８ｂと、隣接する線路ノードとの間の勾配３３８ｃとを対応付けて格納している。

図１４に戻り、列車間優先関係判定部２０６は、競合する線路ノードに対する列車間の優先関係を判定する。具体的には、対象の二列車それぞれに設定された予定進路上の線路ノードのうち、共通の線路ノードの有無を判断し、共通する線路ノードが無い場合には、二列車に競合関係が無いと判断し、共通する線路ノードが有る場合には、二列車に競合関係が有ると判断する。そして、競合関係がある場合には、競合する線路ノードを全て含めた１つの区間を定めて二列車の競合区間とし、この競合区間内に存在する線路ノード全体に対する優先関係を判断する。優先関係の判断としては、まず、二列車の競合区間の競合形態が絶対的優先関係であるかを判断する。絶対的優先関係は次の（ア）〜（エ）の四種類であり、優先となる列車は一意に決まる。
（ア）競合区間上に一方の列車が存在する場合。この場合、競合区間上に存在する一方の列車を優先とする（図５参照）。
（イ）競合区間の線路ノードの何れかを一方の列車が占有している場合。この場合、競合区間の線路ノードを占有している一方の列車を優先とする（図６参照）。
（ウ）競合区間上に停止目標着点が存在する場合。この場合、駅ダイヤ情報３０４を参照し、停止目標着点の到着時刻が早いほうの列車を優先とする（図７参照）。
（エ）同一駅を出発する二列車が順向であり、同一線路を進行する場合（図８参照）。この場合、駅ダイヤ情報３０４を参照し、出発時刻が早いほうの列車を優先とする。

競合区間の競合形態が絶対的優先関係でない場合には、相対的優先関係であると判断する。判断した二列車の競合関係は、該当する列車情報３１０の競合列車優先関係データ３２０（図２１参照）として記憶される。

列車走行予測部２０８は、防護方程式作成部２１０と、走行方程式作成部２１２とを有しており、列車に対する列車走行予測を行って、列車１０の予定進路を最短時間で走行する走行予測方程式を作成する。

防護方程式作成部２１０は、列車１０に設定された予定進路上の線路ノードに対する停止制御や、予定進路上の速度制限区間に対する速度制限制御についての防護方程式を設定する。具体的には、予定進路上の線路ノードのうち、当該列車の停止目標着点と、他列車による占有又は絶対的優先となっている線路ノードとについて、停止制御のための減速方程式を設定する。線路ノードの占有状態や鎖錠状態は、進路状態３１８ｄとして、該当する列車情報３１０の予定進路データ３１８（図２０参照）に格納されており、これを参照して判断することができる。

すなわち、線路ノードの外方に定められている停止位置で走行速度をゼロとする終了点を定め、この終了点から進行方向の逆方向に延長した、減速度βで減速する減速方程式を設定する。減速度βは、列車１０の性能として定められる減速度を、当該線路ノードの外方に定められた勾配によって補正して決定する。列車１０の減速度は、該当する列車情報３１０の性能データ３１４（図１９参照）として記憶されている。線路ノードの勾配は、線路ノード構成データ３３０に記憶されている。

更に、他列車による占有又は絶対的優先となっている線路ノードに対して、減速制御解除点を減速方程式に設定する。すなわち、当該線路ノードの競合列車の占有終止時刻に相当する位置に減速解除点を設定する。競合列車が複数である場合には、複数の競合列車それぞれの占有終止時刻のうち、最も遅い時刻に相当する位置を減速解除点とする。競合列車については、該当する列車情報の競合列車優先関係データ３２０（図２１参照）を参照して判断することができる。

また、制限速度変化点データ３５０を参照して、予定進路上の制限速度変化点それぞれについて、内方の制限速度と外方の制限速度との高低に応じて、速度制限制御のための防護方程式（減速方程式、或いは、定速度方程式）を設定する。すなわち、内方の制限速度が外方の制限速度より低い制限速度変化点については、速度制限区間の開始位置と判定することができ、この制限速度変化点の位置で内方の制限速度となる開始点を定め、この開始点から進行方向と逆方向に外方の制限速度に到達するまで延長した、減速度βで減速する減速方程式を設定する。また、内方の制限速度が外方の制限速度より高い制限速度変化点については、速度制限区間の終了位置と判定することができ、この制限速度変化点の位置で外方の制限速度となる終了点を定め、この終了点から、進行方向と逆方向に当該速度制限区間の開始位置まで延長した定速度方程式を設定する。

更に、列車は線区に設定された制限速度（上限速度）を超えて走行しないため、速度制限区間を除いた区間について、制限速度（上限速度）で定速走行させるための定速度方程式を、防護方程式として追加設定する。すなわち、速度制限区間の開始位置を終了点とする線区の制限速度（上限速度）の定速度方程式と、速度制限区間の終了位置を開始点とする線区の制限速度（上限速度）の定速度方程式とを設定する。設定した防護方程式は、該当する列車情報３１０の走行予測データ３２２の防護方程式テーブル３２４として記憶される（図２２参照）。

図１７は、制限速度変化点データ３５０のデータ構成の一例を示す図である。図１７によれば、制限速度変化点データ３５０は、線区に設けられている制限速度変化点それぞれについて、識別情報である制限速度変化点ＩＤ３５０ａに対応付けて、設置位置３５０ｂと、制限速度データ３５２と、隣接ノードデータ３５４と、を格納している。制限速度データ３５２は、線区の起点側及び終点側の方向別に線路に定められた制限速度として、起点側制限速度３５２ａと、終点側制限速度３５２ｂとを格納している。隣接ノードデータ３５４は、起点側及び終点側の方向別に、隣接する線路ノード３５４ａと、隣接する線路ノードまでの距離３５４ｂと、隣接する線路ノードとの間の勾配３５４ｃとを対応付けて格納している。

走行方程式作成部２１２は、防護方程式作成部２１０によって作成された防護方程式に加速方程式を加えることで、列車の予定進路を最短時間で走行する走行予測方程式を作成する。具体的には、列車の現在の走行位置及び走行速度を開始点として、加速度αで加速する加速パターンである加速方程式を作成する。次いで、この加速方程式と最初に交差する防護方程式を、続く方程式として採用する。続いて、防護方程式に設定された減速解除点を開始点とする加速方程式、或いは、当該防護方程式と交差する防護方程式を、その次に続く方程式として採用する。この処理を、最後の防護方程式まで、つまり予定進路の停止目標着点について設定された防護方程式を採用するまで、繰り返し行う。最後の防護方程式については、他の防護方程式との交差を判定せず、終了点までを採用する（図１１参照）。最後の防護方程式まで作成・採用した一連の方程式が走行予測方程式となる。作成した走行予測方程式は、該当する列車情報３１０の走行予測データ３２２の走行方程式テーブル３２６として記憶される（図２２参照）。

占有開始・終止時刻算出部２１４は、各列車１０について、列車走行予測部２０８によって作成された列車走行予測方程式に基づいて、予定進路上の線路ノードのうち、未鎖錠の線路ノードについての占有開始時刻、及び、占有終止時刻を算出する。すなわち、転てつ器４０については、列車走行方程式から求められる、当該転てつ器４０についての減速パターンの減速開始点の位置を列車１０（詳細には、先頭位置）が通過する時刻から、転てつ器４０の転換余裕時間だけ以前の時刻を、占有開始時刻とする。また、列車走行方程式から求められる、転てつ器４０の設置位置を列車１０（詳細には、最後尾位置）が通過する時刻を、占有終止時刻とする。着点６０については、列車走行方程式から求められる、当該着点６０についての減速パターンの減速開始点の位置を列車１０（詳細には、先頭位置）が通過する時刻を、占有開始時刻とする。また、列車走行方程式から求められる、着点６０の設置位置を列車１０（詳細には、最後尾位置）が通過する時刻を、占有終止時刻とする。

進路占有・鎖錠部２１６は、線路ノードに対する占有及び鎖錠を行う。具体的には、線路ノード進路状態データ３４０を参照し、線路ノードそれぞれについて、何れかの列車１０の占有開始時刻となると、当該線路ノードをその列車１０で占有する。次いで、線路ノードが転てつ器４０ならば、転てつ器制御部２２０を介して、当該転てつ器４０を占有した列車１０の開通方向へ転換させ、転換が完了すると鎖錠とする。また、着点６０については、占有すると、直ちに鎖錠とする。

図１８は、線路ノード進路状態データ３４０のデータ構成の一例を示す図である。図１８によれば、線路ノード進路状態データ３４０は、転てつ器４０に関する転てつ器進路状態データ３４２と、着点６０に関する着点進路状態データ３４４とを含む。

転てつ器進路状態データ３４２は、転てつ器４０それぞれについて、転てつ器ＩＤ３４２ａと、現在の転換方向３４２ｂとともに、当該転てつ器４０を予定進路に含む列車それぞれについて、列車ＩＤ３４２ｃと、進入側停止目標着点３４２ｄと、開通方向３４２ｅと、占有状態３４２ｆと、鎖錠状態３４２ｇと、占有開始時刻３４２ｈと、占有終止時刻３４２ｉと、停止減速度３４２ｊと、を対応付けて格納している。進入側停止目標着点３４２ｄは、対応する列車に設定された予定進路の停止目標着点である。停止減速度３４２ｊは、当該転てつ器４０についての停止制御を行う場合の減速度であり、対応する列車１０の性能である減速度を、当該転てつ器４０の外方の勾配によって補正した値となる。

着点進路状態データ３４４は、着点６０それぞれについて、着点ＩＤ３４４ａとともに、当該着点を予定進路に含む列車それぞれについて、列車ＩＤ３４４ｂと、進入側停止目標着点３４４ｃと、進出側停止目標着点３４４ｄと、占有状態３４４ｅと、鎖錠状態３４４ｆと、占有開始時刻３４４ｇと、占有終止時刻３４４ｈと、停止減速度３４４ｉと、を対応付けて格納している。進入側停止目標着点３４４ｃは、対応する列車１０が当該着点６０に進入する際の予定進路の停止目標着点であり、進出側停止目標着点３４４ｄは、対応する列車１０が当該着点６０から進出する際の予定進路の停止目標着点である。

図１４に戻り、進路占有解除部２１８は、線路ノードに対する占有解除を行う。具体的には、線路ノードそれぞれについて、当該線路ノードの設置位置を、当該線路ノードを占有している列車１０（詳細には、最後尾位置）が通過すると、鎖錠及び占有を解除する。

転てつ器制御部２２０は、転てつ機の動作制御を行う。すなわち、転てつ器４０に対して、進路占有・鎖錠部２１６の転換指示に従って、指示された転換方向への転換動作を行わせる。また、随時、各転てつ器４０の現在の転換状態（定位／反位／転換中）を取得・管理する。

記憶部３００は、ＲＯＭやＲＯＭ等のＩＣメモリや、ハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部２００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、処理部２００の作業領域として用いられ、処理部２００が実行した演算結果や、通信部１０８を介して送受するデータ等が一時的に格納される。また、記憶部３００には、進路制御プログラム３０２と、駅ダイヤ情報３０４と、列車情報３１０と、線路ノード構成データ３３０と、線路ノード進路状態データ３４０と、制限速度変化点データ３５０と、が記憶される。

列車情報３１０は、地上装置３０の管理対象となる列車１０に関する情報である。図１９は、列車情報３１０のデータ構成の一例を示す図である。図１９によれば、列車情報３１０は、列車１０それぞれについて、識別情報である列車ＩＤ３１２に対応付けて、性能データ３１４と、位置速度データ３１６と、予定進路データ３１８と、競合列車優先関係データ３２０と、走行予測データ３２２とを含む。

性能データ３１４は、走行性能に関するデータであり、列車長３１４ａと、加速度３１４ｂと、減速度３１４ｃと、最高速度３１４ｄとを格納している。位置速度データ３１６は、現在の走行位置及び走行速度に関するデータであり、先頭列車の先端部の位置３１６ａと、最後尾車両の後端部の位置３１６ｂと、走行速度３１６ｃと、を格納している。

予定進路データ３１８は、当該列車１０に設定された予定進路に関するデータである。列車１０の予定進路は、始発駅から終着駅までの区間について、途中の停車駅間を単位として設定される。このため、予定進路データ３１８は、図２０に示すように、停車駅に設定されている停止目標着点３１８ａ毎に、当該停止目標着点までの予定進路上の線路ノード３１８ｂと、その線路ノード３１８ｂが転てつ器４０である場合の開通方向３１８ｃと、進路状態３１８ｄとを対応付けて格納している。進路状態３１８ｄは、占有状態と、鎖錠状態と、占有開始時刻と、占有終止時刻とを含む。

競合列車優先関係データ３２０は、予定進路が競合する列車に関するデータであり、図２１に示すように、予定進路が競合する列車３２０ａそれぞれについて、競合する線路ノード３２０ｂと、競合する線路ノードについての優先関係３２０ｃと、優先関係が絶対的優先関係である場合に優先となる列車３２０ｄと、優先関係が相対的優先関係である場合の当該列車及び競合列車それぞれの競合区間の進出時刻３２０ｅと、を対応付けて格納している。

走行予測データ３２２は、当該列車１０に対して行った列車走行予測に関する最新のデータであり、図２２に示すように、防護方程式テーブル３２４と、走行方程式テーブル３２６と、を含む。

防護方程式テーブル３２４は、設定した防護方程式毎に、例えば終了点が当該列車１０の走行位置に近い順に並べて付した式番号３２４ａと、防護対象３２４ｂと、防護種別３２４ｃと、終了点距離３２４ｄと、減速度３２４ｅと、内方制限速度３２４ｆと、減速制御解除時刻３２４ｇとを対応付けて格納している。防護対象３２４ｂは、当該防護方程式を設定した線路ノード或いは制限速度変化点である。防護種別３２４ｃは、防護方程式の種別であり、減速方程式であるか定速度方程式であるかを示す。終了点距離３２４ｄは、当該列車１０の現在の走行位置（詳細には、先頭位置）から、防護方程式の終了点の位置までの距離である。内方制限速度３２４ｆは、防護方程式の終了点の内方の制限速度である。

走行方程式テーブル３２６は、作成した走行方程式を構成する部分方程式毎に、例えば作成順に並べて付した式番号３２６ａと、式種別３２６ｂと、開始点距離３２６ｃと、開始時間３２６ｄと、開始速度３２６ｅと、加減速度３２６ｆと、を対応付けて格納している。式種別３２６ｂは、部分方程式が、加速方程式、減速方程式、或いは、定速度方程式の何であるかを示す。開始点距離３２６ｃは、当該列車１０の現在の走行位置（詳細には、先頭位置）から、部分方程式の開始点の位置までの距離である。開始時間３２６ｄは、現在時刻から、部分方程式の開始点の位置に到達するまでの時間である。開始速度３２６ｅは、部分方程式の開始点の速度である。

［処理の流れ］
図２３は、車上装置２０が行う進路制御処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、処理部２００が、進路制御プログラム３０２を実行することで実現される。

先ず、駅それぞれを順に対象としたループＡの繰り返し処理を行う。ループＡでは、進路設定部２０４が、駅ダイヤ情報３０４を参照して、何れかの列車１０の対象駅における発車時刻の所定時間前となったならば（ステップＡ１：ＹＥＳ）、その列車１０について、現在の走行位置を発点とし、次の停車駅を停止目標着点として、予定進路を設定する（ステップＡ３）。ループＡはこのように行われる。

全ての駅を対象としたループＡの処理を終了すると、列車間優先関係判定処理（図２４参照）を行って、予定進路が競合する列車間の優先関係を判定する（ステップＡ５）。続いて、全ての列車１０を順に対象としたループＢの繰り返し処理を行う。ループＢでは、列車走行予測部２０８が、対象列車１０についての列車走行予測処理（図２５参照）を行って、対象列車１０の列車走行予測を行う（ステップＡ７）。次いで、占有開始・終止時刻算出部２１４が、列車走行予測の結果に基づき、対象列車１０の予定進路上の線路ノードそれぞれについて、占有開始時刻及び占有終止時刻を算出する（ステップＡ９）。ループＢはこのように行われる。

全ての列車を対象としたループＢの処理を終了すると、続いて、進路占有・鎖錠部２１６が、進路占有・鎖錠処理（図２７参照）を行う（ステップＡ１１）。その後、進路占有解除部２１８が、進路占有解除処理（図２８参照）を行う（ステップＡ１３）。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。

図２４は、列車間優先関係判定処理の流れを説明するフローチャートである。列車間優先関係判定処理では、先ず、全ての列車１０を順に対象としたループＣの繰り返し処理を行う。ループＣでは、列車間優先関係判定部２０６が、対象列車１０と、予定進路が競合する他の列車（競合列車）を抽出する（ステップＢ１）。予定進路が競合するか否かは、それぞれの予定進路に共通の線路ノードが含まれるか否かによって判断する。

次いで、抽出した競合列車を順に対象としたループＤの繰り返し処理を行う。ループＤでは、対象列車と競合列車との競合する線路ノードについての優先関係を、それぞれの予定進路や走行位置等から判定する（ステップＢ３）。そして、判定した優先関係が絶対的優先関係ならば（ステップＢ５：ＹＥＳ）、競合形態から、対象列車と競合列車のうち、競合区間を優先とする列車を判定する（ステップＢ７）。

ループＤはこのように行われる。全ての競合列車に対するループＤの処理を行うと、ループＣの処理は終了となる。全ての列車１０を対象としたループＣの処理を行うと、列車間優先関係判定処理は終了となる。

図２５は、走行予測処理の流れを説明するフローチャートである。走行予測処理では、先ず、防護方程式作成部２１０が、対象列車の予測進路上の線路ノードを抽出する（ステップＥ１）。そして、抽出した線路ノードを順に対象とするループＦの繰り返し処理を行う。ループＦでは、対象の線路ノードが対象列車によって鎖錠されているか否かを判断する。鎖錠されていないならば（ステップＥ３：ＮＯ）、対象の線路ノードの外方に定められた停止位置を速度ゼロの終了点とする減速方程式を設定する（ステップＥ５）。次いで、対象の線路ノードに進路設定している競合列車のうち、絶対的優先関係である競合列車を抽出する（ステップＥ７）。競合列車が抽出されたならば（ステップＥ９：ＹＥＳ）、抽出した競合列車それぞれの対象線路ノードについての進路占有終止時刻のうち、最も遅い時刻を、減速方程式の減速解除時刻として設定する（ステップＥ１１）。絶対的優先関係にある競合列車が抽出されないならば（ステップＥ９：ＮＯ）、現在時刻を、減速方程式の減速解除時刻として設定する（ステップＥ１３）。ループＦはこのように行われる。

抽出した全ての線路ノードに対するループＦの処理を行うと、続いて、対象列車の予定進路上の制限速度変化点を抽出する（ステップＥ１５）。そして、抽出した制限速度変化点それぞれを順に対象としたループＧの繰り返し処理を行う。ループＧでは、対象の制限速度変化点の内方の制限速度が外方の制限速度より低いならば（ステップＥ１９：ＹＥＳ）、対象の制限速度変化点は速度制限区間の開始位置と判断されるため、対象の制限速度変化点で内方の制限速度となる開始点を定めて減速方程式を設定する（ステップＥ２１）。一方、対象の制限速度変化点の内方の制限速度が外方の制限速度以上ならば（ステップＥ１９：ＮＯ）、対象の制限速度変化点は速度制限区間の終了位置と判断されるため、対象の制限速度変化点で外方の制限速度となる終了点を定めて定速度方程式を設定する（ステップＥ２３）。ループＧはこのように行われる。

抽出した全ての制限速度変化点を対象としたループＧの処理を行うと、対象線路の予定進路のうち、速度制限区間を除く区間について、線区の制限速度（上限速度）での定速度方程式を設定する（ステップＥ２５）。その後、走行方程式作成部２１２が、走行方程式作成処理（図２６参照）を行って、このように設定した防護方程式を用いて対象列車の走行予測方程式を作成する（ステップＥ２７）。

図２６は、走行方程式作成処理の流れを説明するフローチャートである。走行方程式作成処理では、先ず、走行方程式作成部２１２が、対象列車の現在の走行位置及び走行速度を開始点とする加速方程式を作成し、処理対象方程式とする（ステップＤ１）。そして、この処理対象方程式を、走行予測方程式の部分方程式として採用する（ステップＤ３）。次いで、処理方程式と最初に交差する防護方程式を取得する（ステップＤ７）。交差する防護方程式が存在しないならば（ステップＤ７：ＮＯ）、処理方程式の終了点を開始点とする加速方程式を作成し、新たな処理対象方程式とする（ステップＤ９）。その後、ステップＤ３に戻り、同様の処理を行う。

交差する防護方程式が存在するならば（ステップＤ７：ＹＥＳ）、処理対象方程式と防護方程式との交点の位置、速度及び時刻を算出する（ステップＤ９）。そして、交差する防護方程式が最終の防護方程式（つまり、予定進路の停止目標着点について設定された減速方程式）ならば（ステップＤ１３：ＹＥＳ）、交差する防護方程式の交点から終了点までを、走行予測方程式の部分方程式として採用する（ステップＤ２９）。そして、走行方程式作成処理は終了となる。

一方、交差する防護方程式が最終の防護方程式でないならば（ステップＤ１３：ＮＯ）、交差する防護方程式に減速解除点が設定されているかを判断する。減速解除点が設定されていないならば（ステップＤ１５：ＮＯ）、交差する方程式を処理対象方程式とし、交点以降を走行予測方程式の部分方程式として採用する（ステップＤ１７）。その後、ステップＤ５に戻り、同様の処理を行う。

交差する防護方程式に減速解除点が設定されているならば（ステップＤ１５：ＹＥＳ）、交点の時刻と、減速解除点の時刻（減速解除時刻）とを比較する。交点の時刻が減速解除時刻より早いならば（ステップＤ１９：ＹＥＳ）、交差する防護方程式の交点から減速解除点までを、走行予測方程式の部分方程式として採用する（ステップＤ２１）。そして、減速開始点を開始点とする加速方程式を作成し、処理対象方程式とする（ステップＤ２３）。その後、ステップＤ３に戻り、同様の処理を行う。一方、交点の時刻が減速解除時刻以降ならば（ステップＤ１９：ＮＯ）、交差する防護方程式を不採用とし（ステップＤ２５）、処理対象方程式とその次に交差する防護方程式を取得する（ステップＤ２７）。その後、ステップＤ７に戻り、同様の処理を行う。

図２７は、進路占有・鎖錠処理の流れを説明するフローチャートである。進路占有・鎖錠処理では、進路占有・鎖錠部２１６が、線区の全ての線路ノードを順に対象としたループＨの繰り返し処理を行う。ループＨでは、対象の線路ノードの進路状態を判断し、何れの列車１０にも鎖錠されていないならば（ステップＦ１：ＮＯ）、何れかの列車１０によって占有されているかを判断する。対象の線路ノードが何れかの列車１０にとって占有されており（ステップＦ３：ＹＥＳ）、且つ、対象の線路ノードが転てつ器４０ならば（ステップＦ５：ＹＥＳ）、対象の線路ノードを占有している列車１０の対象の線路ノードである転てつ器４０についての開通方向を取得し、開通方向への転換が完了しているかを判断する。開通方向への転換が完了しているならば（ステップＦ７：ＹＥＳ）、対象の線路ノードを、占有している列車１０で鎖錠する（ステップＦ９）。また、対象の線路ノードが転てつ器４０でない、すなわち着点６０ならば（ステップＦ５：ＮＯ）、対象の線路ノードを、占有している列車１０で鎖錠する（ステップＦ９）。

一方、対象の線路ノードが何れの列車１０にも占有されていないならば（ステップＦ３：ＮＯ）、対象の線路ノードを進路設定している列車１０のうち、占有開始時刻が現在時刻に達している列車１０を抽出する（ステップＦ１１）。列車１０が抽出されたならば（ステップＦ１３：ＹＥＳ）、対象の線路ノードを、抽出した列車１０で占有する（ステップＦ１５）。次いで、対象の線路ノードが転てつ器４０ならば（ステップＦ１７：ＹＥＳ）、抽出した列車１０の対象の線路ノードについての開通方向を取得し（ステップＦ１９）、対象の線路ノードである転てつ器４０に対して、取得した開通方向への転換を指示する（ステップＦ２１）。ループＨはこのように行われる。全ての線路ノードを対象としたループＨの処理を行うと、進路占有・鎖錠処理は終了となる。

図２８は、進路占有解除処理の流れを説明するフローチャートである。進路占有解除処理では、進路占有解除部２１８が、線区の全ての線路ノードを順に対象としたループＩの繰り返し処理を行う。ループＩでは、対象の線路ノードの進路状態が鎖錠ならば（ステップＧ１：ＹＥＳ）、対象の線路ノードを占有している列車１０が、対象の線路ノードを通過したかを判断する。通過したならば（ステップＧ３：ＹＥＳ）、対象の線路ノードの占有を解除する（ステップＧ５）。ループＩはこのように行われる。全ての線路ノードを対象としたループＩの処理を終了すると、進路占有解除処理は終了となる。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、無線列車制御システムの特徴を踏まえた新たな進路制御を実現することができる。すなわち、地上装置３０は、各列車１０について、駅の停車時に、当該停車位置を発点とし次の停車駅を停止目標着点とする予定進路を設定する。つまり、進路の発点を任意に設定できるとともに、予定進路の設定タイミングの判定が容易である。

また、各列車１０について、予定進路上の競合する線路ノードの優先関係を判定し、この線路ノードの優先関係を用いて、予定進路の走行を予測した走行予測方程式を作成することができる。この走行予測方程式をもとに、各列車１０の予定進路上の各線路ノードの占有開始時刻を算出する。そして、線路ノード毎に、当該線路ノードを進路設定している列車１０の占有開始時刻となると、当該列車１０で占有させるとともに、当該列車１０が通過すると、占有を解除する。これにより、進路の鎖錠範囲を狭小化することができ、例えばダイヤ乱れ時にも、進路の競合を抑えることができる。

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
３０ 地上装置
１０２ 入力部、１０４ 表示部、１０６ 時計部、１０８ 通信部
２００ 処理部
２０２ 在線管理部、２０４ 進路設定部、２０６ 列車間優先関係判定部
２０８ 列車走行予測部、２１０ 防護方程式作成部、２１２ 走行方程式作成部
２１４ 占有開始・終止時刻算出部、２１６ 進路占有・鎖錠部
２１８ 進路占有解除部、２２０ 転てつ器制御部
３００ 記憶部
３０２ 進路制御プログラム、３０４ 駅ダイヤ情報
３１０ 列車情報、３３０ 線路ノード構成データ
３４０ 線路ノード進路状態データ、３５０ 制限速度変化点データ
４０ 転てつ器
５０ 無線基地局
６０ 着点
Ｒ 軌道

Claims (7)

1. 各列車の列車位置に基づいて列車制御を行う無線列車制御システムにおける進路制御方法であって、
   各列車について、当該列車の列車位置を発点とし、到達目標位置を着点とする当該発点から当該着点までを予定進路として設定することと、
   各列車について、前記予定進路上の走行位置に対する走行速度を予測した速度曲線（以下「走行予測方程式」という）を予測することと、
   少なくとも転てつ器を含む線路ノードそれぞれに対する進入列車の優先順位を、各列車の前記走行予測方程式を用いて設定することと、
   前記線路ノードそれぞれについて、前記優先順位が最優先に設定された列車の前記走行予測方程式に基づき、当該列車が当該線路ノードに接近したことを示す所定の接近条件を満たし、且つ、当該線路ノードの占有列車設定が占有列車無しの場合に、当該列車を占有列車として当該線路ノードを占有させる占有設定を行うことと、
   各列車について、前記発点から順に当該列車が占有列車として設定された線路ノードに対する進入を許可することで当該列車の進行許可区間を設定することと、
   前記線路ノードを列車が通過した場合に、当該通過した列車を占有列車とする当該線路ノードの占有列車設定を占有列車無しとする占有解除を行うことと、
   を含み、
   前記走行予測方程式を予測することは、各列車の列車位置、及び、前記線路ノードそれぞれの占有列車設定に従って随時行うことを含む、
   進路制御方法。
2. 前記走行予測方程式を予測することは、
   前記予定進路に転てつ器の線路ノードがある場合に、当該転てつ器に対して進入前に停止させる減速パターン（以下「減速方程式」という）を設定することと、
   前記予定進路に速度制限区間がある場合に、当該速度制限区間に対して制限速度以下の定速度で走行する速度パターン（以下「定速度方程式」）という）を設定することと、
   前記減速方程式および前記定速度方程式が設定された前記予定進路において、各列車の列車位置、及び、前記線路ノードそれぞれの占有列車設定に基づき、当該列車が加速走行可能な箇所に当該列車の加速パターンを示す加速方程式を組み込むことで、一連の走行予測方程式を作成することと、
   を含む、
   請求項１に記載の進路制御方法。
3. 各列車について、前記予定進路上の前記線路ノードの占有が終了する占有終止時刻を予測すること、
   を更に含み、
   前記走行予測方程式を予測することは、
   前記減速方程式上で、当該列車が加速走行可能となる方程式変化点を、各列車の前記占有終止時刻を用いて予測することと、
   前記方程式変化点から当該列車が加速走行する前記加速方程式を組み込むことと、
   を含む、
   請求項２に記載の進路制御方法。
4. 各列車の前記予定進路に基づいて競合区間を判定すること、
   を更に含み、
   前記優先順位を設定することは、同一の前記競合区間上の前記線路ノードに対する進入列車の優先順位を同一に設定することである、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の進路制御方法。
5. 前記優先順位を設定することは、ダイヤを用いて優先順位を設定することを含む、
   請求項４に記載の進路制御方法。
6. 各列車について、前記予定進路上の前記線路ノードの占有が終了する占有終止時刻を予測すること、
   を更に含み、
   前記優先順位を設定することは、前記占有終止時刻を用いて前記競合区間を最も早く進出する列車を判定し、当該列車を優先するように当該競合区間上の前記線路ノードに対する優先順位を設定することを含む、
   請求項４又は５に記載の進路制御方法。
7. 各列車の列車位置に基づいて列車制御を行う無線列車制御システムにおける地上装置であって、
   各列車について、当該列車の列車位置を発点とし、到達目標位置を着点とする当該発点から当該着点までを予定進路として設定する予定進路設定手段と、
   各列車について、前記予定進路上の走行位置に対する走行速度を予測した速度曲線（以下「走行予測方程式」という）を予測する予測手段と、
   少なくとも転てつ器を含む線路ノードそれぞれに対する進入列車の優先順位を、各列車の前記走行予測方程式を用いて設定する優先順位設定手段と、
   前記線路ノードそれぞれについて、前記優先順位が最優先に設定された列車の前記走行予測方程式に基づき、当該列車が当該線路ノードに接近したことを示す所定の接近条件を満たし、且つ、当該線路ノードの占有列車設定が占有列車無しの場合に、当該列車を占有列車として当該線路ノードを占有させる占有設定を行う占有設定手段と、
   各列車について、前記発点から順に当該列車が占有列車として設定された線路ノードに対する進入を許可することで当該列車の進行許可区間を設定する進行許可区間設定手段と、
   前記線路ノードを列車が通過した場合に、当該通過した列車を占有列車とする当該線路ノードの占有列車設定を占有列車無しとする占有解除を行う占有解除手段と、
   を備え、
   前記予測手段は、各列車の列車位置、及び、前記線路ノードそれぞれの占有列車設定に従って随時前記走行予測方程式を予測する、
   地上装置。

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