JP2017183882A - 地上システム - Google Patents

Abstract

【課題】公衆が利用可能な周波数帯域を用いた列車制御用の無線通信に利用した場合において、その信頼性の向上を図ることができる技術の実現。【解決手段】地上システム１では、中央装置１０が、駅に停車中の列車６０が次駅まで走行する際に使用する通信チャネルを、停車駅及び次駅それぞれにおいて測定装置３０が測定した通信チャネル別の電界強度に基づいて決定し、決定した周波数を、停車駅及び次駅それぞれの無線通信装置２０に通知するとともに、列車６０の車上装置７０に通知する。隣り合う駅の無線通信装置２０それぞれの通信可能範囲２２が重複しないように設置されている場合には、当該隣り合う駅で同じ通信チャネルを使用するように決定し、隣り合う駅の無線通信装置２０それぞれの通信可能範囲２２が一部重複するように設置されている場合には、当該隣り合う駅で異なる通信チャネルを使用するように決定する。【選択図】図１

Description

本発明は、列車の車上装置と無線通信を行う地上システムに関する。

近年、鉄道では、車上と地上との間の通信手段として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。無線通信には、有線通信と比較して、地上設備の設置や保守にかかるコストを大幅に削減できるというメリットがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１３９２０５号公報

しかし、無線通信には、有線通信と比較して、通信遅延や通信途絶といった通信不良が発生し易く、通信の信頼性が劣る欠点がある。鉄道では、列車の安全走行が最重要であるため、無線通信を用いる場合には、専用の無線通信網を構築するのが一般的であった。専用の無線通信網を構築するためには、軌道沿線に専用の無線基地局を設置する必要があるが、列車の運行本数が少ない閑散線区では、専用の無線基地局の設置や保守にかかるコスト負担が大きい。

そこで、車上と地上との無線通信として、公衆無線ＬＡＮ等の公衆が利用可能な周波数帯域を利用し、既存の通信機器等を活用することで比較的安価に通信システムを構築する方策が考えられる。しかし、公衆が利用可能な周波数帯域は、他の利用者との共用であるため、他の利用者の通信による混信や干渉が生じたり、利用状況によっては通信遅延が生じたりと、専用の無線通信網に比較して信頼性が劣る。

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、公衆が利用可能な周波数帯域を用いた列車制御用の無線通信に利用した場合において、その信頼性の向上を図ることができる技術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、
列車の車上装置と無線通信を行う地上システムであって、
各駅構内に対応して当該駅構内を通信可能範囲に含むように設置された無線通信装置と、
各駅構内に設置され、当該駅構内における前記周波数帯域内の通信チャネル別の電界強度を測定する測定装置と、
前記無線通信装置が使用する通信チャネルを決定し、前記無線通信装置を介した前記車上装置との通信を制御する地上制御装置と、
を具備し、
前記地上制御装置は、
第１駅に停車中の前記列車が次駅である第２駅まで走行する際に、前記第１駅及び前記第２駅の前記測定装置の測定結果に基づいて、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が使用する通信チャネルを決定する決定手段と、
前記決定した通信チャネルを前記車上装置に通知して、前記第１駅の前記無線通信装置及び前記第２駅の前記無線通信装置と無線通信を行う通信チャネルを設定させる車上変更制御手段と、
前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が使用する通信チャネルを、前記決定した通信チャネルに設定させる手段と、
を備える、
地上システムである。

この第１の発明によれば、第１駅に停車中の列車が次駅である第２駅まで走行する際に使用する通信チャネルが、第１駅及び第２駅それぞれにおける通信チャネル別の電界強度に基づいて決定される。無線通信を、他の利用者と共用する公衆が利用可能な周波数帯域の無線通信とした場合、その時、その場所の利用状況に応じて、測定されるその電界強度は変化する。このため、利用可能な複数の通信チャネルのうちから、通信チャネル別の電界強度に基づいて、例えば、電界強度が最も低い通信チャネルを選択して決定することで、列車制御に用いる無線通信の信頼性を向上させることが可能となる。

第２の発明として、第１の発明の地上システムであって、
前記決定手段は、前記決定する時点において、前記測定装置による測定の結果、電界強度がより小さい通信チャネルを前記使用する通信チャネルとして優先して決定する、
地上システムを構成しても良い。

この第２の発明によれば、電界強度がより小さい通信チャネルを優先して使用するように決定される。つまり、通信チャネルが利用されているということは、当該通信チャネルの無線信号が送信されているということであり、通信データ量の増加に応じて、当該通信チャネルの電界強度は大きく（強く）なる。このため、電界強度がより小さい（弱い）通信チャネルを使用することで、信頼性の高い無線通信を実現することが可能となる。

第３の発明として、第１又は第２の発明の地上システムであって、
前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置は、通信可能範囲が重複しないように設置されており、
前記決定手段は、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が同じ通信チャネルを使用するように決定する、
地上システムを構成しても良い。

この第３の発明によれば、第１駅及び第２駅の無線通信装置が、それぞれの通信可能範囲が重複しないように設置されている場合、同じ通信チャネルを使用しても干渉は生じないため、第１駅及び第２駅の無線通信装置が同じ通信チャネルを使用することができる。同じ通信チャネルを使用することで、車上装置において、使用する通信チャネルの変更が不要なるため、第１駅を出発してから第２駅に到着するまで通信チャネルの切り替えが不要になる。

第４の発明として、第１又は第２の発明の地上システムであって、
前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置は、通信可能範囲が一部重複するように設置されており、
前記決定手段は、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が異なる通信チャネルを使用するように決定し、
前記車上変更制御手段は、前記決定した通信チャネルを前記車上装置に通知して、前記第１駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルと、前記第２駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルとを設定させる、
地上システムを構成しても良い。

この第４の発明によれば、第１駅及び第２駅の無線通信装置が、それぞれの通信可能範囲が一部重複するように設置されている場合、干渉を回避するため、異なる通信チャネルを使用することとする。

第５の発明として、第１又は第２の発明の地上システムであって、
前記第１駅と前記第２駅との間の中間地点に、通信可能範囲が、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置それぞれの通信可能範囲と一部重複するように設置された中間地点用の無線通信装置と、
前記中間地点における前記周波数帯域内の通信チャネル別の電界強度を測定する中間地点用の測定装置と、
を更に具備し、
前記決定手段は、前記第１駅及び前記第２駅の前記測定装置の測定結果、並びに、前記中間地点用の測定装置の測定結果に基づいて、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置、並びに、前記中間地点用の無線通信装置が使用する通信チャネルを、異なる通信チャネルとなるように決定し、
前記車上変更制御手段は、前記決定した通信チャネルを前記車上装置に通知して、前記第１駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルと、前記中間地点用の無線通信装置と通信する際の通信チャネルと、前記第２駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルとを設定させる、
地上システムを構成しても良い。

この第５の発明によれば、第１駅と第２駅との中間地点に、中間地点用の無線通信装置が、第１駅及び第２駅それぞれの無線通信装置と通信可能範囲が一部重複するように設置された場合、干渉を回避するため、異なる通信チャネルを使用することとする。

地上システムの構成図。 第１実施例における通信チャネルの設定の説明図。 第１実施例における中央装置及び駅制御装置の機能構成図。 第１無線通信装置情報のデータ構成例。 使用可能周波数情報のデータ構成例。 電波環境情報のデータ構成例。 周波数割当情報のデータ構成例。 周波数使用情報のデータ構成例。 第１実施例における無線通信に関する処理のフローチャート。 第２実施例における通信チャネルの設定の説明図。 第２実施例における中央装置の機能構成図。 第２無線通信装置情報のデータ構成例。 第２実施例における無線通信に関する処理のフローチャート。 駅間の中間地点への無線通信装置の設置例。 駅間の中間地点に無線通信装置を設置した場合の通信チャネルの設定の説明図。

［システム構成］
図１は、本実施形態における地上システム１の構成図である。地上システム１は、レールＲ上を走行する列車６０に搭載される車上装置７０と無線通信を行うためのシステムであり、地上制御装置である中央装置１０と、各駅に対応して設置された無線通信装置２０、測定装置３０及び駅制御装置４０とを備えて構成される。各駅において、無線通信装置２０及び測定装置３０と、駅制御装置４０とは、相互に情報の入出力が可能に通信接続されている。また、各駅の駅制御装置４０と、中央装置１０とは、専用回線によって通信可能に接続されている。

地上システム１と車上装置７０との間の無線通信は、公衆が利用可能な周波数帯域を利用した無線通信で行い、当該周波数帯域内に定めた複数の通信チャネルのうちの何れかを利用して通信を行う。

無線通信装置２０は、対応する駅構内を通信可能範囲に含むように設置されており、駅制御装置４０の制御に従って、通信可能範囲内の列車６０の車上装置７０との無線通信を行う。無線通信装置２０と車上装置７０との無線通信は、利用可能な複数の通信チャネルのうち、中央装置１０を介して中央装置１０から通知された通信チャネルを使用して行う。

測定装置３０は、対応する駅構内における通信チャネル別の電界強度を測定する。この測定は随時行われ、測定結果は駅制御装置４０を介して中央装置１０へ出力される。

駅制御装置４０は、無線通信装置２０を制御して、中央装置１０から入力された情報を無線通信装置２０を介して車上装置７０へ送信したり、無線通信装置２０を介して車上装置７０から受信した情報を中央装置１０へ出力するといった、車上装置７０との無線通信を制御する。また、測定装置３０から出力される電界強度の測定結果を、中央装置１０へ出力する。

中央装置１０は、駅制御装置４０から取得した各駅の通信チャネル別の電界強度の測定結果に基づいて、無線通信装置２０と車上装置７０との無線通信で使用する通信チャネルを決定する。そして、決定した通信チャネルを、駅制御装置４０を介して当該車上装置７０に通知して、使用する通信チャネルとして設定させるとともに、当該無線通信装置２０が使用する通信チャネルを、決定した通信チャネルに変更させる。

以下、このように構成される地上システム１における、無線通信装置２０と車上装置７０との無線通信で使用する通信チャネルの決定に係る２つの実施例を説明する。

［第１実施例］
第１実施例は、隣り合う各駅の無線通信装置２０が、その通信可能範囲が重複しないように設置されている実施例である。

＜概要＞
図２は、第１実施例における、無線通信装置２０と車上装置７０との無線通信に使用する通信チャネルの決定方法を説明する図である。図２では、第１駅であるＡ駅に進入した列車６０が、Ａ駅に停車した後に、第２駅である次駅のＢ駅まで走行する際に、使用する通信チャネルの一例を示している。Ａ駅には、Ａ駅構内を通信可能範囲２２ａに含む無線通信装置２０ａが設置されており、Ｂ駅には、Ｂ駅構内を通信可能範囲２２ｂに含む無線通信装置２０ｂが設置されており、Ｃ駅には、Ｃ駅構内を通信可能範囲２２ｃに含む無線通信装置２０ｃが設置されている。

先ず、図２（ａ）に示すように、列車６０がＡ駅に進入する際には、列車６０の車上装置７０と無線通信装置２０ａとは、周波数ｆ１の通信チャネルで無線通信を行う。次いで、図２（ｂ）に示すように、列車６０がＡ駅に停車すると、次のＢ駅まで走行する際に使用する通信チャネルが周波数ｆ２と決定され、無線通信装置２０ａは、車上装置７０との無線通信で使用する通信チャネルを周波数ｆ１から周波数ｆ２に変更するとともに、車上装置７０は、無線通信装置２０との無線通信で使用する通信チャネルを周波数ｆ１から周波数ｆ２に変更する。これにより、車上装置７０と無線通信装置２０ａとの間の無線通信で使用する通信チャネルが、周波数ｆ１から周波数ｆ２に変更される。このように、第１実施例では、Ａ駅及びＢ駅それぞれの無線通信装置２０ａ，２０ｂで同じ周波数の通信チャネルを使用することを特徴としている。

次の駅までの走行の際に使用する通信チャネルは、Ａ駅の通信チャネル別の電界強度、及び、Ｂ駅の通信チャネル別の電界強度に基づき、中央装置１０によって決定される。具体的には、Ａ駅及びＢ駅の両駅における電界強度が所定の低強度条件を満たす通信チャネルを選択するといったように、両駅において電界強度がより小さい（弱い）通信チャネルを優先的に選択するように決定される。

各駅における電界強度は、対応する駅構内に設置された測定装置３０によって測定される。公衆が利用可能な周波数帯域を利用するため、その時、その場所に応じて、各通信チャネルの電界強度が変化し得る。測定装置３０は、電波を発することなく、その環境で使用されている電波状況を測定する。そのため、列車６０がＡ駅からＢ駅まで走行する間に使用する通信チャネルとして、その時、その場所の電波状況に応じた適切な通信チャネルを設定することができる。すなわち、測定装置３０の測定結果に基づき、電界強度がより小さい通信チャネルを優先的に選択することで、他の利用者に最も利用されていないと推察される通信チャネルを列車制御用の無線通信とすることができ、列車制御用の無線通信の信頼性を向上させることができる。

なお、列車６０がＡ駅を出発して、Ａ駅〜Ｂ駅間の無線通信装置２０ａ，２０ｂの通信可能範囲２２ａ，２２ｂ外を走行している間は、車上装置７０と無線通信装置２０ａ，２０ｂとの無線通信は行われない。そして、図２（ｃ）に示すように、列車６０がＢ駅に進入すると、車上装置７０と無線通信装置２０ｂとの間で、周波数ｆ２の通信チャネルを使用した無線通信が開始される。その後、図２（ｄ）に示すように、列車６０がＢ駅に停車すると、同様に、Ｂ駅及び次駅であるＣ駅の両駅における通信チャネル別の電界強度に基づき、次駅であるＣ駅まで走行する際に使用する通信チャネルが周波数ｆ３と決定され、車上装置７０と無線通信装置２０ｂとの間の無線通信で使用する通信チャネルが、周波数ｆ２から周波数ｆ３に変更される。

＜機能構成＞
図３は、第１実施例における中央装置１０Ａ、及び、駅制御装置４０の機能構成図である。図３によれば、中央装置１０Ａは、操作部１０２と、表示部１０４と、音出力部１０６と、通信部１０８と、処理部２００Ａと、記憶部３００Ａとを備えて構成されるコンピュータである。

操作部１０２は、例えば操作ボタンやスイッチ、タッチパネル等の入力装置で実現され、なされた操作に応じた操作信号を処理部２００Ａに出力する。表示部１０４は、例えば液晶ディスプレイや表示ランプ等の表示装置で実現され、処理部２００Ａからの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部１０６は、例えばスピーカ等の音出力装置で実現され、処理部２００Ａから音信号に基づく各種音出力を行う。通信部１０８は、専用回線と接続して、駅制御装置４０と情報の入出力を行う。

処理部２００Ａは、例えばＣＰＵ等の演算装置を有して構成され、記憶部３００Ａに記憶されたプログラムやデータ等に基づいて、中央装置１０Ａの全体制御を行う。また、処理部２００Ａは、記憶部３００Ａに記憶された第１中央制御プログラム３０２に従って各種の演算処理を実行することで、在線管理部２０２、電波環境管理部２０４、第１割当周波数決定部２０６、第１車上変更制御部２０８、第１地上変更制御部２１０として機能する。

各駅に設置されている無線通信装置２０に関する情報は、第１無線通信装置情報３０４として記憶されている。図４は、第１無線通信装置情報３０４のデータ構成の一例である。図４によれば、第１無線通信装置情報３０４は、駅３０４ａ毎に、当該駅に設置されている無線通信装置３０４ｂと、その設置位置３０４ｃ、及び、通信可能範囲３０４ｄとを対応付けて格納している。設置位置３０４ｃは、例えばキロ程などの所定の起点から線路に沿った距離で示される位置である。

また、地上システム１と車上装置７０との無線通信では、複数の通信チャネルが使用可能であり、使用可能な周波数は、使用可能周波数情報３０８として記憶されている。図５は、使用可能周波数情報３０８のデータ構成の一例である。図５によれば、使用可能周波数情報３０８は、駅３０８ａ毎に、通信チャネルとして使用可能な周波数３０８ｂを対応付けて格納している。

在線管理部２０２は、各列車６０の現在の位置及び速度を管理する。列車６０の位置及び速度は、車上装置７０が、速度発電機が検出する車軸の回転数の計数値をもとに算出した自列車の位置及び速度を、無線通信装置２０を介した無線通信によって取得することとしても良いし、或いは、線路を区切って構成した軌道回路の検知結果として取得することとしても良い。取得した各列車６０の現在の位置及び速度は、在線情報３０６として記憶される。

電波環境管理部２０４は、各駅における現在の通信チャネル別の電界強度を管理する。各駅の現在の電界強度は、駅制御装置４０から入力される測定装置３０による電界強度の測定結果として取得する。

取得した各駅の現在の電界強度は、電波環境情報３１０として記憶される。図６は、電波環境情報３１０のデータ構成の一例である。図６によれば、電波環境情報３１０は、駅３１０ａ毎に、通信チャネルとして使用可能な周波数３１０ｂそれぞれの電界強度３１０ｃを対応付けて格納している。

第１割当周波数決定部２０６は、駅に停車中の列車６０が次駅まで走行する際に、当該列車６０の車上装置７０が無線通信装置２０との無線通信に使用する通信チャネルの周波数を決定する。具体的には、列車６０が停車中の在線駅（第１駅）の通信チャネル別の電界強度、及び、次駅（第２駅）の通信チャネル別の電界強度に基づき、在線駅の無線通信装置２０、及び、次駅の無線通信装置２０それぞれとの無線通信で同じ周波数の通信チャネルを使用することとして、使用する通信チャネルの周波数を決定する。

各駅においては、無線通信に使用可能な通信チャネルの周波数は複数あり（図５参照）、この複数の周波数それぞれに異なる列車６０の割り当てが可能である。つまり、第１割当周波数決定部２０６は、電波環境情報３１０及び周波数割当情報３１２を参照して、在線駅及び次駅の両駅において列車を割り当てていない周波数のうちから、例えば、電界強度が小さい周波数を、対象の列車６０に割り当てる周波数として決定する。在線駅及び次駅の通信チャネル別の電界強度は、電波環境情報３１０から取得できる。

決定した通信チャネルの周波数は、周波数割当情報３１２として記憶される。図７は、周波数割当情報３１２のデータ構成の一例である。図７によれば、周波数割当情報３１２は、駅３１２ａ毎に、使用可能な周波数３１２ｂそれぞれについて、当該周波数の通信チャネルを使用するとして割り当てた列車３１２ｃを対応付けて格納している。

第１車上変更制御部２０８は、第１割当周波数決定部２０６が決定した通信チャネルの周波数を、該当する車上装置７０へ通知して、次駅までの走行の際に使用する通信チャネルの周波数を、決定した周波数に設定させる。車上装置７０への通知は、該当する列車６０の在線駅の無線通信装置２０を介して行うことができる。

第１地上変更制御部２１０は、第１割当周波数決定部２０６が決定した通信チャネルの周波数を、該当する列車６０の在線駅、及び、次駅の無線通信装置２０それぞれに通知して、該当する車上装置７０との無線通信の際に使用する周波数を設定させる。

記憶部３００Ａは、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部２００Ａが中央装置１０を統合的に制御するためのシステムプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部２００Ａの作業領域として用いられ、処理部２００Ａが実行した演算結果や、通信部１０８を介した入力データ等が一時的に格納される。また、記憶部３００Ａには、第１中央制御プログラム３０２と、第１無線通信装置情報３０４と、在線情報３０６と、使用可能周波数情報３０８と、電波環境情報３１０と、周波数割当情報３１２とが記憶される。

駅制御装置４０は、操作部５０２と、表示部５０４と、音出力部５０６と、通信部５０８と、処理部６００と、記憶部７００とを備えて構成されるコンピュータである。

操作部５０２は、例えば操作ボタンやスイッチ、タッチパネル等の入力装置で実現され、なされた操作に応じた操作信号を処理部６００に出力する。表示部５０４は、例えば液晶ディスプレイや表示ランプ等の表示装置で実現され、処理部６００からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部５０６は、例えばスピーカ等の音出力装置で実現され、処理部６００から音信号に基づく各種音出力を行う。通信部５０８は、専用回線と接続して、中央装置１０と情報の入出力を行う。

処理部６００は、例えばＣＰＵ等の演算装置を有して構成され、記憶部７００に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて、駅制御装置４０の全体制御を行う。また、処理部６００は、記憶部７００に記憶された駅制御プログラム７０２に従って各種の演算処理を実行することで、電波環境通知制御部６０２、使用周波数設定部６０４、無線通信制御部６０６として機能する。

電波環境通知制御部６０２は、測定装置３０から入力される通信チャネル別の電界強度の測定値を、中央装置１０へ出力する。

使用周波数設定部６０４は、中央装置１０から通知された周波数の通信チャネルを、該当する列車の車上装置７０との無線通信の際に使用する通信チャネルとして設定する。車上装置７０との無線通信に使用することができる通信チャネルの周波数は複数あり、当該駅制御装置４０の設置駅において車上装置７０との無線通信の際に使用する通信チャネルの設定は、周波数使用情報７０４として記憶される。

図８は、周波数使用情報７０４のデータ構成の一例である。図８によれば、周波数使用情報７０４は、当該駅の無線通信装置２０が使用可能な通信チャネルの周波数７０４ａそれぞれに、当該周波数を使用するとして割り当てられた列車７０４ｂを対応付けて格納している。

無線通信制御部６０６は、無線通信装置２０を介した車上装置７０との無線通信を制御する。このとき、周波数使用情報７０４を参照して、該当する列車６０に割り当てられている周波数の通信チャネルを使用して無線通信を行うように、無線通信装置２０を制御する。

記憶部７００は、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部６００が駅制御装置４０を統合的に制御するためのシステムプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部６００の作業領域として用いられ、処理部６００が実行した演算結果や、通信部５０８を介した入力データ等が一時的に格納される。また、記憶部７００には、駅制御プログラム７０２と、周波数使用情報７０４と、が記憶される。

＜処理の流れ＞
図９は、第１実施例における無線通信処理を説明するフローチャートである。図９では、ある対象列車がある対象駅に進入してから進出するまでの期間における、対象列車の車上装置７０と地上システム１との無線通信に関する処理を示している。また、左から順に、中央装置１０、対象駅の駅制御装置４０、対象列車の車上装置７０それぞれの処理を示している。

先ず、対象列車が対象駅に進入し、対象駅の無線通信装置２０の通信可能範囲内に進入すると（ステップＣ１）、対象列車の車上装置７０と、対象駅の無線通信装置２０を介した駅制御装置４０との間で無線通信が開始される。中央装置１０では、在線管理部２０２が対象列車の位置を管理しており、対象列車が駅に停車したことを検出すると（ステップＡ１）、第１割当周波数決定部２０６が、対象駅、及び、対象駅の次駅の通信チャネル別の電界強度に基づいて、対象列車が次駅まで走行する際に使用する通信チャネルの周波数を決定する（ステップＡ３）。

次いで、第１車上変更制御部２０８が、決定した通信チャネルの周波数を、対象駅の駅制御装置４０を介した無線通信によって対象列車の車上装置７０へ通知する（ステップＡ５）。すると、対象列車の車上装置７０が、無線通信に使用する周波数を、通知された周波数に変更する（ステップＣ５）。

また、中央装置１０では、第１地上変更制御部２１０が、決定した通信チャネルの周波数を、対象駅、及び、次駅それぞれの駅制御装置４０に通知する（ステップＡ７）。すると、対象駅の駅制御装置４０では、使用周波数設定部６０４が、中央装置１０から通知された通信チャネルの周波数を、対象列車の車上装置７０との無線通信に使用する通信チャネルの周波数として設定する（ステップＢ１）。これにより、対象駅の駅制御装置４０と対象列車との無線通信に使用する通信チャネルの周波数が切り替えられる。また、次駅の駅制御装置４０においても同様に、使用周波数設定部６０４が、中央装置１０から通知された通信チャネルの周波数を、対象列車との無線通信に使用する通信チャネルとして設定する（ステップＤ１）。

また、中央装置１０では、第１地上変更制御部２１０が、前駅（対象駅の前の駅）の駅制御装置４０に、対象列車への通信チャネルの割り当ての終了を通知する（ステップＡ９）。すると、前駅の駅制御装置４０では、使用周波数設定部６０４が、中央装置１０からの通知に従って、対象列車への通信チャネルの割り当てを終了する（ステップＤ３）。

その後、対象列車が発車し（ステップＣ７）、対象駅を進出して（ステップＣ９）、対象駅の無線通信装置２０の通信可能範囲外に進出すると、対象列車車上装置７０と、対象駅の駅制御装置４０との無線通信が終了する。

［第２実施例］
第２実施形態は、隣り合う各駅の無線通信装置２０が、その通信可能範囲が一部重複するように設置されている実施例である。なお、第２実施例において、上述の第１実施例と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略或いは簡略する。

＜概要＞
図１０は、第２実施例における、無線通信装置２０と車上装置７０との無線通信に使用する通信チャネルの決定方法を説明する図である。図１０では、第１駅であるＤ駅に進入した列車６０が、Ｄ駅に停車した後に、第２駅である次駅のＥ駅まで走行する際に、使用する通信チャネルの一例を示している。Ｄ駅には、Ｄ駅構内を通信可能範囲２２ｄに含む無線通信装置２０ｄが設置され、Ｅ駅には、Ｅ駅構内を通信可能範囲２２ｅに含む無線通信装置２０ｅが設置されている。また、無線通信装置２０ｄの通信可能範囲２２ｄと、無線通信装置２０ｅの通信可能範囲２２ｅとは、Ａ駅〜Ｂ駅間において一部重複しており、重複範囲２４を形成している。

先ず、図１０（ａ）に示すように、列車６０がＤ駅に進入する際には、列車６０の車上装置７０と無線通信装置２０ｄとは、周波数ｆ４の通信チャネルで無線通信を行う。次いで、図１０（ｂ）に示すように、列車６０がＤ駅に停車すると、次のＥ駅までの走行の際に使用する通信チャネルとして、Ｄ駅から重複範囲２４までは周波数ｆ５を使用し、重複範囲２４からＥ駅までは周波数ｆ６を使用すると決定される。このように、第２実施例では、Ｄ駅〜Ｅ駅間の通信可能範囲２２ｄ，２２ｅの重複範囲２４を境界として、Ｄ駅及びＥ駅それぞれの無線通信装置２０ｄ，２０ｅで異なる周波数の通信チャネルを使用することを特徴としている。つまり、ある駅の進出時と、その次駅の進入時とでは、異なる周波数の通信チャネルを使用する。

そして、無線通信装置２０ｄは、車上装置７０との無線通信に使用する通信チャネルを周波数ｆ４から周波数ｆ５に変更するとともに、車上装置７０は、無線通信装置２０ｄとの無線通信に使用する通信チャネルを周波数ｆ４から周波数ｆ５に変更する。これにより、車上装置７０と無線通信装置２０ｄとの無線通信で使用される通信チャネルが、周波数ｆ４から周波数ｆ５に変更される。また、Ｅ駅に係る無線通信装置２０ｅは、車上装置７０との無線通信に使用する通信チャネルとして、周波数ｆ６の通信チャネルを設定する。

ここで、Ｄ駅からＥ駅までの走行の際に使用される通信チャネルは、Ｄ駅の通信チャネル別の電界強度、及び、Ｅ駅の通信チャネル別の電界強度に基づき、中央装置１０によって決定される。具体的には、Ｄ駅における通信チャネル別の電界強度に基づき、車上装置７０と無線通信装置２０ｄとの間の無線通信に使用する通信チャネルの周波数が決定され、Ｅ駅における通信チャネル別の電界強度に基づき、車上装置７０と無線通信装置２０ｅとの間の無線通信に使用する周波数が決定される。

各駅における電界強度は、対応する駅構内に設置された測定装置３０によって測定される。公衆が利用可能な周波数帯域を利用するため、その時、その場所に応じて、各通信チャネルの電界強度が変化し得る。この点は、第２実施例も、第１実施例と同じである。測定装置３０は、電波を発することなく、その環境で使用されている電波状況を測定する。そのため、列車６０がＤ駅からＥ駅まで走行する間に使用する通信チャネルとして、その時、その場所の電波状況に応じた適切な通信チャネルを設定することができる。例えば、電界強度がより小さい通信チャネルを優先的に選択することで、他の利用者に最も利用されていないと推察される通信チャネルを列車制御用の無線通信とすることができ、列車制御用の無線通信の信頼性を向上させることができる。

続いて、図１０（ｃ）に示すように、列車６０がＤ駅を出発し、通信可能範囲２２ｄ，２２ｅの重複範囲２４に到達すると、車上装置７０は、無線通信に使用する通信チャネルを周波数ｆ５から周波数ｆ６に変更する。これにより、車上装置７０と無線通信装置２０ｄとの無線通信が終了し、車上装置７０と無線通信装置２０ｅとの無線通信が開始される。

その後、図１０（ｄ）に示すように、列車６０がＥ駅に停車すると、同様に、次のＦ駅までの区間で使用する周波数チャネルが決定される。

＜機能構成＞
図１１は、第２実施例における中央装置１０Ｂの機能構成図である。駅制御装置４０は、第１実施例と同様の機能構成である。

図１１によれば、中央装置１０Ｂにおいて、処理部２００Ｂは、記憶部３００Ｂに記憶された第２中央制御プログラム３１４に従って各種の演算処理を実行することで、在線管理部２０２、電波環境管理部２０４、第２割当周波数決定部２１２、第２車上変更制御部２１４、第２地上変更制御部２１６として機能する。

第２割当周波数決定部２１２は、駅に停車中の列車６０が次駅まで走行する際に、当該列車６０の車上装置７０が無線通信装置２０との無線通信に使用する通信チャネルの周波数を決定する。具体的には、在線駅と次駅とで異なる通信チャネルを使用することとして、在線駅の通信チャネル別の電界強度に基づき、在線駅の無線通信装置２０との無線通信で（つまり、在線駅の進出時に）使用する通信チャネルを決定し、次駅の通信チャネル別の電界強度に基づき、次駅の無線通信装置２０との無線通信で（つまり、次駅の進入時に）使用する通信チャネルの周波数を決定する。

また、第２無線通信装置情報３１６を参照して、在線駅の無線通信装置２０の通信可能範囲と、次駅の無線通信装置２０の通信可能範囲との重複範囲のうち、例えば、線路に沿った中央位置を、無線通信に使用する周波数の切替位置として定める。決定した通信チャネルの周波数は、周波数割当情報３１２として記憶される。

第２車上変更制御部２１４は、第２割当周波数決定部２１２が決定した、在線駅の進出時、及び、次駅の進入時のそれぞれで使用する通信チャネルの周波数を、周波数の切替位置とともに、該当する車上装置７０へ通知して、在線駅からの進出時に使用する通信チャネルの周波数に設定させる。

図１２は、第２無線通信装置情報３１６のデータ構成の一例である。図１２によれば、第２無線通信装置情報３１６は、駅３１６ａ毎に、当該駅に設置されている無線通信装置３１６ｂと、その設置位置３１６ｃ、及び、通信可能範囲３１６ｄと、通信可能範囲３１６ｄのうち、隣接する他の無線通信装置２０の通信可能範囲との重複範囲３１６ｅと、を対応つけて格納している。

第２地上変更制御部２１６は、第２割当周波数決定部２１２が決定した、在線駅の進出時に使用する周波数を在園駅の無線通信装置２０に通知し、次駅の進入時に使用する周波数を次駅の無線通信装置２０に通知して、該当する車上装置７０との無線通信の際に使用する周波数に設定させる。

中央装置１０Ｂにおいて、記憶部３００Ｂには、第２中央制御プログラム３１４と、第２無線通信装置情報３１６と、在線情報３０６と、使用可能周波数情報３０８と、電波環境情報３１０と、周波数割当情報３１２とが記憶される。

＜処理の流れ＞
図１３は、第２実施例における無線通信処理を説明するフローチャートである。図１３では、ある対象列車がある対象駅に進入してから進出するまでの期間における、対象列車の車上装置７０と地上システム１との無線通信に関する処理を示している。また、左から順に、中央装置１０、対象駅の駅制御装置４０、対象列車の車上装置７０それぞれの処理を示している。

先ず、対象列車は、進入しようとする対象駅の無線通信装置２０との無線通信を行っており、対象駅に進入した後（ステップＣ１）、所定の停車位置に停車する（ステップＣ３）。中央装置１０では、在線管理部２０２が対象列車の位置を管理しており、対象列車が駅に停車したことを検出すると（ステップＡ１）、第２割当周波数決定部２１２が、対象列車が次駅まで走行する際に使用する通信チャネルの周波数を決定する。すなわち、対象駅通信チャネル別の電界強度に基づいて、対象列車が対象駅を進出する際に使用する通信チャネルの周波数を決定し、対象駅の次駅の通信チャネル別の電界強度に基づいて、次駅に進入する際に使用する通信チャネルの周波数を決定する。また、対象駅、及び、次駅それぞれの無線通信装置２０の通信可能範囲の重複範囲のうち、例えば線路に沿った中央位置を、無線通信に使用する周波数の切替位置として決定する（ステップＡ１１）。

次いで、第２車上変更制御部２１４が、対象駅の進出時、及び、次駅の進入時に使用するとして決定した通信チャネルの周波数を、周波数の切替位置とともに、対象駅の駅制御装置４０を介した無線通信によって対象列車の車上装置７０へ通知する（ステップＡ１３）。すると、対象列車の車上装置７０が、無線通信に使用する周波数を、対象駅の進出時に使用するとして通知された周波数に変更する（ステップＣ５）。

また、中央装置１０では、第２地上変更制御部２１６が、対象駅の進出時に使用するとして決定した通信チャネルの周波数を、対象駅の駅制御装置４０に通知するとともに、次駅の進入時に使用するとして決定した周波数を、次駅の駅制御装置４０に通知する（ステップＡ１５）。すると、対象駅の駅制御装置４０では、使用周波数設定部６０４が、中央装置１０から通知された通信チャネルの周波数を、対象列車の車上装置７０との無線通信に使用する通信チャネルの周波数として設定する（ステップＢ１）。これにより、対象駅の駅制御装置４０と対象列車との無線通信に使用する通信チャネルの周波数が切り替えられる。また、次駅の駅制御装置４０においても同様に、使用周波数設定部６０４が、中央装置１０から通知された通信チャネルの周波数を、対象列車との無線通信に使用する通信チャネルとして設定する（ステップＤ１）。

また、駅制御装置４０では、第２地上変更制御部２１６が、前駅の駅制御装置４０に、対象列車への通信チャネルの割り当ての終了を通知する（ステップＡ９）。すると、前駅の駅制御装置４０では、使用周波数設定部６０４が、中央装置１０からの通知に従って、対象列車への通信チャネルの割り当てを終了する（ステップＤ３）。

その後、対象列車が発車し（ステップＣ７）、対象駅を進出する（ステップＣ９）。対象列車の車上装置７０は、周波数の切替位置に到達すると（ステップＣ９：ＹＥＳ）、無線通信に使用する通信チャネルの周波数を、次駅の進入時に使用するとして通知された周波数に変更する（ステップＣ１３）。つまり、対象列車は、対象駅の無線通信装置２０との無線通信を終了し、次駅の無線通信装置２０との無線通信を開始する。

［作用効果］
このように、本実施形態の地上システム１によれば、公衆が利用可能な周波数帯域を用いた列車制御用の無線通信の信頼性の向上を図ることができる。すなわち、地上システム１では、中央装置１０が、駅に停車中の列車６０が次駅まで走行する際に使用する通信チャネルを、停車駅及び次駅それぞれにおける通信チャネル別の電界強度に基づいて決定し、決定した周波数を、停車駅及び次駅それぞれの無線通信装置２０に通知するとともに、列車６０の車上装置７０に通知する。

公衆が利用可能な周波数帯域の無線通信は、他の利用者と共用するものであり、その時、その場所の利用状況に応じて、測定されるその電界強度は変化する。このため、利用可能な複数の周波数の通信チャネルのうちから、電界強度がより小さい（弱い）通信チャネルを選択し、使用する通信チャネルとして決定することで、列車制御用途において信頼性の高い無線通信を実現することが可能となる。

第１実施例のように、隣り合う駅の無線通信装置２０それぞれの通信可能範囲２２が重複しないように設置されている場合には、干渉が発生しないため、当該隣り合う駅で同じ通信チャネルを使用することができる。また、第２実施例のように、隣り合う駅の無線通信装置２０それぞれの通信可能範囲２２が一部重複するように設置されている場合には、干渉を回避するため、当該隣り合う駅で異なる通信チャネルとする。

［変形例］
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。

（Ａ）中間地点に無線通信装置を設置
駅間の中間地点に、無線通信装置２０を設置するようにしても良い。図１４は、駅間の中間地点への無線通信装置２０の設置例である。図１４に示すように、線路に沿った駅間の中間地点に、各駅と同様に、中間地点用の無線通信装置２０、測定装置３０、及び、駅制御装置４０に相当する中間地点制御装置４２が設置される。中間地点用の測定装置３０は、中間地点における通信チャネル別の電界強度を測定する。無線通信装置２０及び測定装置３０と、中間地点制御装置４２とは互いに情報の入出力が可能に通信接続されており、中間地点制御装置４２は、中央装置１０と、専用回線によって通信可能に接続されている。

中間地点用の無線通信装置２０は、図１５に示すように、その通信可能範囲２２が、隣接する２つの駅それぞれの無線通信装置２０の通信可能範囲２２と一部が重複するように設置されている。図１５では、Ｆ駅及びＧ駅の中間地点に無線通信装置２０ｈが設置された例を示している。Ｆ駅には、Ｆ駅構内を通信可能範囲２２ｆに含む無線通信装置２０ｆが設置され、Ｇ駅には、Ｇ駅構内を通信可能範囲２２ｇに含む無線通信装置２０ｇが設置され、Ｆ駅とＧ駅との中間地点には、中間地点用の無線通信装置２０ｈが設置されている。中間地点用の無線通信装置２０ｈの通信可能範囲２２ｈは、Ｆ駅側で無線通信装置２０ｄの通信可能範囲２２ｄと一部重複して重複範囲２４ｆが形成され、Ｇ駅側で無線通信装置２０ｇの通信可能範囲２２ｇと一部重複して重複範囲２４ｇが形成されている。

そして、Ｆ駅に停車中の列車６０が次のＧ駅までの走行の際に使用する通信チャネルが、中央装置１０によって決定される。すなわち、Ｆ駅における通信チャネル別の電界強度に基づいて、無線通信装置２０ｆとの無線通信に使用する（つまり、Ｆ駅から進出する際に使用する）通信チャンネルの周波数が決定され、中間地点における通信チャネル別の電界強度に基づいて、無線通信装置２０ｈとの無線通信に使用する（つまり、中間地点を通過する際に使用する）通信チャネルの周波数が決定され、Ｇ駅における通信チャネル別の電界強度に基づいて、無線通信装置２０ｇとの無線通信に使用する（つまり、Ｇ駅に進入する際に使用する）通信チャネルの周波数が決定される。

そして、決定した周波数が、無線通信装置２０ｆ，２０ｇ，２０ｈそれぞれに通知されるとともに、列車６０の車上装置７０へ、重複範囲２４ｆ，２４ｇそれぞれの範囲内に定めた切替位置２６ｆ，２６ｇとともに通知される。車上装置７０は、通信チャネルの周波数を、Ｆ駅を進出する際に使用するとして通知された周波数に変更して、無線通信装置２０ｆとの無線通信を開始し、列車６０がＦ駅を進出した後は、切替位置２６に到達する毎に、通知された周波数に変更する。すなわち、切替位置２６ｆに到達すると、中間地点を走行する際に使用するとして通知された周波数に変更して無線通信装置２０ｈとの無線通信を開始し、切替位置２６ｇに到達すると、Ｇ駅に進入する際に使用するとして通知された周波数に変更して無線通信装置２０ｇとの通信を開始する。

なお、図１４，図１５では、駅間に１台の無線通信装置２０を設置した例を示したが、同様に、２台以上の無線通信装置２０を設置することもできる。また、中間地点とは、駅間の途中を意味し、距離的に丁度真ん中の地点を意味するものではない。

（Ｂ）第１実施例の変形例
隣り合う駅の無線通信装置２０それぞれの通信可能範囲２２が重複しないように設置された第１実施例では、当該隣り合う駅で同じ通信チャネルを使用することとして説明したが、第２実施例のように、異なる通信チャネルを使用することとしてもよいことは勿論である。

（Ｃ）無線通信
また、地上システム１と車上装置７０との無線通信は、公衆が利用可能な周波数帯域を利用した無線通信に限らず、専用の周波数帯域を使用した無線通信にも同様に適用可能である。

１ 地上システム
１０ 中央装置
１０２ 操作部、１０４ 表示部、１０６ 音出力部、１０８ 通信部
２００Ａ，２００Ｂ 処理部
２０２ 在線管理部、２０４ 電波環境管理部
２０６ 第１割当周波数決定部、２０８ 第１車上変更制御部
２１０ 第１地上変更制御部、
２１２ 第２割当周波数決定部、２１４ 第２車上変更制御部
２１６ 第２地上変更制御部
３００Ａ，３００Ｂ 記憶部
３０２ 第１中央制御プログラム、３０４ 無線通信装置情報
３０６ 在線情報、３０８ 使用可能周波数情報
３１０ 電波環境情報、３１２ 周波数割当情報
３１４ 第２中央制御プログラム、３１６ 第２無線通信装置情報
２０ 無線通信装置、２２ 通信可能範囲
３０ 測定装置
４０ 駅制御装置
５０２ 操作部、５０４ 表示部、５０６ 音出力部、５０８ 通信部
６００ 処理部
６０２ 電波環境通知制御部、６０４ 使用周波数設定部
６０６ 無線通信制御部
７００ 記憶部
７０２ 駅制御プログラム、７０４ 周波数使用情報
６０ 列車、７０ 車上装置

Claims (5)

1. 列車の車上装置と無線通信を行う地上システムであって、
   各駅構内に対応して当該駅構内を通信可能範囲に含むように設置された無線通信装置と、
   各駅構内に設置され、当該駅構内における前記周波数帯域内の通信チャネル別の電界強度を測定する測定装置と、
   前記無線通信装置が使用する通信チャネルを決定し、前記無線通信装置を介した前記車上装置との通信を制御する地上制御装置と、
   を具備し、
   前記地上制御装置は、
   第１駅に停車中の前記列車が次駅である第２駅まで走行する際に、前記第１駅及び前記第２駅の前記測定装置の測定結果に基づいて、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が使用する通信チャネルを決定する決定手段と、
   前記決定した通信チャネルを前記車上装置に通知して、前記第１駅の前記無線通信装置及び前記第２駅の前記無線通信装置と無線通信を行う通信チャネルを設定させる車上変更制御手段と、
   前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が使用する通信チャネルを、前記決定した通信チャネルに設定させる手段と、
   を備える、
   地上システム。
2. 前記決定手段は、前記決定する時点において、前記測定装置による測定の結果、電界強度がより小さい通信チャネルを前記使用する通信チャネルとして優先して決定する、
   請求項１に記載の地上システム。
3. 前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置は、通信可能範囲が重複しないように設置されており、
   前記決定手段は、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が同じ通信チャネルを使用するように決定する、
   請求項１又は２に記載の地上システム。
4. 前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置は、通信可能範囲が一部重複するように設置されており、
   前記決定手段は、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置が異なる通信チャネルを使用するように決定し、
   前記車上変更制御手段は、前記決定した通信チャネルを前記車上装置に通知して、前記第１駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルと、前記第２駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルとを設定させる、
   請求項１又は２に記載の地上システム。
5. 前記第１駅と前記第２駅との間の中間地点に、通信可能範囲が、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置それぞれの通信可能範囲と一部重複するように設置された中間地点用の無線通信装置と、
   前記中間地点における前記周波数帯域内の通信チャネル別の電界強度を測定する中間地点用の測定装置と、
   を更に具備し、
   前記決定手段は、前記第１駅及び前記第２駅の前記測定装置の測定結果、並びに、前記中間地点用の測定装置の測定結果に基づいて、前記第１駅及び前記第２駅の前記無線通信装置、並びに、前記中間地点用の無線通信装置が使用する通信チャネルを、異なる通信チャネルとなるように決定し、
   前記車上変更制御手段は、前記決定した通信チャネルを前記車上装置に通知して、前記第１駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルと、前記中間地点用の無線通信装置と通信する際の通信チャネルと、前記第２駅の前記無線通信装置と通信する際の通信チャネルとを設定させる、
   請求項１又は２に記載の地上システム。

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