JP2018016098A - 鉄道車両位置測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道における軌道狂いの位置を、自動的、且つ、正確に取得することができる、簡便な鉄道車両位置測定システムを提供する。
【解決手段】鉄道車両位置測定システム１は、衛星測位電波受信システム２の受信機１０から得られる位置情報および衛星測位速度を取得する。また、電磁波のドップラー現象を用いて検出するドップラーセンサ３０から得られる鉄道車両の速度であるドップラー速度を取得し、衛星測位速度に基づいてドップラー速度を較正した較正速度を取得する。衛星測位速度又は較正速度のうち少なくとも一つを用いて、軌道の正確な位置を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道における軌道狂いの位置を特定するための鉄道車両位置測定システムに関する。

軌条（レール）や枕木、道床等から構成される鉄道の軌道は、重量のある鉄道車両の通過、天候、地震等を原因として、時間経過とともに最初に設置した位置からずれていく。これを軌道狂いと呼ぶ。軌道狂いを放置すると、鉄道車両の乗り心地が悪化する他、重大事故につながる要因にもなる。そのため、軌道狂いの位置を特定して適切に補修することは、鉄道事業者にとって極めて重要な作業である。

従来、行われていたキロポスト（距離標）を用いた、軌道狂いの位置特定の手法を図７（Ａ）にて説明する。キロポスト（距離標）とは、線路標識のひとつであり、線路の起点からの距離を示す。キロポスト（距離標）は、例えば１ｋｍ毎に設けられている。軌道狂いを特定したい事業者は、鉄道車両９０に例えば３軸の加速度センサを備えた動揺測定装置を設置し、随時キロポスト（距離標）１００を観測することで、動揺の大きな地点の位置を確認することができる。具体的には加速度をリアルタイムに紙に印刷するロガー（記録計）を動揺測定装置に接続し、キロポスト（距離標）１００を観測したときに、マークを入れていき、場所を確定させていくことが考えられる。例えば図７（Ａ）では、Ａ地点で動揺測定装置は、大きな揺れを感知しているので、随時観測しているキロポスト（距離標）１００のマークから位置を特定できる。しかしこのような手動と人間による観測に基づく方法は、手間も掛かり、軌道狂いの正確な位置を特定することが困難である。

鉄道車両９０の位置を自動的に取得する方法としては、鉄道車両９０の速度を、常時測定することが可能な、速度発電機を用いる手法も使用されている（例えば、特許文献１参照）。速度発電機とは、鉄道車両９０の車軸に取り付けられた速度計であり、車軸の回転速度から鉄道車両９０の速度を推定可能である。したがって、速度と時間を掛け合わせることで、走行距離を計算することが可能であり、動揺測定装置のデータと合わせることで、軌道狂いの位置を推定することができる。しかし、営業車両においては、速度発電機を搭載していても動揺測定装置に接続するためのコネクタが付いていない等、必ずしも速度発電機が利用できるとは限らない。よって軌道狂いの位置（キロ程）を求めることが困難な場合もある。

鉄道車両９０の位置を取得する方法としては、測位衛星の電波を使用することも考えられる。代表的な衛星測位システムとしては、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）がある。複数の人工衛星から発信された時刻信号を受信機で受信して、電波の遅延の差から地上の座標を求めるものであり、極めて正確かつ容易に受信機のある位置および速度を特定できる。図７（Ｂ）に、衛星測位による軌道狂い箇所の位置特定の手法を説明する。軌道狂いの位置を特定したい観測者は、鉄道車両９０に衛星測位電波受信機と、加速度センサ等を搭載し動揺の度合いを計測できる動揺測定装置を載せ、測定を行う。時間軸上の動揺情報を、衛星測位電波受信機により取得した位置情報に基づく距離軸上に割り付け、軌道狂い箇所の位置を特定することが可能である（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−６８６２４号公報 特開２００７−２４５９１６号公報

しかし、衛星測位システムの技術だけでは、トンネル、山間部、谷間、駅構内では電波の受信状態が悪化して、位置測定できないことがある。つまり図８（Ａ）で示すように、衛星測位のための電波の受信機を搭載した鉄道車両９０が、トンネル１１０の中に入ってしまうと、トンネル内の鉄道車両１２０内では、位置および速度を特定することができない。すなわち速度および位置を随時取得して、軌道狂いの位置を知りたい場合、図８（Ｂ）のようなトンネル１１０の中では、トンネル内の鉄道車両１２０の位置、速度とも不明となってしまうという課題がある。また衛星測位のための電波の受信機は、起動に時間が掛かるため（２〜３分間）、受信機の位置および速度を測定できない時間帯が生じるのも欠点である。

さらに近年、我が国の国土は地震活動期に入ったとも言われており、地震が頻発している。地震が起こった後、軌道の様子を知るためには、目視観察の他、動揺度測定装置による測定が欠かせない。しかし軌道検測車ですぐに全線を検査するのは、大きな手間が掛かるため、簡単に営業車両に搭載が可能で、軌道狂いを発見できるシステムが強く求められている。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、衛星測位のための電波を受信する受信機から得られる位置情報および速度情報と、電磁波のドップラー現象を検出するドップラーセンサから得られる速度情報の両者を利用することで、常時、正確に軌道狂いの位置（キロ程）を特定することができる簡便な鉄道車両位置測定システムを提供することを目的とする。

なお、本明細書において、距離、キロ程という言葉については厳密に区別せず、いずれも所定の起点からの距離を意味することとする。

（１）本発明は、電磁波のドップラー現象を検出するドップラーセンサと、前記ドップラーセンサから得られる情報に基づいて、鉄道車両の速度であるドップラー速度を取得するドップラー速度取得手段と、衛星測位システムを用いて、前記鉄道車両が存在する位置の緯度経度情報である衛星測位位置情報を取得する衛星測位位置情報取得手段と、前記衛星測位位置情報に基づいて、前記鉄道車両の速度である衛星測位速度を取得する衛星測位速度取得手段と、前記衛星測位速度に基づいて、前記ドップラー速度を較正した較正値である前記鉄道車両の較正速度を取得する較正手段と、前記衛星測位速度、又は、前記較正速度のうち、少なくとも一つを用いて前記鉄道車両のキロ程を決定するキロ程決定手段とを備えることを特徴とする鉄道車両位置測定システムを提供する。

上記（１）に記載する発明によれば、衛星測位システムを用いて鉄道車両の位置や速度を取得するだけでなく、ドップラーセンサから得られる情報に基づいて、鉄道車両の速度を取得することができるので、衛星測位のための電波を受信する受信機の受信条件が悪く、衛星測位電波から位置を特定することができない場所、時間帯においても、鉄道車両の正確な速度が特定できるという優れた効果を奏する。

（２）本発明は、前記ドップラー速度取得手段が取得した前記ドップラー速度のうち、ノイズ信号を取り除くノイズ除去手段を備えることを特徴とする上記（１）に記載の鉄道車両位置測定システムを提供する。

ドップラーセンサによる速度測定において、ドップラーセンサは広範囲に電磁波を放出し、反射して戻ってくる電磁波の周波数変化から速度を取得する。しかし反射場所によって取得される速度にはバラツキがでてしまうという欠点がある。上記（２）に記載する発明によれば、ドップラー速度取得手段が取得した前記ドップラー速度のうち、ノイズ信号を取り除くノイズ除去手段を鉄道車両位置測定システムが備えるので、バラツキのあるデータを除去して正確なドップラー速度を取得できるという優れた効果を奏する。

（３）本発明は、前記キロ程決定手段が、前記衛星測位速度、または、前記較正速度のどちらか一方を選択する選択手段をさらに備えることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の鉄道車両位置測定システムを提供する。

上記（３）に記載する発明によれば、キロ程決定手段が、衛星測位速度、または、較正速度のどちらか一方を選択する選択手段をさらに備えるので、衛星測位速度と較正速度の精度を比較した上で適切な速度を選択でき、より正確な鉄道車両の位置を特定可能になるという優れた効果を奏する。

（４）本発明は、衛星測位のための電波受信の状態を取得する電波受信状態取得手段をさらに有し、前記選択手段は、衛星測位のための電波受信の状態が良好であって、正確な衛星測位速度を取得できるときには、前記衛星測位速度を選択し、衛星測位電波のための前記電波受信の状態が良好ではなく、正確な衛星測位速度を取得できないときには、前記較正速度を選択することを特徴とする上記（３）に記載の鉄道車両位置測定システムを提供する。

上記（４）に記載する発明によれば、衛星測位のための電波受信の状態に基づいて、衛星測位速度と較正速度のうち適切な速度を選択できる。すなわち衛星測位のための電波受信の状態が良好であって、正確な衛星測位速度を取得できるときには、衛星測位速度を選択し、衛星測位のための電波受信の状態が良好ではなく、正確な衛星測位速度を取得できないときには、測位衛星からの電波受信と関係のないドップラー速度に基づく較正速度を選択することで、より正確なキロ程を取得可能になるという著しく優れた効果を奏する。

また、衛星測位位置情報取得手段が、十全に位置を取得できない時間帯、すなわち鉄道車両位置測定システム自体が起動された直後において、鉄道車両が動き出した場合でも、ドップラー速度取得手段が取得したドップラー速度に基づいてキロ程を取得できるという優れた効果を奏する。

（５）本発明は、前記ドップラーセンサと、衛星測位のための電波を受信するアンテナが、一体のハウジングに備えられることを特徴とする上記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の鉄道車両位置測定システムを提供する。

衛星測位電波受信機においては、測位衛星からの電波を受信するためのアンテナを、窓際等の電波の受信しやすい場所に設置することが必要である。また速度を測定するためのドップラーセンサも車外に電磁波を送信、受信し易い前方窓もしくは後方窓、またはその両方に設置しなければならない。上記（５）に記載する発明によれば、衛星測位電波からの信号を取得するアンテナが、ドップラーセンサと一体のハウジングに備えられるので、取り回しが簡便で営業車両にも簡単に搭載可能な鉄道車両位置測定システムを提供できるという優れた効果を奏する。

（６）本発明は、前記ハウジングを前記鉄道車両の窓に固定させる固定手段を備えることを特徴とする上記（５）に記載の鉄道車両位置測定システムを提供する。

衛星測位のための電波を受信するアンテナと、速度測定のためのドップラーセンサは、車両の外に向けて窓ガラス近傍に固定設置する必要がある。上記（６）に記載する発明によれば、アンテナとドップラーセンサを備えたハウジングが、窓に固定される固定手段により固定されるので、測位のための電波の的確な受信と、正確な速度測定が可能になるという優れた効果を奏する。

（７）本発明は、前記鉄道車両に搭載される動揺センサで取得される該鉄道車両の動揺の度合を示す値が、所定の閾値を超過しているか否かを判別する動揺度合判別手段と、前記動揺センサで取得される前記鉄道車両の動揺の度合を示す値が、前記動揺度合判別手段によって、前記所定の閾値を超過したと判別されたタイミングに、前記キロ程決定手段で決定された前記キロ程を記憶する記憶手段とを、さらに備えることを特徴とする上記（１）乃至（６）のうちのいずれかに記載の鉄道車両位置測定システムを提供する。

上記（７）に記載する発明によれば、鉄道車両位置測定システムが、自動的に所定の閾値を超過しているか否かを判別できる動揺度合判別手段を有するので、連動するキロ程決定手段が決定する鉄道車両のキロ程の情報を組み合わせることで、動揺の度合いが所定の閾値を超過する場所に該当する軌道狂いの正確な位置（キロ程）を特定できるという優れた効果を奏する。

本発明によれば、衛星測位システムを用いて鉄道車両の位置や速度を取得するだけでなく、ドップラーセンサから得られる情報に基づいて、鉄道車両の速度を取得することができるので、衛星測位のための電波を受信する受信機の受信条件が悪く、衛星測位電波から位置を特定することができない場所、時間帯においても、鉄道車両の正確な速度が特定できるという優れた効果を奏する。

鉄道車両位置測定システムの全体構成図である。 （Ａ）鉄道車両の速度から距離（キロ程）を決定するキロ程決定処理を説明 する説明図である。（Ｂ）区分求積法により距離（キロ程）を求める方法を説明する説 明図である。 鉄道車両の速度Ｖ（ｔ）を取得するプログラムのフローチャートである。 （Ａ）補正係数Ｇの移動平均Ｇａを取得するサブルーチンのフローチャート である。（Ｂ）較正速度Ｖａを取得するサブルーチンのフローチャートである。 ドップラー速度のノイズ除去を説明する説明図である。 速度を測定するドップラーセンサ等を備えたハウジングを窓ガラスに固定す る態様を説明する説明図である。 （Ａ）従来の、距離標から軌道狂いが生じる位置を発見する手法を説明する 説明図である。（Ｂ）従来の、衛星測位電波信号から軌道狂いが生じる位置を発見する手法 を説明する説明図である。 従来の衛星測位電波信号から軌道狂いが生じる位置を発見する手法における課題 を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図６は発明を実施する形態の一例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。なお、各図において一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、部材の大きさ、形状、厚みなどを適宜誇張して表現する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る鉄道車両位置測定システム１の全体構成図を示す。鉄道車両位置測定システム１は、衛星測位電波受信システム２と、ドップラー速度取得システム４と、動揺測定モジュール５０と、制御部６０と、通信用Ｉ／Ｆ（インターフェース）７０から主に構成される。衛星測位電波受信システム２とドップラー速度取得システム４は、一体のハウジング４５に包含される。また動揺測定モジュール５０も、一体のハウジング４５に包含しても良い。

なお鉄道車両位置測定システム１には、衛星測位電波受信システム２と、ドップラー速度取得システム４と、動揺測定モジュール５０から取得された情報を統合して記憶、解析し、画像としてモニターに描画するＰＣ８０を含んで良い。

衛星測位電波受信システム２は、衛星測位電波受信モジュール１０と、衛星測位電波信号解析モジュール２０を備える。衛星測位電波受信モジュール１０は、測位衛星３からの信号電波である衛星測位電波５を受信するアンテナ構造を備える。衛星測位電波信号解析モジュール２０は衛星測位位置情報取得手段、且つ、衛星測位速度取得手段であり、衛星測位電波受信モジュール１０で得られた信号から、鉄道車両が存在する位置の緯度経度情報である衛星測位位置情報を取得する衛星測位位置情報取得処理と、衛星測位位置情報に基づいて、鉄道車両の速度である衛星測位速度を取得する衛星測位速度取得処理を行う。また衛星測位電波受信システム２は、衛星測位のための電波受信の状態を取得する電波受信状態取得手段を有することが望ましい。

ドップラー速度取得システム４は、ドップラーセンサ３０と、ドップラー信号解析モジュール４０を備える。電磁波のドップラー現象を検出するドップラーセンサ３０は、送信電磁波７を送信し、反射されて戻ってくる反射電磁波９を受信するアンテナ構造を有する。ドップラー信号解析モジュール４０は、ドップラー速度取得手段であり、ドップラーセンサ３０から得られる情報に基づいて、鉄道車両の速度であるドップラー速度を取得するドップラー速度取得処理を行う。

発明者らがこれまでおこなった研究によれば、ドップラー速度取得システム４によって測定された速度であるドップラー速度は、衛星測位電波受信システム２によって測定された正確な速度である衛星測位速度より数％から１０％前後小さな値になることがわかっている。したがって衛星測位電波の受信状態が悪い場合に、正確な車両速度を推定するには、ドップラー速度を較正する必要がある。この較正処理については、後述する。

制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。すなわち制御部６０は、後述するノイズ除去処理を行うノイズ除去手段、較正処理を行う較正手段、キロ程決定処理を行うキロ程決定手段、選択処理を行う選択手段をそれぞれ実現する。ＣＰＵはいわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて様々な機能を実現する。具体的には、速度情報や位置情報について、後述する異常値判定処理、平均値算出処理、ノイズ除去処理、較正処理、キロ程決定処理、選択処理等をおこなう。ＲＡＭはＣＰＵの作業領域、記憶領域として使用され、ＲＯＭはＣＰＵで実行されるオペレーティングシステムやプログラムを記憶する。

ノイズ除去処理とは、ドップラー速度取得手段が取得したドップラー速度のうち、ノイズ信号を取り除く処理であり、ドップラー信号解析モジュール４０が行なってもよい。

較正処理とは、上述の衛星測位速度に基づいて、ドップラー速度を較正した較正値である鉄道車両の較正速度を取得する処理である。

キロ程決定処理とは、衛星測位速度、又は、較正速度のうち、少なくとも一つを用いて鉄道車両のキロ程を決定する処理である。

選択処理とは、衛星測位のための電波受信の状態が良好であって、正確な衛星測位速度を取得できるときには、鉄道車両の速度として衛星測位速度を選択し、衛星測位電波のための電波受信の状態が良好ではなく、正確な衛星測位速度を取得できないときには、鉄道車両の速度として較正速度を選択する処理である。

上記の異常値判定処理、平均値算出処理、ノイズ除去処理、較正処理、キロ程決定処理、選択処理等については、ＰＣ８０に記憶された各種プログラムで行っても良い。

衛星測位電波信号解析モジュール２０、および、ドップラー信号解析モジュール４０、と制御部６０は、無線又は有線の通信手段によって接続される。

通信用Ｉ／Ｆ７０は、既存の通信規格、すなわちＲＳ２３２ＣやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）といった規格に則ったインターフェースであり、外付けのＰＣ８０に接続される。

動揺測定モジュール５０は、動揺測定モジュール５０が設置される鉄道車両の動揺の度合いを示す値を測定する動揺センサを有する。具体的には動揺センサとしては、例えば、多軸の加速度センサを備え、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度の時間変化を取得する。加速度の時間変化の大きさについて、閾値をあらかじめ設けておき、その閾値よりも大きな加速度の時間変化が生じている場所を軌道狂いのある場所と定めて良い。鉄道車両位置測定システム１は、各時刻において、鉄道車両の位置および、所定の起点からの距離（キロ程）を後述する手法で測定し、その時刻において動揺測定モジュール５０が測定した加速度と関連づけて記憶手段、すなわちメモリに記憶することで、軌道狂いの正確な位置を特定することができる。

すなわち、鉄道車両位置測定システム１は、鉄道車両に搭載される動揺センサである多軸の加速度センサで取得される該鉄道車両の動揺の度合を示す値が、所定の閾値を超過しているか否かを判別する動揺度合判別手段と、動揺センサで取得される鉄道車両の動揺の度合を示す値が、動揺度合判別手段によって、所定の閾値を超過したと判別されたタイミングに、キロ程処理を行うキロ程決定手段で決定されたキロ程を記憶する記憶手段であるメモリとを、さらに備えてよい。メモリは制御部６０にあっても良く、またＰＣ８０にあっても良い。

また図１では、動揺測定モジュール５０は制御部６０に接続され、鉄道車両位置測定システム１に含まれた形態を示しているが、動揺測定モジュール５０を鉄道車両位置測定システム１とは別に設けてもよい。その場合でも、略同時刻において、鉄道車両位置測定システム１で取得される鉄道車両の速度情報、および、動揺測定モジュール５０で取得される動揺の度合いについての情報、の両者を統合することで、軌道狂いの正確な位置を特定することができる。

なおハウジング４５には、衛星測位電波受信モジュール１０とドップラーセンサ３０が包含され、衛星測位電波信号解析モジュール２０とドップラー信号解析モジュール４０は、ハウジング４５とは別の筐体内に設けられても良い。またハウジング４５には、ドップラーセンサと、衛星測位のための電波を受信するアンテナが包含され、他の部材はハウジング４５とは別の筐体内に設けられても良い。

図２（Ａ）は、衛星測位電波受信システム２と、ドップラー速度取得システム４の少なくとも一方から得られる情報に基づいて、距離（キロ程）を決定するキロ程決定処理を説明する説明図である。鉄道車両位置測定システム１は、衛星測位電波受信システム２から取得した衛星測位速度、または、衛星測位電波受信システム２とドップラー速度取得システム４の両者から取得した情報に基づいて求められた較正速度、のいずれかを用いて、区分求積法により距離（キロ程）を取得する。すなわち衛星測位電波の受信状態が良好であれば、衛星測位速度を用い、衛星測位電波の受信状態が悪ければ較正速度を用いて計算をおこなうことが望ましい。すなわち、図２（Ａ）でいうならば、衛星測位電波の受信状態が良好なときには、スイッチは右側に接続され、衛星測位電波の受信状態が悪ければ、スイッチは左側に接続される。

ここで区分求積法というのは、図２（Ｂ）のように、時間間隔Ｄｔの間の移動距離Ｌを、例えば所定の時刻ｔにおける速度Ｖ（ｔ）にＤｔを掛け合わせて求め、移動距離Ｌを足し合わせることで、所定の位置からの距離（キロ程）を求める手法である。

なお衛星測位電波受信システム２は、受信機の位置情報である衛星測位位置情報を取得できるので、あらかじめ所定の位置までの正確なキロ程を、別の手段で求めておき、鉄道車両がその位置に到達したことを検出したならば、そこで距離を正確な値に補正し、車両速度Ｖ（ｔ）から求める距離の誤差が蓄積しないように、キロ程補正をおこなってもよい（図２（Ａ）参照）。具体的には、衛星測位電波の受信状態の良いポイントをあらかじめ決めておき、そのポイントの緯度経度情報を衛星測位電波受信システムで取得し、所定の起点からそのポイントまでのキロ程を軌道検測車で計測しておくことが望ましい。

次に、上記した第一実施形態に係る鉄道車両位置測定システム１の詳細な動作を説明する。

図３は、所定の時刻ｔにおける鉄道車両の速度Ｖ（ｔ）を取得するプログラムのフローチャートを示す。なお補正係数の移動平均Ｇａ、較正速度Ｖａを取得する各サブルーチンについては、それぞれ図４（Ａ）、図４（Ｂ）にて詳述する。

まず制御部６０は、衛星測位電波受信システム２から衛星測位電波の受信状態を取得する（ステップＳ１）。制御部６０は、衛星測位電波の受信状態が良好かどうかを判断する（ステップＳ２）。もしも良好であれば、制御部６０は、衛星測位電波受信システム２から衛星測位速度Ｖｇを取得する（ステップＳ３）。続いて制御部６０は、ドップラー速度取得システム４から、ドップラー速度Ｖｄを取得する（ステップＳ４）。制御部６０は、取得したドップラー速度Ｖｄについて、後述するノイズ除去処理をおこない、処理後の値を新たにドップラー速度Ｖｄとする（ステップＳ５）。さらに制御部６０は、サブルーチンに従い、補正係数Ｇを計算し、Ｇの移動平均Ｇａをメモリに記憶する（ステップＳ６）。そして制御部６０は、衛星測位速度Ｖｇを、所定の時刻ｔにおける鉄道車両の速度Ｖ（ｔ）としてメモリに記憶する（ステップＳ７）。

ステップＳ２において制御部６０により、衛星測位電波の受信状態が良好でないと判断されたならば、制御部６０は、ドップラー速度取得システム４からドップラー速度Ｖｄを取得する（ステップＳ８）。制御部６０は、取得したドップラー速度Ｖｄについて、後述するノイズ除去処理をおこない、処理後の値を新たにドップラー速度Ｖｄとする（ステップＳ９）。続いて制御部６０は、サブルーチンに従って較正速度Ｖａを計算する（ステップＳ１０）。そして制御部６０は、較正速度Ｖａを所定の時刻ｔにおける鉄道車両の速度Ｖ（ｔ）としてメモリに記憶する（ステップＳ１１）。

ここでＶ（ｔ）を記憶するメモリは、制御部６０に備えられてもよく、ＰＣ８０にあってもよい。

図４（Ａ）を用いて、補正係数Ｇを計算し、補正係数Ｇの移動平均Ｇａをメモリに記憶するサブルーチンについて説明する。まず制御部６０は、補正係数Ｇ＝Ｖｇ／Ｖｄを計算する（ステップＳ１２）。続いて制御部６０は、補正係数Ｇをメモリに記憶する（ステップＳ１３）。そして制御部６０は、補正係数Ｇの移動平均値Ｇａを取得する（ステップＳ１４）。このとき制御部６０は、移動平均値Ｇａについては例えば過去１０件を常に保持し、１０件の移動平均値Ｇａを適宜求めてメモリに記憶し（ステップＳ１５）、後述する較正速度Ｖａの計算に用いる。ただし過去１０件分のデータがない場合には、メモリに蓄積されている補正係数Ｇのデータのみで移動平均値を求め、移動平均値Ｇａとして記憶してよい。また新たに記憶された補正係数Ｇが、直前の移動平均値Ｇａから例えば±５％以上ずれた値であるときには、移動平均値を計算するためのデータとして用いなくても良い。

なお制御部６０による補正係数Ｇの移動平均Ｇａの更新は、衛星測位速度Ｖｇの取得タイミングに合わせるなど、所定の時間間隔でおこなっても良い。

図４（Ｂ）を用いて、較正速度Ｖａを取得するサブルーチンについて説明する。制御部６０は、較正速度Ｖａ＝Ｇａ×Ｖｄを取得する（ステップＳ１６）。このとき制御部６０は、移動平均値Ｇａがまだ取得されていない場合には、デフォルト値として、メモリにあらかじめ蓄積されている数値を用いてＶａを計算してもよい。

以上説明した手法により、制御部６０は、衛星測位電波の受信状態が悪く、衛星測位速度Ｖｇが取得できない時刻ｔにおいても、ドップラー速度Ｖｄと補正係数の移動平均Ｇａを用いて鉄道車両の速度Ｖ（ｔ）を計算することができる。したがって、鉄道車両位置測定システム１は、各時刻における鉄道車両の所定の起点からの距離（キロ程）を正確に計算できる。

図５は、ドップラー速度のノイズ信号を取り除くノイズ除去手段で行うノイズ処理を説明する説明図である。発明者らの研究によれば、測定されたドップラー速度については、バラツキが大きいものの、所定の時間内のバラツキのなかで、最大値を選択していけば十分滑らかで、正確な速度である衛星測位速度とも極めて相関の良い速度が得られることがわかっている。図５（Ａ）は、ドップラー速度取得システム４で得られたドップラー速度の時間変化を表す。ドップラー速度取得システム４は、所定の時間間隔で測定を連続しておこない、ノイズ除去手段は、例えば次のような異常値判定処理、平均値算出処理、最大値処理をおこなう。

なおここでいうデータとは、ドップラー速度取得システム４が連続して測定したドップラー速度である。前回データがない場合には、最初に得られたデータを正常とみなし、次にデータが得られたときに、最初に得られたデータを前回のデータ、次に得られたデータを今回のデータと考えて処理を進める。

＜異常値判定処理＞
（１）前回データが正常であり、今回と前回の速度差が第一所定差、例えば５ｋｍ／ｈ以上あった場合は異常値とみなす。
（２）前回データが正常であり、今回の速度が所定速度、例えば５ｋｍ／ｈ未満、且つ、前回との速度差が第二所定差、例えば３０ｋｍ／ｈあった場合は異常値とみなす。
（３）前回データが異常であり、異常時の速度が今回の速度と異なっていることと、今回と過去直近の正常時の速度差が第三所定差、例えば２０ｋｍ／ｈ以下であった場合は正常値とみなす。
（４）前回データが異常であり、今回で異常データの継続回数が例えば４０回を超えている場合は正常値とみなす。

＜平均値処理＞
（１）例えば過去１０回の速度データを使い、平均値を求める。
（２）求めた平均値と今回の速度差が第四所定差、例えば３０ｋｍ／ｈ以上あった場合は、速度データとして平均値を採用する。

＜最大値処理＞
（１）例えば過去４０回の速度データを使い、最大値を求める。
（２）求めた最大値と今回の速度差が第五所定差、例えば５ｋｍ／ｈ以上あった場合は、速度データとして最大値を採用する。

以上のような処理をおこなうことで、図５（Ａ）のデータは、図５（Ｂ）のようにバラツキが抑えられ、ノイズが除去されたデータとなる。

図６は、鉄道車両位置測定システムのハウジング４５等を説明する説明図である。図６（Ａ）は、衛星測位電波受信モジュール１０とドップラーセンサ３０を備えたハウジング４５であって、ハウジング４５を鉄道車両の窓ガラスに固定する固定手段１５０を備えたものを表す。窓ガラス固定手段１５０としては、例えば真空吸着をする吸盤のような吸着固定手段が考えられる。図６（Ｂ）のように、窓ガラスの内側面２１０に固定手段１５０でハウジング４５を固定することができる。このような態様にすることで、ハウジング４５は窓ガラスに簡単に固定できるので、窓ガラスを通して測位衛星３の信号電波を捉えることが可能になる。したがって衛星測位速度の取得および衛星測位位置情報を取得することができる。またドップラーセンサ３０のアンテナ構造により電磁波の送信、受信が可能なので、ドップラー速度の取得もできる。なお、鉄道車両位置測定システム１は、ハウジング４５とは別に、制御部６０を備えた筐体を有し、ハウジング４５と制御部６０の間の信号のやりとりは、既存の無線通信手段３００によっておこなうことが望ましい（図６（Ｂ）参照）。なおハウジング４５の固定手段１５０は、磁気吸着によるものであっても良い。

以上、上述した実施形態に係る鉄道車両位置測定システム１によれば、衛星測位システムを用いて衛星測位電波受信システム２により、鉄道車両の位置や速度を取得するだけでなく、ドップラー速度取得システム４から得られる情報に基づいて、鉄道車両の速度を取得することができるので、衛星測位のための電波を受信する受信機の受信条件が悪く、衛星測位電波から位置を特定することができない場所、時間帯においても、鉄道車両の正確な速度が特定でき、動揺測定モジュール５０によって測定される各時刻における動揺の度合いと合わせることで、鉄道の軌道狂いのキロ程、位置を正確に特定できるという優れた効果を奏する。

また、衛星測位電波受信システム２が、十全に位置や速度を取得できない時間帯、すなわち鉄道車両位置測定システム１自体が起動された直後において、鉄道車両が動き出した場合でも、ドップラー速度取得システム４が取得したドップラー速度に基づいてキロ程を取得できるという優れた効果を奏する。

なお、本発明の鉄道車両位置測定システムは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、あらかじめ取得された、鉄道車両位置測定システム１は、あらかじめ測定した緯度経度情報あるいはキロ程情報を対応させたマッチング情報に基づいて、キロ程を較正しても良い。ここでマッチング情報とは、例えば１ｋｍ毎のキロ程と、その地点での緯度経度を表すテーブルであり、キロ程を較正する元データとなり得る。衛星測位電波受信機により測定された位置情報や速度情報、およびドップラーセンサに基づく速度情報には、ある程度の誤差が含まれており、長い区間にわたって連続した距離測定をおこなうと、誤差が蓄積して正確な位置（キロ程）が把握できなくなる可能性がある。そこで、鉄道事業者は例えば軌道検測車であらかじめマッチング情報を測定して蓄積しておき、このマッチング情報に基づいて、本発明に係る鉄道車両位置測定システム１で得られたキロ程を較正することも考えられる。

１ 鉄道車両位置測定システム
２ 衛星測位電波受信システム
３ 測位衛星
４ ドップラー速度取得システム
５ 衛星測位電波
７ 送信電磁波
９ 反射電磁波
１０ 衛星測位電波受信モジュール
２０ 衛星測位電波解析モジュール
２５ アンテナ構造
３０ ドップラーセンサ
４０ ドップラー信号解析モジュール
４５ ハウジング
５０ 動揺測定モジュール
６０ 制御部
７０ 通信用Ｉ／Ｆ（インターフェース）
８０ ＰＣ
９０ 鉄道車両
１００ キロポスト（距離標）
１１０ トンネル
１２０ トンネル内の鉄道車両
１５０ 固定手段
２００ 窓ガラス
２１０ 窓ガラスの内側面
３００ 無線通信手段

Claims (7)

1. 電磁波のドップラー現象を検出するドップラーセンサと、
   前記ドップラーセンサから得られる情報に基づいて、鉄道車両の速度であるドップラー速度を取得するドップラー速度取得手段と、
   衛星測位システムを用いて、前記鉄道車両が存在する位置の緯度経度情報である衛星測位位置情報を取得する衛星測位位置情報取得手段と、
   前記衛星測位位置情報に基づいて、前記鉄道車両の速度である衛星測位速度を取得する衛星測位速度取得手段と、
   前記衛星測位速度に基づいて、前記ドップラー速度を較正した較正値である前記鉄道車両の較正速度を取得する較正手段と、
   前記衛星測位速度、又は、前記較正速度のうち、少なくとも一つを用いて前記鉄道車両のキロ程を決定するキロ程決定手段と、
   を備えることを特徴とする鉄道車両位置測定システム。
2. 前記ドップラー速度取得手段が取得した前記ドップラー速度のうち、ノイズ信号を取り除くノイズ除去手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両位置測定システム。
3. 前記キロ程決定手段が、前記衛星測位速度、または、前記較正速度のどちらか一方を選択する選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄道車両位置測定システム。
4. 衛星測位のための電波受信の状態を取得する電波受信状態取得手段をさらに有し、前記選択手段は、衛星測位のための電波受信の状態が良好であって、正確な衛星測位速度を取得できるときには、前記衛星測位速度を選択し、衛星測位電波のための前記電波受信の状態が良好ではなく、正確な衛星測位速度を取得できないときには、前記較正速度を選択することを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両位置測定システム。
5. 前記ドップラーセンサと、衛星測位のための電波を受信するアンテナが、一体のハウジングに備えられることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の鉄道車両位置測定システム。
6. 前記ハウジングを前記鉄道車両の窓に固定させる固定手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両位置測定システム。
7. 前記鉄道車両に搭載される動揺センサで取得される該鉄道車両の動揺の度合を示す値
   が、所定の閾値を超過しているか否かを判別する動揺度合判別手段と、
   前記動揺センサで取得される前記鉄道車両の動揺の度合を示す値が、前記動揺度合判別手段によって、前記所定の閾値を超過したと判別されたタイミングに、前記キロ程決定手段で決定された前記キロ程を記憶する記憶手段と
   を、さらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の鉄道車両位置測定システム。

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