JP2018019470A - 列車定位置停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】線路外の設備として駅構内に設置した対象物と列車との相対距離を連続的に算出することを可能にし、線路内の設備を不要にすることで低コスト化を図り、かつ列車の現在位置の検出精度が向上し得る列車定位置停止制御装置を提案する。【解決手段】列車定位置停止制御装置として、列車の速度及び現在位置を算出する速度・位置算出手段と、駅構内に設置され対象物と列車との相対距離を算出する相対距離算出手段とを備え、速度・位置算出手段は、相対距離算出手段から入力した相対距離の情報及び対象物の位置情報から列車の現在位置を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、地上に設置された対象物との相対距離から列車の現在位置を算出し、列車の走行を制御する列車定位置停止制御装置に関する。

近年、列車運行ダイヤの過密化やホームドアの整備に伴う列車停止位置の厳密化等によって乗務員への負担が増大している。この乗務員負担の低減や人件費の削減等を目的として、自動列車運転（ＡＴＯ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置の導入が進められている。ＡＴＯ装置の中でも特に、ホームドア位置に車両ドア位置を正確に合わせて列車を停止させる列車定位置停止制御（ＴＡＳＣ：Ｔｒａｉｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｔｏｐ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置は、既設路線駅にホームドア導入が進むに伴い多くの路線への導入が図られている状況にある。

先行技術である非特許文献１には、一般的な列車定位置停止制御装置の構成が開示されている。具体的には、列車定位置停止制御装置は、地上（線路内）に設置され自らの位置情報を送信する地上子からの位置情報を、車上に設置された車上子と呼ばれる装置で受信し、受信した位置情報を基に自列車の現在位置を決定する。地上子が目標停止位置付近に複数設置されており、列車定位置停止制御装置は、地上子の上を通過するごとに自列車の現在位置を補正する。その上で、列車定位置停止制御装置は、予め保持しているＴＡＳＣパターン（位置・速度の組み合わせで表されるデータ）の現在位置の速度と自列車の速度を比較して、速度が一致するようにブレーキを制御することで、目標停止位置に列車を停止させる。

鉄道車両と技術 Ｎｏ．１８１ 「ＡＴＯの走行制御技術＜５＞」

しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、線路内の設備として地上子が必要となる。一般的に、鉄道設備の設置にかかる費用は、線路内の設備か線路外の設備かで大きく異なる。線路内に設備を設置する場合、列車との接触を避けるために高度な安全対策が必要となり、ホームなどの線路外に設置する場合と比較して費用が高くなる。したがって、特許文献１に記載の技術でもって列車定位置停止制御装置を導入しようとした場合、多額の費用がかかることが課題となる。また、地上子は離散的にしか設置されておらず、現在位置の補正が連続的に実施できないという課題もある。

本発明は、以上の課題を考慮してなされたもので、線路外の設備を使用して自列車の現在位置を決定する列車定位置停止制御装置を提案するものである。本発明により、線路内の設備が不要となり、また併せて車上子も不要となることから、低コストで列車定位置停止制御装置を導入することが可能となる。また、現在位置の補正が、従来の地上子による離散的なものから連続的なものになるため、現在位置の精度が向上する。

かかる課題を解決するために、列車定位置停止制御装置として、列車の速度及び現在位置を算出する速度・位置算出手段と、駅構内に設置された対象物と列車との相対距離を算出する相対距離算出手段とを備え、速度・位置算出手段は、相対距離算出手段から入力した相対距離の情報及び対象物の位置情報から列車の現在位置を算出することを特徴とする。

本発明によれば、線路外の設備を使用して列車を目標停止位置に停止させることができる。また、連続的に現在位置が補正されるため、現在位置の精度が向上する。

図１は、一般的な列車定位置停止制御装置の構成を示す図である。 図２は、実施例１に係る列車定位置停止制御装置の機能構成を示す図である。 図３は、実施例１の速度・位置算出手段の処理手順（フローチャート）を示す図である。 図４は、実施例２において採用する対象物のデザイン例を示す図である。 図５は、実施例２に係るカメラが認識する画像の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳述する。なお、図１は、一般的な自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）に含まれる列車定位置停止制御装置（ＴＡＳＣ装置）に関する図である。また、図２〜図５は、本発明の実施形態に係る列車定位置停止制御装置について説明する図である。

また、図１〜図５に図示されている各部は、プロセッサ、記憶媒体又はプログラムの何れか又はそれらを組み合わせて構成される機器である。例えば、プロセッサは、記憶媒体に記憶されているプログラムを読み出して各種機能を実現する。

まず、列車定位置停止制御装置の概要について説明する。
図１は、一般的な列車定位置停止制御装置の構成を示す図である。列車定位置停止制御装置は、速度・位置算出手段により、車輪軸に設置された速度発電機から速度信号を検出し、また、地上子と通信する車上子から位置情報を検出する。また、列車定位置停止制御装置は、取得した速度信号と位置情報とに基づいて、制御指令算出手段により制動指令を算出し、算出した制動指令を車両情報制御装置や制駆動制御装置に出力する。

以上のとおり、列車定位置停止制御装置は、速度信号と位置情報とを算出する速度・位置算出手段及び制動指令を算出する制御指令算出手段から構成される。このうち、制御指令算出手段は、さらに計画機能を有する計画手段及び追従機能を有する追従手段から構成される。

速度・位置算出手段は、出発駅の位置情報及び車両速度の積算値から現在位置を算出する。但し、車両速度の積算値には積分誤差が発生するため、地上子からの位置情報を受信した時点で、現在位置を地上子からの情報に修正する。地上子と地上子の間は車両速度の積分値を用いて現在位置を算出する。

次に、制御指令算出手段が備える２つの機能について説明する。計画機能とは、予め保持する駅停止位置までの制動速度に対し、現在の車両位置を照らし合わせて目標速度を算出する機能である。また、追従機能とは、目標速度と現在の車両速度との速度偏差を入力し、出力すべき制動力を算出する機能である。列車定位置停止制御装置は、この算出した制動力を制動指令に含めて車両情報制御装置や制駆動制御装置に出力する。

なお、制動指令にはブレーキノッチ指令及びトルク指令等がある。車両情報制御装置は、車上の情報伝送を管理する装置であり、列車定位置停止制御装置からの制動指令を受信すると、受信した制動指令を制駆動制御装置に出力する。制駆動制御装置は、受信した制動指令に基づいて、列車の走行を制御する。

実施例１では、駅構内に設置され位置補正の基準となる対象物と、当該対象物と自列車との相対距離から自列車の現在位置を算出する列車定位置停止制御装置について説明する。
図２は、実施例１に係る列車定位置停止制御装置２０１の機能構成を示す図である。列車定位置停止制御装置２０１は、速度・位置算出手段２０２、相対距離算出手段２０３、対象物位置データベース２０４及び制御指令算出手段２０５から成る。列車定位置停止制御装置２０１は、制動指令を算出し、算出した制動指令を、車両情報制御装置を介して制駆動制御装置に出力する。

速度・位置算出手段２０２は、車輪軸に設置された速度発電機２０６より車軸の回転速度である速度信号を取得し、取得した速度信号、車輪の円周長及び出発した駅の位置情報から自列車の現在位置を算出する。また、速度・位置算出手段２０２は、相対距離算出手段２０３から相対距離を、対象物位置データベース２０４から対象物位置を、それぞれ取得し、対象物位置と相対距離から自列車の現在位置を算出する。なお、以下では、「自列車の現在位置」を、単に「現在位置」という場合がある。

相対距離算出手段２０３は、線路外（例えば、ホーム）に設置された、位置補正の基準点となる対象物２０７と自列車との相対距離を算出する。対象物２０７は、１つの目標停止位置に対し、その目標停止位置付近に最低限１つ設置されていればよい。ただし、対象物２０７を認識できない可能性も考慮して、対象物２０７はホーム上に複数設置されていることが望ましい。なお、相対距離算出手段２０３は、相対距離を、例えばカメラ等の撮像装置による対象物の画像認識によって算出、またはミリ波等の電波照射やレーザー照射を用いて算出してもよい。要は、自列車と線路外の対象物２０７との距離が算出できればよく、その算出方法を限定するものではない。また、相対距離算出手段２０３は、現在位置が現在認識している対象物位置よりも進行した場合、もしくは相対距離が所定の閾値以下となった場合、認識する対象物を次の対象物に切り替える。

制御指令算出手段２０５は、速度・位置算出手段２０２から自列車の速度及び現在位置の情報を受け取り、自列車の速度と現在位置におけるＴＡＳＣパターン速度との速度偏差から制動指令を算出する。

図３は、速度・位置算出手段２０２により実行される速度・位置算出の処理手順（フローチャート）を示す図である。図３に示すフローチャートは、列車定位置停止制御装置２０１の演算周期ごとに実行される。以下の各ステップの処理を実行する主体は、速度・位置算出手段２０２であり共通することから、以下の各ステップではその主体の記載を省略する。
（ステップ３０１）
速度発電機２０６より速度信号を取得する。その後、ステップ３０２に進む。

（ステップ３０２）
取得した速度信号及び車輪の円周長等のデータより車両速度を算出する。その後、ステップ３０３に進む。
（ステップ３０３）
前回の演算周期での現在位置を取得する。その後、ステップ３０４に進む。

（ステップ３０４）
自列車の現在位置を以下の式で算出する。その後、ステップ３０５に進む。
（i）現在位置が自列車の進行方向に昇順の場合
現在位置 ＝ 前回の演算周期での現在位置 ＋ （車両速度×演算周期）
（ii）現在位置が自列車の進行方向に降順の場合
現在位置 ＝ 前回の演算周期での現在位置 − （車両速度×演算周期）

（ステップ３０５）
相対距離算出手段２０３から相対距離の入力があるか否かを確認する。相対距離の入力がある場合は（Ｙｅｓ）、ステップ３０６に進む。相対距離の入力がない場合は（Ｎｏ）、ステップ３１１に進む。
（ステップ３０６）
相対距離算出手段２０３から相対距離を取得する。その後、ステップ３０７に進む。

（ステップ３０７）
対象物位置を取得する。具体的には、ステップ３０４で算出した現在位置に対して、進行方向に向かって最も近い対象物位置を、対象物位置データベース２０４から検索し、取得する。その後、ステップ３０８に進む。
なお、対象物は、本発明に係る列車定位置停止制御装置向けに専用に設置されたものでもよいし、停止目標位置表示のような既に設置されている設備を使用してもよい。線路外に設置されて移動しないものであれば、対象物として利用可能である。ここで、対象物の形状・色・数等は問わない。

（ステップ３０８）
検定用相対距離を算出する。検定用相対距離は、ステップ３０６で取得した相対距離が適切であるか否かを検定するために、ステップ３０６で取得した相対距離と比較するために算出するものである。具体的に、検定用相対距離は、ステップ３０４で算出した現在位置及びステップ３０７で取得した対象物位置から以下の式で算出する。その後、ステップ３０９に進む。
（i）現在位置が列車の進行方向に昇順の場合
検定用相対距離 ＝ 対象物位置 − 現在位置
（ii）現在位置が列車の進行方向に降順の場合
検定用相対距離 ＝ 現在位置 − 対象物位置

（ステップ３０９）
ステップ３０６で取得した相対距離及びステップ３０８で算出した検定用相対距離の差分を算出する。当該差分が、予め設定した閾値以内か否かを判断する。当該差分が閾値以内の場合は（Ｙｅｓ）、ステップ３１０に進む。他方、当該差分が閾値より大きい場合は（Ｎｏ）、ステップ３１１に進む。

（ステップ３１０）
現在位置を以下の式で算出する。
（i）現在位置が列車の進行方向に昇順の場合
現在位置 ＝ 対象物位置 − 相対距離
（ii）現在位置が列車の進行方向に降順の場合
現在位置 ＝ 対象物位置 ＋ 相対距離
算出した現在位置を今回の演算周期での現在位置とする。その後、ステップ３１１に進む。
（ステップ３１１）
今回の演算周期での現在位置及び速度の各情報を制御指令算出手段２０５に送信する。

以上のとおり、実施例１によれば、線路外の設備を使用して列車を目標停止点に停車させることが可能となる。また、地上子による位置検知とは異なり、連続的に現在位置を検知できることから現在位置の精度が向上する。加えて、相対距離算出手段２０３が算出した相対距離と、信頼性の高い速度発電機２０６からの車両速度を用いて求めた現在位置と対象物位置とから求めた相対距離とを比較することにより、相対距離算出手段２０３の相対距離をその健全性確認を行ってから現在位置の算出に採用する。そのため、算出される現在位置は信頼性の高いものになる。

実施例１では、相対距離のみを判断する相対距離算出手段を想定した構成について説明した。実施例２では、相対距離算出手段としてカメラを用いることで、相対距離以外の情報も認識可能な相対距離算出手段が搭載された列車定位置停止制御装置について説明する。ここで、対象物位置を取得する処理以外は、実施例１と同様であるため、その説明は省略する。

図４は、実施例２において採用する対象物に描画された表示形態のデザイン例を示す図である。図４（ａ）のように、対象物に対象物固有のＩＤを表記すると、カメラによる画像認識で前記ＩＤを認識し、前記ＩＤを対象物位置データベース２０４で検索することにより、現在認識している対象物の位置情報を取得することが可能となる。図４（ａ）では、対象物固有のＩＤを直に表記したが、これに限定されるものではなく、当該ＩＤと１対１に対応付けできる表示形態であれば、英数字に限らず、色、図形、シンボル、模様またはそれらの組み合わせであってもよい。また、対象物の形状や色彩を対象物固有のＩＤと１対１に対応付けできるのであれば、対象物の形状や色彩を変化させてもよい。

また、図４（ｂ）のように、駅名と線路外に存在する対象物のうち何番目であるかを表記すると、カメラによる画像認識で駅名と何番目の対象物であるかを認識し、対象物位置データベース２０４で検索することにより、現在認識している対象物の位置情報を取得することが可能となる。

そしてまた、図４（ｃ）のように、対象物をＱＲコード（登録商標）とすることで、対象物位置データベース２０４を参照することなく、直接対象物の位置情報を得ることも可能となる。さらに、図４（ｄ）のように、対象物の位置情報を直接表記すると、カメラによる画像認識で位置情報を認識し、対象物位置データベース２０４を参照することなく、直接対象物の位置情報を得ることが可能となる。

図５は、実施例２に係るカメラで認識する画像の例を示す図である。目標停止位置付近では、少なくとも、線路５０１、ホーム５０２及び対象物２０７が画像の中に含まれている。この中から対象物２０７を認識し、相対距離を算出する必要がある。一般的に、画像認識処理は計算負荷が高いところ、列車定位置停止制御装置はパソコンと比較して計算能力が低いことが多いため、画像認識処理の計算負荷は低い方が望ましい。

本発明では、上述のとおり、認識すべき対象物の位置が線路外に固定されていることから、例えば、図５（ａ）の領域のみを画像認識の対象とすることができ、画像全体を対象物の認識範囲とする場合と比較して大幅な計算負荷の低減が可能となる。さらに、対象物の設置箇所を線路外のうちホームの屋根付近と限定すれば、画像認識処理の計算負荷をより低減することも可能となる。なお、対象物の設置位置は、ホームの屋根付近以外でもよく、カメラ画像の特定の位置に来るように設置できればよく、その位置を限定するものではない。

また、図５では、カメラが車両前面に設置された場合の画像を例に説明したが、カメラは前面以外に設置してもよく、例えば、列車の側面に設置してもよい。要は、カメラによって対象物を認識し、相対距離を算出可能であればよく、その設置場所を限定するものではない。

以上のとおり、実施例２によれば、より簡単かつ確実に対象物の位置を算出することが可能となる。特に、図４に示す（ｃ）または（ｄ）のデザインであれば、対象物位置データベース２０４も不要となり、より簡易な構成で列車を目標停止点に停車させることが可能となる。また、対象物の位置が固定されることにより、画像認識処理の計算負荷を低減させることができる。

実施例１及び２において、速度・位置算出手段２０２は、相対距離算出手段２０３からの入力がない場合、車両速度に基づいて現在位置を算出していたが、乗務員に相対距離算出手段２０３からの入力がないことを通知するようにしてもよい。これにより、現在位置がいずれの手段で算出されているかを乗務員が確認できるようになる。

また、制御指令算出手段２０５は、相対距離算出手段２０３からの入力が目標停止位置付近までない場合には、目標停止位置よりも手前で停止するように制御してもよい。これにより、列車が目標停止位置を超えてしまうことを確実に防止し、インチング制御を用いた目標停止位置への修正、または手動運転による目標停止位置への修正を、容易にすることが可能となる。

そしてまた、速度・位置算出手段２０２は、相対距離算出手段２０３からの入力が連続していない場合もしくは断続的に発生する場合は、相対距離算出手段２０３が故障したと判断し、車両速度に基づいて算出した現在位置のみを使用するようにしてもよい。これにより、２つの異なる算出手段で得られた現在位置を頻繁に切り替えることがなくなり、現在位置のハンチングを防止することが可能となる。

以上のとおり、実施例１及び実施例２では、線路外に設置された対象物との相対距離と対象物の位置から自列車の現在位置を算出していたが、例えば、ホーム上に上向きに設置された対象物を列車側面に下向きに設置されたカメラで認識して、カメラが対象物の鉛直線上に来たタイミングで対象物のデザインから直接対象物の位置情報を取得する。そして、当該位置情報を取得したと同時に、自列車の現在位置を当該位置情報に置き換えるようにしてもよい。これにより、目標停止位置より進行方向に対象物を設置するスペースがなくても本発明を適用可能となる。また、ホームドア監視用に側面に設置されたカメラを、本発明に係るカメラとして流用することも可能となる。

また、一定区間の車両速度に基づいた現在位置の変化と相対距離に基づいた現在位置の変化を比較することにより、車両速度を積分する際の誤差（例えば、車輪径の実際の値と車両速度算出に使用している値の差）を認識し、その誤差を修正するようにしてもよい。これにより、車両速度に基づいて算出する現在位置の精度を向上させることができる。

２０１ 列車定位置停止制御装置
２０２ 速度・位置算出手段
２０３ 相対距離算出手段
２０４ 対象物位置データベース
２０５ 制御指令算出手段
２０６ 速度発電機
２０７ 対象物
５０１ 線路
５０２ ホーム

Claims (8)

1. 列車を所定の目標停止位置に停止させる列車定位置停止制御装置であって、
   列車の速度及び現在位置を算出する速度・位置算出手段と、
   駅構内に設置された対象物と前記列車との相対距離を算出する相対距離算出手段と
   を備え、
   前記速度・位置算出手段は、前記相対距離算出手段から入力した前記相対距離の情報及び前記対象物の位置情報から前記列車の現在位置を算出する
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。
2. 請求項１に記載の列車定位置停止制御装置であって、
   前記速度・位置算出手段は、前記対象物の位置情報を対象物位置データベースから取得する
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。
3. 請求項１または２に記載の列車定位置停止制御装置であって、
   前記相対距離算出手段は、前記相対距離を、前記対象物に対する、撮像装置による画像認識、電波照射またはレーザー照射のいずれか１つを用いて算出する
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の列車定位置停止制御装置であって、
   前記速度・位置算出手段は、前記相対距離算出手段から入力した前記相対距離の情報と、自ら算出した前記列車の速度に基づいて求めた前記列車の現在位置と前記対象物の位置情報とから算出した比較用の相対距離の情報とを比較し、両者の差分が所定の閾値以内である場合に、前記相対距離算出手段から入力した前記相対距離の情報及び前記対象物の位置情報から前記列車の現在位置を算出する
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。
5. 請求項２または請求項２を引用する請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の列車定位置停止制御装置であって、
   前記相対距離算出手段は、前記対象物の形状または色彩あるいは前記対象物に描画された表示形態を画像認識して前記対象物を一意に判別し、判別した当該対象物の情報から前記対象物位置データベースを検索する
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。
6. 請求項１または請求項１を引用する請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の列車定位置停止制御装置であって、
   前記相対距離算出手段は、前記対象物に描画された表示形態を画像認識して前記対象物の位置情報を一意に判別する
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の列車定位置停止制御装置であって、
   前記速度・位置算出手段は、前記相対距離算出手段からの入力が連続していない場合または断続的である場合に、前記列車の現在位置を前記列車の速度に基づいて算出することに切り替える
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の列車定位置停止制御装置であって、
   前記速度・位置算出手段が算出した前記列車の速度及び現在位置の情報を受け取る制御指令算出手段をさらに備え、
   前記制御指令算出手段は、前記相対距離算出手段からの入力が連続していない場合または断続的である場合に、前記列車を目標の停止位置よりも手前に停止させるための制動指令を算出する
   ことを特徴とする列車定位置停止制御装置。

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