JP2018084546A - 移動体速度検出システムおよび架線溶断防止システム - Google Patents

Abstract

【課題】検知手段が列車等の移動体の走行に伴う振動の影響を受けにくく耐久性に優れるとともに、保守作業の際における検知手段の取外し取付け及び調整作業が不要であり、保守性が良好な移動体速度検出システムおよび架線溶断防止システムを提供する。【解決手段】水平もしくは準水平方向に検知軸を走査して予め設定された検知区間を走行する移動体表面の各部までの距離および角度を検知可能な測距手段（光学式検知手段）と、該測距手段から出力される情報に基づいて移動体の移動速度を検出する速度検出装置とを備えた移動体速度検出システムにおいて、速度検出装置は、測距手段からの情報に基づいて移動体の所定の形状特徴部を判別する特徴部判別手段と、測距手段から出力される情報のうち形状特徴部に関して時間差をおいて取得した情報に基づいて移動体の速度を算出する速度算出手段とを設けるようにした。【選択図】図４

Description

本発明は、移動体の速度を検出する移動体速度検出システムに関し、例えば電気鉄道システムのエアセクション区間において列車速度を検出する移動体速度検出システムおよび架線の溶断を防止するための架線溶断防止システムに利用して有効な技術に関する。

電気鉄道システムにおいては、軌道に沿って敷設された架線に電力を供給する変電所が鉄道路線に沿って複数配設されており、変電所間で異なる電力系統を区分するためにエアセクションが設けられている。架空電車線方式のエアセクション区間においては、隣接する電気車走行区間を走行する電気車にそれぞれ電力を供給する２つの架線が、軌道上方に所定の距離を隔てて平行に敷設されている。

このようなエアセクションにおいては、電気車が停止または低速走行することにより、パンタグラフを介して電位差の異なる２つ架線の間に大電流が流れ、何れかまたは両方の架線が溶断する事故が発生するおそれがある。かかる架線溶断事故を防ぐために、低速走行禁止区間を設け、低速走行禁止区間では、当該区間を走行する電気車の速度を検出して、許容速度以下となるような場合には、エアセクションを境に隣り合う電気車走行区間の架線間を短絡器によって短絡させるようにする制御技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−７４３５４号公報 特許第５７５２４６１号公報

特許文献１に記載されている架線切断防止装置においては、エアセクション区間の入り口側と出口側にそれぞれレール電流検出器を設け、２つの電流検出器の測定電流の差分に基づいてエアセクション区間における力行電気車の存在の有無を検出して架線間の短絡制御を行うようにしている。そのため、エアセクション区間で電気車が急制動したり停止したような場合に、電気車の速度が許容速度以下となったことを素早く検知することができないという問題があった。

そこで、エアセクション区間に電磁誘導コイルを用いた複数の電気車速度検知装置を配設し、これらの速度検知装置から受信した電気車速度情報と予め記憶部に記憶されている急制動時の加速度情報とに基づいて、現在時点の電気車速度を算出して許容速度以下である場合にエアセクション区間の２つの架線の短絡制御を行うようにした架線溶断防止システムが提案されている（例えば、特許文献２）。

しかしながら、特許文献２に記載されている架線溶断防止システムにおける電気車速度検知装置は、所定の間隔をおいて、軌道の一方の側面に交流磁界を発生させる送信コイルを、また軌道の他方の側面に受信コイルを設けて、送信コイルと受信コイルとの間に位置する軌道上を電気車の車輪が通過した際に受信コイルにおける受信レベルが変化するのを検知して、検知時間差から計算によって電気車速度を検出するようにしている。

そのため、速度検出装置の検知手段（コイル）が列車の走行に伴う振動の影響を受け易く耐用年数が短いとともに、軌道の保守作業開始前に検知手段を取り外したり、作業終了後に検知手段の取付け及び調整作業が必要であり、保守性が悪いという課題がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、速度検出のための検知手段が列車等の移動体の走行に伴う振動の影響を受けにくく耐久性に優れるとともに、保守作業の際における検知手段の取外しや取付け及び調整作業が不要であり、保守性が良好な移動体速度検出システムおよびそれを用いた架線溶断防止システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、
水平もしくは準水平方向に検知軸を走査して予め設定された検知区間を走行する移動体表面の各部までの距離および角度を検知可能な測距手段と、該測距手段から出力される情報に基づいて前記移動体の移動速度を検出する速度検出装置と、を備えた移動体速度検出システムであって、
前記速度検出装置は、
前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の所定の形状特徴部を判別する特徴部判別手段と、
前記測距手段から出力される情報のうち前記形状特徴部に関して時間差をおいて取得した情報に基づいて前記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
を備えるようにしたものである。

上記した構成によれば、移動体の速度を検出するための検知手段として、水平もしくは準水平方向に検知軸を走査して予め設定された検知区間を走行する移動体表面の各部までの距離および角度を検知可能な測距手段（例えば検知区間を検知ビームにより水平もしくは準水平方向に検知軸を走査して予め設定された検知区間を走行する移動体表面の各部までの距離および角度を検知可能な測距手段に走査可能な光学式の測域センサ）を使用しているため、検知手段を軌道より離れた位置に配設することができるので、検知手段が列車等の移動体の走行に伴う振動の影響を受けにくくなり耐久性に優れるとともに、保守作業の際に検知手段等速度検出装置を構成する部品の取外し取付け及び調整作業が不要であり、保守性が良好となる。また、カメラからの画像信号を処理し上記と同様にして移動体の速度を検出することも可能であるが、上記した構成によれば、画像信号を処理による列車検知と比較して、簡易なセンサおよび処理で移動体（列車）の速度検出が可能である。

ここで、望ましくは、前記形状特徴部は前記移動体の角部または隙間もしくは端部であり、
前記速度検出装置は、
前記移動体の角部または隙間に関する前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出し、
前記移動体の角部または隙間を判別できない場合に、前記移動体の端部に関する前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出するように構成する。

上記のような構成によれば、移動体の角部や隙間は、検知ビームを水平もしくは準水平方向に走査する検知手段（光学式センサ）からの検知信号がとぎれることがなく、移動体の側面と直交する方向の成分（Ｙ成分）が急に増減する部位であるため、比較的検知が容易であり、速度の検出も容易である。一方、移動体の端部は、検知手段（光学式センサ）からの検知信号がある状態から信号が無い状態あるいは検知信号が無い状態から信号がある状態へ移行する部位であるため、角部や隙間に比べて誤検出を招き易いが、角部や隙間を判別できない場合に、移動体の端部の検知に基づいて移動体の速度を検出することによって、移動体の形状特徴部が検知できない状態を減らし信頼性の高い検出が可能となる。なお、「隙間」とは、走査時に平面情報が得られない箇所（一次元的に変化する点情報が途切れる箇所）を意味し、狭義の隙間の他に凹部を含む概念である。

また、望ましくは、前記速度検出装置は、
前記移動体が前記検知区間の進入方面区間を走行している際には、第１に前記移動体の先端角部、第２に前記移動体の隙間、第３に前記移動体の最後端部の優先順に従って、前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出し、
前記移動体が前記検知区間の進行方面区間を走行している際には、第１に前記移動体の後端角部、第２に前記移動体の隙間、第３に前記移動体の先頭端部の優先順に従って、前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出するように構成する。
かかる構成によれば、進行方面区間と進入方面区間とで、検知する形状特徴部の優先順位を変えることで、より確実に形状特徴部を検知し移動体の速度を検出することができる。

また、望ましくは、前記速度検出装置は、
前記測距手段からの情報に基づいて、前記測距手段を原点とするＸＹ座標系における検知点のＸ座標およびＹ座標を算出する座標変換手段を備え、
前記特徴部判別手段は、前記Ｘ座標およびＹ座標の変化量に基づいて前記形状特徴部を判別するように構成する。

上記した構成によれば、測距手段からの情報（測距データ、検知角度等）に基づいて、検知点のＸ座標およびＹ座標を算出し、該Ｘ座標およびＹ座標の変化量に基づいて移動体の形状特徴部を判別するので、移動体が鉄道車両のように箱状の車体が複数連結されている場合に、より的確に形状特徴部を検知することができ、それによって移動体速度の算出を確実に実行することができる。

さらに、望ましくは、前記光学式検知手段は、前記検知区間の入り口側（または出口側）の軌道外側に配置され、
前記速度検出装置は、前記移動体が前記検知区間の進入方面区間および進行方面区間の両区間をまたがって走行している際には、前記移動体の進行方面区間側（または進入方面区間側）の形状特徴部に関する前記測距手段からの情報に基づいて算出した前記移動体の速度を優先し、当該速度の算出ができない場合に、前記移動体の進入方面区間側（または進行方面区間側）の形状特徴部に関する前記測距手段からの情報に基づいて算出した前記移動体の速度を採用するように構成する。
かかる構成によれば、測距手段としての感知器（センサ）を、例えば軌道外側に設けられている既存の電化柱を利用して設置することで、検知範囲の入り口側または出口側に偏った位置に感知器（センサ）が配設されたような場合に、より適切に走行する移動体を検知して移動速度を検出することができる。

本出願に係る他の発明は、上記のような構成を有する移動体速度検出システムと、エアセクション区間において空間を隔てて平行に張られ隣り合う電車走行区間にそれぞれ電力を供給する２つの架線間の短絡を行う短絡手段と、を備えた架線溶断防止システムにおいて、
前記検知区間はエアセクション区間であり、
前記速度検出装置は、前記速度算出手段により算出された前記エアセクション区間を走行する電車の速度が予め設定された許容速度以下である場合に前記短絡手段を動作させる制御信号を生成し出力する短絡制御手段を備え、
前記短絡手段は、前記制御信号を受信した場合に前記エアセクション区間の２つの架線間を短絡するように構成したものである。

かかる構成の架線溶断防止システムによれば、エアセクション区間において電車の速度が許容速度以下となったとしても、エアセクション区間の２つの架線間が短絡されて同電位になることによって、２つの架線に接触しているパンタグラフを介して大電流が流れるのを防ぐことができ、これにより、架線の溶断の発生を防止することができる。

本発明によれば、速度検出のための検知手段が列車等の移動体の走行に伴う振動の影響を受けにくく耐久性に優れるとともに、保守作業の際における検知手段の取外しや取付け及び調整作業が不要であり、保守性が良好な移動体速度検出システムおよびそれを用いた架線溶断防止システムを実現することができるという効果がある。

本発明に係る移動体速度検出システムの構成例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態の列車速度検出システムにおける車体検知用のセンサと列車との関係を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施形態の列車速度検出システムにおける検知用センサによる検知範囲（走査範囲）へ進入した列車の初速検出部位および後続速度の検出部位を示す説明図である。 実施形態の列車速度検出システムにおける列車速度算出処理の全体の流れを示すフローチャートである。 図４の列車速度算出処理における進行方面速度ＶAの初速算出処理の手順を示すフローチャートである。 図５の初速算出処理における角検出処理の手順を示すフローチャートである。 図５の初速算出処理における先頭検出処理の手順を示すフローチャートである。 図４の列車速度算出処理における進行方面速度ＶAの後続速度算出処理の手順を示すフローチャートである。 図８の後続速度算出処理における隙間検出処理の手順を示すフローチャートである。 図９の隙間検出処理の概念を説明するための図である。 ＶB後続速度算出処理における最後尾検出処理の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の移動体速度検出システムを、複数の車両が連結されてなる鉄道車両（電気車）の速度検出システム（以下、列車速度検出システムと称する）に適用した場合の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る列車速度検出システムの構成を示す概略構成図である。

図１において、符号１０は軌道（レール）２０上を走行する電気車、符号３０は電気車１０の車体を検知する測距手段としての測域センサ（感知器）、符号４０は電気車１０の車体の形状特徴部の検知時間差に基づいて電気車の速度を検出する速度検出装置、符号５０は隣接する電気車走行区間を走行する電気車にそれぞれ電力を供給する２つの架線（架線Ａ，架線Ｂ）が所定の距離を隔てて平行に敷設されているエアセクション区間である。図１には示されていないが、上記エアセクション区間に対応して、上記２つの架線Ａ，Ｂ間を短絡可能な短絡手段としてのＡＳ短絡器が設けられている。

架線Ａ，Ｂは、電化柱２１Ａ−２１Ｂ間や２１Ｃ−２１Ｄ間に渡された梁２２Ａ，２２Ｂより垂下された支柱（もしくは電化柱）に固定された可動ブラケットによってそれぞれ吊架されている。
本実施形態においては、特に限定されるものでないが、エアセクション区間５０の列車進入方面側であって建築限界Ｌの外側に測域センサ３０が配設されている。具体的には、既設の設備である電化柱２１Ｄに、取付金具等を用いて測域センサ３０が取り付けられている。なお、測域センサ３０は、エアセクション区間５０のほぼ中央であって建築限界Ｌの外側すなわち軌道の外側に、専用の支柱を立てて配設するようにしてもよい。

上記測域センサ３０としては、水平もしくは準水平方向に検知ビームを回転走査して反射光を受光可能な回転式光電センサやレーザースキャンセンサを使用することができる。測域センサ３０の走査範囲は１９０度程度あればよく、検知距離は、エアセクション区間５０の長さと同程度の（例えば５０ｍ）であればよい。現在市販されている測域センサには上記条件を満たし角度分解能が約０．１２５度のものがあるので、本実施形態のシステムでは、そのような性能を有する市販の測域センサを使用することができる。
また、測域センサ３０の設置高さは、検知対象の車両の車体床面（約１１０ｃｍ）よりも高く天井（約４ｍ）よりも低ければよいが、設置やメンテナンスのし易さを考慮すると、車体床面よりも若干高い位置（例えば１２０〜１５０ｃｍ）程度とするのが望ましい。なお、検知ビームの走査方向は、完全な水平方向に限定されず、列車の先頭車両から最後尾車両までを走査できる方向であれば、水平に対して斜めになっていてもよい。本明細書における「準水平方向」は、上記のような方向を含む概念である。

速度検出装置４０は、ＡＣ１００Ｖの交流をＤＣ２４Ｖの直流に変換して測域センサ３０へ供給するＡＣ−ＤＣコンバータ４１、ケーブル４２を介して測域センサ３０からの検知情報信号（測距データ）が入力されるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のようなデータ処理装置４３、データ処理装置４３からの信号を受けて所定のロジックに従ってＡＳ短絡器の制御信号ＳＣを生成して出力する短絡制御手段としてのシーケンサ４４を備えている。
データ処理装置４３によって検出されたエアセクション区間内での列車の速度が予め設定された許容速度以下になると、シーケンサ４４が制御信号ＳＣを出力し、ＡＳ短絡器はこの制御信号ＳＣを受信すると２つの架線Ａ，Ｂ間を短絡させるように動作して、列車のパンタグラフを介して大電流が流れて架線が溶断するのを防止する。なお、上記シーケンサ４４は、データ処理装置４３の動作を監視するとともに、測域センサ３０からの故障信号を受けて故障表示を行うための信号を生成して出力したりする機能も備えている。

測域センサ３０は、ビームをスキャンすることで、ビームが物体に当たって反射する光を受信してその物体の反射点までの距離を検出するもので、周期的（例えば５０ｍｓおき）に検知範囲を走査して存在する物体表面までの距離を検出する。一方、データ処理装置４３は、測域センサ３０から時間差をおいて出力される検知情報（測距データ）に基づいて、エアセクション区間５０を走行する電気車１０の移動距離を算出し、この移動距離と検知時間差とから電気車の速度を算出する。なお、測域センサ３０からは測定された距離データと検知角度が出力される。本実施形態においては、特に限定されるものでないが、データ処理装置４３が、測域センサ３０から受信した距離データと検知角度とに基づいて、例えばセンサの位置を原点、線路と平行な方向をＸ軸、線路と直交する方向をＹ軸とするＸＹ座標で表わしたデータを算出（変換）し、ＸＹ座標値に基づいて速度検出等の処理を実行する。

次に、本実施形態における列車速度検出の考え方について、図２および図３を用いて説明する。
本実施形態においては、図２に示すように、列車が測域センサ３０を中心として右から左へ走行する場合、中心よりも左側で検出した列車速度を「進行方面速度ＶA」、中心よりも右側で検出した列車速度を「進入方面速度ＶB」と称する。前述したように、測域センサ３０は短時間（５０ｍｓ）に検知範囲を走査するので、図２に示すように列車が位置する場合、ノイズ等の影響がなければ、データ処理装置４３は「進行方面速度ＶA」と「進入方面速度ＶB」の両方を算出することができる。

データ処理装置４３は、「進行方面速度ＶA」と「進入方面速度ＶB」の両方を取得できた場合、後に説明する判断処理においては「進行方面速度ＶA」を優先的に使用し、「進行方面速度ＶA」を取得できなかった場合に「進入方面速度ＶB」を使用する。
また、データ処理装置４３は、図２において○印が付されている車体の先頭や隙間、最後尾等の特徴部までの距離と検知時間差から列車速度を算出する。ここで、「特徴部」は、検出精度を高めるために、車体の表面がほぼ直角に曲がっている箇所が適している。かかる条件を満たすため、本実施形態においては、「特徴部」として車体の先頭の角部や車両の隙間（連結部）、車体最後尾の角部を選択している。

一方、図３（Ａ）に示すように、右側から測域センサ３０の検知範囲に進入して来た列車の初速を算出する場合、データ処理装置４３は、車体先端の右側の角部Ｃｒを列車先頭と認識し、車体先端の左側を角部Ｃlとして認識することができるが、本実施形態においては、まず角部Ｃlの検出データに基づいて「進入方面速度ＶB」を算出し、角部Ｃlの検出データが得られなかった場合に列車先頭である車体先端の右側角部Ｃｒの検出データに基づいて「進入方面速度ＶB」を算出する。

さらに、列車の後続速度を算出する場合、データ処理装置４３は、図３（Ｂ）に示すように、列車が測域センサ３０の中心から右側（進入方面領域）に位置するときは、車体先端の左側角部Ｃlを速度算出対象として優先的に扱い、角部Ｃlの検出データが得られなかった場合には、車両の隙間の検出データ、次に列車の最後尾の検出データ、の順に速度算出対象として扱う。

一方、後続速度を算出する場合、図３（Ｃ）に示すように、列車が測域センサ３０の中心から左側（進行方面領域）に位置するときは、列車の最後尾角部ＣRを速度算出対象として優先的に扱い、最後尾の検出データが得られなかった場合には、車両の隙間の検出データ、次に車体先端の左側角部Ｃlの検出データ、の順に速度算出対象として扱う。なお、「車両の隙間」としては、車両連結部の他に、車両側面のドアと車体（戸袋部分）の境界の凹み等を選択しても良い。

次に、本実施形態の列車速度検出システムにおけるデータ処理装置４３によるエアセクション内の列車速度算出処理の具体的な手順の一例を、図４および図５〜図１１のフローチャートを用いて説明する。
図４に示されているように、列車速度算出処理においては、先ず測域センサ３０から出力される測距データを受信して距離情報と角度情報とから検知点のＸＹ座標を算出し（ステップＳ１）、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に所定長さ（例えば１５００ｍｍ）以上連続した点があるか否か判定する（ステップＳ２）。ここで、所定長さ以上連続した点がある（ＹＥＳ）と検知範囲（走査範囲）へ進入している列車があると判定し、所定長以上連続した点がない（ＮＯ）と検知範囲（走査範囲）へ進入している列車がないと判定する。

ステップＳ２の判定は、ある程度以上の大きさを有するものを列車とみなす考え方であり、連続点の判別長さをあまり小さくし過ぎると障害物を誤検知する可能性がある一方、大きくし過ぎると誤検知の可能性がある。そこで、本実施例では、連続点の判別長さを１５００ｍｍとした。なお、連続点の途中で一時的な車両なし状態が検出された場合には、反射によるエラーと考えて連続とみなすようにしても良い。

上記ステップＳ２で、進入列車有りと判定するとステップＳ３へ進み、前回の進行方面速度ＶAのデータがあるか否か判定する。そして、前回の進行方面速度ＶAのデータがない（ＮＯ）と判定するとステップＳ４へ進んで初速算出処理（図５参照）を実行し、前回の進行方面速度ＶAのデータがある（ＹＥＳ）と判定するとステップＳ５へ進んで、進行方面速度ＶAの後続速度算出処理（図８参照）を実行する。
その後、ステップＳ６へ進み、進行方面速度ＶAが有効であるか否か判定する。そして、進行方面速度ＶAが有効である（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ７へ進んで現列車速度ＶをＶAと決定し、ステップＳ１へ戻る。

一方、上記ステップＳ６で、進行方面速度ＶAが有効でない（ＮＯ）と判定するとステップＳ８へ進んで、進入方面速度ＶBのデータがあるか否か判定する。そして、前回の進入方面速度ＶBのデータがない（ＮＯ）と判定するとステップＳ９へ進んで速度ＶBの初速算出処理を実行し、前回の進入方面速度ＶBの速度データがある（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ１０へ進んで速度ＶBの後続速度算出処理を実行する。
その後、ステップＳ１１へ進み、進入方面速度ＶBが有効であるか否か判定する。そして、進入方面速度ＶBが有効である（ＹＥＳ）と判定するとステップＳ１２へ進んで現列車速度ＶをＶBと決定し、ステップＳ１へ戻る。

上記ステップＳ２で進入列車なしと判定した場合あるいは上記ステップＳ１１で進入方面速度ＶBが有効でない（ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ１３へ進み、列車なしが所定回数（例えば５０回）連続したか否か判定する。そして、列車なしが所定回数連続していない（ＮＯ）と判定するとステップＳ１４へ進んで、現列車速度Ｖの前回値を保持し、ステップＳ１へ戻る。一方、ステップＳ１３で、列車なしが所定回数連続した（ＹＥＳ）と判定するとステップＳ１５へ進んで、現列車速度Ｖと進行方面速度ＶAと進入方面速度ＶBをリセットし、ステップＳ１へ戻る。

次に、図４の列車速度算出処理のステップＳ４における進行方面速度ＶAの初速算出処理の手順の一例を図５のフローチャートを用いて説明する。
進行方面速度ＶAの初速算出処理においては、先ず角検出処理（図６参照）を実行する（ステップＳ２１）。そして、角検出処理の結果、車体角部の検出があったか否か判定し（ステップＳ２２）、角部の検出があった（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ２３へ進んで、当該「角」についての今回の検出時[t]のＸ座標ＸCAA[t]と前回の検出時[t-1]のＸ座標ＸCAA[t-1]とから、Ｘ軸方向の移動距離（ＸCAA[t]−ＸCAA[t-1]）を求め、該距離を検出周期Ｔｓ（例えば５０ｍｓ）で割ることで、暫定速度Ｖtmpを算出し、算出値をメモリに記憶する。続いて、直近の過去所定回分（例えば３回分）の暫定速度Ｖtmpの平均値を算出して進行方面速度ＶAとする（ステップＳ２７）。

一方、上記ステップＳ２２で、角部の検出がなかった（ＮＯ）と判定すると、ステップＳ２４へ進んで先頭検出処理（図７参照）を実行する。そして、車体先頭の検出があったか否か判定し（ステップＳ２５）、先頭の検出があった（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ２６へ進んで、当該「先頭」についての前回の検出時[t-1]のＸ座標ＸFAA[t-1]と今回の検出時[t]のＸ座標ＸFAA[t]とから、Ｘ軸方向の移動距離（ＸFAA[t-1]−ＸFAA[t]）を求め、該距離を検出周期Ｔｓで割ることで、暫定速度Ｖtmpを算出し、算出値をメモリに記憶する。その後、直近の過去所定回分（例えば３回分）の暫定速度Ｖtmpの平均値を算出して進行方面速度ＶAとする（ステップＳ２７）。

また、上記ステップＳ２５で、先頭の検出がなかった(ＮＯ)と判定すると、ステップＳ２８へ進んで、列車検出なしとして初速の設定をせずに当該初速算出処理を終了する。
図４の列車速度算出処理のステップＳ９における進入方面速度ＶBの初速算出処理の手順は、図５の進行方面速度ＶAの初速算出処理の手順（Ｓ２１〜Ｓ２８）と同じであり、「角」についての今回と前回の検出Ｘ座標をＸCBA[t]，ＸCBA[t-1]とし、「先頭」についての今回と前回の検出Ｘ座標をＸFBA[t]，ＸFBA[t-1]としたとき、図５のステップＳ２３における式Ｖtmp＝（ＸCAA[t]−ＸCAA[t-1]）／ＴｓをＶtmp＝（ＸCBA[t]−ＸCBA[t-1]）／Ｔｓに置き換え、ステップＳ２６における式Ｖtmp＝（ＸFAA[t]−ＸFAA[t-1]）／Ｔｓを、Ｖtmp＝（ＸFBA[t]−ＸFBA[t-1]）／Ｔｓに置き換えるだけでよいので、図示および説明は省略する。

図６には、図５の進行方面速度ＶA（または進入方面速度ＶB）の初速算出処理のステップＳ２１における角検出処理の手順が示されている。
図６に示すように、角検出処理においては、先ず、Ｙ成分の変化分が小さくかつＸ方向の連続点から、Ｘ成分の変化分が小さくＹ方向の連続点へ移行する変化点があるか否か判定する（ステップＳ４１）。図３（Ａ）に符号Ｃlが付されている車両先頭角部や図３（Ｃ）に符号ＣRが付されている最後尾角部を測域センサ３０で検知して得られる座標は、Ｘ成分の変化分が小さくＹ成分の変化が大きいので、ステップＳ４１では、このような条件を満たすＸＹ座標が得られた場合に、車両の角部を検出したと判定するものである。

そこで、ステップＳ４１で、「否（ＮＯ）」すなわち角部の検出がないと判断した場合には、何もせずに当該角検出処理を終了する。また、ステップＳ４１で、「肯定」（ＹＥＳ）であれば、ステップＳ４２へ進んで、上記変化点の位置が測域センサ３０から見て進行方面か進入方面かを判定する。そして、進行方面であればステップＳ４３へ進んで、上記変化点を角とみなし、当該座標を、現時刻ｔにおける「角」のＸ座標ＸCA[t]として設定する。その後、過去所定サイクル（例えば１０サイクル：０．５ｓ）分のＸCA[t]の平均をＸCAA[t]とする（ステップＳ４４）。この座標値ＸCAA[t]が、図５のステップＳ２３において、暫定速度Ｖtmp（角）の算出に使用されることとなる。

一方、上記ステップＳ４２で、変化点の位置が測域センサ３０から見て進入方面であると判定すると、ステップＳ４５へ進んで、上記変化点を角とみなし、当該座標を、現時刻ｔにおける「角」のＸ座標ＸCB[t]として設定する。その後、過去所定サイクル（例えば１０サイクル：０．５ｓ）分のＸCB[t]の平均をＸCBA[t]とする（ステップＳ４６）。この座標値ＸCBA[t]が、進入方面速度ＶBの初速算出処理における角検出処理（図５のステップＳ２３に相当）において、暫定速度Ｖtmp（角）の算出に使用されることとなる。

図７には、図５の進行方面速度ＶA（または進入方面速度ＶB）の初速算出処理のステップＳ２５における先頭検出処理の手順が示されている。
図７に示すように、先頭検出処理においては、先ず、測域センサ３０から見て左回りに向かって連続点の検出が検出不能に変わる境界があるか否か判定する（ステップＳ５１）。図３（Ａ）において、測域センサ３０が検知ビームを左回りに走査すると、符号Ｃｒが付されている部位（先頭）まではＸＹ座標が得られていたものが、検知ビームが符号Ｃｒの部位を過ぎると急にＸＹ座標が得られなくなるので、ステップＳ４１では、このような条件を満たす検知結果が得られた場合に、車両の先頭を検出したと判定するものである。

そこで、ステップＳ５１で、「否（ＮＯ）」すなわち先頭の検出がないと判断した場合には、何もせずに当該先頭検出処理を終了する。また、ステップＳ５１で、「肯定（ＹＥＳ）」であれば、ステップＳ５２へ進んで、上記変化点の位置が測域センサ３０から見て進行方面か進入方面かを判定する。そして、進行方面であればステップＳ５３へ進んで、上記変化点を先頭とみなし、当該座標を、現時刻ｔにおける「先頭」のＸ座標ＸFA[t]として設定する。その後、過去所定サイクル（例えば１０サイクル：０．５ｓ）分のＸFA[t]の平均をＸFAA[t]とする（ステップＳ５４）。この座標値ＸFAA[t]が、図５のステップＳ２６において、暫定速度Ｖtmp（先頭）の算出に使用されることとなる。

一方、上記ステップＳ５２で、変化点の位置が測域センサ３０から見て進入方面であると判定すると、ステップＳ５５へ進んで、上記変化点を車体先頭とみなし、当該座標を、現時刻ｔにおける「先頭」のＸ座標ＸFB[t]として設定する。その後、過去所定サイクル（例えば１０サイクル：０．５ｓ）分のＸFB[t]の平均をＸFBA[t]とする（ステップＳ５６）。この座標値ＸFBA[t]が、進入方面速度ＶBの初速算出処理における先頭検出処理（図５のステップＳ２６に相当）において、暫定速度Ｖtmp（先頭）の算出に使用されることとなる。

次に、図４の列車速度算出処理のステップＳ５における進行方面速度ＶAの後続速度算出処理の手順の一例を図８のフローチャートを用いて説明する。
進行方面速度ＶAの後続速度算出処理においては、先ず角検出処理（図６参照）を実行する（ステップＳ６１）。そして、角検出処理の結果、角部の検出があったか否か判定し（ステップＳ６２）、角部の検出があった（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ６３へ進んで、当該「角」についての今回の検出時[t]のＸ座標ＸCAA[t]と前回の検出時[t-1]のＸ座標ＸCAA[t-1]とから、Ｘ軸方向の移動距離（ＸCAA[t]−ＸCAA[t-1]）を求め、該距離を検出周期Ｔｓ（例えば５０ｍｓ）で割ることで、暫定速度Ｖtmpを算出し、算出値をメモリに記憶する。

一方、ステップＳ６２で、角部の検出がなかった（ＮＯ）と判定すると、ステップＳ６４へ進んで、隙間検出処理（図９参照）を実行する。そして、隙間検出処理の結果、隙間の検出があったか否か判定し（ステップＳ６５）、隙間の検出があった（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ６６へ進んで、当該「隙間」についての今回の検出時[t]のＸ座標ＸGAA[t]と前回の検出時[t-1]のＸ座標ＸGAA[t-1]とから、Ｘ軸方向の移動距離（ＸGAA[t]−ＸGAA[t-1]）を求め、該距離を検出周期Ｔｓで割ることで、暫定速度Ｖtmpを算出し、算出値をメモリに記憶する。

また、ステップＳ６５で、隙間の検出がなかった（ＮＯ）と判定すると、ステップＳ６７へ進んで、先頭検出処理（図７参照）を実行する。そして、先頭処理の結果、先頭の検出があったか否か判定し（ステップＳ６８）、先頭の検出があった（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ６９へ進んで、当該「先頭」についての今回の検出時[t]のＸ座標ＸFAA[t]と前回の検出時[t-1]のＸ座標ＸFAA[t-1]とから、Ｘ軸方向の移動距離（ＸFAA[t]−ＸFAA[t-1]）を求め、該距離を検出周期Ｔｓで割ることで、暫定速度Ｖtmpを算出し、算出値をメモリに記憶する。ステップＳ６８で、先頭の検出がなかった（ＮＯ）と判定したときは、ステップＳ７５へ移行する。

ステップＳ６３，Ｓ６６，Ｓ６９の後、ステップＳ７０へ進んで、後のステップＳ７５で計数される前回までの無効データの継続回数をチェックして、無効データ継続回数が例えば５回未満の時はステップＳ７１へ進み、無効データ継続回数が例えば５回以上９回未満の時はステップＳ７２、無効データ継続回数が例えば９回以上の時はステップＳ７３へ進む。
そして、ステップＳ７１では、暫定速度Ｖtmpが前回の進行方面速度ＶAよりも例えば１０ｋｍ/ｈ以上増減しているか否か判定し、１０ｋｍ/ｈ以上増減している（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ７４へ進んで、今回算出した暫定速度Ｖtmpを有効データとみなして、直近の過去所定回分（例えば３回分）の有効暫定速度Ｖtmpの平均値を算出して進行方面速度ＶAとする。

一方、ステップＳ７２では、算出した暫定速度Ｖtmpが前回の進行方面速度ＶAよりも例えば２０ｋｍ/ｈ以上増減しているか否か判定し、２０ｋｍ/ｈ以上増減している（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ７４へ進んで、今回算出した暫定速度Ｖtmpを有効データとみなして、直近の過去所定回分（例えば３回分）の有効暫定速度Ｖtmpの平均値を算出して進行方面速度ＶAとする。
また、ステップＳ７３では、算出した暫定速度Ｖtmpが前回の進行方面速度ＶAよりも例えば４０ｋｍ/ｈ以上増減しているか否か判定し、４０ｋｍ/ｈ以上増減している（ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ７５へ進んで、今回算出した暫定速度Ｖtmpを有効データとみなして、直近の過去所定回分（例えば３回分）の有効暫定速度Ｖtmpの平均値を算出して進行方面速度ＶAとする。

ステップＳ７１，Ｓ７２，Ｓ７３でそれぞれ所定速度（１０ｋｍ/ｈ，２０ｋｍ/ｈ，４０ｋｍ/ｈ）以上増減していない（ＮＯ）と判定すると、ステップＳ７５へ移行して、今回算出した暫定速度Ｖtmpを無効データとみなし、無効データ継続回数を加算（＋１）するとともに、進行方面速度ＶAとして前回の速度をそのまま保持して、当該後続速度算出処理を終了する。

進入方面速度ＶBの後続速度算出処理（図４の列車速度算出処理のステップＳ１０）の手順は、図８の進行方面速度ＶAの後続速度算出処理の手順（Ｓ６１〜Ｓ７５）と同じであり、図８のステップＳ６７における「先頭検出」を「最後尾検出」に置き換えるとともに、ステップＳ６８における「先頭あり？」の判定を「最後尾あり？」に置き換え、ステップＳ６３における式Ｖtmp＝（ＸCAA[t]−ＸCAA[t-1]）／Ｔｓを、Ｖtmp＝（ＸCBA[t]−ＸCBA[t-1]）／Ｔｓに置き換え、ステップＳ６６における式Ｖtmp＝（ＸGAA[t]−ＸGAA[t-1]）／Ｔｓを、Ｖtmp＝（ＸGBA[t]−ＸGBA[t-1]）／Ｔｓに置き換え、ステップＳ６９における式Ｖtmp＝（ＸFAA[t]−ＸFAA[t-1]）／Ｔｓを、Ｖtmp＝（ＸRBA[t]−ＸRBA[t-1]）／Ｔｓに置き換えればよいので、図示および説明は省略する。

図９には、図８の進行方面速度ＶA（または進入方面速度ＶB）の後続速度算出処理のステップＳ６４における隙間検出処理の手順が示されている。
図９に示すように、隙間検出処理においては、先ず、測域センサ３０により検知された座標のＹ成分が小さいＸ方向の連続点からＸ成分またはＹ成分の変化率が急激に増加する点があるか否か判定する（ステップＳ８１）。図１０（Ａ）や（Ｂ）において、測域センサ３０が検知ビームを左回りに走査すると、符号ＣGが付されている部位（隙間）まではほぼ同一値であったＹ座標（Ｙ成分）またはＸ座標（Ｘ成分）が、検知ビームが符号ＣGの部位の直前もしくはこの部位を過ぎると急に増加することとなるので、ステップＳ８１では、このような条件を満たす検知結果が得られた場合に、車両の隙間（連結部）を検出したと判定する。

そして、ステップＳ８１で、「否（ＮＯ）」すなわち隙間なしと判断した場合には、何もせずに当該隙間検出処理を終了する。また、ステップＳ８１の判定で、「肯定（ＹＥＳ）」であれば、ステップＳ８２へ進んで、上記変化点の位置が測域センサ３０から見て進行方面か進入方面かを判定する。そして、進行方面であればステップＳ８３へ進んで、上記変化点を隙間とみなし、当該座標を、現時刻ｔにおける「隙間」のＸ座標ＸGA[t]として設定する。その後、過去所定サイクル（例えば１０サイクル：０．５ｓ）分のＸGA[t]の平均をＸGAA[t]とする（ステップＳ８４）。この座標値ＸGAA[t]が、図８のステップＳ６６において、暫定速度Ｖtmp（隙間）の算出に使用されることとなる。

一方、上記ステップＳ８２で、変化点の位置が測域センサ３０から見て進入方面であると判定すると、ステップＳ８５へ進んで、上記変化点を隙間とみなし、当該座標を、現時刻ｔにおける「隙間」のＸ座標ＸGB[t]として設定する。その後、過去所定サイクル（例えば１０サイクル：０．５ｓ）分のＸGB[t]の平均をＸGBA[t]とする（ステップＳ８６）。この座標値ＸGBA[t]が、進入方面速度ＶBの後続速度算出処理の中で、暫定速度Ｖtmp（隙間）の算出に使用されることとなる。

図１１には、図４の列車速度算出処理の進入方面速度ＶBの後続速度算出処理（ステップＳ１０）の中で実行される最後尾検出処理の手順が示されている。このフローチャート（Ｓ９１〜Ｓ９６）は、図７の先頭検出処理のフローチャート（Ｓ５１〜Ｓ５６）と同じである。図７と図９との差異は、図７のステップＳ５１における「センサから見て左回りに向かって連続点の検出が検出不能に変わる境界があるか」の判定が、ステップＳ９１では「センサから見て右回りに向かって連続点の検出が検出不能に変わる境界がある」かの判定に代わっている点と、図７のステップＳ５３〜Ｓ５６における「先頭」が「最後尾」に代わり、検出点の座標ＸFA[t]，ＸFB[t]がＸRA[t]，ＸRB[t]に、また平均座標ＸFAA[t]がＸRAA[t]，ＸRBA[t]に代わっている点のみであるので、説明は省略する。

本実施形態の列車速度検出システムにおいては、データ処理装置４３が上記のようにして検知範囲内を走行する列車の速度を算出することができ、本システムをエアセクション区間に適用して、エアセクション区間内に進入した列車が急に減速していることをデータ処理装置４３が検知した場合には、図示しない短絡器を短絡する制御を行うことで、隣り合う電気車走行区間の架線間でパンタグラフを介して大電流が流れ、架線が溶断する事故が発生するのを防止することができる。

なお、データ処理装置４３に、列車が走行する軌道範囲（Ｙ方向の軌道幅）以外の測距データをカットするマスク機能を持たせることで、軌道脇に設置されている鉄道設備等の検知に伴うノイズ成分を低減して速度検出精度を高めるように構成しても良い。また、軌道のカーブ区間にエアセクションが存在する場合には、上記マスクを軌道の曲りに応じて湾曲させることで、カーブ区間においても列車の速度を精度よく検出できるようにすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、速度検出装置４０を構成するデータ処理装置４３の他にシーケンサ４４を設けているが、データ処理装置４３にシーケンサ４４の機能を持たせるように構成しても良い。
また、上記実施形態においては、測域センサ３０を電化柱２１Ｄを利用して設置した場合について説明したが、測域センサ３０は、電化柱２１Ａ〜２１Ｃのいずれかあるいはエアセクション区間５０のほぼ中間地点に設置しても良く、中間地点に設置した場合には、センサの検知距離はエアセクション区間５０の長さの半分程度（例えば２５ｍ）あればよい。

さらに、上記実施形態においては、線路と平行な方向をＸ軸、線路と直交する方向をＹ軸とするＸＹ座標で表わしたデータを取得してＸ方向の列車速度を算出する場合を例にとって説明したが、Ｘ成分の差分の他にＹ成分の差分をとることで、測域センサ３０に対して斜め方向へ移動する移動体の速度を検出するシステムを構成することも可能である。また、測域センサ３０からの検知情報（距離データ及び角度情報）をＸＹ座標に変換せずに、極座標のデータのまま処理して車体の角部等を判別して速度を算出することも可能である。

また、上記実施形態においては、本発明に係る移動体の速度検出システムをエアセクション区間内に進入した列車の速度検出に適用した場合を説明したが、本発明は駅構内に進入する列車や徐行区間等に接近する列車の速度を検出したり、道路上を走行する車その他の移動体の速度を検出したりする場合にも利用することができる。

１０ 電気車
３０ 測域センサ（光学式検知手段，測距手段）
４０ 速度検出装置
４１ ＡＣ−ＤＣコンバータ
４２ ケーブル
４３ データ処理装置
４４ シーケンサ

Claims (5)

1. 水平もしくは準水平方向に検知軸を走査して予め設定された検知区間を走行する移動体表面の各部までの距離および角度を検知可能な測距手段と、該測距手段から出力される情報に基づいて前記移動体の移動速度を検出する速度検出装置と、を備えた移動体速度検出システムであって、
   前記速度検出装置は、
   前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の所定の形状特徴部を判別する特徴部判別手段と、
   前記測距手段から出力される情報のうち前記形状特徴部に関して時間差をおいて取得した情報に基づいて前記移動体の速度を算出する速度算出手段と、
   を備えることを特徴とする移動体速度検出システム。
2. 前記形状特徴部は前記移動体の角部または隙間もしくは端部であり、
   前記速度検出装置は、
   前記移動体の角部または隙間に関する前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出し、
   前記移動体の角部または隙間を判別できない場合に、前記移動体の端部に関する前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の移動体速度検出システム。
3. 前記速度検出装置は、
   前記移動体が前記検知区間の進入方面区間を走行している際には、第１に前記移動体の先端角部、第２に前記移動体の隙間、第３に前記移動体の最後端部の優先順に従って、前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出し、
   前記移動体が前記検知区間の進行方面区間を走行している際には、第１に前記移動体の後端角部、第２に前記移動体の隙間、第３に前記移動体の先頭端部の優先順に従って、前記測距手段からの情報に基づいて前記移動体の速度を算出することを特徴とする請求項２に記載の移動体速度検出システム。
4. 前記速度検出装置は、
   前記測距手段からの情報に基づいて、前記測距手段を原点とするＸＹ座標系における検知点のＸ座標およびＹ座標を算出する座標変換手段を備え、
   前記特徴部判別手段は、前記Ｘ座標およびＹ座標の変化量に基づいて前記形状特徴部を判別することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の移動体速度検出システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の移動体速度検出システムと、エアセクション区間において空間を隔てて平行に張られ隣り合う電車走行区間にそれぞれ電力を供給する２つの架線間の短絡を行う短絡手段と、を備えた架線溶断防止システムであって、
   前記検知区間は前記エアセクション区間であり、
   前記速度検出装置は、前記速度算出手段により算出された前記エアセクション区間を走行する電車の速度が予め設定された許容速度以下である場合に前記短絡手段を動作させる制御信号を生成し出力する短絡制御手段を備え、
   前記短絡手段は、前記制御信号を受信した場合に前記エアセクション区間の２つの架線間を短絡するように構成されていることを特徴とする架線溶断防止システム。

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