JP2018090147A - 鉄道線路用の保守車両 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺環境に依存せず、保守車両の位置を正確に特定可能なシステムを提供する。
【解決手段】保守車両は、周囲の物体までの距離を計測するレーザスキャナ１１と、鉄道の運行管理サーバ２との通信を行うための通信装置１３と、レーザスキャナによって得られた情報をもとに保守車両の位置を特定する監視装置２０を有する。監視装置は、保守車両の走行する領域の周辺に存在する構造物の位置情報である環境地図３１と、鉄道線路上の各地点の地理的位置情報を含む鉄道ＧＩＳ情報３３と、線路閉鎖区間の情報３４とを記憶部に記憶しており、レーザスキャナによって得られた情報と環境地図とを照合することで保守車両の位置を特定し、鉄道ＧＩＳ情報と線路閉鎖区間の情報から保守車両の移動可能範囲を特定し、保守車両の位置が移動可能範囲外にあると判定された場合、警報を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道設備の保守作業に用いる保守車両及びその警報通知システムに関する。

鉄道線路の保守作業では、線路上を自走可能な軌道モータ車や、一般道路を走行可能であると共に線路上も走行可能な軌陸車などの保守用車（以下、「保守車両」と呼ぶ）が使用されている。このような保守車両を使用して線路の保守作業を行う場合、保守作業を行う区間（支障区間と呼ばれる）に列車が進入しないように、運行管理システムなどにより、保守作業を行う区間（支障区間と呼ばれる）の設定が行われる。そして保守車両は、この支障区間内だけを移動することで、保守車両が他の列車と衝突する等の事故が発生することを防止している。

しかし、作業員の操作ミス等で、設定された支障区間以外のエリアに保守車両が進入してしまうことはあり得るので、作業員に保守車両が支障区間を逸脱して走行していることを通知する手段も必要である。たとえば特許文献１には、保守車両にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を搭載し、ＧＰＳにより測位した緯度経度情報を用いて保守車両の在線位置を特定し、特定した在線位置をもとに、保守車両が支障区間を逸脱していないか判定する技術が開示されている。

特開２０１６−１３７８３号公報

良く知られているように、ＧＰＳは上空にある複数の衛星から送信される信号を受信することで、位置を特定するシステムであるが、測位対象物の周囲の環境あるいは時間帯によっては、衛星からの信号が受信しづらくなることがある。たとえば測位対象物の周辺に高層ビルのような高い建造物が存在している場合、建造物によって衛星からの信号がさえぎられる、或いは建造物によって反射された信号を測位対象物が受信することがあり、その場合正確な位置の特定ができない。そのため特許文献１に開示されているような保守車両では、たとえば都市部など、建造物の多いエリアで保守作業を行う場合に、正確に自車の位置を特定できないことがある。

本発明の一実施形態に係る保守車両は、周囲の物体までの距離を計測するレーザスキャナと、鉄道の運行管理サーバとの通信を行うための通信装置と、レーザスキャナによって得られた情報をもとに保守車両の位置を特定する監視装置を有する。監視装置は、保守車両の走行する領域の周辺に存在する構造物の位置情報である環境地図と、鉄道線路上の各地点の地理的位置情報を含む鉄道ＧＩＳ情報と、線路閉鎖区間の情報とを記憶部に記憶している。

監視装置は、レーザスキャナによって得られた情報と環境地図とを照合することで保守車両の位置を特定し、鉄道ＧＩＳ情報と線路閉鎖区間の情報から保守車両の移動可能範囲を特定し、保守車両の位置が移動可能範囲外にあると判定された場合、警報を出力する。

本発明によれば、周辺環境に依存せず保守車両の位置を正確に特定でき、保守車両が誤って支障区間を逸脱することを防ぐことができる。

本発明の一実施例に係る警報システムの構成図である。 本実施例に係る保守車両が走行する領域の例である。 レーザスキャナによる測位方法の説明図である。 レーザスキャナにより測定されたセンシングデータの例を示す図である。 環境地図の例を示す図である。 車両形状格納部に格納されている情報の例を説明する図である。 車両形状格納部に格納されている情報の別の例を説明する図である。 線路閉鎖区間を説明する図である。 線路閉鎖区間情報格納部に格納されている情報の例を示す図である。 鉄道ＧＩＳ格納部に格納されている情報の例を示す図である。 監視装置による、保守車両の位置特定及び警報出力処理の流れ図である。 線路閉鎖区間の算出方法を説明する図である。 線路閉鎖区間の算出方法の別の例を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例に係る保守車両１の警報システムの説明を行う。

図１は、実施例に係る警報システムの構成図である。警報システムは、線路の保守作業で用いられる保守車両１と、鉄道路線の運行管理や保守区間等の管理を行う運行管理サーバ２を有する。保守車両１と運行管理サーバ２は、ネットワーク３を介して通信可能に構成されている。ネットワーク３は一例としてインターネットである。ただし、ネットワーク３に専用線が用いられてもよい。またネットワーク３の一部に、無線ＬＡＮあるいは携帯電話等で用いられる無線ネットワークが含まれていてもよい。

本実施例に係る保守車両１は、レーザスキャナ１１、ＧＰＳアンテナ１２、通信装置１３、そして監視装置２０を有する。保守車両１はたとえば、一般道路を走行可能であるとともに、軌道（線路）上を走行可能な設備を有している軌陸車である。ただし保守車両１は、軌陸車以外の車両であってもよい。

レーザスキャナ１１は、レーザ距離センサまたはレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）とも呼ばれる装置で、保守車両１の周囲にある建造物等の物体に対してレーザ光を照射することで、その物体までの距離を測定する装置である。本実施例では、レーザスキャナ１１はたとえば保守車両１の屋根上に設けられ、また水平方向にレーザ光を照射するよう設置されている。また本実施例に係るレーザスキャナ１１は、たとえば前方から左右１３５度、合計２７０度の範囲の物体に対して、水平にレーザ光を照射できる。以下では、レーザスキャナ１１のことを「スキャナ１１」と略記することもある。

ＧＰＳアンテナ１２は、上空に存在する複数のＧＰＳ用の衛星（ＧＰＳ衛星と呼ぶ）からの信号を受信するためのアンテナである。保守車両１は、ＧＰＳアンテナ１２によって得られた複数のＧＰＳ衛星からの信号をもとに、自車位置（緯度、経度）を特定する。通信装置１３は、ネットワーク３を介して運行管理サーバ２との通信を行うための装置である。また通信装置１３は、保守車両１が運行管理サーバ２と無線通信を可能にするため、携帯電話などで用いられる無線ネットワークを介して通信可能な装置である。

監視装置２０は、レーザスキャナ１１、ＧＰＳアンテナ１２、通信装置１３から得られた情報を用いて保守車両１の位置を特定し、保守車両１が定められたエリアを逸脱している場合に警報を出力する。ここでの「定められたエリア」とは、保守車両１が保線作業などを行うエリアのことで、保守車両１がこのエリアに進入する前に、予めそのエリアには列車が進入しないように設定される。本実施例ではこのエリアを「線路閉鎖区間」と呼ぶ。線路閉鎖区間の設定は運行管理サーバ２で行われ、線路閉鎖区間の情報は運行管理サーバ２から保守車両１に通知される。

監視装置２０は、プロセッサ、ＤＲＡＭなどのメモリ、ハードディスク等の不揮発性記憶装置、そして保守車両１の乗員（作業員）が使用するタッチパネル或いはキーボードなどの入力デバイス、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やスピーカー等の出力デバイスを有する（これらは図１では非図示）。監視装置２０のプロセッサでは、監視装置２０の制御を行うためのプログラム（以下では「制御プログラム」と呼ぶ）が実行されることにより、監視装置２０を、警報通知部２１、位置検出処理部２２、車両端算出部２３、線路閉鎖区間判定部２４、座標変換部２６の機能部を有する装置として動作させる。また、監視装置２０の不揮発性記憶装置は、上で述べた各機能部が処理を行う際に使用する情報を格納するための記憶領域である、地図格納部３１、車両形状格納部３２、鉄道ＧＩＳ格納部３３、線路閉鎖区間情報格納部３４として用いられる。

警報通知部２１は、保守車両１が移動可能な範囲を逸脱した場合、保守車両１の乗員（作業員）に警報を通知する機能部である。たとえば警報通知部２１は、ＬＣＤに警告メッセージを表示する、あるいはスピーカーを用いて警告音を出力することで、作業員に線路閉鎖区間を逸脱している旨を通知する。もちろん警告メッセージの表示と警告音の出力の両方が行われてもよい。

位置検出処理部２２は、レーザスキャナ１１から得た情報を用いて、保守車両１の位置を特定する機能部である。車両端算出部２３は、位置検出処理部２２で得られた保守車両１の位置をもとに、保守車両１の各部（たとえば前端、後端、或いは四隅など）の位置を算出する。座標変換部２６は、位置検出処理部２２や車両端算出部２３が算出した位置情報を、地理的位置情報（緯度経度）に変換する。

線路閉鎖区間判定部２４は、車両端算出部２３で得られた保守車両１の各部の位置の情報と、運行管理サーバ２から得られた線路閉鎖区間の情報とを比較することで、保守車両１が線路閉鎖区間内に位置しているか否かを判定する。

なお、ここでは各機能部が、制御プログラムによって実現される旨を説明したが、別の実施形態として、警報通知部２１、位置検出処理部２２、車両端算出部２３、線路閉鎖区間判定部２４の一部または全部が、ハードウェアによって実装されていてもよい。また、これらの各機能部で行われる処理の詳細は後述する。

運行管理サーバ２は、通信装置４１とデータベース４２を有する。通信装置４１は、運行管理サーバ２がネットワーク３を介して保守車両１と通信するための装置である。データベース４２は、鉄道線路の地図データや保守区間の情報を格納している。運行管理サーバ２は、保守車両１からのリクエストに応じて、これらの情報を保守車両１に提供する。

続いて、本実施例に係る保守車両１が走行する、鉄道施設内及びその周辺の領域の例を、図２を用いて説明する。図２は、線路などの鉄道施設とその周辺の建造物等を、上から見た時の図を表している。

図２に示されたエリアには、２つの路線（Ａ線及びＢ線）の線路１０５が敷設されている。また線路の周辺には、架線を支持するための電架柱１０３、信号機１０４が設置されており、さらにその外側には、ビル１０１や塀１０２等が存在する。保守車両１はたとえば、２つの塀１０２の間に設けられた空間から鉄道施設内に進入する。

保守車両１が施設内を走行する時に、位置検出処理部２２が自車位置を特定する方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、図２で説明した施設内に保守車両１が進入し、スキャナ１１を用いた測位を行っている状態を表す。以下ではビル１０１や塀１０２などの建造物、電架柱１０３や信号機１０４等の設備等を総称して「構造物」と呼ぶこともある。

保守車両１に設けられたスキャナ１１は、左右方向にレーザ光を照射することで、保守車両１（正確にはスキャナ１１）から周囲の構造物までの距離を測定する。図中の実線矢印は、レーザ光が構造物に照射されている様子を表している。たとえば矢印１１１は、スキャナ１１が正面方向に照射したレーザ光を表し、一方矢印１１２は、スキャナ１１が保守車両１の右斜め方向に照射したレーザ光を表し、矢印１１１と矢印１１２のなす角度がαであった場合を表す。矢印１１１，１１２で示されるレーザ光を照射することで、スキャナ１１は図中の点１１１’，１１２’までの距離を測定することができる。なお、スキャナ１１によって測定される構造物上の点（たとえば図３における点１１１’や点１１２’）を「測定点」と呼ぶ。

また、スキャナ１１はレーザ光の照射された測定点の角度も計測可能である。本実施例では、保守車両１の正面に存在する測定点の角度を０度とする。図３では、測定点１１１’が保守車両１の正面に位置する点で、測定点１１１’の角度は０度である。そして測定点１１１’以外の測定点の角度、例えば測定点１１２’の角度は、保守車両１から測定点１１１’を結ぶ直線（図３における矢印１１１に相当する）と、保守車両１から測定点１１２’を結ぶ直線（図３における矢印１１２に相当する）とがなす角度として定義される。そのため、測定点１１２’の角度はαである。また本実施例では、保守車両１の左方向にある測定点の角度は負値とし、保守車両１の右方向にある測定点の角度は正値とする。そのため測定点１１２’の角度αは正値で、測定点１１３’の角度βは負値である。

位置検出処理部２２は、各測定点までの距離及び角度の組を、保守車両１（正確にはスキャナ１１）の位置を原点としたときの直交座標系上の座標（ｘ，ｙ）に変換する。この変換は要するに、極座標を直交座標系上の座標に変換する処理である。なお、スキャナ１１は１回の測定で、−１３５度から１３５度の範囲の方向について、所定の角度毎（たとえば１度毎など）に距離測定を行う。

本実施例では１回の測定で得られるデータのセット（つまり−１３５度から１３５度の範囲について得られた距離の情報）を、センシングデータと呼ぶこととする。たとえばスキャナ１１が、−１３５度から１３５度の範囲について１度毎に距離測定を行う場合、センシングデータは２７１個の測定点から構成される。

図４は、スキャナ１１が１回の測定で収集したセンシングデータを図示したものである。図４において、点線で示されている矩形１’は、測定を行った時の保守車両１の位置を表し、その周囲にある複数の線（１０１’、１０２’、１０３’、１０４’）は、スキャナ１１（保守車両１）が図中の１’に位置していた時に測定した、測定点（の集合）を表す。

また、スキャナ１１による１回の測定は極めて短時間で終了するため、保守車両１はスキャナ１１による測定を行いながら移動を行っていてもよい。

続いて環境地図及びそれを用いた保守車両１の位置検出方法について説明する。監視装置２０は、周辺環境の地図情報をあらかじめ地図格納部３１に保持している。本実施例ではこの地図情報を「環境地図」と呼ぶ。

図５に、環境地図３００の例を示す。環境地図３００は、周辺環境内に位置する構造物の座標の集合として構成される。なお構造物を表す各座標は、環境内の所定の位置を原点（０，０）とした座標として表現される。図５は環境地図３００の内容を分かりやすくするために、環境地図３００を構成する各座標値をｘｙ座標系上に図示したものである。地図格納部３１には実際には、構造物上の各点の座標値の一覧が記録されている。

位置検出処理部２２は、レーザスキャナ１１で得られたセンシングデータ（たとえば図４）と、環境地図３００（図５）とのマッチング（重ね合わせ）を行うことによって、保守車両１（のレーザスキャナ１１）が環境地図３００上のどの座標に位置するかを求める。ここでのマッチングは公知の方法、たとえば特開２００９−１０９２００号公報などに開示されている方法を用いることで実現できる。そのため、ここではマッチング方法の原理を簡単に説明するだけにとどめる。

位置検出処理部２２は、センシングデータのそれぞれの点の座標を、原点（保守車両１の位置）を中心に角度θだけ回転させ、また（Ｘ，Ｙ）だけ平行移動させた座標値を求める。以下ではこのようにセンシングデータの各点を回転、平行移動させて得られたものを「移動後のセンシングデータ」と呼ぶ。そして位置検出処理部２２は、移動後のセンシングデータの各座標が環境地図３００上の構造物と一致するか判定する処理を行い、環境地図３００上の構造物と一致する座標の数を計数する。

位置検出処理部２２は、θ、Ｘ、Ｙを変化させながら、繰り返しこの判定処理を行うことにより、環境地図３００上の構造物と一致する座標（移動後のセンシングデータの座標）の数が最も多くなるときのθ、Ｘ、Ｙを求める。ここで求められた（Ｘ，Ｙ）が、環境地図３００上の保守車両１（レーザスキャナ１１）の座標値となる。またここで求められる角度θは、環境地図上の保守車両１の向きを表す。以下では、保守車両１の座標値（Ｘ，Ｙ）と向き（角度θ）の組み合わせを、保守車両１の「姿勢」と呼ぶ。

ここで述べたマッチング方法は一例であり、位置検出処理部２２はこれ以外の方法、たとえば上で述べた方法よりも計算量の少なくなる方法を用いて、保守車両１の姿勢を求めてもよい。

さらに環境地図３００には、幾つかの点（少なくとも２点以上の点）について、それらの点の地理的位置情報（緯度と経度）が含まれている。たとえば図５の例のように、環境地図３００上の２点の座標（（ＸＭ１，ＹＭ１）及び（ＸＭ２，ＹＭ２）。これらの座標はビルなどの構造物上の点の座標である）に対応する、緯度経度の情報（（Ｎ１，Ｅ１）及び（Ｎ２，Ｅ２））が、環境地図３００に記憶されているとよい。

座標変換部２６は、環境地図３００に記憶されている２点の緯度経度の情報を用いて、例えば線形補間（または線形外挿）を行うことで、環境地図３００上の座標値を緯度経度の情報に変換する。逆に座標変換部２６は、緯度経度の情報を環境地図３００上の座標値に変換することも可能である。

続いて車両端算出部２３で行われる処理の説明を行う。図６は、車両端算出部２３が使用する車両形状格納部３２に格納されている情報を表している。先に述べたとおり、位置検出処理部２２は、レーザスキャナ１１で得られたセンシングデータと環境地図３００を用いることで、現在保守車両１がいる位置（環境地図３００上の座標）を算出する事ができるが、ここで求められる位置は正確には、レーザスキャナ１１の位置である。保守車両１はレーザスキャナ１１よりも大きいため、保守車両１が定められたエリアを逸脱していないか正確に判定するためには、保守車両１の各部（特に端部）の位置を求め、保守車両１の端部が定められたエリアをはみ出していないか判定する必要がある。車両端算出部２３は、車両形状格納部３２に格納されている情報を用いて保守車両１の端部の位置を算出する。

監視装置２０は、車両形状格納部３２に、保守車両１の形状についての情報を保持している。保守車両１の形状の表現方法は任意の方法が採用されてよいが、本実施例に係る監視装置２０は、レーザスキャナ１１の位置を原点としたときの、保守車両１の各部の座標のリストを車両形状格納部３２に保持している。以下では、車両形状格納部３２に格納されている座標のことを、「車両の相対座標」または単に「相対座標」と呼ぶ。

車両形状格納部３２にはたとえば図６に示されているように、少なくとも保守車両１の端部（前端、後端、左端、右端など）の座標が格納されているとよい。図６では６点の座標（（ｘ１、ｙ１），（ｘ２、ｙ２），．．．（ｘ６、ｙ６））のみが車両形状格納部３２に格納されている例が示されているが、例えば保守車両１の形状が複雑な場合（長方形などの単純な形状ではなく、複数の突起がある等の形状の場合）には、これより多くの座標（特に突起部の座標）が格納されていることが好ましい。また、車両形状格納部３２に格納されている座標は負値のこともある。たとえば図６において、レーザスキャナ１１よりも左側（または下側）に位置する座標（たとえば（ｘ１，ｙ１））のｘ座標（ｘ１）及びｙ座標（ｙ１）は、負の値である。

位置検出処理部２２によって、保守車両１（のレーザスキャナ１１）の位置（座標）が特定されると、車両端算出部２３はそれを用いて、保守車両１の各部の位置（環境地図３００上の座標）を求める。位置検出処理部２２によって求められたレーザスキャナ１１の座標（環境地図３００上の座標）が（Ｘ，Ｙ）、また保守車両の向きがθの場合、保守車両１の各部の座標（環境地図３００上の座標）は、原点（レーザスキャナ１１の位置）を中心に、相対座標を角度θだけ回転させた座標を求め（これを「回転後相対座標」と呼ぶ）、さらに回転後相対座標のｘ座標にＸを加算し、回転後相対座標のｙ座標にＹを加算することで求められる。

たとえば図６の例では、保守車両１の左後部の相対座標が（ｘ１，ｙ１）である。位置検出処理部２２によって求められたレーザスキャナ１１の座標が（Ｘ，Ｙ）、向きが０度の場合、保守車両１の座標（環境地図３００上の座標）は、（Ｘ＋ｘ１，Ｙ＋ｙ１）を計算することで求められる。さらに、位置検出処理部２２によって求められた保守車両１の向きがθの場合、最初に相対座標（ｘ１，ｙ１）を角度θだけ回転した時の座標（仮にこの座標を（ｘ１’，ｙ１’）とする）を求めて、（Ｘ＋ｘ１’，Ｙ＋ｙ１’）を計算することで、保守車両１の左後部の座標が求められる。車両端算出部２３は保守車両１の各部について同様の演算を行うことで、保守車両１の各部の環境地図３００上の座標を求める。

なお、保守車両１はクレーン等の作業用の装置を備えることがある。その場合、クレーンのブーム端部が、定められたエリアを逸脱する可能性がないか判断することが必要なケースもありえる。そのため、保守車両１がクレーン等を搭載している場合には、たとえば図７に示されるように、車両形状格納部３２にクレーンの可動範囲（端部が動き得る範囲）の相対座標を記憶しておき、車両端算出部２３は、クレーンの可動範囲の各座標を求めるとよい。

また、車両形状格納部３２に格納する情報は座標値のセットでなくてもよい。たとえば車両形状格納部３２にクレーンの可動範囲を記録しておく場合、クレーンが保守車両１を中心とした円運動を行うと仮定し（たとえばクレーンのブーム端部が最大半径ｒ［ｍ］の円運動を行うと仮定することができる）、車両形状格納部３２に円の半径（ｒ［ｍ］など）だけを記憶しておき、車両端算出部２３は車両形状格納部３２に格納された半径の情報を用いて、クレーンの可動範囲の各座標を算出してもよい。

続いて、本実施例における線路閉鎖区間、及び線路閉鎖区間判定部２４で行われる処理の概要を説明する。図８は、図２に示された、鉄道施設内及びその周辺の領域に対して、線路閉鎖区間を図示したものである。図８において、一点鎖線２４１及び２４２に挟まれた範囲が線路閉鎖区間を表しており、また斜線で示された領域は保守車両１の移動が許されている領域を表す。以下では、保守車両１の移動が許され、警報の通知が行われない領域のことを、「移動可能範囲」と呼ぶ。保守車両１が移動可能範囲から逸脱すると、警報通知部２１は警報を出力する。

保守車両１は、運行管理サーバ２が保持している線路閉鎖区間についての情報（線路閉鎖区間情報と呼ぶ）を取得し、線路閉鎖区間情報格納部３４に格納する。図９は線路閉鎖区間情報格納部３４に格納されている線路閉鎖区間情報３４０の例を示している。

線路閉鎖区間情報３４０は、路線名とキロ程（路線の起点からの距離）の組み合わせによって構成される。具体的には線路閉鎖区間情報３４０は、線名３４１、駅名・駅間３４２、線路名３４３、開始キロ程３４４、終了キロ程３４５の情報を含む。線名３４１は線路閉鎖区間が設定されている路線名を表し、線路名３４３には、「上り」または「下り」が格納される。そして開始キロ程３４４及び終了キロ程３４５にはそれぞれ、キロ程が格納され、開始キロ程３４４及び終了キロ程３４５で特定される区間が線路閉鎖区間であることを表している。

図８は、２種類の路線（Ａ線及びＢ線）のうち、Ｂ線に線路閉鎖区間が設定されている例を示している。一方、Ｂ線に隣接する路線であるＡ線には線路閉鎖区間が設定されていない。

保守車両１の移動可能範囲は、主に線路閉鎖区間情報３４０と、建築限界（線路に対して設けられているクリアランスで、建築物等を設置してはならない領域）によって定まる。鉄道の場合、線路中心から左右に所定距離（たとえば１．９ｍ）の範囲が、建築限界と定められている。

図８を参照しながら、例を説明する。保守車両１が線路に沿った方向に移動する場合、線路閉鎖区間情報３４０に定められた区間（線路閉鎖区間開始キロ程と、線路閉鎖区間終了キロ程の間）が移動可能な範囲である。ただし、保守車両１が線路閉鎖区間情報３４０に定められた区間を逸脱する前に警報が出力されることが望ましいので、本実施例に係る警報システムでは、移動可能範囲はこれより狭く設定される。線路閉鎖区間開始キロ程がａ［ｋｍ］、線路閉鎖区間終了キロ程がｂ［ｋｍ］の場合、（ａ＋Ｍ）［ｋｍ］〜（ｂ−Ｍ）［ｋｍ］の範囲が移動可能範囲と定められる。本実施例ではＭのことを「マージン」と呼ぶ。Ｍは０以上の値で、たとえば０．０００６ｋｍ（＝０．６ｍ）等の値である。

一方保守車両１が線路に沿っていない方向に移動する場合、たとえばＢ線上りの隣にあるＡ線の方向に移動する場合、Ｂ線上り線に隣接するＡ線下り線の建築限界が、保守車両１の移動可能範囲を決定する要因となる。具体的にはＡ線下り線の線路中心から（建築限界＋マージン）を超える範囲が移動可能範囲と定められる。建築限界が１．９ｍ、マージンが０．６ｍの場合、Ｂ線上りの線路とＡ線下りの線路の間にある領域のうち、Ａ線下り線の線路中心から２．５ｍより遠い範囲（図中の斜線部分の領域）は、保守車両１の移動可能範囲で、逆にＡ線下り線の線路中心から２．５ｍ以内の領域に保守車両１が進入すると、警報が出力される。本実施例では、線路閉鎖区間の設定された路線に隣接する路線（上の説明ではＡ線下り線）の線路中心から、（建築限界＋マージン）以内の領域のことを「検知区域」と呼ぶ。線路閉鎖区間判定部２４はこのように、線路閉鎖区間情報３４０と建築限界を考慮して、保守車両１の移動可能範囲を求める。詳細は後述する。

図１０は、鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納される情報の例を説明する図である。本実施例に係る警報システムは、鉄道路線の地理的位置についての情報を管理しているデータベース４２を有しており、本実施例ではこれを鉄道ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ｓ））と呼ぶ。鉄道ＧＩＳは運行管理サーバ２が管理している。鉄道ＧＩＳから取得できる情報としては、線路上の各地点の位置情報がある。具体的には、図８に示す黒丸の位置の情報を、鉄道ＧＩＳは有している。またデータベース４２には、これ以外の補助情報も有している。たとえば各路線間の関係（各路線に隣接する路線の名称等）を表す情報も有している。

鉄道ＧＩＳ格納部３３には、運行管理サーバ２から取得した情報が格納される。図１０に示される通り、鉄道ＧＩＳ格納部３３には、ＧＩＳ情報３３０と補助情報３５０が格納される。ＧＩＳ情報３３０は線名３３１、線路名３３２、キロ程３３３、緯度３３４、経度３３５の情報を有する。線名３３１、線路名３３２はそれぞれ、鉄道路線の名称と、上りまたは下りを表す情報である。キロ程３３３は、鉄道路線の起点からの距離（キロ数）を表す情報である。そして緯度３３４及び経度３３５は、線名３３１、線路名３３２及びキロ程３３３で特定される位置の緯度及び経度を表す情報である。

補助情報３５０は、各路線間の位置関係を表す情報で、線名３５１及び線路名３５２で特定される線路に隣接する路線の名称（及び線路名）が、隣接線名３５３に格納される。

鉄道ＧＩＳ格納部３３にはこれ以外の情報が格納されてもよい。また上で挙げた情報のフォーマットは一例であり、これ以外のフォーマットで鉄道ＧＩＳ格納部３３に情報が格納されてもよい。

線路閉鎖区間情報格納部３４に記録されている情報は、路線名とキロ程の組み合わせであるが、ＧＩＳ情報３３０には、路線名とキロ程に加えて、緯度経度の情報が含まれている。そのため、線路閉鎖区間情報格納部３４と鉄道ＧＩＳ格納部３３の情報とを参照することで、線路閉鎖区間として指定されているエリアの地理的位置情報（緯度及び経度）を特定することができる。さらに、補助情報３５０を参照することで、線路閉鎖区間に指定されている線路に隣接する路線を特定することもできる。

続いて、監視装置２０による保守車両１の位置特定及び警報出力処理の流れを、図１１を用いて説明する。なお、図１１において、参照番号の前に付されているアルファベットの“Ｓ”は、「ステップ」を意味する。

まずステップ２０１で監視装置２０は、通信装置１３を介して、運行管理サーバ２が有している線路閉鎖区間情報３４０を取得する。先に述べたとおり線路閉鎖区間情報３４０には、線路閉鎖区間が設定されている路線名やその区間（開始キロ程、終了キロ程）が含まれている。監視装置２０は運行管理サーバ２から得た線路閉鎖区間情報３４０をもとに、線路閉鎖区間に設定されている路線及びその周辺の路線の鉄道ＧＩＳや補助情報も、運行管理サーバ２から取得し、鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納する。なお、鉄道ＧＩＳ格納部３３に既に線路閉鎖区間に設定されている路線の情報が格納されている場合には、この処理は行われなくてもよい。

なお、複数の地域で保守作業が行われることもあり、その場合、運行管理サーバ２では複数の線路閉鎖区間情報を保持している。保守車両１の作業員が運行管理サーバ２から線路閉鎖区間情報及び鉄道ＧＩＳの情報を取得する際、自身が作業を行う地域を運行管理サーバ２に伝え、自身が作業を行う地域の線路閉鎖区間情報及び鉄道ＧＩＳの情報を取得する。

さらに監視装置２０は線路閉鎖区間判定部２４を用いて、線路閉鎖区間情報３４０とＧＩＳ情報３３０と補助情報３５０とから、移動可能範囲を算出させる。この処理の詳細は後述する。

続いて監視装置２０はレーザスキャナ１１を用いて、保守車両１の周囲の構造物までの距離を計測し、センシングデータを得る（ステップ２０２）。続いて監視装置２０は位置検出処理部２２を用いて、保守車両１の姿勢を算出する（ステップ２０３）。位置検出処理部２２による姿勢の算出方法は先に述べたとおりであり、位置検出処理部２２は、ステップ２０１で得たセンシングデータと、地図格納部３１に格納されている環境地図３００とのマッチングを行うことで、保守車両１の環境地図上の座標値、及び角度を求める。

ステップ２０４では、監視装置２０は車両端算出部２３を用いて、保守車両１の各端部の座標を算出する。この算出方法は先に述べたとおりであるため、ここでの説明は略す。また車両端算出部２３によって、保守車両１の各端部の座標を算出された後、監視装置２０は座標変換部２６を用いて、保守車両１の各端部の座標を、地理的位置情報（緯度経度）に変換する。

続いてステップ２０５では、監視装置２０は線路閉鎖区間判定部２４を用いて、ステップ２０４で得られた保守車両１の端部の座標が、ステップ２０１で求められた移動可能範囲外に位置するか、あるいは移動可能範囲内に位置するかを判定する。

ステップ２０５における比較の結果、保守車両１の端部のいずれかが移動可能範囲外に位置すると判定された場合（ステップ２０６：Ｙｅｓ）、監視装置２０は警報通知部２１によって、警報を出力する（ステップ２０７）。逆に保守車両１の端部のすべてが移動可能範囲内に位置する場合には（ステップ２０６：Ｎｏ）、警報の出力は行われない。この後監視装置２０は再びステップ２０２から処理を繰り返す。

図１１の処理は、保守車両１の移動中繰り返し行われる。これにより保守車両１が移動可能範囲を逸脱した時点で、作業員にその旨が通知される。

なお、監視装置２０は、保守車両１による作業が終了した時に、作業員からの指示に基づいて、図１１の処理を終了してもよい。たとえば作業員が入力デバイスを用いて警報出力処理の中止を指示した場合（ステップ２０８：Ｙｅｓ）、監視装置２０は図１１の処理を中断するとよい。

最後に、ステップ２０１における移動可能範囲の算出処理について、図１２を用いて説明する。図１２は、２つの線路（Ａ線とＢ線）のうち、Ｂ線に線路閉鎖区間が設定されている場合の例を示している。また斜線部は、保守車両１の移動可能範囲を表している。なお、ここでは説明の簡単化のため、Ａ線とＢ線の間の移動可能範囲について説明を行う。そのため実際にはＢ線の下の部分も、保守車両の移動可能範囲であるが、ここではＢ線の下の部分の移動可能範囲については説明を略す。本実施例では特に断りのない限り、線路中心から左右に１．９ｍの範囲を建築限界とし、またマージンが０．６ｍである例を説明する。図１２では、Ａ線には線路閉鎖区間が閉鎖されていないので、Ａ線の左右方向２．５ｍの範囲（検知区域）に保守車両１が進入すると、警報が出力される。

移動可能範囲の算出を行う際、鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納されている地点ごとに移動可能範囲を求める。図１２に示された例では、Ｂ線上の３地点（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）が線路閉鎖区間内に該当する点である。これらの位置情報が鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納され、またその座標（（緯度，経度）である）はそれぞれ、（Ｎ１１，Ｅ１１），（Ｎ１２，Ｅ１２），（Ｎ１３，Ｅ１３）であったとする。またＢ線に隣接するＡ線の３地点（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の位置情報が鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納され、その座標がそれぞれ、（Ｎ２１，Ｅ２１），（Ｎ２２，Ｅ２２），（Ｎ２３，Ｅ２３）であったとする。

この時、ステップ２０１ではまず、鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納されている情報をもとに、Ｂ線に隣接する路線であるＡ線の地点の位置情報（ＧＩＳ情報３３０に格納されている位置情報）のうち、Ｂ線の各地点（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）に最も近いＡ線の各地点（図１２の例では、Ａ１，Ａ２，Ａ３）を特定する。続いてＡ線の各地点（Ａ１，Ａ２，Ａ３）から、線路と直交する方向（図１２の下方向）に２．５ｍ離れた地点（以下ではそれぞれの地点をＡ１’，Ａ２’，Ａ３’と呼ぶ）の座標を求める。以下では、Ａ１’，Ａ２’，Ａ３’の座標が、（Ｎ２１’，Ｅ２１’），（Ｎ２２’，Ｅ２２’），（Ｎ２３’，Ｅ２３’）であったとする。

この場合、線路閉鎖区間判定部２４は、地点Ｂ１と、Ｂ１に隣接する地点Ｂ２と、地点Ａ１’と、Ａ１’に隣接する地点Ａ２’で囲まれた領域を移動可能範囲と決定する。同様に、線路閉鎖区間判定部２４は、Ａ２’，Ａ３’，Ｂ３，Ｂ２で囲まれた領域も移動可能範囲と決定する。線路閉鎖区間判定部２４は、この処理を鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納されている各点について実施することで、保守車両１の移動可能範囲を求める。

なお、ここで説明した例は、各地点（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）が線路閉鎖区間開始位置（または終了位置）ではない場合の例である。次に線路閉鎖区間開始位置（または線路閉鎖区間終了位置）付近における、保守車両１の移動可能範囲の決定方法の例を説明する。

図１３は、線路閉鎖区間開始位置（または線路閉鎖区間終了位置）付近における、保守車両１の移動可能範囲を説明する図である。図１３では、地点Ｂ０が線路閉鎖区間開始位置である。ここで点Ａ０’は、Ａ線上の地点Ａ０（これもＡ１等と同様、位置情報が鉄道ＧＩＳ格納部３３に格納されている点である）から線路と直交する方向に２．５ｍ離れた地点を表す。

図１２を用いて説明した、線路閉鎖区間開始位置ではない地点（たとえば地点Ｂ１またはＢ２付近）における移動可能範囲の算出方法では、Ａ１’，Ａ２’，Ｂ１，Ｂ２の間に挟まれる領域が、移動可能範囲として求められる。ただし線路閉鎖区間開始位置付近（地点Ｂ０）の移動可能範囲を求める場合、線路閉鎖区間判定部２４は、まず地点Ｂ０（線路閉鎖区間開始位置）から線路に沿って、線路閉鎖区間終了位置方向にマージン分（０．６ｍ）移動した地点の座標を求める。ここではこの地点をＢ０’と呼び、またＢ０’の座標は（Ｎ１０’，Ｅ１０’）とする。続いて線路閉鎖区間判定部２４は、線分Ｂ０’−Ｂ１に直交し、地点Ｂ０’を通る直線Ｌを求め、直線Ｌと線分Ａ０’−Ａ１’との交点（図１３における点Ｄ）を求める。そしてこの場合、点Ｄ，Ａ１’，Ｂ１，Ｂ０’で囲まれる領域を移動可能範囲と決定する（つまり図１３において、直線Ｌよりも左側の領域は、移動可能範囲とならない）。

ここでは線路閉鎖区間開始位置付近における、保守車両１の移動可能範囲の決定方法を説明したが、線路閉鎖区間終了位置付近においても同様の方法で、保守車両１の移動可能範囲が決定される。

このように、本実施例に係る保守車両では、保守車両に備えられたレーザスキャナを用いて位置を特定するため、ＧＰＳ衛星からの信号の受信感度が悪い地域で作業を行う際にも、正確に車両の位置を特定できる。

以上、本発明の実施例を説明したが、これらは、本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。すなわち、本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。

上で説明した実施例では、地理的位置（緯度経度）を用いて、保守車両の位置や移動可能範囲を算出していたが、必ずしも地理的位置を用いなくてもよい。たとえば移動可能範囲の情報を、環境地図上の座標値に変換し、これを保守車両の座標（環境地図上の座標）と比較することで、保守車両が移動可能範囲内にあるか否かを判定してもよい。

また上で説明した実施例では、保守車両の各部（端部）の座標を求めて、保守車両の各部が移動可能範囲内にあるか否かを判定しているが、計算量を削減するために、保守車両の各部の座標を求めずに、レーザスキャナの座標のみを求め、レーザスキャナの位置が移動可能範囲内にあるか否かを判定するようにしてもよい。その場合、図１１のステップ２０４は行う必要はない。そしてステップ２０５で、監視装置２０はステップ２０３で得られた保守車両１の座標を、座標変換部２６を用いて緯度経度に変換し、これを移動可能範囲と比較すればよい。

１： 保守車両
２： 運行管理サーバ
３： ネットワーク
１１： レーザスキャナ
１２： ＧＰＳアンテナ
１３： 通信装置
２０： 監視装置
２１： 警報通知部
２２： 位置検出処理部
２３： 車両端算出部
２４： 線路閉鎖区間判定部
２６： 座標変換部
３１： 地図格納部
３２： 車両形状格納部
３３： 鉄道ＧＩＳ格納部
３４： 線路閉鎖区間情報格納部

Claims (5)

1. 鉄道の保守作業に用いられる保守車両であって、
   前記保守車両は、
   周囲の物体までの距離を計測するレーザスキャナと、鉄道の運行管理サーバとの通信を行うための通信装置と、前記レーザスキャナによって得られた情報をもとに前記保守車両の位置を特定する監視装置を有し、
   前記監視装置は、
   前記保守車両の走行する領域の周辺に存在する構造物の位置情報である環境地図を記憶する地図格納部と、
   線路上の各地点の地理的位置情報を含む鉄道ＧＩＳ情報を格納する、鉄道ＧＩＳ格納部と、
   前記線路のうち、列車の進入が禁止された区間である線路閉鎖区間の情報を格納する、線路閉鎖区間情報格納部と、
   前記レーザスキャナによって得られた情報と前記環境地図とを照合することで、前記保守車両の位置を特定する位置情報検出部と、
   前記鉄道ＧＩＳ情報と前記線路閉鎖区間の情報から、前記保守車両の移動可能範囲を特定し、前記保守車両の位置が前記移動可能範囲外にあるか判定する、線路閉鎖区間判定部と、
   前記線路閉鎖区間判定部によって、前記保守車両の位置が前記移動可能範囲外にあると判定された場合、警報を出力する警報通知部と、
   を有することを特徴とする、保守車両。
2. 前記監視装置は、前記保守車両の形状についての情報を記憶する、車両形状格納部と、
   前記保守車両の形状についての情報と前記保守車両の位置の情報を用いて、前記保守車両の各端部の位置を特定する車両端算出部と、を有し、
   前記線路閉鎖区間判定部は、前記保守車両のいずれかの端部の位置が前記移動可能範囲外にある場合、前記保守車両の位置が前記移動可能範囲外にあると判定する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の保守車両。
3. 前記移動可能範囲は、前記線路上以外の領域も含み、
   前記線路閉鎖区間判定部は、前記線路閉鎖区間が設定されている前記線路の左右の領域のうち、該線路に隣接する線路から所定距離以上離れた領域を、前記保守車両の移動可能範囲と決定する、
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の保守車両。
4. 前記線路閉鎖区間の情報は、前記列車の進入が禁止されている前記線路の開始キロ程及び終了キロ程を含み、
   前記鉄道ＧＩＳ情報は、前記線路上の各キロ程の緯度経度情報を含んでおり、
   前記線路閉鎖区間判定部は、前記線路閉鎖区間の情報と前記鉄道ＧＩＳ情報を用いて、前記移動可能範囲に相当する緯度経度の範囲を算出する、
   ことを特徴とする、請求項１ないし３の何れか一項に記載の保守車両。
5. 前記環境地図は、前記環境地図上の点に対応する緯度経度の情報を含み、
   前記監視装置は、前記環境地図に含まれる緯度経度の情報を用いて、前記位置情報検出部により特定された前記保守車両の位置を緯度経度の情報に変換し、
   前記保守車両の緯度経度を、前記移動可能範囲の緯度経度と比較することで、前記保守車両の位置が前記移動可能範囲外にあるか判定する、
   ことを特徴とする、請求項４に記載の保守車両。

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