JP2018205048A - 位置検出装置及び位置検出システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ＧＮＳＳを利用して列車の位置を高精度にかつ正確に検出する技術を提供する。【解決手段】車上装置２０は、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６のＧＮＳＳ情報にもとづく列車位置算出を行う場合に、ＧＮＳＳ検定を行い、検定が合格の場合に、ＧＮＳＳの速度情報を用いた絶対位置検知処理を行う。また、車上装置２０は、車両１０が地上装置６０から所定距離内に位置する場合に、地上装置６０からＧＮＳＳ誤差情報を取得し、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６が検出した位置情報に反映させる。【選択図】図１
Description
本発明は、ＧＮＳＳ信号をもとに列車（車両）の走行位置を検知する位置検出装置及び位置検出システムに関する。
列車の走行位置を把握する技術として、例えば速度発電機（以下、「ＴＧ」と称する。）から取得した信号により、列車が走行している距離を積算して列車の走行位置を検出する技術がある。また、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いた技術もある。ＧＮＳＳを用いた技術では、例えば、ＧＮＳＳ衛星からの電波を列車に設けたＧＮＳＳ受信装置で取得して列車の現在位置を検出したり、列車速度を制御する技術がある（特許文献１参照）。
ところで、特許文献１に開示の技術では、運行用のデータを用いて、カーブやトンネル等の特徴的な位置を検出した時に、走行位置を補正するが、そのような特徴的な位置から離れてしまうと、誤差の蓄積により走行位置の検出精度が低下してしまうという課題があった。
本発明は、以上のような状況に鑑みなされたものであって、上記課題を解決する技術を提供することにある。
本発明は、位置検出装置であって、一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづき前記車両の位置を算出する位置算出部と、地上側の設備からＧＮＳＳ誤差情報を取得する誤差情報取得部と、を備え、前記位置算出部は、前記地上側の設備から一定のエリア内にいる場合に、前記ＧＮＳＳ誤差情報を反映させて前記車両の位置を算出する。
また、前記車両が走行する路線のデータベースと、前記データベースと前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行できる状態にあるか否かを検定する検定部を備え、前記位置算出部は、前記検定部が前記車両の位置の特定処理を実行できる状態にあると判断した場合には、前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行し、前記車両の位置の算出処理を実行できる状態に無いと判断した場合には、速度発電機にもとづいて前記車両の位置の特定処理を実行してもよい。
また、前記位置算出部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行する場合、前記第１ＧＮＳＳ受信部が算出する速度ベクトルと前記第２ＧＮＳＳ受信部が算出する速度ベクトルとの推移の特徴点と、前記データベースとを比較し、前記車両の位置の算出してもよい。
本発明は、車両に搭載される車上装置と、地上側に設置される地上装置とによって、前記車両の位置を算出する位置検出システムであって、前記車上装置は、一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづき前記車両の位置を算出する位置算出部と、地上側の設備からＧＮＳＳ誤差情報を取得する誤差情報取得部と、前記地上装置と通信する車上側通信部と、を備え、前記地上装置は、前記ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ信号を受信する第３ＧＮＳＳアンテナと、前記第３ＧＮＳＳアンテナに接続された第３ＧＮＳＳ受信部と、前記第３ＧＮＳＳアンテナの位置情報を保持し、前記第３ＧＮＳＳアンテナが受信したＧＮＳＳ信号から算出される位置情報とから、前記ＧＮＳＳ誤差情報を算出する地上側制御部と、前記ＧＮＳＳ誤差情報を前記車上装置へ送信する地上側通信部と、を備え、前記車上装置の前記位置算出部は、前記車両の位置を算出する場合に、前記ＧＮＳＳ誤差情報を反映させる。
本発明は、車両に搭載される車上装置と、地上側に設置される地上装置及び指令センターとによって、前記車両の位置を算出する位置検出システムであって、前記車上装置は、一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部の前記ＧＮＳＳ信号にもとづく位置情報を前記指令センターへ通知するとともに、前記位置情報をもとに前記車両の位置を算出する位置算出部と、前記指令センターから前記車両の前記位置の修正情報を取得する誤差情報取得部と、前記地上装置及び前記指令センターと通信する車上側通信部と、を備え、前記地上装置は、前記ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ信号を受信する第３ＧＮＳＳアンテナと、前記第３ＧＮＳＳアンテナに接続された第３ＧＮＳＳ受信部と、
前記第３ＧＮＳＳアンテナの位置情報を保持し、前記第３ＧＮＳＳアンテナが受信したＧＮＳＳ信号から算出される位置情報とから、前記ＧＮＳＳ誤差情報を算出し、前記指令センターへ通知する地上側制御部と、前記車上装置と前記指令センターと通信する地上側通信部とを備え、前記指令センターは、前記車上装置と前記地上装置と通信し、前記車上装置から取得した前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部の前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記位置情報と、前記地上装置から取得した前記ＧＮＳＳ誤差情報と、をもとに前記車両の位置情報を補正し、補正後の位置情報をもとに、前記車両の運行管理を行う。
また、前記車両が走行する路線のデータベースと、前記データベースと前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行できる状態にあるか否かを検定する検定部を備え、前記位置算出部は、前記検定部が前記車両の位置の特定処理を実行できる状態にあると判断した場合には、前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行し、前記車両の位置の算出処理を実行できる状態に無いと判断した場合には、速度発電機にもとづいて前記車両の位置の特定処理を実行してもよい。
また、前記位置算出部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行する場合、前記第１ＧＮＳＳ受信部が算出する速度ベクトルと前記第２ＧＮＳＳ受信部が算出する速度ベクトルとの推移の特徴点と、前記データベースとを比較し、前記車両の位置の算出してもよい。
本発明は、車両に搭載される車上装置と、地上側に設置される地上装置とによって、前記車両の位置を算出する位置検出システムであって、前記車上装置は、一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづき前記車両の位置を算出する位置算出部と、地上側の設備からＧＮＳＳ誤差情報を取得する誤差情報取得部と、前記地上装置と通信する車上側通信部と、を備え、前記地上装置は、前記ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ信号を受信する第３ＧＮＳＳアンテナと、前記第３ＧＮＳＳアンテナに接続された第３ＧＮＳＳ受信部と、前記第３ＧＮＳＳアンテナの位置情報を保持し、前記第３ＧＮＳＳアンテナが受信したＧＮＳＳ信号から算出される位置情報とから、前記ＧＮＳＳ誤差情報を算出する地上側制御部と、前記ＧＮＳＳ誤差情報を前記車上装置へ送信する地上側通信部と、を備え、前記車上装置の前記位置算出部は、前記車両の位置を算出する場合に、前記ＧＮＳＳ誤差情報を反映させる。
本発明は、車両に搭載される車上装置と、地上側に設置される地上装置及び指令センターとによって、前記車両の位置を算出する位置検出システムであって、前記車上装置は、一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部の前記ＧＮＳＳ信号にもとづく位置情報を前記指令センターへ通知するとともに、前記位置情報をもとに前記車両の位置を算出する位置算出部と、前記指令センターから前記車両の前記位置の修正情報を取得する誤差情報取得部と、前記地上装置及び前記指令センターと通信する車上側通信部と、を備え、前記地上装置は、前記ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ信号を受信する第３ＧＮＳＳアンテナと、前記第３ＧＮＳＳアンテナに接続された第３ＧＮＳＳ受信部と、
前記第３ＧＮＳＳアンテナの位置情報を保持し、前記第３ＧＮＳＳアンテナが受信したＧＮＳＳ信号から算出される位置情報とから、前記ＧＮＳＳ誤差情報を算出し、前記指令センターへ通知する地上側制御部と、前記車上装置と前記指令センターと通信する地上側通信部とを備え、前記指令センターは、前記車上装置と前記地上装置と通信し、前記車上装置から取得した前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部の前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記位置情報と、前記地上装置から取得した前記ＧＮＳＳ誤差情報と、をもとに前記車両の位置情報を補正し、補正後の位置情報をもとに、前記車両の運行管理を行う。
本発明によると、ＧＮＳＳを利用して列車（車両）の位置をより精度良く検出する技術を実現できる。
次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本実施形態に係る、列車運行システム１の概要を示した図である。図２は、列車運行システム１のブロック図である。図１では、図示右方向へ進む車両１０の先頭がプラットホーム８８に進入した状態を示している。
図１に示すように、列車運行システム１は、車両側の装置として、先頭の車両１０に第１ＧＮＳＳ部１５、第２ＧＮＳＳ部１６及び車上装置２０を備え、地上側の装置として、駅のプラットホーム８８に地上装置６０及び第３ＧＮＳＳ部６１を備える。さらに、列車運行システム１は、地上側の装置として、車両１０と車上装置２０とを制御し運行管理を統括的に行う指令センター７０を備える。
本実施形態では、車両側の第１ＧＮＳＳ部１５、第２ＧＮＳＳ部１６と地上側の第３ＧＮＳＳ部６１を用いて、駅（プラットホーム８８）近傍地域での車両位置の算出精度を向上させる。
地上装置６０は、列車が所定の通信エリアに入ると、第３ＧＮＳＳ部６１が取得したＧＮＳＳ情報を車上装置２０へ送信する。第３ＧＮＳＳ部６１の第３ＧＮＳＳ受信部６１ａの絶対位置が分かっており、例えば、取得したＧＮＳＳ情報と絶対値との差（以下、「ＧＮＳＳ誤差」という。）を車上装置２０へ通知する。プラットホーム８８の近くに存在する車両１０（第１ＧＮＳＳ部１５、第２ＧＮＳＳ部１６）では、第３ＧＮＳＳ部６１と同じＧＮＳＳ衛星９８からのＧＮＳＳ情報をもとに位置情報を算出する。
また、車両１０の車上装置２０が第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６による位置情報を、地上装置６０が第３ＧＮＳＳ部６１のＧＮＳＳ誤差情報を、地上側の指令センター７０に送信してもよい。この場合、指令センター７０は、車両１０の位置補正を正確に行うことができ、その列車位置（車両１０の補正後の位置）にもとづいて連動制御や信号制御を行うことができる。
算出された位置情報は、第３ＧＮＳＳ部６１で算出したＧＮＳＳ誤差が含まれている蓋然性が高い。そこで、車上装置２０では、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６のＧＮＳＳ情報をもとに位置情報を算出する場合に、第３ＧＮＳＳ部６１で算出したＧＮＳＳ誤差をＧＮＳＳ誤差情報として取得し反映させ、ＧＮＳＳ誤差を排除する処理を行う。なお、上述のように、指令センター７０が車両１０や地上装置６０から位置情報を取得する場合には、指令センター７０がＧＮＳＳ誤差を排除する処理を行ってもよい。以下では、主に車両１０と地上装置６０とによってＧＮＳＳ誤差の排除処理を行うケースについて説明する。
車両１０側の構成では、第１ＧＮＳＳ部１５は、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａ及び第１のＧＮＳＳ受信部１５ｂを備える。第２ＧＮＳＳ部１６は、第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａと第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂとを備える。
第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａは、車両１０の上部前端近傍に設置される。第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａは、車両１０の上部後端近傍に設置される。第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａとは、所定の距離（以下、「設置距離ａ」という）だけ離間して設置されている。例えば、車両１０の長さが２０ｍの場合、設置距離ａは１７ｍ程度である。
第１ＧＮＳＳ受信部１５ｂは、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａが受信したＧＮＳＳ信号をもとに第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａの位置情報を算出するとともに、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａの位置における速度ベクトルを算出し、各算出結果を車上装置２０に出力する。
第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂは、第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａが受信したＧＮＳＳ信号をもとに第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａの位置情報を算出するとともに、第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａの位置における速度ベクトルを算出し、各算出結果を車上装置２０に出力する。
車上装置２０は、速度ベクトルの特徴点を検知したときに、予め備わるシステム固有の情報と比較して、車両１０の位置を特定する。また、車上装置２０は、地上装置６０から第３ＧＮＳＳ部６１の位置情報を取得した場合には、その位置情報を第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６の算出結果に反映させ、位置情報を修正する。
ここで、図３〜図５を参照して、ＧＮＳＳ信号による走行位置検出の原理及び位置情報の修正処理について説明する。本実施形態では、上述の様に車上装置２０は、速度ベクトルが変化する所定の特徴点を検知したときに、予め備わるシステム固有の情報（運行用データ部３１の情報）と比較して、想定されている特徴点と一致していると判断した場合には、「データベースに記録されている位置にある」と判断する。ここで、特徴点とは、例えば、軌道９９がカーブする際のその始点や終点等である。なお、特徴点の検出処理の前には、ＧＮＳＳ信号にもとづく位置情報の算出処理を実行してもよい状態にあるか否かのＧＮＳＳ検定を実行する。また、駅（プラットホーム８８）等のような精度が高い位置情報を必要とするエリアでは、地上側の位置情報及びその地点のＧＮＳＳ情報を基に、ＧＮＳＳ誤差を補正する。
＜基本技術＞
１．ＧＮＳＳ検定
ＧＮＳＳ検定は、ＧＮＳＳ情報の信頼性を向上するために行うものである。ＧＮＳＳ検定に合格したときのみ、そのＧＮＳＳ情報にもとづく位置情報が車両１０の位置特定に使用される。ＧＮＳＳ検定には、車両１０の２台のＧＮＳＳ受信機（第１ＧＮＳＳ受信部１５ｂ、第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂ）が用いられる。
１．ＧＮＳＳ検定
ＧＮＳＳ検定は、ＧＮＳＳ情報の信頼性を向上するために行うものである。ＧＮＳＳ検定に合格したときのみ、そのＧＮＳＳ情報にもとづく位置情報が車両１０の位置特定に使用される。ＧＮＳＳ検定には、車両１０の２台のＧＮＳＳ受信機（第１ＧＮＳＳ受信部１５ｂ、第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂ）が用いられる。
上述の様に、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａは相関の無い設置距離ａで設置されている。具体的には、車両１０の前後端（例えば先頭の車両１０の先頭側と連結側の２箇所）に第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａが設置される。このとき、設置距離ａだけで無く、車両１０の屋根による電波環境の非相関環境が構築される。すなわち、第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１５ａ、１６ａに、異なるフェージング環境が構築される。これにより、２つのＧＮＳＳ受信機（第１及び第２ＧＮＳＳ受信部１５ｂ、１６ｂ）が、同じフェージングの影響で誤情報を出力しないように構成される。
ＧＮＳＳ検定の論理では、ＧＮＳＳ衛星９８からの情報をシステム固有の情報と比較し、検定に合格したときのみＧＮＳＳ情報を使用する。
２．ＧＮＳＳ情報の速度情報を用いた走行距離積算による位置検知
ＧＮＳＳ情報の速度情報の積算による位置検知は、絶対位置が確定した後に、速度情報を積分して走行距離を算出することによってなされる。
ＧＮＳＳ情報の速度情報の積算による位置検知は、絶対位置が確定した後に、速度情報を積分して走行距離を算出することによってなされる。
ＧＮＳＳ検定論理には、図３（ａ）の「トレース」検定、図３（ｂ）の「位置」検定、図３（ｃ）の「方位（Ｄｐ）」検定が用いられる。検定に合格した場合のみＧＮＳＳ情報にもとづく速度情報が利用される。検定に不合格の場合は、ＴＧ３２（図５参照）等の他の速度検出手段からの速度情報が利用される。なお、検定の際には、運行用データ部３１が参照され、記録されているデータと比較される。
「トレース」検定とは、予定されている走行経路を走行しているか否かを判断するものである。「位置」検定とは、ＧＮＳＳ信号から得られる第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１５ａ、１６ａの間隔（後述の図４の「実測距離Ｄ」）が、実際の設置距離ａと一致しているか否かを判断するものである。「方位」検定とは、予定されている方位（軌道方位）と一致しているか否かを判断するものである。
３．ＧＮＳＳの速度情報を用いた絶対位置検知
ＧＮＳＳの速度情報を用いた絶対位置検知には、２台のＧＮＳＳ受信機（第１ＧＮＳＳ受信部１５ｂ、第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂ）にて算出される速度ベクトルが軌道９９のカーブで時々刻々と変化することを利用する。この軌道のカーブでの速度ベクトルの変化は、以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）を満足していれば、ＧＮＳＳの故障、受信機の故障、フェージングの影響に対しての変化と識別不能となる確率がきわめて低い。
（ａ）カーブ始点前にＴＧ等によりカーブの始点が来ることが予定されている。
（ｂ）カーブ始点前からカーブ終点後までＧＮＳＳ検定に合格する。
（ｃ）路線データベース（運行用データ部３１）に絶対位置検知情報が登録されている。
ＧＮＳＳの速度情報を用いた絶対位置検知には、２台のＧＮＳＳ受信機（第１ＧＮＳＳ受信部１５ｂ、第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂ）にて算出される速度ベクトルが軌道９９のカーブで時々刻々と変化することを利用する。この軌道のカーブでの速度ベクトルの変化は、以下に示す条件（ａ）〜（ｃ）を満足していれば、ＧＮＳＳの故障、受信機の故障、フェージングの影響に対しての変化と識別不能となる確率がきわめて低い。
（ａ）カーブ始点前にＴＧ等によりカーブの始点が来ることが予定されている。
（ｂ）カーブ始点前からカーブ終点後までＧＮＳＳ検定に合格する。
（ｃ）路線データベース（運行用データ部３１）に絶対位置検知情報が登録されている。
（１）軌道の曲率による位置検知
図４を参照して軌道９９の曲率にもとづく位置検知処理を説明する。ここでは、曲率の代わりに曲率半径Ｒを用いる。２台のＧＮＳＳ受信機（第１ＧＮＳＳ受信部１５ｂ、第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂ）から得られる速度ベクトルＶ（Ｖ１、Ｖ２）は、車両１０が直線９９ａからカーブ９９ｂに進入すると、軌道９９（カーブ９９ｂ）の曲率半径Ｒに応じて角度θが変化する。ここで、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａの速度ベクトルＶ１と第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａの速度ベクトルＶ２とがなす角を角度θとする。
図４を参照して軌道９９の曲率にもとづく位置検知処理を説明する。ここでは、曲率の代わりに曲率半径Ｒを用いる。２台のＧＮＳＳ受信機（第１ＧＮＳＳ受信部１５ｂ、第２ＧＮＳＳ受信部１６ｂ）から得られる速度ベクトルＶ（Ｖ１、Ｖ２）は、車両１０が直線９９ａからカーブ９９ｂに進入すると、軌道９９（カーブ９９ｂ）の曲率半径Ｒに応じて角度θが変化する。ここで、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａの速度ベクトルＶ１と第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａの速度ベクトルＶ２とがなす角を角度θとする。
この角度θから軌道９９（カーブ９９ｂ）の曲率半径Ｒを次の式にて算出し、路線データベース（運行用データ部３１）に登録された軌道９９の曲率（曲率半径）と比較することにより、カーブ位置（始点Ｃ１と終点Ｃ２）を特定し、終点Ｃ２でθ＝０度になった地点で絶対位置検知とする。
Ｓｉｎ（θ／２）＝（Ｄ／２）／Ｒ
Ｒ＝（Ｄ／２）／Ｓｉｎ（θ／２）
Ｄ：ＧＮＳＳ信号にもとづいて算出される第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａとの実測距離。
Ｓｉｎ（θ／２）＝（Ｄ／２）／Ｒ
Ｒ＝（Ｄ／２）／Ｓｉｎ（θ／２）
Ｄ：ＧＮＳＳ信号にもとづいて算出される第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａとの実測距離。
（２）軌道のカーブ走行距離による位置検知
上記の軌道９９の曲率（曲率半径Ｒ）による位置検知の場合、曲率が大きいと角度θが絶対値が小さくなるため、誤差によりカーブ位置を特定できないことがある。そこで、曲率が所定より大きい場合、軌道９９のカーブ走行距離ＬＲによる位置検知を行う。すなわち、軌道９９がカーブ９９ｂとなる始点Ｃ１から終点Ｃ２までのカーブ走行距離ＬＲを算出し、路線データベース（運行用データ部３１）に登録されたカーブ９９ｂの距離と比較することにより、カーブ位置を特定し、カーブ終点でθ＝０度になった地点で絶対位置検知とする。
上記の軌道９９の曲率（曲率半径Ｒ）による位置検知の場合、曲率が大きいと角度θが絶対値が小さくなるため、誤差によりカーブ位置を特定できないことがある。そこで、曲率が所定より大きい場合、軌道９９のカーブ走行距離ＬＲによる位置検知を行う。すなわち、軌道９９がカーブ９９ｂとなる始点Ｃ１から終点Ｃ２までのカーブ走行距離ＬＲを算出し、路線データベース（運行用データ部３１）に登録されたカーブ９９ｂの距離と比較することにより、カーブ位置を特定し、カーブ終点でθ＝０度になった地点で絶対位置検知とする。
（３）軌道のカーブ変化点による位置検知
図５に示す様に、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａ、第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａから得られる速度ベクトル差は、軌道９９が右カーブ９９ｄから左カーブ９９ｅへ、左カーブから右カーブへと変化する場合、速度ベクトルＶ１とＶ２の差をとると、符号（正負）が逆転する。この軌道のカーブ変化点Ｃ３の前後でＧＮＳＳ検定に合格し、前述の条件（ａ）と（ｂ）を満足することにより、カーブ変化点Ｃ３を特定し、カーブ変化点Ｃ３で絶対位置検知とする。
図５に示す様に、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａ、第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａから得られる速度ベクトル差は、軌道９９が右カーブ９９ｄから左カーブ９９ｅへ、左カーブから右カーブへと変化する場合、速度ベクトルＶ１とＶ２の差をとると、符号（正負）が逆転する。この軌道のカーブ変化点Ｃ３の前後でＧＮＳＳ検定に合格し、前述の条件（ａ）と（ｂ）を満足することにより、カーブ変化点Ｃ３を特定し、カーブ変化点Ｃ３で絶対位置検知とする。
（４）システムへの適用
なお、上記の（１）〜（３）の位置検知の方式は、適用線区に合わせて選択して組み組むことになる。
なお、上記の（１）〜（３）の位置検知の方式は、適用線区に合わせて選択して組み組むことになる。
４．地上側のＧＮＳＳ情報を用いた位置補正
駅（プラットホーム８８）等のような精度が高い位置情報を必要とするエリアでは、地上側の位置情報及びその地点のＧＮＳＳ情報を基に、ＧＮＳＳ誤差を補正する。図６は、ＧＮＳＳ誤差補正の概念を説明する図である。
駅（プラットホーム８８）等のような精度が高い位置情報を必要とするエリアでは、地上側の位置情報及びその地点のＧＮＳＳ情報を基に、ＧＮＳＳ誤差を補正する。図６は、ＧＮＳＳ誤差補正の概念を説明する図である。
第３ＧＮＳＳ受信部６１ａには、第３ＧＮＳＳアンテナ６１ｂの計測済み固定位置情報Ｐ３（Ｘ３＿０、Ｙ３＿０）が記録されている。位置情報Ｐ３は、固定値であって、例えば経度・緯度で示される。第３ＧＮＳＳ受信部６１ａは、ＧＮＳＳ衛星９８を基に得られた位置情報Ｐ３＿Ｇ（Ｘ３＿ｇ、Ｙ３＿ｇ）と固定位置情報Ｐ３（Ｘ３＿０、Ｙ３＿０）との差であるＧＮＳＳ誤差情ΔＰ３（Δｘ、Δｙ）を算出する。
ΔＰ３（Δｘ、Δｙ）＝（Ｘ３＿ｇ、Ｙ３＿ｇ）−（Ｘ３＿０、Ｙ３＿０）
＝（Ｘ３＿ｇ−Ｘ３＿０、Ｙ３＿ｇ−Ｙ３＿０）
第３ＧＮＳＳ受信部６１ａは、そのＧＮＳＳ誤差ΔＰ３（Δｘ、Δｙ）をＧＮＳＳ誤差情報として車上装置２０へ送信する。
ΔＰ３（Δｘ、Δｙ）＝（Ｘ３＿ｇ、Ｙ３＿ｇ）−（Ｘ３＿０、Ｙ３＿０）
＝（Ｘ３＿ｇ−Ｘ３＿０、Ｙ３＿ｇ−Ｙ３＿０）
第３ＧＮＳＳ受信部６１ａは、そのＧＮＳＳ誤差ΔＰ３（Δｘ、Δｙ）をＧＮＳＳ誤差情報として車上装置２０へ送信する。
車上装置２０では、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６のＧＮＳＳ情報Ｐ１＿Ｇ（Ｘ１＿ｇ、Ｙ１＿ｇ）、Ｐ２＿Ｇ（Ｘ２＿ｇ、Ｙ２＿ｇ）に、ＧＮＳＳ誤差ΔＰ３（Δｘ、Δｙ）を反映させ、修正後ＧＮＳＳ情報Ｐ１＿０（Ｘ１＿０、Ｙ１＿０）、Ｐ２＿Ｇ（Ｘ２＿０、Ｙ２＿０）を算出する。
Ｐ１＿０（Ｘ１＿０、Ｙ１＿０）＝（Ｘ１＿ｇ−Δｘ、Ｙ１＿ｇ−Δｙ）
Ｐ２＿０（Ｘ２＿０、Ｙ２＿０）＝（Ｘ２＿ｇ−Δｘ、Ｙ２＿ｇ−Δｙ）
Ｐ１＿０（Ｘ１＿０、Ｙ１＿０）＝（Ｘ１＿ｇ−Δｘ、Ｙ１＿ｇ−Δｙ）
Ｐ２＿０（Ｘ２＿０、Ｙ２＿０）＝（Ｘ２＿ｇ−Δｘ、Ｙ２＿ｇ−Δｙ）
ここで、ＧＮＳＳ誤差情報を適用する際の車両１０（車上装置２０）と地上装置６０との距離を、同じＧＮＳＳ衛星９８を使用する十分に近い範囲にすることで、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６における計測誤差を実質的にキャンセルでき、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６を用いて算出する車両１０の列車位置の精度を向上させることができる。
＜具体的技術＞
上記の絶対位置検知処理及びＧＮＳＳ誤差補正処理を実行するための構成を図２を参照して説明する。
上記の絶対位置検知処理及びＧＮＳＳ誤差補正処理を実行するための構成を図２を参照して説明する。
地上装置６０は、地上側運行制御部６２と、地上通信部６３とを備える。地上側運行制御部６２は、第３ＧＮＳＳアンテナ６１ｂの設置位置の位置情報を保持するとともに、第３ＧＮＳＳ部６１が受信したＧＮＳＳ信号を取得し、設置位置の位置情報とＧＮＳＳ信号から算出する位置情報との差（ＧＮＳＳ誤差情報）を算出し、地上通信部６３を介して車上装置２０へ送信する。地上通信部６３は、車上装置２０（車上通信部３３）と通信する。
車上装置２０は、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６が設置された車両１０に設けられており、列車（車両１０）の運行を制御する。具体的には、車上装置２０は、列車速度を制御したり、列車位置を推定したり、列車向きを推定したりすることで、列車（車両１０）の運行状態を把握し、適切な列車運行を実行するものである。また、車上装置２０は、地上装置６０と通信を行い、線路閉鎖等の処理を直接的又は間接的に行う。
車上装置２０は、車上側運行制御部３０と、列車状態特定部４０と、運行用データ部３１と、ＴＧ３２と、車上通信部３３と、走行履歴部３４とを備える。
運行用データ部３１は、列車（車両１０）が運行する路線の情報（運行情報）を記録している。運行情報として、列車（車両１０）が走行する経路情報、地点情報、各地点における列車進行方向の方位Ｄｐ、カーブ情報（始点、終点、曲率半径）及び速度制限区間毎の制限速度情報等がある。
走行履歴部３４は、車両１０の走行履歴を記録する。ＴＧ３２は、従来より用いられている車輪の回転にもとづいて速度を計測する速度計測装置である。車上通信部３３は、地上装置６０の地上通信部６３及び他の外部装置（例えば運行司令部等）と無線により情報を送受信する。
車上側運行制御部３０は、列車状態特定部４０やＴＧ３２、運行用データ部３１を用いて列車運行制御を行う。列車運行制御とは、例えば、列車（車両１０）の位置を特定したり、速度を算出したりし、算出結果等を所定の表示装置に表示する。速度の表示には、いずれか一方の速度を表示させてもよいし、両方の速度を表示させてもよい。
列車状態特定部４０は、列車位置算出部４２と、列車方位算出部４４と、ＧＮＳＳ検定部４６と、特定位置検出部４８とを備える。
列車位置算出部４２は、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６から、それぞれが検出した位置情報を取得する。また、列車位置算出部４２は、第１及び第２ＧＮＳＳ部１５、１６から出力される位置情報にもとづき、第１ＧＮＳＳアンテナ１５ａ、第２ＧＮＳＳアンテナ１６ａ間の実測距離Ｄを算出する。
列車方位算出部４４は、列車位置算出部４２が取得した位置情報をもとに、車両１０の進行方向（方位）を算出する。算出された進行方向（方位）は、特定位置検出部４８に出力される。
ＧＮＳＳ検定部４６は、上述のＧＮＳＳ検定処理を行う。すなわち、ＧＮＳＳ検定部４６は、図３（ａ）の「トレース」検定、図３（ｂ）の「位置」検定、図３（ｃ）の「方位」検定で示した処理を行う。このとき、ＧＮＳＳ検定部４６は、運行用データ部３１を参照する。
特定位置検出部４８は、ＧＮＳＳ検定が合格と判断された場合に、上述したＧＮＳＳの速度情報を用いた絶対位置検知処理を行う。絶対位置検知処理がなされると、車上側運行制御部３０等が行う列車（車両１０）の各種制御の為の位置情報が、検出された位置情報に更新される。すなわち、例えば、絶対位置検知処理が実行される前の走行状態の把握においてＴＧ３２が用いられたことで、車輪の空転や滑走などによって誤差が生じていた場合であっても、その誤差が適正にキャンセルされる。なお、車上側運行制御部３０は、生じている誤差が所定以上に大きい場合、列車（車両１０）の車輪等に不具合が発生している虞や運行用データ部３１のデータの誤り等があると判断し、運転者に警告したり、車上通信部３３を介して、運行司令部等へ通知してもよい。
絶対位置検知処理については、特定位置検出部４８は、（１）軌道の曲率による位置検知、（２）軌道のカーブ走行距離による位置検知、（３）軌道のカーブ変化点による位置検知の３種類の位置検知方法が選択的に用いられる。必要に応じてそれらを組み合わせてもよい。
また、特定位置検出部４８は、車両１０が地上装置６０から所定距離内に位置する場合に、地上装置６０からＧＮＳＳ誤差情報を取得し、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６が検出した位置情報に反映させる。
以上の構成による処理を、図７のフローチャートを参照して纏めて説明する。
車上装置２０では、列車状態特定部４０の列車位置算出部４２が、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６が受信したＧＮＳＳ信号をもとに、位置情報を算出する（Ｓ１０）。つづいて、ＧＮＳＳ検定部４６が、ＧＮＳＳ検定を行い、ＧＮＳＳ情報を使用できる状況にあるか否かを判断する（Ｓ１２）。
車上装置２０では、列車状態特定部４０の列車位置算出部４２が、第１ＧＮＳＳ部１５及び第２ＧＮＳＳ部１６が受信したＧＮＳＳ信号をもとに、位置情報を算出する（Ｓ１０）。つづいて、ＧＮＳＳ検定部４６が、ＧＮＳＳ検定を行い、ＧＮＳＳ情報を使用できる状況にあるか否かを判断する（Ｓ１２）。
ＧＮＳＳ検定が不合格の場合（Ｓ１４のＮ）、車上側運行制御部３０はＴＧ３２を用いた列車位置算出処理を行い、それにもとづく運行制御を行う（Ｓ１６）。ＧＮＳＳ検定が合格の場合（Ｓ１４のＹ）、車上側運行制御部３０は地上装置６０と通信があって地上装置６０（第３ＧＮＳＳ部６１）のＧＮＳＳ情報を用いるエリアにあるかいなかを判断する（Ｓ１８）。地上装置６０（第３ＧＮＳＳ部６１）のＧＮＳＳ情報を用いるエリアでない場合（Ｓ１８のＮ）、すなわちＧＮＳＳ誤差情報を用いないエリアの場合、車上装置２０は車上ＧＮＳＳデータ（第１ＧＮＳＳ部１５、第２ＧＮＳＳ部１６のＧＮＳＳ情報）を用いた列車位置算出を行い、それにもとづく運行制御を行う（Ｓ２０）。
地上装置６０（第３ＧＮＳＳ部６１）のＧＮＳＳ情報を用いるエリア内である場合（Ｓ１８のＹ）、車上装置２０は地上装置６０からＧＮＳＳ誤差情報を取得し（Ｓ２２）、車上ＧＮＳＳデータ（第１ＧＮＳＳ部１５、第２ＧＮＳＳ部１６のＧＮＳＳ情報）にＧＮＳＳ誤差情報を反映させ（Ｓ２４）、修正後の列車位置を算出し、その列車位置を用いた運行制御を行う（Ｓ２６）。
以上、本実施形態によれば、車両１０において、前後に所定の設置距離ａだけ隔てて設けられた第１及び第２のＧＮＳＳアンテナ１５ａ、１６ａに接続された第１及び第２のＧＮＳＳ受信部１５ｂ、１６ｂから出力される情報をもとに、列車（車両１０）の絶対位置を高精度に安定して決定することができる。特に、列車が駅に進入するような場合には、例えば、信号の切り替えや踏切の動作においてそれらを迅速かつ安全に行うためには、精度の高い列車位置検出が求められる。より具体的には、軌道の閉塞区間の設定・解除を適切なタイミングで行う必要がある。そのような場合に、プラットホーム８８の地上装置６０の第３ＧＮＳＳ部６１のＧＮＳＳ誤差情報を、車両１０の第１ＧＮＳＳ部１５、第２ＧＮＳＳ部１６で得られる位置情報に反映させ、位置情報の誤差を排除でき、その位置情報を用いた運行制御を迅速・安全に行うことができる。
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
１ 列車運行システム（位置検出システム）
１０ 車両
１５ 第１ＧＮＳＳ部
１５ａ 第１ＧＮＳＳアンテナ
１５ｂ 第１ＧＮＳＳ受信部
１６ 第２ＧＮＳＳ部
１６ａ 第２ＧＮＳＳアンテナ
１６ｂ 第２ＧＮＳＳ受信部
２０ 車上装置（位置検出装置）
３０ 車上側運行制御部
３１ 運行用データ部
３２ ＴＧ
３３ 車上通信部
３４ 走行履歴部
４０ 列車状態特定部
４２ 列車位置算出部
４４ 列車方位算出部
４６ ＧＮＳＳ検定部
４８ 特定位置検出部
６０ 地上装置
６１ 第３ＧＮＳＳ部
６１ａ 第３ＧＮＳＳ受信部
６１ｂ 第３ＧＮＳＳアンテナ
６２ 地上側運行制御部
６３ 地上通信部
７０ 指令センター
８８ プラットホーム
９９ 軌道
１０ 車両
１５ 第１ＧＮＳＳ部
１５ａ 第１ＧＮＳＳアンテナ
１５ｂ 第１ＧＮＳＳ受信部
１６ 第２ＧＮＳＳ部
１６ａ 第２ＧＮＳＳアンテナ
１６ｂ 第２ＧＮＳＳ受信部
２０ 車上装置（位置検出装置）
３０ 車上側運行制御部
３１ 運行用データ部
３２ ＴＧ
３３ 車上通信部
３４ 走行履歴部
４０ 列車状態特定部
４２ 列車位置算出部
４４ 列車方位算出部
４６ ＧＮＳＳ検定部
４８ 特定位置検出部
６０ 地上装置
６１ 第３ＧＮＳＳ部
６１ａ 第３ＧＮＳＳ受信部
６１ｂ 第３ＧＮＳＳアンテナ
６２ 地上側運行制御部
６３ 地上通信部
７０ 指令センター
８８ プラットホーム
９９ 軌道
Claims (5)
- 一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、
前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、
前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、
前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづき前記車両の位置を算出する位置算出部と、
地上側の設備からＧＮＳＳ誤差情報を取得する誤差情報取得部と、
を備え、
前記位置算出部は、前記地上側の設備から一定のエリア内にいる場合に、前記ＧＮＳＳ誤差情報を反映させて前記車両の位置を算出する
ことを特徴とする位置検出装置。 - 前記車両が走行する路線のデータベースと、
前記データベースと前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行できる状態にあるか否かを検定する検定部を備え、
前記位置算出部は、前記検定部が前記車両の位置の特定処理を実行できる状態にあると判断した場合には、前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行し、前記車両の位置の算出処理を実行できる状態に無いと判断した場合には、速度発電機にもとづいて前記車両の位置の特定処理を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。 - 前記位置算出部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記車両の位置の算出処理を実行する場合、前記第１ＧＮＳＳ受信部が算出する速度ベクトルと前記第２ＧＮＳＳ受信部が算出する速度ベクトルとの推移の特徴点と、前記データベースとを比較し、前記車両の位置の算出することを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
- 車両に搭載される車上装置と、地上側に設置される地上装置とによって、前記車両の位置を算出する位置検出システムであって、
前記車上装置は、
一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、
前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、
前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、
前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部が前記ＧＮＳＳ信号にもとづき前記車両の位置を算出する位置算出部と、
地上側の設備からＧＮＳＳ誤差情報を取得する誤差情報取得部と、
前記地上装置と通信する車上側通信部と、
を備え、
前記地上装置は、
前記ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ信号を受信する第３ＧＮＳＳアンテナと、
前記第３ＧＮＳＳアンテナに接続された第３ＧＮＳＳ受信部と、
前記第３ＧＮＳＳアンテナの位置情報を保持し、前記第３ＧＮＳＳアンテナが受信したＧＮＳＳ信号から算出される位置情報とから、前記ＧＮＳＳ誤差情報を算出する地上側制御部と、
前記ＧＮＳＳ誤差情報を前記車上装置へ送信する地上側通信部と、
を備え、
前記車上装置の前記位置算出部は、前記車両の位置を算出する場合に、前記ＧＮＳＳ誤差情報を反映させることを特徴とする位置検出システム。 - 車両に搭載される車上装置と、地上側に設置される地上装置及び指令センターとによって、前記車両の位置を算出する位置検出システムであって、
前記車上装置は、
一つの車両の前後方向に所定距離だけ離間して設けられた、ＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信する第１ＧＮＳＳアンテナ及び第２ＧＮＳＳアンテナと、
前記第１ＧＮＳＳアンテナに接続された第１ＧＮＳＳ受信部と、
前記第２ＧＮＳＳアンテナに接続された第２ＧＮＳＳ受信部と、
前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部の前記ＧＮＳＳ信号にもとづく位置情報を前記指令センターへ通知するとともに、前記位置情報をもとに前記車両の位置を算出する位置算出部と、
前記指令センターから前記車両の前記位置の修正情報を取得する誤差情報取得部と、
前記地上装置及び前記指令センターと通信する車上側通信部と、
を備え、
前記地上装置は、
前記ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ信号を受信する第３ＧＮＳＳアンテナと、
前記第３ＧＮＳＳアンテナに接続された第３ＧＮＳＳ受信部と、
前記第３ＧＮＳＳアンテナの位置情報を保持し、前記第３ＧＮＳＳアンテナが受信したＧＮＳＳ信号から算出される位置情報とから、前記ＧＮＳＳ誤差情報を算出し、前記指令センターへ通知する地上側制御部と、
前記車上装置と前記指令センターと通信する地上側通信部と
を備え、
前記指令センターは、前記車上装置と前記地上装置と通信し、前記車上装置から取得した前記第１ＧＮＳＳ受信部及び前記第２ＧＮＳＳ受信部の前記ＧＮＳＳ信号にもとづく前記位置情報と、前記地上装置から取得した前記ＧＮＳＳ誤差情報と、をもとに前記車両の位置情報を補正し、補正後の位置情報をもとに、前記車両の運行管理を行う位置検出システム。
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