JP2019059374A - 列車制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】列車編成の分割を行った場合に、列車が接近した状態においても安全な列車制御が可能な列車制御システムを提供する。【解決手段】列車制御システムは、列車１と地上設備４−１〜４−ｎ，５との間で通信を行って列車の運行と制御を行う。この列車制御システムは、列車編成を分割する場合に、先行列車１−１と後続列車１−２間の離隔距離に対応して伸長し且つ互いに重複しない、分割用の安全領域Ａ１，Ａ２を先行列車と後続列車に設定し、この安全領域における安全が担保されないときに非常停止させる、ことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、列車と地上設備との間で通信を行って列車の運行と制御を行う列車制御システムに関し、更に詳しくは、列車編成を分割した場合に、分割した相手列車との衝突を防止する技術に関する。

列車編成の併合や分割を行う場合には、２編成の列車が接近した状態となる。この際、ＣＢＴＣ（Communication-Base Train Control）が導入されたシステムでは、車上装置が併合直前、あるいは分割直後の相手列車を接近列車と見做して非常ブレーキを作動させるため、列車が走行不能になってしまう。

そこで、例えば特許文献１では、列車間に併合分割許可領域を設定し、列車の併合または分割を行う場合に、併合分割許可領域内に併合されるべきまたは分割された他の列車が存在していると、車上装置により当該列車を認識しないように制御している。

特許第５９４０７９５号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術は、特定の条件下で且つ一時的ではあるが、ＣＢＴＣシステムを非使用にすることになる。この状態では、分割後の先行列車と後続列車が誤って接近すると認識できないため、列車編成の分割直後の安全性を高めるという点で、まだ改良の余地がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、列車編成の分割を行った場合に、列車が接近した状態においても安全な列車制御が可能な列車制御システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る列車制御システムは、列車と地上設備との間で通信を行って列車の運行と制御を行う列車制御システムであって、列車編成を分割する場合に、先行列車と後続列車間の離隔距離に対応して伸長し且つ互いに重複しない、分割用の安全領域を先行列車と後続列車に設定し、前記安全領域における安全が担保されないときに非常停止させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、列車編成を分割する場合に、先行列車と後続列車間の離隔距離に対応して伸長し且つ互いに重複しない、分割用の安全領域を分割後の先行列車と後続列車に設定したので、車上装置が分割直後の相手列車を接近列車と見做して非常ブレーキを作動させることはない。そして、安全領域における安全が担保されないとき、例えば自列車の安全領域に他列車が進入したとき、あるいは自列車の安全領域が他列車の安全領域と重複したときに、自列車を非常停止させることができる。
従って、列車編成の分割後に、列車が接近した状態においても安全な列車制御が可能となり、分割した相手列車との衝突を抑制できる。

本発明の実施形態に係る列車制御システムを示す構成図である。 図１に示した列車制御システムにおいて、列車編成の分割を行った場合に、列車が接近した状態の動作を説明するための図である。 図１に示した列車制御システムにおいて、列車編成の分割を行った場合に、列車が離隔した状態の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る列車制御システムを示しており、図１（ａ）はシステム全体の概略構成図、図１（ｂ）は列車の構成図である。
図１（ａ）に示すように、列車１の軌道２に沿って所定位置に所定の間隔で沿線無線機（無線基地局）４−１，４−２，…，４−ｎが設けられており、アンテナ４−１ａ，４−２ａ，…，４−ｎａを介して列車１との間で無線通信によって情報の授受を行い、列車１の制御を行うようになっている。これら沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎと地上装置５とで地上設備が構成されている。

地上装置５は、各沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎに有線または無線により接続されている。この地上装置５は、列車位置検知部５ａ、ＣＢＴＣ制御部５ｂ、ＡＴＰ（Automatic Train Protection）装置５ｃ及びデータベース５ｄ等を備えている。図示しないが、地上装置５は軌道２に設定された管理区域ごとに複数設置され、対応する管理区域に属する沿線無線機を介して情報の送受信が可能に構成されるとともに、地上装置５同士で互いに情報の送受信が可能になっている。

列車位置検知部５ａは、列車１に搭載された車上無線機と、各沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎとの通信状態により列車１の位置を検知する。例えば沿線無線機４−ｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）と車上無線機間の往復にかかった伝搬時間から列車１の位置を計算し、地上子による位置補正を行って列車１の位置を検知する。あるいは、列車１にＧＰＳ（Global Positioning System）や光学式距離計測器のような距離検知センサを搭載して、列車１の位置を検知することもできる。検知した列車の位置情報は、車上装置から列車１の制御情報の１つとして頻繁に地上装置５に送信されている。

また、ＣＢＴＣ制御部５ｂは、列車位置検知部５ａで検知した列車１の位置情報と、列車１に搭載されている速度検出器などで検出した速度情報とに基づいて、列車１の位置と速度を把握し、運転速度や停止等の列車制御情報を生成する。
ＡＴＰ装置５ｃは、列車１からの位置情報を無線通信で受信することで、列車１の在線検知を行うものである。
更に、データベース５ｄは、各沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎと列車１に搭載された車上無線機のＩＤ（識別符号）、列車１の速度情報及び進路情報等を記憶している。

図１（ｂ）に示すように、列車１には、先頭車両１ａに車上装置６、最後尾の車両１ｂに車上装置７が搭載されている。車上装置６には車上無線機８−１とデータベース９−１が設けられ、車上装置７には車上無線機８−２とデータベース９−２が設けられている。これら車上装置６と車上装置７は、互いにデータ通信を行うようになっている。データベース９−１，９−２には、地上装置５のデータベース５ｄと同様なデータ、すなわち、各沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎと列車１に搭載された車上無線機のＩＤ（識別符号）、列車１の速度情報及び進路情報等が記憶されている。

車上無線機８−１は、列車１の進行方向（前方）に向かって指向性を有するアンテナ８−１ａに接続され、車上無線機８−２は、列車１の進行方向と逆方向（後方）に向かって指向性を有するアンテナ８−２ａに接続される。そして、車上無線機８−１と列車１の前方の沿線無線機との間で無線通信により情報の授受を行い、車上無線機８−２と列車１の後方の沿線無線機との間で無線通信により情報の授受を行う。

車上無線機８−１，８−２と沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎには、例えば国際的に規格化された汎用の無線帯域であるＩＳＭ（Industry Science Medical band）バンドと呼ばれる２．４ＧＨｚ帯を用いる汎用無線機を利用できる。そして、各車上無線機８−１，８−２と列車１に近接した沿線無線機とが１対１の関係で通信を確立し、情報の授受を行う。また、各車上無線機８−１，８−２と各沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎはそれぞれ自己診断機能を有し、自己診断した無線機の状態情報、すなわち正常に動作しているか故障しているかの情報を、データベース５ｄ，９−１，９−２に記憶することで、地上装置５と車上装置６，７間で共有している。

車上装置６，７は、列車１の移動に伴って各車上無線機８−１，８−２と通信相手となる各沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎの通信状態を順次切り替えるハンドオーバを行う。ハンドオーバは、列車１の移動により各車上無線機８−１，８−２が沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎに近接したときに、沿線無線機の位置で行う。

ハンドオーバ時以外では、地上装置５は、列車１の車上無線機８−１，８−２から無線送信された列車位置情報を、沿線無線機４−１，４−２，…，４−ｎのうち列車１に近接した２台の沿線無線機により２経路で取得し、列車位置検知部５ａで列車位置を検知する。そして、検知した列車位置に基づき、ＣＢＴＣ制御部５ｂで列車制御情報を生成し、上述した２経路を介して２台の沿線無線機から各車上無線機８−１，８−２に無線送信する。これら２経路で送信される電文は基本的には同一のもので、通信経路に冗長性を持たせている。車上装置６，７は、車上無線機８−１，８−２で受信した列車制御情報に基づき列車１を制御する。

次に、上記のようなＣＢＴＣシステムにおいて、列車編成の分割を行う場合の動作について、図２及び図３により詳しく説明する。説明を簡単にするために、図２（ａ）に示すように、４両編成の列車１を２両編成ずつに分割する場合を例に取る。

図２（ｂ）に示すように、列車編成の分割直後から、分割された双方の列車（先行列車１−１と後続列車１−２）の間にそれぞれ、各々の列車１−１，１−２が矢印で示すような自身の安全領域Ａ１，Ａ２を、相互に重複しないように設定する。この安全領域Ａ１，Ａ２は、列車の接近を検知するための接近検知ゾーンとして利用するもので、列車１−１，１−２の位置誤差と速度によって決まる。安全領域Ａ１，Ａ２の設定は、先行列車１−１と後続列車１−２がそれぞれ、最も近い沿線無線機からの走行距離を計測して、無線通信により地上装置５に送り、地上装置５の列車位置検知部５ａで先行列車１−１と後続列車１−２の位置を検知する。

そして、先行列車１−１と後続列車１−２は、分割直後から相互の列車方向の安全領域Ａ１，Ａ２内への列車の接近を検知し、安全が担保されないときに非常停止させる。安全が担保されないとは、例えば先行列車１−１の安全領域Ａ１内に後続列車１−２が存在するとき、後続列車１−２の安全領域Ａ２内に先行列車１−１が存在するとき、相互の安全領域Ａ１，Ａ２が重複したとき（この場合には他列車存在と見做す）等であり、自列車を非常停止させる。

また、分割した一方の列車が先行列車１−１として走行するとき、分割直後から先行列車１−１と後続列車１−２に対して通常のＡＴＰパターンによる走行制御を行う。すなわち、先行列車１−１は、前方方向（本来の進行方向）に通常の手続で安全バッファＢ１を設定することで、分割直後から進行方向の在線範囲に他列車がいるか否かを検知するなど、通常のＡＴＰパターンによる走行を行って進路の安全を確認する。

一方、後続列車１−２は、後方に通常の安全バッファＢ２を設定し、分割直後から後方在線範囲について在線の有無を確認する。このように、通常のＡＴＰパターンによる走行制御を実施することで、ＥＢ（Emergency Brake）制御を開始する。
なお、上述した安全バッファの設定及び安全バッファ内の他列車の在否検知は、各列車が必要な情報をＡＴＰ装置５ｃへ伝送し、ＡＴＰ装置５ｃが判断して決定することを前提とする。このＡＴＰ装置５ｃは、地上装置５内に設けられている場合を例に取って説明したが、車上装置６，７内に設けられていても良い。

ここで、「ＡＴＰパターン」とは、ＡＴＰのシステムにおいて、列車が停止しなければならない位置までの残り距離の情報を基に、その列車のブレーキ性能で実現可能なものとして計算された運転曲線（ブレーキパターン）のことである。
また、「安全バッファ」という用語は、それぞれの列車が持つ概念的な範囲を意味している。すなわち、システムが検知した列車の位置と、実際に列車が存在する位置の誤差であり、走行した距離の誤差とデータの伝送遅れの誤差がある。本例では、地上に配置した位置補正地上子の車上での位置検知誤差や走行距離の誤差は、車上装置６，７側で算出する。この算出結果を地上装置５に無線通信で送り、地上装置５側でデータ伝送の遅れによる誤差を補正して、安全バッファを設定するようになっている。そして、この範囲内に他の列車が存在する場合には、近接列車が存在すると認識して、地上装置５から近接列車を検知した車上装置６または７に非常停止を指令する、という処理が実行される。

図２（ｃ）に示すように、先行列車１−１の走行に伴い、後続列車１−２との距離が離隔すると、先行列車１−１と後続列車１−２の安全領域Ａ１，Ａ２は、先行列車１−１の走行に伴い、相互に重複しないように伸長（Ａ１’，Ａ２’で示す）する。従って、先行列車１−１と後続列車１−２の互いの距離が離れるほど、安全領域Ａ１，Ａ２は単調増加する。この安全領域Ａ１，Ａ２の伸長は、次の２つのケースが考えられる。

＜ケース１＞
先行列車１−１と後続列車１−２の離隔距離を、先行列車１−１と後続列車１−２に按分して安全領域Ａ１，Ａ２を伸長する。但し、この場合、後続列車１−２が誤って先行列車１−１を追従走行したときには、列車間隔が担保されない。
＜ケース２＞
先行列車１−１及び／または後続列車１−２の走行距離の合算分を、先行列車１−１と後続列車１−２の安全領域Ａ１，Ａ２に按分して伸長する。この場合には、先行列車１−１と後続列車１−２が離れていく状態を含む。

続いて、図３（ａ）に示すように、先行列車１−１の走行に伴い、後続列車１−２との距離が所定の距離ΔＤ（例えば、先行列車１−１の安全バッファＢ１と後続列車１−２の安全バッファＢ２が通常あるべき距離の最小値の和）まで離隔すると、安全領域Ａ１，Ａ２の設定を安全バッファＣ１，Ｃ２の設定に切り替える。先行列車１−１と後続列車１−２の各安全バッファＣ１，Ｃ２は、安全バッファＢ１，Ｂ２と同様な通常の手続で設定する。安全バッファＣ１，Ｃ２の通常あるべき長さは、地上に配置した位置補正地上子の車上での位置検知誤差や列車走行に伴う走行距離誤差などにより定まる。上記所定距離ΔＤは、例えば車載の走行検知センサ（車軸回転数検知器）により、先行列車１−１と後続列車１−２それぞれの走行距離を検知し、検知した走行距離に基づき算出する。
そして、所定距離ΔＤ以上離れると、図３（ｂ）に示すように、安全バッファＢ１，Ｂ２とＣ１，Ｃ２の設定を維持して先行列車１−１と後続列車１−２を走行させる。

上記のような構成によれば、列車編成を分割する場合に、先行列車１−１と後続列車１−２間の離隔距離に対応して伸長し且つ互いに重複しない、分割用の安全領域Ａ１，Ａ２を分割後の先行列車１−１と後続列車１−２に設定したので、自列車の安全領域Ａ１またはＡ２に他列車が進入したとき、及び自列車の安全領域Ａ１またはＡ２が他列車の安全領域Ａ１またはＡ２と重複したときに、地上装置５から停止指令を送信して自列車を非常停止させることができる。従って、列車編成の分割を行う場合に、列車が接近した状態においても安全な列車制御が可能となり、分割した相手列車との衝突を抑制できる。

以上の実施形態で説明された回路構成や動作手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１…列車、１−１…先行列車、１−２…後続列車、２…軌道、４−１，４−２，…，４−ｎ…沿線無線機、５…地上装置、５ａ…列車位置検知部、５ｂ…ＣＢＴＣ制御部、５ｃ…ＡＴＰ装置、６，７…車上装置、８−１，８−２…車上無線機、５ｄ，９−１，９−２…データベース、Ａ１，Ａ２…安全領域（接近検知ゾーン）、Ａ１’，Ａ２’…伸長した安全領域、Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２…安全バッファ、ΔＤ…先行列車と後続列車の距離

Claims (8)

1. 列車と地上設備との間で通信を行って列車の運行と制御を行う列車制御システムであって、
   列車編成を分割する場合に、先行列車と後続列車間の離隔距離に対応して伸長し且つ互いに重複しない、分割用の安全領域を先行列車と後続列車に設定し、前記安全領域における安全が担保されないときに非常停止させる、ことを特徴とする列車制御システム。
2. 前記非常停止は、前記先行列車と後続列車のうち前記安全領域への列車進入を検知した列車を非常停止させるものである、ことを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記非常停止は、前記先行列車と後続列車の前記安全領域が重複したことを検知したら非常停止させるものである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の列車制御システム。
4. 前記先行列車と前記後続列車の離隔距離が所定値より大きくなったときに、前記先行列車と前記後続列車にそれぞれ、列車が走行したときに発生する位置誤差を考慮するための安全バッファを設定する、ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１つの項に記載の列車制御システム。
5. 前記所定値は、前記先行列車と前記後続列車のそれぞれの速度に対応する前記安全バッファの最小値よりも大きい、ことを特徴とする請求項４に記載の列車制御システム。
6. 前記安全領域は、前記先行列車と前記後続列車の離隔距離を、前記先行列車と前記後続列車に按分して離隔距離に対応して伸長するものである、ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１つの項に記載の列車制御システム。
7. 前記安全領域は、前記先行列車と前記後続列車の走行距離の合算分を、前記先行列車と前記後続列車に按分して伸長するものである、ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１つの項に記載の列車制御システム。
8. 所定の軌道を走行する前記列車に搭載された車上装置と、前記車上装置の情報を送受信する車上無線機と、地上の所定位置に設けられた複数の沿線無線機と、前記軌道に設定された管理区域ごとに設置され、前記管理区域に属する前記沿線無線機に送受信可能に接続されるとともに、互いに情報の送受信が可能な複数の地上装置と、を更に備え、前記列車と前記地上装置との間で無線通信を行って列車の運行と制御を行う、ことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１つの項に記載の列車制御システム。