JP2019129582A - 地上子検測装置及び車上子適性判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行する車両によって検測を行うといった場合にも対応可能にする地上子検測装置及び車上子の検測を行う車上子適性判定装置を提供すること。【解決手段】共振回路推定部２０において地上子検測装置１００で受信した地上子ＢＡの受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定し、さらに、推定された共振回路のパラメータに基づいて判定部３０において地上子ＢＡの状態を検出している。これにより、例えば営業車両のような高速走行する車両によって検測を行う、といった受信信号から取得できる情報に制限が多くなると予想されるような場合であっても、列車上限速度やアンテナを変えることなく、的確に地上子ＢＡの検測を行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、地上子の検測を行う地上子検測装置及び車上子の検測を行う車上子適性判定装置に関する。

地上子の検測については、例えば、線路に設置されている地上子が定格内にあるか否かを判断するために、共振周波数ｆ０やＱ値の測定を行っている。現在、共振周波数ｆ０やＱ値といったパラメータの測定のために、作業員が現地に赴くか、または電気検測車を用いており、非常に手間の掛かるものとなっている。

これに対して、営業車両を通常通り運用しつつ、地上子から受信した信号より共振周波数ｆ０やＱ値の測定を同時に行う、営業車検測と呼ばれる手法を実現すべく、データを離散フーリエ変換して得られた離散的スペクトルにより、地上子の共振周波数ｆ０やＱ値を測定算出するもの（特許文献１参照）が知られている。

しかしながら、営業車両の場合、列車は営業最高速度で地上子上を通過することもあり、信号を受信する回数の限界や、受信した信号のレベルの変動といった問題があり、離散フーリエ変換等を利用したとしても、営業車両の速度によっては、走行中の短い結合時間では、良好な状態で共振周波数ｆ０やＱ値を測定できない可能性がある。

なお、上記の離散フーリエ変換とは異なる手法で共振周波数ｆ０やＱ値を短時間で求めるもの（特許文献２参照）も知られているが、この場合、共振周波数ｆ０やＱ値を求めるために特殊な信号処理を行うべく、複雑な構成を設ける必要がある。

特開平５−２６４６１７号公報 特開２０１４−４９９１号公報

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、例えば営業車両のような高速走行する車両によって検測を行うといった場合にも対応可能にする地上子検測装置及び車上子の検測を行う車上子適性判定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る地上子検測装置は、地上子から受信した受信信号のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、スペクトル取得部で取得した受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定する共振回路推定部と、共振回路推定部で推定された共振回路のパラメータに基づいて地上子の状態を検出する判定部とを備える。

上記地上子検測装置では、共振回路推定部において受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定し、推定された共振回路のパラメータに基づいて判定部において地上子の状態を検出している。つまり、地上子に関するデータから直接的に共振周波数ｆ０やＱ値を求める方法とは異なり、共振回路のパラメータを推定する手法を利用することで、例えば営業車両のような高速走行する車両によって検測を行う、といった受信信号から取得できる情報に制限が多くなると予想されるような場合であっても、的確に地上子の検測を行うことができる。

本発明の具体的な側面では、判定部は、地上子の状態の検出に基づいて判定を行う。この場合、地上子の状態の検出に基づいて、地上子について簡易かつ迅速な適正判定が可能となる。

本発明の別の側面では、スペクトル取得部は、高速フーリエ変換処理により、受信信号についての周波数スペクトルを取得し、共振回路推定部は、受信信号の周波数スペクトルに対応する共振回路のパラメータとして、インダクタ、キャパシタ及び電気抵抗の値を推定する。この場合、高速フーリエ変換処理により迅速な処理を可能としつつ、共振回路のパラメータの具体的内容としてインダクタ、キャパシタ及び電気抵抗の値を推定することで、地上子の適正を判定するための的確な共振回路の推定ができる。

本発明のさらに別の側面では、判定部は、共振回路推定部で推定された共振回路のパラメータに基づいて共振周波数とＱ値を算出する算出部を有する。この場合、共振回路のパラメータから直ちに共振周波数とＱ値を算出することができる。

本発明のさらに別の側面では、共振回路推定部は、最適化アルゴリズムにより、共振回路のパラメータを推定する。この場合、パラメータの推定処理を迅速かつ的確にできる。

本発明のさらに別の側面では、地上子から受信した受信信号について、当該地上子上を通過する列車の速度情報に基づいて補正を行う受信信号補正部を備える。この場合、列車の速度に応じた受信信号の補正によってより精度の高い検出をすることができる。

本発明のさらに別の側面では、スペクトル取得部、共振回路推定部及び判定部は、列車に搭載されている。この場合、列車において、地上子の状態を検出できる。

本発明のさらに別の側面では、列車に搭載され、当該列車において取得した地上子に関する情報を送信する送信部と、送信部から送信された地上子に関する情報を受信する受信部を有するとともに、スペクトル取得部、共振回路推定部及び判定部のうち、少なくとも判定部を有して、受信部で受信した情報に基づいて地上子の適正判定を行う中央管理部とを備える。この場合、列車から送信された情報に基づいて、中央管理部において、地上子の状態を検出できる。

本発明のさらに別の側面では、中央管理部は、複数の列車から取得した地上子に関する情報に基づいて地上子の適正判定を行う。この場合、複数の列車からの情報に基づきより的確な地上子についての判定ができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る車上子適性判定装置は、複数の列車にそれぞれ搭載され、各列車の車上子において取得した地上子に関する情報を送信する送信部と、送信部から送信された地上子に関する情報を受信する受信部と、受信部で受信した情報に基づいて地上子からの受信信号のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、スペクトル取得部で取得した受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定する共振回路推定部と、共振回路推定部で推定された共振回路のパラメータに基づいて地上子の状態を検出する判定部とを備え、判定部は、複数の列車からそれぞれ取得した情報についての比較に基づいて、各列車の車上子の状態を検出する。

上記車上子適性判定装置では、複数の列車からの共振回路推定部において地上子からの受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定し、推定された共振回路のパラメータに基づいて判定部において地上子の状態を検出している。この際、複数の列車からの情報に基づいて判定を行うことで、より的確な地上子についての判定ができる。さらに、判定部は、この際、複数の列車からそれぞれ取得した情報についての比較をすることで、反射的に各列車に搭載される車上子の状態を検出可能としている。つまり、各列車の車上子の適正判定を可能としている。

第１実施形態に係る地上子検測装置について示す概念図である。 地上子と車上子との送受信の様子を例示する概念図である。 地上子の送信波形の一例を示すグラフである。 （Ａ）は、スペクトル取得部における検測結果について一例を示すグラフであり、（Ｂ）は、共振回路推定部において、（Ａ）に示す結果に対応する共振回路を推定する過程での一例を示すグラフである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、スペクトルに対応する共振回路のパラメータの探索過程の様子を示すグラフである。 第２実施形態に係る地上子検測装置について示す概念図である。 （Ａ）は、地上子検測装置における受信波の測定タイミングの一例を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の場合における車上子と地上子との間の距離の変動について示す図である。 第３実施形態に係る地上子検測装置について示す概念図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、第１実施形態に係る地上子検測装置について一例を説明する。図１は、本実施形態に係る地上子検測装置１００について示す概念図である。図示の例では、地上子検測装置１００は、列車ＴＲに搭載されており、車上子（ここではＳ形車上子とする）ＢＣと接続されている。地上子検測装置１００は、スペクトル取得部１０と、共振回路推定部２０と、判定部３０とを備え、車上子ＢＣを介して地上子（Ｓ形地上子とする）ＢＡから受信した受信信号についての解析処理を行うことで、地上子ＢＡについての検測を、列車ＴＲ内すなわち車上側において可能としている。

地上子検測装置１００のうち、スペクトル取得部１０は、車上子ＢＣを介して地上子ＢＡから受信した受信信号のスペクトルを取得するための信号処理回路であり、ここではＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理により、信号の周波数特性についての検出（後述する図４（Ａ）参照）を可能としている。すなわち、スペクトル取得部１０では、受信信号の周波数スペクトルが取得可能となっている。

共振回路推定部２０は、スペクトル取得部１０で取得した受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定するための信号処理回路である。本実施形態では、最適化アルゴリズムを利用して、共振回路のパラメータの推定を行うが、ここでの一例としては、既知のアルゴリズムであるＰＳＯ（Particle Swarm Optimization；粒子群最適化）を採用する。なお、処理内容に関して、詳しくは、図４、５を参照して後述する。

判定部３０は、共振回路推定部で推定された共振回路のパラメータに基づいて地上子ＢＡの状態を検出し、検出結果に基づいて、地上子ＢＡが適正な状態にあるか否かの判定を行う。

以下、図２を参照して、地上子ＢＡと車上子ＢＣとの送受信の様子について、一例を説明する。なお、既述のように、ここでは、地上子ＢＡ及び車上子ＢＣとして、Ｓ形地上子及びＳ形車上子を採用した場合について説明する。

まず、図示のように、地上子ＢＡは、ループアンテナ等で構成されるＲＬＣ共振回路ＲＰを有する。なお、ここで、共振回路は、直列共振回路である。すなわち、ＲＬＣ共振回路ＲＰは、直列配置されるインダクタ、キャパシタ及び電気抵抗によって構成されている。一方、車上子ＢＣは、ループアンテナで構成される送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲを有する。

以上のような構成における地上子ＢＡ及び車上子ＢＣの間での営業車両における通常の動作として、まず、車上子ＢＣは、走行時において、送信アンテナＡＴによる共振周波数を１０５ｋＨｚとする発信動作を常時行っている。一方、地上子ＢＡは、車上子ＢＣからの発信動作をＲＬＣ共振回路ＲＰにおいて受けた場合に、これに応じて返信信号を返す。車上子ＢＣは、受信アンテナＡＲにおいて、地上子ＢＡからの返信信号を受ける。以上のような動作の前提として、地上子ＢＡは、例えば信号機よりも所定距離手前の地点に配置され、「停止」又は「停止でない」の情報を有している。より具体的には、通常の（「停止でない」）場合には、１０５ｋＨｚで信号発信をするが、信号機が停止現示の場合、この地上子ＢＡを１３０ｋＨｚで信号発信するようになっている。これにより、上記の状態で車上子ＢＣを搭載した列車ＴＲが地上子ＢＡ上を通過すると、車上子ＢＣにおいて通常時に発信していた１０５ｋＨｚが１３０ｋＨｚに変周され、ＡＴＳ装置が作動する。

ここで、本実施形態では、信号送信に際しては、共振周波数ｆ０をピーク周波数としつつ周波数信号を拡散変調してある程度の波長帯域を有する波形の信号を適用する。また、このような特性の信号を、ここでは、ＳＳ（スペクトラム拡散）波信号と呼ぶこととし、以下では、例えばＳＳ波等とも記述する。なお、図３は、地上子ＢＡからの送信波形の一例を示している。図３において、横軸は周波数であり、縦軸は、信号強度を示している。この場合、典型的には、ピーク周波数である共振周波数ｆ０とＱ値とによってその特性を捉えることで、地上子ＢＡの動作が適正な状態であるか否かが判定できる。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、地上子検測装置１００においてＳＳ波信号の送受信を行う構成とすることで、上記のような地上子ＢＡ及び車上子ＢＣの間での通常の動作に加え、地上子検測装置１００による地上子ＢＡについての検測を行うためのＳＳ波信号の利用が可能となっている。すなわち、地上子検測装置１００は、車上子ＢＣの送信アンテナＡＴを介してＳＳ波送信を地上子ＢＡに対して行い、地上子ＢＡからの返信信号を、車上子ＢＣの受信アンテナＡＲを介して受ける、すなわちＳＳ波受信をすることで、地上子ＢＡが適正な状態にあるか否かを判定するためのデータ取得を行っている。

地上子検測装置１００において上記のようにして取得したデータに基づく地上子ＢＡが適正なものとなっているすなわち正常に動作できる状態にあるか否かの判定の典型例として、データからＦＦＴ処理を適宜施すことで、周波数に関する特性として共振周波数ｆ０やＱ値といったパラメータを測定あるいは算出し、それらの値が、本来地上子ＢＡとしてあるべき数値に対して適正な誤差範囲内にあるか否かを判定するといったものが考えられる。しかしながら、共振周波数ｆ０やＱ値を正確に求めるためには、図３のような送信波形をできるだけ的確に捉える必要が生じる。一方で、例えば、営業車両を通常通り運用しつつ、地上子ＢＡから受信した信号より共振周波数ｆ０やＱ値の測定を同時に行おうとすると、営業速度に応じて地上子ＢＡ及び車上子ＢＣの間での結合時間すなわち通信可能時間が短くなるため、信号を受信する回数の限界や、受信した信号のレベルの変動といった問題が生じる。あるいは、測定の回数や精度を高めるべく、送受信に用いるアンテナや発信装置等を高性能なものに置き換えるといったことが必要になる。例えば、営業最高速度が１００ｋｍ／ｈとなるような場合には、地上子ＢＡの通過時間は数ミリ秒程度になることも考えられる。この場合、通常のアンテナ送受信では、測定回数がせいぜい数回程度となり、直接的に共振周波数ｆ０やＱ値を正確に求めるには、データが不十分とならないよう、アンテナ等の性能を上げる必要が生じると考えられる。

これに対して、本実施形態では、地上子検測装置１００では、直接的に共振周波数ｆ０やＱ値を求めるのではなく、共振回路のパラメータを推定し、推定された共振回路のパラメータに基づいて地上子ＢＡの状態を検出している。これにより、周波数スペクトル全体のデータを使用することができるため、例えば営業車両のような高速走行する車両によって検測を行う、といった受信信号から取得できる情報に制限が多くなると予想されるような場合であっても、的確に地上子ＢＡの検測を行うことができるようにしている。

ここでは、既述のように、地上子ＢＡを構成するＲＬＣ共振回路ＲＰは、直列共振回路である。したがって、推定すべき共振回路のパラメータとして、インダクタ（Ｌ）、キャパシタ（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）の値を採用する。すなわち、スペクトル取得部１０におけるＦＦＴ処理により取得した受信信号についての周波数スペクトルから、当該周波数スペクトルに対応する共振回路のパラメータとして、インダクタ、キャパシタ及び電気抵抗の値を推定する。

以下、図４及び図５等を参照して、地上子検測装置１００による地上子ＢＡの検測、すなわち共振回路のパラメータの推定方法についての一例を説明する。

図４（Ａ）は、スペクトル取得部１０における検測結果について一例を示すグラフであり、４（Ｂ）は、共振回路推定部２０において、４（Ａ）に示す結果に対応する共振回路を推定する過程での一例を示すグラフである。図３の場合と同様に、図４（Ａ）及び４（Ｂ）において、横軸は周波数であり、縦軸は、信号強度を示している。図中、ひし形の点で示されるドット線Ｃ１は、車上子ＢＣからのデータをスペクトル取得部１０においてＦＦＴ処理を適宜施した結果得られたスペクトルを示している。一方、正方形の点で示されるドット線Ｃ２は、電気抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）の値を適当に組み合わせた場合においてその組み合わせで構成される共振回路のスペクトルを示している。なお、図４（Ｂ）では、一例として、各パラメータをＲ＝１５００［Ω］、Ｌ＝３０［Ｈ］、Ｃ＝１［μＦ］とした場合の様子を示している。この場合、ドット線Ｃ２は、ドット線Ｃ１とかなり異なっていることが分かる。すなわち、Ｒ，Ｌ，Ｃの各パラメータについて、上記数値の組合せでは、ドット線Ｃ１に示される特性を有する共振回路であるとは考えにくいことが分かり、異なる組合せを選択すべきであることになる。言い換えると、ドット線Ｃ１とドット線Ｃ２とのの誤差が最も小さくなるようなＲ，Ｌ，Ｃの組合せを、共振回路推定部２０において探索すればよい。

上記のような探索の方法として、ここでは、既知の最適化アルゴリズムの１つであるＰＳＯ（Particle Swarm Optimization；粒子群最適化）を採用する。すなわち、ＰＳＯを利用することで、上記のような要件を満たす最適なＲ，Ｌ，Ｃの組合せを迅速かつ的確に見つけるものとしている。

図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、共振回路推定部２０によるスペクトルに対応する共振回路のパラメータである電気抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）の探索過程の様子を示すグラフである。すなわち、既知のＰＳＯを利用して、最適なＲ，Ｌ，Ｃの組合せを探索したシミュレーション結果についての一例を示している。なお、この場合、各グラフの横軸は、ＰＳＯを利用した探索における世代すなわち探索回数を示しており、縦軸は、各世代における電気抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）の各スコア（値）を示している。

図５に示す例では、ＰＳＯを利用したＲ，Ｌ，Ｃの組合せの探索による推定を行うことが可能であるか否かを確認するため、適宜定めた初期値から最適値として推定される値が、真の値に近づくか否かを検証している。具体例として、ここでは、真の値：Ｒ＝１０００［Ω］、Ｌ＝２０［Ｈ］、Ｃ＝１［μＦ］とした。また、Ｒ＝０〜１００００［Ω］、Ｌ＝０〜１００［Ｈ］、Ｃ＝０〜１０［μＦ］を取りうる範囲とし、この範囲で推定した。また、最適化手法として２０点、最大２０００世代までとし、周波数ω＝１０，２０，３０，…，９９９０，１００００のときに、真値との誤差を測定し、誤差の総和が最小になるようなＲ，Ｌ，Ｃを求めた。この結果、Ｒ，Ｌ，Ｃについて、図５（Ａ）〜５（Ｃ）のような結果が得られた。図中において、直線Ｒｔ，Ｌｔ，Ｃｔは、上記真の値Ｒ＝１０００［Ω］、Ｌ＝２０［Ｈ］、Ｃ＝１［μＦ］を示している。一方、曲線Ｒａ，Ｌａ，Ｃａは、ＰＳＯを利用した探索による世代ごとの数値変化を示している。世代が進むにつれて、曲線Ｒａ，Ｌａ，Ｃａが、急速に直線Ｒｔ，Ｌｔ，Ｃｔに近づいて収束している、すなわち真値との誤差が急減して推定値が一意的に決定されていくことが分かる。なお、数値を適宜変更して、同様のシミュレーションを行った。これらの結果から、上記のようなＰＳＯを適用することで、最適なＲ，Ｌ，Ｃの探索が十分可能であると考えられる、すなわちパラメータの推定が可能である、という結果が得られた。

以上のようにして、取得されたデータに基づき推定された電気抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）が、本来あるべき地上子ＢＡの構成としてあるべき電気抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）の数値に対して適正な誤差範囲内にあるか否かを判定することで、地上子ＢＡが適正な状態にあるか否かを判定する。

なお、一般に、共振周波数ｆ０及びＱ値については、それぞれ電気抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）に対して、

で定まるから、これらの式に、探索の結果得られた電気抵抗（Ｒ）、インダクタ（Ｌ）及びキャパシタ（Ｃ）を代入して、計算的にそれぞれ算出できる。これらの値を、地上子ＢＡが適正な状態にあるか否かを判定するために利用してもよい。なお、この場合、判定部３０が、上記共振回路のパラメータに基づいて共振周波数ｆ０及びＱ値を算出する算出部として機能させるようにする、あるいは、算出部を構成する部分を有するようにすることが考えらえる。

以下、上述した地上子検測装置１００による地上子ＢＡの検測方法についての一連の動作を再度まとめ直す。

まず、図２に示すように、列車ＴＲに搭載されている地上子検測装置１００は、車上子ＢＣを介して、ＳＳ波を送信し続ける。これにより、列車ＴＲが地上子ＢＡを通過する際に、地上子検測装置１００は、ＳＳ波を受信する。地上子検測装置１００は、ＳＳ波を受信すると、スペクトル取得部１０により、受信したＳＳ波を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、図４（Ａ）に例示するような周波数スペクトルを算出する。次に、地上子検測装置１００は、共振回路推定部２０により、最適化アルゴリズムを利用して、算出した周波数スペクトルに対応する共振回路のパラメータＬ，Ｃ，Ｒの値を推定する。最後に、地上子検測装置１００は、判定部３０により、推定された共振回路のパラメータであるＬ，Ｃ，Ｒの値から、検測対象の地上子ＢＡが適正な状態にあるか否かを判定する。なお、この際、推定された共振回路のパラメータから、共振周波数ｆ０及びＱ値を算出するものとしてもよい。

なお、以上の例では、最適化アルゴリズムとしてＰＳＯを利用するものとしているが、上記のようなパラメータの推定のための探索が可能なアルゴリズムであれば、ＰＳＯに限らず、種々のアルゴリズムを利用することが可能である。また、上記のような条件により適応させたアルゴリズムを新たに作成することも考えられる。また、最適化アルゴリズムを利用した推定では、ピーク値やその周辺のデータのみではなく、周波数スペクトル全体のデータを使用することが可能であるため、高い精度で共振回路のパラメータＬ，Ｃ，Ｒ、延いては共振周波数ｆ０及びＱ値を算出できると考えられる。

また、上記の場合、通常のアンテナ送受信で得られる情報を用いて高い精度でパラメータの算出ができるため、例えば推定のために周波数スペクトルについてより正確な情報を取得する、といったことが必ずしも必須的事項ではない。このため、受信信号から取得できる情報に制限がある場合であっても必要なパラメータの推定が可能になると考えられる。

以上のように、本実施形態では、地上子ＢＡに関するデータから直接的に共振周波数ｆ０やＱ値を求めるのではなく、共振回路推定部２０において地上子検測装置１００で受信した地上子ＢＡの受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定し、さらに、推定された共振回路のパラメータに基づいて判定部３０において地上子ＢＡの状態を検出している。これにより、例えば営業車両のような高速走行する車両によって検測を行う、といった受信信号から取得できる情報に制限が多くなると予想されるような場合であっても、列車上限速度やアンテナを変えることなく、的確に地上子ＢＡの検測を行うことができる。

〔第２実施形態〕
以下、図６及び図７を参照して、第２実施形態に係る地上子検測装置について一例を説明する。

本実施形態に係る地上子検測装置は、第１実施形態の地上子検測装置の変形例であり、地上子から受信した受信信号について、当該地上子上を通過する列車の速度情報に基づいて補正を行う点を除き同様の構成要素を有するため、全体構成については、説明を省略する。また、共通する構成要素については第１実施形態の場合と同じ符号を付している。

図６は、本実施形態に係る地上子検測装置２００について示す概念図であり、図１に対応する図である。

図示のように、本実施形態においても、地上子検測装置２００は、列車ＴＲに搭載されており、車上子ＢＣと接続されている。さらに、本実施形態では、地上子検測装置２００は、列車ＴＲの速度を計測する速度計ＳＭにも接続されている。すなわち、地上子検測装置２００は、速度計ＳＭから列車ＴＲの速度情報を取得することが可能となっており、ここでは特に、地上子ＢＡを通過する際における列車ＴＲの速度情報を取得する構成となっている。速度情報を利用することにより、地上子検測装置２００が列車ＴＲの速度情報を加味した信号処理を行っている点において、本実施形態は、第１実施形態の場合と異なっている。

以下、図６等を参照して、本実施形態に係る地上子検測装置２００について、より詳細に説明する。

まず、地上子検測装置２００は、スペクトル取得部１０と、共振回路推定部２０と、判定部３０とに加え、地上子ＢＡから受信した受信信号についての補正を行う受信信号補正部４０をさらに備えている。

受信信号補正部４０は、速度計ＳＭに接続され信号受信可能となっており、速度計ＳＭから受けた列車ＴＲの速度情報に基づいて、地上子ＢＡから受信した受信信号に対して補正処理を行う信号処理回路である。なお、地上子ＢＡを通過する時間は、列車ＴＲの速度変化の度合いと比較すると非常に短い時間であると考えられるため、以下では、地上子ＢＡを通過する間において、列車ＴＲの速度は一定であるものとして考える。

列車ＴＲの通過に際して、車上子ＢＣからの信号の送信タイミングによって、車上子ＢＣと地上子ＢＡとの間の距離は、刻々と変化する。具体的には、図７（Ａ）に一例を示すように、地上子ＢＡの真上を基準とし、ここでの測定を第０回とした各測定タイミングを第ｎ回（ｎ：整数）とし、地上子ＢＡの真上での車上子ＢＣとの距離すなわち最短距離をｒとし、１回の測定タイミングの間に進む距離（すなわち列車ＴＲの速度に相当する値）をｖとすると、距離は、［ｒ^２＋（ｖｎ）^２］^１／２となり、各測定タイミングについて、図７（Ｂ）のように示される。この距離の変化は、例えば信号受信の強度の変化として現れ、共振回路の電気抵抗（Ｒ）等の推定や、さらには、共振周波数ｆ０、Ｑ値の算出に特に大きく影響すると考えられる。なお、上記では、説明の簡略化のために、地上子ＢＡの真上での測定を第０回としているが、測定タイミングによっては、地上子ＢＡの真上では測定できない場合もあり得る。しかし、地上子ＢＡの真上での測定がなされない場合においても、測定タイミングによる車上子ＢＣと地上子ＢＡとの間の距離の変化は同様に生じ、上記と同様の考えが適用できる。また、地上子ＢＡの真上で測定できない場合であっても、例えば信号受信の強度の変化の仕方から、各測定タイミングと地上子ＢＡに対する位置は推定可能である。

本実施形態では、速度計ＳＭからの速度情報を用いた補正を行うことで、算出結果に対する時間的な変動（距離の影響）をキャンセルし、より高い精度で検測を実現している。なお、速度情報を用いた補正の仕方については、種々の態様が考えられる。

以下、上述した地上子検測装置２００による地上子ＢＡの検測方法についての一連の動作の一例を示す。

まず、列車ＴＲに搭載されている地上子検測装置２００は、車上子ＢＣを介して、ＳＳ波を送信し続け、列車ＴＲが地上子ＢＡを通過する際に、地上子検測装置２００は、ＳＳ波を受信する。この際、併せて、速度計ＳＭからの速度情報を利用して、各測定タイミングと地上子ＢＡに対する車上子ＢＣの位置関係とが把握される。地上子検測装置２００は、ＳＳ波を受信すると、スペクトル取得部１０により、受信したＳＳ波を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数スペクトルを算出する。次に、地上子検測装置２００は、共振回路推定部２０により、最適化アルゴリズムを利用して、算出した周波数スペクトルに対応する共振回路のパラメータＬ，Ｃ，Ｒの値を推定する。ここで、周波数スペクトルの算出や、あるいは、共振回路のパラメータＬ，Ｃ，Ｒの推定に際して、受信信号補正部４０により列車ＴＲの速度情報に基づく補正がなされる。なお、補正の方法については、種々考えられるが、例えば、速度と測定タイミング間に進む距離との関係についてのパラメータが予め定められており、取得した速度情報に基づいて当該パラメータに従った補正をする、といったことが考えられる。最後に、地上子検測装置２００は、判定部３０により、推定された共振回路のパラメータＬ，Ｃ，Ｒの値から、検測対象の地上子ＢＡが適正な状態にあるか否かを判定する。

以上のように、本実施形態においても、地上子ＢＡに関するデータから直接的に共振周波数ｆ０やＱ値を求めるのではなく、共振回路推定部２０において地上子検測装置２００で受信した地上子ＢＡの受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定し、さらに、推定された共振回路のパラメータに基づいて判定部３０において地上子ＢＡの状態を検出している。これにより、例えば営業車両のような高速走行する車両によって検測を行う、といった受信信号から取得できる情報に制限が多くなると予想されるような場合であっても、列車上限速度やアンテナを変えることなく、的確に地上子ＢＡの検測を行うことができる。また、本実施形態においては、車上子ＢＣと地上子ＢＡとの間の距離の変化についても加味することで、より高精度な測定を可能としている。

〔第３実施形態〕
以下、図８を参照して、第３実施形態に係る地上子検測装置について一例を説明する。

図８は、本実施形態に係る地上子検測装置についての概念図である。本実施形態に係る地上子検測装置３００は、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…ではなく、路線の全体を統括する中央管理部ＣＴにおいて、地上子ＢＡの適正判定を行っている点において、他の実施形態と異なっている。なお、他の実施形態と共通する構成要素については同じ名称を用い、詳しい説明を省略する。

さらに、本実施形態では、地上子検測装置３００は、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…に搭載された車上子ＢＣａ，ＢＣｂ…について検測する車上子適性判定装置としても機能することが可能な構成となっている。

以下、図８を参照して、本実施形態に係る地上子検測装置３００について、より詳細に説明する。地上子検測装置３００は、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…に搭載されるものとして、車上側地上子検測部３１０ａ，３１０ｂ…と、送信部Ｔｘａ，Ｔｘｂ…とを備える。また、地上子検測装置３００は、中央管理部ＣＴを構成するものとして、受信部Ｒｘと、地上子検測・車上子適正判定処理部３２０とを備える。

まず、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…において、車上側地上子検測部３１０ａ，３１０ｂ…は、車上子ＢＣａ，ＢＣｂ…とそれぞれ接続されており、また、送信部Ｔｘａ，Ｔｘｂ…ともそれぞれ接続されている。

また、車上側地上子検測部３１０ａ，３１０ｂ…は、スペクトル取得部１０ａ，１０ｂ…をそれぞれ有し、地上子ＢＡから受信した受信信号のスペクトルを地上子ＢＡに関する情報として取得可能となっており、当該情報を送信部Ｔｘａ，Ｔｘｂ…を介して中央管理部ＣＴにそれぞれ送信している。

次に、中央管理部ＣＴにおいて、地上子検測・車上子適正判定処理部３２０は、受信部Ｒｘを介して、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…から地上子ＢＡに関する情報を受信する。

また、地上子検測・車上子適正判定処理部３２０は、共振回路推定部２０と、判定部３０とを備え、受信した情報に基づいて解析処理を行うことで、地上子ＢＡについての検測を可能としている。例えば、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…が、１つのすなわち同一の地上子ＢＡをそれぞれ通過する際に、地上子ＢＡに関する情報の取得を行い、取得した情報を中央管理部ＣＴにおいて一括して解析する。これにより、同一の地上子ＢＡを通過した複数の列車の台数分の情報に基づいて、当該地上子ＢＡの適正判定を行うことも可能である。また、同様のことを路線上に配置される全ての地上子に対して行うことができる。以上のように、本実施形態では、中央管理部ＣＴは、複数の列車ＴＲａ，ＴＲｂ…から取得した地上子ＢＡに関する情報に基づいて地上子ＢＡの適正判定を行うことができる。

さらに、この場合、地上子検測装置３００は、判定部３０において、複数の列車ＴＲａ，ＴＲｂ…からそれぞれ取得した情報についての比較に基づいて、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…の車上子ＢＣａ，ＢＣｂ…の状態を検出する車上子適性判定装置として機能することも可能である。すなわち、判定部３０が、車上子適正判定部３０ａとして機能することも可能である。具体的に説明すると、まず、前提として、上記のように、複数の列車ＴＲａ，ＴＲｂ…から同一の地上子ＢＡについて情報が送信される場合、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…側での各処理において異常が無ければ、同様の傾向を示すデータが取得されることになるはずである。この場合において、同一の地上子ＢＡに関して、仮に、他の列車からの情報とは明らかに異なる傾向を示す情報を送信した列車があれば、その場合は、当該列車側に何らかの異常があると考えられる。したがって、判定部３０は、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…からの取得した情報についての比較をし、例えば予め定めた閾値以上の差があるものが存在する場合には、該当する列車の車上子に異常があると判定する。この場合、判定部３０は、車上子についての適正判定を行う車上子適正判定部３０ａとして機能していることになる。なお、車上子適正判定部３０ａとして異常判定をした場合には、例えば該当する列車に対して車上子に異常がある可能性が高い旨を送信する等の処理を行うものとしてもよい。

また、元々各列車の間で車上子における検知感度等に差がある、といった場合には、各列車からの値について正規化をして比較可能な状態とした上で各種処理を行うようにすればよい。

また、上記では、列車ＴＲａ，ＴＲｂ…側にスペクトル取得部１０ａ，１０ｂ…を設け、他の信号処理回路を中央管理部ＣＴ側に設ける構成としているが、中央管理部ＣＴ側は、少なくとも判定部３０を有していれば、地上子ＢＡの適正判定が可能であり、例えば共振回路推定部２０についても、各列車ＴＲａ，ＴＲｂ…側に設けるものとし、推定結果を地上子ＢＡに関する情報として中央管理部ＣＴ側に送信する構成も考えられる。

以上のように、本実施形態においても、地上子ＢＡに関するデータから直接的に共振周波数ｆ０やＱ値を求めるのではなく、共振回路推定部２０において地上子検測装置２００で受信した地上子ＢＡの受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定し、さらに、推定された共振回路のパラメータに基づいて判定部３０において地上子ＢＡの状態を検出している。これにより、例えば営業車両のような高速走行する車両によって検測を行う、といった受信信号から取得できる情報に制限が多くなると予想されるような場合であっても、列車上限速度やアンテナを変えることなく、的確に地上子ＢＡの検測を行うことができる。また、本実施形態においては、中央管理部ＣＴにおいて、一括して判定を行うことで、より的確なパラメータの推定延いては地上子ＢＡの適正判定を行うことができる。また、本実施形態では、車上子の適正判定を行うことも可能である。

〔その他〕
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

まず、上記では、共振回路推定部において、最適化アルゴリズムにより、共振回路のパラメータを推定するものとしているが、共振回路の推定方法については、最適化アルゴリズムを用いる手法に限らず、種々の方法が考えられ、例えば無作為にパラメータの候補を選択してパターンマッチングによって最適か否かを決定する等としてもよい。

また、検測対象をＳ形地上子やＳ形車上子としているが、共振回路の推定により特定可能なものであれば、他の地上子等についての検測を行うに際して適用することも考えられる。

また、上記では、例えば第１実施形態において、地上子検測装置１００を構成するスペクトル取得部１０等を信号処理回路であるとしているが、例えば、地上子検測装置１００をＣＰＵや記憶装置等を有するＰＣ等で構成することで、スペクトル取得部１０等の役割を果たすようにしてもよい。

また、例えば取得すべき周波数データの間隔等については、データ取得における分解能等の必要に応じて、種々設定できる。

１０，１０ａ，１０ｂ…スペクトル取得部、２０…共振回路推定部、３０…判定部、３０ａ…車上子適正判定部、４０…受信信号補正部、１００，２００，３００…地上子検測装置、３１０ａ，３１０ｂ…車上側地上子検測部、３２０…地上子検測・車上子適正判定処理部、ＡＲ…受信アンテナ、ＡＴ…送信アンテナ、ＢＡ…地上子、ＢＣ，ＢＣａ，ＢＣｂ…車上子、Ｃ１，Ｃ２…ドット線、ＣＴ…中央管理部、ｆ０…共振周波数、Ｒ…値、Ｒａ，Ｌａ，Ｃａ…曲線、ＲＰ…共振回路、Ｒｔ，Ｌｔ，Ｃｔ…直線、Ｒｘ…受信部、ＳＭ…速度計、ＴＲ，ＴＲａ，ＴＲｂ…列車、Ｔｘａ，Ｔｘｂ…送信部、ω…周波数

Claims (10)

1. 地上子から受信した受信信号のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、
   前記スペクトル取得部で取得した受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定する共振回路推定部と、
   前記共振回路推定部で推定された共振回路のパラメータに基づいて地上子の状態を検出する判定部と
   を備える地上子検測装置。
2. 前記判定部は、地上子の状態の検出に基づいて判定を行う、請求項１に記載の地上子検測装置。
3. 前記スペクトル取得部は、高速フーリエ変換処理により、受信信号についての周波数スペクトルを取得し、
   前記共振回路推定部は、受信信号の周波数スペクトルに対応する共振回路のパラメータとして、インダクタ、キャパシタ及び電気抵抗の値を推定する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の地上子検測装置。
4. 前記判定部は、前記共振回路推定部で推定された共振回路のパラメータに基づいて共振周波数とＱ値を算出する算出部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地上子検測装置。
5. 前記共振回路推定部は、最適化アルゴリズムにより、共振回路のパラメータを推定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の地上子検測装置。
6. 地上子から受信した受信信号について、当該地上子上を通過する列車の速度情報に基づいて補正を行う受信信号補正部を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の地上子検測装置。
7. 前記スペクトル取得部、前記共振回路推定部及び前記判定部は、列車に搭載されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の地上子検測装置。
8. 列車に搭載され、当該列車において取得した地上子に関する情報を送信する送信部と、
   前記送信部から送信された地上子に関する情報を受信する受信部を有するとともに、前記スペクトル取得部、前記共振回路推定部及び前記判定部のうち、少なくとも前記判定部を有して、前記受信部で受信した情報に基づいて地上子の適正判定を行う中央管理部とを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の地上子検測装置。
9. 前記中央管理部は、複数の列車から取得した地上子に関する情報に基づいて地上子の適正判定を行う、請求項８に記載の地上子検測装置。
10. 複数の列車にそれぞれ搭載され、各列車の車上子において取得した地上子に関する情報を送信する送信部と、
    前記送信部から送信された地上子に関する情報を受信する受信部と、
    前記受信部で受信した情報に基づいて地上子からの受信信号のスペクトルを取得するスペクトル取得部と、
    前記スペクトル取得部で取得した受信信号のスペクトルに対応する共振回路のパラメータを推定する共振回路推定部と、
    前記共振回路推定部で推定された共振回路のパラメータに基づいて地上子の状態を検出する判定部と
    を備え、
    前記判定部は、複数の列車からそれぞれ取得した情報についての比較に基づいて、各列車の車上子の状態を検出する、車上子適性判定装置。

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