JP2021062766A - センサ健全性確認システム及び鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車上及び地上に設置した障害物検知用センサの健全性確認を、高頻度かつ低コストに行う。【解決手段】第一のセンサを搭載した第一の列車と、第二のセンサを搭載した第二の地上設備とを備える障害物検知システムにおけるセンサ健全性確認システムであって、前記第一の列車が前記第二の地上設備に接近した際、前記第二の地上設備は、前記第二のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第二の距離を算出し、前記第一の列車は、前記第一のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第一の距離を算出し、前記第一の距離と前記第二の距離の差分と予め設定した閾値とを比較することで、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、センサ健全性確認システム及び鉄道車両に関する。

鉄道ドライバレスシステム及び鉄道運転支援システムにおいては、列車前方の障害物を検知することで障害物との衝突を回避するシステムが不可欠である。公知の障害物検知システムでは、列車前方や軌道付近の地上設備などにセンサを設置することにより、軌道付近の物体を監視するシステムが提案されている。これらのセンサが故障すると、障害物との衝突を回避することができなくなるため、障害物検知用のセンサの健全性を確認することが不可欠である。さらに、営業運転中にセンサ故障が発生することも考えられるため、営業運転中にも高頻度でセンサ健全性確認を実施する必要がある。

そのため、特許文献１又は２のように、障害物検知システムに対してセンサの故障検出機能を追加することによって、センサ故障に起因する衝突事故の防止が図られている。特許文献１には、自動走行車に障害物検知センサを複数装備し、各センサの検知範囲を重複するように設置することで、センサの出力が不一致であるときにいずれかのセンサが故障であると判断する方法が記載されている。また、特許文献２には、軌道に沿って一定間隔ごとに設置した障害物検知センサ群に対する健全性確認について、センサ群中の複数のセンサが一つの接近する列車を検知したのち、検知位置を算出し、前記検知位置同士を比較することにより、センサの故障を判定する方法が記載されている。

特開２０００−３２１３５０号公報 特開２０１６−４３９０３号公報

特許文献１の手法は、列車に搭載するセンサを多重化することにより、コストの増大を招くという問題がある。また、特許文献２の手法は、軌道に沿って等間隔でセンサを搭載した地上設備を設置することが前提であり、長距離列車に対して必要な地上センサの数が膨大になり、高コストなシステムになる可能性がある。

本発明の目的は、車上及び地上に設置した障害物検知用センサの健全性確認を、高頻度かつ低コストに行うシステムを提供することである。

かかる課題を解決するために、代表的な本発明のセンサ健全性確認システムの一つは、第一のセンサを搭載した第一の列車と、第二のセンサを搭載した第二の地上設備とを備える障害物検知システムにおけるセンサ健全性確認システムであって、前記第一の列車が前記第二の地上設備に接近した際、前記第二の地上設備は、前記第二のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第二の距離を算出し、前記第一の列車は、前記第一のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第一の距離を算出し、前記第一の距離と前記第二の距離の差分と予め設定した閾値とを比較することで、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出するものである。

本発明により、車上及び地上センサの健全性確認を、高頻度かつ低コストで行うことができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係るセンサ健全性確認システムの構成図である。 通信遅延によって、第二の距離の真値と第一の距離の真値にずれが生じる具体例を表す図である。 列車が地上設備に接近した時の、地上設備側の処理フローである。 列車が地上設備に接近した時の、列車側の処理フローである。 本発明の実施例２に係るセンサ健全性確認システムの構成図である。 第一の列車と第二の列車が接近した時の、第二の列車側の処理フローである。 第一の列車と第二の列車が接近した時の、第一の列車側の処理フローである。 第一のセンサと第二のセンサのどちらに異常があるかを判定する方法の例を表す図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施例では、第一のセンサを搭載した列車が第二のセンサを搭載した地上設備に接近、或いは互いに離れる際に、第二のセンサが測定した列車、地上設備間の距離と、前記距離情報を列車が通信で入手したのち、第一のセンサが測定した列車、地上設備間の距離を、通信遅延を考慮した上で比較することで、高頻度かつ少ない設備で第一のセンサ、及び第二のセンサの健全性確認を行うセンサ健全性確認システムの一例を示す。
但し、本実施例では、前記第一の列車を列車と呼び、前記第二の地上設備を地上設備と呼ぶ。

以下、列車が地上設備へ接近したのちすれ違う場合を説明する。但し、列車と地上設備が離れていく場合にも、本発明を適用することができる。

まず、本実施例におけるセンサ健全性確認システムの全体構成を説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るセンサ健全性確認システム１の構成図である。

列車１０は、列車前方の物体位置を推定する機能を有するセンサを搭載した列車である。また、列車１０は、列車後方の物体位置を推定する機能を有するセンサをさらに搭載してもよい。

第一のセンサ１０１は列車１０に搭載された障害物検知用センサであり、第二のセンサ２０１を搭載した地上設備２０に接近している場合、前記地上設備２０と前記列車１０との第一の距離３０１を算出し、故障判定部１０２へ出力する。前記第一のセンサ１０１の例として、ＬｉＤＡＲ等といったレーザセンサ、ミリ波レーダ、カメラ、赤外線センサ、超音波センサ等が挙げられるが、前記第一のセンサ１０１はこれらに限定されず、前記第一の距離３０１を算出可能であればよい。

第一の距離情報Ｄ１０１は、第一のセンサ１０１を用いて取得した第一の距離３０１の値が格納されている。

故障判定部１０２は、予め設定した閾値を保有し、第二の距離情報Ｄ２０１と、第一の距離情報Ｄ１０１、及び補正項情報Ｄ１０２を入力とする。第二の距離情報Ｄ２０１と第一の距離情報Ｄ１０１の差分に対して、前記補正項情報Ｄ１０２を用いて補正を行った値が、前記閾値の値より大きければ、第一のセンサ１０１又は第二のセンサ２０１が故障していると判定する。

列車速度取得部１０３は、列車１０の走行速度を取得し、列車速度情報Ｄ１０３を出力する。列車速度を取得する方法の例として、速度発電機やＧＰＳを用いる方法が挙げられるが、故障判定部１０２で故障判定を行う際の時刻における速度が取得できればよい。

補正項計算部１０４は、列車速度情報Ｄ１０３を入力して、第一の距離情報Ｄ１０１と第二の距離情報Ｄ２０１の差分を補正するために用いる補正項情報Ｄ１０２を、前記列車１０と前記地上設備２０が通信する際に発生する通信遅延と、前記通信遅延の間列車が前進した距離を考慮した上で設定し、出力する。

第一の通信装置１０５は、前記列車１０に設置され、前記地上設備２０に設置された第二の通信装置２０３より送信された前記第二の距離情報Ｄ２０１を受信し、前記故障判定部１０２へ前記第二の距離情報Ｄ２０１を出力する。前記第一の通信装置１０５は、前記第二の通信装置２０３と何らかの帯域で無線通信をできればよい。

地上設備２０は、前記列車１０の前方の物体位置を推定する機能を有するセンサを搭載した、前記列車１０が走行する軌道付近に配置、固定された設備である。

第二のセンサ２０１は地上設備２０に搭載された障害物検知用センサであり、第一のセンサ１０１を搭載した列車１０が前記地上設備２０に接近した時に、前記地上設備２０と前記列車１０との第二の距離３０２を算出し、第二の距離情報Ｄ２０１として第二の通信装置２０３へ出力する。前記第二のセンサ２０１の例として、ＬｉＤＡＲ等といったレーザセンサ、ミリ波レーダ、カメラ、赤外線センサ、超音波センサ等が挙げられるが、前記第二のセンサ２０１はこれらに限定されず、前記第二の距離３０２を算出可能であればよい。

第二の距離情報Ｄ２０１は、第二のセンサ２０１を用いて取得した第二の距離３０２の値が格納されている。

第二の通信装置２０３は、前記地上設備２０に設置され、前記第二のセンサ２０１より第二の距離情報Ｄ２０１が入力された際、前記第一の通信装置１０５へ前記第二の距離情報Ｄ２０１を送信する。前記第二の通信装置２０３は、前記第一の通信装置１０５と何らかの帯域で無線通信をできればよい。

このような構成とすることで、センサ健全性確認を高頻度で実施する事ができる。具体的には、前記地上設備２０に設置された第二のセンサ２０１の健全性確認を、列車１０が通過するたびに行うことができ、さらに前記列車１０に設置された第一のセンサ１０１の健全性確認も、軌道に沿って複数配置された前記地上設備２０を通過するたびに行うことができる。従って、前記第一のセンサ１０１及び第二のセンサ２０１の高頻度な健全性確認が可能である。

さらに、本発明の実施例１は、列車に複数のセンサを搭載する必要が無く、列車に複数のセンサを搭載することによるコスト増加を防ぐことができる。

また、本発明の実施例１は、複数の地上設備から列車を観測する必要が無いため、地上設備を高密度に配置しなくてもよい。従って、地上設備を高密度に配置することによるコスト増加を防ぐことができる。

また、通信遅延の間列車が前進するため、前記差分が列車速度の影響を受けるという現象が発生する。そのため、列車速度の影響を受ける前記差分と、定数である前記閾値とを比較することによる異常検出は容易ではない。そこで、前記補正項計算部１０４を用いる。

これにより、前記列車速度の影響を取り除くことができる。従って、前記第一のセンサと前記第二のセンサの低コストで高頻度な健全性確認を、より確実に行うことができる。

以上が本実施例におけるセンサ健全性確認システムの全体構成の説明である。次に、本実施例における、通信遅延を考慮して前記差分を補正する方法について説明する。

そのためにまず、通信遅延の原因と、通信遅延によって前記差分の補正が必要となる理由を説明する。

通信遅延の原因について、例えば通信のノイズ対策や安全性確保の為に、符号化、暗号化、署名などを行うが、前記処理に時間を要するため遅延が発生する。また、ある時間間隔に通信で伝送できる情報量には上限がある、即ち通信容量が存在することも、通信遅延の原因となる。但し、本特許では前記通信遅延の原因を、符号化、暗号化、署名に必要な処理時間、通信容量のみに限定しない。

図２は通信遅延によって、第二の距離３０２の真値と第一の距離３０１の真値にずれが生じる具体例を表す図である。

速度Ｖ（４０３）で走行する列車１０が地上設備２０に接近し、時刻ｔ（４０１）に、第二のセンサ２０１が、列車１０と地上設備２０との第二の距離３０２を測定するものとする。

この時、前記第二のセンサ２０１が第二の距離情報Ｄ２０１を出力し、第二の通信装置２０３、第一の通信装置１０５を経て故障判定部１０２へ入力されるまでに、通信遅延４０２が発生する。前記通信遅延４０２の時間をΔｔとし、時刻ｔ＋Δｔ（４０４）に故障判定部１０２が前記第二の距離情報Ｄ２０１を受信したものとする。

故障判定部１０２は前記第二の距離情報Ｄ２０１を受信したことを受けて、前記第二の距離情報Ｄ２０１の受信時刻ｔ＋Δｔにおける第一の距離３０１を、第一の距離情報Ｄ１０１として第一のセンサから取得する。

従って、前記第二の距離情報Ｄ２０１は時刻ｔにおける列車１０−地上設備２０間の距離であるのに対し、前記第一の距離情報Ｄ１０１は時刻ｔ＋Δｔにおける列車１０−地上設備２０間の距離である。

前記第二の距離情報Ｄ２０１と前記第一の距離情報Ｄ１０１の取得時刻がΔｔ異なることにより、前記第二の距離情報Ｄ２０１の真値と前記第一の距離情報Ｄ１０１の真値が異なる値となる。具体的には、前記通信遅延時間Δｔの間に、速度Ｖ（４０３）で走行する列車１０は距離ＶΔｔ（４０５）だけ前進するため、第一の距離情報Ｄ１０１の真値は第二の距離情報Ｄ２０１の真値より、ＶΔｔだけ小さくなる。

従って、第二の距離情報Ｄ２０１から第一の距離情報Ｄ１０１を引いた値は、Δｔを固定すると、Ｖが大きい程大きな値をとる。そのため、第二の距離情報Ｄ２０１から第一の距離情報Ｄ１０１を引き算した差分と、事前に設定した閾値を比較してセンサ健全性確認を行う場合、前記差分に対して、Ｖの影響をキャンセルする補正を行う必要がある。そこで、差分の補正方法を、例えば下記の式のようにする。但し、速度Ｖは正の数とする。
補正後差分＝第二の距離情報Ｄ２０１−第一の距離情報Ｄ１０１−ＶΔｔ

但し、Δｔは予め実験的に求めておくものとし、前記ＶΔｔを補正項とする。また、前記閾値は、列車前方障害物検知システムの要求条件などから事前に設定する定数である。前記閾値と、前記補正後差分の絶対値とを比較し、前記絶対値が前記閾値より大きい場合、第一のセンサ１０１、又は第二のセンサ２０１に異常が発生している、とすることができる。

また、前記列車と前記地上設備が離れる場合には、前記通信遅延時間Δｔの間に、速度Ｖ（４０３）で走行する列車１０は距離ＶΔｔ（４０５）だけ地上設備から離れるため、第一の距離情報Ｄ１０１の真値は第二の距離情報Ｄ２０１の真値より、ＶΔｔだけ大きくなる。そのため、差分の補正方法を下記のようにする。但し、速度Ｖは正の数とする。
補正後差分＝第二の距離情報Ｄ２０１−第一の距離情報Ｄ１０１＋ＶΔｔ

以上が本実施例における、通信遅延を考慮した前記差分の補正方法の説明である。次に、前記列車１０及び前記地上設備２０が第一のセンサ１０１、及び第二のセンサ２０１の健全性確認を行う詳細なフローを図３、図４を用いて説明する。

図３は、列車１０が地上設備２０に接近した時の、地上設備２０側の処理フローである。
まず第二のセンサ２０１を用いて軌道周辺を監視し（Ｓ１０１）、接近する列車１０を検知しているかの判定を行う（Ｓ１０２）。

Ｓ１０２にて、列車１０を検知しなかった場合、Ｓ１０１へ戻る。

Ｓ１０２にて、列車１０を検知した場合、Ｓ１０３へ移行し、第二のセンサ２０１を用いて列車１０−地上設備２０間の距離を算出し、第二の通信装置２０３へ前記第二の距離情報Ｄ２０１として入力する。

Ｓ１０４にて、第二の通信装置２０３を用いて、前記列車１０へ前記第二の距離情報Ｄ２０１を送信し、Ｓ１０５の分岐へ移行する。

Ｓ１０５にて、列車１０から検査終了通知を受信した場合、列車１０で前記第二の距離情報Ｄ２０１の受信に成功し、かつセンサ健全性確認が終了したと判断し、列車１０に対する第二の距離情報Ｄ２０１の送信を停止し（Ｓ１０６）、列車の通過が完了するまで待機する（Ｓ１０７）。

Ｓ１０５の分岐で列車１０から前記検査終了通知を受信しなかった場合、Ｓ１１１の分岐へ移行し、接近する列車を検知した時点から時間Ｔが経過したかの判定を行う。時間Ｔが経過していない場合はＳ１０３へ戻り、列車１０−地上設備２０間の距離を再度算出し、列車１０へ第二の距離情報Ｄ２０１を再度送信する。また時間Ｔが経過した場合はＳ１１２へ移り、列車１０が前記第二の距離情報Ｄ２０１の受信に失敗する等の不具合が生じたとみなし、異常対応を実施する。

前記異常対応は、例えば列車１０に異常が発生していることを運行管理システムに送信すること等がある。

前記時間Ｔは列車１０でセンサ健全性確認を実施できたかを判定するために使用する時間であり、列車１０−地上設備２０間の通信遅延や、故障判定処理、センサデータ取得に要する時間等を考慮し、予め設定する値である。

このような処理フローとすることにより、列車１０への第二の距離情報Ｄ２０１の送信を、列車１０が地上設備２０に接近しているときに限ることができる。従って、地上設備２０近傍に列車１０が存在しない場合に通信を行わない為、通信に必要な電力を削減することができ、より低コストなセンサ健全性確認システムとすることができる。

図４は列車１０が地上設備２０に接近した時の、列車１０側の処理フローである。
まず、列車１０は走行しつつ、前方にある地上設備２０へ接近し、第二の距離情報Ｄ２０１の受信を待機し（Ｓ２０１）、Ｓ２０２の分岐へ移行する。

Ｓ２０２にて、前記第二の距離情報Ｄ２０１を受信しなかった場合、Ｓ２０１へ戻り、第二の距離情報Ｄ２０１の受信を待機する。

Ｓ２０２にて、前記第二の距離情報Ｄ２０１を受信した場合、Ｓ２０３へ移行する。Ｓ２０３にて、第一のセンサ１０１を用い、列車１０−地上設備２０間の距離を算出し、第一の距離情報Ｄ１０１として故障判定部１０２へ入力する。

次にＳ２０４にて、列車速度取得部１０３が、前記第一の距離情報Ｄ１０１が前記故障判定部１０２へ入力された時点での列車速度４０３を算出し、列車速度情報Ｄ１０３として補正項計算部１０４へ入力する。

Ｓ２０５にて補正項計算部１０４が、前記列車速度情報Ｄ１０３を用いることで、第一の距離情報Ｄ１０１と第二の距離情報Ｄ２０１の差分に対する補正項を計算し、故障判定部１０２へ補正項情報Ｄ１０２を入力する。

さらにＳ２０６にて、前記補正項情報Ｄ１０２を用いて、第一の距離情報Ｄ１０１と第二の距離情報Ｄ２０１の差分に対する補正を行い、補正後差分の絶対値を算出し、分岐Ｓ２０７へ移行する。

分岐Ｓ２０７にてセンサ健全性確認を行う。前記絶対値が前記閾値の値以下の場合はＳ２０８へ移行する。Ｓ２０８にて、前記第一の距離情報Ｄ１０１と前記第二の距離情報Ｄ２０１の値の差が十分小さいため、第一のセンサ１０１と第二のセンサ２０１の測距はそれぞれ正常であると判断し、Ｓ２０９へ移行して地上設備２０へ検査終了通知を送信する。

分岐Ｓ２０７にて、前記絶対値が前記閾値の値より大きい場合はＳ２１１へ移行する。Ｓ２１１にて、前記第一の距離情報Ｄ１０１と前記第二の距離情報Ｄ２０１の値に乖離が生じているため、第一のセンサ１０１又は第二のセンサ２０１に異常があると判断し、Ｓ２１２にて列車１０の減速や、運行管理システムへの異常通知等を行い、Ｓ２０９にて地上設備２０へ検査終了通知を送信する。

以上の説明により、前記列車１０に搭載された第一のセンサ１０１と、前記地上設備２０に搭載された第二のセンサ２０１の何れかに異常があることを検出する手法を説明した。

本実施例では、第一のセンサを搭載した第一の列車と、第二のセンサを搭載した第二の列車が接近、或いは互いに離れる際に、第二のセンサが測定した第一の列車−第二の列車間の距離と、前記距離情報を第一の列車が通信で入手したのち、第一のセンサが測定した第一の列車−第二の列車間の距離を、通信遅延を考慮した上で比較することで、高頻度かつ少ない設備で第一のセンサ、及び第二のセンサの健全性確認を行うセンサ健全性確認システムの一例を示す。
但し、本実施例では、第一の列車に搭載された列車速度取得部を第一の列車速度取得部、第一の列車の列車速度情報を、第一の列車速度情報と呼ぶ。

以下、第一の列車が第二の列車へ接近したのちすれ違う場合を説明する。但し、第一の列車と第二の列車の何れかが先行し、他方が後続する場合や、第一の列車と第二の列車が離れていく場合にも、本発明を適用することができる。

まず、本実施例におけるセンサ健全性確認システムの全体構成を説明する。
図５は、本発明の実施例２に係るセンサ健全性確認システムの構成図である。

第一の列車１０の構成要素は、第二の列車速度情報Ｄ５０２が第一の通信装置から補正項計算部１０４へ入力されることを除き、実施例１と同一である。第一の列車１０の構成要素とその機能について、実施例１と異なる点のみ説明する。

第一のセンサ１０１は、第一の列車１０が第二のセンサ５０１を搭載した第二の列車５０に接近している場合、前記第二の列車５０と前記第一の列車１０との第一の距離６０１を算出し、故障判定部１０２へ第一の距離情報Ｄ１０１として出力する。第一のセンサ１０１の例は、実施例１に記載の通りであり、第一の列車１０と第二の列車５０間の距離を算出可能であればよい。

補正項計算部１０４は、第一の通信装置１０５から第二の列車速度情報Ｄ５０２をさらに入力して、第一の距離情報Ｄ１０１と第二の距離情報Ｄ５０１の差分を補正するために用いる補正項情報Ｄ１０２を、前記第一の列車１０と前記第二の列車５０が通信する際に発生する通信遅延と、前記通信遅延の間第一の列車と第二の列車が前進した距離を考慮した上で設定し、出力する。

第一の通信装置１０５は、第二の通信装置５０３から第二の列車速度情報Ｄ５０２をさらに受信し、前記第二の列車速度情報Ｄ５０２を前記補正項計算部１０４へさらに入力する。

第二の列車５０は、列車前方の物体位置を推定する機能を有するセンサを搭載した列車である。また、第二の列車５０は、列車後方の物体位置を推定する機能を有するセンサをさらに搭載してもよい。

第二のセンサ５０１は第二の列車５０に搭載された障害物検知用センサであり、第一のセンサ１０１を搭載した列車１０が第二の列車５０に接近した時は、前記第二の列車５０と前記第一の列車１０との第二の距離６０２を算出し、第二の距離情報Ｄ５０１として第二の通信装置５０３へ出力する。前記第二のセンサ５０１の例は、前記第一のセンサ１０１と同一である。

第二の通信装置５０３は、前記第二の列車５０に設置され、前記第二のセンサ５０１より第二の距離情報Ｄ５０１が入力された際、前記第一の通信装置１０５へ、前記第二の距離情報Ｄ５０１を送信する。第二の通信装置５０３はさらに、第二の列車速度取得部５０２より第二の列車速度情報Ｄ５０２が入力された際、前記第一の通信装置１０５へ、前記第二の列車速度情報Ｄ５０２を送信する。前記第二の通信装置５０３は、前記第一の通信装置１０５と何らかの帯域で無線通信をできればよい。

第二の列車速度取得部５０２は、第二の列車５０の列車走行速度を取得し、第二の列車速度情報Ｄ５０２を第二の通信装置５０３へ出力する。列車速度取得方法の例は、実施例１記載の列車速度取得部１０３と同一である。

このような構成とすることで、車上設備のみを用いて、センサ健全性確認を低コストかつ高頻度で実施する事ができる。具体的には、前記第一の列車１０に搭載された第一のセンサ１０１と、前記第二の列車５０に設置された第二のセンサ５０１は、第一の列車１０と第二の列車５０がすれ違うたびに健全性確認を行うことができるため、前記第一のセンサ１０１及び第二のセンサ５０１の高頻度な健全性確認が可能である。さらに、車上センサ健全性確認の為に追加の設備を必要としない為、低コストでセンサ健全性確認が可能である。

また、すれ違う列車のどちらを第一の列車とし、どちらを第二の列車とするかについては、例えば上り列車を第一の列車、下り列車を第二の列車とする方法があるが、他の方法でもよい。

次に、補正項計算部１０４における、補正項情報Ｄ１０２の算出方法の具体例を示す。

第二の距離情報Ｄ５０１から第一の距離情報Ｄ１０１を引いた値は、通信遅延時間Δｔを固定すると、第二の列車から見た第一の列車の相対速度Ｖｒｅｌが大きい程大きな値をとる。但し、第二の列車から見た第一の列車の相対速度は、第一の列車の速度の大きさから、第二の列車の速度の大きさを引き算することで求める。
よって、第二の距離情報Ｄ５０１と第一の距離情報Ｄ１０１の差分と、事前に設定した閾値を比較してセンサ健全性確認を行う場合、前記差分に対して、Ｖｒｅｌの影響をキャンセルする補正を行う必要がある。そこで、差分の補正方法の例として、下記の式による補正方法が考えられる。
補正後差分＝第二の距離情報Ｄ５０１−第一の距離情報Ｄ１０１−ＶｒｅｌΔｔ

但し、Ｖｒｅｌは前記第一の列車速度情報Ｄ１０３から前記第二の列車速度情報Ｄ５０２を引いた値であり、Ｖｒｅｌが正の値ならば第一の列車と第二の列車は接近し、Ｖｒｅｌが負の値ならば第一の列車と第二の列車は離れていく。また、Δｔは予め実験的に求めておくものとし、前記閾値は事前に設定する定数である。

前記閾値と前記補正後差分の絶対値を比較し、前記絶対値が前記閾値より大きい場合、第一のセンサ１０１、又は第二のセンサ５０１に異常が発生している、とすることができる。

以上が本実施例における、通信遅延の補正方法の説明である。次に、前記第一の列車１０及び前記第二の列車５０が第一のセンサ１０１、及び第二のセンサ５０１の健全性確認を行う詳細なフローを、図６、図７を用いて説明する。

図６は、第一の列車１０と第二の列車５０が接近した時の、第二の列車５０側の処理フローである。

まず第二のセンサ５０１を用いて第二の列車前方を監視し（Ｓ３０１）、接近する第一の列車１０を検知しているかの判定を行う（Ｓ３０２）。

Ｓ３０２にて、前記第一の列車１０の接近を検知しなかった場合、Ｓ１０１へ戻る。

Ｓ３０２にて、第一の列車１０の接近を検知した場合、Ｓ３０３へ移行し、第二のセンサ５０１を用いて第一の列車１０−第二の列車５０間の距離を第二の距離６０２として算出し、第二の通信装置５０３へ第二の距離情報Ｄ５０１として入力し、Ｓ３０４へ移行する。

Ｓ３０４にて、第二の列車速度取得部５０２を用いて、前記第二のセンサ５０１が前記第二の距離６０２を取得した時点での第二の列車速度を算出し、前記第二の通信装置５０３へ第二の列車速度情報Ｄ５０２として入力し、Ｓ３０５へ移行する。

Ｓ３０５にて、前記第二の通信装置５０３を用いて、前記第二の距離情報Ｄ５０１を前記第一の通信装置１０５へ送信し、Ｓ３０６へ移行する。

Ｓ３０６にて、前記第二の通信装置５０３を用いて、前記第二の列車速度情報Ｄ５０２を前記第一の通信装置１０５へ送信し、分岐Ｓ３０７へ移行する。

Ｓ３０７にて、第一の列車１０から検査終了通知を受信した場合、第一の列車１０側で前記第二の距離情報Ｄ５０１及び前記第二の列車速度情報Ｄ５０２の受信に成功し、かつセンサ健全性確認が終了したと判断し、Ｓ３０８へ移行する。

Ｓ３０８にて、第一の列車１０に対する第二の距離情報Ｄ５０１、及び第二の列車速度情報Ｄ５０２の送信を停止し、Ｓ３０９にて、第一の列車と第二の列車のすれ違いが完了するまで待機する。

Ｓ３０７の分岐で第一の列車１０から前記検査終了通知を受信しなかった場合、Ｓ３１１の分岐へ移行し、第一の列車１０を検知した時点から時間Ｔが経過したかの判定を行う。時間Ｔが経過していない場合はＳ３０３へ戻る。

Ｓ３０７にて時間Ｔが経過した場合はＳ３１２へ移行し、第一の列車１０が前記第二の距離情報Ｄ５０１又は前記第二の列車速度情報Ｄ５０２の受信に失敗する等の不具合が生じたとみなし、異常対応を実施する。異常対応例は、Ｓ１１２の説明の通りである。

前記時間Ｔは第一の列車１０でセンサ健全性確認を実施できたかを判定するために使用する時間であり、第一の列車１０と第二の列車５０間の通信遅延や、故障判定処理、センサデータ取得に要する時間等を考慮し、予め設定する値である。

このような処理フローとすることにより、第一の列車１０への第二の距離情報Ｄ５０１の送信を、第一の列車１０が第二の列車５０に接近しているときに限ることができる。従って、第一の列車１０と第二の列車５０が接近していない場合に通信を行わない為、通信に必要な電力を削減することができ、より低コストなセンサ健全性確認システムとすることができる。

図７は、第一の列車１０が第二の列車５０に接近した時の、第一の列車１０側の処理フローである。

まず、第一の列車１０は走行しつつ、前方にある第二の列車５０へ接近し、第二の距離情報Ｄ５０１と第二の列車速度情報Ｄ５０２の受信を待機し（Ｓ４０１）、Ｓ４０２の分岐へ移行する。

Ｓ４０２にて、前記第二の距離情報Ｄ５０１又は前記第二の列車速度情報Ｄ５０２を受信しなかった場合はＳ４０１へ戻る。

Ｓ４０２にて、前記第二の距離情報Ｄ５０１及び第二の列車速度情報Ｄ５０２を受信した場合、Ｓ４０３へ移行する。

Ｓ４０３にて、第一のセンサ１０１を用い、第一の列車１０及び第二の列車５０間の距離として第一の距離６０１を算出し、第一の距離情報Ｄ１０１として故障判定部１０２へ入力し、Ｓ４０４へ移行する。

Ｓ４０４にて、第一の列車速度取得部１０３が、前記第一の距離情報Ｄ１０１が前記故障判定部１０２へ入力された時点での第一の列車の列車速度を算出し、第一の列車速度情報Ｄ１０３として補正項計算部１０４へ入力し、Ｓ４０５へ移行する。

Ｓ４０５にて、補正項計算部１０４が、前記第一の列車速度情報Ｄ１０３から前記第二の列車速度情報Ｄ５０２を引き算した値Ｖｒｅｌを算出し、Ｓ４０６へ移行する。

Ｓ４０６にて、補正項計算部１０４が、前記Ｖｒｅｌを用いることにより、前記第一の距離情報Ｄ１０１と前記第二の距離情報Ｄ５０１の差分に対する補正項を計算し、故障判定部１０２へ補正項情報Ｄ１０２として入力する。

Ｓ４０７にて、前記補正項情報Ｄ１０２を用いて、前記第一の距離情報Ｄ１０１と前記第二の距離情報Ｄ５０１の差分の補正を行い、補正後差分の絶対値を算出し、分岐Ｓ４０８へ移行する。

分岐Ｓ４０８にてセンサ健全性確認を行う。前記絶対値が前記閾値の値以下であれば、Ｓ４０９へ移行する。

Ｓ４０９にて、前記第一の距離情報Ｄ１０１と前記第二の距離情報Ｄ５０１の値の差が十分小さいため、第一のセンサ１０１と第二のセンサ５０１は正常な測距を行うことができ、異常なしと判断し、第二の列車５０へ検査終了通知を送信する。

分岐Ｓ４０８にて、前記絶対値が前記閾値より大きい場合、Ｓ４１１へ移行する。

Ｓ４１１にて、前記第一の距離情報Ｄ１０１と前記第二の距離情報Ｄ５０１の値に乖離が生じているため、前記第一のセンサ１０１と前記第二のセンサ５０１の何れかの測距が異常であると判断し、Ｓ４１２へ移行する。

Ｓ４１２にて、第一の列車１０の減速や、運行管理システムへの異常通知を行い、Ｓ４１０へ移行して第二の列車５０へ検査終了通知を送信する。
なお、第二の列車５０が異常通知を受信し、第二の列車５０の減速を行ってもよい。

以上の説明により、前記第一の列車１０に搭載された第一のセンサ１０１と、前記第二の列車５０に搭載された第二のセンサ５０１の何れかに異常があることを検出する手法を説明した。

次に、複数の地上設備を用いて、第一のセンサと第二のセンサのどちらに異常があるかを判定する方法を説明する。以降、複数の地上設備を区別する為に、前記地上設備２０を第二の地上設備２０と呼び、前記列車１０が前記第二の地上設備２０を通過したのち、初めて接近する地上設備を第三の地上設備８０と呼ぶことにする。

図８は、第一のセンサと第二のセンサのどちらに異常があるかを判定する方法の例を表す図である。具体的には、列車１０と第二の地上設備２０の健全性確認結果と、列車１０と第三の地上設備８０の健全性確認結果とを比較することにより、第一のセンサと第二のセンサのどちらに異常があるかを判定する方法である。

まず時刻ｔ１（７０２）に第一のセンサ１０１と、第二のセンサ２０１との第一の健全性確認（７０１）を実施し、異常を判定したものとする。

次に、時刻ｔ２（７０４）に第一のセンサ１０１と、第三の地上設備８０に搭載された第三のセンサ８０１との第二の健全性確認（７０３）を実施する。

この時７０５のように、前記第一の健全性確認結果と前記第二の健全性確認結果を参照することで、異常のあるセンサを特定する。但し、第二の地上設備と第三の地上設備に同時に異常が発生しないと仮定する。

前記特定方法について具体的には、前記第二の健全性確認７０３で異常を検出した場合、第二のセンサ２０１には異常がなく、第一のセンサ１０１に異常があるとする。前記第二の健全性確認で異常を検出しなかった場合、第一のセンサに異常はなく、第二のセンサに異常があるとする。

なお、前記第二の地上設備２０に代えて第二の列車５０としてもよい。この場合、第二の列車５０が異常通知を受信し、第二の列車５０が第一の列車１０とすれ違ったのち、初めて接近する地上設備を第三の地上設備８０とし、第二の列車５０に搭載された第二のセンサ５０１と、第三の地上設備８０に搭載された第三のセンサ８０１との第二の健全性確認を実施してもよい。また、前記第三の地上設備８０に代えて第三の列車としてもよい。

このような手法とすることにより、第一のセンサと第二のセンサの健全性確認を高頻度に実施する事ができ、さらに設備を追加することなく、第一のセンサと第二のセンサのどちらに異常があるかを判定することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、本発明は、以下に例示するように、センサ健全性確認方法としても表現できる。

（１）第一のセンサを搭載した第一の列車と、
軌道に沿って地上に配置された、第二のセンサを搭載した第二の地上設備と
を備える障害物検知システムにおけるセンサ健全性確認方法であって、
前記第一の列車が前記第二の地上設備に接近した際、前記第二のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第二の距離を算出する第一のステップと、
前記第一のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第一の距離を算出し、前記第一の距離と前記第二の距離の差分と予め設定した閾値とを比較することで、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出する第二のステップと
を備えるセンサ健全性確認方法。

（２）第一のセンサを搭載した第一の列車と、
前記第一の列車とは異なる、第二のセンサを搭載した第二の列車と
を備える障害物検知システムにおけるセンサ健全性確認方法であって、
前記第一の列車が前記第二の列車に接近した際、前記第二のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の列車との第二の距離を算出する第一のステップと、
前記第一のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の列車との第一の距離を算出し、前記第一の距離と前記第二の距離の差分と予め設定した閾値とを比較することで、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出する第二のステップと
を備えるセンサ健全性確認方法。

１・・・センサ健全性確認システム
１０・・・列車
１０１・・・第一のセンサ
１０２・・・故障判定部
１０３・・・列車速度取得部
１０４・・・補正項計算部
１０５・・・第一の通信装置
２０・・・地上設備
２０１・・・第二のセンサ（実施例１）
２０３・・・第二の通信装置（実施例１）
３０１・・・第一の距離（実施例１）
３０２・・・第二の距離（実施例１）
４０１・・・第二のセンサで第二の距離情報を取得した時刻
４０２・・・通信遅延
４０３・・・列車速度
４０４・・・第一のセンサで第一の距離情報を取得した時刻
５０・・・第二の列車
５０１・・・第二のセンサ（実施例２）
５０３・・・第二の通信装置（実施例２）
６０１・・・第一の距離（実施例２）
６０２・・・第二の距離（実施例２）
７０１・・・第一の健全性確認
７０２・・・第一の健全性確認実施時刻
７０３・・・第二の健全性確認
７０４・・・第二の健全性確認実施時刻
７０５・・・異常のあるセンサの特定方法
８０・・・第三の地上設備
８０１・・・第三のセンサ

Claims (13)

1. 第一のセンサを搭載した第一の列車と、
   軌道に沿って地上に配置された、第二のセンサを搭載した第二の地上設備と
   を備える障害物検知システムにおけるセンサ健全性確認システムであって、
   前記第一の列車が前記第二の地上設備に接近した際、
   前記第二の地上設備は、前記第二のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第二の距離を算出し、
   前記第一の列車は、前記第一のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の地上設備との第一の距離を算出し、前記第一の距離と前記第二の距離の差分と予め設定した閾値とを比較することで、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出する
   センサ健全性確認システム。
2. 請求項１に記載のセンサ健全性確認システムであって、
   前記第二の地上設備は、前記第二の距離を前記第一の列車へ通信によって伝送し、
   前記第一の列車は、前記第一の列車の速度が大きいほど増加するように設定された補正項を用いて、前記差分の補正を行う
   センサ健全性確認システム。
3. 請求項１に記載のセンサ健全性確認システムであって、
   前記第二の地上設備は、前記第一の列車の接近を検知したのち、前記第二の距離の算出及び前記第一の列車への送信を開始し、前記第一の列車から検査終了通知を受信するか、前記第一の列車の接近を検知した時点から予め設定された時間が経過するまで、前記第二の距離の再算出及び再送信を繰り返す
   センサ健全性確認システム。
4. 請求項１に記載のセンサ健全性確認システムであって、
   前記第一の列車は、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出したときに、前記第一の列車の減速を行う
   センサ健全性確認システム。
5. 請求項１に記載のセンサ健全性確認システムであって、
   前記障害物検知システムは、前記第二の地上設備とは異なる、軌道に沿って地上に配置された、第三のセンサを搭載した第三の地上設備をさらに備え、
   前記第一の列車が前記第一のセンサと前記第二のセンサのいずれかに異常があることを検出したのち、前記第一の列車が前記第三の地上設備に接近した際、
   前記第一の列車及び前記第三の地上設備は、前記第一のセンサと前記第三のセンサを用いてセンサの健全性確認をさらに行い、
   前記第一の列車は、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出した場合は、前記第一のセンサに異常があると判定し、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出しなかった場合は、前記第二のセンサに異常があると判定する
   センサ健全性確認システム。
6. 請求項１に記載のセンサ健全性確認システムであって、
   前記障害物検知システムは、前記第一の列車とは異なる、第三のセンサを搭載した第三の列車をさらに備え、
   前記第一の列車が前記第一のセンサと前記第二のセンサのいずれかに異常があることを検出したのち、前記第一の列車が、前記第三の列車に接近した際、
   前記第一の列車及び前記第三の列車は、前記第一のセンサと前記第三のセンサを用いてセンサの健全性確認をさらに行い、
   前記第一の列車は、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出した場合は、前記第一のセンサに異常があると判定し、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出しなかった場合は、前記第二のセンサに異常があると判定する
   センサ健全性確認システム。
7. 第一のセンサを搭載した第一の列車と、
   前記第一の列車とは異なる、第二のセンサを搭載した第二の列車と
   を備える障害物検知システムにおけるセンサ健全性確認システムであって、
   前記第一の列車が前記第二の列車に接近した際、
   前記第二の列車は、前記第二のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の列車との第二の距離を算出し、
   前記第一の列車は、前記第一のセンサを用いて前記第一の列車と前記第二の列車との第一の距離を算出し、前記第一の距離と前記第二の距離の差分と予め設定した閾値とを比較することで、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出する
   センサ健全性確認システム。
8. 請求項７に記載のセンサ健全性確認システムであって、
   前記第二の列車は、前記第二の距離及び前記第二の列車の速度を前記第一の列車へ通信によって伝送し、
   前記第一の列車は、前記第二の列車から見た前記第一の列車の相対速度を算出し、前記相対速度が大きいほど増加するように設定された補正項を用いて、前記差分の補正を行う
   センサ健全性確認システム。
9. 請求項７に記載のセンサ健全性確認システムであって、
   前記第二の列車は、前記第一の列車の接近を検知したのち、前記第二の距離及び前記第二の列車の速度の算出及び前記第一の列車への送信を開始し、前記第一の列車から検査終了通知を受信するか、前記第一の列車の接近を検知した時点から予め設定された時間が経過するまで前記第二の距離及び前記第二の列車の速度の再算出及び再送信を繰り返す
   センサ健全性確認システム。
10. 請求項７に記載のセンサ健全性確認システムであって、
    前記第一の列車は、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出したときに、前記第一の列車の減速を行う
    センサ健全性確認システム。
11. 請求項７に記載のセンサ健全性確認システムであって、
    前記障害物検知システムは、軌道に沿って地上に配置された、第三のセンサを搭載した第三の地上設備をさらに備え、
    前記第一の列車が前記第一のセンサと前記第二のセンサのいずれかに異常があることを検出したのち、前記第一の列車が前記第三の地上設備に接近した際、
    前記第一の列車及び前記第三の地上設備は、前記第一のセンサと前記第三のセンサを用いてセンサの健全性確認をさらに行い、
    前記第一の列車は、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出した場合は、前記第一のセンサに異常があると判定し、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出しなかった場合は、前記第二のセンサに異常があると判定する
    センサ健全性確認システム。
12. 請求項７に記載のセンサ健全性確認システムであって、
    前記障害物検知システムは、前記第一の列車及び前記第二の列車とは異なる、第三のセンサを搭載した第三の列車をさらに備え、
    前記第一の列車が前記第一のセンサと前記第二のセンサのいずれかに異常があることを検出したのち、前記第一の列車が前記第三の列車に接近した際、
    前記第一の列車及び前記第三の列車は、前記第一のセンサと前記第三のセンサを用いてセンサの健全性確認をさらに行い、
    前記第一の列車は、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出した場合は、前記第一のセンサに異常があると判定し、前記第一のセンサ又は前記第三のセンサの異常を検出しなかった場合は、前記第二のセンサに異常があると判定する
    センサ健全性確認システム。
13. 第一のセンサを搭載した鉄道車両であって、
    前記鉄道車両が軌道に沿って地上に配置された地上設備又は列車に接近した際、
    前記地上設備又は前記列車に搭載された第二のセンサを用いて算出した前記鉄道車両と前記地上設備又は前記列車との第二の距離を受信し、
    前記第一のセンサを用いて前記鉄道車両と前記地上設備又は前記列車との第一の距離を算出し、
    前記第一の距離と前記第二の距離の差分と予め設定した閾値とを比較することで、前記第一のセンサ又は前記第二のセンサの異常を検出する
    鉄道車両。

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