JP2024034509A - 列車位置検知装置および列車位置検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】列車保安システムが信号情報を列車に送信するための搬送波を利用することにより、走行する列車の位置を検知する技術を提供する。【解決手段】列車位置検知装置として、任意の長さ単位のレールで構成した複数の軌道回路と、列車に搭載した車上装置と、複数の軌道回路それぞれの端部の位置情報を登録したデータベースとを備え、車上装置は、複数の軌道回路それぞれの端部から送信される信号電流を伴った搬送波を受電し、受電した際の搬送波の電圧レベルが最大から最小または最小から最大に変化する時点をトリガにしてデータベースを検索し、検索で取得した端部の位置情報に基づいて列車の位置を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、列車保安や列車制御に用いる信号システムの搬送波を利用した列車位置検知装置および列車位置検知方法に関する。

列車保安システムとしては、ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、ＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｂａｓｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などが用いられている。

ＡＴＣに関しては、例えば特許文献１に、隣接する軌道回路それぞれで異なる特定周波数の線スペクトルを有する列車検知用の送信信号を軌道回路に送信し、軌道回路からの受信信号のスペクトル成分を解析して測定した受信信号強度により、軌道回路内の列車の有無を検知する列車位置検出装置が開示されている。

また、ＣＢＴＣに関しては、例えば特許文献２に、列車の車上無線機から無線送信された列車位置情報を、沿線の無線機の内、列車に近接した４台の無線機により４経路で取得し、地上装置の列車位置検知部で列車位置を検知する無線列車制御システムが開示されている。

一方で、列車制御システムとしては、ＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）、ＴＡＳＣ（Ｔｒａｉｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｔｏｐｐｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などが用いられている。

これらのシステムは、列車に搭載する速度検出装置が検出したパルスや伝送等の速度情報、または地上側に設置するトランスポンダ地上子による検知信号、等を基にして、自列車の在線位置を検知し、その上で目標速度を認識することが行われている。

特開２０００－３１３３３５号公報 特開２０１８－１２７１７９号公報

しかしながら、現在の在線位置検知の方法では、速度検出装置が車輪の回転を利用している場合、車輪径の設定上で生じる差分（小数点以下の繰り上げ、車輪の摩耗など）または誤設定などにより、検出するパルス数に誤差が生じることが避けられない。

また、トランスポンダ地上子を使用する際には、ノイズ等によって情報を受信できないまたは受信した情報が破損するなどによって、結果的に位置検知を行うことができない状況が発生する場合がある。

そこで、本発明では、列車保安システムが信号情報を列車に送信するための搬送波を用いて走行する列車の位置を検知する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、代表的な本発明に係る列車位置検知装置の一つは、任意の長さ単位のレールで構成した複数の軌道回路と、列車に搭載した車上装置と、複数の軌道回路それぞれの端部の位置情報を登録したデータベースとを備え、車上装置が、複数の軌道回路それぞれの端部から送信される信号電流を伴った搬送波を受電し、受電した際の搬送波の電圧レベルが最大から最小または最小から最大に変化する時点をトリガにしてデータベースを検索し、検索で取得した端部の位置情報に基づいて列車の位置を検知するものである。

本発明によれば、列車保安システムが信号情報を列車に送信するための搬送波を利用して、走行する列車の位置検知を行うことにより、ヒューマンエラー、車輪の摩耗や車輪径設定上の差分による影響およびノイズ等による影響を大幅に抑制し、正確に列車の位置検知を行うことが可能となる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。

実施例１の列車位置検知装置として、レールを流れる搬送波（信号電流による誘起電圧）を利用した装置構成の一例を概略的に示す図である。 実施例２の列車位置検知装置として、無線アンテナからの電波を搬送波として利用した装置構成の一例を概略的に示す図である。 実施例３の列車位置検知装置として、車上と地上の無線アンテナ間の応答時間を利用した装置構成の一例を概略的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態として実施例１から３について説明する。なお、これら実施例１から３により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

本発明に係る実施例１を説明するに当たり、列車保安システムとしてＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置を使用する場合の概要について記す。
ＡＴＣ装置は、地上装置と車上装置とから構成され、地上装置からの信号を走行列車が搭載する車上装置によって受信し、走行列車の速度が、進路の条件等に従って列車に許し得る制限速度を越えないように、自動的にブレーキを動作または緩解させる機能を有している。

そのために、任意の長さ単位のレールで軌道回路を構成し、一定区分ごとに設置された各軌道回路のレール自体に在線軌道回路や停止軌道回路などの信号情報を送信する。走行列車は、車上装置が備える受電器を用いてレールに流れる信号情報を受信し、受信した信号情報による在線軌道回路や停止軌道回路の関係から制限速度などの情報を認識する。

図１は、実施例１の列車位置検知装置として、レールを流れる搬送波（信号電流による誘起電圧）を利用した装置構成の一例を概略的に示す図である。

走行する列車１には、車上装置２が搭載され、レール３には、一定区分ごとに設置された軌道回路４（図１では、軌道回路ＡからＤ）が設置されている。軌道回路４（ＡからＤ）それぞれには、地上装置（図示せず）から信号電流が供給される。

列車１が搭載する車上装置２は、列車１の走行位置に対応する軌道回路４（ＡからＤ）から受電器（図示せず）を介して信号情報を受信する。

地上装置（図示せず）は、レールに流す信号情報を一方の軌道回路端から送信するため、送信側の軌道回路端での搬送波（信号電流による誘起電圧）は大きく、非送信側の軌道回路端での搬送波は小さくなる。すなわち、図１に示すように、隣り合う軌道回路端（軌道回路Ａ端とＢ端、軌道回路Ｂ端とＣ端、軌道回路Ｃ端とＤ端）で、走行する列車１は、搬送波の大きさが最大から最小に変化する地点を跨ぐことになる。また、列車１の進行方向が逆になると、搬送波が最小から最大に変化する地点を跨ぐことになる。

そこで、データベース（ＤＢ）５は、各軌道回路端の位置情報を事前に登録したものである。図１のデータベース（ＤＢ）５では、事前に登録した軌道回路Ａ端から軌道回路Ｄ端の各位置情報を例示する。具体的な位置情報としては、例えば、基準位置（路線の起点など）からのキロ程または距離情報を登録する。

また、データベース（ＤＢ）５を設置する場所としては、走行する列車１が一般的であるが（例えば、車上装置２の内部など）、これに限定されるものではなく、地上側の装置内であっても構わない。

列車１が搭載する車上装置２は、軌道回路４（ＡからＤ）から受信する搬送波の差分が最も大きくなる箇所を捉えてそれをトリガとし、信号情報に含まれる在線軌道回路情報を用いて、データベース（ＤＢ）５に登録する軌道回路端の位置情報を検索して該当する軌道回路端の位置情報を認識する。

その上で車上装置２は、軌道回路端の位置情報に加えて、走行する列車１が位置する軌道回路内での走行距離（例えば、速度発電機等を用いた演算により算出）を用いることにより、走行する列車１の位置検知を連続的に行う。これにより、走行する列車１は、自らの位置を正確に検知することが可能となる。

次に、本発明に係る実施例２および３を説明するに当たり、列車保安システムとして、ＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｂａｓｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置を使用する場合の概要について記す。
ＣＢＴＣ装置は、レールに替えて、信号情報を送受信する無線アンテナを使用し、地上側に設置した複数の無線アンテナから信号情報を連続的に送信し、車上側の無線アンテナで信号情報を受信することにより、ＡＴＣ装置と同様の機能を奏するものである。

実施例２は、地上側の無線アンテナから送信する電波が、低周波のように非直進性で、無線アンテナとの距離が長く距離に応じて減衰する特性を有する場合に適合させたものである。

図２は、実施例２の列車位置検知装置として、無線アンテナからの電波を搬送波として利用した装置構成の一例を概略的に示す図である。

レール３上を走行する列車１が搭載する車上装置２は、地上側のレール３沿いに隣接して設置された無線アンテナ６（Ａ、ＢおよびＣ）が発する信号情報を含む搬送波を受信する。走行する列車１が、無線アンテナ６（Ａ、ＢまたはＣ）から受信する搬送波の電波強度は、図２に示すように、最接近した地点が最大となり（例えば、無線アンテナＡに関しては、「Ａｍａｘ」の地点）、その地点をピークにして減少していく。進行方向に位置する無線アンテナ６（Ａ、ＢまたはＣ）が変わるに従い、この受信する電波強度の変化を繰り返すことになる。

なお、図２に示す搬送波の電波強度のグラフでは、無線アンテナ６（Ａ、ＢまたはＣ）に関して、それぞれの最大点までの特性カーブを示すに留め、走行する列車１が最大点を過ぎると進行方向に位置する次の無線アンテナ６からの電波強度を示している。

そこで、隣り合う無線アンテナから受信する電波強度に対して、一方からの電波強度が所定の最大閾値以上となり他方からの電波強度が所定の最小閾値以下となる地点（すなわち、所定の最大閾値と最小閾値との差分以上となる電波強度の変化が生じた地点）を、走行する列車１の車上装置２が位置認識を実行するトリガ地点とする。また、列車１の進行方向が逆になると、電波強度が最小から最大に変化し所定の最小閾値と最大閾値との差分以上となる電波強度の変化が生じた地点がトリガ地点となる。

そして、データベース（ＤＢ）５は、隣り合う無線アンテナから受信する搬送波の電波強度の一方からの電波強度が所定の最大閾値以上となりかつ他方からの電波強度が所定の最小閾値以下となる地点（すなわち、所定の最大閾値と最小閾値との差分以上となる電波強度の変化が生じた地点）の位置情報（以下、「無線アンテナ間の位置情報」という）を事前に登録したものである。

図２のデータベース（ＤＢ）５では、無線アンテナＡ－Ｂ間、Ｂ－Ｃ間、Ｃ－Ｄ間およびＤ－Ｅ間のそれぞれで、該当する位置情報を例示する。具体的な位置情報としては、実施例１と同様に、例えば、基準位置（路線の起点など）からのキロ程または距離情報を登録する。

また、データベース（ＤＢ）５を設置する場所としては、実施例１と同様に、走行する列車１が一般的であるが（例えば、車上装置２の内部など）、これに限定されるものではなく、地上側の装置内であっても構わない。

列車１が搭載する車上装置２は、列車１の走行時に、隣り合う無線アンテナから受信する搬送波の内、一方の無線アンテナからの電波強度が所定の最大閾値以上となりかつ他方の無線アンテナからの電波強度が所定の最小閾値以下となった時点（すなわち、所定の最大閾値と最小閾値との差分以上となる電波強度の変化が生じた時点）をトリガとし、受信した信号情報に含まれる双方の無線アンテナの識別情報（固有の番号等）などを用いて、データベース（ＤＢ）５に登録された無線アンテナ間の位置情報を検索して該当する無線アンテナ間の位置情報を認識する。

その上で車上装置２は、データベース（ＤＢ）５の検索から取得した無線アンテナ間の位置情報に加えて、走行する列車１のトリガ時点からの走行距離など（例えば、速度発電機等を用いた演算により算出）を用いることにより、走行する列車１の位置検知を連続的に行う。これにより、走行する列車１は、自らの位置を正確に検知することが可能となる。

また、変形例として、一方の無線アンテナからの電波強度が所定の最大閾値以上となった時点をピークアウトした（最大値に達した）時点とした場合には、データベース（ＤＢ）５として、後述する実施例３に用いるデータベース（ＤＢ）５と同様に、地上側に設置した無線アンテナ（Ａ、Ｂ、Ｃ・・・）の位置情報を事前に登録したものを用いることによっても、対応が可能である。すなわち、ピークアウトした（最大値に達した）時点が、対応する無線アンテナに最接近した時点であるから、対応する無線アンテナの位置情報を用いることができる。ただし、その際には、対応する無線アンテナの識別情報（固有の番号等）を用いてデータベース（ＤＢ）５を検索することになる。

実施例３は、ＣＢＴＣ装置において、地上の無線アンテナから送信する電波が、高周波のように直進性を有し、無線アンテナとの距離が短く距離に応じた減衰がほとんどない特性を有する場合に適合させたものである。

図３は、実施例３の列車位置検知装置として、車上と地上の無線アンテナ間の応答時間を利用した装置構成の一例を概略的に示す図である。

レール３上を走行する列車１が搭載する車上装置２は、列車１に設置した車上アンテナ７から位置認識用の信号情報を含む搬送波を送信し、地上側のレール３沿いに隣接して設置された無線アンテナ６（Ａ、ＢおよびＣ）からの応答を受信する。

位置認識用の信号情報を含む搬送波の送信から応答を受信するまでの時間は、図３に示すように、走行する列車１と無線アンテナ６（Ａ、ＢまたはＣ）間の距離が近づくに連れて短くなり、最接近した地点が最短となる。また、進行方向に位置する無線アンテナ６が変わるに従い、同様の応答時間の変化を繰り返すことになる。

データベース（ＤＢ）５は、地上側に設置した無線アンテナの位置情報を事前に登録したものである。図３のデータベース（ＤＢ）５では、事前に登録した、無線アンテナＡ、Ｂ、ＣおよびＤの各位置情報を例示する。具体的な位置情報としては、実施例１または２と同様に、例えば、基準位置（路線の起点など）からのキロ程または距離情報を登録する。

また、データベース（ＤＢ）５を設置する場所としては、実施例１または２と同様に、走行する列車１が一般的であるが（例えば、車上装置２の内部など）、これに限定されるものではなく、地上側の装置内であっても構わない。

列車１が搭載する車上装置２は、車上アンテナ７から地上側の無線アンテナ６の位置認識用の信号情報を含む搬送波を送信し、無線アンテナ６からの応答を受信するまでの時間（以下、「送受信時間」という）を測定する。併せて、車上装置２は、無線アンテナ６からの応答に含まれる無線アンテナ６の識別情報（固有の番号等）などを用いて、データベース（ＤＢ）５に登録された無線アンテナ６の位置情報を検索し、該当する無線アンテナ６の位置情報を取得する。

その上で、車上装置２は、送受信時間から地上側の無線アンテナ６における応答処理時間を除いた時間に基づいて、走行する列車１から送受信を行った無線アンテナ６までの距離を算出し、データベース（ＤＢ）５の検索から取得した無線アンテナ６の位置情報に対して減算または加算することで走行する列車１の位置検知を行う。すなわち、送受信している間の列車走行距離分の補正を行う。これにより、走行する列車１は、自らの位置を正確に検知することが可能となる。

以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１…列車、２…車上装置、３…レール、４…軌道回路（ＡからＤ）、
５…データベース（ＤＢ）、６…無線アンテナ（ＡからＣ）、７…車上アンテナ

Claims (8)

1. 任意の長さ単位のレールで構成した複数の軌道回路と、
   列車に搭載した車上装置と、
   前記複数の軌道回路それぞれの端部の位置情報を登録したデータベースと
   を備え、
   前記車上装置は、前記複数の軌道回路それぞれの端部から送信される信号電流を伴った搬送波を受電し、受電した際の前記搬送波の電圧レベルが最大から最小または最小から最大に変化する時点をトリガにして前記データベースを検索し、前記検索で取得した前記端部の位置情報に基づいて前記列車の位置を検知する
   ことを特徴とする列車位置検知装置。
2. レール沿いに隣接して設置した複数の無線アンテナと、
   列車に搭載した車上装置と、
   前記複数の無線アンテナの内の隣り合う無線アンテナの一方から受信する搬送波の電波強度が所定の最大閾値以上となり他方から受信する搬送波の電波強度が所定の最小閾値以下となる地点の位置情報を登録したデータベースと
   を備え、
   前記車上装置は、前記複数の無線アンテナから送信される信号情報を伴った搬送波を受信し、隣り合う前記無線アンテナの一方から受信した前記搬送波の電波強度が所定の最大閾値以上で他方から受信した前記搬送波の電波強度が所定の最小閾値以下となる時点をトリガにして前記データベースを検索し、前記検索で取得した前記位置情報に基づいて前記列車の位置を検知する
   ことを特徴とする列車位置検知装置。
3. 請求項２に記載の列車位置検知装置であって、
   前記車上装置は、前記データベースを、前記隣り合う前記無線アンテナの双方から受信した前記信号情報に含まれる当該無線アンテナの識別情報を用いて検索する
   ことを特徴とする列車位置検知装置。
4. レール沿いに隣接して設置した複数の無線アンテナと、
   列車に搭載した車上装置と、
   前記複数の無線アンテナそれぞれの位置情報を登録したデータベースと
   を備え、
   前記車上装置は、前記複数の無線アンテナに対して信号情報を送信し前記複数の無線アンテナの少なくとも一つの無線アンテナからの応答を受信した際に、前記応答に含まれる前記無線アンテナの識別情報から前記データベースを検索して当該無線アンテナの位置情報を取得し、取得した前記位置情報と前記信号情報の送信から前記応答の受信までの応答時間に基づいて算出した距離情報とから前記列車の位置を検知する
   ことを特徴とする列車位置検知装置。
5. 走行する列車に搭載する車上装置が、
   任意の長さ単位のレールで構成した複数の軌道回路それぞれの一端から送信する信号情報を伴った搬送波を受信し、
   受信した際の前記搬送波の電圧レベルが最大から最小または最小から最大に変化する時点をトリガにして、前記複数の軌道回路の端部の位置情報を登録したデータベースを検索し、
   前記検索で取得した前記端部の位置情報に基づいて前記列車の位置を検知する
   ことを特徴とする列車位置検知方法。
6. 走行する列車に搭載する車上装置が、
   レール沿いに隣接して設置した複数の無線アンテナから送信される信号情報を伴った搬送波を受信し、
   隣り合う前記無線アンテナの一方から受信した前記搬送波の電波強度が所定の最大閾値以上で他方から受信した前記搬送波の電波強度が所定の最小閾値以下となる時点をトリガにして、前記複数の無線アンテナの内の隣り合う無線アンテナの一方から受信する搬送波の電波強度が所定の最大閾値以上となり他方から受信する搬送波の電波強度が所定の最小閾値以下となる地点の位置情報を登録したデータベースを検索し、
   前記検索で取得した前記位置情報に基づいて前記列車の位置を検知する
   ことを特徴とする列車位置検知方法。
7. 請求項６に記載の列車位置検知方法であって、
   前記車上装置は、前記データベースを、前記隣り合う前記無線アンテナの双方から受信した前記信号情報に含まれる当該無線アンテナの識別情報を用いて検索する
   ことを特徴とする列車位置検知方法。
8. 走行する列車に搭載する車上装置が、
   レール沿いに隣接して設置した複数の無線アンテナに対して信号情報を送信し、
   前記複数の無線アンテナの少なくとも一つの無線アンテナからの応答を受信した際に、前記応答に含まれる前記無線アンテナの識別情報から前記複数の無線アンテナそれぞれの位置情報を登録したデータベースを検索して当該無線アンテナの位置情報を取得し、
   取得した前記位置情報と前記信号情報の送信から前記応答の受信までの応答時間に基づいて算出した距離情報とから前記列車の位置を検知する
   ことを特徴とする列車位置検知方法。

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