JP3643234B2 - 軌道回路監視装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は軌道回路の異常を監視する装置であって、特に異常の原因箇所を特定できる機能を有するものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道交通においては、レール上に存在する列車を検知して信号機などの保安装置を制御する電気信号システムが古くから用いられている。例えば図１７に示す如く軌道１は適当な長さ（数１００メートル〜数キロメートル）毎にレール絶縁部９９により電気的に区分される。この区間１００の２本のレール２１、２２を電気回路として、この区間１００の一端（以後電源端という）に電源装置３（ここでは交流電源）の両極を、他端（以後終端という）に軌道リレー４のコイルの両極を接続する。列車（図示していない）がこの区間１００に進入してその車輪によりレール２１、２２間が短絡されたり、この区間１００から進出してレール２１、２２間が解放されることにより軌道リレー４を落下又は扛上（リレーがオン動作している状態）させ、列車の有無を検知するのである。ここに於いて軌道リレー４はレールの終端に到達する電源電圧（以後着電圧という）を監視しているということができる。
電源装置３とレール２１、２２と軌道リレー４からなる電気回路を軌道回路１０１と呼ぶ。又、電源装置３、レール２１、２２、軌道リレー４などを総称して軌道回路要素と呼ぶこともある。
【０００３】
このようなシステムは列車の運行を安全に保つ上できわめて重要なものであるから、システムに異常があれば何らかの警報信号を出力する監視装置も古くから用いられている。しかし、実際の軌道においては列車の速度やその編成状態、あるいは天候の変化などによって、列車進入、進出時に着電圧が高い値から低い値へ、あるいはその逆へと変化する速さは相当程度変動する。つまり、正常とは言えない過渡的な状態が一定時間発生する。
また、列車の車輪（図示しない）は高速で回転しているので、短絡している間にもレールの継目などでは瞬間的に解放状態（あおりとも言う）になってしまうこともあり、単純にシステムの電圧、電流などを監視するだけでは、これらを故障として捕えてしまうなど、誤作動する恐れが大きい。
そこで、このような正常な範囲内での変動による監視動作の誤作動を回避して、より確実に異常を監視しようとする試みが過去種々試みられている。
【０００４】
このような軌道回路１０１の監視装置の従来のものの一例について説明する。図１８〜図２３は実公平７−３０４５１号公報に示されたものと類似の監視装置を説明する図で、図１８はハードウェア構成図、図１９は図１８の構成を説明するブロック図、図２０と図２１は図１８の従来の監視装置の動作を説明するためのフローチャート、図２２は同じく定常時異常監視動作を説明するためのタイムチャート、図２３は過渡時異常監視動作を説明するタイムチャートである。
【０００５】
図１８に於いて、レール２１、２２と軌道リレー４とを接続するケーブル５には、マイクロコンピュータなどで構成されるコントロールユニット６が接続されている。このコントロールユニット６には、電源装置３よりレール２１、２２を介して軌道リレー４に印加される着電圧値Ｖを入力してディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ７、及びこのＡ／Ｄコンバータ７を介して入力される着電圧に基づいて後述する異常監視動作を行い軌道回路１０１の異常の有無を判定し、異常表示用のＬＥＤ９などに出力するＣＰＵ８が設けられている。
【０００６】
又、ＣＰＵ８には下記の設定値を入力するためのキーボード１０が接続されている。即ち、
１）ＶＢ：軌道リレー４の扛上状態（公知鉄道リレー専門用語、リレーＯＮ状態）における着電圧の正常と見なしうる下限設定値。
２）ＶＤ：リレー落下状態における着電圧の正常と見なしうる上限設定値。
３）ＶＣ：下限値ＶＢと上限値ＶＤとの間に位置し、着電圧の低下に伴って扛 上状態の軌道リレー４が落下する落下電圧値。（軌道リレー４の規格値）
４）ＶＡ：下限値ＶＢと上限値ＶＤとの間に位置し、かつ、落下電圧値ＶＣよりも高く、着電圧の上昇に伴って落下状態の軌道リレー４が扛上する扛上電圧 値。（軌道リレー４の規格値）
５）ＶＬ：軌道リレー４の扛上状態における着電圧の正常と見なしうる上限設 定値。
【０００７】
次に図１８と図１９に示す監視装置の異常判定動作を図２０〜図２１のフローチャートならびに図２２〜図２３のタイムチャートに従って説明する。
図２０に於いて、ステップ（図中Ｓで示す、以下同じ）Ｓ１では、図２１に示す定常時異常判定動作Ｓ１を実行する。なお、この動作は図１９の第１計測手段と第１異常判定手段により行われる。又、対応するタイムチャートは定常時動作を説明するための図２１である。即ち、Ｓ１１において軌道リレー４が扛上状態にあるときは着電圧ＶをＶＢおよびＶＬと比較し、Ｖ＞ＶＬまたはＶ＜ＶＢの時に異常と判定する。また、落下状態にあるときはＶ＞ＶＤの時に異常と判定する。 そして、異常判定がなされたときにはＳ１２、Ｓ１３に進み時間の計測を開始する。異常と判定される状態があらかじめ設定したＴ２時間に達するまで続いたときには異常警報を出力する（Ｓ１４）。時間がＴ２に達する前に前述の条件が正常に戻ったときには警報を出力しない。
即ち、軌道リレー４が扛上で且つＶがＶＢ以下になったときからＴ２時間経過したときに、ＶがＶＣより高い状態に維持されているときには列車進入に伴う電圧低下でないとして異常と判定する。
また、Ｔ２時間経過する前にＶがＶＣ以下になったときには軌道リレー４が落下状態へと変化し異常であるとする条件が無くなったのであるから、計測値をリセットし、列車進入による電圧低下であるとして、警報を出力せずに次の過渡時異常判定動作Ｓ３へと移行する。
【０００８】
過渡時異常判定は、Ｓ３（Ｓ２１〜Ｓ２２）で実行する。なお、これは図１９の第２計測手段と第２異常判定手段により行われる。又、対応するタイムチャートは過渡時動作を説明するための図２３である。
軌道リレー４が落下状態へと変化しているときは、図２３に示す如く、ＶがＶＣ以下になったときからＴ１時間の間に、ＶがＶ≧ＶＡとなるならば異常と判定する。またリレーが扛上状態へと変化しているときは、図２３に示す如く、ＶがＶＡ以上となったときからＴ１時間の間にＶがＶ≦ＶＣとなるならば異常と判定する。そして、異常と判定したときにはＳ２２へと進み、時間を計測することなく直ちに警報出力を発生する。
【０００９】
このような構成により、電圧の定常時は勿論、過渡時においても、常に異常を監視しているのである。
【００１０】
このようにして、従来の軌道回路の監視装置では異常の有無をいち早く検出することができ、列車の運行を直ちに停止するなど安全確保の必要な手を打つことができる。
しかし、例えば電源装置３の出力電圧が低下して、着電圧Ｖが列車がないのに列車ありの状態に相当するレベルに低下するような故障が生じた場合、監視装置は列車ありと判断し異常を見つけることができない。つまり異常を発見できる故障のモードには限りがあるという問題があった。
これは電圧の変化という、１つの事象、が生じる原因は多数あるので、ただ１カ所の電圧を監視しているだけでは異常と正常の区別が付かない場合もあるということに他ならない。
【００１１】
また、現実の保線作業としては軌道回路１０１の異常が検出されれば、これを早急に復旧させなければならないが、それには軌道回路１０１を構成するハードウェアのどこの部分が異常であるかが判らなければ復旧作業に取りかかることができない。
従来の装置では、結果として異常が生じていることは検出できても、異常を生じている原因までは判らない。もっとも着電圧Ｖを監視しているから、たとえば電圧がゼロになってしまうとか、極めて高い値になってしまう場合には、おそらく電源装置３に異常があるのではないかというようなある程度の推定は可能であるものの、この推定を元に直ちに復旧作業に取掛かり得るほどの確度の高い情報を提供できるものではない。
そのため異常を検出しても、復旧に取掛かるまでにシステムを点検し直すなど多大の時間が必要であるという問題があった。
【００１２】
また、特開平２−１９７４５９号公報に示されているように電源装置３に直流電源を使用し線路終端で直流電流を検出して異常を検出しようとするものもある。また、特開平４−１１３９４１号公報に記載のように着電圧Ｖの位相を監視する方法（軌道リレー４として局部コイルと主コイル（いずれも後述）を有するものを用いた場合、着電圧の位相が所定角からずれると軌道リレーの電圧特性が狂ってしまうので位相を監視する）もある。これらいずれの場合も、ある種の異常の場合には異常を検出することが難しかったり、原因がある限られたものである場合しか、原因を推定することができないなどの問題がある。
また、回路技術の常識として、受動的素子のみで構成される回路の異常を発見し異常箇所を特定するには、回路要素毎の入出力電圧と電流を測定し各要素のインピーダンス（又は抵抗）を演算で求め、正常時のものと比較する方法が知られているが、このような方法ではデータ数が多くなって、設備構成とその処理が複雑化するという問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の軌道回路の監視装置は以上のように構成されているので、次の問題がある。
１）軌道回路内に生じると想定し得る全ての異常を検出できるとは言えない。
２）データが異常であることはわかっても何が原因でそのようになっているのかを知ることができない。
そのため異常を検出した後にその異常の復旧に取掛かるまでに、結局人が現場（設置してある電源、レールの区間、軌道リレーの設置場所など）に出向いて全ての軌道回路要素を調べ直すなどのため、多大の時間を必要とするという問題があった。
また、軌道回路要素の全てが受動的な機能の素子なので、異常を発見する基本的な手法として、回路要素毎に入出力電圧と電流を測定し各要素のインピーダンス（又は抵抗）を演算で求め、正常時のものと比較してもよいが、このような方法ではデータ数が多くなって、それらを測定するための設備構成とその処理が複雑化するという問題があった。
【００１４】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、きわめて数少ないデータを基に、軌道回路上の想定しうる全ての異常を検出できると同時に、異常の原因部位を特定する情報をも提供できる軌道回路監視装置を提供するものである。また、このような設備を出来るだけ簡素なものとすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る軌道回路監視装置は、電気的に任意の長さに絶縁された２本のレールで構成され列車が走行可能な軌道区間と、この軌道区間の一端（電源端）の前記２本のレール間にインピーダンス素子を介して交流電圧を送信する交流電源装置と、前記軌道区間の他端（終端）の前記２本のレール間に接続された軌道リレーとを含む軌道回路の異常の有無を監視する軌道回路監視装置であって、
前記交流電源装置の送信電圧と送信電流、前記終端の電圧、前記終端の電圧位相とを検出値として取込む検出手段と、
前記軌道回路が正常であって、列車が前記軌道区間内にある場合と無い場合とに対応してあらかじめ設定した前記検出値の上限値と下限値とを記憶する記憶手段と、
前記検出値と前記上限値、下限値とを比較することにより、前記軌道回路の異常の有無を判定して判定結果を出力する判定演算部と、
前記判定演算部が前記軌道回路に異常があると判定した場合に、当該異常の原因が前記交流電源装置、前記インピーダンス素子、前記軌道区間、前記軌道リレーのいずれにあるかを特定して特定結果を出力する特定演算部と、
上記判定結果と上記特定結果とを表示する表示手段とを有するものである。
【００１６】
第２の発明に係る軌道回路監視装置は、記憶手段が軌道回路を構成する機器毎の環境条件の変動に応じた故障率を記憶し、判定演算部によって異常ありと判定された異常の原因となり得る確率値を、特定演算部が軌道回路を構成する機器毎に入力された環境条件に応じて演算し、前記確率の高い順に複数の機器をこの異常の原因機器としてその確率値と共に表示する原因確率演算回路を有するものである。
【００１７】
第３の発明に係る軌道回路監視装置は、記憶手段があらかじめ定めた異常の程度に対応する異常の分類データを記憶し、異常があると判定されたとき、判定演算部が検出した異常を記憶している異常の程度に応じて複数レベルに分類して判定する異常レベル分類回路を含むものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図により説明する。図１は軌道回路と軌道回路監視装置の構成図である。
図に於いて、１００はレール絶縁部９９によって、適当な長さに電気的に区分された軌道の区間を示すものである。２１、２２はこの区間１００の２本のレールを示す。３は軌道区間１００の一端（以下電源端）に設けた交流電源装置（電源トランス）であり、この電源トランス３の出力はインピーダンス素子２３を介して、レール２１、２２の電源端へ接続されている。
【００２０】
４は主コイル４０と局部コイル４１と接点出力４２とを有する軌道リレーであり、主コイル４０はレール２１、２２の他端（以下終端）に接続されている。 軌道リレー４の局部コイル４１に加えられる電源と、電源装置３に加えられる電源との位相関係は一定である（位相ずれがないことが好ましい）。電源装置３は区間１００の電源端へ電圧信号を送信し、軌道リレー４は区間１００の終端に達する着電圧によって動作する。
【００２１】
電源装置３とインピーダンス素子２３と区間１００のレールと軌道リレー４並びに列車があるときには車輪がレール２１、２２間を短絡して生じる短絡抵抗からなる電気回路は軌道回路１０１を構成している。
２５は電源装置３の出力端子に接続されたケーブルに挿入された電流検出器（ＣＴ）である。
２６は電源装置３の出力端子、あるいは、軌道１００の終端に接続された電圧検出器（ＰＴ）である。
２７は軌道リレー４の主コイル４０と局部コイル４１に加えられている２つの電圧の位相差を検出する位相差検出器である。
ここでインピーダンス素子２３は例えば電源トランス３やこれにつながるケーブルによって代用すれば、素子として特定のものを用いないことでもよい。 又、電源装置３からレール２１、２２に加えられる電圧及び、レール２１、２２から軌道リレー４に取込まれる電圧は、鉄道技術で言ういわゆるインピーダンスボンドを介しても良い。
【００２２】
電源装置３から区間１００へ送信される電圧を送信電圧、電流を送信電流と呼ぶ。区間１００から軌道リレー４の主コイル４０に入る電圧を着電圧と呼ぶ。
Ｉは電流検出器２５から得られる送信電流信号値である。
υは電源トランス３の出力端子に接続された電圧検出器２６から得られる送信電圧信号値である。
Ｖは軌道リレー４の主コイル４０の端子（区間１００の終端と同じ）に接続された電圧検出器２６から得られる着電圧信号値である。
Φは軌道リレー４の主コイル４０と局部コイル４１に加えられている２つの電圧の位相差を検出する位相差検出器２７から得られる位相差信号値である。
【００２３】
３５は演算装置であって、送信電流信号Ｉと送信電圧信号υと着電圧信号Ｖと位相差信号Φを入力として、軌道回路１０１の異常の有無出力４４、異常がある場合の異常を生じる原因ケ所の特定出力４５を出力するものである。これらの出力４４、４５は電気信号でも良いし、ＣＲＴ１１などへの表示を意味するものでも良い。また、軌道１００区間内での列車（図示していない）の有無は本来軌道リレー４の接点出力から得られるが、演算装置３５から出力することも可能である。
【００２４】
演算装置３５は次に記載する１）〜５）のものから構成されている。即ち、
１）送信電流信号Ｉと、送信電圧信号υと、着電圧信号Ｖと、位相差信号Φを検出する検出手段３６。
２）軌道回路１０１が正常で、列車が区間１００内にある場合及び無い場合のそれぞれに対応して、ＩとυとＶとΦとの各種の要因による変動をも考慮した、正常な値の範囲（上下限値）を記憶する記憶手段３７（これら記憶値は例えばキーボード１０から入力することができる）。
３）前記検出値を前記記憶している上下限値と比較して、異常の有無を判定し、異常有無出力４４を出力する判定演算部３８。
４）判定演算部３８によって異常があると判定された場合に、その異常が生じた原因となる機器を軌道回路１０１を構成する電源装置３、インピーダンス素子２３、レール区間１００、軌道リレー４の内のどれであるかを特定して、特定出力４５を出力する特定演算部３９。
５）以上の１）〜４）のインテリジェント機能を達成するため、一般的に用いられるＣＲＴ１１などの表示手段、ＣＰＵやメモリーなど（図示しない）。
【００２５】
図２（ａ）は図１のものの動作を説明するため、図１の軌道回路１０１をできるだけ忠実に表したものである。区間１００のレール２１、２２は電源端と終端との間にインピーダンスＲＬ（図では抵抗記号を用いているがリアクタンス又はコンダクタンスを含むインピーダンスである、他のものも同様）を有している。図示しない列車が区間１００に侵入することはスイッチＳＷが閉じることを意味し列車の車輪による短絡抵抗ＲＴがＲＬの途中の位置に挿入される。列車が移動すれば短絡位置も移動するのでインピーダンスＲＬは可変抵抗記号で表している。レール２１、２２間の漏れ抵抗はＲＸで表している。区間１００の両端は絶縁９９の抵抗によって図示しない隣接区間へとつながっている。
【００２６】
図２（ａ）の等価回路図では複雑すぎて解析が困難なので、各種の前提条件を考慮に入れて更に簡略化したものを図２（ｂ）に示す。即ち、図２（ｂ）では絶縁９９は他の抵抗に比して十分大きいので無視している。また、電源装置３の内部インピーダンスは小さいのでインピーダンス素子２３に含ませてインピーダンスｒとして表している。
ＲＬはレール２１と２２の電源端から終端に至る間のインピーダンスである。
ＲＸはレール２１と２２との間の漏洩インピーダンス、ＲＴは車輪の短絡抵抗、Ｚは軌道リレー４の主コイル４０の側から見たインピーダンスである。ＳＷは列車が区間１００にあればＲＴが、区間１００に無ければＲＸが選択されるスイッチ（車輪）である。
以後、本発明の説明は図２（ｂ）の等価回路図に基づいて説明する。
なお、実際の鉄道線路では、υは１ボルト程度、Ｉは数アンペア、ＲＬは１Ω程度、ＲＸは数１０Ω、ＲＴは０．１Ω前後、Ｚは数１０Ω程度、Φは列車があれば小さく、なければ大きい値となるのが一般的で、このうちＲＸとＲＴとＲＬとΦが気象条件の変化により変動して異常を生じる原因となり易い要因である。
【００２７】
図２で電源装置３から見た負荷抵抗は
列車があるときｒ＋ＲＴ（ＲＬ＋Ｚ）／（ＲＬ＋Ｚ＋ＲＴ）
列車がないときｒ＋ＲＸ（ＲＬ＋Ｚ）／（ＲＬ＋Ｚ＋ＲＸ）
であるから送信電流（Ｉ）は
列車があるときＩ＝υ（RL+Z+RT）/｛ｒ(ＲＬ＋Ｚ＋ＲＴ）+ＲＴ（ＲＬ＋Ｚ）｝
列車がないときＩ＝υ（RL+Z+RX）/｛ｒ(ＲＬ＋Ｚ＋ＲＸ）+ＲＸ（ＲＬ＋Ｚ）｝
で表される。
Ｉがもっとも大きくなるのは、レール２１、２２間が電源端に近い位置に存在する列車によって短絡されているときで、ＲＴ≒０であるから
ＩMAX＝υ／ｒ となる。
また、Ｉがもっとも小さくなるのは列車が区間内にいなくて、且つ、気象が乾燥しているためにレール２１、２２間の抵抗ＲＸがきわめて高いときで、ＲＸ≒∝であるから
ＩMIN＝ υ／（ｒ＋ＲＬ＋Ｚ） となる。
【００２８】
上記をもとにして、図３に送信電流が最大ＩMAX、及び最小ＩMINとなる条件での、送信電圧υと送信電流Ｉの関係を示す。
ここで、図中に送信電圧υと送信電流Ｉのハードウェア的上限値と下限値の範囲を示している。
送信電圧の下限値υ１と送信電流の下限値ＩＳは、列車が軌道区間１００内にいない場合に、送信電流が低下して軌道リレー４の正常な動作が期待できなくなる恐れの有無によって定める。
送信電圧上限値υ２と送信電流上限値ＩＬは、送信電流過大による設備の焼損、例えば列車が区間１００内にある場合の電源装置３やインピーダンス素子２３の焼損の恐れと、列車が区間１００内に無い場合の軌道リレー４の主コイル４０の焼損の恐れなどから定める。
【００２９】
これらの値の全ては正常時においても電源電圧の変動、気温や気象条件の変動によって変動している。図示説明の都合上図３（以下の図も同様）にはこのような変動までは記載していないので例えば図３の線は適当な幅を有する概念を表しているのである。
【００３０】
次に送信電流Ｉと着電圧Ｖ及び位相差Φとの関係について図４に示す。
軌道回路１０１が正常であれば列車の有無（即ちＳＷの位置）に関係なく
Ｖ＝（υ−ｒ・Ｉ）Ｚ／（ＲＬ＋Ｚ）……（１）が成立する。
列車が無くてＲＸがＺに比して無視できない程度に小さいときには
列車が無くて軌道回路１０１が正常、つまりＲＸがＺよりも十分大きいとき
（２）’式は
Ｖ＝Ｚ・Ｉ ……（２）となる。
列車があってＲＴがＺに比して無視できない程度の大きさであるとき
Ｖ＝ＲＴ・Ｉ・Ｚ／（ＲＴ＋ＲＬ＋Ｚ） ……（３）’ が成立する。
列車があって軌道回路１０１が正常、つまりＲＴがＺに比して十分小さいとき
（３）’式は
Ｖ＝ＲＴ・Ｉ・Ｚ／（ＲＬ＋Ｚ） ……（３）となる。
【００３１】
（１）式と（２）式｛又は（２）’式｝との交点が列車なしの状態の、（１）式と（３）式｛または（３）’式｝との交点が列車あり状態での送信電流Ｉと着電圧Ｖの値を示している。
（２）式と（２）’式のいずれを使用すべきかは、列車なし時に計測した送信電流Ｉが図３の列車なしの電流線ＩMINに一致するか、より上になるかによっても容易に判断できる。
また、（３）式と（３）’式とのいずれを使用すべきかは、列車あり時に計測した送信電流Ｉが図３の列車ありの電流線ＩMAXに一致するか、より下になるかによって容易に判断できる。実際には（３）’式が必要となることはまれなので以下の説明では（３）’式は用いないで説明する。
【００３２】
図４の着電圧Ｖを表す縦軸には、軌道リレー４の動作規格値に基づく着電圧しきい値を示している。
即ち、ＶＬは列車なしの正常状態での着電圧の上限リミット値で、またυ２電圧値とＩＬ電流値とを結ぶ線と（２）式との交点に相当する。
ＶＢは列車なしの正常状態での下限リミット値である。
ＶＡは落下している軌道リレー４が着電圧Ｖの上昇によってオンする電圧である。
ＶＣはオン状態にあった軌道リレー４が着電圧Ｖの低下に伴いオフとなる電圧である。
ＶＤは列車有りの状態での着電圧Ｖの上限リミット、その下限値は図に示していないが（３）式とＩＳとの交点でほぼ０である。
【００３３】
図４の位相差Φを表す縦軸には列車なしの場合の正常と見なし得る変動値Φ１〜Φ２を示している。Φの変動の許容値は８０度幅程度である。
【００３４】
図４の送信電流Ｉを表す横軸には、軌道リレー４の動作規格値に基づき送信電流Ｉのしきい値を示している。
即ち、ＩＢはリレー落下状態における送信電流正常時の下限値である。
ＩＡは着電圧の低下に伴ってオン状態の軌道リレーが落下する落下電圧値に達したときに流れる落下時送信電流である。
ＩＣは前記落下時送信電流値ＩＡより小さく、着電圧の上昇に伴って落下状態の軌道リレーがオンする電圧値に達したときに流れる扛上時送信電流である。
ＩＤはリレーオン状態における送信電流正常時の上限値で、ＶＬと（２）式との交点でもある。
【００３５】
次に、図５（ａ）、（ｂ）に列車が区間１００内から区間外へと移動するにつれて、送信電流Ｉ並びに着電圧Ｖが変化する様子を示している。又、図４に示した送信電流のしきい値（ＩＬ、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＤ、ＩＳ）と着電圧のしきい値（ＶＬ、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤ）も示している。
図５の（ａ）と（ｂ）の時間軸は同じ時間を示している。
【００３６】
図６に異常判定動作のフローチャートを、図７と図８に故障原因箇所を特定するための特定演算表及び特定条件表を示す。
図６のフローについて説明する。まず、異常判定動作をスタートするとステップ７１（Ｓ７１と記す、以下同様）で検出手段３６が全検出値（υ、Ｉ、Ｖ、Φ）を取込む。
次にＳ７２で、検出した送信電圧υの値が正常な範囲（υ２＞υ＞υ１）にあるか否かを判定演算部３８が判定する。ここで正常な範囲は記憶手段３７に記憶されている。正常な範囲に無ければＳ８０で異常が発見されたことを異常有無出力４４に出力し、Ｓ８１で電源装置３の異常であると特定演算部３９が特定する。この特定作業には特別な条件は必要ない。正常な範囲にあれば次のステップへ進む。
【００３７】
以下、Ｓ７３で送信電流Ｉの判定、Ｓ７４で着電圧Ｖの判定、Ｓ７５で位相Φの判定を判定演算部３８が順次行う。全て正常な範囲にあればＳ７６で着電圧Ｖの大小又は軌道リレー４のオンオフ状態を基に列車の有無を判定し出力する。
なお、ここで列車の有無の判定は必ずしも必要ではない。
【００３８】
Ｓ７３、Ｓ７４、Ｓ７５のいずれかに於いて異常状態が発見された場合、Ｓ８２で所定の時間に達するまでに、繰返し、何度も、Ｓ７３、Ｓ７４、Ｓ７５の判定を行い、同じ異常が所定時間以上継続しているかどうかを判断し、所定時間の後正常に復していれば異常はないものと判定してＳ８３を経てＳ７６に進む。
所定時間後にも異常状態が継続しているときはＳ８０で異常出力し、Ｓ８４へ進み図７に示す異常箇所の特定表と図８の特定条件表に従って特定演算部３９が異常箇所を特定する。
【００３９】
図７と図８は、送信電圧υが正常であるという前提の上で、インピーダンス要素２３のインピーダンスｒ、レール２１、２２の両端間のインピーダンスＲＬ、レール２１、２２間の漏洩インピーダンスＲＸ、列車短絡抵抗ＲＴ、軌道リレー４のコイルインピーダンスＺのいずれか１カ所に抵抗減少や増大（短絡や断線など）何らかの異常がある場合に検出値（Ｉ、Ｖ、Φ）に現れる値の変化、及びこれらの値の間に成立する条件について示したものである。
【００４０】
図７、図８によるＳ８４での異常箇所特定動作について説明する。
Ｓ８４ではまず、図８の成立条件について特定演算部３９がチエックを行う。即ち、検出値を、送信電流Ｉの大きさによって変ることのない成立条件式（１）に当てはめて、その成立の有無をチェックした上で、送信電流Ｉの大小、あるいは軌道リレー４のオンオフ状態に応じて他の条件式（２）または（２）’と（３）についてもチエックを行う。このチエックで原因要素をある程度絞ることができる。勿論これだけで特定できる場合もあるがたいていの場合は難しいので、次にこの絞り込んだ結果の範囲内で、図７に従い、（Ｉ、Ｖ、Φ）の値がどの範囲にあるかによって原因要素を特定する。図７の条件は記載している複数の条件の何か１つに範囲外のものがあれば他の条件が正常であっても
【００４１】
図７、図８に記載する条件の理解を助けるため、図４のグラフ上に図７の正常条件を重ねたものを図９に示す。また、図４のグラフ上に図８の成立条件を重ねて記載したものを図１０に示す。
図１０の６１はＺが異常に低くなった場合の交点の移動する領域を示す。
６２はＲＴが異常に大きくなった場合、６３はｒ過大又はＺ過小、６４はｒ過小又はＺ過大、６５はＺ過小又はＲＸ過小、６６はＺ過大の場合にそれぞれ交点が移動する領域を示している。
【００４２】
全ての回路要素は、式（１）（２）又は（２）’（３）のどの式かには必ず含まれているから、回路要素の内の何が故障しても図４の３本のグラフの内の少なくとも１本は必ず移動するので、必ず故障を検出することが出来、軌道回路の両端からデータを得ていることとも相まって、故障原因をほぼ特定することが出来る。
結局、図４のグラフの交点のずれの大小によって異常を判定することができると共に、この交点のずれが図４の３本のグラフ（１）（２）又は（２）’（３）のどちらの側にずれているかを見ることによって異常の原因をも特定できるのである。
【００４３】
なお、実際の鉄道システムでは、レール抵抗ＲＬに比べて軌道リレー４のインピーダンスＺは十分に大きいので、式（１）と（３）のＺ／（ＲＬ＋Ｚ）はほぼ１と見なしてもよく、実際の比較作業はもっと簡単になる。
【００４４】
実施の形態２．
図７、図８の特定表、条件表では２つ以上の原因に対して同一の条件が示されているものがあるから、これらの表からは原因を一つに絞れない場合がある。これでは実作業を行うための情報としては不完全であるから、複数の原因が特定された場合に、単純にこの複数の原因を表示するだけでなく、同時にそれぞれの原因別に故障の起り易さを表示させることができれば、保線作業上きわめて有益である。
図１１にこの発明の実施の形態２による軌道回路の監視装置の構成の一部を示す。
図１１は図１の構成と異なる部分のみを示すものである。図中５１は記憶手段３７が記憶している各回路要素別の故障率データである。５２は特定演算部３９内に構成されている原因確率演算回路である。
【００４５】
図２（ｂ）に示す回路要素はそれぞれ固有の故障率を有している。また例えばインピーダンス素子２３のインピーダンスｒや、軌道リレー４のインピーダンスＺは気象の影響を受けにくいが、レール間漏洩インピーダンスＲＸは雨天や積雪など気象状態の変化によって大幅に変動する。又、気温の急激な低下があったときやレールの交換作業が行われた直後にはレール抵抗ＲＬや車輪短絡抵抗ＲＴが変動する可能性が高い。このように異常の内の特定のものは、ある条件のときに発生する確率が高いのでこれらの気象条件などを入力することによってある程度予測することができる。
図１２は図２（ｂ）の回路要素ｒ、ＲＬ、ＲＸ、ＲＴ、Ｚ毎の故障率ＪN、ＫN、ＬN、ＭN、ＮNを入力する環境条件と共に示すものである。入力条件はこの故障率に影響が大きい条件（環境条件など）を選択してキーボード１０から入力すればよいが、気温や天候が自動的に入力されるようにすることも容易である。なお、ここでＪN、ＮNは単品の故障率であるが、ＫN、ＬN、ＭNは区間１００のレールの長さや、設置されている地形条件などによつて変るものであることは言うまでもない。
【００４６】
図１２は説明の都合上簡単な表にしてあるが、例えば同じ雨天でも、小雨程度の場合とレールが冠水するような豪雨の場合では条件を変えるなどしても良いことは勿論である。各条件に対応する故障率は鉄道設備の設計段階であらかじめ判明しているはずのものであるから知ることに困難は無い。
【００４７】
特定演算部３９が複数の回路要素を特定したときに限り、キーボード１０から現在の気象条件などの環境条件を入力すれば、特定演算部３９内に設けた原因確率演算回路５２が記憶手段３７から故障率データ５１を抽出し、表示する原因要素毎に故障の起り易さとして（故障の発生確率として）表示する。図１３にこのような表示の１例を示す。
【００４８】
実施の形態３．
実際の保線作業としては、列車の運行を直ちに停止させる必要のある異常（重故障）と、減速して走らせれば安全であるような異常（軽故障）がある。これらを同じ異常として列車を同じように停止させることは、乗客にとって不利益であるので、図５、図６のタイムチャート上に示したように、送信電流Ｉのレベル、着電圧Ｖのレベルによって、軽故障と重故障に（必要に応じて更に多数の段階に）分類したほうがよい。
図１４はこのような分類を行うことのできる軌道回路監視装置の構成の一部を示す図で、図１の構成の内実施の形態３による変化部分のみを示している。
異常のレベルを分類するためには、記憶手段３７の内部に図７の特定表、図８の条件表とは別に、検出項目別に異常レベル分類表５３を記憶し、また判定演算部３８の内部に異常レベル分類回路５４をもって分類を行う。
分類レベルはキーボード１０から入力することによって変更することができる。
【００４９】
図５、図６に示す送信電流Ｉ又は着電圧Ｖの値が、ＩＡ＞Ｉ＞ＩＣ、又はＶＡ＞Ｖ＞ＶＣの範囲に所定時間以上ある場合（図中に中間レベル故障と記載）、この範囲の故障は、列車の有無と軌道リレー４のオンオフ状態とが一致しているとは言えない。従って、列車の有無を確定することができず、軌道リレーによって信号機などの制御を正常に行うこともできないのであるから、基本的に重故障である。
【００５０】
実施の形態４
図１の装置を実際の鉄道システムに実施する形態について説明する。図１６が本発明の実施の形態４による軌道回路の監視装置の構成図で、図１５は図１６の構成の特徴の理解を助けるため説明の都合上示す比較参考図である。
まず図１５の構成について説明する。軌道区間１００、２００、３００は互いに隣接する軌道の区間である。区間は更につながっていても良いが説明の都合上３区間のみとしている。１３５、２３５、３３５はそれぞれ区間１００、２００、３００に対応して設けられた端末機である。
各端末機はハードウェア構成としては同じものであり、それぞれ検出手段３６と双方向のデータ伝送手段５５と表示部９を有している。検出手段３６は検出ケーブル３６１によって１つの区間、例えば区間１００の電源端に接続されている電源装置３、並びに同じ区間１００の終端に接続されている軌道リレー４に接続されている。
１０５は集中監視装置であって複数の端末機に対して１台設置されている。
【００５１】
集中監視装置１０５は各端末機と双方向にデータを伝送する伝送装置５５と、判定演算部３８と、特定演算部３９と、全ての区間に対応する異常判定のためのデータを記憶する記憶手段３７と、キーボード（入力手段）１０と、ＣＲＴ（表示手段）１１を有している。
各端末機は伝送回線１０６によって互いに接続されていると共に、集中監視装置１０５も伝送回線１０６によって全ての端末機１３５〜３３５と接続されている。
このシステムでは判定演算部３８と特定演算部３９は集中監視装置１０５にのみ設けられているので、システム構成として無駄が少なくなっている。異常の判定結果と原因の特定結果とは集中監視装置のＣＲＴ１１に表示されるだけでなく、端末機においても表示される。
【００５２】
ところで検出ケーブル３６１は軌道区間１００の両端から信号を端末機１３５に導くために設けられているので、端末機が区間のどこに設置されているかに係わらず結局その全長は軌道区間１００の全長に等しくなる。また、伝送回線１０６も軌道に並行して設けられることになるから、結果的にこのような構成では検出ケーブル３６１と伝送回線１０６とを全軌道にわたって設けなければならないことになる。
【００５３】
実施の形態４を示す図１６のシステム構成について説明する。
図１６では各端末機１３５、２３５、３３５は軌道区間の終端又は電源端のいずれか一方（全区間にわたって統一）に設置されている。今、例えば区間２００の電源端に設置されている場合について説明すれば、端末機１３５は、この区間２００の電源装置３の送信電圧信号υと送信電流信号Ｉ、並びにこの区間２００の電源端に接続されている隣の区間１００の終端の着電圧信号Ｖと位相差信号Φとを検出手段３６により取込むように検出ケーブル３６２により接続されている。上記の区間２００の電源端と区間１００の終端とは当然くっついているのだからケーブル３６２の長さはきわめて短いものですむことになる。
そして、全ての端末機は互いに伝送回線１０６によってデータの交換が可能なので、端末機１３５では、取込んでいる区間１００と２００のデータは勿論、どの区間のデータをも読出すことが可能である。
もっとも、軌道の一番端（上記の例では端が終端になる側）では対応する端末機が存在しないことになるので、図１５の場合に比べて端末機を１台余分に必要とすることになるが、一般にはケーブルの施設費の低減効果に比べて問題となるようなものではない。
【００５４】
ここでは１台の端末機が１つの区間と対応しているものとして説明したが、複数の区間と対応していても、上記の効果は減るものの、ケーブルの減少効果が得られることは明白である。
【００５５】
【発明の効果】
第１の発明による軌道回路監視装置は以上のように構成され、軌道回路の両端から得た４つのデータ（υ、Ｉ、Ｖ、Φ）間に成立する３つの式によって軌道回路内に生じると想定し得る全ての異常を検出できる。また、検出するデータが全ての回路要素に対応したデータでないにも係わらず、異常の原因を特定することができる。
そのため異常を検出した後に、その異常の復旧に取掛かるまでに多大の時間を必要としない。
【００５６】
第２の発明による軌道回路監視装置は、特定された異常の原因が複数個である場合に、故障発生時の気象条件などを入力すれば、複数の原因要素毎に故障の発生確率が表示されるので、原因要素を絞り込むことができる。
【００５７】
第３の発明による軌道回路監視装置は異常を検出したときにこの異常の程度に応じて必要な段階にレベル分けして表示することができるので、列車の運行上有益な情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による軌道軌道回路の監視装置の構成図である。
【図２】 軌道回路の等価回路図である。
【図３】 送信電圧と送信電流の関係説明図である。
【図４】 送信電流と着電圧の関係説明図である。
【図５】 送信電流と着電圧のタイムチャートである。
【図６】 図１の監視装置の動作フローチャートである。
【図７】 異常箇所の特定表である。
【図８】 成立条件表である。
【図９】 送信電流と着電圧の関係における正常範囲を説明する図である。
【図１０】 送信電流と着電圧の関係における成立条件を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態２による軌道回路の監視装置の一部を示す構成図である。
【図１２】 故障率変動説明図である。
【図１３】 図１１の表示の一例図である。
【図１４】 本発明の実施の形態３による軌道回路の監視装置の構成の一部を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態４による監視装置の必要性を説明するための比較参考図である。
【図１６】 本発明の実施の形態４による軌道回路の監視装置の構成図である。
【図１７】 軌道回路の説明図である。
【図１８】 従来の軌道監視装置のハードウェァ構成図である。
【図１９】 図１８のブロック図である。
【図２０】 図１８の動作フローチャートである。
【図２１】 図１８の動作フローチャートである。
【図２２】 図１８の定常時動作を説明するための着電圧のタイムチャートである。
【図２３】 図１８の過渡時動作を説明するための着電圧のタイムチャートである。
【符号の説明】
３ 電源装置 ４ 軌道リレー
１１ ＣＲＴ（表示手段） ２１、２２ レール
２３ インピーダンス素子
２５ ＣＴ ２６ ＰＴ
２７ 位相差検出器
３５ 演算装置 ３６ 検出手段
３７ 記憶手段 ３８ 判定手段
３９ 特定演算部
５１ 故障率表 ５２ 原因確率演算回路
５３ 異常レベル分類表 ５４ 異常レベル分類回路
５５ 伝送装置 ９９ 絶縁
１００ 軌道の区間 １０１ 軌道回路
１０５ 集中監視装置 １０６ 伝送回線
１３５ 端末機
【発明の属する技術分野】
この発明は軌道回路の異常を監視する装置であって、特に異常の原因箇所を特定できる機能を有するものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道交通においては、レール上に存在する列車を検知して信号機などの保安装置を制御する電気信号システムが古くから用いられている。例えば図１７に示す如く軌道１は適当な長さ（数１００メートル〜数キロメートル）毎にレール絶縁部９９により電気的に区分される。この区間１００の２本のレール２１、２２を電気回路として、この区間１００の一端（以後電源端という）に電源装置３（ここでは交流電源）の両極を、他端（以後終端という）に軌道リレー４のコイルの両極を接続する。列車（図示していない）がこの区間１００に進入してその車輪によりレール２１、２２間が短絡されたり、この区間１００から進出してレール２１、２２間が解放されることにより軌道リレー４を落下又は扛上（リレーがオン動作している状態）させ、列車の有無を検知するのである。ここに於いて軌道リレー４はレールの終端に到達する電源電圧（以後着電圧という）を監視しているということができる。
電源装置３とレール２１、２２と軌道リレー４からなる電気回路を軌道回路１０１と呼ぶ。又、電源装置３、レール２１、２２、軌道リレー４などを総称して軌道回路要素と呼ぶこともある。
【０００３】
このようなシステムは列車の運行を安全に保つ上できわめて重要なものであるから、システムに異常があれば何らかの警報信号を出力する監視装置も古くから用いられている。しかし、実際の軌道においては列車の速度やその編成状態、あるいは天候の変化などによって、列車進入、進出時に着電圧が高い値から低い値へ、あるいはその逆へと変化する速さは相当程度変動する。つまり、正常とは言えない過渡的な状態が一定時間発生する。
また、列車の車輪（図示しない）は高速で回転しているので、短絡している間にもレールの継目などでは瞬間的に解放状態（あおりとも言う）になってしまうこともあり、単純にシステムの電圧、電流などを監視するだけでは、これらを故障として捕えてしまうなど、誤作動する恐れが大きい。
そこで、このような正常な範囲内での変動による監視動作の誤作動を回避して、より確実に異常を監視しようとする試みが過去種々試みられている。
【０００４】
このような軌道回路１０１の監視装置の従来のものの一例について説明する。図１８〜図２３は実公平７−３０４５１号公報に示されたものと類似の監視装置を説明する図で、図１８はハードウェア構成図、図１９は図１８の構成を説明するブロック図、図２０と図２１は図１８の従来の監視装置の動作を説明するためのフローチャート、図２２は同じく定常時異常監視動作を説明するためのタイムチャート、図２３は過渡時異常監視動作を説明するタイムチャートである。
【０００５】
図１８に於いて、レール２１、２２と軌道リレー４とを接続するケーブル５には、マイクロコンピュータなどで構成されるコントロールユニット６が接続されている。このコントロールユニット６には、電源装置３よりレール２１、２２を介して軌道リレー４に印加される着電圧値Ｖを入力してディジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ７、及びこのＡ／Ｄコンバータ７を介して入力される着電圧に基づいて後述する異常監視動作を行い軌道回路１０１の異常の有無を判定し、異常表示用のＬＥＤ９などに出力するＣＰＵ８が設けられている。
【０００６】
又、ＣＰＵ８には下記の設定値を入力するためのキーボード１０が接続されている。即ち、
１）ＶＢ：軌道リレー４の扛上状態（公知鉄道リレー専門用語、リレーＯＮ状態）における着電圧の正常と見なしうる下限設定値。
２）ＶＤ：リレー落下状態における着電圧の正常と見なしうる上限設定値。
３）ＶＣ：下限値ＶＢと上限値ＶＤとの間に位置し、着電圧の低下に伴って扛 上状態の軌道リレー４が落下する落下電圧値。（軌道リレー４の規格値）
４）ＶＡ：下限値ＶＢと上限値ＶＤとの間に位置し、かつ、落下電圧値ＶＣよりも高く、着電圧の上昇に伴って落下状態の軌道リレー４が扛上する扛上電圧 値。（軌道リレー４の規格値）
５）ＶＬ：軌道リレー４の扛上状態における着電圧の正常と見なしうる上限設 定値。
【０００７】
次に図１８と図１９に示す監視装置の異常判定動作を図２０〜図２１のフローチャートならびに図２２〜図２３のタイムチャートに従って説明する。
図２０に於いて、ステップ（図中Ｓで示す、以下同じ）Ｓ１では、図２１に示す定常時異常判定動作Ｓ１を実行する。なお、この動作は図１９の第１計測手段と第１異常判定手段により行われる。又、対応するタイムチャートは定常時動作を説明するための図２１である。即ち、Ｓ１１において軌道リレー４が扛上状態にあるときは着電圧ＶをＶＢおよびＶＬと比較し、Ｖ＞ＶＬまたはＶ＜ＶＢの時に異常と判定する。また、落下状態にあるときはＶ＞ＶＤの時に異常と判定する。 そして、異常判定がなされたときにはＳ１２、Ｓ１３に進み時間の計測を開始する。異常と判定される状態があらかじめ設定したＴ２時間に達するまで続いたときには異常警報を出力する（Ｓ１４）。時間がＴ２に達する前に前述の条件が正常に戻ったときには警報を出力しない。
即ち、軌道リレー４が扛上で且つＶがＶＢ以下になったときからＴ２時間経過したときに、ＶがＶＣより高い状態に維持されているときには列車進入に伴う電圧低下でないとして異常と判定する。
また、Ｔ２時間経過する前にＶがＶＣ以下になったときには軌道リレー４が落下状態へと変化し異常であるとする条件が無くなったのであるから、計測値をリセットし、列車進入による電圧低下であるとして、警報を出力せずに次の過渡時異常判定動作Ｓ３へと移行する。
【０００８】
過渡時異常判定は、Ｓ３（Ｓ２１〜Ｓ２２）で実行する。なお、これは図１９の第２計測手段と第２異常判定手段により行われる。又、対応するタイムチャートは過渡時動作を説明するための図２３である。
軌道リレー４が落下状態へと変化しているときは、図２３に示す如く、ＶがＶＣ以下になったときからＴ１時間の間に、ＶがＶ≧ＶＡとなるならば異常と判定する。またリレーが扛上状態へと変化しているときは、図２３に示す如く、ＶがＶＡ以上となったときからＴ１時間の間にＶがＶ≦ＶＣとなるならば異常と判定する。そして、異常と判定したときにはＳ２２へと進み、時間を計測することなく直ちに警報出力を発生する。
【０００９】
このような構成により、電圧の定常時は勿論、過渡時においても、常に異常を監視しているのである。
【００１０】
このようにして、従来の軌道回路の監視装置では異常の有無をいち早く検出することができ、列車の運行を直ちに停止するなど安全確保の必要な手を打つことができる。
しかし、例えば電源装置３の出力電圧が低下して、着電圧Ｖが列車がないのに列車ありの状態に相当するレベルに低下するような故障が生じた場合、監視装置は列車ありと判断し異常を見つけることができない。つまり異常を発見できる故障のモードには限りがあるという問題があった。
これは電圧の変化という、１つの事象、が生じる原因は多数あるので、ただ１カ所の電圧を監視しているだけでは異常と正常の区別が付かない場合もあるということに他ならない。
【００１１】
また、現実の保線作業としては軌道回路１０１の異常が検出されれば、これを早急に復旧させなければならないが、それには軌道回路１０１を構成するハードウェアのどこの部分が異常であるかが判らなければ復旧作業に取りかかることができない。
従来の装置では、結果として異常が生じていることは検出できても、異常を生じている原因までは判らない。もっとも着電圧Ｖを監視しているから、たとえば電圧がゼロになってしまうとか、極めて高い値になってしまう場合には、おそらく電源装置３に異常があるのではないかというようなある程度の推定は可能であるものの、この推定を元に直ちに復旧作業に取掛かり得るほどの確度の高い情報を提供できるものではない。
そのため異常を検出しても、復旧に取掛かるまでにシステムを点検し直すなど多大の時間が必要であるという問題があった。
【００１２】
また、特開平２−１９７４５９号公報に示されているように電源装置３に直流電源を使用し線路終端で直流電流を検出して異常を検出しようとするものもある。また、特開平４−１１３９４１号公報に記載のように着電圧Ｖの位相を監視する方法（軌道リレー４として局部コイルと主コイル（いずれも後述）を有するものを用いた場合、着電圧の位相が所定角からずれると軌道リレーの電圧特性が狂ってしまうので位相を監視する）もある。これらいずれの場合も、ある種の異常の場合には異常を検出することが難しかったり、原因がある限られたものである場合しか、原因を推定することができないなどの問題がある。
また、回路技術の常識として、受動的素子のみで構成される回路の異常を発見し異常箇所を特定するには、回路要素毎の入出力電圧と電流を測定し各要素のインピーダンス（又は抵抗）を演算で求め、正常時のものと比較する方法が知られているが、このような方法ではデータ数が多くなって、設備構成とその処理が複雑化するという問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の軌道回路の監視装置は以上のように構成されているので、次の問題がある。
１）軌道回路内に生じると想定し得る全ての異常を検出できるとは言えない。
２）データが異常であることはわかっても何が原因でそのようになっているのかを知ることができない。
そのため異常を検出した後にその異常の復旧に取掛かるまでに、結局人が現場（設置してある電源、レールの区間、軌道リレーの設置場所など）に出向いて全ての軌道回路要素を調べ直すなどのため、多大の時間を必要とするという問題があった。
また、軌道回路要素の全てが受動的な機能の素子なので、異常を発見する基本的な手法として、回路要素毎に入出力電圧と電流を測定し各要素のインピーダンス（又は抵抗）を演算で求め、正常時のものと比較してもよいが、このような方法ではデータ数が多くなって、それらを測定するための設備構成とその処理が複雑化するという問題があった。
【００１４】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、きわめて数少ないデータを基に、軌道回路上の想定しうる全ての異常を検出できると同時に、異常の原因部位を特定する情報をも提供できる軌道回路監視装置を提供するものである。また、このような設備を出来るだけ簡素なものとすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る軌道回路監視装置は、電気的に任意の長さに絶縁された２本のレールで構成され列車が走行可能な軌道区間と、この軌道区間の一端（電源端）の前記２本のレール間にインピーダンス素子を介して交流電圧を送信する交流電源装置と、前記軌道区間の他端（終端）の前記２本のレール間に接続された軌道リレーとを含む軌道回路の異常の有無を監視する軌道回路監視装置であって、
前記交流電源装置の送信電圧と送信電流、前記終端の電圧、前記終端の電圧位相とを検出値として取込む検出手段と、
前記軌道回路が正常であって、列車が前記軌道区間内にある場合と無い場合とに対応してあらかじめ設定した前記検出値の上限値と下限値とを記憶する記憶手段と、
前記検出値と前記上限値、下限値とを比較することにより、前記軌道回路の異常の有無を判定して判定結果を出力する判定演算部と、
前記判定演算部が前記軌道回路に異常があると判定した場合に、当該異常の原因が前記交流電源装置、前記インピーダンス素子、前記軌道区間、前記軌道リレーのいずれにあるかを特定して特定結果を出力する特定演算部と、
上記判定結果と上記特定結果とを表示する表示手段とを有するものである。
【００１６】
第２の発明に係る軌道回路監視装置は、記憶手段が軌道回路を構成する機器毎の環境条件の変動に応じた故障率を記憶し、判定演算部によって異常ありと判定された異常の原因となり得る確率値を、特定演算部が軌道回路を構成する機器毎に入力された環境条件に応じて演算し、前記確率の高い順に複数の機器をこの異常の原因機器としてその確率値と共に表示する原因確率演算回路を有するものである。
【００１７】
第３の発明に係る軌道回路監視装置は、記憶手段があらかじめ定めた異常の程度に対応する異常の分類データを記憶し、異常があると判定されたとき、判定演算部が検出した異常を記憶している異常の程度に応じて複数レベルに分類して判定する異常レベル分類回路を含むものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図により説明する。図１は軌道回路と軌道回路監視装置の構成図である。
図に於いて、１００はレール絶縁部９９によって、適当な長さに電気的に区分された軌道の区間を示すものである。２１、２２はこの区間１００の２本のレールを示す。３は軌道区間１００の一端（以下電源端）に設けた交流電源装置（電源トランス）であり、この電源トランス３の出力はインピーダンス素子２３を介して、レール２１、２２の電源端へ接続されている。
【００２０】
４は主コイル４０と局部コイル４１と接点出力４２とを有する軌道リレーであり、主コイル４０はレール２１、２２の他端（以下終端）に接続されている。 軌道リレー４の局部コイル４１に加えられる電源と、電源装置３に加えられる電源との位相関係は一定である（位相ずれがないことが好ましい）。電源装置３は区間１００の電源端へ電圧信号を送信し、軌道リレー４は区間１００の終端に達する着電圧によって動作する。
【００２１】
電源装置３とインピーダンス素子２３と区間１００のレールと軌道リレー４並びに列車があるときには車輪がレール２１、２２間を短絡して生じる短絡抵抗からなる電気回路は軌道回路１０１を構成している。
２５は電源装置３の出力端子に接続されたケーブルに挿入された電流検出器（ＣＴ）である。
２６は電源装置３の出力端子、あるいは、軌道１００の終端に接続された電圧検出器（ＰＴ）である。
２７は軌道リレー４の主コイル４０と局部コイル４１に加えられている２つの電圧の位相差を検出する位相差検出器である。
ここでインピーダンス素子２３は例えば電源トランス３やこれにつながるケーブルによって代用すれば、素子として特定のものを用いないことでもよい。 又、電源装置３からレール２１、２２に加えられる電圧及び、レール２１、２２から軌道リレー４に取込まれる電圧は、鉄道技術で言ういわゆるインピーダンスボンドを介しても良い。
【００２２】
電源装置３から区間１００へ送信される電圧を送信電圧、電流を送信電流と呼ぶ。区間１００から軌道リレー４の主コイル４０に入る電圧を着電圧と呼ぶ。
Ｉは電流検出器２５から得られる送信電流信号値である。
υは電源トランス３の出力端子に接続された電圧検出器２６から得られる送信電圧信号値である。
Ｖは軌道リレー４の主コイル４０の端子（区間１００の終端と同じ）に接続された電圧検出器２６から得られる着電圧信号値である。
Φは軌道リレー４の主コイル４０と局部コイル４１に加えられている２つの電圧の位相差を検出する位相差検出器２７から得られる位相差信号値である。
【００２３】
３５は演算装置であって、送信電流信号Ｉと送信電圧信号υと着電圧信号Ｖと位相差信号Φを入力として、軌道回路１０１の異常の有無出力４４、異常がある場合の異常を生じる原因ケ所の特定出力４５を出力するものである。これらの出力４４、４５は電気信号でも良いし、ＣＲＴ１１などへの表示を意味するものでも良い。また、軌道１００区間内での列車（図示していない）の有無は本来軌道リレー４の接点出力から得られるが、演算装置３５から出力することも可能である。
【００２４】
演算装置３５は次に記載する１）〜５）のものから構成されている。即ち、
１）送信電流信号Ｉと、送信電圧信号υと、着電圧信号Ｖと、位相差信号Φを検出する検出手段３６。
２）軌道回路１０１が正常で、列車が区間１００内にある場合及び無い場合のそれぞれに対応して、ＩとυとＶとΦとの各種の要因による変動をも考慮した、正常な値の範囲（上下限値）を記憶する記憶手段３７（これら記憶値は例えばキーボード１０から入力することができる）。
３）前記検出値を前記記憶している上下限値と比較して、異常の有無を判定し、異常有無出力４４を出力する判定演算部３８。
４）判定演算部３８によって異常があると判定された場合に、その異常が生じた原因となる機器を軌道回路１０１を構成する電源装置３、インピーダンス素子２３、レール区間１００、軌道リレー４の内のどれであるかを特定して、特定出力４５を出力する特定演算部３９。
５）以上の１）〜４）のインテリジェント機能を達成するため、一般的に用いられるＣＲＴ１１などの表示手段、ＣＰＵやメモリーなど（図示しない）。
【００２５】
図２（ａ）は図１のものの動作を説明するため、図１の軌道回路１０１をできるだけ忠実に表したものである。区間１００のレール２１、２２は電源端と終端との間にインピーダンスＲＬ（図では抵抗記号を用いているがリアクタンス又はコンダクタンスを含むインピーダンスである、他のものも同様）を有している。図示しない列車が区間１００に侵入することはスイッチＳＷが閉じることを意味し列車の車輪による短絡抵抗ＲＴがＲＬの途中の位置に挿入される。列車が移動すれば短絡位置も移動するのでインピーダンスＲＬは可変抵抗記号で表している。レール２１、２２間の漏れ抵抗はＲＸで表している。区間１００の両端は絶縁９９の抵抗によって図示しない隣接区間へとつながっている。
【００２６】
図２（ａ）の等価回路図では複雑すぎて解析が困難なので、各種の前提条件を考慮に入れて更に簡略化したものを図２（ｂ）に示す。即ち、図２（ｂ）では絶縁９９は他の抵抗に比して十分大きいので無視している。また、電源装置３の内部インピーダンスは小さいのでインピーダンス素子２３に含ませてインピーダンスｒとして表している。
ＲＬはレール２１と２２の電源端から終端に至る間のインピーダンスである。
ＲＸはレール２１と２２との間の漏洩インピーダンス、ＲＴは車輪の短絡抵抗、Ｚは軌道リレー４の主コイル４０の側から見たインピーダンスである。ＳＷは列車が区間１００にあればＲＴが、区間１００に無ければＲＸが選択されるスイッチ（車輪）である。
以後、本発明の説明は図２（ｂ）の等価回路図に基づいて説明する。
なお、実際の鉄道線路では、υは１ボルト程度、Ｉは数アンペア、ＲＬは１Ω程度、ＲＸは数１０Ω、ＲＴは０．１Ω前後、Ｚは数１０Ω程度、Φは列車があれば小さく、なければ大きい値となるのが一般的で、このうちＲＸとＲＴとＲＬとΦが気象条件の変化により変動して異常を生じる原因となり易い要因である。
【００２７】
図２で電源装置３から見た負荷抵抗は
列車があるときｒ＋ＲＴ（ＲＬ＋Ｚ）／（ＲＬ＋Ｚ＋ＲＴ）
列車がないときｒ＋ＲＸ（ＲＬ＋Ｚ）／（ＲＬ＋Ｚ＋ＲＸ）
であるから送信電流（Ｉ）は
列車があるときＩ＝υ（RL+Z+RT）/｛ｒ(ＲＬ＋Ｚ＋ＲＴ）+ＲＴ（ＲＬ＋Ｚ）｝
列車がないときＩ＝υ（RL+Z+RX）/｛ｒ(ＲＬ＋Ｚ＋ＲＸ）+ＲＸ（ＲＬ＋Ｚ）｝
で表される。
Ｉがもっとも大きくなるのは、レール２１、２２間が電源端に近い位置に存在する列車によって短絡されているときで、ＲＴ≒０であるから
ＩMAX＝υ／ｒ となる。
また、Ｉがもっとも小さくなるのは列車が区間内にいなくて、且つ、気象が乾燥しているためにレール２１、２２間の抵抗ＲＸがきわめて高いときで、ＲＸ≒∝であるから
ＩMIN＝ υ／（ｒ＋ＲＬ＋Ｚ） となる。
【００２８】
上記をもとにして、図３に送信電流が最大ＩMAX、及び最小ＩMINとなる条件での、送信電圧υと送信電流Ｉの関係を示す。
ここで、図中に送信電圧υと送信電流Ｉのハードウェア的上限値と下限値の範囲を示している。
送信電圧の下限値υ１と送信電流の下限値ＩＳは、列車が軌道区間１００内にいない場合に、送信電流が低下して軌道リレー４の正常な動作が期待できなくなる恐れの有無によって定める。
送信電圧上限値υ２と送信電流上限値ＩＬは、送信電流過大による設備の焼損、例えば列車が区間１００内にある場合の電源装置３やインピーダンス素子２３の焼損の恐れと、列車が区間１００内に無い場合の軌道リレー４の主コイル４０の焼損の恐れなどから定める。
【００２９】
これらの値の全ては正常時においても電源電圧の変動、気温や気象条件の変動によって変動している。図示説明の都合上図３（以下の図も同様）にはこのような変動までは記載していないので例えば図３の線は適当な幅を有する概念を表しているのである。
【００３０】
次に送信電流Ｉと着電圧Ｖ及び位相差Φとの関係について図４に示す。
軌道回路１０１が正常であれば列車の有無（即ちＳＷの位置）に関係なく
Ｖ＝（υ−ｒ・Ｉ）Ｚ／（ＲＬ＋Ｚ）……（１）が成立する。
列車が無くてＲＸがＺに比して無視できない程度に小さいときには
（２）’式は
Ｖ＝Ｚ・Ｉ ……（２）となる。
列車があってＲＴがＺに比して無視できない程度の大きさであるとき
Ｖ＝ＲＴ・Ｉ・Ｚ／（ＲＴ＋ＲＬ＋Ｚ） ……（３）’ が成立する。
列車があって軌道回路１０１が正常、つまりＲＴがＺに比して十分小さいとき
（３）’式は
Ｖ＝ＲＴ・Ｉ・Ｚ／（ＲＬ＋Ｚ） ……（３）となる。
【００３１】
（１）式と（２）式｛又は（２）’式｝との交点が列車なしの状態の、（１）式と（３）式｛または（３）’式｝との交点が列車あり状態での送信電流Ｉと着電圧Ｖの値を示している。
（２）式と（２）’式のいずれを使用すべきかは、列車なし時に計測した送信電流Ｉが図３の列車なしの電流線ＩMINに一致するか、より上になるかによっても容易に判断できる。
また、（３）式と（３）’式とのいずれを使用すべきかは、列車あり時に計測した送信電流Ｉが図３の列車ありの電流線ＩMAXに一致するか、より下になるかによって容易に判断できる。実際には（３）’式が必要となることはまれなので以下の説明では（３）’式は用いないで説明する。
【００３２】
図４の着電圧Ｖを表す縦軸には、軌道リレー４の動作規格値に基づく着電圧しきい値を示している。
即ち、ＶＬは列車なしの正常状態での着電圧の上限リミット値で、またυ２電圧値とＩＬ電流値とを結ぶ線と（２）式との交点に相当する。
ＶＢは列車なしの正常状態での下限リミット値である。
ＶＡは落下している軌道リレー４が着電圧Ｖの上昇によってオンする電圧である。
ＶＣはオン状態にあった軌道リレー４が着電圧Ｖの低下に伴いオフとなる電圧である。
ＶＤは列車有りの状態での着電圧Ｖの上限リミット、その下限値は図に示していないが（３）式とＩＳとの交点でほぼ０である。
【００３３】
図４の位相差Φを表す縦軸には列車なしの場合の正常と見なし得る変動値Φ１〜Φ２を示している。Φの変動の許容値は８０度幅程度である。
【００３４】
図４の送信電流Ｉを表す横軸には、軌道リレー４の動作規格値に基づき送信電流Ｉのしきい値を示している。
即ち、ＩＢはリレー落下状態における送信電流正常時の下限値である。
ＩＡは着電圧の低下に伴ってオン状態の軌道リレーが落下する落下電圧値に達したときに流れる落下時送信電流である。
ＩＣは前記落下時送信電流値ＩＡより小さく、着電圧の上昇に伴って落下状態の軌道リレーがオンする電圧値に達したときに流れる扛上時送信電流である。
ＩＤはリレーオン状態における送信電流正常時の上限値で、ＶＬと（２）式との交点でもある。
【００３５】
次に、図５（ａ）、（ｂ）に列車が区間１００内から区間外へと移動するにつれて、送信電流Ｉ並びに着電圧Ｖが変化する様子を示している。又、図４に示した送信電流のしきい値（ＩＬ、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＤ、ＩＳ）と着電圧のしきい値（ＶＬ、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤ）も示している。
図５の（ａ）と（ｂ）の時間軸は同じ時間を示している。
【００３６】
図６に異常判定動作のフローチャートを、図７と図８に故障原因箇所を特定するための特定演算表及び特定条件表を示す。
図６のフローについて説明する。まず、異常判定動作をスタートするとステップ７１（Ｓ７１と記す、以下同様）で検出手段３６が全検出値（υ、Ｉ、Ｖ、Φ）を取込む。
次にＳ７２で、検出した送信電圧υの値が正常な範囲（υ２＞υ＞υ１）にあるか否かを判定演算部３８が判定する。ここで正常な範囲は記憶手段３７に記憶されている。正常な範囲に無ければＳ８０で異常が発見されたことを異常有無出力４４に出力し、Ｓ８１で電源装置３の異常であると特定演算部３９が特定する。この特定作業には特別な条件は必要ない。正常な範囲にあれば次のステップへ進む。
【００３７】
以下、Ｓ７３で送信電流Ｉの判定、Ｓ７４で着電圧Ｖの判定、Ｓ７５で位相Φの判定を判定演算部３８が順次行う。全て正常な範囲にあればＳ７６で着電圧Ｖの大小又は軌道リレー４のオンオフ状態を基に列車の有無を判定し出力する。
なお、ここで列車の有無の判定は必ずしも必要ではない。
【００３８】
Ｓ７３、Ｓ７４、Ｓ７５のいずれかに於いて異常状態が発見された場合、Ｓ８２で所定の時間に達するまでに、繰返し、何度も、Ｓ７３、Ｓ７４、Ｓ７５の判定を行い、同じ異常が所定時間以上継続しているかどうかを判断し、所定時間の後正常に復していれば異常はないものと判定してＳ８３を経てＳ７６に進む。
所定時間後にも異常状態が継続しているときはＳ８０で異常出力し、Ｓ８４へ進み図７に示す異常箇所の特定表と図８の特定条件表に従って特定演算部３９が異常箇所を特定する。
【００３９】
図７と図８は、送信電圧υが正常であるという前提の上で、インピーダンス要素２３のインピーダンスｒ、レール２１、２２の両端間のインピーダンスＲＬ、レール２１、２２間の漏洩インピーダンスＲＸ、列車短絡抵抗ＲＴ、軌道リレー４のコイルインピーダンスＺのいずれか１カ所に抵抗減少や増大（短絡や断線など）何らかの異常がある場合に検出値（Ｉ、Ｖ、Φ）に現れる値の変化、及びこれらの値の間に成立する条件について示したものである。
【００４０】
図７、図８によるＳ８４での異常箇所特定動作について説明する。
Ｓ８４ではまず、図８の成立条件について特定演算部３９がチエックを行う。即ち、検出値を、送信電流Ｉの大きさによって変ることのない成立条件式（１）に当てはめて、その成立の有無をチェックした上で、送信電流Ｉの大小、あるいは軌道リレー４のオンオフ状態に応じて他の条件式（２）または（２）’と（３）についてもチエックを行う。このチエックで原因要素をある程度絞ることができる。勿論これだけで特定できる場合もあるがたいていの場合は難しいので、次にこの絞り込んだ結果の範囲内で、図７に従い、（Ｉ、Ｖ、Φ）の値がどの範囲にあるかによって原因要素を特定する。図７の条件は記載している複数の条件の何か１つに範囲外のものがあれば他の条件が正常であっても
【００４１】
図７、図８に記載する条件の理解を助けるため、図４のグラフ上に図７の正常条件を重ねたものを図９に示す。また、図４のグラフ上に図８の成立条件を重ねて記載したものを図１０に示す。
図１０の６１はＺが異常に低くなった場合の交点の移動する領域を示す。
６２はＲＴが異常に大きくなった場合、６３はｒ過大又はＺ過小、６４はｒ過小又はＺ過大、６５はＺ過小又はＲＸ過小、６６はＺ過大の場合にそれぞれ交点が移動する領域を示している。
【００４２】
全ての回路要素は、式（１）（２）又は（２）’（３）のどの式かには必ず含まれているから、回路要素の内の何が故障しても図４の３本のグラフの内の少なくとも１本は必ず移動するので、必ず故障を検出することが出来、軌道回路の両端からデータを得ていることとも相まって、故障原因をほぼ特定することが出来る。
結局、図４のグラフの交点のずれの大小によって異常を判定することができると共に、この交点のずれが図４の３本のグラフ（１）（２）又は（２）’（３）のどちらの側にずれているかを見ることによって異常の原因をも特定できるのである。
【００４３】
なお、実際の鉄道システムでは、レール抵抗ＲＬに比べて軌道リレー４のインピーダンスＺは十分に大きいので、式（１）と（３）のＺ／（ＲＬ＋Ｚ）はほぼ１と見なしてもよく、実際の比較作業はもっと簡単になる。
【００４４】
実施の形態２．
図７、図８の特定表、条件表では２つ以上の原因に対して同一の条件が示されているものがあるから、これらの表からは原因を一つに絞れない場合がある。これでは実作業を行うための情報としては不完全であるから、複数の原因が特定された場合に、単純にこの複数の原因を表示するだけでなく、同時にそれぞれの原因別に故障の起り易さを表示させることができれば、保線作業上きわめて有益である。
図１１にこの発明の実施の形態２による軌道回路の監視装置の構成の一部を示す。
図１１は図１の構成と異なる部分のみを示すものである。図中５１は記憶手段３７が記憶している各回路要素別の故障率データである。５２は特定演算部３９内に構成されている原因確率演算回路である。
【００４５】
図２（ｂ）に示す回路要素はそれぞれ固有の故障率を有している。また例えばインピーダンス素子２３のインピーダンスｒや、軌道リレー４のインピーダンスＺは気象の影響を受けにくいが、レール間漏洩インピーダンスＲＸは雨天や積雪など気象状態の変化によって大幅に変動する。又、気温の急激な低下があったときやレールの交換作業が行われた直後にはレール抵抗ＲＬや車輪短絡抵抗ＲＴが変動する可能性が高い。このように異常の内の特定のものは、ある条件のときに発生する確率が高いのでこれらの気象条件などを入力することによってある程度予測することができる。
図１２は図２（ｂ）の回路要素ｒ、ＲＬ、ＲＸ、ＲＴ、Ｚ毎の故障率ＪN、ＫN、ＬN、ＭN、ＮNを入力する環境条件と共に示すものである。入力条件はこの故障率に影響が大きい条件（環境条件など）を選択してキーボード１０から入力すればよいが、気温や天候が自動的に入力されるようにすることも容易である。なお、ここでＪN、ＮNは単品の故障率であるが、ＫN、ＬN、ＭNは区間１００のレールの長さや、設置されている地形条件などによつて変るものであることは言うまでもない。
【００４６】
図１２は説明の都合上簡単な表にしてあるが、例えば同じ雨天でも、小雨程度の場合とレールが冠水するような豪雨の場合では条件を変えるなどしても良いことは勿論である。各条件に対応する故障率は鉄道設備の設計段階であらかじめ判明しているはずのものであるから知ることに困難は無い。
【００４７】
特定演算部３９が複数の回路要素を特定したときに限り、キーボード１０から現在の気象条件などの環境条件を入力すれば、特定演算部３９内に設けた原因確率演算回路５２が記憶手段３７から故障率データ５１を抽出し、表示する原因要素毎に故障の起り易さとして（故障の発生確率として）表示する。図１３にこのような表示の１例を示す。
【００４８】
実施の形態３．
実際の保線作業としては、列車の運行を直ちに停止させる必要のある異常（重故障）と、減速して走らせれば安全であるような異常（軽故障）がある。これらを同じ異常として列車を同じように停止させることは、乗客にとって不利益であるので、図５、図６のタイムチャート上に示したように、送信電流Ｉのレベル、着電圧Ｖのレベルによって、軽故障と重故障に（必要に応じて更に多数の段階に）分類したほうがよい。
図１４はこのような分類を行うことのできる軌道回路監視装置の構成の一部を示す図で、図１の構成の内実施の形態３による変化部分のみを示している。
異常のレベルを分類するためには、記憶手段３７の内部に図７の特定表、図８の条件表とは別に、検出項目別に異常レベル分類表５３を記憶し、また判定演算部３８の内部に異常レベル分類回路５４をもって分類を行う。
分類レベルはキーボード１０から入力することによって変更することができる。
【００４９】
図５、図６に示す送信電流Ｉ又は着電圧Ｖの値が、ＩＡ＞Ｉ＞ＩＣ、又はＶＡ＞Ｖ＞ＶＣの範囲に所定時間以上ある場合（図中に中間レベル故障と記載）、この範囲の故障は、列車の有無と軌道リレー４のオンオフ状態とが一致しているとは言えない。従って、列車の有無を確定することができず、軌道リレーによって信号機などの制御を正常に行うこともできないのであるから、基本的に重故障である。
【００５０】
実施の形態４
図１の装置を実際の鉄道システムに実施する形態について説明する。図１６が本発明の実施の形態４による軌道回路の監視装置の構成図で、図１５は図１６の構成の特徴の理解を助けるため説明の都合上示す比較参考図である。
まず図１５の構成について説明する。軌道区間１００、２００、３００は互いに隣接する軌道の区間である。区間は更につながっていても良いが説明の都合上３区間のみとしている。１３５、２３５、３３５はそれぞれ区間１００、２００、３００に対応して設けられた端末機である。
各端末機はハードウェア構成としては同じものであり、それぞれ検出手段３６と双方向のデータ伝送手段５５と表示部９を有している。検出手段３６は検出ケーブル３６１によって１つの区間、例えば区間１００の電源端に接続されている電源装置３、並びに同じ区間１００の終端に接続されている軌道リレー４に接続されている。
１０５は集中監視装置であって複数の端末機に対して１台設置されている。
【００５１】
集中監視装置１０５は各端末機と双方向にデータを伝送する伝送装置５５と、判定演算部３８と、特定演算部３９と、全ての区間に対応する異常判定のためのデータを記憶する記憶手段３７と、キーボード（入力手段）１０と、ＣＲＴ（表示手段）１１を有している。
各端末機は伝送回線１０６によって互いに接続されていると共に、集中監視装置１０５も伝送回線１０６によって全ての端末機１３５〜３３５と接続されている。
このシステムでは判定演算部３８と特定演算部３９は集中監視装置１０５にのみ設けられているので、システム構成として無駄が少なくなっている。異常の判定結果と原因の特定結果とは集中監視装置のＣＲＴ１１に表示されるだけでなく、端末機においても表示される。
【００５２】
ところで検出ケーブル３６１は軌道区間１００の両端から信号を端末機１３５に導くために設けられているので、端末機が区間のどこに設置されているかに係わらず結局その全長は軌道区間１００の全長に等しくなる。また、伝送回線１０６も軌道に並行して設けられることになるから、結果的にこのような構成では検出ケーブル３６１と伝送回線１０６とを全軌道にわたって設けなければならないことになる。
【００５３】
実施の形態４を示す図１６のシステム構成について説明する。
図１６では各端末機１３５、２３５、３３５は軌道区間の終端又は電源端のいずれか一方（全区間にわたって統一）に設置されている。今、例えば区間２００の電源端に設置されている場合について説明すれば、端末機１３５は、この区間２００の電源装置３の送信電圧信号υと送信電流信号Ｉ、並びにこの区間２００の電源端に接続されている隣の区間１００の終端の着電圧信号Ｖと位相差信号Φとを検出手段３６により取込むように検出ケーブル３６２により接続されている。上記の区間２００の電源端と区間１００の終端とは当然くっついているのだからケーブル３６２の長さはきわめて短いものですむことになる。
そして、全ての端末機は互いに伝送回線１０６によってデータの交換が可能なので、端末機１３５では、取込んでいる区間１００と２００のデータは勿論、どの区間のデータをも読出すことが可能である。
もっとも、軌道の一番端（上記の例では端が終端になる側）では対応する端末機が存在しないことになるので、図１５の場合に比べて端末機を１台余分に必要とすることになるが、一般にはケーブルの施設費の低減効果に比べて問題となるようなものではない。
【００５４】
ここでは１台の端末機が１つの区間と対応しているものとして説明したが、複数の区間と対応していても、上記の効果は減るものの、ケーブルの減少効果が得られることは明白である。
【００５５】
【発明の効果】
第１の発明による軌道回路監視装置は以上のように構成され、軌道回路の両端から得た４つのデータ（υ、Ｉ、Ｖ、Φ）間に成立する３つの式によって軌道回路内に生じると想定し得る全ての異常を検出できる。また、検出するデータが全ての回路要素に対応したデータでないにも係わらず、異常の原因を特定することができる。
そのため異常を検出した後に、その異常の復旧に取掛かるまでに多大の時間を必要としない。
【００５６】
第２の発明による軌道回路監視装置は、特定された異常の原因が複数個である場合に、故障発生時の気象条件などを入力すれば、複数の原因要素毎に故障の発生確率が表示されるので、原因要素を絞り込むことができる。
【００５７】
第３の発明による軌道回路監視装置は異常を検出したときにこの異常の程度に応じて必要な段階にレベル分けして表示することができるので、列車の運行上有益な情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による軌道軌道回路の監視装置の構成図である。
【図２】 軌道回路の等価回路図である。
【図３】 送信電圧と送信電流の関係説明図である。
【図４】 送信電流と着電圧の関係説明図である。
【図５】 送信電流と着電圧のタイムチャートである。
【図６】 図１の監視装置の動作フローチャートである。
【図７】 異常箇所の特定表である。
【図８】 成立条件表である。
【図９】 送信電流と着電圧の関係における正常範囲を説明する図である。
【図１０】 送信電流と着電圧の関係における成立条件を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態２による軌道回路の監視装置の一部を示す構成図である。
【図１２】 故障率変動説明図である。
【図１３】 図１１の表示の一例図である。
【図１４】 本発明の実施の形態３による軌道回路の監視装置の構成の一部を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態４による監視装置の必要性を説明するための比較参考図である。
【図１６】 本発明の実施の形態４による軌道回路の監視装置の構成図である。
【図１７】 軌道回路の説明図である。
【図１８】 従来の軌道監視装置のハードウェァ構成図である。
【図１９】 図１８のブロック図である。
【図２０】 図１８の動作フローチャートである。
【図２１】 図１８の動作フローチャートである。
【図２２】 図１８の定常時動作を説明するための着電圧のタイムチャートである。
【図２３】 図１８の過渡時動作を説明するための着電圧のタイムチャートである。
【符号の説明】
３ 電源装置 ４ 軌道リレー
１１ ＣＲＴ（表示手段） ２１、２２ レール
２３ インピーダンス素子
２５ ＣＴ ２６ ＰＴ
２７ 位相差検出器
３５ 演算装置 ３６ 検出手段
３７ 記憶手段 ３８ 判定手段
３９ 特定演算部
５１ 故障率表 ５２ 原因確率演算回路
５３ 異常レベル分類表 ５４ 異常レベル分類回路
５５ 伝送装置 ９９ 絶縁
１００ 軌道の区間 １０１ 軌道回路
１０５ 集中監視装置 １０６ 伝送回線
１３５ 端末機
Claims (3)
- 電気的に任意の長さに絶縁された２本のレールで構成され列車が走行可能な軌道区間と、この軌道区間の一端（電源端）の前記２本のレール間にインピーダンス素子を介して交流電圧を送信する交流電源装置と、前記軌道区間の他端（終端）の前記２本のレール間に接続された軌道リレーとを含む軌道回路の異常の有無を監視する軌道回路監視装置であって、
前記交流電源装置の送信電圧と送信電流、前記終端の電圧と電圧位相とを検出値として取込む検出手段と、
前記軌道回路が正常であって、列車が前記軌道区間内にある場合と無い場合とに対応してあらかじめ設定した前記検出値の上限値と下限値とを記憶する記憶手段と、
前記検出値と前記上限値、下限値とを比較することにより、前記軌道回路の異常の有無を判定して判定結果を出力する判定演算部と、
前記判定演算部が前記軌道回路に異常があると判定した場合に、当該異常の原因が前記交流電源装置、前記インピーダンス素子、前記軌道区間、前記軌道リレーのいずれにあるかを特定して特定結果を出力する特定演算部と、
上記判定結果と上記特定結果とを表示する表示手段とを有することを特徴とする軌道回路監視装置。 - 記憶手段は軌道回路を構成する機器毎の環境条件の変動に応じた故障率を記憶し、特定演算部は判定演算部によって異常ありと判定された異常の原因となり得る確率値を、軌道回路を構成する機器毎に、入力された環境条件に応じて演算し、前記確率の高い順に複数の機器をこの異常の原因機器としてその確率値と共に表示する原因確率演算回路を有することを特徴とする請求項１に記載の軌道回路監視装置。
- 記憶手段はあらかじめ定めた異常の程度に対応する異常の分類データを記憶し、判定演算部は前記記憶データに基づき異常を複数レベルに分類して判定する異常レベル分類回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の軌道回路監視装置。
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