JP3854071B2 - 列車群制御システム、列車群制御方法、車上ａｔｏ装置及び地上制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車の間隔を制御する列車群制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
列車群制御システムとは、一般的に列車が遅延した際に、列車の間隔を制御することによって遅延回復を行うシステムである。
【０００３】
例えば、第１０回電気学会産業応用部門大会論文“遅れを最小化する列車群制御方法の開発“で開示されているシステムでは、以下の考えをとっている。
【０００４】
各列車は、自列車がダイヤ上の時刻よりも遅れたと判断した場合、もしくは、地上制御装置から、いつ（時刻）、どこに（位置）、どのくらいの速さ（速度）で到達するように目標（時刻、位置、速度）を与えられたとき、自列車の目標ランカーブを再作成する。この目標（時刻、位置、速度）は、次に停車する駅への進入地点位置とその時刻及び速度のセットとして定められるもので、地上制御装置が、遅延回復上最も良くなるように計算し各列車に送る。
【０００５】
前記目標（時刻、位置、速度）は、以下の処理にて求められる。
【０００６】
地上制御装置の内部にある運行管理装置にて、計画ダイヤから求まるダイヤ上の次駅到着予定時刻と、車上制御装置にて計算し地上制御装置に送信された次駅到着予定時刻との差、つまり遅れ時間を求める。
【０００７】
一方、地上制御装置では場内進路開通時の駅への進入速度と次駅到着までの所要時間の関係をあらかじめ計算しておき、各列車の最適進入速度とその場合の所要時間を算出する。地上制御装置は、算出した結果をもとに前記目標（時刻、位置、速度）を決定する。これらの技術を用いて、遅れを最小化する運転をすることが可能となることを示している。
【０００８】
そのほか、この種の制御に関する従来技術として、特開平６−１９９２３９号公報、特開平６−２４７３０９号公報、特開平８−１５６７９３号公報、特開平１０−３２９７１８号公報等がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の手法では、先行列車の、次駅到着予測時刻から算出される目標だけをもとに制御を行うことから、先行列車を支障とする制限速度（防護）パターンに接触することがある。先行列車が、ある閉塞上にいるとき、先行列車に基づく制限速度（防護）パターンが存在し、自列車は、位置対目標速度のパターンである自らの目標ランカーブと前記防護パターンの交点の直前まで進行可能である。
【００１０】
ここで、自列車が前記交点に到達する前に、先行列車が、前記閉塞を抜けきっていれば、前記防護パターンはすでに無く、先行列車に基づく防護パターンは、１閉塞分前方に移っている。このため、自らの目標ランカーブと新たな防護パターンの交点である１閉塞分先まで進行可能であることから、防護パターンに接触することはない。
【００１１】
しかし、自列車が前記交点に到達したときに、先行列車が、まだ元の閉塞にいるならば、その防護パターンに接触し強制的にＡＴＣブレーキを受けることになる。ＡＴＣブレーキは、通常、常用最大のブレーキノッチが用いられ、一旦、ＡＴＣブレーキをかけられると、必要以上に自列車は遅れることにならざるを得ない。その結果、自列車の次駅到着予測時刻からの遅れが発生し、また、ブレーキを使用することによる乗り心地の悪化、消費エネルギーの増大が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、列車の遅れを軽減し、乗り心地の悪化を防ぎ、省エネルギー化を図ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、先行列車の挙動を予測し、自列車との過接近について判定を行う。ここで、列車の挙動を予測する典型的な例は、先行列車の位置対速度曲線つまりランカーブを予測することであり、言い換えれば，後続列車上に先行列車の推定ランカーブを作成することである。
【００１４】
自列車の目標ランカーブとその先行列車の推定ランカーブに基づいて、ある時間間隔毎に、それぞれの位置、速度を取り出し、自列車が先行列車の位置に基づく防護パターンにあたるかどうかをチェックすることによって、自列車の目標ランカーブを、先行列車に過接近しないように変更する処理を行う。
【００１５】
具体的には、次の処理を行う。初めに、先行列車の位置から防護パターンを生成する。次に、自列車が、その防護パターンに接触するまでの時間Ｔａを求める。一方、自列車は、先行列車の状態についても考慮する。すなわち、前記先行列車の位置から在線している軌道回路（閉塞区間）を求め、前記軌道回路を抜け出るまでの時間Ｔｂを求める。前記時間ＴａとＴｂの大小関係を比較することで、先行列車と自列車が過接近しているかどうかをチェックすることができる。自列車が先行列車に過接近しているならば、自列車の目標ランカーブを下方に修正することで、先行列車と自列車の過接近を防止し、遅れ時間を減少させ、消費エネルギーを低減させる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例による列車群制御システムの全体構成と情報の流れについて示したものである。列車１２ａの車上制御装置２１ａは、次の停車駅への予想到着時刻情報１３ａと、現在位置、速度、目標、列車番号等の情報１４ａを地上制御装置１１に送信する。ここで言う目標とは前述したように、次に停車する駅への進入地点位置とその時刻及び速度をセットとして定められたものである。地上制御装置１１は、列車１２ｂに対して、先行列車１２ａの現在位置、速度、目標及び列車番号等の情報１４ａと、列車Ａの予想到着時刻情報による当該列車１２ｂの目標情報１６ｂを送信する。この列車１２ａと１２ｂの関係は、列車１２ｂと１２ｃの関係においても同じであり、重複説明は避ける。各列車１２ａ〜１２ｃは、目標を受けることで制御を行う。図１においては、１４ａ、１４ｂともに空欄のブロックがあるが、いずれも同一符号で示した情報と同じものである。
【００１７】
図２は、図１に示した地上制御装置１１の本発明の一実施例における要部構成を示す。地上制御装置１１は、列車全体を制御する装置であり、情報送信部３３と情報受信部３４および運行管理装置３５と運行管理装置３５内に含まれる計画ダイヤＤＢ（データベース）３７を含んでいる。情報送信部３３は、各列車に対して情報３２を送信する部分であり、情報受信部３４は各列車から情報３１を受信する部分である。また、計画ダイヤＤＢ３７は、各列車の列車番号や各駅での出発時刻、到着時刻、通過時刻といった情報を持っており、各駅における列車の順序関係を認識している。
【００１８】
図３は各列車から地上制御装置１１に送信する情報３１を示す。これらの情報は、図１のたとえば１３ａと１４ａからなる。
【００１９】
図４は地上制御装置１１から各列車に送信する情報３２を示す。これらの情報は、図１のたとえば１４ａと１６ａからなる。
【００２０】
図５は、運行管理装置３５における処理のフローを示している。まず、ステップ５０１で、情報３１を受け取る。情報３１は、次駅到着予定時刻と、列車の現在位置、現在速度、現在目標、列車番号情報とで構成されている。次にステップ５０２では、計画ダイヤＤＢ３７から求められるダイヤ上の次駅到着予定時刻を求める処理を行う。次にステップ５０３では、情報３１を、算出した次駅到着予定時刻と列車の現在位置、現在速度、現在目標、列車番号情報とに分離する処理を行う。ステップ５０４では、前記ダイヤ上の次駅到着予定時刻と、前記算出した次駅到着予定時刻から、遅れ予測に伴う目標情報の生成を行う。
【００２１】
次に、ステップ５０５で、前記計画ダイヤＤＢ３７から、前記目標情報を送信する列車を決定する。この列車は、自列車のすぐ後方を走行している列車となる。次に、ステップ５０６では、ステップ５０３で分離した列車の現在位置、現在速度、現在目標、列車番号情報と、ステップ５０５で求めた前記遅れ予測に伴う目標情報を合成して送信すべき情報３２を生成する。次にステップ５０７では、前記情報３２を図２に示す地上制御装置１１の情報送信部３３に送信する処理を行う。以上の処理で、運行管理装置３５の処理が終了となる。
【００２２】
図６は、車上制御装置２１の概略ブロック図である。車上制御装置２１は、列車の動作を制御するための装置であり、各列車がそれぞれ保有している装置である。その構成は、情報送信部７４、情報受信部７５と位置，速度検出装置７３およびＡＴＯ装置７１を備え、このＡＴＯ装置７１には過接近チェック部７２を備えている。自列車の位置、速度検出装置７３は、自列車の位置と速度を検出する装置であり、従来から用いられている速度計やタコメータジェネレータ等で実現できる。
【００２３】
図７は、車上制御装置２１の処理フローである。車上制御装置２１では、まず、ステップ７０１において、情報受信部７５で受信した前記情報３２をＡＴＯ装置７１に転送する。次に、ステップ７０２において、位置，速度検知装置７３にて検出された自列車の位置，速度情報をＡＴＯ装置７１に転送する。ステップ７０３では、ＡＴＯ装置７１で処理を行うが、この処理の詳細については後述する。次に、ステップ７０４では、ステップ７０３の処理で得られた結果と前記自列車の位置,速度情報を情報送信部７４に転送する処理を行う。次にステップ７０５へ進み、車上制御装置２１の情報送信部７４にて受信したステップ７０３でのＡＴＯ処理結果と前記自列車の位置,速度情報を１つにまとめて、前記情報３１を生成し、地上制御装置１１の情報受信部３４に送信する。
【００２４】
図８は、ＡＴＯ装置７１で行われる前記ステップ７０３の処理フローである。ＡＴＯ装置７１では、前記情報３２があるかどうかで処理の内容が異なる。前記情報３２がない場合、自列車は遅延情報がない、もしくは、自列車が先頭を走行していることになる。そのため、自列車が遅れているかどうかに着目すればよい。しかし、前記情報３２が存在する場合、すでに自列車の先行列車が遅れており、自列車は列車群全体として遅れを最小化させるように運行させることを考えなければならない。
【００２５】
まず、ステップ８０１で車上制御装置２１の情報受信部７５にて前記情報３２を受信しているか否かについて着目する。存在していれば、ステップ８０２、存在していなければ、ステップ８０３へとそれぞれ進む。ステップ８０２以降の処理は、前記情報３２が存在している場合である。前記情報３２の構成については、図４に示した通りであり、先行列車の現在位置、現在速度、現在目標及び列車番号に関する情報と、自列車すなわち地上から見れば後続列車の目標情報とで構成されている。ステップ８０２では、前記情報３２を先行列車の現在位置、現在速度、現在目標及び列車番号の情報と、自列車の目標情報とに分離する処理を行う。次にステップ８０５では、ステップ８０２で分離した前記先行列車の現在位置、現在速度、現在目標及び列車番号の情報を用いることで先行列車の挙動を予測し、その推定ランカーブを作成する。次にステップ８０６へ進み、前記情報を使用することで、自列車の目標ランカーブの原案を生成する。この目標ランカーブとは、列車位置に対する速度の変化パターンのデータとして与えられる今後の自列車の目標速度である。ステップ８０６の処理後、ステップ８０７に進み、過接近チェック部７２にて自列車の目標目標ランカーブを決定する。この処理の詳細については後述する。この処理後ステップ８０９へと進む。ステップ８０９では、前記自列車の目標ランカーブから次駅到着予定時刻を求める。次にステップ８１０に進み、ステップ８０９で求めた次駅到着予定時刻と自列車の目標情報を組み合わせて送信すべき情報を作成する。
【００２６】
次に、ステップ８０３以降の処理について示す。ステップ８０３以降の処理は、前記情報３２が存在していない場合であり、自列車の遅れにだけ着目すればよい。まず、ステップ８０３では、計画ダイヤ上から自列車の目標ランカーブを作成する。次にステップ８０４に進む。ステップ８０４では、現在時刻における自列車の位置、速度情報と自列車の目標ランカーブと、現在の実位置、速度を比較することで、自列車が遅延しているか否かをチェックする。自列車が遅延している場合、ステップ８０８へと進む。遅延していない場合は、ステップ８０９に進む。ステップ８０８では、その遅延の度合いにより自列車の目標ランカーブを作成しなおす。この処理後前記ステップ８０９へと進む。ステップ８０９以降の処理は上述と同じになる。
【００２７】
図９は、過接近チェック部７２で行われるステップ８０７の処理フローである。
【００２８】
図１０は、過接近チェック処理に用いられる情報の概念図であり、自列車の目標ランカーブと先行列車を支障とする防護パターンを示している。
【００２９】
図１１は、目標ランカーブを部分的に変更した例を示している。
【００３０】
図９の処理フローについて、図１０及び図１１を参照して説明する。過接近チェック部７２は、自列車の目標ランカーブ１２２と先行列車の挙動予測による推定ランカーブを入力して処理を行う。まず、ステップ９０１にて、初期時刻ｔｉｍと、先行列車と自列車との過接近をチェックする時間間隔t秒の決定を行う。次にステップ９０２では、前記先行列車の挙動予測に基づく推定ランカーブから、時刻ｔｉｍにおける先行列車の位置および在線している軌道回路（閉塞区間）を求める。次に、ステップ９０３の処理を行う。ステップ９０３では、ステップ９０２で求めた先行列車の在線している軌道回路から、自列車の走行限界点を求める。次に、自列車の走行限界点から、先行列車の防護パターンを求める。次にステップ９０４では、図１０に示すように、前記先行列車の防護パターン１２３と前記自列車の目標ランカーブ１２２から、両者の交点a１（ｖ１，ｘ１）（位置ｘ、速度ｖによって構成される）を求める。次にステップ９０５へと進む。ステップ９０５では、図１０に示すように、ステップ９０２で求めた先行列車の在線している軌道回路１２６を先行列車が抜けきるまでにかかる時間Ｔａを、前記先行列車の推定ランカーブから求める。次にステップ９０６へ進むステップ９０６では、図１０に示すように、自列車の現在点a０（v０,x０）から前記a１（ｖ１，ｘ１）まで走行するのにかかる時間Ｔｂを、前記自列車の目標ランカーブから求める。次に、ステップ９０８へと進む。ステップ９０８では、図１０に示している前記先行列車の在線している軌道回路１２６を先行列車が抜けきるまでにかかる時間Ｔａと、自列車の現在点a０（v０,x０）から前記a１（ｖ１，ｘ１）まで走行するのにかかる時間Ｔｂの大小関係を比較する。この大小関係で、Ｔａ≦Ｔｂならば、先行列車と自列車は過接近していないと判定し、ステップ９０７へと進む。一方、Ｔａ＞Ｔｂならば、先行列車と自列車は過接近していることになり、このまま進行すると、先行列車の防護パターン１２３に接触することになる。この時は、後述するステップ９１１にて目標ランカーブを部分的に変更することを考える。
【００３１】
ステップ９１１では、図１１に符号１２４で示すように目標ランカーブを部分的に変更する。この処理を終了後、ステップ９０９に進む。ステップ９０９では、自列車の現在点a０（v０,x０）から前記a１（ｖ１，ｘ１）まで走行する際に、前記時間Ｔａ以上で走行可能かをチェックする。図１１に示すように、前記時間Ｔａで自列車の現在点a０（v０,x０）から前記a１（ｖ１，ｘ１）まで走行する目標ランカーブを作成できれば走行可能である。この走行可能な目標ランカーブを作成できたことを確認できれば、ステップ９０７の処理に進む。
【００３２】
ステップ９０７では、時刻ｔｉｍをt秒進ませた状態（つまりｔｉｍ＝ｔｉｍ＋ｔ）にする。その後ステップ９１３に進み、時刻ｔｉｍが、先行列車の次駅到着時刻よりも遅くなっているか否かをチェックする。遅くなっているのあれば、先行列車と自列車の過接近のチェックは終了となり、ステップ９１２により自列車の目標ランカーブが決定される。遅くなければ、ステップ９０２に戻って再処理を行う。
【００３３】
ステップ９０９にて、前記時間Ｔａで自列車の現在点a０（v０,x０）から前記a１（ｖ１，ｘ１）まで走行する目標ランカーブを作成できていないと判断した場合には、ステップ９１０に進み、前記時間Ｔａで自列車の現在点a０（v０,x０）から前記a１（ｖ１，ｘ１）まで走行する目標ランカーブを再作成する。
【００３４】
以上の実施例においては、先行列車がある閉塞区間を抜けるまでの時間Ｔａと，この閉塞区間に先行列車が在線していることに基く前記制限速度パターンと後続列車の目標ランカーブがぶつかるまでの時間Ｔｂとを比較する手段と、前記時間Ｔａが前記時間Ｔｂよりも長くなるように後続列車の前記目標ランカーブを下方に修正する手段を備えている。
【００３５】
図１２は、列車が保持している情報である、自列車の列車番号、現在速度、現在位置、現在目標と先行列車の位置、速度、目標及び次駅到着予定時刻とで構成されている。
【００３６】
図１３は、計画ダイヤＤＢである。データベースは、列車番号と各駅の発着時刻とで構成されており、図５のステップ５０２と５０５で使用している。
【００３７】
図１４は、閉塞データであり、路線の閉塞番号および閉塞長、どこと接続しているかを表している。このデータは図９のステップ９０２や９０５等で使用する。
【００３８】
以上の実施例によれば、先行列車の情報を地上制御装置から受信し、先行列車の推定ランカーブを後続列車上で作成し、自列車の目標ランカーブと先行列車の推定ランカーブを比較することによって、自列車が先行列車の防護パターンにあたるかどうかをチェックし、自列車の目標ランカーブを、その先行列車に過接近しないように変更する処理を行っている。
【００３９】
これにより、先行列車に過接近する現象が起きないため、過接近によるブレーキの作動をなくし、遅れ時間を減少させることができる。また、過接近によるブレーキの作動がなくなるため消費エネルギーを低減することが可能となる。
【００４０】
図１５は、本発明の他の実施例による位置対速度曲線を示す。これまでの実施例では、演算により求めた時間ＴａとＴｂの比較を用いて説明したが、必ずしも時間比較である必要はなく、位置や速度を用いて計算することもできる。
【００４１】
図１５において、先行列車２０２が、閉塞２２１に存在するとき、防護パターン２１１が存在する。後続列車２０１は、防護パターン２１１までは走行可能である。後続列車が防護パターン２１１に接近するときに、先行列車２０２が閉塞２２１を抜け出せば、防護パターン２１１は消滅し、防護パターン２１３に切り替わるので、後続列車２０１は先行列車２０２の防護パターンの影響を受けることなく進行できる。
【００４２】
防護パターン２１１の長さは、速度に依存するので、その長さを防護パターン長２１２とすると、ある関数ｐａｔを用いてｐａｔ（ｖ）と表現可能である。また、防護パターンは閉塞の数十メートル手前から立ち上げるので、それをｘとしている。閉塞の長さは、それぞれＬ１，Ｌ２，……Ｌ６とする。
【００４３】
これらのことから、図１５の場合、
自列車が（Ｌｔｏｐ＋Ｌ４＋Ｌ５−ｘ）を走行する時間
≧先行列車が（Ｌ６−Ｌｔａｉｌ）を走行する時間……………………（式１）
が成立すればよい。
【００４４】
ここで、時間の概念を使用せずに、平均速度（先行列車：Ｖ１、後続列車Ｖ２）の概念を用いる。平均速度としては、いろいろなものが考えられるが、ある時間までに走行した距離とその時間によって算出したものを平均速度とする。すると１式は、
（Ｌｔｏｐ＋Ｌ４＋Ｌ５−ｘ）／Ｖ２≧（Ｌ６―Ｌｔａｉｌ）／Ｖ１
となるため、演算した時間の比較でなく、距離及び／又は速度を比較する形で計算し、判定することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、先行列車への過接近を未然に防止し、余計なブレーキの作動をなくし、遅れ時間を減少させることができ、消費エネルギーを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による列車群制御システム及び情報の流れ図。
【図２】本発明の一実施例における地上制御装置の概要ブロック図。
【図３】本発明の一実施例における車上制御装置から地上制御装置に送信する情報
【図４】本発明の一実施例における地上制御装置から車上制御装置に送信する情報。
【図５】本発明の一実施例における地上制御装置内の運行管理装置の処理フロー図。
【図６】本発明の一実施例における車上制御装置の概要ブロック図。
【図７】本発明の一実施例における車上制御装置内の処理フロー図。
【図８】本発明の一実施例における車上制御装置内のＡＴＯ装置の処理フロー図。
【図９】本発明の一実施例における車上制御装置内の過接近チェック部の処理フロー図。
【図１０】位置対速度曲線図上における防護パターンと目標ランカーブの関係図。
【図１１】位置対速度曲線図上における目標ランカーブ変更の一例。
【図１２】列車情報テーブルの一例。列車の防護パターンの概念図。
【図１３】計画ダイヤデータベースの一例。
【図１４】閉塞データテーブルの一例。
【図１５】本発明の他の実施例による演算を説明する位置対速度曲線図。

Claims (2)

1. ダイヤ情報と勾配，曲線，速度制限等の路線情報をもとに作成された目標ランカーブに追従するように列車の走行を制御する車上ＡＴＯ装置と、列車から列車の現在位置と速度を含む情報を受信し，列車の運行を管理する地上制御装置と、先行列車の位置する閉塞区間に基づいて，後続列車に対する制限速度パターンを設定し，この制限速度パターンを後続列車の速度が超えると後続列車にブレーキをかけるＡＴＣ装置とを備えた列車群制御システムにおいて、先行列車がある閉塞区間を抜けるまでの時間Ｔａと，この閉塞区間に先行列車が在線していることに基く前記制限速度パターンと後続列車の目標ランカーブがぶつかるまでの時間Ｔｂとを比較する手段と、前記時間Ｔｂが前記時間Ｔａよりも長くなるように後続列車の前記目標ランカーブを修正する目標ランカーブ修正手段とを備え、前記目標ランカーブ修正手段は、前記先行列車の現在位置，速度又はこれらに基づく情報に基づいて前記目標ランカーブを修正することを特徴とする列車群制御システム。
2. 自列車のダイヤ情報と勾配，曲線，速度制限等の路線情報をもとに目標ランカーブを作成し，作成した目標ランカーブに追従するように自列車の走行を制御する車上ＡＴＯ装置において、外部から送信された先行列車の位置する閉塞区間を含む情報に基づいて，自列車に対する制限速度パターンを設定し，この制限速度パターンを自列車の速度が超えると自動的に自列車にブレーキをかけるＡＴＣ装置と、先行列車がある閉塞区間を抜けるまでの時間Ｔａと，この閉塞区間に先行列車が在線していることに基く前記制限速度パターンと自列車の目標ランカーブがぶつかるまでの時間Ｔｂとを比較する手段と、前記時間Ｔｂが前記時間Ｔａよりも長くなるように自列車の前記目標ランカーブを修正する目標ランカーブ修正手段とを備え、前記目標ランカーブ修正手段は、前記先行列車の現在位置，速度又はこれらに基づく情報に基づいて前記目標ランカーブを修正することを特徴とする車上ＡＴＯ装置。

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