JP4076604B2 - 線路のアクティビティを検出する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、警告システムに関し、より詳細には線路の警告・警報システムに関する。
【０００２】
【発明の背景】
これまで、鉄道の踏切の警告システムは列車に関する重要な情報を通行中のドライバーや歩行者に伝えるために線路側のデバイスに接続された柱上線を使用してきた。すなわち、現在の鉄道線路警告システムは柱上線を使用して、歩行者やドライバーに列車が鉄道の踏切に近づいていることを警告する点滅灯と可倒式ゲートに信号を伝えている。
【０００３】
さらに、現在の鉄道線路警告システムは、柱上線を通じて重要な線路の音響的な活動状態を伝えるためにトラックサイド(Trackside) デバイスを使用する。しかし、こうした状態を伝えるための柱上線の有用性は、建設と維持に要する高いコスト、周囲の社会に及ぼす不利な影響、悪天候の影響を受けやすいことのために疑われてきている。さらに現在、線路のアクティビティ（例えば、破壊行為、危険な状態）を早期に検出し、そのことを線路上を移動している列車と中央列車指令局に早期に警告する警告システムは存在しない。
【０００４】
従来技術のシステムの中には機関車の直前で軌道を調査し、重要な警告データを私設無線システムを通じて機関車に直接伝えるための遠隔操作された付属鉄道車両を使用するものもある。しかし、こうしたシステムは線路上に存在する実際の問題を識別する手段を提供せず、またこうしたシステムは危険な状態（すなわち破壊行為、落石、欠陥のあるレール）を、線路の安全と線路上の交通を監視する中央列車指令局に早期に知らせることができない。
【０００５】
【発明の背景】
従って、本発明は、線路のアクティビティを効率よく検出し、疑わしい状態を列車の運転手と中央司令局の両方に早期に警告することのできる信頼性の高い早期警告システムに関する。これを達成するために、本発明は、線路の物理的振動に起因する音波を検出する、線路に接続された音響センサ回路、線路上で検出された音波を分析して疑わしい状態を識別し、そうした状態が識別された場合警報を生成する音響アナライザユニット、および検出された音波を速やかな検索と分析のためにサウンドファイルに保存する音響信号処理ユニットを有する警告システムを提供する。
【０００６】
本発明の１つの実施例では、音響センサ回路はセンシングバーを通じて各レールに接続された音響センサを有している。分析ユニットは音響センサに接続された１組のフィルタと、１組のフィルタに接続された論理回路とを有している。音響信号処理ユニットは、音響センサに接続されたアナログ−ディジタル変換器、アナログ−ディジタル変換器に接続されたディジタル信号プロセッサおよび内部記憶装置を有するコントローラを有している。
【０００７】
この実施例では、各音響センサは対応するレールの音波を監視し、そこで検出された音波を示すアナログ信号（すなわち、レール１についてはＶ１、レール２についてはＶ２）を出力する。出力Ｖ１、Ｖ２はその後フィルタを通じて音響分析ユニットの論理回路と、音響信号処理ユニットに伝えられる。どちらか、または両方のレールに危険な状態が存在するかどうかを判定するために、論理回路が検出され、フィルタにかけられた信号Ｖ１、Ｖ２を所定のしきい値Ｖ₀ と比較し、さらに信号Ｖ１とＶ２の差の絶対値（すなわち、｜Ｖ２−Ｖ１｜）を所定の差のしきい値Ｘ₀ と比較する。これらの比較のどちらかがしきい値Ｖ₀ またはＸ₀ 以上の値を示す場合、論理回路は警報信号を生成する。この警報が検出されると、音響信号処理ユニットは実際の音波Ｖ１、Ｖ２をディジタルフォーマットに変換し、検索を容易にするためにディジタル情報をサウンドファイルに保存する。その結果、線路上の疑わしい状態は初期の段階で検出でき、疑わしい状態を示す実際の音波は検索、再生、分析され、線路上の危険な状態を早期に警告し、それを識別する手段を提供することができる。
【０００８】
本発明のこれらとそれ以外の特徴は、本発明の実施例の以下の詳細な説明の中で図面と共により詳細に説明される。しかし、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ制限される。
【０００９】
【発明の詳細な記述】
ここで図１を参照すると、以下警告システム１０と呼ばれる、本発明による警告システムの１つの実施例が示される。図示されるように、警告システム１０は、音響検出回路１１、音響アナライザ１２、音響信号処理ユニット１３、無線通信デバイス１４およびデータ通信デバイス１５を有している。
音響検出回路１１は、センシングバー１８を通じて一方のレールに接続された音響センサ１６と、センシング・ー１９を通じてもう一方のレールに接続された音響センサ１７を有している。音響センサ１６、１７の出力は音響アナライザ１２と音響信号処理ユニット１３に接続される。音響アナライザ１２はフィルタ２０と、無線通信デバイス１４に接続された論理回路２１を有している。音響信号処理ユニット１３は、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２２、ディジタル信号プロセッサ２３およびデータ通信デバイス１５に接続されたコントローラ２４を有している。さらに、音響信号処理ユニット１３は、外部データ検索デバイス２６を接続するシリアルポート２５を有している。
【００１０】
動作の際、音響センサ１６、１７は対応するセンシングバー１８、１９を通じて対応するレールの音波を検出する。すなわち、センシングバー１８は対応するレールの音波を検出してアナログ信号Ｖ１を出力し、センシングバー１９は対応するレールの音波を検出してアナログ信号Ｖ２を出力する。アナログ信号Ｖ１、Ｖ２は、その後、それぞれ音響センサ１６、１７を通じて、警報を生成する場合のために音響信号アナライザ１２に送られ、保存する場合のために音響信号処理ユニット１３に送られる。
【００１１】
音響信号アナライザ１２に達すると、信号Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ、ある範囲の周波数だけを論理回路２１に通過させるフィルタ２０を通る。論理回路２１は、線路に何らかの問題や起こり得る危険な状態があることを示す、レールの間の不均衡な音波信号と、ピッチの高い音波を検出する。こうした不均衡な状態やピッチの高い音が検出される場合、論理回路２１は警報を生成する。
【００１２】
例えば、論理回路２１は、Ｖ１、Ｖ２間の差の絶対値（すなわち、｜Ｖ２−Ｖ１｜）を取ることによって不均衡なレールの活動状態を検出し、それをあるしきい値やレール間の許容できる差Ｘ₀ と比較することができる。差が所定の差のしきい値Ｘ₀ より大きい場合、論理回路２１はレールの間に問題があり得ることを示す警報信号を生成する。同様に、論理回路２１は個々の信号Ｖ１、Ｖ２をあるしきい値Ｖ₀ と比較することによって１本のレールに危険な状態が有りうるかどうかを検出することができる。Ｖ１またはＶ２とＶ₀ の差がゼロより大きい場合、論理回路２１は片方かまたは両方のレールに問題があり得ることを示す警報信号を生成する。
【００１３】
図２はレールの音波を感知し、問題が検出される場合警報信号を生成する１つの方法の機能的なブロック図である。図示されるように、センシングバー３１は列車軌道の１つのレールに接続され、センシングバー３２は軌道のもう１つのレールに接続されている。何らかのアクティビティ（すなわち、列車の接近または落石が線路に当たる）によって軌道上に発生した音波Ｖ１、Ｖ２は、それぞれセンシングバー３１、３２を通じて音響センサ３３、３４に接続されている。信号Ｖ１、Ｖ２はその後それぞれ帯域通過フィルタ３５、３６を通じて送られ、それぞれフィルタを通過した信号Ｖ１’、Ｖ２’を残す。フィルタを通過した信号Ｖ１’、Ｖ２’は、その後、論理回路３７に送られるが、そこでは上記で説明したように信号分析を行って、必要な場合警報信号を生成する。
【００１４】
センシングバー３１、３２は、一定の共振周波数を持つ長さの変わらない直径の小さなスチール材料で製作することができる。音響センサは内蔵型低雑音増幅器を有する圧電型高感度指向性マイクロホンでよい。こうした指向性マイクロホンは検出された音圧を電気信号Ｖ１、Ｖ２に変換するが、この時この指向性マイクロホンの周波数特性は３０Ｈｚから３０ＫＨｚである。しかし、マイクロホンの動作感度範囲は非常に広いので、有り得る音源全ての検出を確実にする。
【００１５】
現存する軌道回路の動作への干渉を避けるために、センサ３３、３４はセンシングバー３１、３２と電気的に絶縁されていなければならない。さらに、音響センサ３３、３４とセンシングバー３１、３２は、静電気保護のため十分に被包しモールドしなければならない。さらに、バンドパス・フィルタ３５、３６は、線路での適用例のために必要な周波数帯域だけを通過させるように選択される。
【００１６】
ここで図１に戻ると、論理回路２１によって生成した警報信号は無線通信システムで通信する無線トラックサイドデバイス１４に送られる。その結果、無線トラックサイドデバイス１４は、軌道上に危険な状態が有り得ることを早期に警告するために、警報信号を無線通信システムを通じて列車の運転手と中央オフィスの司令／制御センターに伝えるための手段を提供する。
【００１７】
こうした無線通信システムの１つの実施例が図３に示され、以下無線通信システム４５と呼ばれる。図示されるように、無線通信システム４５は線路の軌道４０に沿って配置された複数の無線トラックサイドデバイス４１を有している。位置４７で生成された警報信号は無線通信システム４０により無線トラックサイドデバイス４１を通じて制御ポイント４２に伝えられるが、そこでは警報信号はパケットデータネットワーク４３により中央司令センタ４４に送られる。その結果、無線トラックサイドデバイス４１による警報信号の通信は、何らかのメッセージホッピング法(Message-hopping Method)を経由することができる。その結果、警報信号を受け取った後、無線トラックサイドデバイス４１は、警報信号と緊急メッセージの両方を放送して、危険な状態が検出された線路の上を移動している列車の運転手に警告することができる。
【００１８】
検出された信号Ｖ１、Ｖ２を音響アナライザ１２に送ることに加えて、検出された信号Ｖ１、Ｖ２はまた音響信号処理ユニット１３に送られ、そこで音響信号Ｖ１、Ｖ２は後日検索するためにサウンドファイルに保存される。図４は、図１に示す音響信号処理ユニット１３の１つの実施例の機能的なブロック図を示す。図示されるように、検出されたアナログ信号Ｖ１、Ｖ２はＡ／Ｄ変換器５１、５２にそれぞれ入力され、出力ディジタル信号Ｖ１”、Ｖ２”を、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５３、５４にそれぞれ出力する。ＤＳＰ５３、５４は一般に、フィルタリング、レベル検出、音響信号処理ユニットのための波形発生機能を提供する。さらに、ＤＳＰ５３、５４はまた、特殊関数認識のためのオーディオ・サイン分析を行うが、ここで特殊関数とは、破壊行為の種類、通過する列車の形式と速度を識別し、軌道の保守の監視をするものを含む。
【００１９】
音響信号処理ユニットはまた、制御機能及びインターフェース機能を提供するメインコントローラ５５と音波を保存するための記憶デバイス５６を有している。その結果、ＤＳＰ５３、５４はディジタル音波すなわち対応する信号Ｖ１”、Ｖ２”を記憶デバイス５６に保存するためにメインコントローラ５５に送ることができる。
【００２０】
図１に示すように、論理回路２１によって生成された警報信号はまた音響信号処理ユニット１３に送られる。すなわち、図４を参照すると、警報信号はメインコントローラ５５に送られる。さらに、メインコントローラ５５は、遠隔のダウンロード／警報機能（シリアルポート５７）とローカルの検索／メンテナンス機能（シリアルポート５８）を提供する２つのシリアルポート５７、５８を有している。その結果、記録デバイス５６に保存された疑わしい音波のファイルは、セルラデータシステム経由で司令センタにダウンロードでき、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）またはラップトップコンピュータ経由で現地のサウンドカードを通じてその場で検索できる。
【００２１】
従って、本発明の警告システムは、線路上の危険な状態を、中央司令制御局と接近する列車の両方に早期に警告し、こうした危険な状態によって発生した実際の音波を検索・分析してその実際の問題を識別するための手段を提供する。
【００２２】
上記の説明は例示される実施例と本発明を実現するための方法を含む。この説明において、特定の例と実施例への参照は、何らかの意味で本発明を制限するものとみなされるべきではなく、単に本発明の一般的な原理を説明する目的で提供されたものである。本技術に普通に熟練した者には、本発明が他の実施例を通じて実行され得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による線路警告システムの１つの実施例のブロック図である。
【図２】図１に示す音響信号アナライザを通じて警報信号を生成するための方法を図示したものである。
【図３】図２に示す警報信号を列車の運転手と列車の配車係に伝えるための通信システムの１つの実施例を図示したものである。
【図４】図１に示す音響信号処理ユニットを通じて検出された音波を保存する方法の線図である。

Claims (33)

1. 線路上を移動する列車に対する線路の危険な状態を検出する警告システムであって、
   線路上の物理的振動に起因する音波を検出する、該線路に接続された音響センサ回路と、
   該検出された音波を分析して該物理的振動の１対のレールでの間の不均衡を識別し、さらに該危険な状態を示す警報を生成する、該音響センサに接続された音響アナライザユニットからなることを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、該システムはさらに、該検出された音波をサウンドファイルに保存する、該音響センサ回路に接続された音響信号処理ユニットからなることを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、該音響センサ回路が、線路の各レールに接続された少なくとも１つの音響センサからなることを特徴とするシステム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、該音響アナライザユニットが該検出された音波をろ波する少なくとも１つの音響フィルタと、該フィルタにろ波された検出された音波を分析し、該音波が所定の疑わしい条件に合致する場合該警報を生成するための論理回路からなることを特徴とするシステム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、該システムはさらに該警報を該音響信号処理ユニットに伝える手段からなることを特徴とするシステム
   。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、該システムはさらに、該音響アナライザによって生成された該警報を中央監視局に報告するための警報通信システムからなることを特徴とするシステム。
7. 請求項６に記載のシステムにおいて、該警報通信システムが無線通信システムであることを特徴とするシステム。
8. 該無線通信システムがパケット・データ無線システムであり、該パケット・データが複数のトラックサイド通信デバイスによって伝えられる、請求項７に記載の警告システム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、該無線通信システムが該警報を線路上を移動中の機関車に報告することを特徴とするシステム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、該音響信号処理ユニットが、該検出された音波をアナログからディジタルに変換するアナログ−ディジタル変換器と、該ディジタル検出信号をサウンドファイルの形式にフォーマットするディジタル信号プロセッサと、該サウンドファイルにフォーマットされたディジタル検出音波を保存する保存媒体を有するプロセッサとからなることを特徴とするシステム。
11. 請求項１０に記載のシステムにおいて、該システムはさらに、該検出された音波を該中央監視局に伝える音響通信システムからなることを特徴とするシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムにおいて、該音響通信システムがセルラデータシステムであり、該セルラデータシステムが該サウンドファイルを中央監視局に伝えることを特徴とするシステム。
13. 請求項１２に記載のシステムにおいて、該システムはさらに、該サウンドファイルの形式に保存された該検出された音波を検索するローカル検索デバイスからなることを特徴とするシステム。
14. 請求項１３に記載のシステムにおいて、該ローカル検索デバイスがパーソナル・コンピュータであることを特徴とするシステム。
15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、該ローカル検索デバイスがラップトップコンピュータであることを特徴とするシステム。
16. 線路上を移動する列車に対する線路の危険な状態を報告する方法であって、
    ａ．線路の物理的振動に起因する音波を検出するために、前記線路の各レールに接続された音響センサ回路で前記線路を監視する段階と、
    ｂ．該検出された音波を分析して物理的振動の１対のレールの間の不均衡を識別する段階と、
    ｃ．該検出された状態が、線路上を移動する列車に対する線路の所定の危険な状態を示す場合、警報を生成する段階と、
    ｄ．該所定の危険な状態を示す該検出された状態を持つ該検出された音波を処理して、該検出された音波をサウンドファイルに保存する段階とからなることを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、該監視段階が、該線路の各レールに接続された少なくとも１つの音響センサを有する音響センサ回路を通じて行われることを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、該線路の１つのレールに接続された１つの該音響センサが、そこで検出された音波を示す第１アナログ信号（Ｖ１）を出力し、該線路のもう１つのレールに接続されたもう１つの該音響センサが、そこで検出された音波を示す第２アナログ信号（Ｖ２）を出力することを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、該段階ｂが、該第１アナログ信号（Ｖ１）と該第２アナログ信号（Ｖ２）をろ波する少なくとも１つのフィルタを有する音響アナライザユニットと、該ろ波された信号（Ｖ１、Ｖ２）が該レールの疑わしい状態を示すがどうかを検出する論理回路とを介して行われることを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、ろ波された信号（Ｖ１、Ｖ２）が線路の所与の疑わしい状態を示すかどうかを判定する該段階が、
    ろ波された信号（Ｖ１とＶ２）の差の絶対値を取って差Ｘを確定する段階と、
    差Ｘを差の最小しきい値Ｘ_０ と比較して、該線路に所与の疑わしい状態があるかどうかを判定する段階と、
    信号Ｖ１を最小しきい値Ｖ_０ と比較して、Ｖ１を得た該レールが疑わしい状態を持っているかどうかを判定する段階と、
    信号Ｖ２を最小しきい値Ｖ_０ と比較して、Ｖ２を得た該レールが疑わしい状態を持っているかどうかを判定する段階からなることを特徴とする方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、該音響アナライザユニットが、疑わしい状態が検出される場合、警報信号を生成することを特徴とする方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、該検出された音波を処理する段階が、該音波をアナログからディジタルに変換するアナログ−ディジタル変換器と、該ディジタル検出音波をサウンドファイル形式にフォーマットするディジタル信号プロセッサと、該サウンドファイル形式にフォーマットされた検出音波を保存する保存媒体を有するプロセッサとを有する音響信号処理ユニットとを通じて行われることを特徴とする方法。
23. 請求項２２に記載の方法において、該方法は更に、該警報信号を該音響信号処理ユニットに伝える段階からなることを特徴とする方法。
24. 請求項２３に記載の方法において、該方法は更に、該音響アナライザによって生成された該警報を、警報通信システムを通じて中央監視ステーションに報告する段階からなることを特徴とする方法。
25. 請求項２４に記載の方法において、該警報を伝えるシステムが無線通信システムであることを特徴とする方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、該無線通信システムがパケットデータ無線システムであり、該パケットデータが複数のトラックサイド通信デバイスによって伝えられることを特徴とする方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、該警報信号を該線路を移動している機関車に報告することを特徴とする方法。
28. 請求項２７に記載の方法において、該方法は更に、該検出された音波を該中央監視ステーションに、音響通信システムによって伝える段階からなることを特徴とする方法。
29. 請求項２８に記載の方法において、該音響通信システムがセルラーデータシステムであることを特徴とする方法。
30. 請求項２８に記載の方法において、該音響通信システムが衛星データシステムであることを特徴とする方法。
31. 請求項２８に記載の方法において、該方法は更に、該保存されたサウンドファイルをローカル検索デバイスに検索する段階からなることを特徴とする方法。
32. 請求項３１に記載の方法において、該ローカル検索デバイスがラップトップコンピュータであることを特徴とする方法。
33. 請求項３２に記載の方法において、該ローカル検索デバイスがパーソナルコンピュータであることを特徴とする方法。

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