JP4204971B2

JP4204971B2 - 移動体位置のｇｐｓ測定システム

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Publication number: JP4204971B2
Application number: JP2003432093A
Authority: JP
Inventors: 春生山本; 友宏増成; 豊雄橋本
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005189141A

Description

本発明は、線路に対する移動体の位置を測定するＧＰＳ測定方法およびそのシステムに関する。以下、本発明を接近車両を基準局とする線路内作業員位置のＧＰＳ測定システムに実施する場合について説明する。

安全で安定した鉄道輸送を維持するには、線路や設備の保守作業が欠かせない。しかしながら、これらの保守作業に際しては線路内作業や保守用車などで線路を占有するにもかかわらず、列車の衝突や追突を防ぐための自動信号に相当する設備がないために、事故根絶が困難な状況にある。

保守作業の安全に関する第一の問題は、間合い作業における列車見張員や、線路閉鎖工事や保守用車使用にかかわる駅係員など、介在する人間の人為的ミスによる作業員の待避遅れや列車進入の危険性があることである。

第二の問題は、軌道回路で検知できない保守用車が信号保安装置に束縛されず自由に動き回るために起こる、保守用車の運転者のミスによる保守用車同士の追突・衝突や作業員の触車、さらには分岐器割り出しや踏切における自動車との衝突など、実に様々な事故の恐れが残っていることである。

そのため、保守作業中の事故防止を目的とした様々な事故防止装置が開発・導入されている。最近では、作業員一人一人に直接警報を発する列車接近警報装置（下記非特許文献１参照）、作業員による線路閉鎖手続きを直接可能にする保守作業管理システム（下記非特許文献２参照）、保守用車上から踏切の開閉を手動操作する保守用車用踏切制御装置（下記非特許文献３参照）などが実用化され、各システムの対象範囲において効果を上げている。また新幹線では、保守用車衝突防止装置（下記非特許文献４参照）、分岐器誤進入防止装置（下記非特許文献５参照）が実用化されている。

しかし、これらのうちの一部は保安装置ではないため安全性の面で改善の余地があること、また保守作業全般の安全性向上を図るには各システムの機器を個別に装備する必要があり、操作性を統一できない上、機能面でも過不足が生ずる恐れがあることなど、保守作業の安全システムの構築には課題が残っている。

鉄道総合技術研究所では、２０００年度より、情報技術を積極的に利用したＣＡＲＡＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｎｄＲａｄｉｏＡｉｄｅｄＴｒａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ）（下記非特許文献６参照）のような列車制御システムの開発成果を適用することにより、保守作業全般を対象とする防護システムの開発に取り組んでいる（下記非特許文献７参照）。このシステムは、線路上の列車、保守用車、作業員のうちの２者が衝突する６通りの組み合わせから、作業員同士と、既に信号保安装置により担保されている列車同士の組み合わせを除く４通りを対象とする防護機能を備え、高安全機器の採用により列車見張員の省略が可能な保安装置とすることを目標としている。また、作業時の安全性と高効率性を両立させるため、接近車両に支障を来す場所にいる作業員に絞って的確なタイミングで警報する理想的なシステムを目指している。そのため、保守用車、作業員の絶対位置をＧＰＳにより検出して、その位置に基づき危険度を判定し警報するものとした。
特開２００３−２１２１２１号公報特開２００１−０５６２３４号公報本橋幸二：列車接近警報装置（無線定置式）の開発，日本鉄道施設協会誌，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１０〜１２，１９９７．１１渡辺利治，大貫義昭，中島勇，上村康夫：東京圏輸送管理システムによる新しい保守作業のしくみ，新線路，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１２，ｐｐ．８〜１２，１９９２．１２本橋幸二，山崎広達：低コストな保守用車用踏切制御装置（無線式），ＪＲＥＡ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１０，ｐｐ．２７２１６〜２７２１８，２０００．１０黒澤良史，川見豊顕：新幹線保守作業安全システムの導入，鉄道と電気技術，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．８，ｐｐ．１０〜１４，２００１．８福原克己：保守用車における労働災害防止，鉄道と電気技術，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．６，ｐｐ．２６〜３０，２０００．６山本春生，西堀典幸：ＣＡＲＡＴ，ＲＲＲ，Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．９，ｐｐ．８〜９，１９９９．９山本春生，関根俊：線路内作業の安全性を高める防護システムの開発，ＲＴＲＩＲＥＰＯＲＴＶｏｌ．１６，Ｎｏ．７，２００２．７，ｐｐ．２１−２６，

しかしながら、上記のようなシステムでは、線路沿線における作業員の位置、例えば接近車両に支障を来す線路上やその近傍のような危険な場所と、接近車両に支障を来す線路から離れた位置や待避場所のような安全な場所とを判別する必要があるため、線路横断方向の位置検出精度に対する要求は厳しい。一方、接近車両との距離上の誤差は警報タイミングに影響するが、接近車両の速度を考慮すると問題とはならず、線路の長手方向の位置検出精度に対する要求は厳しくない。

遮蔽物の多い線路沿線において安定して高精度測位が可能な手段として、ＤＧＰＳ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳ）運用がある。しかし、ＤＧＰＳ運用による補正後の誤差は１ｍ程度とされ、線路長手方向については十分であるものの、線路横断方向については要求精度を満たすことができない。

従来のＧＰＳ測位のＤＧＰＳ運用による位置検出方法によれば、海上保安庁等が運用する基準局による補正情報を受信し、ＧＰＳ受信機内で補正計算を行い、測位精度を改善するが、基準局から観測地点までの距離が離れるほどその補正効果が低下するという問題があった。補正効果を高めるには、観測地点近傍に基準局を設置すれば良いが、測定範囲は限定される。したがって、広範囲で高い補正効果を維持するには、基準局を広範囲に設置しなくてはならない。

本発明は、上記状況に鑑みて、線路内の作業員に保守用車を基準局とする精度の良い位置情報を提供することにより触車の危険性の回避をより的確に行うことができる移動体位置のＧＰＳ測定システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕移動体位置のＧＰＳ測定システムにおいて、保守用車（２）に搭載されるとともに、ＧＰＳ受信機（１２）と、このＧＰＳ受信機（１２）に接続される測位計算部（１４）とこの測位計算部（１４）に接続される線路の特定・トレース部（１５）とこの線路の特定・トレース部（１５）にそれぞれ接続されるアンテナ高さ記憶装置（１６）と３次元線路マップ記憶装置（１７）とを有する保守用車位置検知装置（１３）と、前記測位計算部（１４）及び前記線路の特定・トレース部（１５）とに接続される補正情報作成部（１９）と、この補正情報作成部（１９）に接続される通信システム（２０）を備え、前記アンテナ高さ記憶装置（１６）からのアンテナ高さ情報と前記３次元線路マップ記憶装置（１７）からのレール中心線（４）のマップ情報に基づいて前記測位計算部（１４）で演算して求めた前記保守用車（２）の仮位置に最も近い空間曲線上の位置を前記線路の特定・トレース部（１５）で前記保守用車（２）の修正位置として求め、前記補正情報作成部（１９）で前記保守用車（２）の仮位置と前記保守用車（２）の修正位置との差分に関するレールの長手方向以外の誤差を補正したＤＧＰＳ補正情報を前記通信システム（２０）から送信する基準局としての保守用車端末装置（１０）と、作業員（３）が携帯するとともに、ＧＰＳ受信機（２３）と、このＧＰＳ受信機（２３）に接続され、３次元線路マップ記憶装置（２６）を有する制御部（２５）とこの制御部（２５）に接続される表示装置（２７）とを有する情報処理装置（２４）と、前記ＤＧＰＳ補正情報を受けて前記ＧＰＳ受信機（２３）に受信させる通信システム（２８）とを備え、前記ＧＰＳ受信機（２３）からのＧＰＳ情報とともに、前記保守用車端末装置（１０）からのＤＧＰＳ補正情報を受信するＧＰＳ移動局としての携帯情報端末装置（２１）とを具備し、前記基準局としての前記保守用車端末装置（１０）からの補正情報に基づいて、前記ＧＰＳ移動局としての前記携帯情報端末装置（２１）により作業員の位置情報を補正することを特徴とする。

防護システムおよび類似システムにおいては、作業員と接近車両との相対距離、特に線路長手方向よりも線路横断方向の離隔距離の精度向上が重要であるが、本発明によれば、レールの長手方向以外の精度を改善することができる。

また、一般にＧＰＳ測定システムのＤＧＰＳ運用においては、基準局までの距離が近い程、移動局の測位精度が向上するが、本発明によれば、保守用車を基準局とするため、車両が接近するほど、換言すれば危険度の増加に比例して補正効果が向上するため、触車の危険性の回避をより的確に行うことができる。

線路内作業員と線路上を走行する接近車両との触車事故を防止するため、双方の絶対位置をＧＰＳ測位により検出し危険を察知するシステムにおいて、作業員位置のＧＰＳ測位時に接近車両を基準局とする補正計算を行い、この接近車両との相対位置検出精度を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の線路内作業員位置のＧＰＳ測定システムの概略構成図、図２はその概略平面図、図３はその概略側面図、図４は保守用車に搭載する保守用車端末装置の構成図、図５は基準局としての保守用車の動作のフローチャート、図６は作業員が携帯する携帯情報端末装置の構成図、図７はその作業員が携帯する携帯情報端末装置の動作のフローチャートである。

図１〜図３において、１は鉄道車両の軌道、２はその鉄道車両の軌道１を走行する保守用車、３は作業員、４は鉄道車両の軌道１の中心線、５は鉄道車両の軌道１の幅方向の危険領域、６はＧＰＳ衛星である。

図４において、１０は保守用車に搭載される保守用車端末装置、１１は保守用車に配置されたＧＰＳアンテナ、１２はＧＰＳ受信機、１３は保守用車位置検知装置、１４は保守用車位置検知装置１３内の測位計算部、１５は線路の特定・トレース部、１６はレール面からのアンテナ高さ記憶装置、１７は３次元線路マップ記憶装置、１８は基準局装置、１９は補正情報作成部、２０は基準局装置１８に接続される通信システムである。

図６において、２１は作業員が携帯する携帯情報端末装置（以下、作業員の携帯情報端末装置という）、２２はＧＰＳアンテナ、２３はＧＰＳ受信機、２４は情報処理装置、２５は制御部、２６は３次元線路マップ記憶装置、２７は表示装置、２８は通信システムである。

まず、本発明の線路内作業員位置のＧＰＳ測定システムについて説明する。

本発明では、位置検知機能、無線通信機能を備える携帯情報端末装置を作業員３一人一人に携行させる。この携帯情報端末装置２１は、線路閉鎖を可能にする作業申請、保守用車２を含むリアルタイムな運行状況表示、列車および保守用車２の接近警報、通話、情報参照など、保守作業を支援する機能を概ね網羅した機器とする。

更に、後述するが、本発明では、保守用車２を基準局とするＧＰＳ補正情報をＧＰＳ移動局である作業員に報知せしめて、線路の長手方向以外の測位精度を改善することにより触車の危険性の回避をより的確に行うことを可能とする。

以下、携帯情報端末装置と保守用車端末装置及びその位置補正方法について説明する。

保守用車２は軌道回路で検知できないため、図４に示すような保守用車端末装置１０を備える。つまり、ＧＰＳ衛星６からのＧＰＳ情報をＧＰＳアンテナ１１からＧＰＳ受信機１２で受信して、測位計算部１４で演算し、保守用車２の仮位置を求める。そこで、３次元線路マップ記憶装置１７からレールの中心線４のマップ情報とアンテナ高さ記憶装置１６からアンテナ高さ情報とをそれぞれ線路の特定・トレース部１５に読み出して、演算して求めた保守用車２の仮位置に最も近いマップ情報とアンテナ高さ情報に基づく空間曲線上の位置を保守用車２の修正位置として求める。そして、基準局装置１８内の補正情報作成部１９で保守用車２の仮位置と保守用車２の修正位置との差分に関するＤＧＰＳ補正情報を作成し、通信システム２０により作業員３の携帯情報端末装置２１へ送信する。

一方、作業員３が携帯する携帯情報端末装置２１では保守用車２を基準局とした前記ＤＧＰＳ補正情報を通信システム２８を介してＧＰＳ受信機２３が受信すると、保守用車端末装置１０のＧＰＳアンテナ１１が受信するＧＰＳ情報と同じグループの衛星からのＧＰＳ情報をＧＰＳアンテナ２２を介して同じくＧＰＳ受信機２３で受信した後、ＤＧＰＳ補正情報によりＧＰＳ情報を補正してから測位計算を行う。したがって、作業員３はたえず基準局としての保守用車２からの補正位置情報を受信して、レールの長手方向以外の測位精度を改善するので、レールの中心線４からの離隔距離が補正され、保守用車２との触車の危険性の回避をより的確に行うことができる。

なお、上記実施例では、接近車両として、保守用車２について述べたが、作業現場に接近するその他の車両の場合にも適用できることは言うまでもない。

図５に基準局としての保守用車の動作のフローチャートを、図７に作業員の携携帯情報端末装置の動作のフローチャートをそれぞれ示している。

すなわち、図５において、保守用車２側の保守用車端末装置１０では、
（１）まず、ＧＰＳ衛星６よりＧＰＳ情報をＧＰＳ受信機１２で受信し、測位計算部１４で測位を行い、保守用車２の仮位置を求める（ステップＳ１）。

（２）次に、ステップＳ１で得られた仮位置情報と３次元線路マップ記憶装置１７から読み出される線路マップ情報とアンテナ高さ記憶装置１６から読み出されるアンテナ高さ情報とを比較して保守用車２の修正位置情報を求める（ステップＳ２）。

（３）次に、保守用車２の仮位置と保守用車２の修正位置との差分に関するＤＧＰＳ補正情報を求める（ステップＳ３）。

（４）次に、ステップＳ３で得られた保守用車２を基準局としたＤＧＰＳ補正情報を作業員３の携帯情報端末装置２１に送信する（ステップＳ４）。

また、図７において、作業員３の携帯情報端末装置２１では、
（１）まず、基準局とした保守用車２からＤＧＰＳ補正情報を受信する（ステップＳ１１）。

（２）次に、ＧＰＳ衛星６よりＧＰＳ情報をＧＰＳ受信機２３で受信し、ＤＧＰＳ補正情報を加味して測位を行う（ステップＳ１２）。

（３）次に、保守用車２が接近しつつある場合、制御部２５は、そのレールの長手方向以外の修正された位置情報と３次元線路マップ記憶装置２６から読み出される線路マップ情報とを比較して危険度を判定する（ステップＳ１３）。ここで、表示装置２７は、的確な接近警報を報知することができる。

なお、ステップＳ１２における測位計算を、制御部２５において、３次元線路マップ記憶装置２６から読み出される線路マップ情報を用いて行う変形も考えられる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の移動体位置のＧＰＳ測定システムは、ＧＰＳを主体的に用いる位置検知の精度を高めた線路内作業員の防護システムとして好適である。

本発明の線路内作業員位置のＧＰＳ測定システムの概略構成図である。本発明の線路内作業員位置のＧＰＳ測定システムの概略平面図である。本発明の線路内作業員位置のＧＰＳ測定システムの概略側面図である。本発明の実施例による保守用車に搭載する保守用車端末装置の構成図である。本発明の実施例による基準局としての保守用車の動作のフローチャートである。本発明の実施例による作業員の携帯情報端末装置の構成図である。本発明の実施例による作業員の携帯情報端末装置の動作のフローチャートである。

符号の説明

１鉄道車両の軌道
２保守用車
３作業員
４鉄道車両の軌道の中心線
５鉄道車両の軌道の幅方向の危険領域
６ＧＰＳ衛星
１０保守用車端末装置
１１保守用車に配置されたＧＰＳアンテナ
１２，２３ＧＰＳ受信機
１３保守用車位置検知装置
１４測位計算部
１５線路の特定・トレース部
１６レール面からのアンテナ高さ記憶装置
１７，２６３次元線路マップ記憶装置
１８基準局装置
１９補正情報作成部
２０，２８通信システム
２１作業員の携帯情報端末装置
２２作業員が携帯するＧＰＳアンテナ
２４情報処理装置
２５制御部
２７表示装置

Claims

（ａ）保守用車（２）に搭載されるとともに、ＧＰＳ受信機（１２）と、該ＧＰＳ受信機（１２）に接続される測位計算部（１４）と該測位計算部（１４）に接続される線路の特定・トレース部（１５）と該線路の特定・トレース部（１５）にそれぞれ接続されるアンテナ高さ記憶装置（１６）と３次元線路マップ記憶装置（１７）とを有する保守用車位置検知装置（１３）と、前記測位計算部（１４）及び前記線路の特定・トレース部（１５）とに接続される補正情報作成部（１９）と、該補正情報作成部（１９）に接続される通信システム（２０）を備え、前記アンテナ高さ記憶装置（１６）からのアンテナ高さ情報と前記３次元線路マップ記憶装置（１７）からのレール中心線（４）のマップ情報に基づいて前記測位計算部（１４）で演算して求めた前記保守用車（２）の仮位置に最も近い空間曲線上の位置を前記線路の特定・トレース部（１５）で前記保守用車（２）の修正位置として求め、前記補正情報作成部（１９）で前記保守用車（２）の仮位置と前記保守用車（２）の修正位置との差分に関するレールの長手方向以外の誤差を補正したＤＧＰＳ補正情報を前記通信システム（２０）から送信する基準局としての保守用車端末装置（１０）と、
（ｂ）作業員（３）が携帯するとともに、ＧＰＳ受信機（２３）と、該ＧＰＳ受信機（２３）に接続され、３次元線路マップ記憶装置（２６）を有する制御部（２５）と該制御部（２５）に接続される表示装置（２７）とを有する情報処理装置（２４）と、前記ＤＧＰＳ補正情報を受けて前記ＧＰＳ受信機（２３）に受信させる通信システム（２８）とを備え、前記ＧＰＳ受信機（２３）からのＧＰＳ情報とともに、前記保守用車端末装置（１０）からのＤＧＰＳ補正情報を受信するＧＰＳ移動局としての携帯情報端末装置（２１）とを具備し、
（ｃ）前記基準局としての前記保守用車端末装置（１０）からの補正情報に基づいて、前記ＧＰＳ移動局としての前記携帯情報端末装置（２１）により作業員の位置情報を補正することを特徴とする移動体位置のＧＰＳ測定システム。