JP4370415B2

JP4370415B2 - データ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置（ａｔｐｓｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｒａｉｎｕｓｉｎｇｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）

Info

Publication number: JP4370415B2
Application number: JP2006516962A
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Inventors: ボンテクキム
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Filing date: 2004-07-02
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Description

本発明はデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置（ＡＴＰＳ；ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｉｎＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｔｏｐｄｅｖｉｃｅ、以下“ＡＴＰＳ”という）に関するものである。詳しくは、狭空間データ通信方式（ＳｍａｌｌＡｉｒ−ｇａｐＤａｔａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を用いて地上情報を伝達するＫ−Ｂａｌｉｓｅを地上に備え、車上には地上情報メモリパックを追加して自動列車保護装置（ＡＴＰ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｉｎＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；以下、“ＡＴＰ”という）及び自動列車停止装置（ＡＴＳ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｉｎＳｔｏｐ；以下、“ＡＴＳ”という）の機能を兼用することができるＡＴＰＳに関するものである。

ここで、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅは現在用いられているＡＴＰの一部であり、ヨーロッパで用いているヨーロバリス（ＥｕｒｏＢａｌｉｓｅ）を改良した技術であって、“Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ”という。

ここで、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅは地上子、タッグ、カードまたは端末機を統合した概念であるが、本発明においては“Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ”と通称する。

一般的に、列車自動制御のための地上情報伝達装置を“バリス（Ｂａｌｉｓｅ）”という。バリスは列車の車上と地上との間で、データ通信を用いて、地上運転条件、地上子の距離、地上子の位置、目標速度などの地上情報を伝達する装置である。

従来の鉄道区間においては、渋滞がたびたび発生し、線路容量の増加及び速度向上による安全事故が発生するなど、様々な問題点があった。従って、列車運行時間の短縮、運転情報提供及び補助機能による安全運行を確保する必要性が提起されている。既存の鉄道線を高速化する場合、２００Ｋｍ／ｈまでに運行できる自動列車保護停止装置の開発が必要となっている。

特に、信頼性の保証のために、地上情報提供で目標距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ−ｔｏ−ｇｏ）を制御し、近接空間で通信できる通信方式の導入が必要である。

一般的に空間を占有して実行される既存の通信方法は電子波の空間伝送の特性を用いるものであって、長距離伝送に有利であるが、信頼度及び保安性は保証されないという問題点がある。

最近のカードなどに適用される通信方式で誘導結合を基本として狭（近接）空間のデータ通信を可能にする方式が用いられているが、このような通信方式は通信速度が著しく低下するために、鉄道などの高速移動体においては現実的に用いられにくい方式である。

特に、韓国には鉄道信号体系の主種であるＡＴＳの使用周波数帯域で通信速度が非常に低い短所がある。一例に、１５０Ｋｈｚ以下の周波数では通信速度が最高８Ｋｐｓに止まっている。

一方、鉄道の信号制御における絶対位置を判読するために情報を得る方法として用いられる通信は高速でなければならず、高い信頼性及び保安が要求される。

狭空間データ通信は一般的に自由空間電波を用いる長距離広域通信に比べて、高度の安全性及び信頼性が要求される一対一の制限的なデータ通信がほとんど占める。

ＲＦ−ＩＤ（高周波認識）などに用いられる狭空間通信はエネルギーを供給し、データを集める主装置（リーダー）及び、エネルギー及びキャリアーを受けて保有したデータを伝送するバリス（Ｂａｌｉｓｅ）から構成される。

このような従来の狭空間通信は使用周波数に基づいて通信速度及び距離が決定され、特に低周波領域（１２５Ｋｈｚ）では通信速度が非常に低いという短所がある。

鉄道の列車を制御する自動列車保護装置（ＡＴＰ）に適用されるトランスポンダー（ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）やバルスまたはタッグなどは高度の信頼性及び保安性が要求されるが、既存のＡＴＳ周波数（６０Ｋｈｚないし１５０Ｋｈｚ）代では通信速度と信頼性及び保安性におけるその性能を具現することができなかった。

また、ＲＦ−ＩＤにおいても通信速度が制限されるので、大量のデータを要求する応用分野では用いられていない。従って、このような従来の技術は高度の信頼性及び保安性が要求されるバリスなどに用いられにくいという問題点があった。

従来技術の問題点を解決するために考え出した本発明は地上に狭空間データ通信方式を用いて地上情報を伝達するＫ−Ｂａｌｉｓｅ及び車上に地上情報メモリパックを追加してＡＴＰ及びＡＴＳの機能を兼用することができるＡＴＰＳを提供することを目的とする。特に、車上運転情報の提供及び運転補助機能を有し、出発前のシステム自己診断機能及び運行記録の保管及び保持機能を有し、ＡＴＳ周波数に応じて軌道区間別速度制御が自由なＡＴＰＳを提供することを目的とする。

また、本発明は無電源方式によるデータ通信を採択するが、周波数帯域別高速通信が可能になり、高度の保安性及び信頼性を確保することができるＡＴＰＳを提供することを目的とする。

さらに、本発明は地上情報による目標距離制御の効率性を向上させることによって、線路の活用率を高め、列車制御の安全性及び正確性を向上させるＡＴＰＳを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、地上にデータ通信方式を用いて地上情報を伝達するＫ−Ｂａｌｉｓｅを設け、車上に地上情報メモリパックを追加してＡＴＰ及びＡＴＳの機能を兼用することができるＡＴＰＳに関するものである。特に、制限速度、目標距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ−ｔｏ−ｇｏ）の提供を目標としてＡＴＳ周波数応動概念にデータ通信を追加した情報形ＡＴＳといえる。

また、本発明は車上運転情報の提供及び運転補助機能を付加し、出発前にシステムを自ずから診断（ｓｅｌｆ−ｔｅｓｔ）し、運行記録を保管し、保持する機能を有することに特徴がある。

主な技術構成はＡＴＳ機能及びＡＴＰ機能を具現する多数個の回路から構成された主装置、車上子コイルと発振機とを結合させて一体化した車上アンテナ、車輪の軸に連結された回転型速度検出器、運転者に速度情報と地上情報及び運転情報を提供する運転情報表示器、運転モードを選択する操作スイッチ、列車の制動機を制御する車両制御器、車両の現在状況に対する全ての地上情報及び車上情報を統合コントロールシステムに送信し、これから無線指令を受信する通信モジュールからなる車上装置と；軌道占有検知装置に接続されたＡＴＳ地上子及び狭空間データ通信により地上情報を伝達するＫ−Ｂａｌｉｓｅ及び前記のＫ−Ｂａｌｉｓｅに地上情報データを入力するプログラマーから構成された地上装置とを備え、前記車上アンテナは、ＡＴＳ地上子の共振周波数に応じて周波数及び電圧の変異信号を主装置に出力し、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅに近接されれば、データ通信網を構成して軌道区間の地上情報を主装置に伝送することを特徴とする。

本発明によれば、データ通信方式を用いてＡＴＰ及びＡＴＳの機能を兼用するＡＴＰＳを実現することができる。本発明のＡＴＰＳは車上運転情報の提供及び運転補助機能を有し、出発前のシステム自己診断機能と運行記録の保管及び維持機能を有し、ＡＴＳ周波数に応じる軌道区間別速度制御を効率的に行うことができる。

本発明のＡＴＰＳは無電源方式によるデータ通信方式を採択するので、周波数帯域別高速通信を行うとともに高い保安性及び信頼性を確保することができる。
また、地上情報による目標距離を制御する効率性を向上させることによって線路の活用率を高めることができ、地上子とＫ−Ｂａｌｉｓｅ、速度検出器またはＧＰＳ受信器を介して多角度の車両位置を確認するシステムであるので、列車制御の安全性及び正確性も向上させることができる。

特に、情報の量に基づいて用いられる周波数を選定すると大量のデータを伝送することもでき、無応動及び誤動作防止により安全度を向上させることができる長所がある。

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

図１は本発明に従うデータ通信を用いたＡＴＰＳ装置を示した図面である。図１に示したように、本発明のＡＴＰＳはＡＴＳ機能及びＡＴＰ機能を充足する装置であって、車上装置（１）及び地上装置（１０）からなる。

車上装置（１）は主装置（２）、車上アンテナ（３）、速度検出器（４）、運転情報表示器（５）、操作スイッチ（６）、車両制御器（７）、通信モジュール（８）から構成される。

地上装置（１０）は軌道占有検知装置に接続されたＡＴＳ地上子（１１）及びＫ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）から構成され、前記のＫ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）にデータを入力するプログラマー（１３）を含む構成である。

車上装置の主装置（２）は車両の速度制御及び自動停止のための装置であって、ＡＴＳ機能及びＡＴＰ機能を充足する多数個の電子回路から構成されるが、各電子回路装置の機能は次の通りである。

速度解釈器（２１）は速度検出器の出力を実速度で解釈して速度情報を常時提供する。

応動周波数判別器（２２）はＡＴＳ地上子（１１）と車上アンテナ（３）との応動により発生された共振周波数を判別する機能を有し、応動周波数及び判別された表示信号情報を常時提供する。

目標距離制御器（２３）は地上のＫ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）と車上アンテナ（３）とが近接する時、該当区間の情報（表示信号情報、線路情報）を車上で受信するとともに車両の位置情報及び移動距離情報などを受信して目標距離と目標速度及び列車の安全運行速度を計算し、これをシステムに常時提供する。

運転制御器（２４）は運転に必要な操作を総括し、操作による情報をシステムに常時提供する。運転モードの選択、車輪径の設定と外部装置との通信を接続し、速度解釈器（２１）の速度演算機能を監視する。

出力制御器（２５）はシステムに常時存在する速度情報とＡＴＳ表示情報、ＡＴＰ制限速度を基にして車両の過速を制限するための接点信号を出力する。

電源変換器（２６）は車両の電源を主装置の電源に変換させる。
ＧＰＳ受信器（２７）はＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）による車両の位置情報を提供する。

情報記録装置（２８）はフラッシュメモリーのメモリー手段とデータの入出力を制御するコトンローラ及びＵＳＢの連結手段から構成されるＵＳＢカードまたはフラッシュメモリーカードであって、該当区間別の地上の固定情報及び可変情報のｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅを兼用し、随時に情報を交換することができ、情報交換の容易性を提供する。このような情報記録装置（２８）は該当区間別の地上の固定情報及び可変情報をデータ化して記録し、これをシステムに常時提供する。

ここで、地上情報のうち、固定情報は地上子の位置、カーブ区間や傾き区間などの地理的な状況を含む線路条件などを示すデータであり、列車運行の時に自動認識されて補正されるデータである。また、地上情報のうち、可変情報は制限的に随時変化される地上の情報、即ち落石や浸水及びその他事故に関連して限時的に進行される線路工事または工事移動情報などの統制される情報を示すデータであり、これは列車の出庫前にすぐ入力されるデータである。

インターフェースカード（２９）は国際または大陸間の地上信号（軌道回路信号）を受信して情報化し、これをシステムに常時提供するものであって、このような軌道回路信号の情報交換を可能にすることによって、軌道回路に対する信号方式が他の国際または大陸間の列車制御を可能にする。

さらに、車上装置（１）の車上アンテナ（３）は車上子コイルと発振器とを結合して一体化させたものであって、地上子（１１）の共振周波数に応じて周波数及び電圧の変異信号を出力する。また、車上アンテナ（３）はＫ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）との近接によりデータ通信網を構成するようになり、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）からプログラマー（１３）によりコード化された鉄道軌道区間の地上情報を受信してシステムに提供する。

速度検出器（４）は車輪の軸に連結された回転型速度検出器またはドップラー速度測定器など二重系として二つの装置を有する。

運転情報表示器（５）はデジタルまたはアナログ形指示機能を有しており、運転者に速度情報、地上情報及び必要な運転情報を視覚的に提供し、内部に速度指示器を含む構成である。また、運転情報表示器（５）はＧＰＳ受信器（２７）及び情報記録装置（２８）などを活用して該当区間に対する速度情報及び地上情報を音声出力して運転者に提供する音声出力警報装置を含む。即ち、音声出力警報装置はＧＰＳによる車両の現在位置を確認した後、該当区間に対する地上情報（固定情報及び可変情報）をバックアップ（ｂａｃｋｕｐ）して音声信号を出すようにするものであるが、一例に“現区間は１５０ｋｍ／ｈ以下の区間であります。”という速度情報や“現区間は工事が進行中である区間であります。”という地上情報を音声出力することができるようにし、運転者に警戒心を提供して列車の安全運行ができるようにするものである。

操作スイッチ（６）は運転モードを選択する場合や必要な操作機能を提供する。
車両制御器（７）は列車の制動機関を制御する装置であって、常時監視されるバイメタル型の接点出力装置である。

通信モジュール（８）は車両を統合制御する統合コントロールシステム（中央監視装置）に車両の現在状況に対する全ての地上情報及び車上情報を送信し、統合コントロールシステムから無線指令を受信して列車が制御されるようにする。この際、通信モジュールと統合コントロールシステムとの情報交換は自由空間を用いる広域のデータ通信を介して情報の送受信ができ、急に伝達すべき指令である場合、通信モジュールを介して車上に直接伝達することができるようとする。ここで、車上情報は現在運行されている車両に対する制動特性及び運転特性などの車両情報を示すデータであって、列車情報システム（ＴＩＳ：ＴｒａｉｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）または列車制御モニタリングシステム（ＴＣＭＳ；ＴｒａｉｎＣｏｎｔｒｏｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）からインタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）される情報であるが、車上装置内の情報記録装置または目標距離制御器などに記録して提供されることもできる。このような車上情報は列車運行時に車両の点検用情報として活用することができる。

一方、地上装置のＡＴＳ地上子（１１）は誘導結合による周波数を発生して軌道区間に定められた速度制御情報を発生し、車両の前後に障害物があるかなどの車両の現在位置を確認してそれに従う地上情報を提供する。

地上装置のＫ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）はＡＴＳ地上子（１１）のように地上情報を伝達する情報伝達装置であり、車上アンテナ（３）が近接されれば狭空間データ通信網が構成されるようになり、プログラマーによりコード化されて貯蔵された情報を読み出して変調し、この変調信号を車上装置の主装置に伝達する。この際、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）は軌道区間に応じる車両の速度指定を変更する情報を提供し、車両の制動特性及び運転特性などを考慮して各軌道区間での制限速度を自由に制御することができる情報を提供する。また、列車の安全かつ正確な制御のために車両の現在位置情報を提供する。

図１の下段部分はＫ−Ｂａｌｉｓｅのデータ伝送関係を示す。プログラマー（１３）はノート型パソコン及びデータ伝送装置から構成されており、この装置はＫ−Ｂａｌｉｓｅ地上子のデータを生成し、記録する。Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）は無給電トランスポンダーとして車上子の発振出力をエネルギー源とし、プログラマーが記録したデータを車上に伝送する役割をする。ＡＴＳ地上子（１１）は上述したようなＡＴＳ（自動列車停止）機能を保持する。車上アンテナ（３）とＡＴＳ地上子（１１）または車上アンテナ（３）とＫ−Ｂａｌｉｓｅ（１２）間に通信ができる。

一方、ＡＴＰＳを実現するためには次の４つの方法が考えられる。
第一に、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅのデータ伝送によりデータとして地上情報及び距離を計算する方法、
第二に、車両の地上メモリカードやメモリパックに貯蔵された情報を用いて地上情報と運転速度及び距離を検出する方法、
第三に、閉鎖区間で信号表示に応じて地上情報及び距離を計算する方法、
第四に、ＧＰＳを用いた位置情報提供によりメモリパックに貯蔵された地上情報を用いて運転速度及び距離を計算する方法である。

本発明の目的はＲＦ−ＩＤ通信方法を改善した狭空間データ通信方式を用いてＡＴＳの機能が向上されるようにし、目標距離の制御ができるようにする兼用装置としてＡＴＳの周波数応動概念にデータ通信を追加したＡＴＰＳ提供するものである。

このような目的を有するＡＴＰＳに対する情報の取得方法と情報の内容及び性能を説明すれば次の通りである。

高速で走る列車で地上の特定な位置の必要な情報を得ることは高度の信頼性及び安全性が要求される。周囲の雑音（混信）から完璧に保護される方式の通信は空間電波を用いる方法が容易でないので、誘導結合型のデータ通信が主に用いられている。例えば、ヨーロッパのバリス、日本のトランスポンダー型または一般的に用いられているＲＦ−ＩＤなどがあるが、これらの方式は固定されたキャリア形式であって、情報を読み出す主装置（リーダー）がキャリア用周波数の信号を送信し、端末機ではこれを受信して電力を確保し、Ｂａｃｋ−ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ方式で負荷を変動させる方法により受信信号を変調させる方式を用いる。この際、このような方式は変調率が著しく低い水準であるので、高速の通信速度が得られにくい。

これに反して、本発明で用いられているデータ通信方式は、主装置（リーダー）と端末機との間、即ち車上アンテナとＫ−Ｂａｌｉｓｅとの間に構成される共振回路に応じてキャリア周波数（常時発振条件）が決定された後、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅはキャリアで電力を確保して一定周期毎にデータを伝送する同期式高速通信を具現されるようなものである。

従って、ＡＴＳ及びＡＴＰの二つの機能を確保するために、ＡＴＳ地上子が用いる周波数帯域でデータ通信網を具現することができ、ＡＴＰのデータ伝送機能を確保することができるものであって、情報の量により用いられる周波数を選定すると、大量のデータを伝送することができ、有効距離内のみ動作される保安性が確保され、無電源方式により地上情報を提供することができる。

即ち、本発明ではＡＴＳ用車上子と発信機とを一体化した車上アンテナを車上に設け、ＡＴＳ地上子及びＡＴＰ用Ｋ−Ｂａｌｉｓｅを地上に設けることによって、ＡＴＳ及びＡＴＰ機能を同時に充足することができる。

一方、地上から車上に伝達されなければならない必須的な情報は次のようなものである。

有効な地上子であることを表示するＩＤまたはＭａｒｋｅｒ、区間の物理的な環境が許容する最大速度、先行列車または運行スケジュールにより決定された区間許容速度、許容区間（地上子）までの距離及びデータフレーム誤謬確認用情報などである。

前記の情報を一つのデータフレームで構成して、列車の車上アンテナが地上子を通過する時間内に伝達しなければならない。

有効通信時間内に情報を伝達するためには、情報を圧縮しなければならないので、データをテーブル化する一番一般化された方法を用いて、最小化された有効データを作成する。圧縮された有効情報及び誤謬確認用情報を一つのフレームから構成し、連続して繰り返し送信するようにする。

図２は本発明の狭空間データ通信システムの概念を説明するための一実施例を示した図面である。図２に示したように、車上アンテナ（主装置リーダー）（４０）は疏結合された１次及び２次コイル（Ｌ１、Ｌ２）のうち、１次側には電力増幅器（４２）の出力及びキャパシタンス（Ｃ１）を直列結合して共振周波数で最大の出力が発生され、２次側は第１増幅器（４１）の入力に連結して常時発振ができ、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅから送出されるデータをディコーディング（ｄｅｃｏｒｄｉｎｇ）する復調器（４４）から構成されることができる。

Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ（５０）は車上アンテナ（４０）の発振周波数に近接された周波数に共振されるようにＬ３及びＣ３の並列共振回路を形成し、地上情報が送出されることができるように変調器（５１）、マイクロコントロールユニット（５２）、クロック発生器（５３）及び貯蔵装置（５４）を備え、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅのシステムに対する動作状態の自己診断（ｓｅｌｆ−ｔｅｓｔ）及び運行記録を保持する診断装置（５５）から構成できる。

ここで、変調器（５１）は高速ＦＥＴ（電界効果トランジスター）を用いて変調用キャパシタ（Ｃｒｒ）とともに並列共振回路（Ｌ３、Ｃ３）に変調時点で接続されるようにすることが望ましい。マイクロコントロールユニット（５２）は貯蔵装置（５４）に貯蔵されたコード化されたデータをクロックの一定周期毎に変調器（５１）に出力する。貯蔵装置（５４）にはプログラマー（１３）を介してコード化された地上情報のデータが貯蔵される。

このような構成によるデータ通信の実現方法を説明すれば、相互インダクタンス（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）（Ｍ２１）のコイル（Ｌ２）に信号が加えられると、第１増幅器（４１）を介して信号増幅されて常時発振することになり、増幅された信号は電力増幅器（４２）及び第２増幅器（４３）に出力される。ここで、電力増幅器（４２）は直列共振回路（Ｌ１、Ｃ１）を動作させて共振周波数を出力し、第２増幅器（４３）では直列共振周波数を出力する。

この際、車上アンテナ（４０）がＫ−Ｂａｌｉｓｅ（５０）に近接すると、車上アンテナ（４０）の常時発振周波数に共振される周波数信号がＫ−Ｂａｌｉｓｅに送られ、この送られた周波数信号から降下された電圧の電力を得て蓄積される。従って、データ通信において無電源方式を取るので、信頼性を確保することができる。

Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ（５０）に電力が蓄積されると、前記の送られた周波数信号によりクロック発生器（５３）で基準クロックを発生させ、このような基準クロック及び電力によりマイクロコントロールユニット（５２）が起動され、既に貯蔵されたプログラミング制御を介してクロックの一定周期毎に貯蔵装置（５４）でコード化された地上情報のデータを呼び込んで（一例にクロックの３周期毎に１ビットずつ）変調器（５１）に出力する。この際、変調器（５１）はマイクロコントロールユニット（５２）から受信したデータを変調し、前記の変調されたデータを車上アンテナ（４０）側へ送出する。ここで用いられる変調方式は周波数変調方式（ＦＳＫ；ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）、振幅変調方式（ＡＳＫ；ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）またはパルス変調方式（ＰＳＫ；ＰｕｌｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）のうち、いずれか一つを選択、使用する。

前記の方式によれば、情報の量に従って用いられる周波数を選定すると、大量のデータを伝送することもでき、有効距離内のみで動作される保安性を確保することができる。

Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ（５０）から車上アンテナ（４０）にデータが送出されると、前記の変調信号は波形定型回路を経った後、復調器（４４）で復調され（ｄｅｃｏｒｄｉｎｇ）、復調されたデータは列車制御に用いられる。

前記の過程のデータ通信は車上アンテナ（４０）とＫ−Ｂａｌｉｓｅ（５０）との間で完全に一体にされた同期を保持されるので、データの正確な伝達を保証することができることになる。

さらに、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ（５０）の診断装置（５５）はＫ−Ｂａｌｉｓｅ（５０）のシステムの性能を自ら診断し、運行記録を保管及び維持する役割をする。

図３は本発明の主装置（２）の構成要素である目標距離制御器（２３）をさらに詳しく説明するための図面である。図３に示すように、目標距離制御器（２３）はマイクロプロセッサ（２３ａ）と地上子情報ＤＢ（２３ｂ）及び複合器（２３ｃ）とから構成される。ここで、マイクロプロセッサ（２３ａ）は速度解釈器（２１）、応動周波数判別器（２２）、ＧＰＳ受信器（２７）、地上子情報ＤＢ（２３ｂ）及び復号器（２３ｃ）などから各種情報を受信して目標距離情報と目標速度情報及び制限速度情報を算出する。この際、マイクロプロセッサ（２３ａ）は速度解釈器（２１）から移動距離情報を、応動周波数判別器（２２）から現在の信号情報を、ＧＰＳ受信器（２７）などから標準位置情報を、地上子情報ＤＢ（２３ｂ）から位置情報を、応動周波数判別器（２２）により判別された応動周波数を復号化する復号器（２３ｃ）から線路情報を受信して演算処理する。ここで、地上子情報ＤＢ（２３ｂ）は車両の位置判別及び地上信号（周波数信号）のための地上子条件を示すデータである。

ここで、標準位置情報はＧＰＳ受信器によるもののみが示されているが、車両の現位置を確認することができる地上子とＫ−Ｂａｌｉｓｅ及び速度検出器との位置情報組み合わせにより標準位置を設定するようにすることが一番望ましく、前記の地上子とＫ−Ｂａｌｉｓｅ、速度検出器、ＧＰＳ受信器のうち、二つ以上の装置の情報を組み合わせることが望ましい。これは装置の故障や誤謬発生条件を考慮したものであって、列車運行の正確性及び安全性を向上させるためのものである。

図４はＫ−Ｂａｌｉｓｅの制御システムの概念を示す図面である。図４に示されたように、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅは一定な間隔で地上に埋め込まれており、多数個のＫ−Ｂａｌｉｓｅを一つにあわせてこれを制御するサブコントロールシステム（６１）を構成し、多数個で構成される。また、多数個のサブコントロールシステム（６１）を統合して制御する統合コントロールシステム（６２）が構成される。このようなシステムは車両のシーケンス制御による順次的制御システムであって、統合コントロールシステム（６２）の指令がサーブコントロールシステム（６１）に伝送された後、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅを介して車上アンテナとの狭空間データ通信により車上装置に情報を伝達するシステムである。上述したような通信モジュールと統合コントロールシステムの広域データ通信による無線制御システムとの間には差異がある。

図５は既存のＡＴＳと本発明のＡＴＰＳとに対する運転制御を示した比較曲線である。ＡＴＳ運転制御曲線は階段式で制御されるが、ＡＴＰＳ運転制御曲線は放物線型で自然に制御されることが分かる。前記のＡＴＳは鉄道用であって五つの信号形態で動作し、一つの地上子が設けられた軌道区間を一つの単位として五つの地上子が連動され、周波数に応じて軌道区間別に列車運行の最高速度を制限するようになる。この際、ＡＴＳは地上子の信号に従う周波数に応じて軌道区間別に既に指定された速度以下で速度制御する方式である。従って、列車の制動特性と運転特性及びその他地上情報などに関わらず、軌道区間別に一定速度以下で速度制御される。前記のＡＴＳは５の現在の信号システムを示したものであって、列車の運行速度を区間制限速度以内に減速する場合を示したものである。

本発明のＡＴＰＳは前記のＡＴＳに目標距離（ｄｉｓｔａｎｃｅ−ｔｏ−ｇｏ）を計算し、これを認知して検出し、自動で列車を停止させることを目標とする。特に、ＡＴＰＳは地上情報による目標距離制御として線路容量を増加させることができ、列車の制動特性及び運転特性などの車上情報を地上情報とともに考慮して周波数に応じる軌道区間別速度調整を自由にすることによって運行時間を短縮することができる。従って、図５のように自然に列車運行を制御し、停止させることができる。
（実施例）
本発明のＡＴＰＳは既存線の速度向上及び渋滞の解消を目的とする。ＡＴＰＳは通常の３−５現行区間及びＡＴＳ区間に用いることができ、支線及び本線に適合できるので、安全度が向上する。また、閉鎖区間調整及び速度向上調整により運行時間を短縮することができる。ＡＴＰＳは高速の列車運行ができ、正確な速度制御により安全性及び信頼性を確保することができる。

本発明のＡＴＰＳは既存の線路をそのまま用いることができるので、非常に経済的である。ＡＴＰＳはＫ−Ｂａｌｉｓｅの大きさを６０ｃｍ×３０ｃｍとする時、最大の有効通信時間は列車の速度２００ｋｍ／ｈで１２ｍｓ性能を有するので、このような数値を基準として車上アンテナを設計／作製することが望ましい。有効通信距離は車上アンテナ及びＫ−Ｂａｌｉｓｅの各々のアンテナの大きさ及び相対角度に基づいて決定されるが、通常１ｍ以内の近接通信となることが望ましい。

変調方式は周波数変調方式（ＦＳＫ）、振幅変調方式（ＡＳＫ）またはパルス変調方式（ＰＳＫ）のうちのいずれか一つを用いる。

この場合、常時発振する常時発振周波数（キャリア周波数）が５０Ｋｈｚないし１Ｍｈｚ範囲であると仮定すると、データ変調は周波数変調及び振幅変調としてあらわれ、通信速度はキャリア周波数の１／３程度の速度として最高５０Ｋｐｂｓの性能を発揮する。これは常時発振周波数の発振範囲の調整を通じて通信速度を向上させる調整ができることを示す。

従って、本発明のＡＴＰＳは既存線を替えないとともにＫ−Ｂａｌｉｓｅを用いてユーロバリスを適用した効率的な運転制御曲線を得ることができ、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅと車上アンテナとの結合を介して既存のＡＴＳ地上区間を替えなくてもＡＴＳ及びＡＴＰ機能を兼用することができるという長所がある。

当該の技術分野の通常の知識を有する者に、本発明は前記で説明した実施例及び数値に限定されないことは自明であり、特許請求の範囲と均等な技術範囲内からなる全ての設計変更は本発明の範囲に含まれるものと見なされる。

本発明のＡＴＰＳ装置の構成を示した図面である。狭空間データ通信システムの概念を示した図面である。本発明の主装置にある目標距離制御器を説明するための図面である。Ｋ−Ｂａｌｉｓｅの制御システムの概念を示した図面である。ＡＴＳとＡＴＰＳとの運転制御の比較曲線である。

符号の説明

１：車上装置
２：ＡＴＰＳ主装置
３、４０：車上アンテナ
４：速度検出器
５：運転情報表示器
６：操作スイッチ
７：車両制御器
８：通信モジュール
１０：地上装置
１１：ＡＴＳ地上子
１２，５０：Ｋ−Ｂａｌｉｓｅ
１３：プログラマ
２１:速度解釈器
２２：応動周波数判別器
２３：目標距離制御器
２３ａ：マイクロプロセッサー
２３ｂ：地上子情報ＤＢ
２３ｃ：復号器
２３：運転制御器
２５：出力制御器
２６：電源変換器
２７：ＧＰＳ受信器
２８：情報記録装置
２９：インターフェースカード
４１：第１増幅器
４２：電力増幅器
４３：第２増幅器
４４：復調器（ｄｅｃｏｄｅｒ）
５１：変調器（ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）
５２：マイクロコントロールユニット
５３：クロック発生器
５４：貯蔵装置
５５：診断装置
６１：サーブコントロールシステム
６２：統合コントロールシステム

Claims

鉄道制御用自動列車保護停止装置において、
ＡＴＳ機能及びＡＴＰ機能を具現する多数個の回路から構成された主装置、車上子コイルと発振機とを結合させて一体化した車上アンテナ、車輪の軸に連結された回転型速度検出器、運転者に速度情報と地上情報及び運転情報を提供する運転情報表示器、運転モードを選択する操作スイッチ、列車の制動機を制御する車両制御器、車両の現在状況に対する全ての地上情報及び車上情報を統合コントロールシステムに送信し、これから無線指令を受信する通信モジュールからなる車上装置と；
軌道占有検知装置に接続されたＡＴＳ地上子及び狭空間データ通信により地上情報を伝達するＫ−Ｂａｌｉｓｅ及び前記のＫ−Ｂａｌｉｓｅに地上情報データを入力するプログラマーから構成された地上装置とを備え、
前記車上アンテナは、ＡＴＳ地上子の共振周波数に応じて周波数及び電圧の変異信号を主装置に出力し、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅに近接されれば、データ通信網を構成して軌道区間の地上情報を主装置に伝送することを特徴とするデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の主装置は速度検出器の出力を実速度で解釈して速度情報を常時提供する速度解釈器と；
ＡＴＳ地上子と車上アンテナとの応動により発生された共振周波数を判別する機能を有し、応動周波数及び判別された現示信号情報を常時提供する応動周波数判別器と；
地上のＫ−Ｂａｌｉｓｅ及び車上アンテナが近接する時、該当区間の情報（現示信号情報、線路情報）を車上で受信するとともに車両の位置情報及び移動距離情報を受信して目標距離、目標速度及び列車の安全運行速度を計算し、これを常時提供する目標距離制御器と；
運転に必要な操作を総括し、操作による情報を常時提供し、運転モードの選択、車輪径の設定及び外部装置との通信を接続し、速度解釈器の速度演算機能を監視する運転制御器と；
速度情報、ＡＴＳ現示情報及びＡＴＰ制限速度を根拠に車両の加速を制限するための接点信号を出力する出力制御器と；
車両の電源を主装置の電源に変換させる電源変換機から構成されたことを特徴とする請求項１記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の主装置はＧＰＳによる車両の位置情報を提供するＧＰＳ受信器を含むことを特徴とする請求項２記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の主装置は該当区間別地上の固定情報及び可変情報をデータ化してこれを提供する情報記録装置を含むことを特徴とする請求項２記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の主装置は国際または大陸間の地上信号(軌道回路信号)を受信して情報化し、これを常時提供し、軌道回路に対する信号方式が他の国際または大陸間の列車制御を可能にするインタフェース・カードを含んで構成されることを特徴とする請求項２記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の主装置の目標距離制御器は列車に対する各種地上情報を受信して目標距離情報と目標速度情報及び制限速度情報を算出するマイクロプロセッサーと；
データベース化された地上子情報を有する地上子情報ＤＢと；
応動周波数判別器により判別された応動周波数を復号化する復号器から構成されたことを特徴とする請求項２記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記のＫ−Ｂａｌｉｓｅは車上アンテナに近接されれば、データ通信網を構成して貯蔵された情報を変調し、これを車上の主装置に伝達することを特徴とする請求項１記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の車上アンテナは疏結合された１次及び２次コイル(Ｌ１、Ｌ２)のうち、１次側には電力増幅器の出力及びキャパシティ（Ｃ１）を直列結合して共振周波数で最大の出力が発生され、２次側は第１増幅器の入力に連結して常時発振を可能にし、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅから送出されるデータをディコディング（ｄｅｃｏｄｉｎｇ）する復調器から構成されることを特徴とする請求項１の記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
Ｋ−Ｂａｌｉｓｅは車上アンテナの発振周波数に近接された周波数に共振されるようにＬ３とＣ３との並列共振回路を形成し、地上情報の送出が可能に変調器、マイクロコントロールユニット、クロック発生器及び貯蔵装置を備え、Ｋ−Ｂａｌｉｓｅのシステムに対する動作状態の自己診断（ｓｅｌｆ−ｔｅｓｔ）及び運行記録を保管／保持する診断装置から構成されることを特徴とする請求項１記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の運転情報表示器はＧＰＳ受信器及び情報記録装置を活用して該当区間に対する速度情報及び地上情報を音声出力して運転者に提供する音声出力警報装置を含むことを特徴とする請求項１記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の通信モジュールは広域データ通信を介して統合コントロールシステムに情報を送受信することを特徴とする請求項１のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の情報記録装置は該当区間別地上の固定情報及び可変情報のｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅを兼用するＵＳＢカードまたはｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙｃａｒｄであることを特徴とする請求項４記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。
前記の情報記録装置に記録される地上情報の固定情報は地上に固定される地上子の位置や地理的な状況などの線路条件を含むデータであり、前記の地上情報の可変情報は限時的に変化される線路工事及び工事移動情報などの統制される情報を含むデータであることを特徴とする請求項４または１２記載のデータ通信を用いた鉄道制御用自動列車保護停止装置。