JP4703165B2

JP4703165B2 - 自動列車制御データ解析システム及びその方法

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Publication number: JP4703165B2
Application number: JP2004309672A
Authority: JP
Inventors: 寿郎長谷部; 憲二吉田; 雅之上野; 敏菊野; 義唯石井; 雄一増山; 浩靖角南; 英久西▲崎▼
Original assignee: Toshiba Corp; Central Japan Railway Co
Current assignee: Toshiba Corp; Central Japan Railway Co
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2024-10-25
Also published as: JP2006117190A

Description

本発明は、一般的には鉄道車両の動作状態を解析する自動列車制御データ解析システムに関し、特にＡＴＣデータを利用した解析システムに関する。

従来、例えば新幹線などの鉄道車両には、安全上の観点から自動列車制御（ＡＴＣ：Automatic Train Control）装置が搭載されている。ＡＴＣ装置は、主として車両の走行速度が許容速度を超過していた場合に、ブレーキを動作させて許容速度以下に減速させる装置である。また、ＡＴＣ装置は、車両の動作状態を時系列的に記録したＡＴＣチャートデータと呼ぶ一種の動作ログ情報を作成する。

ＡＴＣチャートデータは、車両に何らかの故障が発生したり、故障ではなくても乗務員が異常を感じたりした場合に、詳細の故障状況を把握することに利用される。この場合、通常では、調査担当者が、ＡＴＣチャートデータの印字記録から調査する作業を行なっている。

ところで、近年では、車両上からＡＴＣチャートデータを電子データとして無線伝送し、地上の統括管理システムにおいて、他のデータと共にデータベースとして蓄積することが可能になっている（例えば、非特許文献１を参照）。
鉄道車両と技術，Ｎｏ．６９，２００１年４号，３１３系におけるモニタの地上伝送の活用，著者鈴木厚志

車両からの無線伝送により、ＡＴＣチャートデータを含むＡＴＣデータを収集してデータベース化するシステムが構築されている。このデータベース化されたＡＴＣデータを利用して、自動的に車両の異常検知などの解析処理を実行する解析装置があれば、人手による車両の故障状況の把握だけでなく、故障発生の予兆などを監視する作業の効率を大幅に向上させることが可能となる。

そこで、本発明の目的は、ＡＴＣデータを利用して鉄道車両の異常検出などの解析処理を自動的に行うことができるＡＴＣデータ解析システムを提供することにある。

本発明の観点は、鉄道車両に搭載されたＡＴＣ装置から送信されるＡＴＣチャートデータを含むＡＴＣデータを使用して、主としてソフトウェアを実行することにより、鉄道車両の異常検知機能などの解析機能を実現したＡＴＣ解析システムである。

本発明の観点に従ったＡＴＣ解析システムは、鉄道車両上に搭載された電子機器により記録されて、当該鉄道車両の時系列的動作状態の記録データを含むＡＴＣデータを無線通信手段を介して取得する手段と、前記取得されたＡＴＣデータから前記鉄道車両の解析機能に含まれる異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能に関連するモニタ情報データ、ＡＴＣチャートデータ及びイベント発生データを作成し、当該各データをデータ種別コードで識別できるようにデータベース手段に蓄積するデータ処理を実行するデータ処理手段と、前記データベース手段から前記データ種別コードにより検索したデータを使用して、前記解析機能を実現するソフトウェアを実行し、前記鉄道車両の動作異常または故障発生の予兆を含む故障検出の監視に利用可能な解析結果を出力する解析手段とを備えた構成である。

本発明によれば、鉄道車両上の電子機器から収集されたＡＴＣデータを利用して、鉄道車両の異常検出などの解析処理を自動的に行うことができるため、鉄道車両の故障状況の把握や、故障発生の予兆などを監視する作業の効率を大幅に向上させることが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（システムの構成）
図１は本実施形態に関する全体的なシステム構成を示すブロック図である。

本システムは大別して、図１に示すように、鉄道車両（以下単に車両と呼ぶ）１に搭載されたＡＴＣ装置１０と、地上に設置されている無線基地１１と、車両を管理する車両所に設置されているコンピュータシステム（以下車両所システムと呼ぶ）１２と、地上でＡＴＣデータ及びそれ以外の各種データを統括管理するシステムサーバ２０と、ＡＴＣデータ解析装置２１とから構成されている。

ＡＴＣ装置１０は、後述するＡＴＣチャートデータを含むＡＴＣデータ（電子データ）を作成し、車両１上に搭載されている無線機器により無線伝送する。無線基地１１は、車両１からの無線伝送されるＡＴＣデータを受信し、専用回線を介して車両所システム１２に転送する。ここで、無線基地１１と車両１上の無線機器は、例えばスペクトラム拡散（ＳＳ：Spread Spectrum）変調方式による無線通信を実行し、ＡＴＣデータの送受信を行なっている。

車両所システム１２は、車両１から伝送されたＡＴＣデータを、データベース化するために必要な各種の編集処理または加工処理を実行するコンピュータシステムである。システムサーバ２０は、車両所システム１２とネットワーク回線により接続されており、車両所システム１２から送られるＡＴＣデータをデータベース化したデータベース２００を管理するサーバである。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、具体的にはハードウエアとしてのパーソナルコンピュータ、及び後述する解析機能を実現するデータ解析ソフトウェアを構成要素とし、システムサーバ２０とはＬＡＮにより接続されている。ＡＴＣデータ解析装置２１は、システムサーバ２０が管理するデータベース２００をアクセスし、ＡＴＣデータを取得して、後述するような解析処理を実行する。

（システムの基本的動作）
本システムは、車両１上のＡＴＣ装置１０に記録されたＡＴＣデータが、前述の無線通信回線により無線基地１１に伝送される（ステップＳ１）。無線基地１１で受信されたＡＴＣデータは、専用回線を介して車両所システム１２に転送される（ステップＳ２）。

車両所システム１２は、各種の編集処理または加工処理を実行した後のＡＴＣデータを、ネットワーク回線を介してシステムサーバ２０に送信する（ステップＳ３）。システムサーバ２０は、当該ＡＴＣデータをデータベース２００に蓄積する（ステップＳ４）。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、データベース２００から解析機能の実現に必要なＡＴＣデータを取得して、後述する解析処理を実行する（ステップＳ５）。

（ＡＴＣデータ解析装置の基本的動作）
ＡＴＣデータ解析装置２１は、図３に示すように、システムサーバ２０にアクセスして、データベース２００から解析機能に必要なＡＴＣデータを取得する（ステップＳ１０）。ここで、ＡＴＣデータ解析装置２１は、ＡＴＣデータとして、複数種類のデータファイルを取得する（ステップＳ１１）。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、選択したデータファイルを使用して、異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能をそれぞれ実現する解析処理を実行する（ステップＳ１２〜Ｓ１５）。即ち、ＡＴＣデータ解析装置２１は、異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能に分類できる解析機能を実現するデータ解析ソフトウェアを実行する。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能のそれぞれの解析結果を、ディスプレイ上の画面表示またはプリンタの印字による出力を実行する。

（ＡＴＣデータファイル）
ＡＴＣデータファイルは、データベース２００には、図４に示すようなファイル名により保管されている。即ち、ファイル名は、大別して編成名、日付（データの作成日付）及びデータ種別を示すコードからなる。

編成名は、解析対象である車両の列車編成を識別するためのコードである。また、データ種別は、後述するように、本実施形態の解析機能である異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能のそれぞれと関連するモニタ情報データ、ＡＴＣチャートデータ、及びイベント発生データを識別するためのコードである。

以下、図５から図７を参照して、ＡＴＣデータファイルの各データフォーマットを説明する。

モニタ情報データは、図５に示すように、編成名、車両の号車番号、日付、時刻及び列車番号の各コードを含む。車両の号車番号は、後述する減速度測定機能の処理では列車の進行方向を判別するために使用される。時刻は、データ発生の時刻を示し、後述するＡＴＣチャートデータとの整合を取る上で使用される。

ＡＴＣチャートデータは、図６に示すように、編成名、車両の号車番号、日付、時刻及び解析対象となるＡＴＣデータ（ＣＳＶ）の各コードを含む。ＣＳＶの具体的内容は、ＡＴＣ信号系、走行速度、ノッチ、ＡＴＣ故障、信号受信レベル、確認スイッチ、キロ程などである。「ノッチ」とは、ブレーキノッチ及び力行ノッチの各変化（開始から緩み）、手動による非常ブレーキ、ＡＴＣ常用／非常、緊急ブレーキなどの発生を示す情報を意味する。「確認スイッチ」は、列車の運転士が操作する確認スイッチの操作履歴を示す情報である。「キロ程」とは、例えば東京駅を起点とする列車の絶対位置をｋｍで示した情報を意味する。

イベント発生データは、図７に示すように、編成名、車両の号車番号、日付、発生号車、滑走のみの発生を示す情報、及び空転・滑走共に発生したことを示す情報を含む。「発生号車」は、イベントが発生した号車を示すコードである。本実施形態では、当該イベント発生データは、空転・滑走検知機能に関連するデータとして使用される。

（解析処理の手順）
以下図８から図１２を参照して、ＡＴＣデータ解析装置２１の解析処理の手順を説明する。

本実施形態のＡＴＣデータ解析装置２１は、前述したように、異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能からなる解析機能を実現するデータ解析ソフトウェアを実行する。以下、各機能別に処理手順を説明する。

（異常検出機能）
図８は、異常検出機能に関するＡＴＣデータ解析装置２１の処理手順を示すフローチャートである。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、データベース２００からモニタ情報データファイル及びＡＴＣチャートデータファイルを取得し、これらのデータを使用して異常検出機能に関する解析処理を実行する（ステップＳ２０）。

具体的には、ＡＴＣデータ解析装置２１は、ＡＴＣチャートデータを使用して、ＡＴＣブレーキ動作の解析処理（ステップＳ２１）、ＡＴＣ故障の検出処理（ステップＳ２２）、停止信号の解析処理（ステップＳ２３）、及び確認スイッチの解析処理（ステップＳ２４）などの解析処理を順次実行する。ＡＴＣデータ解析装置２１は、具体的には、以下のような解析結果に基づいて、解析対象の車両には異常が発生していると判定する。

即ち、ＡＴＣブレーキ動作の解析処理としては、ＡＴＣチャートデータの記録から、ＡＴＣ信号現示よりも速度が高い状態で、ＡＴＣブレーキが動作しているか否かを判別する。または、最高現示の速度で、ＡＴＣブレーキが動作しているか否かを判別する。いずれの場合も、ＡＴＣブレーキが動作していない場合（ＡＴＣチャートデータにはＡＴＣブレーキが動作したことが記録されていない場合）、異常が発生していると判定する。

また、例えば走行中（速度が０でない）に、ＡＴＣ装置が非常ブレーキを掛けたことがＡＴＣチャートデータに記録されている場合は、異常が発生していると判定する。

ＡＴＣ故障の検出処理とは、ＡＴＣチャートデータにおいて、例えばシステムダウンの記録がある場合には、異常が発生していると判定する。また、停止信号の解析処理とは、停止信号が出ているのに、例えば緊急ブレーキの動作がＡＴＣチャートデータに記録されていない場合には、異常が発生していると判定する。更に、確認スイッチの解析処理とは、停止信号またはＡＴＣ信号現示よりも速度が高い状態で、確認スイッチが操作されても、ブレーキが緩解（緩む）しない状態がＡＴＣチャートデータの記録から確認されたときには、異常が発生していると判定する。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、異常が発生していると判定した場合には、モニタ情報データとＡＴＣチャートデータとの照合処理を実行し、異常検出の列車番号を特定する（ステップＳ２５のＹＥＳ，Ｓ２６）。ＡＴＣデータ解析装置２１は、例えば図９に示すような異常記録ファイルを作成し、システムサーバ２０に送信する（ステップＳ２７）。

（減速度測定機能）
図１０は、減速度測定機能に関するＡＴＣデータ解析装置２１の処理手順を示すフローチャートである。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、データベース２００からモニタ情報データファイル及びＡＴＣチャートデータファイルを取得し、これらのデータを使用して減速度測定機能に関する解析処理を実行する（ステップＳ３０）。

ここで、ＡＴＣデータ解析装置２１は、例えばＡＴＣチャートデータにおいて、ＡＴＣ常用ブレーキの動作が記録されている場合に、２０ｋｍ／ｈ以上の速度で、ブレーキ時間が７秒以上継続する場合の減速度を算出する。

まず、ＡＴＣデータ解析装置２１は、ブレーキ開始点での初速度Ｖｓ、開始時刻Ｔｓ、キロ程Ｋ（前述したように東京駅を起点とする位置を距離で示すデータ）を算出する（ステップＳ３１）。また、ＡＴＣデータ解析装置２１は、ブレーキ緩解点（ブレーキが緩む時点）終速度Ｖｅ及び終了時刻Ｔｅを算出する（ステップＳ３２）。

次に、ＡＴＣデータ解析装置２１は、ブレーキ開始点から１．５秒経過した時点を特定し、この点から１秒おきに減速する計算上の走行軌跡を算出する（ステップＳ３３）。なお、ブレーキ開始点から１．５秒間は、減速度が働かないと想定している。

具体的には、ＡＴＣデータ解析装置２１は、解析対象の列車の設定減速度のデータ、上下線別の線路データ（勾配とトンネルデータ）および車両の走行抵抗データ（速度をパラメータとする）を予め用意し、ブレーキ開始点と初速度Ｖｓからブレーキ緩解点まで、１秒おきに計算上の走行軌跡を求める。そして、ブレーキ初速からブレーキ緩解点までのブレーキ時間（Ｔｂ）を求める（列車の長さ及び列車の質量のデータを含む）。

次に、ＡＴＣデータ解析装置２１は、ブレーキ動作中の平均減速度Ｖａを算出する（ステップＳ３４）。ＡＴＣデータ解析装置２１は、所与の計算式「Ｖａ＝（Ｖｓ−Ｖｅ）÷Ｔｂ」を実行して、平均減速度Ｖａを算出する。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、算出した平均減速度Ｖａに基づいて、異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。具体的には、ＡＴＣデータ解析装置２１は、所与の判定式「Ｖａ×低減率−平均減速度補正量＞Ｖａ」に基づいて、異常の発生を判定する。ここで、平均減速度補正量は誤差量を補正するもので、例えば０．２５（可変）とする。また、低減率は、解析対象の列車編成により設定される。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、異常が発生していると判定した場合には、モニタ情報データとＡＴＣチャートデータとの照合処理を実行し、例えば、同一編成内の号車別、編成別、キロ程別に異常検出結果を作成する。さらに、ＡＴＣデータ解析装置２１は、当該異常検出結果を含む異常記録ファイルを作成し、システムサーバ２０に送信する（ステップＳ３６のＹＥＳ，Ｓ３７）。異常記録ファイルには、データベース２００から検索したモニタ情報データ及びＡＴＣチャートデータの全てを含む。

（空転・滑走検知機能）
図１１は、空転・滑走検知機能に関するＡＴＣデータ解析装置２１の処理手順を示すフローチャートである。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、データベース２００からイベント発生データファイルを取得し、空転・滑走検知機能に関する解析処理を実行する（ステップＳ４０）。

ＡＴＣデータ解析装置２１は、図７に示すようなイベント発生データファイルから、同一編成及び同一日付の条件で、「滑走のみ発生」、「空転のみ」、または「空転と滑走ともに発生」の発生記録を抽出する（ステップＳ４１）。なお、ＡＴＣデータ解析装置２１は、解析対象の列車の走行開始と走行終了を検出し、開始と判定したキロ程と終了と判定したキロ程との差を求め、１回の運転での全走行距離を求める。そして、求めた距離を編成、号車、日付で区別できるように、内部に記憶しておく。

次に、ＡＴＣデータ解析装置２１は、同一日付で、同一編成内の号車別、編成別、キロ程別に、滑走及び空転のそれぞれの発生号車と部位ごとの累積発生回数をカウントして記憶する（ステップＳ４２）。ＡＴＣデータ解析装置２１は、これらのカウント値と、前述の走行距離とを併せて、例えば図１２に示すような記録ファイルを作成して、システムサーバ２０に送信する（ステップＳ４３）。また、ＡＴＣデータ解析装置２１は、作成した記録ファイルに基づいて、滑走または空転の累積発生回数に基づいて異常であると判定した場合には、所定の異常発生アラーム処理を実行する（ステップＳ４４）。具体的には、ＡＴＣデータ解析装置２１は、ディスプレイ上に、滑走または空転の累積発生回数などのデータを表やグラフで示す画面情報を表示する。

以上のように本実施形態のＡＴＣデータ解析装置２１は、システムサーバ２０により管理されるデータベース２００に蓄積されたＡＴＣデータを利用して、鉄道車両の異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能からなる解析機能を実現するデータ解析処理を実行する。

従って、鉄道車両上の電子機器から収集されたＡＴＣデータを有効に使用して、鉄道車両の異常検出などの解析処理を自動的に行うことができる。この解析結果を使用することにより、鉄道車両の故障状況の把握や、故障発生の予兆などを監視する作業の効率を大幅に向上させることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に関するシステム構成を示すブロック図。本実施形態に関するシステムの基本的動作を説明するためのフローチャート。本実施形態に関するＡＴＣデータ解析装置の基本的動作を説明するためのフローチャート。本実施形態に関するＡＴＣデータファイルのファイル名を示す図。本実施形態に関するモニタ情報データのフォーマットを示す図。本実施形態に関するＡＴＣチャートデータのフォーマットを示す図。本実施形態に関するイベント発生データのフォーマットを示す図。本実施形態に関する異常検出機能の処理手順を示すフローチャート。同異常検出機能に関する解析結果の一例を示す図。本実施形態に関する減速度測定機能の処理手順を示すフローチャート。本実施形態に関する空転・滑走検知機能の処理手順を示すフローチャート。同空転・滑走検知機能に関する解析結果の一例を示す図。

符号の説明

１…鉄道列車、１０…ＡＴＣ装置、１１…無線基地、１２…車両所システム、
２０…システムサーバ、２１…ＡＴＣ解析装置、２００…データベース。

Claims

鉄道車両上に搭載された電子機器により記録されて、当該鉄道車両の時系列的動作状態の記録データを含むＡＴＣデータを無線通信手段を介して取得する手段と、
前記取得されたＡＴＣデータから前記鉄道車両の解析機能に含まれる異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能に関連するモニタ情報データ、ＡＴＣチャートデータ及びイベント発生データを作成し、当該各データをデータ種別コードで識別できるようにデータベース手段に蓄積するデータ処理を実行するデータ処理手段と、
前記データベース手段から前記データ種別コードにより検索したデータを使用して、前記解析機能を実現するソフトウェアを実行し、前記鉄道車両の動作異常または故障発生の予兆を含む故障検出の監視に利用可能な解析結果を出力する解析手段と
を具備することを特徴とする自動列車制御データ解析システム。
前記解析手段は、
前記データベース手段から前記データ種別コードにより検索した前記モニタ情報データ及び前記ＡＴＣチャートデータを使用して、前記異常検出機能または減速度測定機能を実現するソフトウェアを実行するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動列車制御データ解析システム。
前記解析手段は、
前記データベース手段から前記データ種別コードにより検索した前記イベント発生データを使用して、前記空転・滑走検知機能を実現するソフトウェアを実行するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動列車制御データ解析システム。
鉄道車両上に搭載された電子機器により記録されて、当該鉄道車両の時系列的動作状態の記録データを含むＡＴＣデータを無線通信手段を介して取得する自動列車制御データ解析システムの解析方法であって、
前記取得されたＡＴＣデータから前記鉄道車両の解析機能に含まれる異常検出機能、減速度測定機能及び空転・滑走検知機能に関連するモニタ情報データ、ＡＴＣチャートデータ及びイベント発生データを作成し、当該各データをデータ種別コードで識別できるようにデータベース手段に蓄積するデータ処理を実行するステップと、
前記データベース手段から前記データ種別コードにより検索したデータを使用して、前記解析機能を実現するソフトウェアを実行し、前記鉄道車両の動作異常または故障発生の予兆を含む故障検出の監視に利用可能な解析結果を出力する解析ステップと
を有する手順を実行することを特徴とする解析方法。
前記解析ステップは、
前記データベース手段から前記データ種別コードにより検索した前記モニタ情報データ及び前記ＡＴＣチャートデータを使用して、前記異常検出機能または減速度測定機能を実現するソフトウェアを実行することを特徴とする請求項４に記載の解析方法。
前記解析ステップは、
前記データベース手段から前記データ種別コードにより検索した前記イベント発生データを使用して、前記空転・滑走検知機能を実現するソフトウェアを実行することを特徴とする請求項４に記載の解析方法。