JP4889132B2 - 列車制御信号の構造と地上・車上間情報伝送装置及び列車制御信号の切替方法 - Google Patents

Description

この発明は、使用周波数が固定された共振式無絶縁軌道回路を使用した列車制御におけるアナログＡＴＣとデジタルＡＴＣとの併設同時稼動に適用する列車制御信号の構造と地上・車上間情報伝送装置及び列車制御信号の切替方法に関するものである。

列車の速度を自動的に制限速度以下に制御するため、先行列車の位置と進路の条件等により定まる停止目標位置と現在の在線位置で定められた列車制御信号（ＡＴＣ信号）を軌道回路に送信して列車に伝送し、車上装置は受信した列車制御信号から算出される停止目標位置までの照査速度パターンに基づき連続的に列車を減速するようにしている。

この地上から列車に伝送する従来のＡＴＣ信号は、例えば特許文献１に示されているように、アナログ信号方式が採用されている。このアナログ信号方式では、伝送する情報に応じて過変調の方形波の振幅変調の周期を変えるアナログ信号を列車制御信号として伝送している。

このアナログ方式で列車制御信号を送信する軌道回路として、例えば非特許文献１に示すように、レールインダクタンスとの周波数共振現象を利用した共振式無絶縁軌道回路が有り、現在使用されている。この共振式無絶縁軌道回路は、図９に示すように、軌道回路ＡＴ〜ＣＴのそれぞれの境界を４本の短絡線４１で短絡した境界短絡式で、電圧送電―電流受電方式を採用し、列車２の進出側の列車制御信号の送信点ａａと軌道回路境界との間に送信用ループ４２が設けられ、この送信用ループ４２と直列に送信用ループ共振コンデンサ４３が接続されている。列車進入側の軌道回路境界の近傍には受信ループ４４が設けられている。送信用ループ４２はレールと相互誘導作用を利用して送信用ループ共振コンデンサ４３と共振させることにより送信点ａａと軌道回路境界の実効インピーダンスを高めて送信点ａａの左右の伝送比を改善している。この共振式無絶縁軌道回路で周波数共振現象を利用するレールインダクタンスは１ｋｍ当り1.3mHであり、軌道回路ＡＴ〜ＣＴ毎に10ｋHz、12.5ｋHz、15.5kＨｚの異なる搬送波を22Ｈｚ、36Ｈｚ、47Ｈｚ、78Ｈｚ、135Hzの振幅変調周波数で振幅変調した列車制御信号を列車制御信号送信装置５から軌道回路ＡＴ〜ＣＴに送信している。この送信用ループ４２を使用した共振回路長は概ね３mであり、共振現象の峻度（Ｑ値）は概ね４〜６である。

近年、都市鉄道においては高速化と運転密度増強の観点から列車制御信号をアナログ信号からデジタル信号に切替える事例がある。このアナログ信号からデジタル信号に切替えるには使用周波数を変更して新旧信号を併設する方法がとられる。非特許文献１に示すレールインダクタンスとの周波数共振現象を利用した共振式無絶縁軌道回路を伝送媒体とする列車制御信号は、使用周波数帯が固定で変更できないため、振幅変調によるアナログ方式の列車制御信号からデジタル変調によるデジタル方式の列車制御信号に一斉に切り替える方式が採られている。

レールインダクタンスとの周波数共振現象を利用した無絶縁軌道回路で振幅変調によるアナログ方式の列車制御信号からデジタル変調によるデジタル方式の列車制御信号に一斉に切り替える場合、デジタル信号の送受信は、常時、非稼動となることから、共振式軌道回路を使ったデジタル信号の伝送特性、耐雑音性等の新設備の機能検証のための地上・車上結合試験や習熟運転の実施が営業時間帯外に限定される。これらの検証には高密度運転時の状態が欠かせないが、一斉切替えではこの検証が出来ないという決定的な問題がある。

また、試験開始時には現用の既設設備から新設備への切替え、試験終了後は現用の既設設備への復旧を伴うことから、新機能の評価に多大な時間を要すると共に、設備の切替え・復旧ミス等のリスクを伴う。これらを解消するアナログ信号とデジタル信号が同時に稼動するアナログ信号とデジタル信号の両立方式が必要である。

さらに、レールインダクタンスとの周波数共振現象を利用した無絶縁駆動回路を伝送媒体とする列車制御信号は、周波数共振回路の峻度（Ｑ値）に応じた使用周波数帯域となっていることから、この使用周波数帯域の範囲内においてのアナログ信号とデジタル信号の両立信号の具体的な仕様（規格値）が確立されなければならない。

また、デジタル信号による列車制御では車上で列車の位置を検出する必要があり、これを軌道回路の境界検出とする場合があるが、レールインダクタンスとの周波数共振現象を利用した境界短絡式の無絶縁軌道回路においてはその検出手法が確立していないという問題もある。

この発明は、このような問題を解消し、アナログ信号とデジタル信号を共用にした列車制御信号の構造と、レールインダクタンスとの周波数共振現象を利用した境界短絡式の無絶縁軌道回路を使用して列車制御信号を列車に伝送する場合、既設のアナログ方式から新設のデジタル方式に切り替えるとき、新旧設備の同時稼動を可能としてデジタル伝送、耐雑音性等の新設設備のモニターランを可能にして既設のアナログ方式から新設のデジタル方式への切り替えを容易にすると共に列車で軌道回路境界を確実に検出ことができる地上・車上間情報伝送装置及び列車制御信号の切替方法を提供することを目的とするものである。

この発明の列車制御信号の構造は、10、12.5、15.5ｋＨｚの周波数を使用してレールインダンクタンスとの周波数共振現象を利用した共振式無絶縁軌道回路を伝送媒体とする通信が可能な周波数帯域を持った列車制御信号であって、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送波を、22、36、47、78、135Ｈｚの振幅変調周波数で振幅変調した既存列車制御信号と同じ振幅変調周波数と振幅変調成分を有し、既存の周波数帯域内で、かつ、信号波が連続するとともに、列車が走行する軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車が在線する軌道回路の情報に基づいた後続列車が走行する軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調した伝送速度200bps以下のデジタル変調成分を有することを特徴とする。

この発明の地上・車上間情報伝送装置は、10、12.5、15.5ｋＨｚの周波数を使用してレールインダンクタンスとの周波数共振現象を利用した共振式無絶縁軌道回路に列車制御信号を送信して列車に伝送する地上・車上間情報伝送装置において、地上装置と列車に搭載された車上演算処理装置を有し、前記地上装置は、切替スイッチを介して各軌道回路の送信点に接続された既存列車制御信号送信装置とデジアナ列車制御信号送信装置と、各軌道回路の列車進入側の境界近傍に設けられた受信ループに接続された既存列車制御信号受信装置とデジアナ列車制御信号受信装置を有し、前記既存列車制御信号送信装置は、軌道回路毎に異なる10，12.5，15.5ｋＨｚの搬送波を22，36，47，78，135Ｈｚの振幅変調周波数で振幅変調したアナログ列車制御信号を生成して前記切替スイッチを介して各軌道回路に送信し、前記デジアナ列車制御信号送信装置は、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送波を、前記デジアナ列車制御信号送信装置が接続された軌道回路（以下、自軌道回路という）の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車が在線する軌道回路の情報に基づいた自軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調した伝送速度200bps以下のデジタル変調成分を有するデジアナ列車制御信号を生成して前記切替スイッチを介して自軌道回路に送信し、前記既存列車制御信号受信装置と前記デジアナ列車制御信号受信装置は、自軌道回路に送信された既存列車制御信号又はデジアナ列車制御信号を受信して列車在線の有無を検出し、前記車上演算処理装置は、軌道回路毎に送信された既存列車制御信号又はデジアナ列車制御信号を、受電器を介して受信して列車の速度を制御することを特徴とする。

前記デジアナ列車制御信号送信装置は、デジアナ列車制御信号生成部と送信部を有し、
前記デジアナ列車制御信号生成部は、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送周波数を、自軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車が在線する軌道回路の情報に基づいた自軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調して伝送速度200bps以下のデジタル変調波を生成するデジタル変調波発生部と、22、36、47、78、135Ｈｚの振幅変調波を発生する振幅変調波発生部と、前記デジタル変調波発生部で生成したデジタル変調波を前記振幅変調波発生部で発生した振幅変調波で振幅変調してデジアナ列車制御信号を生成する振幅変調部を有し、前記送信部は、前記デジアナ列車制御信号生成部で生成したデジアナ列車制御信号を、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送周波数を22、36、47、78、135Ｈｚの振幅変調周波数により振幅変調した既存の列車制御信号と同じ振幅変調成分に増幅して共振式無絶縁軌道回路に送信することを特徴とする。

前記デジアナ列車制御信号受信装置は、アナログ信号受信部とデジタル信号受信部及び受信論理部を有し、前記アナログ信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号又は10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送周波数を22、36、47、78、135Ｈｚで振幅変調した既存のアナログ列車制御信号のいずれかを軌道回路から受信して振幅変調成分を検出し、検出した振幅変調成分から振幅変調周波数を判別し、前記デジタル信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号を軌道回路から受信してデジタル変調波を復調し、復調したデジタル復調波からデジタル符号を解読し、前記受信論理部は、前記アナログ信号受信部と前記デジタル信号受信部の出力より軌道リレーを駆動するとともに信号灯現示リレーを駆動することを特徴とする。

前記車上演算処理装置は、アナログ信号受信部とデジタル信号受信部と移動距離演算部と速度演算部及び速度照査部を有し、前記アナログ信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号又は前記既存のアナログ列車制御信号のいずれかを受信し、受信した前記デジアナ列車制御信号又は前記既存のアナログ列車制御信号の振幅変調成分を検出して振幅変調周波数を判別して第１の許容走行速度を演算し、前記デジタル信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号を受信し、受信した前記デジアナ列車制御信号のデジタル変調波を復調し、復調したデジタル復調波からデジタル符号を解読し、前記移動距離演算部は、前記デジアナ列車制御信号を受信し、受信したデジアナ列車制御信号の受信レベルの変化から軌道回路の境界を検出し、検出した境界を基点に走行距離を演算し、前記速度演算部は、前記デジタル信号受信部で解読したデジタル符号に含まれる軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、列車が走行する軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号及び前記移動距離演算部で演算した軌道回路境界を基点とする距離とから第２の許容走行速度を演算し、前記速度照査部は、前記アナログ信号受信部で演算した第１の走行許容速度と前記速度演算部で演算した第２の許容走行速度のいずれかにより列車の許容速度を決定し、決定した許容速度と列車の実走行速度とを照査することを特徴とする。

前記移動距離演算部は、隣接する軌道回路にそれぞれ送信されている前記デジアナ列車制御信号の受信レベルが均等になったことをもって軌道回路境界とすることを特徴とする。

前記地上・車上間情報伝送装置における列車制御信号の切替方法であって、各軌道回路の前記既存列車制御信号送信装置の出力側に切替スイッチを設け、前記既存列車制御信号送信装置と前記デジアナ列車制御信号送信装置の出力を前記切替スイッチに接続し、前記デジアナ列車制御信号受信装置を前記既存列車制御信号受信装置の入力側に並列に接続し、既存設備を使用する場合は、前記切替スイッチを前記既存列車制御信号送信装置側に切り替え、前記既存列車制御信号送信装置からアナログ列車制御信号を各軌道回路に送信して前記既存列車制御信号受信装置と前記デジアナ列車制御信号受信装置の受信入力を調整して正常動作状態とし、軌道回路の一部を新規設備に切り替える場合、切り替える軌道回路の前記切替スイッチを前記デジアナ列車制御信号送信装置側に切り替え、前記デジアナ列車制御信号送信装置からデジアナ列車制御信号を軌道回路に送信して前記デジアナ列車制御信号受信装置の受信入力を再度調整して正常動作状態にすることを特徴とする。

この発明は、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送波を、22、36、47、78、135Ｈｚの振幅変調周波数で振幅変調した既存列車制御信号と同じ振幅変調周波数と振幅変調成分を有し、既存の周波数帯域内で、かつ、信号波が連続するとともに、軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車が在線する軌道回路の情報に基づいて後続列車が走行する軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調した伝送速度200bps以下のデジタル変調成分を有する列車制御信号を使用することにより、列車制御信号の周波数を変更しないとともに地上装置と車上装置を一斉に切替えないでアナログ方式からデジタル方式へ一斉に切替えることができる。

また、アナログ方式の既設設備とデジタル方式の新規設備を併設して同時稼動状態にすることができるから、営業時間帯において共振式無絶縁軌道回路を使ったデジタル信号の伝送特性と耐雑音性等の新規設備の機能検証が可能となり、高密度高速運転の状態であっても評価検証を確実に行うことができる。

さらに、新旧両機能を備えたデジアナ列車制御信号により軌道回路毎に部分使用開始が可能となり、機器老朽更新に対して有効に対処することができる。

また、地上装置と列車に搭載された車上演算装置のモニターランを行うことが可能であり、機能更新に伴うリスクを軽減することができる。

この発明の地上・車上間情報伝送装置の構成を示すブロック図である。 デジアナ列車制御信号送信装置の構成を示すブロック図である。 デジアナ列車制御信号受信装置の構成を示すブロック図である。 車上演算処理装置の構成を示すブロック図である。 アナログ列車制御信号を示す模式図である。 デジアナ列車制御信号の作成工程を示す工程図である。 デジアナ列車制御信号を示す模式図である。 軌道回路境界近傍における列車の受電器の受信レベル変化を示す受信レベル変化特性図である。 共振式無絶縁軌道回路の構成図である。

図１は、この発明の地上・車上間情報伝送装置の構成を示すブロック図である。地上・車上間情報伝送装置は、地上装置１と列車２に搭載された車上演算処理装置３を有し、地上装置１からレールインダクタンスとの周波数共振現象を利用した共振式無絶縁軌道回路４により列車２に列車制御信号（ＡＴＣ信号）を伝送して列車２の速度を許容制限速度以下に制御する。

共振式無絶縁軌道回路４は、各軌道回路４ＡＴ，４ＢＴ，４ＣＴ，４ＤＴの境界を例えば４本の短絡線４１で短絡した境界短絡式で、電圧送電―電流受電方式を採用し、各軌道回路４ＡＴ〜４ＤＴの列車進出側の列車制御信号の送信点ａａと軌道回路境界との間に送信用ループ４２が設けられ、この送信用ループ４２と直列に送信用ループ共振コンデンサ４３が接続されている。

地上装置１は、既存列車制御信号送信装置５とデジアナ列車制御信号送信装置６と既存列車制御信号受信装置７及びデジアナ列車制御信号受信装置８を有する。既存列車制御信号送信装置５とデジアナ列車制御信号送信装置６は切替スイッチ９と整合変成器１０を介して各軌道回路４ＡＴ〜４ＤＴの送信点ａａに接続されている。既存列車制御信号受信装置７とデジアナ列車制御信号受信装置８は各軌道回路４ＡＴ〜４ＤＴの列車進入側の境界近傍に設けられた受信ループ４４に整合変成器１１を介して接続されている。

既存列車制御信号送信装置５ａ〜５ｃは、軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴ毎に異なる10，12.5，15.5ｋＨｚの搬送波を22，36，47，78，135Ｈｚの振幅変調周波数で振幅変調したアナログ列車制御信号（ＡＴＣ信号）を生成して切替スイッチ９と整合変成器１０を介して各軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに送信する。

デジアナ列車制御信号送信装置６ａ〜６ｃは、図２のブロック図に示すように、デジアナ列車制御信号生成部６１と送信部６２を有する。デジアナ列車制御信号生成部６１はデジタル変調波発生部６１１と振幅変調波発生部６１２及び振幅変調部６１３を有する。デジタル変調波発生部６１１は軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴ毎に異なる10，12.5，15.5ｋＨｚの搬送波を、デジアナ列車制御信号送信装置６ａ〜６ｃがそれぞれ接続された軌道回路（以下、自軌道回路という）４ＡＴ〜４ＣＴの境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車２ｂが在線する軌道回路４ＤＴの情報に基づいて算出した自軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴの固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調して伝送速度200bps以下のデジタル変調波を生成する。振幅変調波発生部６１２は22，36，47，78，135Ｈｚの振幅変調周波数の振幅変調波を発生する。振幅変調部６１３はデジタル変調波発生部６１１で生成したデジタル変調波を振幅変調波発生部６１２で発生した振幅変調波により振幅変調してデジアナ列車制御信号を生成する。送信部６２はデジアナ列車制御信号生成部６１で生成したデジアナ列車制御信号（ＡＴＣ信号）を切替スイッチ９と整合変成器１９を介して各軌道回路４ＡＴ〜４ＤＴに送信する。

既存列車制御信号受信装置７は受信ループ４４で受信して整合変成器１１を介して入力するアナログ列車制御信号の振幅変調成分を検出し、検出した振幅変調成分から振幅変調周波数を判別し、判別した振幅変調波信号のレベルを検出して軌道リレーを駆動するとともに信号灯現示リレーを駆動する。

デジアナ列車制御信号受信装置８ｂ，８ｃは、図３のブロック図に示すように、アナログ信号受信部８１とデジタル信号受信部８２及び受信論理部８３を有する。アナログ信号受信部８１は振幅変調成分検出部８１１と変調周波数判別部８１２を有する。振幅変調成分検出部８１１は受信ループ４４で受信して整合変成器１１を介して入力するアナログ列車制御信号又はデジアナ列車制御信号の振幅変調成分を検出する。変調周波数判別部８１２は振幅変調成分検出部８１１で検出した振幅変調成分から振幅変調周波数を判別する。デジタル信号受信部８２はデジタル変調波復調部８２１とデジタル信号解読部８２２を有する。デジタル変調波復調部８２１は受信ループ４４で受信して整合変成器１１を介して入力するデジアナ列車制御信号のデジタル変調波を復調する。デジタル信号解読部８２２はデジタル変調波復調部８２１で復調したデジタル復調波からデジタル符号を解読する。受信論理部８３はアナログ信号受信部８１とデジタル信号受信部８２の出力より軌道リレーを駆動するとともに信号灯現示リレーを駆動する。

列車２ａに搭載された車上演算処理装置３は、図４のブロック図に示すように、アナログ信号受信部３１とデジタル信号受信部３２と移動距離演算部３３と速度演算部３４及び速度照査部３５を有する。アナログ信号受信部３１は振幅変調成分検出部３１１と許容走行速度選択部３１２を有する。振幅変調成分検出部３１１は受電器１２で受信したアナログ列車制御信号又はデジアナ列車制御信号の振幅変調成分を検出する。許容走行速度選択部３１２は振幅変調成分検出部３１１で検出した振幅変調成分から振幅変調周波数を判別し、判別した振幅変調周波数により許容走行速度Ｖａを選択する。デジタル信号受信部３２はデジタル変調波復調部３２１とデジタル信号解読部３２２を有する。デジタル変調波復調部３２１は受電器１２で受信したデジアナ列車制御信号のデジタル変調波を復調する。デジタル信号解読部３２２はデジタル変調波復調部３２１で復調したデジタル復調波からデジタル符号を解読して列車２ａが走行している軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離と、列車２ａが走行している軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を選択する。移動距離演算部３３は境界検出部３３１と距離積算部３３２を有する。境界検出部３３１は列車２ａが走行している軌道回路と、その軌道回路と隣り合う列車進行方向の前方の軌道回路に送信されている列車制御信号の搬送周波数を分離し、分離した２つの異なる搬送周波数の列車制御信号のレベルが均等になったときを軌道回路境界とする。距離積算部３３２は、境界検出部３３１で検出した軌道回路の境界を基点として速度発電機１３から送られる信号により走行距離を演算する。速度演算部３４はデジタル信号受信部３２で選択した列車２ａが走行している軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離と、列車２ａが走行している軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度及び移動距離演算部３３で演算した境界を基点とする距離とから許容走行速度Ｖｂを演算する。

速度照査部３５はアナログ信号受信部３１から入力する許容走行速度Ｖａ又は速度演算部３４から入力する許容走行速度Ｖｂと速度発電機１３から出力される列車２の実走行速度とを照査して列車２の速度を制御させる。

この地上装置１の切替スイッチ１０を既存列車制御信号送信装置５ａ〜５ｃ側に切り替えて既存列車制御信号送信装置５ａ〜５ｃから各軌道回路４ＡＴ〜４CＴにアナログ列車制御信号を送信して列車２の速度を制御するときの動作を説明する。

各軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに設けられた既存列車制御信号送信装置５ａ〜５ｃは、軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴ毎に異なる10，12.5，15.5ｋＨｚの搬送波ｆｃを、22，36，47，78，135Ｈｚのいずれかの振幅変調周波数ｆＭで振幅変調して、例えば図５（ａ）の波形図と（ｂ）のスペクトル図に示すアナログ列車制御信号２０を生成して切替スイッチ９と整合変成器１０を介して各軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに送信する。各軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに列車２が在線しない場合は、各軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに送信されたアナログ列車制御信号２０は受信ループ４４と整合変成器１１を介して既存列車制御信号受信装置７で受信して列車２が在線しないことを検出する。また、デジアナ列車制御信号受信装置８もアナログ列車制御信号２０を受信し、アナログ信号受信部８１の振幅変調成分検出部８１１で受信したアナログ列車制御信号２０の振幅変調成分を検出して変調周波数判別部８１２に出力する。変調周波数判別部８１２は入力した振幅変調成分から振幅変調周波数を判別して振幅変調周波数信号を受信論理部８３に出力する。受信論理部８３は入力した振幅変調周波数信号により各軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに列車２が在線しないことを検出する。

この状態で例えば軌道回路４ＡＴに在線した列車２ａが軌道回路４ＢＴに進入すると、軌道回路４ＢＴに設けられた既存列車制御信号受信装置７ｂとデジアナ列車制御信号受信装置８ｂで受信しているアナログ列車制御信号２０は列車２ａの車軸短絡により受信レベルが低下して軌道回路４ＢＴに列車２ａが進入したことを検出する。

一方、軌道回路４ＢＴに進入した列車２ａの受電器１２は軌道回路４ＢＴに送信されているアナログ列車制御信号２０を受信して車上演算処理装置３に出力する。車上演算処理装置３のアナログ信号受信部３１は受電器１２から出力されているアナログ列車制御信号２０を入力すると振幅変調成分検出部３１１で入力したアナログ列車制御信号２０の振幅変調成分を検出して許容走行速度選択部３１２に出力する。許容走行速度選択部３１２は入力した振幅変調成分から振幅変調周波数を判別し、判別した振幅変調周波数により許容走行速度Ｖａを選択して速度照査部３５に出力する。速度照査部３５は入力した許容走行速度Ｖａと速度発電機１３から出力される列車２の実走行速度とを照査して列車２の速度を制御させる。

次に、地上装置１の切替スイッチ９をデジアナ列車制御信号送信装置６ａ〜６ｃ側に切り替えてデジアナ列車制御信号送信装置６ａ〜６ｃから各軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴにデジアナ列車制御信号を送信して列車２ａの速度を制御するときの動作を説明する。

軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに設けられたデジアナ列車制御信号送信装置６ａ〜６ｃのデジアナ列車制御信号生成部６１のデジタル変調波発生部６１１は、10，12.5，15.5ｋＨｚの搬送波ｆｃを自軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴの境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離と、先行列車２ｂが在線する軌道回路４ＤＴの情報に基づいて算出した自軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴの固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調して、図６の波形図に示すように、伝送速度200ｂｐｓ以下で振幅変調度は0.5（方形波50％振幅変調）、振幅変調成分は現行同様平均値換算５Ｗのデジタル変調波２１を生成して振幅変調部６１３に出力する。中心周波数の両側に側帯波を有する既存のアナログ列車制御信号の最小周波数占有帯域幅は±振幅変調周波数＋αより300Ｈｚと見込まれる。これによりＭＳＫ波のデジタル変調波２１の伝送速度は200bpsが限度と考えられる。振幅変調波発生部６１２は、図６に示すように、22，36，47，78，135Ｈｚのいずれかの振幅変調周波数ｆＭの振幅変調波２２を発生して振幅変調部６１３に出力する。振幅変調部６１３はデジタル変調波発生部６１１から入力するデジタル変調波２１を振幅変調波発生部６１２から入力する振幅変調波２２により振幅変調して、図６と図７（ａ）の波形図と（ｂ）のスペクトル図に示すデジアナ列車制御信号２３を生成して送信部６２に出力する。送信部６２は入力したデジアナ列車制御信号２３を切替スイッチ９と整合変成器１０を介して自軌道回路４ＡＴ〜４ＣＴに送信する。

例えば列車２ａが軌道回路４ＡＴに在線して軌道回路４ＢＴに在線しないとき、軌道回路４ＢＴに送信されているデジアナ列車制御信号２３は受信ループ４４ｂと整合変成器１１ｂを介して既存列車制御信号受信装置７ｂとデジアナ列車制御信号受信装置８ｂで受信する。既存列車制御信号受信装置７ｂは受信しているデジアナ列車制御信号２３により列車２が在線しないことを検出する。また、デジアナ列車制御信号受信装置８ｂのアナログ信号受信部８１は受信しているデジアナ列車制御信号２３の振幅変調成分を振幅変調成分検出部８１１で検出し、検出した振幅変調成分から振幅変調周波数を変調周波数判別部８１２で判別して振幅変調周波数信号を受信論理部８３に出力する。デジアナ列車制御信号受信装置８ｂのデジタル信号受信部８２は受信しているデジアナ列車制御信号２３のデジタル変調波をデジタル変調波復調部８２１で復調し、復調したデジタル復調波からデジタル符号をデジタル信号解読部８２２で解読して受信論理部８３に出力する。受信論理部８３はアナログ信号受信部８１とデジタル信号受信部８２の出力より軌道リレーを駆動するとともに信号灯現示リレーを駆動する。

また、列車２ａが在線している軌道回路４ＡＴに送信されているデジアナ列車制御信号２３は列車２ａの受電器１２で受信して車上演算処理装置３に出力される。この状態で列車２ａが軌道回路４ＡＴと軌道回路４ＢＴの境界近傍に達すると、列車２ａの受電器１２で受信する軌道回路４ＡＴに送信されているデジアナ列車制御信号２３の受信レベルは、図８の受信レベル変化曲線Ａに示すように右下がりで低くなり、列車２ａの受電器１２で受信する軌道回路４ＢＴに送信されているデジアナ列車制御信号２３の受信レベルは、図８の受信レベル変化曲線Ｂに示すように右上がりで高くなる。そこで列車２ａが軌道回路４ＡＴと軌道回路４ＢＴの境界近傍に達すると、列車２ａの車上演算処理装置３は移動距離演算部３３の境界検出部３３１で列車２ａが走行している軌道回路４ＡＴと軌道回路４ＢＴに送信されているデジアナ列車制御信号２３の搬送周波数を分離し、分離した２つの異なる搬送周波数の信号の受信レベルが均等になったとき、列車２ａが軌道回路４ＡＴと軌道回路４ＢＴの境界に達した判断して境界検出信号を距離積算部３３２に出力する。距離積算部３３２は境界検出信号が入力すると、そのときの位置を基点として速度発電機１３から送られる信号により走行距離を積算して軌道回路４ＡＴと軌道回路４ＢＴの境界からの走行距離を演算して速度演算部３４に逐次出力する。

列車２ａが軌道回路４ＡＴから軌道回路４ＢＴに進入して、軌道回路４ＢＴに送信されているデジアナ列車制御信号を受電器１２で受信し、受信したデジアナ列車制御信号が車上演算処理装置３に入力すると、デジタル信号受信部３２のデジタル変調波復調部３２１は受電器１３で受信したデジアナ列車制御信号２３のデジタル変調波２１を復調してデジタル信号解読部３２２に出力する。デジタル信号解読部３２２は入力したデジタル復調波２１からデジタル符号を解読して軌道回路４ＢＴの境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離と、軌道回路４ＢＴＴの固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を選択して速度演算部３４に出力する。

速度演算部３４はデジタル信号解読部３２２から入力した軌道回路４ＢＴの境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離と、軌道回路４ＢＴの固定速度区間の許容速度と終端の許容速度及び移動距離演算部３３で演算している軌道回路４ＢＴの始端からの走行距離とから許容走行速度Ｖｂを演算して速度照査部３５に出力する。

速度照査部３５はアナログ信号受信部３１の許容走行速度選択部３１２から入力する許容走行速度Ｖａ又は速度演算部３４から入力する許容走行速度Ｖｂと速度発電機１３から出力される列車２の実走行速度とを照査して列車２の速度を制御させる。

このようにして車上演算処理装置３は、既存列車制御信号送信装置５で送信するアナログ列車制御信号２０とデジアナ列車制御信号送信装置６で送信するデジアナ列車制御信号２３のいずれかを受信して列車２の速度を制御させることができる。

次に既存列車制御信号送信装置５とデジアナ列車制御信号送信装置６を切り替えるときの処理を説明する。

軌道回路４の一定範囲、例えば軌道回路４ＡＴ〜４ＤＴの既存列車制御信号送信装置５と整合変成器１０の間に切替スイッチ９を設け、既存列車制御信号送信装置５とデジアナ列車制御信号送信装置６の出力を切替スイッチ９に接続し、デジアナ列車制御信号受信装置８を既存列車制御信号受信装置７の入力側に並列に接続する。そして既存設備を使用する場合は、切替スイッチ９を既存列車制御信号送信装置５側に切り替えて既存列車制御信号送信装置５からアナログ列車制御信号２０を各軌道回路４ＡＴ〜４ＤＴに送信して既存列車制御信号受信装置７の受信入力を調整して正常動作状態にするとともにデジアナ列車制御信号受信装置８の受信入力を調整して正常動作状態にして既存列車制御信号送信装置５から送信するアナログ列車制御信号２０で列車２を制御する。

この状態で軌道回路４ＡＴと軌道回路４ＢＴを新規設備に切り替える場合、切替スイッチ９をデジアナ列車制御信号送信装置６側に切り替えてデジアナ列車制御信号送信装置６からデジアナ列車制御信号２３を軌道回路４ＡＴと軌道回路４ＢＴに送信してデジアナ列車制御信号受信装置８の受信入力を再度調整して正常動作状態にして、軌道回路４ＡＴ，４ＢＴではデジアナ列車制御信号送信装置６から送信されるデジアナ列車制御信号２３で列車２を制御する。

このように既設のアナログ列車制御信号２０からデジアナ列車制御信号２３に軌道回路単位で切り替えることができ、共振式軌道回路４を使ったデジタル信号の伝送特性、耐雑音性等の新設備の機能検証のための地上車上結合試験や習熟運転を営業時間帯において可能にすることができる。

１；地上装置、２；列車、３；車上演算処理装置、４；共振式無絶縁軌道回路、
５；既存列車制御信号送信装置、６；デジアナ列車制御信号送信装置、
７；既存列車制御信号受信装置、８；デジアナ列車制御信号受信装置、
９；切替スイッチ、１０；整合変成器、１１；整合変成器、１２；受電器、
１３；速度発電機、３１；アナログ信号受信部、３２；デジタル信号受信部、
３３；移動距離演算部、３４；速度演算部、３５；速度照査部、
３１１；振幅変調成分検出部、３１２；許容走行速度選択部、
３２１；デジタル変調波復調部、３２２；デジタル信号解読部、
３３１；境界検出部、３３２；距離積算部、６１；デジアナ列車制御信号生成部、
６２；送信部、６１１；デジタル変調波発生部、６１２；振幅変調波発生部、
６１３；振幅変調部、８１；アナログ信号受信部、８２；デジタル信号受信部、
８３；受信論理部、８１１；振幅変調成分検出部、８１２；変調周波数判別部、
８２１；デジタル変調波復調部、８２２；デジタル信号解読部。

特許第３５３７５２４号

各種軌道回路 （１）民鉄における無絶縁軌道回路 社団法人信号保安協会発行、３０巻１０号（昭和５０年）５１８頁、５１９頁

Claims (7)

10、12.5、15.5ｋＨｚの周波数を使用してレールインダンクタンスとの周波数共振現象を利用した共振式無絶縁軌道回路を伝送媒体とする通信が可能な周波数帯域を持った列車制御信号であって、
10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送波を、22、36、47、78、135Ｈｚの振幅変調周波数で振幅変調した既存列車制御信号と同じ振幅変調周波数と振幅変調成分を有し、既存の周波数帯域内で、かつ、信号波が連続するとともに、各軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車が在線する軌道回路の情報に基づいた後続列車が走行する軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調した伝送速度200bps以下のデジタル変調成分を有することを特徴とする列車制御信号の構造。

10、12.5、15.5ｋＨｚの周波数を使用してレールインダンクタンスとの周波数共振現象を利用した共振式無絶縁軌道回路に列車制御信号を送信して列車に伝送する地上・車上間情報伝送装置において、
地上装置と列車に搭載された車上演算処理装置を有し、
前記地上装置は、切替スイッチを介して各軌道回路の送信点に接続された既存列車制御信号送信装置とデジアナ列車制御信号送信装置と、各軌道回路の列車進入側の境界近傍に設けられた受信ループに接続された既存列車制御信号受信装置とデジアナ列車制御信号受信装置を有し、
前記既存列車制御信号送信装置は、軌道回路毎に異なる10，12.5，15.5ｋＨｚの搬送波を22，36，47，78，135Ｈｚの振幅変調周波数で振幅変調したアナログ列車制御信号を生成して前記切替スイッチを介して各軌道回路に送信し、
前記デジアナ列車制御信号送信装置は、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送波を、前記デジアナ列車制御信号送信装置が接続された軌道回路（以下、自軌道回路という）の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車が在線する軌道回路の情報に基づいた自軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調した伝送速度200bps以下のデジタル変調成分を有するデジアナ列車制御信号を生成して前記切替スイッチを介して自軌道回路に送信し、
前記既存列車制御信号受信装置と前記デジアナ列車制御信号受信装置は、自軌道回路に送信された既存列車制御信号又はデジアナ列車制御信号を受信して列車在線の有無を検出し、
前記車上演算処理装置は、軌道回路毎に送信された既存列車制御信号又はデジアナ列車制御信号を、受電器を介して受信して列車の速度を制御することを特徴とする地上・車上間情報伝送装置。

前記デジアナ列車制御信号送信装置は、デジアナ列車制御信号生成部と送信部を有し、
前記デジアナ列車制御信号生成部は、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送周波数を、自軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、先行列車が在線する軌道回路の情報に基づいた自軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号を含むデジタル符号でデジタル変調して伝送速度200bps以下のデジタル変調波を生成するデジタル変調波発生部と、22、36、47、78、135Ｈｚの振幅変調波を発生する振幅変調波発生部と、前記デジタル変調波発生部で生成したデジタル変調波を前記振幅変調波発生部で発生した振幅変調波で振幅変調してデジアナ列車制御信号を生成する振幅変調部を有し、
前記送信部は、前記デジアナ列車制御信号生成部で生成したデジアナ列車制御信号を、10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送周波数を22、36、47、78、135Ｈｚの振幅変調周波数により振幅変調した既存の列車制御信号と同じ振幅変調成分に増幅して共振式無絶縁軌道回路に送信することを特徴とする請求項２記載の地上・車上間情報伝送装置。

前記デジアナ列車制御信号受信装置は、アナログ信号受信部とデジタル信号受信部及び受信論理部を有し、
前記アナログ信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号又は10、12.5、15.5ｋＨｚの搬送周波数を22、36、47、78、135Ｈｚで振幅変調した既存のアナログ列車制御信号のいずれかを軌道回路から受信して振幅変調成分を検出し、検出した振幅変調成分から振幅変調周波数を判別し、
前記デジタル信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号を軌道回路から受信してデジタル変調波を復調し、復調したデジタル復調波からデジタル符号を解読し、
前記受信論理部は、前記アナログ信号受信部と前記デジタル信号受信部の出力より軌道リレーを駆動するとともに信号灯現示リレーを駆動することを特徴とする請求項２又は３記載の地上・車上間情報伝送装置。

前記車上演算処理装置は、アナログ信号受信部とデジタル信号受信部と移動距離演算部と速度演算部及び速度照査部を有し、
前記アナログ信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号又は前記既存のアナログ列車制御信号のいずれかを受信し、受信した前記デジアナ列車制御信号又は前記既存のアナログ列車制御信号の振幅変調成分を検出して振幅変調周波数を判別して第１の許容走行速度を演算し、
前記デジタル信号受信部は、前記デジアナ列車制御信号を受信し、受信した前記デジアナ列車制御信号のデジタル変調波を復調し、復調したデジタル復調波からデジタル符号を解読し、
前記移動距離演算部は、前記デジアナ列車制御信号を受信し、受信したデジアナ列車制御信号の受信レベルの変化から軌道回路の境界を検出し、検出した境界を基点に走行距離を演算し、
前記速度演算部は、前記デジタル信号受信部で解読したデジタル符号に含まれる軌道回路の境界の始端から終端までの距離と始端を基点とした固定速度区間の距離を示す信号と、列車が走行する軌道回路の固定速度区間の許容速度と終端の許容速度を示す信号及び前記移動距離演算部で演算した軌道回路境界を基点とする距離とから第２の許容走行速度を演算し、
前記速度照査部は、前記アナログ信号受信部で演算した第１の走行許容速度と前記速度演算部で演算した第２の許容走行速度のいずれかにより列車の許容速度を決定し、決定した許容速度と列車の実走行速度とを照査することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の地上・車上間情報伝送装置。

前記移動距離演算部は、隣接する軌道回路にそれぞれ送信されている前記デジアナ列車制御信号の受信レベルが均等になったことをもって軌道回路境界とすることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の地上・車上間情報伝送装置。

請求項２乃至６のいずれかに記載の地上・車上間情報伝送装置における列車制御信号の切替方法であって、
各軌道回路の前記既存列車制御信号送信装置の出力側に切替スイッチを設け、前記既存列車制御信号送信装置と前記デジアナ列車制御信号送信装置の出力を前記切替スイッチに接続し、前記デジアナ列車制御信号受信装置を前記既存列車制御信号受信装置の入力側に並列に接続し、
既存設備を使用する場合は、前記切替スイッチを前記既存列車制御信号送信装置側に切り替え、前記既存列車制御信号送信装置からアナログ列車制御信号を各軌道回路に送信して前記既存列車制御信号受信装置と前記デジアナ列車制御信号受信装置の受信入力を調整して正常動作状態とし、
軌道回路の一部を新規設備に切り替える場合、切り替える軌道回路の前記切替スイッチを前記デジアナ列車制御信号送信装置側に切り替え、前記デジアナ列車制御信号送信装置からデジアナ列車制御信号を軌道回路に送信して前記デジアナ列車制御信号受信装置の受信入力を再度調整して正常動作状態にすることを特徴とする列車制御信号の切替方法。

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