JP5023022B2 - 列車停止検知システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の連動装置やホームドア装置に用いる列車停止検知システムに関するものである。

列車の進路を安全に確保するため、連動装置により信号機や転てつ機の相互関係を制御したり、駅のホームに設置されたホームドアを開閉するにあたっては、列車が所定の停止位置で確実に停止していることを検知する必要がある。

連動装置による信号機や転てつ機の制御については、例えば先行列車が駅に停止している間に後続列車に追い抜かれる場合、連動装置は、まず先行列車が所定の停止位置を含む一定の区間に進入したことを、軌道回路や車軸検知器等の在線検知手段により検知する。

次に、先行列車が前記の区間に進入した時点から所定の余裕時間が経過したことをもって、先行列車の停止を検知する。停止検知後、信号機及び転てつ機を操作し、後続列車の追い抜きに必要な進路を確保する。

ホームドアの制御においては、列車の停止は列車側で検知する。列車は、車軸に取り付けられた回転センサにより列車速度を検出する。列車速度が所定値以下の状態が、所定の余裕時間継続したことをもって、列車の停止を検知する。ホームドア装置は、通信機能を有する車上子および地上子を介して停止検知情報を受信し、ホームドアを開放する。

特許文献１には、駅のホームに設けたカメラで、ホーム周辺を撮影し、列車の有無の判定，列車の進入又は発進の判定，列車速度及び列車の進入から発進までの時間の測定を行うホーム監視装置について開示されている。

また、特許文献２には、駅の地上システム側にレーダー装置を設け、列車までの距離と速度を測定することが開示されている。

特開平１０−３３８１３５号公報 特開２００６−６０４３４号公報

連動装置において、先行列車の停止検知に用いられる余裕時間は、無いですが、先行列車が十分減速できず、所定の停止位置を越えて前方の区間へ進入し、後続列車の進路に支障する可能性を考慮して、通常の停止に必要な時間に加えて数１０秒程度の大きな余裕時間を見込んでいる。このため、先行列車が停止しているにも関わらず後続列車の進路を確保できず、後続列車を必要以上に遅延させることになる。

ホームドアの制御においても、高い堅牢性が求めらる回転センサの検出可能速度が４km／ｈ程度以上に限定されているため、停止検知には数秒程度の余裕時間を見込んでいる。列車の運転所要時間としては、各停車駅での個々の余裕時間が積算された大きな遅延を生じることになる。

また、停止検知情報を車両から地上へ通知するため、電源および通信機能を有する地上子が必要となり、設備が複雑になる。

本発明の主な目的は、列車検知に必要な余裕時間を減縮し、運転時間を短縮できる列車停止検知システムを提供することである。

本発明は、特定の区間内に列車が存在することを検知する在線検知装置と、ホームに進入する列車の速度を検出する非接触式の検出手段と、その在線検知装置から出力された在線信号と検出手段で検出された列車速度とに基づいて列車の停止を検知し、停止検知信号を生成する停止検知装置と、停止検知信号に基づいて地上設備を制御する連動装置と、を有し、検出手段は、予め定めた列車停止位置よりも列車進行方向に対して手前に配置され、且つ列車の側面に近接する建築限界付近に配置され、前記ホームに進入する列車の側面からの反射波に基づいて列車の速度を検出する列車停止検知システムの構成である。

列車検知に必要な余裕時間を減縮し、運転時間を短縮できる列車停止検知システムが提供できる。

本発明を連動装置に適用した列車停止検知システムの第一の実施例について図１を用いて説明する。

列車１は先行列車である。線路９に沿って進行中の列車１はホーム２の予め定められた停止目標位置付近で停止し、この間に、図示していない後続列車が軌道回路Ｂから軌道回路Ｃを通って、軌道回路Ｄに向かって進行し、列車１を追い越すこととする。列車の在線は軌道回路により検知される。

ホーム２には、列車と近接配置され、進入する列車の側面に向けて、列車の位置および速度を検出する非接触式の検出手段（センサ３）、本実施例では、例えばミリ波センサが設置されている。なお、列車と近接配置して、列車の速度検出ができるような非接触式の近接センサであれば、センサ３はミリ波センサに限らない。

停止検知装置４は、特定の区間内に列車１が存在することを検知する在線検知装置である軌道回路２０から送られ入力される在線信号と、センサ３であるミリ波センサにより検出される列車速度Ｖｔに基づいて列車の停止を検知し、停止検知信号Ｆｓを生成する。

連動装置６は、在線信号と停止検知信号Ｆｓに基づき、列車の進行に併せて地上設備である信号機２１（信号機Ａ２１ａ，信号機Ｂ２１ｂ，信号機Ｃ２１ｃ）および転てつ機２２（転てつ機Ａ２２ａ）を制御し、列車の進路を確保する。列車１がホーム２付近に進入するのに先立ち、連動装置６は、軌道回路Ａから軌道回路Ｄに向かって進行できるよう転てつ機Ａ２２ａを転換し、列車１が予め定められた停止目標位置で停車できず、信号機Ｃ２１ｃの内方に進入した場合でも安全に走行できるよう進路を確保する。

停止検知装置４の動作の一例を図２により説明する。

列車１がホーム２付近に進入すると、軌道回路２０は列車１の在線を検知し、在線信号Ｂａを「０」から「１」に変化させる。

列車１が予め定めた停止目標位置に接近すると、センサ３（ミリ波センサ）の検知範囲に進入する。

ミリ波センサは、ホーム２に進入する列車１の側面に向けて、極力近接するように設置されており、列車側面からの反射波の強度から列車１の在線を検知し、反射波に生じるドップラーシフトから列車１の列車速度Ｖｔを検出する。

検知範囲への列車１の進入に伴い、反射波の信号強度Ｓｄが上昇する。Ｓｄが所定値Ｓｄ１を上回る（そのときの所定時間ｔ１とする）と、停止検知装置４は、列車１の速度Ｖｔの演算が開始される。

停止検知装置４は、列車１が検知範囲に進入し、列車１の列車速度Ｖｔが所定値Ｖｔ１を上回った時点で、速度有効信号Ｆｖを「０」から「１」に変化させる。列車１が停止目標位置に接近し、速度が検出下限速度Ｖｔ２を下回った時点で、センサ有効信号Ｆｖを「０」に変化させる。

センサ有効信号Ｆｖが「１」から「０」に変化した時点から所定時間Ｔｓ１経過したことをもって列車の停止検知し、停止検知信号Ｆｓを「０」から「１」に変化させる。

連動装置６は、各軌道回路（図１では軌道回路Ａ〜Ｄ）から得られる列車の在線情報と、列車１の停止検知信号Ｆｓに基づき、軌道回路Ｂから軌道回路Ｄに向かって進行できるよう転てつ機Ａ２２ａを転換し、信号機Ｂ２１ｂおよび信号機Ｃ２１ｃの現示を進行として、後続列車が通過するための進路を確保する。

つまり、停止検知装置４は、検出手段であるセンサ３で検知した列車速度が予め定めた速度値（検出下限速度Ｖｔ２）を下回り、且つ予め定めた時間（所定時間Ｔｓ１）経過したときに、停止検知信号を出力するものである。

次に、ミリ波センサによる列車の在線および速度検出について説明する。

ミリ波センサは、列車の側面に対して俯角θをなすよう設置されている。このとき、ミリ波センサからの送信波と反射波との間には、列車速度Ｖｔのcosθ成分に比例する、ドップラー効果による周波数変化が発生する。

ミリ波センサからの送信波と反射波とをミキサーで処理し、ＦＦＴ解析してドップラー周波数成分を抽出することにより、列車速度Ｖｔを検出できる。

俯角θが変動すると、検出速度に誤差が発生する。列車側面や上面のように、列車の速度方向に形成される外面を検知対象とすることにより、俯角θがほぼ一定に保たれ、速度検出誤差を低減できる。

また、検知対象が列車の先頭から最後尾まで継続して存在することから、列車速度を連続的に検出できる。検知対象に凹凸がある場合等、俯角θが変動したり、十分な強度の反射波が得られない場合も考えられる。このような場合には、最小二乗法等を適用することによりフィルタリングを行ったり、反射波の強度や実際の列車が取りうる減速度と比較によりセンサのフェイルを検知し、直前の減速度等を用いて速度を補間してもよい。

ミリ波センサは、列車に近接するよう設置される。鉄道施設の建築限界付近に設置した場合、列車が検知範囲に進入すると、建築限界と車両限界の差である約４０cmまでセンサが近接することになる。一方、列車が検知範囲に進入していない場合、センサと検知対象物との距離は列車の幅である約４ｍ以上となり、大きく変化することになる。この結果、反射波の強度が大きく変化し、列車の在線を検知することができる。

また、センサを近接させることにより、センサと列車の間に乗客等が介在する恐れがなく、列車の在線や速度の誤検知を抑制できる。

ミリ波センサのような非接触の近接センサの設置場所として図５に示す。

検出手段であるセンサ３の設置位置は、予め定められた列車停止位置よりも列車進行方向に対して手前側に配置され、且つ列車に対して近接に配置する。

設置場所としては、ホーム外縁５５ａ，ホーム柵５５ｂ，ホーム上方に設けられたホーム屋根５２に設置した支柱５５ｄ，５５ｅ等が考えられる。支柱５５ｄは、ホーム屋根５２からホーム５１が配置された方向へ伸びるように設けられ、支柱５５ｅは、ホーム屋根５２に対してホーム５１が配置された側とは反対側に設けられ、列車５０の上部から速度検知できるように設置されている。つまりホーム屋根から支柱を介してセンサを設置している。また、線路脇の支柱５５ｃに設置、つまり列車５０に対してホーム５１とは反対側に配置することにより、駅ホームから離れた場所で稼働する連動装置にも適用できる。

次に、本発明をホームドアの制御に適用した列車停止検知システムの第二の実施例について、図３により説明する。

ホーム３２には複数のホーム柵３３が設置され、そのホーム柵３３の間で、且つ列車３０のドアに対向する位置にホームドア３４（３４ａ，３４ｂ）を備える。列車３０が所定の停止位置から離れて停止すると、列車３０のドアとホームドア３４の位置がずれ、乗客の乗降に支障を来すため、列車３０はＡＴＯ（自動列車運転）やＴＡＳＣ（定位置停止制御）により、予め定められた停止目標位置から予め定めた停止許容範囲、例えば±３５cm程度の停止許容範囲に停止するよう制御される。

２つのセンサ（第１の検出手段（センサＡ３５ａ），第２の検出手段（センサＢ３５ｂ））、を設置、本実施例では、２つのミリ波センサを、停止目標位置付近のホーム柵３３（複数のホーム柵３３のうち１つのホーム柵３３でも、２つのホーム柵に跨ってそれぞれ設けても良い）に、列車３０の側面に対して予め定めた俯角θをなすよう設置する。

第１の検出手段であるセンサＡ３５ａは、停止位置に対して予め定められた停止許容範囲の列車進行方向に対して手前側の位置に在線している列車の速度を検知するように配置され、第２の検出手段であるセンサＢ３５ｂは、停止許容範囲の列車進行方向に対して奥側の位置に在線している列車の速度を検知するように配置される。

停止目標位置付近のレール３１の間には地上子３７が設置され、列車３０に設置された車上子３６に向けて、停止位置情報等のＡＴＯ運転に必要な情報を伝送する。ここでは停止許容範囲内に地上子３７を設置、つまりセンサＡ３５ａから送信波が当たる位置からセンサＢ３５ｂから送信波が当たる位置までの間（停止許容範囲）に設置している。従来は、列車３０の停止を地上に通知する必要があったため、有電源の地上子が必要だったが、列車の停止は地上側で検知されるため、無電源の簡易な地上子３７を設置すればよい。

また、ホーム柵３３の開閉は、ホーム柵３３に設けられた駆動装置をホームドア制御装置にて制御することで行っている。このホームドア制御装置は、センサにより検知された列車速度Ｖｔに基づいて、停止検知信号Ｆｓを生成し、ホームドア制御装置へ出力する停止位置検知装置からの停止検知信号Ｆｓに基づいて制御する。

停止検知装置の動作の一例を図４により説明する。

列車が停止許容範囲に進入すると（時刻ｔ１）、センサＡ３５ａの検知範囲に入り、センサＡ３５ａのセンサ信号強度Ｓｄａが上昇する。センサ信号強度Ｓｄａが所定値Ｓｄ１を上回ると、停止権利装置は、列車速度Ｖｔａの演算を開始する。

停止検知装置は、列車が検知範囲に進入し、列車速度Ｖｔａが所定値Ｖｔ１を上回った時点で、速度有効信号Ｆｖａを「０」から「１」に変化させる。列車が停止目標位置に接近し、速度が検出下限速度Ｖｔ２を下回った時点で、速度有効信号Ｆｖａを「０」に変化させる。速度有効信号Ｆｖａが「１」から「０」に変化した時点（時刻ｔ２）から所定時間Ｔｓ１経過したことをもって列車の停止を検知し、停止検知信号Ｆｓを「０」から「１」に変化させる。

ここで、列車が停止許容範囲を越えた場合は、本来常に「０」であるはずの速度有効信号Ｆｖｂも「１」となる。また、列車が停止許容範囲に到達なかった場合、本来「０」から「１」に変化するはずの速度有効信号Ｆｖａが常に「０」となる。これらを利用して、予め記憶された表１の関係に従って停止検知信号Ｆｓを生成する。

表１において、入力とは、ある演算周期において停止検知装置で生成される速度有効信号ＦｖａおよびＦｖｂを表し、前状態とは、前回の演算周期において停止検知装置で生成された停止検知信号Ｆｓ０、速度有効信号ＦｖａおよびＦｖｂを表す。ここで、停止検知信号Ｆｓは、停止検知信号Ｆｓ０を所定の時間Ｔｓ１遅らせた信号とする。また、出力とは、ある演算周期において停止検知装置で入力および前状態より生成される停止検知信号Ｆｓ０を表す。停止検知信号Ｆｓ０は、速度有効信号Ｆｖｂが「０」であり、且つ速度有効信号が「１」から「０」に変化した時点で「０」から「１」に変化し、以後は「１」を保持する。つまり、停止検知装置は、第１の検出手段であるでセンサＡ３５ａで列車の速度検知ができ、且つ第２の検出手段であるセンサＢ３５ｂで列車の速度検知ができない場合、且つ第１の検出手段で検出した列車速度が予め定めた速度値（検出下限速度Ｖｔ２）を下回り、且つ予め定めた時間（所定時間Ｔｓ１）経過したときに、停止検知信号を生成して出力する。

ホームドア制御装置は、列車３０の停止検知情報Ｆｓが「０」から「１」に変化したことを検知して駆動装置を制御し、列車のドア位置に対応するホームドア３４を開放する。列車が停止許容範囲を外れた場合は、運転士が手動運転を実施し、列車を停止許容範囲に停止させる。

これまでの各実施例では、位置および速度の検出手段としてミリ波センサを用いているが、空間フィルタ方式の光学センサ，レーザーセンサ，画像センサ等、非接触方式であり、列車の速度方向に形成される面に近接させて、列車の位置および速度を検出することが可能であれば適用可能である。

本発明の列車停止検知システムの第一の実施例を示す図である。 第一の実施例における列車停止検知のタイムチャートを示す図である。 本発明の列車停止検知システムの第二の実施例を示す図である。 第二の実施例における列車停止検知のタイムチャートを示す図である。 ミリ波センサの設置方法の説明図である。

符号の説明

１，３０，５０ 列車
２，３２，５１ ホーム
３，３５ センサ
４ 停止検知装置
６ 連動装置
９ 線路
２０ 軌道回路
２１ 信号機
２２ 転てつ機
３１ レール
３３，５５ｂ ホーム柵
３４ａ，３４ｂ ホームドア
３６ 車上子
３７ 地上子
５２ ホーム屋根
５５ａ ホーム外縁
５５ｃ，５５ｄ，５５ｅ 支柱

Claims (5)

1. ホームに設置されて、該ホームに進入する列車の速度を検出する非接触式の検出手段と、
   前記検出手段で検出された列車速度に基づいて列車の停止を検知し、停止検知信号を生成する停止検知装置と、
   前記停止検知信号に基づいて地上設備を制御する連動装置と、を有し、
   前記検出手段は、予め定めた列車停止位置よりも列車進行方向に対して手前に配置され、且つ列車の側面に近接するホーム外縁に配置され、前記ホームに進入する列車の側面からの反射波に生じるドップラーシフトに基づいて列車の速度を検出することを特徴とする列車停止検知システム。
2. 請求項１に記載の列車停止検知システムにおいて、
   前記停止検知装置は、前記検出手段で検知した列車速度が予め定めた速度値を下回り、
   且つ予め定めた時間経過したときに、前記停止検知信号を出力する列車停止検知システム。
3. ホームに設置されて、該ホームに進入する列車の速度を検出する非接触式の検出手段と、
   前記検出手段で検出された列車速度に基づいて列車の停止を検知し、停止検知信号を生成する停止検知装置と、
   前記停止検知信号に基づいて地上設備を制御する連動装置と、を有し、
   前記検出手段は、列車の側面に近接したホーム外縁に配置され、前記ホームに進入する列車の側面からの反射波に生じるドップラーシフトに基づいて列車の速度を検出する第１の検出手段と第２の検出手段を有し、
   前記第１の検出手段は、停止位置に対して予め定められた停止許容範囲の列車進行方向に対して手前側の位置に在線している前記列車の速度を検知するように配置され、
   前記第２の検出手段は、前記停止許容範囲の列車進行方向に対して奥側の位置に在線している前記列車の速度を検知するように配置された列車停止検知システム。
4. 請求項３に記載の列車停止検知システムにおいて、
   前記停止検知装置は、前記第１の検出手段で前記列車の速度検知ができ、且つ前記第２の検出手段で前記列車の速度検知ができない場合、且つ前記第１の検出手段で検出した列車速度が予め定めた速度値を下回り、且つ予め定めた時間経過したときに、前記停止検知信号を出力する列車停止検知システム。
5. 請求項３または請求項４に記載の列車停止検知システムにおいて、
   ホームと、
   前記ホームに設けられた複数のホーム柵と、
   前記ホーム柵間に設けられたホームドアと、を有し、
   前記停止検知装置から出力された前記停止検知信号に基づいて前記ホームドアの開閉を制御するホームドア制御装置を有する列車停止検知システム。

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