JP5113647B2 - 無線通信を用いた列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信による列車制御システムに関し、特に、基地局の無線通信強度の保守・管理により、信頼性を維持する技術に関する。

近年、列車在線位置検知や列車制御情報の車上装置への伝送に、無線通信システムを導入する動きがある。米国や中国では、無線通信により列車制御を実行するＣＢＴＣ（Communication Based Train Control）システムの導入が進められている。一方欧州圏ではＥＴＣＳ（European Train Control System）／ＥＲＴＭＳ（European Rail Traffic Management System）と呼ばれるシステムの導入が進められている。ＥＴＣＳ／ＥＲＴＭＳは、無線通信システムにＧＳＭ網をベースとしたＧＳＭ−Ｒ（Global System for Mobile communications -Railway）を使用している。

無線通信を用いた列車制御システムについては、例えば、特許文献１に記載されている従来技術がある。特許文献２には列車の位置決定及び制御において、高周波拡散スペクトル無線通信を使用する技術が記載されている。また、特許文献３には無線通信による列車制御システムにおいて、ハンドオーバ方式の移動体通信を行う技術が記載され、特許文献４には無線通信による列車制御システムにおいて、通信中の列車が移動するときに次に通信すべき移動先の基地局の判定技術が記載されている。更に特許文献５では、移動体通信方式において、通信中の当該基地局と当該基地局の隣接基地局との間で共通の通信スロットを準備し、列車が当該基地局から隣接基地局へ移動する際は、隣接基地局で使用する無線通信用のスロットの予約、（ハンドオーバ予約）を行う技術が記載され、特許文献５には列車や自動車など移動体が高速で移動する場合に、路線上に位置検出器を設置し位置検出器による位置情報により基地局を切り替えてハンドオーバ時間を短縮する技術が記載されている。

無線列車信号システムの例として、欧州が連合して推進しているＥＴＣＳプロジェクトがある。Proceedings of WCRR'97 Vol.C pp.345-349 " THE UIC SPECIFICATION FOR ETCS - BALANCING COMPETITION、 SAFETY AND INTEROPERABILITY "に開示されているように、最終的に欧州の携帯電話規格であるＧＳＭを用いて通信する方式である。無線通信の中でも、公衆無線網の一部を利用して、列車制御するシステムである。

図６に、従来例の無線通信による列車制御システムを示す。この従来技術では列車１に車上制御装置（位置検知部１ｂ、運転制御部１ｃ）を、地上に地上制御装置（基地局３及び基地局４、基地局５、地上基地統括局８、システムＬＡＮ６、管理局７）を、また列車１と基地局３及び基地局４、基地局５に無線通信部（１ａ、３ａ、４ａ、５ａ）を配し、列車１が自列車位置を位置情報として無線通信部１ａにより基地局３または基地局４、基地局５に伝達し、基地局３または基地局４、基地局５は受け取った列車１の位置情報を地上基地統括局８、システムＬＡＮ６により管理局７へ渡す。管理局７は各列車の位置情報に基づいて、列車１の走行許可位置を算出し、算出した走行許可位置を基地局３または基地局４、基地局５により、列車１に伝達し、列車１は受け取った走行許可位置を越えないように走行速度を制御する、という列車制御システムである。
特開平２−１０９７７０号公報 特許第２７３８４６４号公報 特開２０００−１６５３１２号公報 特開２０００−１６８５５６号公報 特開平０９−３０７９４３号公報

無線通信で列車制御を実施する場合、無線通信強度が極端に低くなると基地局と移動局間の無線通信ができなくなり、列車制御が不能となる問題があり、電波伝搬品質を常時正確に把握監視することが不可欠である。

本発明は、無線通信を用いた列車制御システムにおいて、基地局毎に無線通信強度を収集・蓄積・監視し、無線通信強度が閾値より悪くなった基地局が検出された場合、警報を出力する保守管理方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信を用いた列車制御システムは、所定の経路上を移動する複数の列車に搭載された移動局と、所定の経路沿線に設置された複数の基地局と、前記複数の基地局を管理する地上基地統括局と、前記地上基地統括局とシステムＬＡＮにより接続された管理局及び監視局を備えており、前記移動局と前記複数の基地局との間で無線通信を行う無線通信による列車制御システムであって、前記複数の基地局は、走行中の前記複数の列車に搭載された移動局から無線通信により列車位置情報を受信し、無線通信強度を計測して、前記基地局を管理する地上基地統括局に前記列車位置情報と前記無線通信強度を送信し、前記管理局は、受け取った前記位置情報に基づいて、前記列車の列車制御を行い、前記監視局は、受信した前記無線通信強度と前記列車位置情報を記録し、無線保守端末で表示すると共に、前記無線通信強度が予め決められた警報閾値以下になった時に警報を出力し、予め決められた通信断閾値以下になった時に通信断警報を出し、前記管理局の列車制御部は、前記システムＬＡＮを介して前記監視局より受け取った前記通信断警報によって、通信不能領域の手前に前記列車が停止するように停止位置を求め、前記地上基地統括局と前記基地局を介して、前記列車に停止指令を渡すことを特徴とする。

また、前記監視局に記録された列車位置情報と無線通信強度を前記複数の基地局について記憶する記憶手段と、前記記憶手段が記憶する前記複数の基地局の無線通信強度情報の変化を検出して、動作が異常である基地局を検出する手段と、を備えている。

本発明によれば、列車の現在の移動位置と、その位置における無線通信強度を無線保守端末上に表示することにより保守に活用でき、かつ、各基地局から収集した無線通信強度データにより、通信断、通信品質劣化など問題を引き起こす可能性を予測できるので、事前の予防保守が可能となる。また、通信不能域への列車進入により、駅間で緊急列車停止となる事象の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１の無線通信による列車制御システムの構成図である。図１に示す無線通信による列車制御システムにおいて、移動する列車１内には、無線通信部１ａと、前記列車１の位置を検知する位置検知部１ｂと、前記列車１の運転制御を行う運転制御部１ｃが備えられている。

また、前記列車が移動する線路２沿いには、一定間隔で配備された複数の基地局３、４、５が配置され、前記の各基地局３、４、５は、無線通信部３ａ、４ａ、５ａと、無線通信強度を計測する通信強度計測部３ｂ、４ｂ、５ｂと、を備えている。

前記複数基地局を管理する地上基地統括局８と管理局７との間には、これらを接続して情報をやり取りするシステムＬＡＮ６が配置されており、前記管理局７は、前記列車位置情報を受け取る車上情報入力部７ａと、前記列車１の運転制御を行う列車制御部７ｂと、基地局選択部７cと、保守端末７ｄを備えている。

また、前記システムＬＡＮ６には前記複数基地局の無線通信強度を監視、保守する監視局９が接続されており、前記監視局９は、前記複数基地局の無線通信強度を記録する無線通信強度記録部９ａと、前記列車位置情報と無線通信強度を表示する無線保守端末９ｃと、前記無線通信強度が予め設定した閾値になった時警報を出す警報出力部９ｂを備えている。

以下、処理の流れに従って順に説明する。図１において、前記列車１の前記位置検知部１ｂは現在位置を検出し、前記無線通信部１ａへ渡す。前記無線通信部１ａは無線により通信領域以内の地上側の前記基地局３（又は４、５）の前記無線通信部３ａ（又は４ａ、５ａ）に送信する。前記通信強度計測部３ｂ（又は４ｂ、５ｂ）は無線通信強度を計測し、受信した前記位置情報と合わさせて、前記地上基地統括局８に渡す。前記地上基地統括局８は自装置が管理している全ての基地局から受け取った前記位置情報と無線通信強度を集約し、システムＬＡＮ６を介して前記管理局７と前記監視局９に送信する。

前記管理局７は、受け取った前記位置情報に基づいて、前記列車１の列車制御を行う。前記監視局９は受け取った前記位置情報と前記無線通信強度を前記無線通信強度記録部９ａに保存し、前記無線保守端末９ｃに表示する。前記無線通信強度が予め設定した警報閾値を超えた時に、前記警報出力部９ｂが警報を出す。

図４は、前記基地局４の無線通信強度と前記列車１の位置の説明図である。前記列車１が場所１８ａに在線した時、前記無線通信強度線１２が警報閾値１７ａになったことから、前記警報出力部９ｂは警報を出す。前記列車１が場所１８ｂに在線した時、前記無線通信強度線１２が通信断閾値１７ｂになったことから、通信断を回避するため、前記警報出力部９ｂは通信断警報を出す。

前記列車制御部７ｂは前記システムＬＡＮ６により受け取った通信断警報によって、通信不能領域の手前に列車が停止するように停止位置を求め、前記地上基地統括局８と前記基地局３、４、５を介して前記列車１に停止指令を渡す。なお無線保守端末９ｃの画面に、この図４を表示することで、通信断警報対象となった通信断箇所を容易に確認することができる。

図３に、各装置間で伝送する通信データの主要アイテムを記す。前記列車１から前記基地局３（又は４、５）へ伝送するデータ１３は、列車ＩＤ１３ａと、位置情報１３ｂと列車情報１３ｃである。前記基地局３（又は４、５）から前記地上基地統括局８へ伝送するデータ１４は、基地局ＩＤ１４ａと、無線通信強度１４ｅと、前記列車１から受信されたデータ１３である。

前記地上基地統括局８から前記管理局７と前記監視局９へ伝送するデータ１５は、各基地局から受け取った情報と自装置のＩＤ１５ａであり、前記システムＬＡＮ６を介して前記管理局７と前記監視局９へ伝送する。前記管理局７は前記地上基地統括局８から受け取った各列車の位置情報に基づいて、列車１の走行許可位置を算出し、算出した走行許可位置など列車制御情報１６を、前記地上基地統括局８と前記基地局３、４、５を経由し列車１に伝達する。前記監視局９から前記管理局７へ伝送するデータ１０は、地上基地統括局ＩＤ１０ａ、基地局ＩＤ１０ｂと警報種別１０ｃ（無線通信強度低下の警報・通信断警報・基地局保守警報）である。

図２は、基地局３、基地局４、基地局５毎に列車１と通信する通信領域を示す図である。前記基地局３の通信できる領域は１１ａ、基地局４の通信できる領域は１１ｂ、基地局５の無線通信できる領域は１１ｃである。前記列車１が、前記１１ａと１１ｂの重複領域に在線している時は、隣接の前記基地局３と前記基地局４の二つの基地局と通信することが出来る。また、前記列車１が前記１１ｂと１１ｃの重複領域に在線している時は、隣接の前記基地局４と前記基地局５の二つの基地局と通信することが出来る。

実施例１に記載の無線通信を用いた列車制御システムにおいて、図２の如く基地局を配置した場合、前記列車１は前記１１ｂと１１ｃの二つの基地局と通信できる領域にいるため、前記警報出力部９ｂは前記基地局４の警報を出した時、前記基地局選択部７ｃは、前記基地局４から受信した位置情報を破棄し、前記基地局５からの位置情報を受け続ける。

実施例１に記載の無線通信を用いた列車制御システムにおいて、前記無線保守端末９ｃは前記無線通信強度記録部９ａに記憶されたデータから、各基地局の無線通信強度を分析し、基地局の無線通信強度が徐々に低下していることが判明した時に、当該基地局の通信品質の改善の為に、有効な保守を要求する警報を出す。

図５は無線保守端末９ｃに表示している前記基地局４の無線通信強度の時間図である。図５を例に警報出力を説明すると、前記無線通信強度線２０が、予め設定した保守閾値２１になった時１９にて、前記警報出力部９ｂが、基地局４に対する保守要求の警報を出す。

図１は、無線による列車制御システムの保守管理装置の構成図である。 図２は、基地局毎に列車と通信する通信領域を示す図である。 図３は、通信データの構造図である。 図４は、基地局４の無線通信強度と列車位置の説明図である。 図５は、基地局４の無線通信強度と時間の説明図である。 図６は、従来例の無線による列車制御システムの構成図である。

符号の説明

１ 列車
１ａ 無線通信部
１ｂ 位置検知部
１ｃ 運転制御部
２ 列車走行線
３ 基地局
４ 基地局
５ 基地局
６ システムＬＡＮ
７ 管理局
７ａ 車上情報入力部
７ｂ 列車制御部
７ｃ 基地局選択部
７ｄ 保守端末
８ 地上基地統括局
９ 監視局
９ａ 無線通信郷土記録部
９ｂ 警報出力部
９ｃ 無線保守端末
１０ 監視局から管理局へ伝送するデータ
１１ａ 基地局３通信できる領域
１１ｂ 基地局４通信できる領域
１１ｃ 基地局５通信できる領域
１２ 基地局４の無線通信強度の曲線
１３ 列車から基地局へ伝送するデータ
１４ 基地局から地上基地統括局へ伝送するデータ
１５ 地上基地統括局から管理局・監視局へ伝送するデータ
１６ 管理局から列車へ伝送するデータ
１７ａ 無線通信強度の警報閾値
１７ｂ 通信断の閾値
１９ 保守閾値になった時点
２０ 基地局４の無線通信強度の曲線
２１ 基地局の保守閾値

Claims (2)

1. 所定の経路上を移動する複数の列車に搭載された移動局と、所定の経路沿線に設置された複数の基地局と、前記複数の基地局を管理する地上基地統括局と、前記地上基地統括局とシステムＬＡＮにより接続された管理局及び監視局を備えており、前記移動局と前記複数の基地局との間で無線通信を行う無線通信による列車制御システムにおいて、
   前記複数の基地局は、走行中の前記複数の列車に搭載された移動局から無線通信により列車位置情報を受信し、無線通信強度を計測して、前記基地局を管理する地上基地統括局に前記列車位置情報と前記無線通信強度を送信し、
   前記管理局は、受け取った前記位置情報に基づいて、前記列車の列車制御を行い、
   前記監視局は、受信した前記無線通信強度と前記列車位置情報を記録し、無線保守端末で表示すると共に、前記無線通信強度が予め決められた警報閾値以下になった時に警報を出力し、予め決められた通信断閾値以下になった時に通信断警報を出し、
   前記管理局の列車制御部は、前記システムＬＡＮを介して前記監視局より受け取った前記通信断警報によって、通信不能領域の手前に前記列車が停止するように停止位置を求め、前記地上基地統括局と前記基地局を介して、前記列車に停止指令を渡すことを特徴とする列車制御システム。
2. 請求項１に記載の無線通信による列車制御システムにおいて、
   前記監視局に記録された列車位置情報と無線通信強度を前記複数の基地局について記憶する記憶手段と、前記記憶手段が記憶する前記複数の基地局の無線通信強度情報の変化を検出して、動作が異常である基地局を検出する手段と、を備えていることを特徴とする無線通信による列車制御システム。

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