JP5292202B2 - 列車制御システム，地上車上連携制御システム - Google Patents

Description

本発明は、路線を走行する列車の間隔を制御することにより、列車走行エネルギーを路線全体で省エネ化するシステムに関する。

鉄道システムの省エネルギー化を図るためには、鉄道システム全体の約７０％を占めている列車の走行エネルギーの省エネルギー化が重要である。遅延が発生していないダイヤ通りの走行をする場合においては、列車同士が過剰に接近することがないため、各列車単体で省エネ化を図ることができれば路線全体としての省エネルギー化を図ることが可能である。

しかしながら、通勤帯など多くの乗客が乗降する場合には、想定している以上に乗降時間がかかり、ダイヤに遅延時間をもたらすことがある。また、何らかの事故が起きたあとの復旧当初でも、駅のホームに多くの乗客がいるため、この乗客の乗降時間により遅延が増加することもある。この遅延が、その該当する列車だけにとどまるのであれば問題は無いが、多くの場合には後続列車に波及する。また、後続列車に波及した場合には、その影響は路線全体に及ぶこととなる。

この理由は、列車はそのすぐ前方を走行している列車を目視することは困難であり、信号により運行しているためである。すなわち、ある列車が遅延することで、そのすぐ後方を走行している列車が、衝突を回避するブレーキパターンもしくは信号によりブレーキをかけ、信号開通後、再加速をするといったことを繰り返すためである。

このような場合には、列車単体で省エネルギー化を図るのは難しく、路線全体を走行している列車全体をまとめて制御し、省エネルギー化を図るようにすることが必要である。このためには、先行列車との間隔を制御するための技術が不可欠である。

従来、先行列車との間隔を制御するための技術として、特許文献１に示すように、あらかじめ各閉塞の開通時刻データを列車の車上にデータベースとして記憶し、該当する先行列車の閉塞進入，閉塞抜けなどの情報を、地上システムを経由して入手することで、各閉塞の閉塞開通時刻を計算し、それを満たすように走行する方法がある。また、特許文献２に示すように、先行列車の挙動を地上システムを経由して入手することで、先行列車がどのくらいで前方の閉塞を抜けるかを予測し、自列車は、該当する閉塞進入区間にその予測時間に到達するように目標走行パターンを再作成し、それに基づいて走行する方法がある。

特開２００１−３０９０５号公報 特開２００２−２０４５０７号公報

上記の各特許文献はいずれも、先行列車の挙動から自列車が該当閉塞に入るための開通タイミングを求め、そのタイミングでその閉塞に進入できるように制御するための方法を開示している。具体的手段としては、特許文献１は、閉塞に進入するためのタイミング、特許文献２は、あらかじめ走行パターンを作成している場合であり、前記走行パターンと閉塞への進入のためのパターンの交点で決定される閉塞進入速度および位置は変更せずに、現在位置及び速度から走行して、前記閉塞進入位置及び速度を開通タイミングの時刻に通過するように、該当区間を走行するための目標走行パターンを変更することにより間隔制御をしている。

しかしながら、特許文献１では、先行列車が各閉塞を抜ける毎にデータが更新され、その閉塞毎の目標を満たすように、その都度走行制御を実施するため、連続した閉塞区間毎に考えると最大力行をしている区間，最大制動をして走行している区間，停車後再力行する区間などが存在することになる。すなわち、駅間での走行で見ると加減速を繰り返した運転をすることもあり、その走行は必ずしも省エネルギーとはいえない。

また、特許文献２でも、先行列車の挙動予測は、その閉塞区間毎に行われるため、特許文献１と同様の問題が発生する。

本発明は、適切な間隔制御を実施して、路線全体として省エネルギー化を図ることを目的とする。

本発明は、以上の課題を解決するために、地上装置と、前記地上装置が管理する領域内のすべての各列車上にある車上装置とをネットワークにより結んだ地上車上連携システムにおいて、前記地上装置は、前記各列車上にある車上装置から列車走行情報を入手し、内部にある処理装置にて、該当する後続列車に対する目標情報を作成し、前記各列車上にある車上装置に送付することで、前記各列車上にある車上装置は、先行列車の複数閉塞における閉塞抜け出し時刻から後続列車の複数閉塞における閉塞進入可能時刻を生成して、走行パターンで走行した場合に複数の各閉塞への進入を阻止する防護パターンへたどり着く時刻を生成して、各閉塞において前記防護パターンへたどり着く時刻が閉塞進入可能時刻よりも遅いかどうかのチェックを行い、いずれかの閉塞において防護パターンへたどり着く時刻が閉塞進入可能時刻よりも早い場合に、各閉塞において防護パターンへたどり着く時刻が閉塞進入可能時刻よりも遅くなるように、防護パターンへたどり着く際の目標速度が変更された走行パターンを新たに生成して、生成した走行パターンに従い走行することで解決する。

好ましくは前記地上装置は、該当駅停車時分および列車が該当駅を抜け出して、その後を走行している列車が該当駅に進入可能になるまでの時間を保有するデータベースと、前記各列車上にある車上装置から送付される列車走行情報、前記地上装置で作成される該当する後続列車に対する目標情報とを送受信する地上装置送受信部と、前記列車走行情報、前記該当駅停車時分、前記列車が該当駅を抜け出して、その後を走行している列車が該当駅に進入可能になるまでの時間を基に、前記該当する後続列車に対する目標情報を作成する目標情報生成装置で構成される。

好ましくは、前記車上装置は、勾配，曲線，制限速度など路線データを管理する路線データベースと、各列車毎に定められている基準ダイヤを有する基準ダイヤデータベースと、列車速度を計測する速度計測装置と、列車位置を計測する位置計測装置と、各閉塞の関連データを管理する閉塞関連データベースと、各駅の最適進入速度を管理する最適進入速度データベースと、前記路線データ，前記基準ダイヤ，前記列車速度，前記列車位置，前記各閉塞の関連データ，前記各駅の最適進入速度及び前記地上装置より送付される前記該当する後続列車に対する目標情報から走行パターンを作成する走行パターン生成部を有する。

好ましくは、前記走行パターン生成部は現在位置，現在速度，ダイヤ，前記該当する後続列車に対する目標情報をすべて満たすように走行パターンを作成可能であるとする。

また、前記地上装置は、各閉塞の時隔を管理する時隔データベースと前記各列車上にある車上装置から送付される列車走行情報，前記地上装置で作成される該当する後続列車に対する目標情報とを送受信する地上装置送受信部と、前記列車走行情報、前記各閉塞の時隔を基に、前記該当する後続列車に対する目標情報を作成する目標情報生成装置でもよい。

その場合、前記車上装置は、勾配，曲線，制限速度など路線データを管理する路線データベースと、各列車毎に定められている基準ダイヤを有する基準ダイヤデータベースと、列車速度を計測する速度計測装置と、列車位置を計測する位置計測装置と、前記路線データ，前記基準ダイヤ，前記列車速度，前記列車位置及び前記地上装置より送付される前記該当する後続列車に対する目標情報から走行パターンを作成する走行パターン生成部だけで構成される装置でもよい。

各列車は、先行列車との間隔を適正に保つことが可能となり、各閉塞毎の加減速も抑制することが可能になる。これにより、路線全体としての省エネルギー化を図ることができる。

本特許の第１の実施例で対象とする地上車上連携システム。 本特許の第１の実施例で用いる対象とする地上装置。 本特許の第１あるいは第２の実施例で用いる前記列車走行情報１０３。 本特許の第１あるいは第３の実施例で用いるデータベース２０１。 本特許の第１あるいは第３の実施例で用いる目標情報生成装置２０２の処理フロー。 本特許の第１の実施例で用いる前記該当する後続列車に対する目標情報１０４。 本特許の第１あるいは第３の実施例で用いる車上装置１０２。 本特許の第１の実施例で用いる最適進入速度データベース７２３。 本特許の第１の実施例で用いる走行パターン生成処理７１２の処理フロー。 本特許の第１の実施例で用いる目標通過可能判断処理７１３の処理フロー。 本特許の第１の実施例の場合の結果の説明１。 本特許の第１の実施例の場合の結果の説明２。 本特許の第１の実施例の場合の結果の説明３。 本特許の第１の実施例の場合の結果の説明４。 本特許の第１の実施例の場合の結果の説明５。 本特許の第２の実施例で対象とする地上車上連携システム。 本特許の第２の実施例で用いる対象とする地上装置。 本特許の第２の実施例で用いる時隔データベース１７０１。 本特許の第２の実施例で用いる目標情報生成装置１７０２の処理フロー。 本特許の第２の実施例で用いる前記該当する後続列車に対する目標情報１６０４。 本特許の第２の実施例で用いる車上装置１６０２。 本特許の第２の実施例で用いる走行パターン生成処理２１１２の処理フロー。 本特許の第２の実施例を行った場合の地上装置１６０１の動作経過。 本特許の第３の実施例で用いる前記列車走行情報１０３。 本特許の第３の実施例で用いる前記該当する後続列車に対する目標情報１０４。

図１は、本特許の基本的なコンセプトを表したものである。
地上装置１０１は車上装置１０２から列車走行情報１０３を入手し、前記地上装置１０１内にある処理装置Ｘにて、該当する後続列車に対する目標情報１０４を作成し、後続列車の車上装置１０２に目標情報１０４を送付することで、地上車上連携の制御を行うことを示している。処理装置Ｘについては図２で説明する。

図２は、地上装置１０１について示している。

地上装置１０１は、データベース２０１と目標情報生成装置２０２と地上装置送受信部２０３で構成される。目標情報生成装置２０２は前述した地上装置１０１内にある処理装置Ｘに相当する。目標情報生成装置２０２は、地上装置送受信部２０３を経由して得られた前記列車走行情報１０３と、データベース２０１から得られる該当駅停車時分２０４と、列車が該当駅を抜け出してから後続列車が当該駅に進入可能になるまでの時間２０５と、を基に前記該当する後続列車に対する目標情報１０４を作成する。この作成方法については後述する。作成した前記該当する後続列車に対する目標情報１０４は、地上装置送受信部２０３を経由して該当する車上装置に送付する。

列車走行情報１０３について図３を用いて説明する。列車走行情報１０３は、各閉塞の閉塞抜け出し時刻と駅到着時刻により構成される。例えば、図３の場合、閉塞Ｔ１を抜ける時刻は８：１０：００、駅Ｎ−１に到達する時刻は８：１６：００であることを示している。なお、この列車走行情報１０３は、閉塞Ｔ１を抜ける時刻、および駅に到着する時刻の予測時刻の情報である。

データベース２０１について図４を用いて説明する。データベース２０１は、該当駅停車時分２０４の集合と、列車が該当駅を抜け出してから後続列車が駅に進入可能になるまでの時間２０５の集合とで構成される。例えば、図４の場合、駅２の停車時分は２０秒、駅２を列車が出発してから後続列車が駅進入可能になるまでの時間が１５秒であることを示している。なお、このデータベース２０１は、列車の車種毎など複数設けても良い。

目標情報生成装置２０２の処理について、図５を用いて説明する。まず、ステップ５０１で、列車走行情報１０３があるかをチェックする。あればステップ５０２に、なければ目標情報生成を行わず、終了となる。

次に、ステップ５０２では、データベース２０１から得られる該当駅停車時分２０４と、列車が該当駅を抜け出してから後続列車が駅に進入可能になるまでの時間２０５と、列車走行情報１０３から後続列車の駅進入可能時刻を算出し、列車走行情報１０３に加えて、該当する後続列車の目標情報１０４とする。

次に、目標情報生成装置２０２が図３に示す列車走行情報１０３を地上装置送受信部２０３から受信し、かつデータベース２０１に図４に示す情報を保存している場合に、目標情報生成装置２０２の処理によって、前記該当する後続列車に対する目標情報１０４が作成される具体例を図３〜図６を用いて説明する。この場合、目標情報生成装置２０２は図３に示す列車走行情報１０３を受信しているため、図５に示した処理フローに従い、ステップ５０２に進む。

ステップ５０２では、図３に示す駅Ｎ−１の到着時刻である８：１６：００と、図４の駅Ｎ−１の停車時分４５秒、駅Ｎ−１を列車が抜けてから後続列車が進入可能になるまでの時間４０秒とから、これら３つの和により、後続列車の駅進入可能時刻を８：１７：２５とし終了とする。これによって求められたものが図６に示す前記該当する後続列車に対する目標情報１０４であり、図３の内容に加えて、駅Ｎ−１の進入可能時刻が記されている。

図７は、車上装置１０２について示している。車上装置１０２は、前記地上装置１０１に送付する前記列車走行情報１０３と前記地上装置１０１から送付される該当する後続列車に対する目標情報１０４を送受信する車上装置送受信部７０１、路線の勾配，曲線，制限速度など路線データ７０２を管理する路線データベース７０３、列車走行の基準となる基準ダイヤ７０４を有する基準ダイヤデータベース７０５、列車速度７０６を計測する速度発電機や速度センサーなどで構成される速度計測装置７０７、列車位置７０８を計測するＧＰＳや速度発電機などで構成される位置計測装置７０９、各閉塞の関連データ７２０を管理する閉塞関連データベース７２１、各駅の最適進入速度７２２を管理する最適進入速度データベース７２３、前記路線データ７０２と前記基準ダイヤ７０４と前記列車速度７０６と前記列車位置７０８と前記各閉塞の関連データ７２０と各駅の最適進入速度７２２と、後述するパターン遵守判断装置７１８から得られるパターン遵守フラグ７１９と、前記該当する後続列車に対する目標情報１０４を基に、確定した走行パターン７１５を作成するとともに、前記列車走行情報１０３を作成する走行パターン作成部７１０と、前記確定した走行パターン７１５に追従するように、前記列車速度７０６と前記列車位置７０８から走行制御を決定する走行パターン追従装置７１６、およびその追従結果７１７を基に、前記パターン遵守フラグ７１９を算出する前記パターン遵守判断装置７１８より構成される。また、走行パターン作成部７１０は、走行パターン生成処理７１２と目標通過可能判断処理７１３により構成され、前記走行パターン生成処理７１２は、前記路線データ７０２と前記基準ダイヤ７０４と前記列車速度７０６と前記列車位置７０８と、パターン遵守フラグ７１９と、前記該当する後続列車に対する目標情報１０４により、最も省エネとなる走行パターン７１１を作成する。目標通過可能判断処理７１３は、前記各閉塞の関連データ７２０を基に前記走行パターン７１１が、前記該当する後続列車に対する目標情報１０４の各閉塞抜け出し時刻あるいは駅進入可能時刻をすべて満たしているかどうかをチェックし、満たしていれば前記確定した省エネ走行パターン７１５を走行パターン追従装置７１６へ出力する。１つでも満たしていなければ、追加目標情報７１４を走行パターン生成処理７１２へ出力し、走行パターン生成処理７１２にて省エネルギーの確定した走行パターン７１５を作成しなおす。なお、前記パターン遵守判断装置７１８は、例えば現在の走行が、目標としている前記省エネルギーの確定した走行パターン７１５と１５秒ずれた場合、あるいは、予期しない信号により制動がかかった場合などに、前記パターン遵守フラグ７１９を出力する。

閉塞関連データベース７２１について図８を用いて説明する。閉塞関連データベース７２１は、先行列車がある閉塞を抜けた場合、後続列車がどの閉塞まで進入可能かを表している。例えば、図８の場合、先行列車が閉塞Ｔ２を抜けた場合、後続列車はＴ０に進入可能であることを示している。

最適進入速度データベース７２３について図９を用いて説明する。最適進入速度データベース７２３は、各駅毎に記憶されているデータであり、駅への進入速度と、その速度で進入した場合に駅到着あるいは駅通過までにかかる時間で構成される。例えば、図９の場合、駅１に関するテーブルはＳ１であり、そのテーブルＳ１には各速度で進入した場合に、駅到着までにかかる時間を示している。

走行パターン生成処理７１２の処理フローについて図１０を用いて説明する。まず、ステップ１００１にて、前記該当する後続列車に対する目標情報１０４があるかどうかを確認する。前記該当する後続列車に対する目標情報１０４があれば、ステップ１００２に進む。なければステップ１００３に進む。

ステップ１００２では、目標情報１０４のうち駅進入可能時刻を取り出し、最適進入速度データベースを考慮して、駅到着時刻Ｘを作成し、基準ダイヤ７０４の到着時刻と比較して遅ければ、これをダイヤ上の到着時刻とする。なお、最適進入速度データベースの代わりに、以下の方法を用いてもよい。

列車の加速性能として加速度をα［km／ｈ／ｓ］、減速度をβ［km／ｈ／ｓ］とした場合、最適進入速度Ｖは、Ｖ＝β／（α＋β）により求めることが可能である。この最適進入速度Ｖで駅進入をした場合、駅までの距離をＸとすると、駅までにかかる時間Ｔは、Ｔ＝７.２Ｘ／Ｖにより求めることができる。このＴと前記目標情報１０４のうちの駅進入可能時刻から駅到着時刻Ｘを求める。次にステップ１００３に進む。

次に、ステップ１００３では、「ダイヤ時間がある」、あるいは「パターン遵守フラグ７１９がある」、あるいは「追加目標情報７１４がある」のいずれかの条件が成立すればステップ１００４に、成立しなければステップ１００５に進む。

次に、ステップ１００４では、現在位置，現在速度，追加目標情報７１４，ダイヤ（ステップ１００２で求めた駅到着時刻Ｘも含む）に基づき、最も省エネルギーとなる現在から駅停車までの走行パターン７１１を作成し、これを出力し終了とする。ここで、走行パターン７１１を作成する際に、与えられた条件（現在位置，現在速度，追加目標情報７１４，ダイヤ（ステップ１００２で求めた駅到着時刻Ｘも含む））から列車が最も省エネルギーとなるような走行パターンを作成することで、各列車が駅に到着するまでの運行において、省エネルギーを達成することが可能となる。また、各列車が上記のように走行パターンを作成することで、路線全体として省エネルギーを達成することができる。

ステップ１００３で条件が成立しなかった場合に進む、ステップ１００５では、既にある走行パターンを出力し終了とする。

なお、省エネ走行パターンを作成する方法は、公知の技術で多々あり、例えば、平成７年鉄道技術連合シンポジウムで発表された技術（駅間の速度制限を考慮した省エネルギー運転曲線作成方法）を用いることが考えられる。

目標通過可能判断処理７１３の処理フローについて図１１を用いて説明する。まず、ステップ１１０１にて、走行パターン７１１があるかをチェックし、あればステップ１１０３に、なければステップ１１０２に進む。

次に、ステップ１１０２では、走行パターン７１１がないため元の走行パターンを出力し終了する。

次に、ステップ１１０３では、目標情報１０４はあるかをチェックし、あればステップ１１０４に、なければステップ１１０６に進む。

次にステップ１１０４では、閉塞関連データ７２０と目標情報１０４から、自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝を求める。次にステップ１１０５に進む。

次に、ステップ１１０５では、走行パターン７１１が自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝をすべて満たしているかをチェックし、満たしていればステップ１１０６に、満たしてなければステップ１１０７に進む。

次に、ステップ１１０６では、走行パターン７１１を確定した走行パターン７１５として終了する。

次にステップ１１０７では、追加目標情報７１４を作成し、終了する。

ステップ１１０４，ステップ１１０５、およびステップ１１０７の内容について詳細に説明する。まずステップ１１０４について述べる。

ステップ１１０４で行う、閉塞関連データ７２０と目標情報１０４から、自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝を求める方法について説明する。

目標情報１０４にある閉塞は、先行列車の抜けた閉塞を表している。この閉塞から後続列車の進入可能な閉塞を閉塞関連データ７２０から決定する。次に、各閉塞抜け時間が該当する閉塞進入可能時間となる。これを各閉塞毎に行うことで、各閉塞に対する進入時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝を求める。次に、ステップ１１０５の内容について説明する。

ステップ１１０５では、走行パターン７１１と各閉塞への進入を阻止する防護パターンの交点を求め、その交点にたどり着く時間Ｙ(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝を求める。ここで求めたすべてのＹ(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝が、対応する自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝よりも遅ければ自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝を満たしていることになり、ステップ１１０６の処理に進むことになる。逆に、Ｙ(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝の内の一つでも、対応する自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝よりも早ければ、自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝のすべてを満たさなかったことになり、この場合にはステップ１１０７の処理へと進むことになる。

最後に、ステップ１１０７の内容について追加目標情報７１４の具体的な作成方法を説明する。この処理が行われるのは、作成した走行パターン７１１では目標情報１０４を満たしていない場合である。これは、走行パターン７１１で走行すると、目標情報１０４の位置にその目標時刻よりも早くたどり着いてしまうことを意味する。また、この状態では、閉塞の進入を阻止するブレーキパターンに沿って速度が低下し、閉塞進入可能な時刻では目標情報１０４にある速度よりも低下することとなる。この閉塞進入可能な時刻における速度は、ブレーキパターン開通時の速度であるが、列車の減速度を一定と考えると、以下の式１または式２のいずれかの式により求めることができる。ここで、Ｖ１はブレーキパターン開通時の速度、Ｌはブレーキパターン走行距離、Ｔはブレーキパターン到達後開通するまでの時間、Ｖ０は初期速度、Ａはブレーキパターン加速度、とする。

Ｖ１＝（７.２×Ｌ／Ｔ）−Ｖ０ …（式１）
もしくは、
Ｖ１＝Ｖ０＋（Ａ×Ｔ） …（式２）
この速度Ｖ１が、当初の走行パターン７１１で走行した場合の速度よりも低い場合、作成した走行パターン７１１通りに走行することはできない。また、遅延をできるだけ防止するため、開通後に再力行をするため、エネルギー効率が悪化する。

これを防ぐために、追加目標情報を定めることが、このステップ１１０７の目的である。具体的に、追加目標情報を次のように求める。まず、追加目標速度Ｖtarは、式３のようになる。

Ｖtar＝（Ｖ０＋Ｖ１）／２ …（式３）
但し、Ｖ０−Ｖtar＞αの場合には、Ｖ１＝Ｖtarとして再計算する。これを繰り返すことで、目標速度Ｖtarを決定する。ここでαは、速度変動抑制パラメータである。速度変動をできるだけ抑えた方がより加減速度の少ない運転が実施できると考えられるが、あまりに小さくすると、走行目標を満たせない可能性も出る。また、逆に大きければ大きいほど加減速度の激しい運転をする可能性もある。さらに、走行時分が遵守できない可能性も発生する。このため適度な値に設定する必要がある。

次に、Ｖtarから目標位置Ｐtarを決定する。目標位置Ｐtarはブレーキパターン上に乗っており、速度Ｖtarに対応する位置Ｐtarは、制限速度がなければ、通常一つしかないため、Ｐtarは一意に決まる。なお、制限速度により一意に決まらない場合には、自列車の居る地点から最も遠い位置をＰtarとする。これにより目標速度Ｖtarから目標位置Ｐtarは決まる。

また、目標時刻Ｔtarは、ブレーキパターン開通時刻をそのまま用いる。以上のように決められた、目標速度Ｖtar，目標位置Ｐtar，目標時刻Ｔtarを追加目標情報７１４として出力する。

なお、走行時分が遵守できない場合には、αが大きすぎるためであり、この場合には、αを小さくする（例えば、α＝α／２）ことで、再度上記の処理を行う。逆に、走行目標を満たせない場合には、αが小さすぎるためであり、この場合には、αを大きくする（例えば、α＝２α）ことで、再度上記の処理を行う。なお、係数は２および１／２にする必要性はなく、柔軟に変更可能である。

以上の図５，図１０および図１１の処理を用いた場合について図１２〜図１６を用いて説明する。

図１２は、Ａ駅とＢ駅の間に３個の閉塞Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３がある場合に、それぞれの閉塞への進入を防ぐ防護パターン１２０１，１２０２，１２０３があることを示している。ここで縦軸は列車の速度、横軸は距離を示している。

次に、図１３は、図１０の処理を実施するために必要なデータおよび処理実施後の結果を示している。すなわち、入力として先行列車の列車走行情報１０３に相当する先行列車情報１３０２、データベース２０１に相当するデータベース１３０３が与えられた時に図５の処理により得られた目標情報１０４に相当する目標情報１３０４と、前記目標情報１３０４，ダイヤ情報１３０１，閉塞関連データベース７２１に相当する閉塞関連データベース１３０５、最適進入速度データベース７２３に相当する最適進入速度データベース１３０６が与えられたときに、図１０に示した走行パターン生成処理７１２の処理を実施したときに得られる走行パターン１３０７を示している。これについて、図５および図１０に従い説明する。

まず、図５を用いて目標情報１３０４が得られるまでを説明する。ステップ５０１で、前記列車走行情報１０３があるかをチェックし、先行列車の列車走行情報１０３に相当する先行列車情報１３０２があるためステップ５０２に進む。

次にステップ５０２では、前記データベース２０１に相当するデータベース１３０３から得られる前記該当駅停車時分２０４と、前記時間２０５と列車走行情報１０３から後続列車の駅進入可能時刻を算出し、列車走行情報１０３と加えて、該当する後続列車の目標情報１０４とするが、この処理により得られるのが目標情報１０４に相当する目標情報１３０４である。

次に、図１０を用いて走行パターン１３０７を得るまでを説明する。まずステップ１００１で、目標情報１０４があるかを確認すると、それに相当する目標情報１３０４があるためステップ１００２に進む。次に、ステップ１００２では、目標情報１０４に相当する目標情報１３０４のうち駅進入可能時刻を取り出し、最適進入速度データベース７２３に相当する最適進入速度データベース１３０６を考慮して、駅到着時刻Ｘを作成する。ここでは、目標情報１３０４のうち駅進入可能時刻は８：１８：４５であり、さらに最適進入速度は６５，７０，７５のいずれかであり、５０秒であるから到着時刻としては８：１９：３５が得られる。これはダイヤの到着時刻である８：１９：００よりも遅いため、到着時刻は８：１９：３５となる。次にステップ１００３に進む。

次に、ステップ１００３では、「ダイヤ時間がある」、あるいは「パターン遵守フラグ７１９がある」、あるいは「追加目標情報７１４がある」のいずれかの条件が成立すればステップ１００４に、成立しなければステップ１００５に進むから、ダイヤ時間があるのでステップ１００４に進む。

次に、ステップ１００４では、現在位置，現在速度，ダイヤ（ステップ１００２で求めた駅到着時刻Ｘも含む）、追加目標情報７１４から走行パターン７１１を作成する。ここで作成される走行パターン７１１に相当するのが、走行パターン１３０７である。

次に、図１３で得られた走行パターン１３０７を用いた場合の図１１の処理を図１４を用いて説明する。

まず、ステップ１１０１で、走行パターン７１１があるかをチェックする。走行パターン７１１に相当する走行パターン１３０７があるため、ステップ１１０３に進む。

ステップ１１０３では、目標情報１０４はあるかをチェックする。目標情報１０４に相当する目標情報１３０４があるため、ステップ１１０４に進む。

ステップ１１０４では、閉塞関連データベース７２１に相当する閉塞関連データベース１３０５と目標情報１３０４から、自列車の各閉塞進入可能時間Ｔime(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝を求める。この結果が図１４に示すデータ１４０１である。次にステップ１１０５に進む。

ステップ１１０５では、走行パターン７１１と各閉塞への進入を阻止する防護パターンの交点を求め、その交点にたどり着く時間Ｙ(Ｘ)｛Ｘ＝各閉塞の番号｝を求める。この交点を示したのが、１４０２，１４０３，１４０４である。また、その交点の速度および、その交点にたどりつく時間Ｙ(Ｘ)｛Ｘ＝１４０２，１４０３，１４０４｝を示したのがデータ１４０５である。また、Ｙ(Ｘ)とＴime(Ｘ)の比較を表したのがデータ１４０６である。データ１４０６に示すとおり、閉塞Ｔ２の進入時間において、Ｙ(Ｘ)はＴime(Ｘ)よりも早いため、条件を満たさない。このためステップ１１０７に進む。

ステップ１１０７では、追加目標情報７１４に相当する情報を作成する。交点１４０２にたどり着く時間が、防護パターン１２０１が開通するよりも早いので、これを変化させる必要がある。ここで、ブレーキパターンの加速度が、−２.０［km／ｈ／ｓ］、速度変動抑制パラメータα＝５とした場合について示す。Ｙ(Ｘ)−Ｔime(Ｘ)＝１５秒であるから、Ｖ１＝７５―２.０×１５＝４５となる。これより、Ｖtar＝（７５＋４５）／２＝６０となるが、Ｖ１−Ｖtar＝７５−６０＝１５＞５であるから、再度Ｖtarを計算する。すなわち、Ｖtar＝（７５＋６０）／２＝６７.５となるが、Ｖ１−Ｖtar＝７５−６７.５＝７.５＞５であるから、さらに再度Ｖtarを計算する。すなわち、Ｖtar＝（７５＋６７.５）／２＝７１.２５となる、Ｖ１−Ｖtar＝７５−７１.２５＝３.７５＜５であるから、条件を満たすので、この速度を目標速度Ｖtarとする。次に、Ｖtarに対応するＰtarを求める。防護パターン１２０１上の目標速度Ｖtarに対応する目標位置Ｐtarを決める。次に、目標時刻Ｔtarは、ブレーキパターンの開通時刻であるから、Ｔime(Ｘ)である８：１６：３０となる。以上の処理により、追加目標情報７１４が決まる。これにより、再び図１０の処理に戻ることになる。ここで、図１０のステップ１００４においては、上述した方法で求めた追加目標情報７１４（Ｔime(Ｘ)＝８：１６：３０）、現在位置，現在速度，ダイヤ（ステップ１００２で求めた駅到着時刻Ｘも含む）に基づき、最も省エネルギーとなる現在から駅停車までの走行パターン１５０１を作成する。このため、現在位置から駅までの走行において、防護パターンに接触することを回避するために、加減速を繰り返すような効率の悪い走行を行うことはなくなり、省エネルギーな走行が実現できる。省エネルギーとなる走行パターンとは、例えば、加減速を繰り返さずに走行するような走行パターンである。

次に図１５は、図１０および図１１の処理をやり直して得た結果である。防護パターン１２０１上にある点１５０２が追加目標情報７１４である。これにより、図１０の処理が再度行われ、走行パターン１５０１が作成される。次に、走行パターン１５０１と、各防護パターン１２０１，１２０２，１２０３の交点を求め、それぞれ１５０２，１５０３，１５０４となる。その交点の速度および、その交点にたどりつく時間Ｙ(Ｘ)｛Ｘ＝１５０２，１５０３，１５０４｝を示したのがデータ１５０５である。また、Ｙ(Ｘ)とＴime(Ｘ)の比較を表したのがデータ１５０６である。データ１５０６に示すとおり、すべての閉塞の進入時間において、Ｙ(Ｘ)はＴime(Ｘ)と同時刻もしくは遅くなるため、条件を満たす。したがって、ステップ１１０６に進む。

次に、ステップ１１０６では、走行パターン１５０１を確定した省エネルギーの確定した走行パターン７１５として終了する。

上述したように、本実施例では、各車上装置より得られた列車の閉塞抜け予測時刻情報を地上システムを経由して、後続列車に伝えることで、後続列車は先行列車の閉塞抜け位置に対応した各閉塞の進入時刻および、駅進入時刻を決定し、それに従って、運転することが可能となる。その結果、先行列車との間隔を保ちつつ、かつ省エネルギーとなる走行パターンを得ることが可能である。

次に、第２の実施例について説明する。第１の実施例と比べて、第２の実施例は、地上装置から各列車に対して各閉塞を抜ける時間を指定することで行われる。これを実現するための構成を図１６に示す。

図１６は、図１とほぼ同じ構成であり、本特許の基本的なコンセプトを表したものである。地上装置１６０１は車上装置１６０２から列車走行情報１０３を入手し、前記地上装置１６０１内にある処理装置Ｘにて、該当する後続列車に対する目標情報１６０４を作成し、該当する後続列車の車上装置１６０２に送付することで、地上車上連携の制御を行うことを示している。処理装置Ｘについては図１７で説明する。

図１７は、地上装置１６０１について示している。地上装置１６０１は、時隔データベース１７０１と目標情報生成装置１７０２と地上装置送受信部１７０３で構成される。目標情報生成装置１７０２は前述した処理装置Ｘに相当する。目標情報生成装置１７０２は、地上装置送受信部１７０３を経由して得られた前記列車走行情報１０３と前記時隔データベース１７０１から得られる各閉塞の時隔データ１７０４を基に、前記該当する後続列車に対する目標情報１６０４を作成する。この作成方法については後述する。作成した前記該当する後続列車に対する目標情報１６０４は、前記地上装置送受信部２０３を経由して該当する車上装置に送付する。

時隔データベース１７０１について図１８を用いて説明する。時隔データベース１７０１は、各閉塞での運転時隔データ１７０４の集合で構成される。例えば、図１８の場合、閉塞Ｔ２では時隔６０秒が必要なことを示している。

次に、目標情報生成装置１７０２の処理について、図１９を用いて説明する。まずステップ１９０１で、前記列車走行情報１０３があるかをチェックする。あればステップ１９０２に、なければ目標情報生成を行わず、終了となる。

次にステップ１９０２では、前記時隔データベース１７０１から得られる各閉塞の時隔データ１７０４と、前記列車走行情報１０３とから該当する後続列車の目標情報１６０４を算出する。

次に、目標情報生成装置１７０２の処理によって作成される前記該当する後続列車に対する目標情報１６０４について図３および図１８〜図２０を用いて説明する。図３は列車走行情報１０３である。これがあるため、図１９に示した処理フローに従い、ステップ１９０２に進む。ステップ１９０２では、図３に示した各閉塞での抜け時間と図１８に示した各閉塞での時隔を足すことで、各閉塞の抜け時刻あるいは駅到着時刻を算出する。

図２１は、車上装置１６０２について示している。車上装置１６０２は、実施例１の車上装置１０２に比べて、各閉塞の関連データ７２０を管理する閉塞関連データベース７２１、および各駅の最適進入速度７２２を管理する最適進入速度データベース７２３がない構成となっているが、走行パターン生成処理２１１２を除いて機能は車上装置１０２と同等である。なお、目標通過可能判断処理７１３では、図１１に示したステップ１１０３およびステップ１１０４にある「目標情報１０４」を、それぞれを「目標情報１６０４」と読み替えることが必要であるが、処理の内容は同等である。

次に、図２２を用いて、処理が変わる走行パターン生成処理２１１２を説明する。まずステップ２２０１では、「ダイヤ時間がある」、あるいは「パターン遵守フラグ７１９がある」、あるいは「追加目標情報７１４がある」のいずれかの条件が成立すればステップ２２０２に、成立しなければステップ２２０３に進む。

次に、ステップ２２０２では、現在位置，現在速度，追加目標情報７１４，ダイヤ（該当する後続列車に対する目標情報１６０４も含む）から最も省エネとなる走行パターン７１１を作成し、これを出力し終了とする。

ステップ２２０１で条件が成立しなかった場合に進む、ステップ２２０３では、既にある走行パターンを出力し終了とする。なお、図２２の動作は図１０のステップ１００３−１００５の動作とほぼ同じになる。

以上述べた実施例２を実施した場合について、図２３を用いて説明する。図２３は、図１６〜図２２に示す一連の流れを地上装置から見た場合について説明したものである。

まず、図２３ａ）では、先行列車の情報を受信した状態を示している。すなわち、図１６に示す列車走行情報１０３を受信した状態である。これにより、各閉塞の進入時刻が分かる。次に、図２３ｂ）では、これらの閉塞進入時刻情報を接続することで、仮想的な走行パターンＳＴを作成する。次に、図２３ｃ）では、目標情報生成装置１７０２により、作成した走行パターンＳＴと時隔データベース１７０１に従い、各閉塞の抜け目標情報１６０４を作成した場合についての結果を表しており、図１９に示される処理フローを実施した場合である。次に、図２３ｄ）は、図２３ｃ）で作成された目標情報１６０４を車上装置に送付した後、車上装置が図２２および図１１の処理を実施することで得られる走行パターンから得られた走行情報を記録したものである。なお、車上装置で用いられる目標変更は、第１の実施例と同じ手法により行われる。この処理により、地上装置で生成された目標情報を満たしつつ省エネルギーとなる走行パターンが作成され、その走行情報が地上装置にあがってきた場合を示している。なお、ここで目標情報を満たすとは、目標情報と同じ時刻または目標情報よりも遅ければ満たしていることとする。

これを、地上装置が管理するすべての列車に対して繰り返すことで、先行列車との間隔を保ちつつ、その中で省エネルギーとなる走行パターンを得ることが可能であり、第１の実施例と同様の効果が得られる。

上述した各実施例は、軌道回路など固定の閉塞がある場合であるが、軌道回路など固定の閉塞がない場合、例えば移動閉塞のような場合でも、本特許は実施可能である。

そこで、第３の実施例について説明する。第３の実施例は、先行列車走行中の挙動を地上システムを通して後続列車に知らせることで、さらに効果的な走行が期待できる。その方法としては、例えば先行列車が閉塞を抜ける毎に状況があっているかどうかを知らせることで、さらに綿密な走行が期待できる。

例えば、図２３に示すように、閉塞の代わりに、ある一定距離進む毎の目標情報を作り、これを前記列車走行情報１０３とすることで、図２４に示すように前記目標情報１０４も同様にある一定距離進む毎の目標とすることでも達成可能である。

また、先行列車走行中の挙動は、閉塞を抜ける毎の代わりに、ある一定時間もしくはある一定距離を走行したら、状況を伝えるなどがある。

なお、上記した各実施例では地上車上の連携により実現することを示したが、地上システムを置かずに、列車と列車の間で通信を行うことによっても達成できる。この場合には、１つの列車が地上装置と同様の装置を備えることで実施可能である。または、各列車が地上装置と同様の装置を備え、後続列車が直接先行列車から列車走行情報を受信する構成とすることによっても実施可能である。

１０１，１６０１ 地上装置
１０２，１６０２ 車上装置
１０３ 列車走行情報
１０４ 該当する後続列車に対する目標情報
２０１ データベース
２０２ 目標情報生成装置
２０３ 地上装置送受信部
２０４ 該当駅停車時分
２０５ 列車が該当駅を抜け出してから後続列車が駅に進入可能になるまでの時間
７０１ 車上装置送受信部
７０２ 路線データ
７０３ 路線データベース
７０４ 列車走行の基準となる基準ダイヤ
７０５ 基準ダイヤデータベース
７０６ 列車速度
７０７ 速度計測装置
７０８ 列車位置
７０９ 位置計測装置
７１０ 走行パターン作成部
７１１ 走行パターン
７１２ 走行パターン生成処理
７１３ 目標通過可能判断処理
７１４ 追加目標情報
７１５ 確定した走行パターン
７１６ 走行パターン追従装置
７１７ 追従結果
７１８ パターン遵守判断装置
７１９ パターン遵守フラグ
１６０４ 該当する後続列車に対する目標情報
１７０１ 時隔データベース
１７０２ ２０２とは異なる目標情報生成装置
１７０４ 時隔データ
２１１２ ７１２とは異なる走行パターン生成処理

Claims (7)

1. 共通の路線を走行する複数の列車の走行を制御する列車制御システムであって、
   先行列車の駅到着時刻予測情報から後続列車の駅進入可能時刻を生成する目標情報生成装置と、
   前記駅進入可能時刻から前記後続列車の走行パターンを生成する走行パターン生成部と、
   前記走行パターンに追従するように前記後続列車の走行を制御する走行パターン追従装置と、
   前記先行列車の複数閉塞における閉塞抜け出し時刻から前記後続列車の複数閉塞における閉塞進入可能時刻を生成して、前記走行パターンで走行した場合に複数の各閉塞への進入を阻止する防護パターンへたどり着く時刻を生成して、各閉塞において前記防護パターンへたどり着く時刻が前記閉塞進入可能時刻よりも遅いかどうかのチェックを行う目標通過可能判断処理部と、を備え、
   前記走行パターン生成部は、いずれかの閉塞において前記防護パターンへたどり着く時刻が前記閉塞進入可能時刻よりも早い場合に、各閉塞において前記防護パターンへたどり着く時刻が前記閉塞進入可能時刻よりも遅くなるように、前記防護パターンへたどり着く際の目標速度が変更された走行パターンを新たに生成することを特徴とする列車制御システム。
2. 地上装置と、前記地上装置が管理する領域内のすべての各列車上にある車上装置とをネットワークにより結んだ地上車上連携制御システムにおいて、
   前記地上装置は、
   前記各列車上に搭載される車上装置から駅到着時刻の予測情報を受信する地上装置送受信部と、該当する後続列車に対する駅進入可能時刻を作成する目標情報生成装置と、を備え、
   前記各列車上に搭載される車上装置は、
   前記駅進入可能時刻から前記後続列車の走行パターンを生成する走行パターン生成部と、
   前記走行パターンに追従するように前記列車の走行を制御する走行パターン追従装置と、
   前記先行列車の複数閉塞における閉塞抜け出し時刻から前記後続列車の複数閉塞における閉塞進入可能時刻を生成して、前記走行パターンで走行した場合に複数の各閉塞への進入を阻止する防護パターンへたどり着く時刻を生成して、各閉塞において前記防護パターンへたどり着く時刻が前記閉塞進入可能時刻よりも遅いかどうかのチェックを行う目標通過可能判断処理部と、を備え、
   前記走行パターン生成部は、いずれかの閉塞において前記防護パターンへたどり着く時刻が前記閉塞進入可能時刻よりも早い場合に、各閉塞において前記防護パターンへたどり着く時刻が前記閉塞進入可能時刻よりも遅くなるように、前記防護パターンへたどり着く際の目標速度が変更された走行パターンを新たに生成することを特徴とする地上車上連携制御システム。
3. 請求項２の地上車上連携制御システムにおいて、
   前記地上装置は、
   該当駅停車時分情報と列車が該当駅を抜け出してから後続列車が該当駅に進入可能になるまでの時間情報とを保有するデータベースと、
   前記駅到着時刻の予測情報，前記該当駅停車時分情報，前記列車が該当駅を抜け出してから後続列車が該当駅に進入可能になるまでの時間情報を基に、前記該当する後続列車に対する目標情報を作成する前記目標情報生成装置と、を備えることを特徴とする地上車上連携制御システム。
4. 請求項２の地上車上連携制御システムにおいて、
   前記車上装置は、
   路線の勾配，曲線，制限速度を有する路線データを管理する路線データベースと、
   各列車毎に定められている基準ダイヤを有する基準ダイヤデータベースと、
   列車の速度を計測する速度計測装置と、
   列車位置を計測する位置計測装置と、
   各閉塞の関連データを管理する閉塞関連データベースと、
   各駅の最適進入速度を管理する最適進入速度データベースと、
   前記路線データ，前記基準ダイヤ，前記列車速度，前記列車位置，前記各閉塞の関連データ，前記各駅の最適進入速度及び前記地上装置より送付される前記該当する後続列車に対する目標情報から走行パターンを作成する前記走行パターン生成部を有する地上車上連携制御システム。
5. 請求項２の地上車上連携制御システムにおいて、
   前記地上装置は、
   各閉塞の時隔を管理する時隔データベースと前記各列車上にある車上装置から送付される列車走行情報と前記地上装置で作成される該当する後続列車に対する目標情報とを送受信する前記地上装置送受信部と、
   前記列車走行情報，前記各閉塞の時隔を基に、前記該当する後続列車に対する目標情報を作成する前記目標情報生成装置と、を備えることを特徴とする地上車上連携制御システム。
6. 請求項２の地上車上連携制御システムにおいて、
   前記車上装置は、
   路線の勾配，曲線，制限速度を有する路線データを管理する路線データベースと、
   各列車毎に定められている基準ダイヤを有する基準ダイヤデータベースと、
   列車速度を計測する速度計測装置と、
   列車位置を計測する位置計測装置と、
   前記路線データ，前記基準ダイヤ，前記列車速度，前記列車位置及び前記地上装置より送付される前記該当する後続列車に対する目標情報から走行パターンを作成する前記走行パターン生成部と、を有することを特徴とする地上車上連携制御システム。
7. 請求項６の地上車上連携制御システムにおいて、
   前記車上装置に搭載される前記走行パターン生成部は、目標情報を満たすように走行パターンを作成することを特徴とする地上車上連携制御システム。

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