JP5403907B2 - Gps電波遮断物体検出システム - Google Patents
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Description
また、GPSを利用した検出システムとして、GPSアンテナとGPS受信機を路面電車等の移動体に搭載して運行位置を検出するものや(例えば特許文献3参照)、GPSアンテナ等を地上に固定しておいて地殻変動を測定するものなどが挙げられる。
[特許文献5] 特願2007−202414号
また、複数のGPS衛星からの電波を受信できるうえ、それぞれの電波には時刻情報や位置情報などの複数の情報が含まれているため、使用態様により、物体存知検出の判定要件としてこれらを選択することにより物体検出の精度・確度、応動時間を指定することができる。
しかしながら、従来のGPS利用システムでは、位置は測定するが、物体の有無を検出するようにはなっていなかった。
しかしながら、受信機だけでなく送信機も自前で備えなければならないので、その分だけ原価が嵩むこととなる。また、検出を確実に行うためには、送受信する電波等にID(識別符号)を付加する、あるいは変調を施すなどにより、電波等をユニークにし正規な電波等と雑音とを弁別する手段が必要である。
そこで、鉄道用車両や自動車などの金属物体がGPS電波を遮断するものであることに着目して、GPSを利用することにより金属その他のGPS電波遮断物体を検出するGPS電波遮断物体検出システムを簡便かつ低廉に実現することが望まれることとなる。
また、そのような検出システムを鉄道信号に適用する場合、鉄道信号の運転保安設備には鉄道輸送の安全を確保するためにフェールセーフ性が要求されるので、鉄道信号や同等の安全性を要する分野でも使用できるよう、フェールセーフ性を具備させたGPS電波遮断物体検出システムも提案されている(特許文献5参照)。
レール14(軌道,移動経路)を走行する列車15(金属物体,移動体,GPS電波遮断物体)を検出するために列車検知システムを設置する際、GPSアンテナ11は列車15が上方を通過するレール14,14の間(軌道上,移動経路上)に電波受信方向上向きで設置されるが、GPS受信機12と判定装置13は特別な制約が無いので保守作業等の容易な軌道脇などに設置される(図6(a)参照)。
そして、列車検知システムが異常なく稼動すると、列車15が進入して来るまでは、GPS電波17がGPSアンテナ11に到達するので、GPS受信機12の出力Sに基づき、GPS電波17の受信成功に対応して、判定装置13によって「列車なし」の判定が下され、それに対応したリレー制御Rが出される。
こうして、この列車検知システムにあっては、検出対象の列車15以外にGPS電波17を遮るものが無ければ、列車15(移動体)の去来が随時的確に検出される。
しかしながら、利用するGPS衛星を限定するに際してGPS衛星の仰角が一定の閾値を上回るか下回るかということで一律に選別したのでは、その閾値が大きいと、GPS衛星の航行状況によっては利用できるGPS衛星の数が不足することにもなりかねないため、精度・確度の高いGPS電波遮断物体検出システムを構築することができない。
そこで、このようなアプリケーションの特質をGPS衛星の選別基準に反映させることにより、建築物などの電波障害物の近くにGPSアンテナを設置したり、他の移動経路の隣接している移動経路に臨ませてGPSアンテナを設置しても、GPS電波遮断物体が高い精度・確度で検出されるよう、GPS電波遮断物体検出システムを改良することが技術的な課題となる。
また、GPS電波遮断物体は、金属物体が典型的であるが、純金属に限られる訳でなく、GPS電波を遮断しうる物であれば、金属に他の材質のものが組み合わさっていても良く、混じっていても良く、非金属からなるものであっても良い。GPS電波遮断物体の典型例としては列車や自動車が挙げられる。
なお、方位設定手段に加えて仰角設定手段も設けた場合、両手段は、別モジュールで実装されても良く、一体化実装にて方位仰角設定手段になっていても良い。
また、複数のGPS衛星からの電波を受信できるうえ、それぞれの電波には時刻情報や位置情報などユニークな情報が含まれているので、この内容を判定装置が判断することにより、GPS衛星からの正規な電波と雑音とを弁別することができる。
そのため、この発明によれば、先ず、GPS電波遮断物体検出システムを簡便かつ低廉に実現することができる。
したがって、この発明によれば、建築物などの電波障害物の近くにGPSアンテナを設置したり、他の移動経路の隣接している移動経路に臨ませてGPSアンテナを設置しても、GPS電波遮断物体が高い精度・確度で検出されるようなGPS電波遮断物体検出システムを実現することができる。
こうしたことから、GPS電波遮断物体の検出システムでは、仰角が低くマルチパス波が発生しやすい衛星も積極的に利用しようとするものである。しかしながら、仰角が低い衛星の電波は隣接して走行する他の車両や自動車の影響を受けやすく、マルチパス波が車両や自動車の床下に潜り込む可能性も大きい。そこで、仰角の小さい衛星を利用する場合には、複数の衛星の論理積をとるようにして、精度を確保するのである。
図1〜2に示した実施例1は、上述した解決手段1〜6(出願当初の請求項1〜6)を具現化したものであり、図3に示した実施例2は、上述した解決手段7(出願当初の請求項7)を具現化したものであり、図4に示した実施例3は、上述した解決手段8(出願当初の請求項8)を具現化したものであり、図5に示した実施例4は、上述した解決手段9(出願当初の請求項9)を具現化したものであり、何れも列車検知システムへの適用例である。
GPSアンテナ11は、GPS衛星から送られてくるGPS電波を受信できれば市販の汎用品で足り、実装形態もフィルム形やプレート形など任意である。
GPS受信機12は、同軸ケーブルやBNCコネクタ等でGPSアンテナ11と接続されており、GPSアンテナ11を介して得たGPS信号を処理して測位結果を出力するものであれば市販の汎用品で足りる。その出力Sには一般に時刻情報と位置情報とが含まれるが、電波の強度を示すGPS電波の受信レベルも数値で出力する受信機が使い易い。GPS受信機が存在する当該位置情報は、緯度・経度・高度の組データで出力され、また衛星の天空上の位置情報は方位角と仰角の組データで出力される。
選別用囲繞壁イメージ(図2(a)参照)のデータは(図1(a)参照)、GPSアンテナ11設置先のレール14を走行する列車15を検出するのに使用されるGPS衛星16が存在する天空上のゾーンを規定するためのものであり、GPSアンテナ11設置先の上空の半球イメージを、方位毎の仰角で境界を指定することで、GPS衛星使用側の上空ゾーンと、地上寄りでGPS衛星不使用側の選別用囲繞壁イメージとに、分けている。
仰角データ列における左右の「35゜」は、レール14に設置されたGPSアンテナ11からレール14a上の列車15aを見上げたときの仰角である大角度θ3の安全側の値である(図2(b)参照)。仰角データ列における前「20゜」は、一般に環境の影響を受けやすいので使用対象から外される低空のGPS衛星16の仰角である小角度θ1の安全側の値である(図2(c)参照)。仰角データ列における後「25゜」は、小角度θ1より少し大きい中角度θ2になっている。
電波受信の成功と失敗との遷移の基準として更なる擬制も採用されており、このルーチン13eは、成功時の受信レベルに比べて受信レベルが例えば半減したときには電波受信が成功から失敗へ遷移したと擬制し、失敗を擬制した受信レベルから受信レベルが例えば倍増したときには電波受信が失敗から成功へ遷移したと擬制するようになっている。
さらに、列車存否判定ルーチン13eは、GPS衛星16が複数台存在するうえ夫々のGPS電波17に時刻情報や位置情報が含まれているのを利用した次の機能拡張がなされている。
出力リレー13aは(図1(a)参照)、判定装置13により制御され、判定装置13からのリレー制御Rによって励磁されたり励磁されなかったりするものであり、励磁状態が「列車なし」すなわち「GPS電波遮断物体が存在しない状態」に対応し、無励磁状態が「列車あり」すなわち「GPS電波遮断物体が存在する状態」に対応している。
そして、列車検知システム10が稼動すると、判定装置13では、初期化のため最初だけ方位設定ルーチン13bが起動されて、選別用データについて、進行方向と向きデータ列とに基づいて方位データ列に右前「60゜」,右後「180゜」,左後「240゜」,左前「0゜」といった値が自動設定される。なお、選別用データの仰角データ列には右「35゜」,後「25゜」,左「35゜」,前「20゜」といった値が予め設定されており、選別用データの強度閾値には3dBといった値がやはり予め設定されている。
そして、列車15が進入して来るまでは、幾つかのGPS衛星16からGPS電波17がGPSアンテナ11に到達し、それらのGPS衛星16の情報がGPS受信機12の出力Sに含められて判定装置13に入力され選別ルーチン13cに引き渡される。選別ルーチン13cでは GPS受信機12の出力Sから得た幾つかのGPS衛星16の方位と仰角と受信レベルと、選別用データの方位と仰角と強度閾値とが、それぞれ比較され、その比較結果に応じて限定がなされる。
そのリングバッファ13dに蓄積された方位と仰角と受信レベルの組データ群(SS)が列車存否判定ルーチン13eによって参照されて、列車15の存否判定に使用されるGPS衛星16が、一定期間たとえば4秒(実測による経験値)に及んで方位と仰角と受信レベルの安定していたものに更に絞り込まれる。
これに対し、列車15の到来時には、GPS電波17が列車15によって遮られてGPSアンテナ11に到達しなくなるので、GPS受信機12の出力Sに基づき、GPS電波17の受信失敗に対応して、判定装置13から「列車あり」の判定が下され、それに対応したリレー制御Rが出される。ただし、この判定に際しても、GPS受信機12の出力Sの方位と仰角と受信レベルがそのまま使用されるのでなく、上述の選択にて限定された方位と仰角と受信レベルが使用される。
こうして、この列車検知システム10でも、課題の欄において既述した図6(a)の列車検知システムと同様、検出対象の列車15以外にGPS電波17を遮るものが無ければ、列車15(移動体)の去来が随時的確に検出される。
この列車検知システムが上述した実施例1のものと相違するのは方位設定ルーチン13bが機能拡張されて方位仰角設定ルーチン23になった点と、選別用データに右隣接経路フラグと左隣接経路フラグとが追加されている点である。
方位仰角設定ルーチン23は、上述した方位データ列の自動設定に加え、検出対象外の隣接軌道が有るか無いかの情報を保持する右隣接経路フラグと左隣接経路フラグとを参照し、その情報に基づいて選別用データのうち仰角の部分を自動設定する。
これにより、列車存否判定に使用されるGPS衛星16が入っている上空ゾーンが、隣接軌道の無い左側については後方と同様に下方へ広げられる。
この列車検知システムが上述した実施例2のものと相違するのは方位設定ルーチン23が機能拡張されて方位仰角設定ルーチン24になった点と、選別用データに斜度θxのデータ領域が追加されている点である。
方位仰角設定ルーチン24は、上述した方位データ列や仰角データ列の自動設定に加え、検出対象の軌道14,14(移動経路)の斜度θxに基づいて選別用データのうち仰角データ列における左右のところの仰角値を自動で加減するようになっている。なお、その加減は、斜度θxが正負の値をとるときには加算演算だけで具現化され、斜度θxが正の値だけの場合、上側は加算で、下側は減算で、具現化される。
そして、初期化が済んで定常状態に移行してからは、上例と同様にして列車15の去来が検出されるが、この場合も、その検出が高い精度・確度でなされる。
この列車検知システムが上述した実施例3のものと相違するのは方位設定ルーチン24が機能拡張されて方位仰角設定ルーチン25になった点と、選別用データに走行スケジュールのデータ保持領域が追加されている点である。
このように、上空ゾーンの規定に際し、方位毎のきめ細かな調整に加えて、時間帯毎のきめ細かな調整も行われるので、列車15が高い精度・確度で検出される。
上記実施例で、方位設定ルーチンや方位仰角設定ルーチンによる選別用囲繞壁イメージは前後左右の方位に対して仰角を階段状に設定するようになっていたが、方位の設定は前後左右に限られるものでなく例えば45゜単位や10゜単位あるいはその組み合わせなどで細分化しても良く、仰角の設定は不連続な階段状に限らず例えば折れ線や曲線を表す関数などで連続的にしても良い。
また、上記実施例では、GPSアンテナ11が一軌道のレール14,14の間に設置されていたが、GPS電波17の遮断/非遮断が列車15の存否に応じてなされれば、GPSアンテナ11はレール14に臨む他所に設置しても良い(特許文献4,5参照)。
また、上記実施例では、方位設定ルーチン13bと選別ルーチン13cが判定装置13にインストールされていたが、これらのルーチン13b,13cは、判定装置13から抜き出して、GPS受信機12にインストールしても良く、GPS受信機12の出力Sの信号伝送ケーブル等に介挿接続される別体の論理演算装置やマイクロプロセッサシステム等に搭載しても良い。
また、地上側に設置するGPSアンテナの有効面積を変えることにより、あるいはGPSアンテナと検出対象物の最接近面との離隔距離を変えることにより、検出対象物体の大きさを変えることができる。
11…GPSアンテナ(GPS地上装置)、
12…GPS受信機(GPS地上装置)、13…判定装置、
13a…出力リレー、13b…方位設定ルーチン、
13c…選別ルーチン、13d…リングバッファ、
13e…列車存否判定ルーチン、13f…リレー制御ルーチン、
14…レール(軌道,移動経路)、14a…レール(隣接)、
15…列車(検出対象物)、15a…列車(検出対象外)、
16…GPS衛星、17…GPS電波、
23,24,25…方位仰角設定ルーチン
Claims (5)
- GPS電波を受信するためのGPSアンテナと、このアンテナを介して得たGPS信号を処理して測位結果を出力するGPS受信機と、この受信機の出力に基づいて電波受信の成否を判別したうえで電波受信成功時にはGPS電波遮断物体が存在していないと判断し電波受信失敗時にはGPS電波遮断物体が存在していると判断する判定装置とを備えているGPS電波遮断物体検出システムであって、
GPS電波遮断物体の検出に使用されるGPS衛星が存在する天空上のゾーンを方位毎の仰角指定にて規定する選別用データを保持する記憶手段と、GPS電波遮断物体の検出に使用するGPS衛星をその方位および仰角と前記選別用データの方位および仰角との比較に応じて選別する選別手段とを備えており、
GPS電波遮断物体の検出に使用するGPS衛星を、GPS衛星の電波がGPSアンテナの周囲の建造物や他のGPS電波遮断物体の影響を受けないゾーンにあるGPS衛星と、それらの影響を受けるゾーンにあるGPS衛星とに区分し、影響を受けないGPS衛星については、このうちのひとつの衛星の電波受信の成否によりGPS電波遮断物体が存否を判定し、一方建造物や他のGPS電波遮断物体の影響を受けるゾーンにあるGPS衛星については、複数のGPS衛星全ての電波受信の成否によりGPS電波遮断物体の存否を判定するようになっている、ことを特徴とするGPS電波遮断物体検出システム。 - GPS電波を受信するためのGPSアンテナと、このアンテナを介して得たGPS信号を処理して測位結果を出力するGPS受信機と、この受信機の出力に基づいて電波受信の成否を判別したうえで電波受信成功時にはGPS電波遮断物体が存在していないと判断し電波受信失敗時にはGPS電波遮断物体が存在していると判断する判定装置とを備えているGPS電波遮断物体検出システムであって、
GPS電波遮断物体の検出に使用されるGPS衛星が存在する天空上のゾーンを方位毎の仰角指定にて規定する選別用データを保持する記憶手段と、GPS電波遮断物体の検出に使用するGPS衛星をその方位および仰角と前記選別用データの方位および仰角との比較に応じて選別する選別手段とを備えており、
前記GPSアンテナがGPS電波遮断物体の移動経路に臨んで設置されるものであり、前記移動経路に係る進行方向に基づいて前記選別用データのうち方位の部分を設定する方位設定手段が設けられている、ことを特徴とするGPS電波遮断物体検出システム。 - 前記方位設定手段に加えて又は代えて、前記移動経路に隣接した他の移動経路である隣接経路が有るか無いかの情報に基づいて前記選別用データのうち仰角の部分を設定する仰角設定手段が設けられている、ことを特徴とする請求項2記載のGPS電波遮断物体検出システム。
- 前記仰角設定手段が、前記移動経路の斜度に基づいて前記選別用データのうち前記隣接経路側の仰角の部分を加減するようになっている、ことを特徴とする請求項3記載のGPS電波遮断物体検出システム。
- 前記仰角設定手段が、前記隣接経路に係る走行スケジュールに基づいて前記選別用データのうち前記隣接経路側の仰角の部分を隣接経路有り時の設定値と隣接経路無し時の設定値との何れかに切り替えるようになっている、ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載されたGPS電波遮断物体検出システム。
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