JP5615103B2 - 列車制御装置及び列車制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、共振式軌道回路を通信媒体として列車制御信号を送信する列車制御装置及び列車制御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ＡＴＣ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ＡＴＣ信号として伝送している。

アナログＡＴＣ装置の通信媒体として使用する軌道回路には、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軌道回路と、レール共振を利用しない非共振式軌道回路の２種類がある。非共振式軌道回路を通信媒体とするアナログＡＴＣ装置は、非特許文献２に示すように、２つの周波数帯よりなる主信号と副信号をそれぞれ組み合わせて必要とされる速度制御の段数に応じた速度指示を行っている。一方、共振式軌道回路は、図５に示すように、軌道回路ＡＴ〜ＣＴの送信器５１から整合変成器５２を介してＡＴＣ信号を送信する送信点より列車進出側の軌道回路境界に１つの周波数に共振する共振子５３が設けられ、レール等で構成される回路でＡＴＣ信号周波数と共振させることにより軌道回路境界の実効インピーダンスを高めて、図５の信号レベルの変化特性に示すように、送信点の左右の伝送比を改善している。この軌道回路ＡＴ〜ＣＴに送信されるＡＴＣ信号は、列車２の先頭車両の前部に取り付けられた２個の受電器３０によって受信する。列車２に搭載された受信器５０は受信したＡＴＣ信号を解読して速度照査部に許容速度信号を出力する。この共振式軌道回路は１つの周波数に共振する回路を有するため、異なる別の周波数を軌道回路に流して２つの周波数の組み合わせによる速度指示の多段化は困難であった。

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ＡＴＣ信号をアナログ信号からデジタル信号に切替え、速度制御の多段化指示を行い、運転時分の最適化や曲線部の速度制御を実現するようにしている。このアナログ信号からデジタル信号に切り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。共振式軌道回路を通信媒体とするＡＴＣ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ＡＴＣ信号からデジタル変調によるデジタル方式のＡＴＣ信号に一斉に切り替える方式が採られている。

共振式軌道回路で振幅変調によるアナログ方式のＡＴＣ信号からデジタル変調によるデジタル方式のＡＴＣ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。

この発明は、このような問題を解消し、共振式軌道回路を使用して新たな周波数を使用しないで速度制御の多段化指示を行い、運転時分の最適化や曲線部の速度制御を実現するとともに設備の切り替えなどの工事費を低減することができる列車制御装置及び列車制御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装置は、各軌道回路の列車進出側の境界に接続された送信器と、列車に搭載された車上装置を有し、共振式軌道回路を通信媒体としてＡＴＣ信号を伝送する列車制御装置であって、送信器は、アナログ変調波発生部とデジタル変調波生成部と振幅変調部及び送信部を有し、アナログ変調波発生部は先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に応じた振幅変調周波数のアナログ変調波を発生して振幅変調部に出力し、デジタル変調波生成部は各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を含むデジタル符号でデジタル変調波を生成して振幅変調部に出力し、振幅変調部はデジタル変調波生成部で生成したデジタル変調波をアナログ変調波発生部で発生したアナログ変調波により２／３程度の変調度で振幅変調してデジタル・アナログ信号波（以下、デジアナ信号波という）を生成して送信部に出力し、送信部は入力したデジアナ信号波を各軌道回路に送信し、車上装置は、受信器とアナログ演算処理部とデジタル演算処理部と許容速度演算部と速度照査部及び速度制御部を有し、受信器は受電器を介して各軌道回路に送信されているデジアナ信号波を受信し、受信したデジアナ信号波をアナログ変調波とデジタル変調波を分離し、分離したアナログ変調波を復調してアナログ演算処理部に出力し、分離したデジタル変調波を復調してデジタル演算処理部に出力し、アナログ演算処理部は入力するアナログ信号を解読して先行列車の位置や進路開通等により変化する情報を許容速度演算部に出力し、デジタル演算処理部は入力するデジタル信号を解読して各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を許容速度演算部に出力し、許容速度演算部は入力する先行列車の位置や進路開通等により変化する情報とそれに加えて入力する各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報との双方に基づき許容走行速度を決定して速度照査部に出力し、速度照査部は入力する許容走行速度と列車の速度とを照合し照査して速度制御部に出力し、速度制御部は入力する照査結果により列車の速度が許容走行速度以下になるように制御することを特徴とする。

この発明の列車制御方法は、先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に応じた振幅変調周波数のアナログ変調波を発生するとともに各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を含むデジタル符号でデジタル変調波を生成し、生成したデジタル変調波をアナログ変調波により２／３程度の変調度で振幅変調してデジタル・アナログ信号波（以下、デジアナ信号波という）を生成して共振式の各軌道回路の列車進出側の境界に送信し、列車の車上では受信したデジアナ信号波をアナログ変調波とデジタル変調波を分離し、分離したアナログ変調波を復調とデジタル変調波を復調し、復調したアナログ信号を解読して先行列車の位置や進路開通等により変化する情報を取得し、復調したデジタル信号を解読して各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を取得し、取得した先行列車の位置や進路開通等により変化する情報とそれに加えて取得した各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報との双方に基づき許容走行速度を決定して列車の速度を許容走行速度以下に制御することを特徴とする。

この発明は、共振式軌道回路を通信媒体として列車制御信号を伝送するアナログＡＴＣ線区において、現行のアナログ情報に各軌道回路の区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報をデジタル情報として加えることにより、非共振式軌道回路を採用しないで許容走行速度をきめ細かく決定することができ、速度制御の多段化指示を行い、運転時分の最適化や曲線部の速度制御を実現することができる。

また、現行のアナログ情報に各軌道回路の区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報をデジタル情報として加えるから、加えるデジタル情報が少ないため、伝送速度の200bps以下で良く、技術的に単純で耐ノイズ性を実現できるとともに設備の切り替えなどの工事費を低減することができる。

この発明の列車制御装置の構成を示すブロック図である。 地上装置の送信器の構成を示すブロック図である。 車上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を示す模式図である。 共振式軌道回路の構成図である。

図１は、この発明の列車制御装置の構成を示すブロック図である。列車制御装置は、地上装置１と列車２に搭載された車上装置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軌道回路１Ｔ〜４Ｔ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。

地上装置１は、各軌道回路１Ｔ〜４Ｔの列車進出側の境界に接続された送信器４ａ〜４ｃと、各軌道回路１Ｔ〜４Ｔの列車進入側の境界に接続された受信器５ａ〜５ｄと、先行列車の位置や進路開通等により変化する情報と各軌道回路１Ｔ〜４Ｔの区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を送信器４ａ〜４ｃに送る条件連絡回路６を有する。

送信器４ａ〜４ｃは、図２のブロック図に示すように、アナログ変調波発生部１０とデジタル変調波生成部１１と振幅変調部１２及び送信部１３を有する。アナログ変調波発生部１０は、所定の周波数の搬送波を条件連絡回路６から送られる先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に応じた異なる振幅変調周波数、例えば22，36，47，78，135Ｈｚの振幅変調周波数で振幅変調したアナログ変調波を発生して振幅変調部１２に出力する。なお、搬送波は各軌道回路１Ｔ〜４Ｔで同一の周波数を使用しても良いし、各軌道回路１Ｔ〜４Ｔで異なる周波数を使用しても良い。デジタル変調波生成部１１は条件連絡回路から送られる各軌道回路１Ｔ〜４Ｔの区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報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して振幅変調部１２に出力する。振幅変調部１２はデジタル変調波生成部１１で生成したデジタル変調波をアナログ変調波発生部１０で発生したアナログ変調波により２／３程度の変調度で振幅変調してデジタル・アナログ信号波（以下、デジアナ信号波という）を生成して送信部１３に出力する。送信部１３は入力したデジアナ信号波を各軌道回路１Ｔ〜４Ｔに送信する。

受信器５ａ〜５ｄは各軌道回路１Ｔ〜４Ｔに送信されているデジアナ信号波の受信の有無により、該当する軌道回路に列車２が在線するか否を検出する。

車上装置３は、図３のブロック図に示すように、受信器２０とアナログ演算処理部２１とデジタル演算処理部２２と許容速度演算部２３と速度照査部２４及び速度制御部２５を有する。受信器２０は受信部２６とデジアナ信号分離部２７とアナログ復調部２８及びデジタル復調部２９を有する。受信部２６は受電器３０を介して軌道回路１Ｔ〜４Ｔに送信されているデジアナ信号波を受信してデジアナ信号分離部２７に出力する。デジアナログ信号分離部２７は受信部２６から入力するデジアナ信号波をアナログ変調波とデジタル変調波を分離し、分離したアナログ変調波をアナログ復調部２８に出力し、デジタル変調波をデジタル復調部２９に出力する。アナログ復調部２８はデジアナ信号分離部２７から入力するアナログ変調波を復調してアナログ演算処理部２１に出力する。デジタル復調部２９はデジアナ信号分離部２７から入力するデジタル変調波を復調してデジタル演算処理部２２に出力する。アナログ演算処理部２１はアナログ復調部２８から入力するアナログ信号を解読して先行列車の位置や進路開通等により変化する情報を許容速度演算部２３に出力する。デジタル演算処理部２２はデジタル復調部２９から入力するデジタル信号を解読して各軌道回路１Ｔ〜４Ｔの区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を許容速度演算部２３に出力する。許容速度演算部２３はアナログ演算処理部２１から入力する先行列車の位置や進路開通等により変化する情報とデジタル演算処理部２２から入力する該当する軌道回路１Ｔ〜４Ｔの区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報から許容走行速度を決定して速度照査部２４に出力する。速度照査部２４は許容速度処理部２３から入力する許容走行速度と列車２の速度とを照合し照査して速度制御部２５に出力する。速度制御部２５は速度照査部２５から入力する照査結果によりブレーキ装置等を制御して列車２の速度が許容走行速度以下になるように制御する。

この地上装置１の送信器４ｂからデジアナ信号波を軌道回路２Ｔに送信して列車２の速度を制御するときの状態を図４の波形図を参照して説明する。

軌道回路２Ｔに接続された２Ｔ送信器４ｂのアナログ変調波発生部１０は先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に応じた変調周波数のアナログ変調波４１を発生して振幅変調部１２に出力する。デジタル変調波生成部１１は軌道回路２Ｔの区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報に応じたデジタル変調波４０を生成して振幅変調部１２に出力する。振幅変調部１２はデジタル変調波生成部１１で生成したデジタル変調波４０をアナログ変調波発生部１０で発生したアナログ変調波４１により２／３程度の変調度で振幅変調してデジアナ信号波４２を生成して送信部１３に出力する。送信部１３は入力したデジアナ信号波４２を軌道回路２Ｔに送信する。

軌道回路２Ｔに接続された受信器５ｂは軌道回路２Ｔに送信されているデジアナ信号波４２を受信することにより軌道回路２Ｔに列車２が在線していないことを検知し、列車２が軌道回路２Ｔに進入して受信器５ｂで軌道回路２Ｔに送信されているデジアナ信号波４２を受信しなくなると、列車２が軌道回路２Ｔに在線したことを検知する。

列車２が軌道回路２Ｔに進入して車上装置３の受信器２０は軌道回路２Ｔに送信されているデジアナ信号波４２を受電器３０から受信すると、デジアナ信号分離部２７で受信したデジアナ信号波４２をアナログ変調波４１とデジタル変調波４０に分離し、分離したアナログ変調波４１をアナログ復調部２８に出力し、デジタル変調波４０をデジタル復調部２９に出力する。アナログ復調部２８は入力するアナログ変調波４１を復調してアナログ演算処理部２１に出力し、デジタル復調部２９は入力するデジタル変調波４０を復調してデジタル演算処理部２２に出力する。アナログ演算処理部２１はアナログ復調部２８で復調したアナログ信号を解読して先行列車の位置や進路開通等により変化する情報を許容速度処理部２３に出力し、デジタル演算処理部２２はデジタル復調部２９で復調したデジタル信号を解読して軌道回路２Ｔの区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を許容速度演算部２３に出力する。許容速度演算部２３はアナログ演算処理部２１から入力する先行列車の位置や進路開通等により変化する情報とデジタル演算処理部２２から入力する軌道回路２Ｔの区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報から許容走行速度を決定して速度照査部２４に出力する。速度照査部２４は入力する許容走行速度と列車２の速度とを照合し照査して速度制御部２５に出力し、速度制御部２５は入力する照査結果によりブレーキ装置等を制御して列車２の速度が許容走行速度以下になるように制御する。

このように共振式の軌道回路２Ｔに送信器４ｂから先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に加えて軌道回路２Ｔの区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を有するデジアナ信号波４２を送信し、車上装置３は受信したデジアナ信号波４２に含まれる先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に加えて軌道回路２Ｔの区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報に基づいて許容走行速度を決定するから、許容走行速度をきめ細かく決定することができる。したがって共振式の軌道回路１Ｔ〜４Ｔを通信媒体として列車２の速度を制御する場合でも、速度制御の多段化指示を行い、運転時分の最適化や曲線部の速度制御を実現することができる。

また、現行のアナログ情報に各軌道回路１Ｔ〜４Ｔの区間の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報をデジタル情報として加えるから、加えるデジタル情報が少なくため、伝送速度の200bps以下で良く、技術的に単純で耐ノイズ性を実現できるとともに設備の切り替えなどの工事費を低減することができる

１；地上装置、２；列車、３；車上装置、４；送信器、５；受信器、
６；条件連絡回路、１０；アナログ変調波発生部、１１；デジタル変調波生成部、
１２；振幅変調部、１３；送信部、２０；受信器、２１；アナログ演算処理部、
２３；デジタル演算処理部、２４；許容速度演算部、２４；速度照査部
２５；速度制御部、２６；受信部、２７；デジアナ信号分離部、
２８；アナログ復調部、２９；デジタル復調部、３０；受電器。

特許第３５３７５２４号

信号保安 ３０巻１０号（昭和５０年１０月） 社団法人信号保安協会発行 ５１８頁、５１９頁 鉄道と電気技術 平成１９年３月 社団法人日本鉄道電気技術公開発行 ７７頁〜８３頁

Claims (2)

1. 各軌道回路の列車進出側の境界に接続された送信器と、列車に搭載された車上装置を有し、共振式軌道回路を通信媒体としてＡＴＣ信号を伝送する列車制御装置であって、
   前記送信器は、アナログ変調波発生部とデジタル変調波生成部と振幅変調部及び送信部を有し、前記アナログ変調波発生部は先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に応じた振幅変調周波数のアナログ変調波を発生して前記振幅変調部に出力し、前記デジタル変調波生成部は各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を含むデジタル符号でデジタル変調波を生成して前記振幅変調部に出力し、前記振幅変調部は前記デジタル変調波生成部で生成したデジタル変調波を前記アナログ変調波発生部で発生したアナログ変調波により２／３程度の変調度で振幅変調してデジタル・アナログ信号波（以下、デジアナ信号波という）を生成して送信部に出力し、前記送信部は入力したデジアナ信号波を各軌道回路に送信し、
   前記車上装置は、受信器とアナログ演算処理部とデジタル演算処理部と許容速度演算部と速度照査部及び速度制御部を有し、前記受信器は受電器を介して各軌道回路に送信されているデジアナ信号波を受信し、受信したデジアナ信号波をアナログ変調波とデジタル変調波を分離し、分離したアナログ変調波を復調して前記アナログ演算処理部に出力し、分離したデジタル変調波を復調して前記デジタル演算処理部に出力し、前記アナログ演算処理部は入力するアナログ信号を解読して先行列車の位置や進路開通等により変化する情報を前記許容速度演算部に出力し、前記デジタル演算処理部は入力するデジタル信号を解読して各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を前記許容速度演算部に出力し、前記許容速度演算部は入力する先行列車の位置や進路開通等により変化する情報とそれに加えて入力する各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報との双方に基づき許容走行速度を決定して前記速度照査部に出力し、前記速度照査部は入力する許容走行速度と列車の速度とを照合し照査して前記速度制御部に出力し、前記速度制御部は入力する照査結果により列車の速度が許容走行速度以下になるように制御する
   ことを特徴とする列車制御装置。
2. 先行列車の位置や進路開通等により変化する情報に応じた振幅変調周波数のアナログ変調波を発生するとともに各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を含むデジタル符号でデジタル変調波を生成し、
   生成したデジタル変調波を前記アナログ変調波により２／３程度の変調度で振幅変調してデジタル・アナログ信号波（以下、デジアナ信号波という）を生成して共振式の各軌道回路の列車進出側の境界に送信し、
   列車の車上では受信したデジアナ信号波をアナログ変調波とデジタル変調波を分離し、分離したアナログ変調波を復調とデジタル変調波を復調し、
   復調したアナログ信号を解読して先行列車の位置や進路開通等により変化する情報を取得し、復調したデジタル信号を解読して各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報を取得し、
   取得した先行列車の位置や進路開通等により変化する情報とそれに加えて取得した各軌道回路の区間毎の線路勾配や曲線半径等の線路構造に関する情報や臨時速度制限情報等の情報との双方に基づき許容走行速度を決定して列車の速度を許容走行速度以下に制御する
   ことを特徴とする列車制御方法。

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