JP5773780B2 - 鉄道車両の位置検出装置および位置検出方法 - Google Patents
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Description
鉄道車両の概略位置を検出し得るGPS計測機と、鉄道車両の速度を検出する速度検出器と、鉄道車両に設けられて当該鉄道車両の進行方向での角速度を検出する角速度検出器と、上記速度検出器で検出された速度を入力して移動距離を算出するとともに当該移動距離および上記GPS計測機により得られた移動開始位置に基づき地図上での鉄道車両の概略位置を算出し得る距離算出部と、上記角速度検出器で検出された角速度を入力して鉄道車両の進行方向での角加速度を求めるデータ取得部と、このデータ取得部からの角加速度および鉄道車両の角速度を用いてその進行方向をファジィ推論により推定する進行方向推定部と、上記距離算出部で算出された移動距離および概略位置を入力するとともに分岐信頼度曲線に基づき分岐点を推定する分岐点推定部と、この分岐点推定部で求められた推定分岐点並びに鉄道車両の角速度および速度を入力してニューラルネット手法を用いて鉄道車両が走行している分岐線番を検出する分岐線番検出部と、上記分岐点推定部で求められた推定分岐点および上記分岐線番検出部で求められた分岐線番を入力して予め備えられた線路情報に合致するか否かを照合する分岐点照合部とを具備したものである。
推定分岐点、角速度検出器からの角速度、および速度検出器からの速度が入力されて鉄道車両の位置データである走行曲線を取得する位置データ取得部と、この位置データ取得部で取得された走行曲線を進行方向距離にて正規化する進行方向距離正規化部と、上記走行曲線を幅方向距離にて正規化する幅方向距離正規化部と、上記進行方向距離正規化部で正規化された正規化曲線データを入力してニューラルネット手法を用いて振分け率を算出する振分け率算出部と、この振分け率算出部にて求められた振分け率を入力して予め入力されている基準振分け率と比較して最も近い基準振分け率を選択することにより分岐器の振分け率を決定する振分け率決定部と、上記幅方向距離正規化部で正規化された正規化曲線データを入力してニューラルネット手法を用いて番数を算出する番数算出部と、この番数算出部にて求められた番数を入力して予め入力されている基準番数と比較して最も近い基準番数を選択することにより分岐器の番数を決定する番数決定部と、上記各決定部で決定された振分け率および番数を入力するとともに予め入力されている分岐器情報の中から当該振分け率および番数に該当する分岐器における分岐線番を判別する分岐線番判別部とから構成したものである。
上記速度検出器で検出された速度を入力して移動距離を算出するとともに当該移動距離および上記GPS計測機により得られた移動開始位置に基づき地図上での鉄道車両の概略位置を算出し得る距離算出工程と、上記角速度検出器で検出された角速度を入力して鉄道車両の進行方向での角加速度を求めるデータ取得工程と、このデータ取得工程からの角加速度および鉄道車両の角速度を用いてその進行方向をファジィ推論により推定する進行方向推定工程と、上記距離算出工程で算出された移動距離および概略位置を入力するとともに分岐信頼度曲線に基づき分岐点を推定する分岐点推定工程と、この分岐点推定行程で求められた推定分岐点並びに鉄道車両の角速度および速度を入力してニューラルネット手法を用いて鉄道車両が走行している分岐線番を検出する分岐線番検出工程と、上記分岐点推定工程で求められた推定分岐点および上記分岐線番検出工程で検出された分岐線番を入力して予め備えられた線路情報に合致するか否かを照合する分岐点照合工程とを具備した方法である。
推定分岐点、鉄道車両の角速度および速度が入力されて鉄道車両の位置データである走行曲線を取得し、この取得された走行曲線を進行方向距離および幅方向距離にて正規化し、これら正規化された正規化曲線データを入力してニューラルネット手法を用いて振分け率および番数を算出し、これら求められた振分け率および番数を入力して予め入力されている基準振分け率および基準番数と比較して最も近い基準振分け率および基準番数を選択することにより分岐器の振分け率および番数を決定し、これら決定された振分け率および番数に基づき、予め入力されている分岐器情報の中から当該振分け率および番数に該当する分岐器における分岐線番を判別する方法である。
まず、鉄道線路の分岐部分について概略的に説明する。
この位置検出装置は、図1に示すように、保全車両Hに設けられてその速度vを検出する速度検出器(例えば、走行車輪の回転数をパルス信号として検出するパルス検出器が用いられる)11と、保全車両Hに設けられて当該保全車両Hの進行方向での角速度ωを検出する角速度検出器12と、上記線路情報を保持している線路情報記憶部(所謂、データベースである)13と、上記速度検出器11から速度を入力するとともに移動開始(走行開始)からの時間に基づき移動開始地点(基準位置)からの保全車両Hの移動距離(パルス検出器を用いる場合には、パルス数に1パルスにて移動する距離を掛けることにより求められ、所謂、距離程である)を演算し且つGPS計測機(後述する)33にて得られた現在の概略位置を入力するとともに当該移動距離に基づき地図上での保全車両Hの概略位置を求め得る距離算出部21と、上記角速度検出器12からの角速度ωを入力してその時間変化率(微分値)である角加速度ω′を算出するデータ取得部(勿論、時間計測部が具備されている)22と、上記データ取得部22から角速度ωおよび角加速度ω′を入力してその進行方向をファジィ推論により推定する進行方向推定部23と、上記距離算出部21にて得られた移動距離および概略位置を入力して地図上での分岐ゾーン(分岐点を中心にした所定長さ範囲)内であるかを判断するための分岐信頼度曲線(後述する)を算出する分岐信頼度曲線算出部24と、上記距離算出部21で算出された移動距離および概略位置を入力するとともに分岐信頼度曲線に基づき分岐点を推定し、この推定分岐点を出力する分岐点推定部25と、上記速度検出器11から速度vを入力するとともに上記データ取得部22から角速度ωを入力し且つ上記分岐点推定部25からの推定分岐点を入力してニューラルネット手法を用いて分岐線番を検出する分岐線番検出部26と、上記分岐点推定部25で求められた推定分岐点および上記分岐線番検出部26で検出された分岐線番を入力して予め備えられた線路情報に合致するか否かを照合する分岐点照合部27とが具備されている。
この進行方向推定部23では、ファジィ推論により、直進またはどちらの方向に曲がったかが判断され、例えば図2の図表に示すようなファジィルールが用いられる。
そして、出力値については、例えばマックス・ミニ重心法に基づき求められる。図3に出力に用いられるメンバーシップ関数K3を示す。また、このメンバーシップ関数K3から得られる出力値を示すと、図4のような破線で示す曲線となり、この出力値が予め決められた閾値αを超えるか超えないかで、右方向(左方向)または直線かが決定される。
この分岐点推定部25は、上記進行方向推定部23で推定された進行方向(左・右・直進)および分岐信頼度曲線算出部24から入力された分岐信頼度曲線Sを入力して、保全車両Hが線路上のどの分岐点を通過するかまたは通過したかを推定するようにされている。ここでは、左方向または右方向に分岐した場合、言い換えれば、同一方向に1本だけ分岐している場合(分岐線が1本である)の他に、分岐点で方向を変えずに保全車両Hが分岐ゾーンZをそのまま通過して直進したことを推定することができる。
分岐器は、現在走行している基準線路を左方向または右方向に離れていく分岐線路に分岐させるもので複数の種類が準備されている。分岐器の種類については、左右方向への分岐割合を示す振分け率と、基準線路に対する分岐線路の開き度合いを表わす番数とで区分けされている。
また、分岐形状については、片開き分岐(一方にだけ分岐)、両開き分岐(両側に等しい角度で分岐)、振分け分岐(左右に等しくない角度で分岐)などの種類がある。上述した振分け率の数値は、主に左方向に分岐する左片開き分岐の場合であり、そのため、左側の数値が大きい値にされているが、逆に、右方向に分岐する右片開き分岐の場合には、比率の右側の数値が大きい値にされる。すなわち、分岐の振分け率は、1:9,1:4,3:7,1:3,1:2,2:3にされる。図8に分岐の種類を示しておく。(a)は片開き分岐、(b)は両開き分岐、(c)は振分け分岐(7:3)の場合を示す。なお、片開き分岐は10:0の振分け分岐と考えることもでき、両開き分岐は5:5の振分け分岐と考えることができる。
θ=2×tan−1(1/2n) ・・・(1)
また、振分け率mを考慮した場合における番数nと分岐角θとの関係を表わす簡易式は下記(2)式にて表わされる。
すなわち、mが10の場合は片開き分岐となり、mが5の場合は両開き分岐となり、mが1,2,3,4,6,7,8,9の場合が振分け分岐となる。なお、上記(2)式におけるθ′は、分岐する手前の基準線路(本線)に対して振分け率mで分岐した場合の角度を表わしている。
これら各算出部45,47では、現在走行している正規化された走行曲線データが入力されて、振分け率および番数がニューラルネット手法に基づく演算式により求められる。
例えば、両開き分岐の場合、番数が異なる5種類(番数が、8,10,12,14,16の場合)の分岐線路(走行曲線)を描くと図9のようになる。この場合の離間距離は1mであるが、基準線路に対する離間距離である幅方向距離は0.5mとなる。
例えば、番数が8で、振分け率が異なる5種類(振分け率が、9:1,7:3,5:5,3:7,1:9の場合)の分岐線路を描くと図12のようになる。この場合の走行方向距離は全て16mであるのに対して、幅方向距離はそれぞれ振分け率に応じて、0.9,0.7,0.5,0.3,0.1mとなる。
言い換えれば、予め、分岐器の種類毎に車両の走行方向距離を正規化して振分け率を特定し得る振分け率基準曲線と、分岐器の種類毎に車両の幅方向距離を正規化して番数を特定し得る番数基準曲線とを求めておくとともに、これらの基準曲線と実際に車両が走行している走行曲線とのデータマッチングを行うことにより、通過した分岐器の番号を検出することができる。すなわち、保全車両Hの現在の概略位置を用いることにより、現在走行している分岐線路を正確に検出することができる。
なお、ニューラルネットにおいては、通常、入力層、中間層、出力層が設けられるとともに、入力値と重み係数との積和が中間層に入力され、さらに中間層で得られた中間値と重み係数との積和が出力層に入力されて、出力値を得るようにされている。また、振分け率を求めるニューラルネットにおいては、振分け率を表わす1個の出力(ニューロン)が設けられ、番数を求めるニューラルネットにおいては、番数を表わす1個の出力(ニューロン)が設けられる。さらに、入力層においては、所定時間間隔での走行曲線の幅方向における位置データ(進行方向をx座標とした場合には、y座標データである)の採取位置に応じた個数分の入出力(ニューロン)が設けられる。なお、中間層においては、適当な個数分(例えば、入力の個数分程度)の入出力(ニューロン)が設けられているものとする。また、中間層および出力層の各ニューロンには、入力値から出力値を求めるための出力関数g,f(例えば、シグモイド関数が用いられる)が設けられており、それぞれの入力値に対して0と1の間の数値が出力される。
まず、速度と角速度とに基づく位置データから走行曲線(分岐線路)を求めた後、この走行曲線を正規化して正規化走行曲線を求める。
なお、上述したニューラルネット手法での演算の流れを、図15に示しておく。
ところで、上述したように、各算出部45,47では、ニューラルネット手法により、振分け率および番数を表わす数値が求められるが、この演算に用いられる重み係数などのパラメータについては、教師データに基づき学習が行われる。勿論、この学習を行う際には、教師データが用いられるとともに、この教師データと出力層における各出力値との差の最小となるように、例えば最急降下法により、重み係数(結合荷重)が修正されていく。すなわち、図7に示すように、これら各算出部45,47には、重み係数などのパラメータを修正するためのの振分け率学習部51および番数学習部52が具備されている。なお、これらの学習部51,52は、学習が済んだ時点で各算出部45,47から切り離される。つまり、この学習動作はオフラインで行われる。なお、図1に、これらの学習部51,52を纏めて学習手段50として記載している。
ここでは、図16に示すような駅構内での保全車両Hの位置を検出する場合について説明する。なお、以下の説明中、括弧内の頭にNが付く番号は線路番号を表わすものとする。
そして、この角加速度ω′が角速度ωとともに進行方向推定部23に入力され、ここで上述したファジィルールに基づきその進行方向が推定される。
第1分岐点J1の通過時は、進行方向推定部23から「左方向」が分岐点推定部25に入力されるとともに、保全車両Hの距離が、対応する分岐信頼度曲線の閾値βを超えた場合に、第1分岐点J1を左方向に分岐したものと推定され、その推定分岐点番号J1および分岐線番B(N12)が出力される。なお、保全車両Hが直進した場合には、第1分岐点J1の分岐ゾーンZを出た瞬間にそのことが分かり、同様に、分岐点番号J1および分岐線番A(N11)が出力される。
すなわち、この位置検出方法は、鉄道車両の概略位置を検出し得るGPS計測機と、鉄道車両の速度を検出する速度検出器と、鉄道車両に設けられて当該鉄道車両の進行方向での角速度を検出する角速度検出器とが具備された鉄道車両の位置を検出する方法であって、
上記速度検出器で検出された速度を入力して移動距離を算出するとともに当該移動距離および上記GPS計測機により得られた移動開始位置に基づき地図上での鉄道車両の概略位置を算出し得る距離算出工程と、上記角速度検出器で検出された角速度を入力して鉄道車両の進行方向での角加速度を求めるデータ取得工程と、上記データ取得工程からの角加速度および鉄道車両の角速度を用いてその進行方向をファジィ推論により推定する進行方向推定工程と、上記距離算出工程で算出された移動距離および概略位置を入力するとともに分岐信頼度曲線に基づき分岐点を推定する分岐点推定工程と、この分岐点推定行程で求められた推定分岐点並びに鉄道車両の角速度および速度を入力してニューラルネット手法を用いて鉄道車両が走行している分岐線番を検出する分岐線番検出工程と、上記分岐点推定工程で求められた推定分岐点および上記分岐線番検出工程で検出された分岐線番を入力して予め備えられた線路情報に合致するか否かを照合する分岐点照合工程とを具備した方法であり、
また上記進行方向推定工程において、角速度および角加速度に基づくファジィルールを用いて、鉄道車両の進行方向を、左方向、右方向および直進のいずれかを推定する方法であり、
さらに上記分岐線番検出工程において、
推定分岐点、鉄道車両の角速度および速度が入力されて鉄道車両の位置データである走行曲線を取得し、この取得された走行曲線を進行方向距離および幅方向距離にて正規化し、これら正規化された正規化曲線データを入力してニューラルネット手法を用いて振分け率および番数を算出し、これら求められた振分け率および番数を入力して予め入力されている基準振分け率および基準番数と比較して最も近い基準振分け率および基準番数を選択することにより分岐器の振分け率および番数を決定し、これら決定された振分け率および番数に基づき、予め入力されている分岐器情報の中から当該振分け率および番数に該当する分岐器における分岐線番を判別する方法である。
11 速度検出器
12 角速度検出器
13 線路情報記憶部
21 距離算出部
22 データ取得部
23 進行方向推定部
24 分岐信頼度曲線算出部
25 分岐点推定部
26 分岐線番検出部
27 分岐点照合部
31 地図表示手段
33 GPS計測機
41 位置データ取得部
42 分岐経路終了点検出部
43 走行方向距離正規化部
44 幅方向距離正規化部
45 振分け率算出部
46 振分け率決定部
47 番数算出部
48 番数決定部
49 分岐線番判別部
Claims (6)
- 鉄道車両の位置を検出する装置であって、鉄道車両の概略位置を検出し得るGPS計測機と、鉄道車両の速度を検出する速度検出器と、鉄道車両に設けられて当該鉄道車両の進行方向での角速度を検出する角速度検出器と、上記速度検出器で検出された速度を入力して移動距離を算出するとともに当該移動距離および上記GPS計測機により得られた移動開始位置に基づき地図上での鉄道車両の概略位置を算出し得る距離算出部と、上記角速度検出器で検出された角速度を入力して鉄道車両の進行方向での角加速度を求めるデータ取得部と、このデータ取得部からの角加速度および鉄道車両の角速度を用いてその進行方向をファジィ推論により推定する進行方向推定部と、上記距離算出部で算出された移動距離および概略位置を入力するとともに分岐信頼度曲線に基づき分岐点を推定する分岐点推定部と、この分岐点推定部で求められた推定分岐点並びに鉄道車両の角速度および速度を入力してニューラルネット手法を用いて鉄道車両が走行している分岐線番を検出する分岐線番検出部と、上記分岐点推定部で求められた推定分岐点および上記分岐線番検出部で求められた分岐線番を入力して予め備えられた線路情報に合致するか否かを照合する分岐点照合部とを具備したことを特徴とする鉄道車両の位置検出装置。
- 進行方向推定部において、角速度および角加速度に基づくファジィルールを用いて、鉄道車両の進行方向を、左方向、右方向および直進のいずれかを推定するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両の位置検出装置。
- 分岐線番検出部を、
推定分岐点、角速度検出器からの角速度、および速度検出器からの速度が入力されて鉄道車両の位置データである走行曲線を取得する位置データ取得部と、この位置データ取得部で取得された走行曲線を進行方向距離にて正規化する進行方向距離正規化部と、上記走行曲線を幅方向距離にて正規化する幅方向距離正規化部と、上記進行方向距離正規化部で正規化された正規化曲線データを入力してニューラルネット手法を用いて振分け率を算出する振分け率算出部と、この振分け率算出部にて求められた振分け率を入力して予め入力されている基準振分け率と比較して最も近い基準振分け率を選択することにより分岐器の振分け率を決定する振分け率決定部と、上記幅方向距離正規化部で正規化された正規化曲線データを入力してニューラルネット手法を用いて番数を算出する番数算出部と、この番数算出部にて求められた番数を入力して予め入力されている基準番数と比較して最も近い基準番数を選択することにより分岐器の番数を決定する番数決定部と、上記各決定部で決定された振分け率および番数を入力するとともに予め入力されている分岐器情報の中から当該振分け率および番数に該当する分岐器における分岐線番を判別する分岐線番判別部とから構成したことを特徴とする請求項1または2に記載の鉄道車両の位置検出装置。 - 鉄道車両の概略位置を検出し得るGPS計測機と、鉄道車両の速度を検出する速度検出器と、鉄道車両に設けられて当該鉄道車両の進行方向での角速度を検出する角速度検出器とが具備された鉄道車両の位置を検出する方法であって、
上記速度検出器で検出された速度を入力して移動距離を算出するとともに当該移動距離および上記GPS計測機により得られた移動開始位置に基づき地図上での鉄道車両の概略位置を算出し得る距離算出工程と、上記角速度検出器で検出された角速度を入力して鉄道車両の進行方向での角加速度を求めるデータ取得工程と、上記データ取得工程からの角加速度および鉄道車両の角速度を用いてその進行方向をファジィ推論により推定する進行方向推定工程と、上記距離算出工程で算出された移動距離および概略位置を入力するとともに分岐信頼度曲線に基づき分岐点を推定する分岐点推定工程と、この分岐点推定行程で求められた推定分岐点並びに鉄道車両の角速度および速度を入力してニューラルネット手法を用いて鉄道車両が走行している分岐線番を検出する分岐線番検出工程と、上記分岐点推定工程で求められた推定分岐点および上記分岐線番検出工程で検出された分岐線番を入力して予め備えられた線路情報に合致するか否かを照合する分岐点照合工程とを具備したことを特徴とする鉄道車両の位置検出方法。 - 進行方向推定工程において、角速度および角加速度に基づくファジィルールを用いて、鉄道車両の進行方向を、左方向、右方向および直進のいずれかを推定することを特徴とする請求項4に記載の鉄道車両の位置検出方法。
- 分岐線番検出工程において、
推定分岐点、鉄道車両の角速度および速度が入力されて鉄道車両の位置データである走行曲線を取得し、この取得された走行曲線を進行方向距離および幅方向距離にて正規化し、これら正規化された正規化曲線データを入力してニューラルネット手法を用いて振分け率および番数を算出し、これら求められた振分け率および番数を入力して予め入力されている基準振分け率および基準番数と比較して最も近い基準振分け率および基準番数を選択することにより分岐器の振分け率および番数を決定し、これら決定された振分け率および番数に基づき、予め入力されている分岐器情報の中から当該振分け率および番数に該当する分岐器における分岐線番を判別することを特徴とする請求項4または5に記載の鉄道車両の位置検出方法。
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