JP5847451B2 - 列車制御システムにおける地上制御装置、地上制御方法及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、線路上の列車の安全運転を遂行する列車制御システムにおける地上制御装置、地上制御方法及び通信方法に関する。

列車の安全運転を遂行するために列車制御システムが開発されている。従来の列車制御システムとしてＡＴＣ（Automatic Train Control）システムがある。ＡＴＣシステムでは、地上制御装置と車上制御装置間とが通信を行うための方式は、固定の閉塞方式である。つまり列車位置を把握するエリアが固定位置である。列車を制御するための指令は、地上制御装置から線路を介して、路線に設置された地上子に送られ、この地上子から出力された指令を列車に設けられた車上子がピックアップする。この方式は、1閉塞に1列車のみの在線しか許されていない。このために、列車ダイヤが乱れた後にダイヤ回復を行うために、列車の過密運行を行うためには、このＡＴＣシステムには、改善すべき課題がある。また、このＡＴＣシステムは、地上側の設備費用が大きい。

最近、地上制御装置と車上制御装置間で無線による交信を行いながら、列車の安全運転を遂行する列車制御システムが開発されている。この列車制御システムにおいて、列車と地上基地局とが通信を行うための方式は、移動閉塞方式である。この方式は、沿線に分散配置された地上側の拠点装置が、車上からの列車位置情報を無線で受信し、列車の在線把握を行う。そして拠点装置は、車上制御装置に対して、無線で速度制限などの指令を送信する。従ってこの方式は、列車位置を時間的、空間的に連続して検出する。つまり列車位置を把握するエリアが、列車を追尾する。この方式は、列車ダイヤが乱れた後に、ダイヤ回復を行うために列車の過密運行を可能とすることが期待できる。また地上側の設備費用の低減を期待できる。

特開２００８−１８７７６１号公報 特許第３４５１５４３号公報

列車制御システムでは、車上制御装置は、地上制御装置からの指令を解析し、車走行中の列車速度を制御する。車上制御装置は、列車速度が制限速度を越えていれば、自動的にブレーキをかけ、制限速度以下になればブレーキを緩めることができる。

このような列車制御システムでは、地上制御装置と車上制御装置との間の通信回線が、安定して連続して確保され、情報交換が正確で確実に行われることが重要である。地上制御装置と車上制御装置との間の通信回線が切断されてしまうと、重大な事故につながる可能性がある。

そこで、本開示による一実施例では、地上制御装置と車上制御装置との間で、通信回線がより一層安定して連続して確保され、情報交換が正確で確実に行われるようにした地上制御装置および車上制御装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様によれば、車上制御装置は、列車位置情報を地上制御装置に無線伝送し、前記地上制御装置は、列車制御情報を前記車上制御装置に無線伝送する。第１及び第２の沿線ネットワークには、それぞれ、第１及び第２グループとしての複数の無線基地局が接続される。前記第１及び第２グループの無線基地局による第１と第２の無線伝播可能領域は、無線伝播オーバーラップ領域を有する。また第１及び第２の拠点装置が、列車位置情報に基づいて列車位置を把握する第１及び第２の在線把握区域を設定する。前記第１と第２の在線把握区域は在線把握オーバーラップ区域を設定される。ここで前記第１及び第２の拠点装置は、前記在線把握オーバーラップ区域で一方が取得した在線情報を、前記拠点間ネットワークを介して他方の拠点装置に送信するための拠点間データ処理器を有する。

一実施形態である列車制御システムの代表的な構成の一例であり、連続的な列車位置把握のための伝達路を示す図である。 図１の構成において、さらに拠点装置と列車間の通信方式の一例を説明する図である。 図１の構成において、拠点装置の各種パラメータの調整手段の一例を示す図である。 拠点装置の各種パラメータの格納手段の一例を示す図である。 図１の構成において、拠点装置及び車上制御装置の内部の構成ブロックの代表的な一例を示す図である。 図１の構成において、拠点装置における在線情報の把握状態の一例を示す図である。 図７（Ａ）は本実施形態において採用された拠点装置から列車へ情報を伝達するためのフォーマットの一例を示し、図７（Ｂ）は本実施形態において採用された列車から拠点装置へ情報を伝達するためのフォーマットの一例を示す。 列車に対してブレーキ制御を行うときのブレーキ制御方法とブレーキ制御特性の一例を示す図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態に係る列車制御システムは、地上に設置した地上制御装置と列車に搭載した車上制御装置とが無線通信により情報を送受信することにより、列車の走行状態を制御するシステムである。

地上制御装置は、地上に設置される各種の機器で構成される。地上制御装置は、制御対象とする路線を走行中の列車との通信が可能なシステムである。地上制御装置は、運行スケジュールおよび各列車の運行状況などに基づいて各列車の運行を管理する。

車上制御装置は、列車に搭載される各種の機器で構成される。車上制御装置は、地上制御装置から与えられる指令に基づいて列車の速度、ブレーキなどの各種の制御を行う。また、車上制御装置は、走行中に列車の速度あるいは列車の位置などの各種情報を地上制御装置に提供する機能も有する。

図１は、列車制御システムにおいて、主に地上制御装置のシステム構成例を概略的に示す図である。図１に示す地上制御装置は、拠点間ネットワーク１１と複数の沿線ネットワーク１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…とを有する。拠点間ネットワーク１１は、指令所装置１と複数の拠点装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、…とを接続する。拠点間ネットワーク１１は、拠点装置同士のデータ、又は拠点装置と指令所装置間のデータを互いに送受信するために利用される。なお拠点装置の名称は、これに限定されるものではなく、例えばノード、サーバーなどと称しても良い。また指令所装置の名称もこれに限定されるものではなく、メインサーバ、メインセンターなどと称しても良い。

沿線ネットワーク１２Ａは、拠点装置２Ａと複数の無線基地局３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３、…３Ａ５（第１グループ）を接続する。沿線ネットワーク１２Ｂは、拠点装置２Ｂと複数の無線基地局３Ｂ１、３Ｂ２、３Ｂ３、…３Ｂ５（第２グループ）を接続する。沿線ネットワーク１２Ｃは、拠点装置２Ｃと複数の無線基地局３Ｃ１、３Ｃ２、３Ｃ３、…３Ｃ５（第３グループ）を接続する。なお無線基地局は、中継器或いは、アクセスポイントと称しても良い。沿線ネットワークは、拠点基地と無線基地局のデータを互いに送受信するために利用される。

沿線ネットワーク１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃにそれぞれ接続された拠点装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃには、それぞれ管轄領域（無線信号領域と称してもよい）が割り当てられている。即ち、拠点装置２Ａには、無線基地局３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３、…を介して、管轄領域４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３、…が割り当てられる。また拠点装置２Ｂには、無線基地局３Ｂ１、３Ｂ２、３Ｂ３、…を介して、管轄領域４Ｂ１、４Ｂ２、４Ｂ３、…が割り当てられ、拠点装置２Ｃには無線基地局３Ｃ１、３Ｃ２、３Ｃ３、…を介して、管轄領域４Ｃ１、４Ｃ２、４Ｃ３、…が割り当てられる。

よって、制御対象となる列車のための全通信領域は、各拠点装置２Ａ、２Ｂ，２Ｃ…の管轄領域により空間的に分割されている。沿線ネットワーク１２Ａは、拠点装置２Ａが、管轄領域４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３、…内の列車の車上制御装置と無線通信を行うために利用できるネットワークである。沿線ネットワーク１２Ｂは、拠点装置２Ｂが管轄領域４Ｂ１、４Ｂ２、４Ｂ３、…内列車の車上制御装置と無線通信を行うために利用できるネットワークである。沿線ネットワーク１２Ｃは、拠点装置２Ｃが、管轄領域４Ｃ１、４Ｃ２、４Ｃ３、…内の列車の車上制御装置と無線通信を行うために利用できるネットワークである。図１には、簡単のために線路Ｈ１として単線を示しているが、複線であってもよい。また、図示していないが、線路の途中には分岐器が設けられ、転てつ装置が分岐器を制御し、列車の走行方向を変更する。またＧ１−Ｇ９は、列車である。

さらに、領域５Ａは、拠点装置２Ａから見た無線伝播が可能な領域（無線伝播可能領域）である。領域５Ｂは、拠点装置２Ｂから見た無線伝播が可能な領域（無線伝播可能領域）である。領域５Ｃは、拠点装置２Ｃから見た無線伝播が可能な領域（無線伝播可能領域）である。これらの無線可能領域も隣り合う領域で、一部がオーバーラップしている。つまり電波領域の設定は、隣接の無線基地局の電波同士が重複するように行われる。図１では、無線伝播可能領域５Ａと５Ｂとがオーバーラップした領域が、無線伝播オーバーラップ領域９Ａとして示され、無線伝播可能領域５Ｂと５Ｃとがオーバーラップした領域が、無線伝播オーバーラップ領域９Ｂとして示されている。

ここで、拠点装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、路線上のアドレスに従って、無線通信領域をさらに以下のような理想上の区域に区分して設定している。ここで、路線上のアドレスは、予め設定されているアドレスである。拠点装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、線路上のアドレスをデータとして予め所有する。区域６Ａは、拠点装置２Ａが列車を制御対象として設定する区域（制御区域）である。区域６Ｂは、拠点装置２Ｂが列車を制御対象として設定する区域（制御区域）である。区域６Ｃは、拠点装置２Ｃが列車を制御対象として設定する区域（制御区域）である。

区域７Ａは、拠点装置２Ａが列車の在線を把握可能な在線把握区域である。拠点装置２Ａは、無線基地局３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３、…を介して列車から送られてくる列車位置情報を受け取り、在線情報を構築すると共に、隣の拠点装置２Ｂからも在線情報を受け取ることができる。なお、隣の拠点装置２Ｂからの在線情報を受け取るときの動作は後で詳しく説明する。

なお列車は位置検出器により、自らの位置を把握できる。位置検出器としては、例えば、GPS (Global Positioning System)、あるいは列車の車軸回転数を計測するタコジェネレータを用いることができる。位置検出器としては他に種々の方式が可能であり、列車位置検出システムを活用することも可能である。列車の位置に応じて列車位置情報が車上制御装置から拠点装置に向けて送信される。拠点装置は、入力した列車位置情報と予め所有するアドレスとを対比して、列車の在線情報（どの列車がどこのアドレスに存在する）を構築することができる。

区域７Ｂは、拠点装置２Ｂが列車の在線を把握可能な在線把握区域である。拠点装置２Ｂは、無線基地局３Ｂ１、３Ｂ２、３Ｂ３、…を介して列車から送られてくる列車位置情報を受け取り、在線情報を構築すると共に、隣の拠点装置２Ａ、２Ｃからも在線情報を受け取ることができる。

区域７Ｃは、拠点装置２Ｃが列車の在線を把握可能な在線把握区域である。拠点装置２Ｃは、無線基地局３Ｃ１、３Ｃ２、３Ｃ３、…を介して列車位置情報を受け取り、在線情報を構築すると共に、隣の拠点装置２Ｂからも在線情報を受け取ることができる。

区域８Ｄは、拠点装置Ａと拠点装置Ｂの両方が、同じ列車の在線を把握することができる在線把握オーバーラップ区域である。区域８Ｅは、拠点装置Ｂと拠点装置Ｃの両方が同じ列車の在線を把握することができる在線把握オーバーラップ区域である。

区域８Ｄは、無線伝播オーバーラップ領域９Ａを含み、この領域９Ａよりも路線上を拡張した範囲であり、区域８Ｅは、無線伝播オーバーラップ領域９Ｂを含み、この領域９Ｂよりも路線上を拡張した範囲である。なお名称として、区域は、区管、地帯、地域と称してもよい。また図１において、Ｇ１−Ｇ９は、線路Ｈ１上の列車である。

次に、図１に示す列車制御システムによる列車の制御について概略的に説明する。

まず、指令所装置１は、路線における各列車の運行スケジュールの基となるダイヤ管理を行う。また、指令所装置１は、拠点間ネットワーク１１を介して各拠点装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，・・・・から送信されてくる各列車の在線情報（各列車が何処に位置するかに関する情報）を収集する。指令所装置１は、各列車の運行スケジュールと各列車の在線情報等を基に、必要に応じてルート設定要求を各拠点装置に対して送信する。

ルート設定要求とは、列車が走行予定ルートを安全に走行できるようにするための準備の要求である。ルート設定要求を受信した拠点装置では、管轄領域に存在する各列車の在線位置を把握しながらルート設定要求の基となっているルートの設定を行う。たとえば、拠点装置は、当該列車の走行予定ルート上に他列車が存在したり，当該列車の走行予定方向に転換されていない分岐器が存在したりしないかどうかを確認する。この確認結果に基づいて、拠点装置は、転てつ装置に対して分岐器の転換指令を送信する場合がある。転てつ装置が分岐器の転換を完了したことを確認すると、拠点装置は、対象となる転てつ装置を鎖錠（ロック）する。

このようなルート設定を行った場合、拠点装置は、当該列車がどの地点まで走行できるかを示す停止限界位置を設定する。この停止限界位置情報は、無線基地局を介して目的の列車の車上制御装置へ送信される。また、拠点装置は、併せて各種の速度制限を示す情報等も、無線基地局を介して目的の列車の車上制御装置へ送信する。

一方、列車の車上制御装置は、列車に搭載される各種の機器と車内ネットワークにより接続される。車上制御装置では、地上制御装置から受信した停止限界位置情報及び各種速度制限情報等に基づいて列車速度を監視しながら自動列車制御を行う。車上制御装置は、必要に応じて保安ブレーキ制御（たとえば、先行列車への追突回避制御、あるいは分岐器上での脱線回避制御などのための減速及び停止制御）を実施する。また、車上制御装置では、自らの速度検知および位置検知を行って、当該列車の先端および尾端位置情報を車上無線局と無線基地局とを経由して拠点装置に送信する。

以上のように、当該列車制御システムでは、地上制御装置と車上制御装置がデータ通信を行うことにより、列車の安全かつ円滑な走行を制御している。すなわち、列車制御システムでは、列車の安全かつ円滑な走行を制御するため、地上制御装置と車上制御装置とが円滑かつ確実にデータ通信を行うことが必要である。

そのために、拠点装置は、自らの管轄する列車の在線を把握する区域において列車位置把握の連続性を維持している。そして車上制御装置から拠点装置に向けての在線情報の伝達パスを確保している。これは、列車制御システムにおいては、各拠点装置は、自分で管轄すべき制御対象区域内に在線する列車に対しては、確実に制御指令を伝達しなければならないからである。

ここで、拠点装置２Ａの在線把握区域７Ａと、拠点装置２Ｂの在線把握区域７Ｂとがオーバーラップする在線把握オーバーラップ区域８Ｄについて考えてみる。

この在線把握オーバーラップ区域８Ｄに列車が在線している場合には，本実施形態では、拠点装置２Ａと拠点装置２Ｂとは当該列車の在線情報を共有化している。これは，ひとたび当該列車がある拠点装置の在線把握区域に進入したならば，該拠点装置は該列車の列車在線位置を連続的に把握されなければならないからである（これは，車上制御装置から拠点装置に向けての在線情報の伝達パスを確実に確保することを意味する）。

＜伝送方式＞
まず、車上制御装置と拠点装置間の無線伝送においては、車上制御装置が拠点装置に対してブロードキャスト方式で情報を送信し、拠点装置が車上制御装置に対してユニキャスト方式で各種データを送信する。

理由として、ブロードキャスト方式のみを使用すると、車上制御装置に含まれる車上無線局が接続すべき無線基地局を切り替える際に（ハンドオーバの際に）接続相手となる無線基地局を意識しなくても良いメリットがある。しかしブロードキャスト方式によるデータ連射により無線回線が混雑する事が予想され、その結果、伝送遅延が発生する可能性がある。また，車上無線局と複数の無線基地局が同時に接続される可能性があり、接続状態の管理が煩雑になることが予想される。

従って、拠点装置が車上制御装置に対して指令を伝送する方式としては、ユニキャストを使用する。この無線レイヤでのユニキャスト方式の採用は、車上無線局と無線基地局との間でのＡＣＫ(acknowledge))／ＮＡＣＫ(non-acknowledge)、無線伝送リトライ等の手続きにより無線レイヤでの接続が確実に行なわれるメリットを有する。

以上より、無線基地局間から車上無線局への伝送回線は、ユニキャスト方式を使用することによって伝送効率面で無駄のない通信が出来、車上無線局は同時に複数の無線基地局と接続されないため、車上無線局と無線基地局において接続状態の管理が単純になるとともに、無線レイヤでの接続の確実性が向上する。その結果，車上制御装置から拠点装置への通信において、車上無線局と無線基地局間における接続状態の管理を単純化することが出来る。

＜列車の在線把握状態を連続して維持する仕組み＞
拠点装置２Ｂが，ある列車の追跡を開始してから終了するまでに焦点を当てて説明する。拠点装置２Ｂの在線把握区域７Ｂにおいて、拠点装置２Ｂと当該列車とが連続的に無線接続されていれば，当該列車の位置情報Ｘを以下の形で連続的に保持することが出来る。

X(i), X(i+1), X(i+2), ,X(i+3), X(i+4), X(i+5), X(i+6), X(i+7), X(i+8), x(i+9), X(i+10), X(i+11), X(i+12), X(i+13), X(i+14), X(i+15), X(i+16), X(i+17),・・・
この時、拠点装置２Ｂ自身が，無線伝送経由で以下に示す位置情報の一部が取得出来ない場合を想定する。

X(i)、 X(i+1)、 X(i+2)、 、X(i+3)、 X(i+4)、 X(i+5)、 X(i+6)、 X(i+7)、 X(i+8)、 x(i+9)、 X(i+10)、＜・・・・・＞、 X(i+15)、 X(i+16)、 X(i+17)、・・・
（上記は、拠点装置Ｂ自身が自ら管理する無線基地局経由で X(i+11)、 X(i+12)、 X(i+13)、 X(i+14)の情報を取得することが不可な状況を意味している。）
しかし、沿線ネットワーク、拠点間通信ネットワークを含めた伝送システム自体がダウンしていなければ，隣接の拠点装置２Ａまたは拠点装置２Ｃが当該列車と無線接続されているため，拠点装置２Ｂが取得できなかった、
X(i+11)、 X(i+12)、 X(i+13)、 X(i+14)
の各位置情報を拠点間通信ネットワーク１１経由で取得することが出来る。

ここで，拠点装置２Ｂは、車上制御装置からの電文に付される通番チェックにより、隣接する拠点装置から受信した情報の整合性確認（位置情報の時系列的整合性のチェック）を行なうことが出来る。

＜在線把握オーバーラップ領域を走行する列車からの列車位置情報授受の具体例＞
拠点装置２Ｂに焦点を当てて実施例を説明する。列車からは列車位置情報が送信される。在線情報は、列車位置情報のほかに各種の情報、列車ＩＤ、速度、機器状態（その他のデータ）などを含むが、以下は列車位置情報を取り上げて説明する。

＜列車Ｇ１＞ 列車Ｇ１からの列車位置情報を伝送パスＳ１経由で受信した拠点装置２Ａは、列車位置情報から列車Ｇ１が在線する在線把握区域を判断する。この例では、拠点装置２Ａは、列車位置情報から列車Ｇ１が拠点装置Ａ、Ｂの在線把握オーバーラップ領域８Ｄ外に在線していると判断する。この場合、拠点装置２Ａは、拠点装置２Ｂにむけて列車Ｇ１の列車位置情報を送信しなくてもよい。しかしこれは限定されるものではなく、常に列車位置情報を隣の拠点装置にすべて送信するようにしてもよい。

＜列車Ｇ２＞ 次に列車Ｇ２からの列車位置情報を伝送パスＳ２経由で受信した拠点装置２Ａは、列車位置情報から列車Ｇ２が拠点装置Ａ、Ｂの在線把握オーバーラップ領域８Ｄ内に在線している判断する。この場合拠点装置２Ａは拠点装置２Ｂに対して列車Ｇ２の列車位置情報を送信する。

＜列車Ｇ３＞ 次に、列車Ｇ３からの列車位置情報を伝送パスＳ３経由で受信した拠点装置２Ｂは、列車位置情報から、列車Ｇ３が拠点装置Ａ、Ｂの在線把握オーバーラップ領域８Ｄ内に在線していると判断する。この場合、拠点装置２Ｂは、拠点装置２Ａに対して列車Ｇ３の列車位置情報を送信する。

またこの状況では、該列車Ｇ３の在線位置は、無線基地局３Ａ５の管轄領域４Ａ５内でもあるため、無線基地局３Ａ５経由で拠点装置２Ａに対し列車位置情報が届く場合も想定される。逆に、３Ａ５の管轄領域４Ａ５内に列車Ｇ３が在線していた場合に、無線伝播状況により、無線基地局３Ａ５経由で拠点装置２Ａに列車位置情報が伝送されない場合が発生する場合も想定される。このような場合、列車Ｇ３の位置情報を拠点装置２Ａは３Ｂ１→拠点装置２Ｂの経由で列車Ｇ３の在線位置情報を取得することが出来る。

一方では、無線基地局３Ｂ１の管轄領域４Ｂ１内に列車Ｇ３が在線していた場合に、無線伝播状況により、無線基地局３Ｂ１の経由では列車位置情報を取得できない場合が発生することも想定される。このような場合、拠点装置２Ａが列車Ｇ３の列車位置情報を取得しているならば、拠点装置２Ｂは、列車Ｇ３の列車位置情報を無線基地局３Ａ５→拠点装置２Ａの経由で取得することが出来る。

同様に、列車Ｇ７、Ｇ８の列車位置情報は、拠点装置２Ｂ、２Ｃの在線把握オーバーラップ領域８Ｅ内で得られる情報であるため、拠点装置２Ｂと拠点装置２Ｃ相互での情報授受（情報共有化）が行われる。この結果、列車位置把握の連続性維持が可能となる。

＜拠点間ネットワークを利用して、拠点装置から列車への指令の伝達パスの安定確保、連続的確保＞
図２に示すように、今、ある列車Ｇ１１が、拠点装置２Ａの制御領域６Ａから、拠点装置２Ｂの制御区域６Ｂに進入したと仮定する。そして該列車Ｇ１１は、拠点装置２Ａと拠点装置２Ｂの在線把握オーバーラップ区域８Ｄに在線しているものとする。この状況において、拠点装置２Ｂは、必ずしも自らが管理する無線基地局経由で該列車Ｇ１１への伝達パスを確保出来るとは限らない。

このような場合、本実施形態では、拠点装置２Ｂは自らが管理する無線基地局３Ｂ１、３Ｂ２、・・・・経由で該列車への情報伝達を試みると共に、拠点装置２Ａを伝達パス確保の補助手段として活用する。具体的には、拠点装置２Ｂ→拠点間通信ネットワーク１１→拠点装置２Ａ→拠点装置２Ａが管理する無線基地局３Ａ５、３Ａ４、・・・→該列車の車上無線局→該列車の車上制御装置、という伝達パスでの指令伝達も試みることができる。これは、制御区域６Ａよりも広いエリアの無線伝播可能領域５Ａが存在するからである。

上記したように、本実施形態では、列車Ｇ１１が、拠点装置２Ｂの制御区域６Ｂに進入してから拠点装置２Ａと拠点装置２Ｂの在線把握オーバーラップ区域８Ｄを進出するまでの間、拠点装置２Ｂは列車Ｇ１１に対する指令を列車Ｇ１１にユニキャスト送信する、と共に、上流側の拠点装置２Ａに拠点間通信ネットワーク経由で送信する（伝達パスとして拠点装置Ａを利用する）。指令としては、停止限界位置情報，臨速情報などがある。

例えば、拠点装置２Ｂが、列車Ｇ１１（拠点装置２Ａと拠点装置２Ｂの無線伝播オーバーラップ区域８Ｄを走行中）へ伝送パスＳ１１経由で制御指令の伝送を試みる場合がある。この場合、拠点装置２Ｂは、同じ内容の制御指令を拠点間通信ネットワーク１１上の伝送パスＳ１２を利用して、拠点装置２Ａへも送信する。拠点装置２Ａは、拠点装置２Ｂから受信した指令を該当の列車へ伝送パスＳ１３経由で送信する。

列車Ｇ１１は、無線接続されている無線基地局３Ａ５または３Ｂ１の何れか又は両方から指令を受信することが出来る。列車Ｇ１１が無線基地局３Ｂ１経由で制御指令を受信出来ない場合においても、無線基地局３Ａ５経由で同一の指令を受ける事が出来る。列車１１（具体的には、車上制御装置）は、無線基地局３Ａ５と３Ｂ１の両方から同一の指令を受信した場合、受信信号に含まれている例えばタイムスタンプ或いは指令ＩＤを検出し、２つの受信指令が同一内容であることを判定する。このときは、列車１１は、何れか一方の指令を採用する。

同様に、列車Ｇ１２が拠点装置２Ｂと拠点装置２Ｃの在線把握オーバーラップ区域８Ｅに進入してから拠点装置２Ｂの制御区域６Ｂを進出するまでの間，拠点装置２Ｂは当該列車Ｇ１２に対する指令を当該列車にユニキャスト送信する、と共に、下流側の拠点装置２Ｃに拠点間通信ネットワーク経由で送信する（伝達パスとして拠点装置２Ｃを利用する）。

例えば、拠点装置Ｂと拠点装置Ｃの無線伝播オーバーラップ区域８Ｅを走行中の列車Ｇ１２が、伝送パスＳ１４経由の指令を無線基地局３Ｂ５から受信できない場合がある。しかしこの場合、列車Ｇ１２は、拠点装置２Ｂ、情報伝送パスＳ１５、拠点装置２Ｃ、伝送パスＳ１６を経由し、無線基地局３Ｃ１から指令を受信することが出来る。

以上の仕組みによって，無線伝播オーバーラップ領域９Ａ，９Ｂを列車が走行する場合において各拠点装置は自らの制御区域に在線する列車に対する指令の伝達パスを確実に確保することが出来る。

＜各種区域のパラメータ変更機能＞
無線伝送においては、無線設備の設置環境（アンテナの設置位置、周辺の地形、建物など）の条件により、設計上の電波領域と、実際の電波領域が異なることが予想される。電波領域とは、図１、図２で示した無線伝播可能領域５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、無線伝播オーバーラップ領域９Ａ、９Ｂなどである。

このような場合は、制御区域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、在線把握区域７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、在線オーバーラップ区域８Ｄ、８Ｅなどをチューニングする必要がある。これらの区域は、拠点装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃが例えば路線の固定位置データ（アドレス）を認識することにより、拠点装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃによって設定されている。例えば、線路のアドレステーブルに対して、各種の区域の境界（スタートアドレス及びエンドアドレス）が対応付けられる。

図３、図４には、各種区域（制御区域，在線把握区域）の境界をパラメータ化し、現地のパラメータチューニングを可能な本実施形態を示している。代表して拠点装置２Ａのパラメータのチューニングに関して説明する。パラメータ変更が可能な外部端末１１０（例えばパーソナルコンピュータ）が拠点装置２Ａに接続される拠点間ネットワーク１１に接続される。次に、外部端末１１０は、拠点装置２Ａに登録されている情報を、拠点間ネットワーク１１経由で取得する。次に外部端末１１０は、拠点装置２Ａに登録されているパラメータを表示する。この状態において、管理者は、現地試験結果に対してパラメータを変更し拠点装置２Ａへ再度登録する。

現地試験結果とは、例えば、拠点装置２Ａにより管轄される無線伝播可能領域の電波のエネルギーを、テスターを用いて、管理者が測定した結果である。この測定により無線伝播可能領域５Ａが特定される。無線伝播可能領域５Ａは、予め設定されている路線の固定位置データ（アドレス）を用いてシステムにより把握される。

上記したように管理者は、チューニングが必要な拠点装置のパラメータを次々と調整することができる。図４は、外部端末１１０からみた、各拠点装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃのパラメータのデータ配列の例を示している。この結果、各種区域は、構成要素の設置環境に合わせて、容易にチューニングが可能となり、作業に要するコスト低減や、良好な無線接続環境を得ることが可能になる。

＜拠点装置、車上制御装置の内部機能ブロック＞
図５は、拠点装置２Ｂの内部機能ブロックと、列車に搭載される車上制御装置１１１の内部の機能ブロックを簡単に示している。図５は、拠点装置２Ｂを代表して示している。他の拠点装置２Ａ及び２Ｃも拠点装置２Ｂと同様な構成である。

拠点装置２Ａは、拠点間ネットワーク及び沿線ネットワークと接続されるネットワークインターフェース３０１を有する。また拠点装置２Ａは、拠点装置２Ａ及び２Ｂと相互通信を行うために利用される拠点間データ処理機３０２を有し、また、指令所装置１と相互通信を行うための指令所間データ処理器３０３を有する。さらに拠点装置２Ａは、車上制御装置との間で相互通信を行うための列車間データ処理器３０４、データ解析器３０５、記憶媒体３０６、及び中央演算処理器（ＣＰＵ）を含む。ＣＰＵ３０７は、この拠点装置２Ｂ内の各ブロックを統合的に制御している。記憶媒体３０６には、各種のパラメータ、ソフトウエア、一時保存データなどが記憶される。さらにユニキャスト用回路３１１、ブロードキャスト用回路３１２が設けられ、無線通信相手に応じて切替えられる。また各種データのファイルを管理するファイル管理器３１４が設けられている。

車上制御装置１１１は、大きく分類すると、車上データ処理装置４００、車上無線局５００を有する。車上データ処理装置４００は、車上ネットワークインターフェース４０１、列車位置検出器４０２、列車速度検出器４０３、データ解析器４０４、指令反映器４０５を含む。中央演算処理器（ＣＰＵ）４０７は、この車上制御装置１１１内の各ブロックを統合的に制御している。さらに記憶媒体４０６を有し、各種のパラメータ、ソフトウエア、一時保存データなどを格納することができる。さらにユニキャスト用回路４１１、ブロードキャスト用回路４１２が設けられ、無線通信相手に応じて切替えられる。また各種データのファイルを管理するファイル管理器４１４が設けられている。

拠点装置に向けてデータ送信が行われるときは、ブロードキャスト用回路４１２が主導的に動作し、拠点装置からのデータが受信され処理されるときは、ユニキャスト用回路４１１が主導的に動作する。拠点装置からの指令が車上無線局５００を介して受信されたとき、該指令は、データ解析器４０４で解析される。解析結果は、指令反映器４０５に伝送される。指令反映器４０５は、指令内容に応じて、車上の各種の機器系統（ブレーキ、速度系統）を制御する。速度検出器４０３は、列車速度検出器４０３は、ＣＰＵ４０７の制御の元で、列車速度を検出する。検出された速度情報は車上インターフェース４０１を介して車上無線局５００に伝送され、ブロードキャスト方式により送信される。

＜在線情報の追跡管理系統＞
図６は、列車の在線把握を連続して維持するために、在線情報が拠点装置で追跡管理されている様子を示している。

拠点装置２Ｂを中心に説明する。まずそれぞれの拠点装置２Ａ、２Ｂ、２Ｃの記憶媒体には、下流側の拠点装置と共有される共有在線情報６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ、専用の在線情報６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、下流側の拠点装置と共有される共有在線情報６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃを格納する領域が確保されている。なお在線情報は、列車の先頭位置や後端位置，列車運転方向をも含んでよい。

例えば在線把握オーバーラップ区域７Ａに在線する列車Ｇ２１からブロードキャスト方式で送信される列車位置情報は、共有在線情報６１Ａ及び６１Ｂ内含まれて、それぞれ拠点装置２Ａ、２Ｂにて管理される。列車Ｇ２１の在線情報を、何れか一方の拠点装置（例えば２Ａ）が受信したとしても、この拠点装置２Ａは、他方の拠点装置２Ｂに拠点間ネットワーク１１を介して同じ列車Ｇ２１の在線情報を送信する。在線把握オーバーラップ区域７Ｂに在線する列車Ｇ２３に関しても、その在線情報は、共有在線情報６３Ｂ，及び６１Ｃ内にそれぞれ存在し、拠点装置２Ｂ、２Ｃにて管理される。

上記したように、在線把握オーバーラップ区域に在線する列車は、隣接する拠点装置の共有在線情報で管理されている。このために、列車の在線把握が正確に行われる。また、列車が在線把握オーバーラップ区域に在線し、拠点装置が当該列車に指令を伝送する場合には、隣接する拠点装置が伝達パス確保の補助手段として活用される。

本開示による一実施例では、地上制御装置と車上制御装置との間で、通信回線がより一層安定して連続して確保され、情報交換が正確で確実に行われる。

＜拠点装置から列車へ伝送信号のフォーマットの例、及び拠点装置から隣接拠点装置への伝送信号フォーマットの例＞
図７（Ａ）には、拠点装置から列車へ指令を送信する場合に利用される、送信信号のフォーマットの一例を示している。このフォーマットは一例であり、このフォーマットに限定される必要はない。先頭の領域には、管轄領域の列車に指令を与える拠点装置のＩＤ７０１が配置される。次の領域には、この拠点装置が指令を発した通番（例えばタイムスタンプ或いは指令番号）７０２などが配置される。次の領域には、制御対象とする列車ＩＤ７０３が配置され、次の領域には、指令７０４が配置される。さらに次の領域には、送信信号のエラーチェック及び訂正を行うためのCyclic redundancy check（ＣＲＣ)７０５が配置され、次の領域には、送信先編成ＩＤ７０６が配置されている。列車編成ＩＤには、列車を編成している複数の車両のＩＤが含まれている。さきの列車ＩＤは列車を編成している列車全体のＩＤである。

図７（Ｂ）は、拠点装置から隣接の拠点装置を介して指令を同心する場合に利用される送信信号のフォーマットの一例を示している。このフォーマットは一例であり、このフォーマットに限定される必要はない。この送信信号のフォーマットは、図７（Ａ）のフォーマットに対して、先頭にヘッダー７１１が付加されている。このヘッダー７１１のＩＰアドレスは、隣接する拠点装置のＩＰアドレスである。他の情報は、図７（Ａ）と同じである。

図８は、列車の進行方向を左から右とし、ブレーキ制御による速度変化パターンの例を示している。Ｐ０−Ｐ５は、先行する列車の位置、Ｒ０−Ｒ５は後方の列車の位置であるとする。今、列車Ｇ３１とＧ３２に注目する。後方の列車Ｇ３１は、前方の列車Ｇ３２に対して、追突を避けるためのブレーキ制御開始位置Ｒ０よりもさらに後方を走行している。したがって、この列車Ｇ３１とＧ３２の関係においては、列車Ｇ３１は、速度Ｖ１で走行してもよい。次に、列車Ｇ３２とＧ３３に注目する。後方の列車Ｇ３２は、前方の列車Ｇ３３に対して、追突を避けるためのブレーキ制御開始位置Ｒ３に到達している。この場合は、管轄している拠点装置から、ブレーキ特性Ｒ３−Ｐ４を実施するためのブレーキ制御信号が、列車Ｇ３２に送信される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・指令所装置、２Ａ−２Ｃ・・・拠点装置、３Ａ１−３Ａ５、３Ｂ１−３Ｂ５、３Ｃ１−３Ｃ５・・・無線基地局、１１・・・拠点間ネットワーク、１２Ａ−１２Ｃ・・・沿線ネットワーク、４Ａ１−４Ａ５、４Ｂ１−４Ｂ５、４Ｃ１−４Ｃ５・・・管轄領域、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ・・・無線伝播可能領域、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ・・・制御区域、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ・・・在線把握区域、８Ｄ、８Ｅ・・・在線オーバーラップ区域、９Ａ、９Ｂ・・・無線伝播オーバーラップ領域、Ｇ１−Ｇ９・・・列車、１１１・・・車上制御装置、３０１・・・ネットワークインターフェース、３０２・・・拠点間データ処理器、３０３・・・指令所間データ処理器、３０４・・・列車間データ処理器、３０５・・・データ解析器、３０６・・・記憶媒体、３０７・・・ＣＰＵ，３１１・・・ユニキャスト用回路、３１２・・・ブロードキャスト用回路、４０１・・・車上ネットワークインターフェース、４０２・・・列車位置検出器、４０３・・・列車速度検出器、４０４・・・データ解析器、４０５・・・指令反映器、４０６・・・記憶媒体、４０７・・・ＣＰＵ、４１１・・・ユニキャスト用回路、４１２・・・ブロードキャスト用回路。

Claims (8)

1. 線路上の列車に搭載された車上制御装置が、地上側の地上制御装置に向けて列車位置情報を無線伝送し、前記地上制御装置が、前記車上制御装置に向けて列車制御のための指令を無線伝送する列車制御システムにおいて、
   前記地上制御装置は、
   第１の沿線ネットワークに接続され、前記線路の沿線に無線伝播可能な第１の無線伝播可能領域を設定した無線基地局の第１グループと、
   第２の沿線ネットワークに接続され、前記線路の沿線に無線伝播可能な第２の無線伝播可能領域を設定しており、ここで前記第１と第２の無線伝播可能領域が無線伝播オーバーラップ領域を形成している、無線基地局の第２グループと、
   前記第１の沿線ネットワークに接続され、前記列車位置情報に基づいて列車位置を把握するための第１の在線把握区域を設定した第１の拠点装置と、
   前記第２の沿線ネットワークに接続され、前記列車位置情報に基づいて列車位置を把握するための第２の在線把握区域を設定しており、ここで前記第１と第２の在線把握区域が、前記無線伝播オーバーラップ領域よりも拡大された在線把握オーバーラップ区域を形成している、第２の拠点装置と、
   前記第１と前記第２の拠点装置にそれぞれ設けられており、前記在線把握オーバーラップ区域で一方が取得した在線情報を、拠点間ネットワークを介して他方の拠点装置に送信するための拠点間データ処理器と、を有する列車制御システムにおける地上制御装置。
2. 前記第１及び第２の拠点装置は、前記複数の無線基地局を介して、前記車上制御装置からブロードキャスト方式で送信された信号を受け取るブロードキャスト用回路を有する請求項１記載の地上制御装置。
3. 前記第１及び第２の拠点装置は、前記複数の無線基地局を介して、前記車上制御装置に対してユニキャスト方式で指令を送信するためユニキャスト用回路を有する請求項２記載の地上制御装置。
4. 前記第１又は第２の拠点装置は、前記在線把握オーバーラップ区域に在線する列車に指令を送信する場合、
   対応する前記第１又は第２のグループ内の無線基地局を介して送信するとともに、前記拠点間ネットワークを介して隣接する前記第２又は第１の拠点装置とこの第２又は第１の拠点装置に対応する前記第２又は第１のグループ内の無線基地局を経由して送信する手段を有する請求項１記載の地上制御装置。
5. 前記第１及び第２の拠点装置は、外部端末と接続可能であり、前記外部端末の操作に応じてそれぞれ前記第１及び第２の在線把握区域を可変する在線把握区域可変手段を有する請求項１記載の地上制御装置。
6. 前記第１及び第２の拠点装置は、それぞれの前記第１及び第２の在線把握区域を設置環境に合わせて変更するために使用するデータベースを有する請求項１記載の地上制御装置。
7. 拠点間ネットワークに接続された第１及び第２の拠点装置と、
   前記第１及び第２の拠点装置にそれぞれ接続され、線路上を走行する列車からの列車位置情報に基づいて列車位置を把握する、在線把握オーバーラップ区域を有する第１及び第２の在線把握区域を設定している、第１及び第２の沿線ネットワークと、
   前記第１及び第２の沿線ネットワークにそれぞれ接続され、前記線路の沿線に、無線伝播オーバーラップ領域を有する第１及び第２の無線伝播可能領域を設定している、無線基地局の第１グループ及び無線基地局の第２グループと、
   前記第１及び第２の拠点装置にそれぞれ設けられ、前記在線把握オーバーラップ区域で一方が取得した在線情報を、拠点間ネットワークを介して他方の拠点装置に送信する手段と、
   前記第１及び第２の拠点装置にそれぞれ設けられ、前記列車に向けて指令を送信する場合は、ユニキャスト方式で送信し、かつ、一方の拠点装置は、対応する無線基地局を介して前記列車に指令を伝送するとともに、同一指令を他方の拠点装置にも伝送する手段と、
   前記第１及び第２の拠点装置にそれぞれ設けられ、前記列車からの在線情報を受信する場合は、ブロードキャスト方式で受信する手段を有する列車制御システムにおける地上制御装置。
8. 拠点間ネットワークに第１及び第２の拠点装置を接続し、
   前記第１及び第２の拠点装置にそれぞれ第１及び第２の沿線ネットワークを接続し、
   前記第１及び第２の沿線ネットワークにそれぞれ、無線基地局の第１グループと無線基地局の第２グループを接続し、
   前記無線基地局の第１グループと前記無線基地局の第２グループでは、それぞれ、線路の沿線に、無線伝播オーバーラップ領域を形成した第１及び第２の無線伝播可能領域を設定し、
   第１及び第２の拠点装置では、それぞれ、前記線路上を走行する列車からの列車位置情報に基づいて列車位置を把握する、在線把握オーバーラップ区域を形成した第１及び第２の在線把握区域を設定し、
   前記第１及び第２の拠点装置では、前記在線把握オーバーラップ区域で一方の拠点装置が取得した在線情報を、拠点間ネットワークを介して他方の拠点装置に送信し、
   前記第１及び第２の拠点装置が前記無線基地局を介して前記列車に指令を送信する場合は、ユニキャスト方式で該指令を送信し、かつ、一方の拠点装置は、対応する無線基地局を介して前記列車に指令を伝送するとともに、同一指令を他方の拠点装置にも伝送し、
   前記列車から前記第１及び第２の拠点装置に向けて在線情報を送信する場合は、ブロードキャスト方式で送信する、
   列車制御システムにおける列車制御システムにおける通信方法。

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