JP5926097B2 - 列車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、列車走行路に沿って配設した複数の地上装置を介して列車を無線制御する列車制御装置に関する。

列車走行路を複数の制御区間に区分し、それぞれの制御区間毎に配設した地上装置を介して列車を無線制御する列車制御装置が既に実用されている。このような列車制御装置において、地上装置は、夫々無線機を備え、列車に備わる車上無線機との間で列車制御に関わる信号を送受する。ここで、ある１つの制御区間からこれに連続する他の制御区間に列車が進入する場合に、上記１つの制御区間を管轄する地上装置から、他の制御区間を管轄する地上装置に、列車に対する制御権を引き継ぐ必要が生じる。これに対処する技術として、連続する制御区間の境界である制御区間境界に列車が到達した時点で、列車に対する制御権を引き渡すものが存在する。下記特許文献１は、制御区間境界を中心として列車進行方向前後に伸びる列車位置共用検知領域を設定し、列車がこの領域内を走行している間に、車上無線機が送信する列車位置情報をそれぞれの制御区間を管轄する地上装置の間で共有し、双方の地上装置において列車が制御区間境界に達したことを検知した時点で、列車に対する制御権を引き継ぐことを開示している。

特開２００８−０８０９８１号公報（段落番号０００９，００２１〜００２３）

前掲特許文献１の技術は、列車位置共用検知領域において、１つの車上無線機から隣り合う制御区間を管轄する２つの地上装置のそれぞれに対して同一内容の列車位置情報を送信することで、双方の地上装置で列車の現在位置を把握することを可能とする。しかし、異なる制御区間相互での信号混線を防止するため、制御区間又は地上装置毎に異なる通信条件を設定することが実用上必要となる場合がある。前掲特許文献１は、この問題に関する明示的な教示を与えていない。

本発明は、制御区間境界を通過する列車に対する制御権の切替えを的確に行い、安全な列車運行に寄与する列車制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る列車制御装置は、列車走行路の第１区間に設けられた第１地上装置と、前記第１区間に対して列車進行方向に連続する、前記列車走行路の第２区間に設けられた第２地上装置と、を含んで構成され、前記第１地上装置は、前記第１区間において前記第１及び第２区間の境界を終端として定められた制御移行区間に列車が進入したときに、当該列車に備わる第１無線機に対し、前記第１地上装置が定める第１通信条件に従って前記第１地上装置に第１レポート信号を送信するように指示する一方、当該列車に備わる第２無線機に対し、前記第２地上装置が定める第２通信条件に従って前記第２地上装置に第２レポート信号を送信するように指示し、前記第２地上装置は、前記第２無線機からの前記第２レポート信号の受信に応答して、前記第２無線機に対し、前記第２通信条件に従って前記第２地上装置に列車位置情報を含むレポート信号を送信するように指示する。

本発明によれば、列車が制御移行区間に進入したときに、第１地上装置から列車に備わる第１無線機（第１車上無線機）に対して第１レポート信号の返信を指示するとともに、第１地上装置から第２無線機（第２車上無線機）に対し、第２地上装置に対して第２レポート信号を送信するように指示する。ここで、第１車上無線機からの第１レポート信号の送信は、第１地上装置が定める第１通信条件に従って行われる一方、第２車上無線機からの第２レポート信号の送信は、第２地上装置が定める第２通信条件に従って行われる。従って、第２地上装置は、第１及び第２地上装置の間で採用する通信条件が異なる場合であっても第２レポート信号を有効に受信することができる。そして、第２地上装置は、第２車上無線機から第２レポート信号を受信した場合に、これに応答して、第２車上無線機に対し、列車位置情報を含むレポート信号の返信を指示する。これにより、第１地上装置から列車に対する制御権（列車制御権）を引き継ぐ第２地上装置において、列車の現在位置を把握することが可能となり、これをもとに第１地上装置から第２地上装置に列車制御権を切り替えることができる。

本発明の一実施形態に係る列車制御装置の構成図 同上実施形態に係る列車制御装置の動作を示す説明図（列車位置Ｐ１） 同上列車制御装置の、列車位置Ｐ２における動作を示す説明図 同上列車制御装置の、列車位置Ｐ３における動作を示す説明図 同上列車制御装置の、列車位置Ｐ４における動作を示す説明図 同上列車制御装置の、列車位置Ｐ５における動作を示す説明図 同上列車制御装置の、列車位置Ｐ６における動作を示す説明図

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る列車制御装置の構成を示している。
本実施形態において、列車１０が走行する列車走行路Ｒは、所定の距離毎に複数の区間（以下「制御区間」という）に分けられ、それぞれの制御区間に対して地上装置２２が設置されている。図１は、上記複数の区間のうち１つの制御区間にある列車１０を示しており、当該制御区間に設けられた地上装置を符号２２ａによって、当該制御区間に対して列車１０の進行方向に連続する制御区間に設けられた地上装置を符号２２ｂによって示している。地上装置２２ａと地上装置２２ｂとは、無線又は有線によって接続されており、相互に信号を送受することが可能である。

列車１０は、先頭車両に車上無線機（以下「先頭側車上無線機」という）１４ｆを備えるとともに、後尾車両に車上無線機（以下「後部側車上無線機」という）１４ｒを備えている。車両１０の内部に備わる車上装置１２は、当該制御区間の地上装置２２ａに対し、先頭側車上無線機１４ｆ及び後部側車上無線機１４ｒの一方又は双方によって信号を送受することができる。先頭側車上無線機１４ｆは、「第２無線機」に相当し、後部側車上無線機１４ｒは、「第１無線機」に相当する。列車走行路Ｒに沿って所定の間隔を空けて複数の地上無線機２４，２４，…が設けられており（図１は、当該制御区間に備わる１つの地上無線機２４のみを示す）、車上装置１２は、先頭側車上無線機１４ｆ及び後部側車上無線機１４ｒから、地上無線機２４を介して地上装置２２ａに信号を送信する。反対に、車上装置１２は、地上装置２２ａからの信号を、地上無線機２４及び車上無線機１４ｆ，１４ｒを介して受信する。

図１において、符号ＣＦは、地上装置２２ａから先頭側車上無線機１４ｆを介して車上装置１２に送信される信号（コマンド信号）を示し、符号ＣＲは、地上装置２２ａから後部側車上無線機１４ｒを介して車上装置１２に送信される信号（コマンド信号）を示す。符号ＲＦは、車上装置１２から先頭側車上無線機１４ｆを介して地上装置２２ａに送信される信号（レポート信号）を示し、符号ＲＲは、車上装置１２から後部側車上無線機１４ｒを介して地上装置２２ａに送信される信号（レポート信号）を示す。

列車１０は、先頭車両先端部に車上受電器（以下「車上子」という）１６を備えており、この車上子１６の出力信号は、車上装置１６に入力される。車上装置１２は、それぞれの制御区間について地上に設置された地上子２６が発生した信号（地上子２６の識別番号）を車上子１６によって検知して、列車１０の絶対位置ＰＲＳを検出するとともに、車輪の回転に応じたパルス信号を発生する速度発電機１８の出力信号をもとに、列車１０が絶対位置ＰＲＳから前進した相対距離ＶＴＤを検出する。そして、絶対位置ＰＲＳに走行距離ＶＴＤを加算して、列車１０の現在位置Ｐを検出する。車上装置１０は、検出した列車位置Ｐを、レポート信号ＲＦ，ＲＲによって地上装置２２ａに送信することができる。

以下に、本実施形態に係る列車制御装置の動作について説明する。
図２〜７は、列車１０に対する制御権の切替えに関する一連の制御の流れを時系列に沿って示している。

図２を参照して説明すると、本実施形態では、列車１０が現在走行している制御区間（以下「送出側制御区間」という）ＣＺ１と、これに対して列車進行方向に連続する制御区間（以下「受入側制御区間」という）ＣＺ２と、の境界である制御区間境界ＣＺＩを当該列車１０に関する停止点（以下「列車停止点」という）として設定し、後に述べる所定の条件が整わない限り、この列車停止点ＣＺＩを有効なものとして維持し、列車停止点ＣＺＩにおける列車１０の通過を禁止する。列車停止点ＣＺＩの存在は、地上装置２２ａによって車上装置１２に通知され、車上装置１２は、上記所定の条件が整ったと判定した場合に、列車１０に関して列車停止点ＣＺＩを解除する一方、それ以外の場合は、列車停止点ＣＺＩ又はこれよりも前方で列車１０を停止させる制御を実行する。

本実施形態では更に、送出側制御区間ＣＺ１において制御区間境界ＣＺＩを終端として制御移行区間ＺＣＲを設定するとともに、列車進行方向に関して制御移行区間ＺＣＲの手前に受入確認要求区間ＷＲＲを設定する。ここで、地上無線機２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，…は、送出側制御区間ＣＺ１及び受入側制御区間ＣＺ２のいずれにおいても等しい一定の間隔を空けて設置されており、１つの地上無線機（例えば、２４ａ）は、隣り合う地上無線機２４ｂに加え、更にその隣りの地上無線機２４ｃに対して信号を送信することが可能な位置関係にある。本実施形態において、制御区間境界ＣＺＩは、送出側制御区間ＣＺ１の終端地上無線機２４ｂと、受入側制御区間ＣＺ２の先頭地上無線機２４ｃと、の双方から等しい距離にある中間位置に定められている。

図２は、列車１０が送出側制御区間ＣＺ１において受入確認要求区間ＷＲＲよりも手前を走行している状態を示している。
送出側制御区間ＣＺ１を走行する列車１０に対する制御権は、当該区間ＣＺ１を管轄する地上装置２２ａが保持する。地上装置２２ａは、地上無線機２４ａから、列車１０の先頭側車上無線機１４ｆに対してコマンド信号ＣＦ１を送信するとともに、後部側車上無線機１４ｒに対してコマンド信号ＣＲ１を送信する。このコマンド信号ＣＦ１，ＣＲ１は、列車１０に対する制御信号（例えば、列車停止点ＣＺＩ）を包含する。先頭側車上無線機１４ｆは、コマンド信号ＣＦ１に応答して地上無線機２４ａにレポート信号ＲＦ１を返信し、後部側車上無線機１４ｒは、コマンド信号ＣＲ１に応答して地上無線機２４ａにレポート信号ＲＲ１を返信する。レポート信号ＲＦ１，ＲＲ１は、列車位置Ｐに関する情報として、車上子１６が検出した絶対位置ＰＲＳ（地上子の識別番号）と、速度発電機１８が検出した走行距離ＶＴＤと、を包含する。

図３は、送出側制御区間ＣＺ１を走行している列車１０が受入確認要求区間ＷＲＲに差し掛かった状態を示している。
列車１０の先頭部が受入確認要求区間ＷＲＲに進入すると、地上装置２２ａは、受入側制御区間ＣＺ２を管轄する地上装置２２ｂに対し、受入確認要求信号ＷＣＲを二地点間回線方式（ｐｏｉｎｔ ｔｏ ｐｏｉｎｔ）によって送信し、列車１０の受入れが可能であるか否かの確認を要求する。地上装置２２ｂは、この信号ＷＣＲを受信すると、列車制御に使用している信号データ列Ｄにおいて空きウィンドウが存在するか否かを確認し、これが存在する場合に、地上装置２２ａに対し、そのウィンドウの識別番号ｎを包含する報告信号ＷＣＡを返信する。この空きウィンドウの指定が「第２通信条件」に相当する。地上装置２２ａは、地上装置２２ｂから空きウィンドウの番号ｎを包含する報告信号ＷＣＡを受信した場合に、車上装置１２に対し、当該列車１０の停止点から列車停止点ＣＺＩを削除する信号を送信し、制御区間境界ＣＺＩの通過を許可する。当該信号の送信は、コマンド信号ＣＦ１，ＣＲ１のいずれによっても行うことができる。これ以外の場合に列車１０を列車停止点ＣＺＩ又はこれよりも手前で停止させることは、先に述べた通りである。

図４は、列車１０が更に前進して、制御移行区間ＺＣＲに差し掛かった状態を示している。
列車１０の先頭部が制御移行区間ＺＣＲに進入すると、地上装置２２ａは、先頭側車上無線機１４ｆに対し、地上装置２２ｂにレポート信号ＲＦ２を送信するように指示するコマンド信号ＣＦ１を送信する。ここで、レポート信号ＲＦ２の送信のために先頭側車上無線機１４ｆに割り当てられるウィンドウは、地上装置２２ｂが報告信号ＷＣＡによって地上装置２２ａに通知した番号ｎのウィンドウである。その一方で、地上装置２２ａは、後部側車上無線機１４ｒに対し、自身（地上装置２２ａ）にレポート信号ＲＲ１を返信するように指示するコマンド信号ＣＲ１を送信する。後部側車上無線機１４ｒに対して指定されるウィンドウは、当該列車１０の制御に関して地上装置２２ａ自身が決定したもので継続する。この継続するウィンドウの指定が「第１通信条件」に相当する。レポート信号ＲＦ２を受信した地上装置２２ｂは、その信号ＲＦ２が包含する列車位置情報（絶対位置ＰＲＳ及び走行距離ＶＴＤ）もとに、列車１０の現在位置Ｐを検出する。地上装置２２ａと地上装置２２ｂとに対して同一内容の列車位置情報が送信されるので、双方の地上装置２２ａ，２２ｂで列車位置Ｐを共有することができる。レポート信号ＲＲ１は、「第１レポート信号」に相当し、レポート信号ＲＦ２は、「第２レポート信号」に相当する。

図５は、列車１０が図４に示す位置から、受入側制御区間ＣＺ２に差し掛からない範囲で前進した状態を示している。
列車１０の先頭部が制御移行区間ＺＣＲに進入して、先頭側車上無線機１４ｆが最初にレポート信号ＲＦ２を送信した後、地上装置２２ａは、先頭側車上無線機１４ｆに対してレポート信号ＲＦ２の送信を指示するコマンド信号ＣＦ１の送信を所定の回数（例えば、５回）繰り返した後、コマンド信号ＣＦ１の送信を停止する。地上装置２２ｂは、レポート信号ＲＦ２の受信を確認すると、先頭側車上無線機１４ｆに対するコマンド信号ＣＦ２の送信を開始する。ここで、コマンド信号ＣＦ２に対するレポート信号ＲＦ２の返信のために先頭側車上無線機１４ｆに割り当てられるウィンドウは、先に地上装置２２ａに対して通知した番号ｎのウィンドウである。列車１０に対する制御権は、地上装置２２ａが引き続き保持しているので、地上装置２２ａは、後部側車上無線機１４ｒに対するコマンド信号ＣＲ１の送信を継続し、後部側車上無線機１４ｒから引き続きレポート信号ＲＲ１を受信する。

ここで、地上装置２２ａからのコマンド信号ＣＦ１の送信を停止するのを、レポート信号ＲＦ２の最初の送信（図４）後とし、停止までの間にコマンド信号ＣＦ１の送信を繰り返すこととしたのは、地上装置２２ｂによってレポート信号ＲＦ２が確実に受信されるようにするための冗長措置である。従って、レポート信号ＲＦ２の最初の１回の送信のみによって地上装置２２ｂにおける受信が担保されるのであれば、先頭側車上無線機１４ｆに対するレポート信号ＲＦ２の最初の送信指示をもってコマンド信号ＣＦ１の送信を停止するようにしてもよい。

図６は、列車１０が受入側制御区画ＣＺ２に差し掛かった状態を示している。
列車１０の先頭部が制御区間境界ＣＺＩを通過し、受入側制御区間ＣＺ２に進入すると、送出側制御区間ＣＺ１を管轄する地上装置２２ａは、列車１０に対する制御を停止する。その一方で、受入側制御区間ＣＺ２を管轄する地上装置２２ｂは、列車１０の先頭部が制御区間境界ＣＺＩを通過したことをもって列車１０に対する制御を開始する。これにより、列車１０に対する制御権が地上装置２２ａから地上装置２２ｂへ移行する。ここで、地上装置２２ａは、地上装置２２ｂに制御権を引き継いだ後も後部側車上無線機１４ｒとの信号送受を続行する。これは、車上装置１２から列車位置情報を取得することによって列車位置Ｐの把握を可能とし、列車１０に後続する別の列車に対する制御にこれを反映させるためである。

図７は、列車１０の後尾部が制御区間境界ＣＺＩを通過し、列車１０全体が受入側制御区間ＣＺ２に進入した状態を示している。
列車１０の後尾部が制御区間境界ＣＺＩを通過すると、地上装置２２ａは、後部側車上無線機１４ｒに対するコマンド信号ＣＲ１の送信を停止する。これに伴い、後部側車上無線機１４ｒからのレポート信号ＲＲ１の受信も停止する。従って、コマンド信号ＣＲ１の送信を停止したことをもって列車位置Ｐの追跡が終了する。地上装置２２ｂは、列車１０の後尾部が制御区間境界ＣＺＩを通過したことをもって後部側車上無線機１４ｒに対するコマンド信号ＣＲ２の送信を開始し、これに応答するレポート信号ＲＲ２を、後部側車上無線機１４ｒから受信する。コマンド信号ＣＲ２に対するレポート信号ＲＲ２の返信のために後部側車上無線機１４ｒに割り当てられるウィンドウは、レポート信号ＲＦ２と同じく先に地上装置２２ａに対して通知した番号ｎのウィンドウである。

このように、本実施形態によれば、列車１０が制御移行区間ＺＣＲに進入したときに、送出側制御区間ＣＺ１を管轄する地上装置２２ａから後部側車上無線機１４ｒに対してレポート信号ＲＲ１の返信を指示するとともに、地上装置２２ａから先頭側車上無線機１４ｆに対し、受入側制御区間ＣＺ２を管轄する地上装置２２ｂに対してレポート信号ＲＦ２を送信するように指示する。ここで、後部側車上無線機１４ｒからのレポート信号ＲＲ１の送信は、列車送出側の地上装置２２ａが定める条件（既に使用しているウィンドウ）に従って行われる一方、先頭側車上無線機１４ｆからのレポート信号ＲＦ２の送信は、列車受入側の地上装置２２ｂが定める条件（空きウィンドウ）に従って行われる。従って、送出側と受入側とで地上装置２２ａ，２２ｂが採用する通信条件が異なる場合であっても地上装置２２ｂにおいてレポート信号ＲＦ２を有効に受信することができる。レポート信号ＲＦ２を受信した地上装置２２ｂは、これに応答して、先頭側車上無線機１４ｆに対し、列車位置情報を含むレポート信号ＲＦ２の返信を指示する（コマンド信号ＣＦ２）。これにより、地上装置２２ａから列車１０に対する制御権を引き継ぐ地上装置２２ｂにおいて、列車位置Ｐの把握が可能となり、これをもとに地上装置２２ａから地上装置２２ｂに列車制御権を切り替える時点を的確に判断することができる。

１０…列車、１２…車上装置、１４ｆ…先頭側車上無線機、１４ｒ…後部側車上無線機、１６…車上子（受電器）、１８…速度発電機、２２ａ…列車送出側の地上装置、２２ｂ…列車受入側の地上装置、２４（２４ａ〜２４ｄ）…地上無線機、２６…地上子、Ｄ…信号データ列、Ｒ…列車走行路、ＣＦ，ＣＲ…コマンド信号、ＲＦ，ＲＲ…レポート信号、ＷＣＲ…受入確認要求信号、ＷＣＡ…受入確認報告信号、ＣＺ１…送出側制御区間、ＣＺ２…受入側制御区間、ＣＺＩ…制御区間境界。

Claims (9)

1. 列車走行路の第１区間に設けられた第１地上装置と、
   前記第１区間に対して列車進行方向に連続する、前記列車走行路の第２区間に設けられた第２地上装置と、
   を含んで構成され、
   前記第１地上装置は、前記第１区間において前記第１及び第２区間の境界を終端として定められた制御移行区間に列車が進入したときに、当該列車に備わる第１無線機に対し、前記第１地上装置が定める第１通信条件に従って前記第１地上装置に第１レポート信号を送信するように指示する一方、当該列車に備わる第２無線機に対し、前記第２地上装置が定める第２通信条件に従って前記第２地上装置に第２レポート信号を送信するように指示し、
   前記第２地上装置は、前記第２無線機からの前記第２レポート信号の受信に応答して、前記第２無線機に対し、前記第２通信条件に従って前記第２地上装置に列車位置情報を含むレポート信号を送信するように指示する、
   列車制御装置。
2. 前記第１及び第２通信条件は、その内容が異なる、請求項１に記載の列車制御装置。
3. 前記第１及び第２レポート信号は、同一内容の列車位置情報を含む、請求項１又は２に記載の列車制御装置。
4. 前記第１地上装置は、前記第１レポート信号が含む列車位置情報をもとに当該列車の位置を検出し、前記列車の位置からその少なくとも先頭部が前記境界を通過したことを検知したときに、当該列車に対する制御信号の送信を停止し、
   前記第２地上装置は、前記列車の位置からその少なくとも先頭部が前記境界を通過したことを検知したときに、当該列車に対する前記制御信号の送信を開始する、
   請求項３に記載の列車制御装置。
5. 前記第１地上装置は、前記列車に対する制御信号の送信を停止した後、当該列車の後尾部が前記境界を通過したことを検知するまで前記列車位置の検出を継続して、当該列車を監視する、請求項４に記載の列車制御装置。
6. 前記第１地上装置は、前記列車が前記制御移行区間に対して所定の距離にまで接近したときに、前記第２地上装置に対して当該列車の受け入れが可能であるか否かの確認を要求し、受入可能である場合に、前記第２地上装置から前記第２通信条件を含む信号を受信する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の列車制御装置。
7. 前記第１地上装置は、前記要求に対して前記第２地上装置から前記第２通信条件を含む信号を受信した場合以外において、前記第１及び第２無線機の少なくとも一方に対し、当該列車を前記境界又はそれよりも手前で停止させる信号を送信する、請求項６に記載の列車制御装置。
8. 前記列車が異なる車両に設置された一対の車上無線機を備える場合に、前記第１無線機は、前記一対の車上無線機のうち後部側に備わる無線機であり、前記第２無線機は、先頭側に備わる無線機である、請求項１〜７のいずれか１つに記載の列車制御装置。
9. 列車走行路の第１区間に設けられた第１地上装置と、
   前記第１区間に対して列車進行方向に連続する、前記列車走行路の第２区間に設けられた第２地上装置と、
   を含んで構成され、
   前記第１地上装置は、
   前記第１区間を走行する列車との間で第１通信条件に従って列車制御に関わる情報を送受する一方、
   前記列車が前記第１及び第２区間の境界に対して所定の距離にまで接近したときに、前記第２地上装置に対し、当該列車の受け入れが可能である場合に、前記第２地上装置が定める第２通信条件を含む信号を前記第１地上装置に返信するように促し、
   前記第２地上装置から前記第２通信条件を含む信号を受信した場合に、前記列車に対して当該列車の停止点から前記境界を削除する信号を送信して当該列車の前記境界の通過を許可する一方、それ以外の場合に、前記列車に対し、当該列車を前記境界又はそれよりも手前で停止させる信号を送信する、
   列車制御装置。