JP6012542B2 - 車上システム、列車通信システムおよび列車通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、地上システムとの間で通信を行う車上システムに関するものである。

従来、列車に搭載されている機器の故障情報を列車から地上の運行管理システム、メンテナンス工場に送信する方法として、例えば、下記特許文献１では、列車研修・列車故障試験装置を配置し、列車、運行管理システム、メンテナンス工場の情報を一体化することにより、故障予測・メンテナンスを効率化する技術が開示されている。

特開平１０−７６９５２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、列車に搭載される機器の構成・機種は列車の形式ごとに異なる。そのため、地上システム側では、どの形式の列車に何の機器を搭載しているかの構成情報を予め用意し、構成情報に従って車上システムから情報を収集する必要があるが、列車には多数の機器が搭載されており、機器および機器を構成する部品の情報を個々に登録するには管理負荷がかかる、という問題があった。また、故障・消耗などで機器・部品を交換または取り外しした場合には情報を変更・削除する必要があり、変更・削除を忘れてしまうと実際に列車に搭載されている機器・部品と管理している情報との間に差異が発生する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、事前登録を行うことなく列車に搭載されている機器の構成情報を含む情報を収集および管理して地上システムへ送信可能な車上システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、地上システムと共に列車通信システムを構成する車上システムであって、列車に搭載され、自身の機器情報および動作状態情報を含む機器構成情報を出力する機器と、前記機器から機器構成情報を取得して管理する管理情報を前記地上システムへ送信する車上通信装置と、を備え、前記車上通信装置は、列車内に搭載された各機器に対して定期的にディスカバリメッセージを送信し、定期的に前記ディスカバリメッセージを送信した結果として各機器から取得する機器構成情報の数が一定数で安定したときは、取得する機器構成情報の数が増加傾向のときよりも前記ディスカバリメッセージを送信する周期を長くし、前記ディスカバリメッセージを受信した機器は、その応答として前記機器構成情報を前記車上通信装置へ出力する、ことを特徴とする。

この発明によれば、事前登録を行うことなく列車に搭載されている機器の構成情報を含む情報を収集および管理して地上システムへ送信することができる、という効果を奏する。

図１は、列車通信システムの構成例を示す図である。 図２は、車上通信装置の構成例を示す図である。 図３は、機器構成情報記憶部に登録されている機器構成情報を示す図である。 図４は、列車通信システムにおいて機器構成情報を取得するシーケンス図である。 図５は、モータから車上通信装置へ通知する機器構成情報の内容を示す図である。 図６は、列車通信システムにおいて機器構成情報を取得するシーケンス図である。

以下に、本発明にかかる車上システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本実施の形態の列車通信システムの構成例を示す図である。列車通信システムは、車上システム１と、地上システム２０と、から構成される。車上システム１および地上システム２０は、無線ネットワーク２４を介して接続している。説明の便宜上、図１では、車上システム１を１つとしているが、これに限定するものではない。また、地上システム２０は、無線ネットワーク２４を介して異なる列車に搭載された複数の車上システム１と接続することが可能である。無線ネットワーク２４としては、例えば、携帯電話、無線ＬＡＮ、ＷｉＭＡＸ、ミリ波等があるが、これらに限定するものではない。

車上システム１は、地上システム２０から無線ネットワーク２４を介して制御され、地上システム２０からの要求により、列車に搭載された機器、部品、各種センサの構成情報（これらを機器構成情報と呼ぶ）を送信する。地上システム２０は、列車の運行管理、メンテナンスを行う際に受信した機器構成情報を使用する。

車上システム１は、車上通信装置２を備える。車上システム１では、車上通信装置２から、無線ネットワーク２４を介して地上システム２０と通信を行う。車上通信装置２は、内部に機器構成情報記憶部３を備える。

車上システム１では、先頭車両と最後尾の車両に中央装置（ここでは、中央装置４，７）と、各車両（号車）に端末（ここでは、端末５，６）を備えている。１号車において、端末５には、各機器（モータ８、ブレーキ９、空調１０、各種センサ１１）が接続されている。２号車において、端末６には、各機器（モータ１２、ブレーキ１３、空調１４、各種センサ１５）が接続されている。

車上通信装置２は、列車に搭載されている機器の情報を収集し、機器構成情報として内部の機器構成情報記憶部３に保持する。なお、図１では、列車は号車を１，２号車の２つとしているが、これに限定するものではなく、３つ以上の号車を接続することも可能である。また、列車に搭載している機器は、モータ、ブレーキ、空調および各種センサに限定するものではなく、他の機器を搭載することも可能である。

地上システム２０は、運行管理システム２１と、メンテンナンスシステム２２と、地上通信装置２３と、を備える。地上システム２０では、地上通信装置２３から、無線ネットワーク２４を介して車上システム１と通信を行う。運行管理システム２１およびメンテンナンスシステム２２は、列車を安全に運行させるためのシステムである。

車上通信装置２の構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態の車上通信装置の構成例を示す図である。車上通信装置２は、車両通信部３０と、機器構成情報収集部３１と、無線通信部３２と、機器構成情報記憶部３と、を備える。車上通信装置２は、中央装置および端末を介して、列車に搭載されている機器の情報をプラグアンドプレイにより、機器構成情報に自動的に収集する。

車両通信部３０は、列車に搭載された機器等との間でデータを送受信する。また、車両通信部３０は、地上システム２０側と列車内の機器等がデータを送受信する場合は、無線通信部３２との間でデータを送受信する。機器構成情報収集部３１は、列車に搭載されている機器、部品、センサと通信し、機器構成情報を収集する。無線通信部３２は、地上システム２０側と通信を行う。機器構成情報記憶部３は、機器構成情報収集部３１において収集した機器構成情報を登録（記憶）し、保持する記憶部である。

図３は、機器構成情報記憶部に登録されている機器構成情報を示す図である。ここでは、一例として、登録順に番号（Ｎｏ）が付与され、各機器について、号車、機器名、型名、製造番号、（ソフトウェアの）バージョン、機器固有情報およびアドレス、の項目の情報が登録されている。号車は、各機器が搭載されている車両の情報であり、交換等により載せ替えが発生しない限り変化しない固定情報である。機器名、型名、製造番号はその機器を識別可能な固定情報である。バージョンは、現在の機器の製品状態を示す情報であり、バージョンアップ等により変動する場合がある。機器固有情報は、機器の動作状態を示す情報であり、項目は機器の種類によって異なり、また、情報の内容は情報取得時点の動作状態によって変動する情報である。アドレスは、各機器が中央装置に対してアドレス要求を行って取得したアドレスの情報である。各機器が、機器構成情報を送信する際に使用するアドレスである。機器固有情報とは、一例として、機器がモータであれば、電流、回転数、速度の情報とし、機器がブレーキであれば、レベルの情報とし、機器が空調であれば、モード、強度、温度とする。

機器構成情報収集部３１は、各機器から機器構成情報を取得すると、図３に示す状態で機器構成情報記憶部３に情報を登録して管理する。ここで、図３では、機器の種類が異なる場合でも各項目について情報が全て記入されているが、一例であり、項目の設定によっては機器によって空欄（情報無し）の項目が発生することになる。例えば、図３では、全ての機器にバージョン情報があるが、ある機器ではバージョンの情報を持たない場合、機器構成情報収集部３１は、その機器から機器構成情報としてバージョンの情報は取得できない。この場合、機器構成情報収集部３１は、その機器についてバージョンの項目は空欄（情報無し）とする。

また、各機器の動作状態の情報を機器固有情報として１つの項目にまとめているが、各動作状態の情報毎に項目を設定してもよい。例えば、図３では機器固有情報とされている項目を、電流、回転数、速度、レベル、モード、強度、温度等、個別に設定する。この場合、電流、回転数、速度、の項目については、モータのみが情報を登録され、ブレーキ、空調では空欄（情報無し）となる。同様に、レベルの項目については、ブレーキのみが情報を登録され、モータ、空調については空欄（情報無し）となる。また、モード、強度、温度の項目については、空調のみが情報を登録され、モータ、ブレーキについては空欄（情報無し）となる。機器構成情報記憶部３において機器構成情報として管理する項目の数・種類は、任意に設定可能とする。

つづいて、列車通信システムにおいて、車上システム１が列車に搭載された機器から機器構成情報を取得し、地上システム２０へ送信する動作について説明する。図４は、列車通信システムにおいて機器構成情報を取得するシーケンス図である。ここでは、一例として、車上通信装置２が、１号車の機器（モータ８、ブレーキ９、空調１０）から機器構成情報を取得する場合について説明する。

まず、列車の電源が投入されると、列車に搭載されている機器は中央装置４に対してアドレス要求を送信する。具体的に、モータ８は、中央装置４へアドレス要求を送信し（ステップＳ１）、中央装置４は、モータ８からのアドレス要求の応答として、アドレスを割り当ててモータ８へアドレスを通知する（ステップＳ２）。同様に、ブレーキ９は、中央装置４へアドレス要求を送信し（ステップＳ３）、中央装置４は、ブレーキ９からのアドレス要求の応答として、アドレスを割り当ててブレーキ９へアドレスを通知する（ステップＳ４）。また、空調１０は、中央装置４へアドレス要求を送信し（ステップＳ５）、中央装置４は、空調１０からのアドレス要求の応答として、アドレスを割り当てて空調１０へアドレスを通知する（ステップＳ６）。

つぎに、車上通信装置２では、機器構成情報収集部３１が、列車に搭載されている機器を検出するため、車両通信部３０からマルチキャストでディスカバリメッセージを送信する（ステップＳ７）。

車上通信装置２からディスカバリメッセージを受信したモータ８、ブレーキ９、空調１０の各機器は、ディスカバリメッセージに対する応答として機器構成情報を通知する。そして、車上通信装置２は、各機器から取得した機器構成情報を登録する。ここで、各機器が機器構成情報を通知する方法について説明する。図５は、モータから車上通信装置へ通知する機器構成情報の内容を示す図である。モータ８が、自身で管理している、他の機器と識別可能な自身の機器情報、その時点の動作状態を示す情報について、情報の内容を（フィールド、値）として通知する。フィールドと対応する値、の情報の数は機器によって異なる。

なお、図５に示す機器構成情報の通知方法は一例であって、これに限定するものではなく、他の方法によって通知することも可能である。また、図５に示す（フィールド、値）の並びは一例であって、その順番は図３で示す機器構成情報記憶部３での項目順とは異なっていてもよい。車上通信装置２では、機器構成情報収集部３１が、各機器から取得した機器構成情報について、取得した情報の並び順に係わらず、機器構成情報記憶部３に設定されている項目に合致する項目のところに各機器から取得した情報を登録していく。機器構成情報収集部３１は、設定されていない項目について機器構成情報として取得した情報は、図３に示す機器固有情報の項目に登録する。これにより、車上通信装置２では、あらかじめ列車に搭載された機器からどのような情報（機器構成情報）を取得するのか、全てを把握しなくても、各機器から取得した機器構成情報を管理することができる。

図４に戻って、モータ８は、ディスカバリメッセージを受信すると、自身の機器構成情報を車上通信装置２へ通知し（ステップＳ８）、車上通信装置２では、機器構成情報収集部３１が、車両通信部３０経由で機器構成情報を取得すると、機器構成情報記憶部３に取得した機器構成情報を登録する（ステップＳ９）。同様に、ブレーキ９は、ディスカバリメッセージを受信すると、自身の機器構成情報を車上通信装置２へ通知し（ステップＳ１０）、車上通信装置２では、機器構成情報収集部３１が、車両通信部３０経由で機器構成情報を取得すると、機器構成情報記憶部３に取得した機器構成情報を登録する（ステップＳ１１）。また、空調１０は、ディスカバリメッセージを受信すると、自身の機器構成情報を車上通信装置２へ通知し（ステップＳ１２）、車上通信装置２では、機器構成情報収集部３１が、車両通信部３０経由で機器構成情報を取得すると、機器構成情報記憶部３に取得した機器構成情報を登録する（ステップＳ１３）。

そして、車上通信装置２では、無線ネットワーク２４経由で地上システム２０から機器構成情報の取得要求を受信すると（ステップＳ１４）、無線通信部３２が、機器構成情報記憶部３から登録されている機器構成情報を読み出して、機器構成情報を無線ネットワーク２４経由で地上システム２０へ送信する（ステップＳ１５）。これにより、地上システム２０では、運行管理システム２１およびメンテナンスシステム２２が、地上通信装置２３を介して、車上システム１からの機器構成情報を取得し、列車を安全に運行させるために、またメンテナンス時の情報として利用することができる。

このように、車上システム１が、列車に搭載されている機器・部品の製造情報、バージョン情報等、各種センサの情報を列車側でプラグアンドプレイにより自動的に収集し、収集した情報を地上システム２０に送信することにより、列車通信システムでは、列車の運行管理、メンテンナンスの効率化を図ることができる。

なお、図４では、ディスカバリメッセージを１回だけ送信する場合について説明したが、これに限定するものではない。車上通信装置２は、定期的にディスカバリメッセージを送信し、その応答として各機器から機器構成情報を取得することで、機器の構成情報の変更有無を確認すると共に、機器固有情報から最新の動作状態を把握することができる。

また、図４では、車上通信装置２からディスカバリメッセージを送信するタイミングが、各機器がアドレス通知を受けてからとなっているが、車上通信装置２では、各機器がアドレス通知を受けているかどうかを確認していない。そのため、全ての機器がアドレス通知を受ける前、例えば、図４に示すステップＳ４とステップＳ５の間で車上通信装置２がディスカバリメッセージを送信することも想定される。そのため、車上通信装置２は、定期的にディスカバリメッセージを送信する場合に、ディスカバリメッセージを送信した応答として各機器から取得できる機器構成情報の数が増加傾向のときは頻繁にディスカバリメッセージを送信し、各機器から取得できる機器構成情報の数が一定数で安定した以降は、増加傾向のときよりもディスカバリメッセージの送信周期を長くする。これにより、車上通信装置２は、列車に搭載されている機器からの機器構成情報を、漏れなくより確実に取得することができる。

また、図４では、車上通信装置２は、無線ネットワーク２４経由で地上システム２０から機器構成情報の取得要求を受信すると、その応答として、機器構成情報を無線ネットワーク２４経由で地上システム２０へ送信していたが、これに限定するものではない。車上通信装置２は、地上システム２０からの取得要求に係わらず、自発的に機器構成情報を地上システム２０へ送信することも可能である。

なお、本実施の形態では、モータ、ブレーキ、空調について一例として説明したが、列車に搭載されている他の部品・センサ等についても適用可能である。

以上説明したように、本実施例の形態では、車上システムにおいて、車上通信装置が、列車に搭載されている機器、部品、センサ等からの機器構成情報を、列車の形式が異なる場合でもプラグアンドプレイにより自動的に収集し、機器毎に共通する情報は共通情報として管理し、機器によって異なる情報は機器固有情報として管理し、保持することとした。これにより、列車の形式ごとに機器の構成が異なる場合でも、機器の情報を個々に登録する必要がなくなり、管理負荷を低減することができる。また、故障などで機器・部品を交換または取り外しした際にも、列車に搭載されている機器の構成と登録情報に差異が出ることを防ぐことができる。

また、車上通信装置２は、周期的にディスカバリメッセージを送信し、その応答として各機器から機器構成情報を取得することにより、機器構成情報の変更有無を確認すると共に機器の情報や動作状況を最新の状態で把握することができる。

なお、図４では、車上通信装置２からディスカバリメッセージを送信し、各機器がディスカバリメッセージを受信した応答として機器構成情報を通知しているが、車上通信装置２が機器構成情報を取得する方法はこれに限定するものではない。図６は、列車通信システムにおいて機器構成情報を取得するシーケンス図である。車上通信装置２からディスカバリメッセージを送信するステップ（ステップＳ７）を削除している。図６では、モータ８、ブレーキ９、空調１０の各機器が、アドレス取得後に機器情報通知をマルチキャストで送信し（ステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１２）、これを受信した車上通信装置２が機器構成情報を登録する（ステップＳ９，Ｓ１１，Ｓ１３）ことも可能である。

また、図４および図６では、各機器は中央装置４に対してアドレスを要求し、その応答として取得したアドレスを用いて自身の機器構成情報を車上通信装置２へ通知しているが、各機器のアドレスの設定方法についてはこれに限定するものではない。例えば、各機器は、設置されている号車と機種種別（例えば、モータ８は「０１」、ブレーキ９は「０２」、空調１０は「０３」）の情報を用いて、自身のアドレスを「１９２．１６８．号車．機種種別」として決定し、このアドレスを用いて自身の機器構成情報を車上通信装置２へ通知してもよい。これにより、各機器と中央装置４との間の通信を削除できることから、システムの構成を簡略化でき、また、各機器が機器構成情報を車上通信装置２へ通知するまでの処理も簡略化することができる。

なお、本実施の形態では、列車に搭載されている機器の情報をプラグアンドプレイで自動的に収集する場合について説明したが、対象は列車に限定するものではなく、例えば、航空機、船舶、バス等との通信システムにも適用可能である。

以上のように、本発明にかかる車上システムは、地上システムとの通信に有用であり、特に、列車情報の伝送に適している。

１ 車上システム、２ 車上通信装置、３ 機器構成情報記憶部、４，７ 中央装置、５，６ 端末、８，１２ モータ、９，１３ ブレーキ、１０，１４ 空調、１１，１５ 各種センサ、２０ 地上システム、２１ 運行管理システム、２２ メンテナンスシステム、２３ 地上通信装置、２４ 無線ネットワーク、３０ 車両通信部、３１ 機器構成情報収集部、３２ 無線通信部。

Claims (11)

1. 地上システムと共に列車通信システムを構成する車上システムであって、
   列車に搭載され、自身の機器情報および動作状態情報を含む機器構成情報を出力する機器と、
   前記機器から機器構成情報を取得して管理する管理情報を前記地上システムへ送信する車上通信装置と、
   を備え、
   前記車上通信装置は、列車内に搭載された各機器に対して定期的にディスカバリメッセージを送信し、定期的に前記ディスカバリメッセージを送信した結果として各機器から取得する機器構成情報の数が一定数で安定したときは、取得する機器構成情報の数が増加傾向のときよりも前記ディスカバリメッセージを送信する周期を長くし、
   前記ディスカバリメッセージを受信した機器は、その応答として前記機器構成情報を前記車上通信装置へ出力する、
   ことを特徴とする車上システム。
2. 前記車上通信装置は、前記地上システムから管理情報要求を受信した場合、各機器に対してディスカバリメッセージを送信し、前記ディスカバリメッセージの応答として各機器から得られた機器構成情報に基づく管理情報を、前記管理情報要求に対する応答として前記地上システムへ送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車上システム。
3. 前記車上通信装置は、前記地上システムから管理情報要求を受信した場合、その時点で有する管理情報を、前記管理情報要求に対する応答として前記地上システムへ送信する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車上システム。
4. 前記機器からアドレス要求があった場合、その応答としてアドレス要求をした機器に対してアドレスを通知する中央装置、
   を備え、
   前記機器は、前記中央装置に対してアドレス要求した結果として取得したアドレスを用いて、前記機器構成情報を出力する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の車上システム。
5. 前記機器は、自身で設定したアドレスを用いて、前記機器構成情報を出力する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の車上システム。
6. 請求項２または３に記載の車上システムと、
   前記車上システムに対して管理情報要求を送信し、その応答として前記車上システムから管理情報を取得する地上システムと、
   を備える列車通信システム。
7. 車上システムおよび地上システムから構成される列車通信システムにおける列車通信方法であって、
   前記車上システムは、列車に搭載されている機器が、自身の機器情報および動作状態情報を含む機器構成情報を出力する機器構成情報出力ステップと、
   前記車上システムは、前記機器から機器構成情報を取得して管理する管理情報を前記地上システムへ送信する管理ステップと、
   前記車上システムは、列車内に搭載された各機器に対して定期的にディスカバリメッセージを送信し、定期的に前記ディスカバリメッセージを送信した結果として各機器から取得する機器構成情報の数が一定数で安定したときは、取得する機器構成情報の数が増加傾向のときよりも前記ディスカバリメッセージを送信する周期を長くするディスカバリメッセージ送信ステップと、
   を含み、
   前記機器構成情報出力ステップでは、前記ディスカバリメッセージを受信した機器は、その応答として前記機器構成情報を出力する、
   ことを特徴とする列車通信方法。
8. 前記地上システムは、前記車上システムに対して管理情報要求を送信する管理情報要求ステップ、
   を含み、
   前記ディスカバリメッセージ送信ステップにおいて、前記車上システムは、前記地上システムから管理情報要求を受信した場合、各機器に対してディスカバリメッセージを送信し、
   前記管理ステップにおいて、前記車上システムは、前記ディスカバリメッセージの応答として各機器から得られた機器構成情報に基づく管理情報を、前記管理情報要求に対する応答として前記地上システムへ送信する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の列車通信方法。
9. 前記地上システムは、前記車上システムに対して管理情報要求を送信する管理情報要求ステップ、
   を含み、
   前記管理ステップにおいて、前記車上システムは、前記地上システムから管理情報要求を受信した場合、その時点で有する管理情報を、前記管理情報要求に対する応答として前記地上システムへ送信する、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の列車通信方法。
10. 前記車上システムは、前記機器からアドレス要求があった場合、その応答としてアドレス要求をした機器に対してアドレスを通知するアドレス通知ステップ、
    を含み、
    前記機器構成情報出力ステップでは、前記機器が、アドレス要求した結果として取得したアドレスを用いて、前記機器構成情報を出力する、
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１つに記載の列車通信方法。
11. 前記機器構成情報出力ステップでは、前記機器が、自身で設定したアドレスを用いて、前記機器構成情報を出力する、
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１つに記載の列車通信方法。

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