JP6158103B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、列車制御システムに関する。

従来、先行列車の位置情報を無線通信により取得し、取得した位置情報に基づいて自列車の速度を制御することにより、先行列車との衝突を回避する技術が知られている。このような技術では、無線機の異常や通信障害などにより先行列車との無線通信が成立しない場合に、先行列車の見落としが発生する可能性がある。

そこで、従来、線路上の列車の位置を追跡する設備を地上側に設け、この地上側の設備により先行列車の見落としを抑制し、安全に列車を運行する技術が提案されている。

特許第４５６４２１４号公報 特開２０１１−４５２０７号公報

上記のような技術では、一例として、列車の位置を追跡する設備を地上側に設けることなく、安全かつスムーズに列車を運行させることができれば望ましい。

実施形態による列車制御システムは、一例として、車上検出手段と、車上通信受信手段と、位置情報群生成手段と、車上通信送信手段と、車上制御手段とを備える。車上検出手段は、自列車の位置情報を検出する。車上通信受信手段は、他列車との間で直接的に無線通信を行うことにより、他列車の位置情報と、他列車が有する当該他列車以外の列車の位置情報と、を含む他列車位置情報群を他列車から受信する。位置情報群生成手段は、車上検出手段により検出された自列車の位置情報と、車上通信受信手段により受信された他列車位置情報群とに基づいて、自列車の位置情報と、他列車の位置情報と、他列車が有する当該他列車以外の列車の位置情報と、を含む位置情報群を生成する。車上通信送信手段は、他列車との間で直接的に無線通信を行うことにより、位置情報群生成手段により生成された位置情報群を他列車に送信する。車上制御手段は、自列車の位置情報と、他列車位置情報群に含まれる自列車の１つ前を走行する先行列車の位置情報と、に基づいて停止限界位置を算出し、算出した停止限界位置を超えないように自列車の速度を制御する。

図１は、第１実施形態による列車制御システムの全体構成の一例を示した図である。 図２は、第１実施形態による列車制御システムの内部構成の一例を示したブロック図である。 図３は、第１実施形態による列車制御システムにおいて用いられる在線位置情報のデータ構造の一例を示した図である。 図４は、第１実施形態による列車制御システムにおいて用いられる予約リストのデータ構造の一例を示した図である。 図５は、第１実施形態による列車制御システムにおいてリストがもたらす効果の一例を説明するための図である。 図６は、第１実施形態による列車制御システムの車上制御手段により実行される処理の一例を示したフローチャートである。 図７は、第１実施形態による列車制御システムの地上制御手段により実行される処理の一例を示したフローチャートである。 図８は、第２実施形態による列車制御システムにおいて用いられる在線エリア情報のデータ構造の一例を示した図である。 図９は、第２実施形態による列車制御システムの車上制御手段により算出される停止限界位置の一例を示した図である。 図１０は、比較例による列車制御システムの車上制御手段により算出される停止限界位置の一例を示した図である。 図１１は、第２実施形態による列車制御システムの車上制御手段により実行される処理フローの一例を示したフローチャートである。 図１２は、変形例による列車制御システムの地上装置の内部構成の一例を示したブロック図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、第１実施形態による列車制御システム１０００の構成の一例について説明する。

図１に示すように、列車制御システム１０００は、線路Ｒ上を走行する列車１００と、線路Ｒの分岐部に設けられる地上装置２００とを主として備える。

また、図２に示すように、列車１００は、車上検出手段１１と、ＴＧ（速度発電機）１２と、車上子１３と、車上通信手段１４と、アンテナ１５と、車上制御手段１６と、記憶手段１７とを備える。また、図２には図示していないが、列車１００は、運転士が操作する主幹制御器や、自動列車運転装置（ＡＴＯ）や、主制御器（たとえば、電力変換装置）や、主電動機や、ブレーキ装置なども備える。

車上検出手段１１は、車軸に設置されたＴＧ１２から情報を取得したり、車上子１３を介して線路Ｒ上の地上子３００から情報（たとえば、ＴＧ１２から取得した情報により計算した現在位置に含まれる誤差をリセットするための位置情報を含む）を取得したりすることにより、自身が設けられている列車１００（自列車）の現在位置および速度を検出する。なお、自列車の位置および速度の検出方法はこれに限られるものではなく、たとえば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などを利用して自列車の位置および速度を検出してもよい。

車上通信手段１４は、アンテナ１５を介して他の列車１００（他列車）および地上装置２００と無線通信を行う。また、車上制御手段１６は、自列車の速度を制御するための制御指令を出力する。たとえば、車上制御手段１６は、自列車が先行列車に追突するのを回避するために、車上通信手段１４を介して取得した先行列車の位置情報に基づいて停止限界位置を算出し、算出した停止限界位置を超えないように自列車の速度を制御する。なお、記憶手段１７には、線路Ｒの線形情報や、自列車の性能に関する情報などが記憶されている。

また、図２に示すように、地上装置２００は、分岐器２１と、分岐器制御装置２２とを備える。分岐器制御装置２２は、地上制御手段２３と、地上通信手段２４と、アンテナ２５とを備える。分岐器２１は、線路Ｒの分岐部に対応するように設けられ、列車１００の進路の転換および鎖錠を行う。地上制御手段２３は、分岐器２１の制御を行う。地上通信手段２４は、アンテナ２５を介して列車１００と無線通信を行う。

ここで、線路Ｒ上の各列車１００が自列車の位置情報のみを無線通信により送受信する構成では、先行列車の位置情報を先行列車から直接的に取得することしかできないため、先行列車が自列車と通信不可能な距離まで離れてしまった場合には、先行列車の正確な位置情報を取得できず、適切な停止限界位置を算出できない場合がある。具体的には、先行列車の位置情報を取得できない場合では、安全性を確保するために、最後に受信した先行列車の位置情報を保持し続けることになり、先行列車の位置情報が更新されなくなる。そして、先行列車の位置情報が更新されないと、先行列車の位置情報に基づく停止限界位置を更新することができなくなり、停止限界位置より前に自列車を進行させることができず、運行が滞ってしまう。

また、線路Ｒ上に分岐部が設けられた構成では、分岐部によって先行列車の入れ替わりが発生する場合があるため、以前の先行列車よりも後ろを走行する新たな先行列車を自列車が見落とす可能性があり、自列車が新たな先行列車に追突してしまう可能性がある。

そこで、第１実施形態では、線路Ｒ上の各列車１００に、自列車以外の他列車も含む複数の列車１００の位置情報を送受信させることにした。これにより、先行列車が自列車と通信可能な距離に存在しない場合や、分岐部によって先行列車が入れ替わった場合でも、対向車線を走行する列車１００（前に先行列車とすれ違った列車１００）などから先行列車の正確な位置情報を間接的に取得することができる。この結果、遅れはあるものの先行列車の位置情報を正確に特定することができるので、先行列車の後端位置による停止限界位置を更新することができ、運行が滞ったり追突が発生したりするのを抑制することができる。

すなわち、第１実施形態では、車上通信手段１４は、図３に示すような在線位置情報５１を他列車との間で送受信するように構成されている。この在線位置情報５１は、自列車の位置情報のみならず、他列車の位置情報も登録することが可能なように構成されている。以下では、自列車から他列車に送信される在線位置情報５１を第１位置情報群とし、他列車から自列車に送信される在線位置情報５１を第２位置情報群として説明する。

在線位置情報５１には、少なくとも、在線位置情報５１を生成した列車の位置情報が登録されている。すなわち、各列車１００の車上制御手段１６は、車上検出手段１１を介して所定の制御周期毎に自列車の位置情報を検出し、少なくともその位置情報を用いて在線位置情報５１を生成・更新する。このとき、車上制御手段１６は、他列車から受信された第２位置情報群（少なくとも受信元の他列車の位置情報を含む位置情報群）に登録された、自列車以外の位置情報も、上記自列車の位置情報と併せて在線位置情報５１に登録する。このように、車上制御手段１６は、車上検出手段１１により検出された自列車の位置情報と、車上通信手段１４により受信された第２位置情報群とに基づいて、第１位置情報群としての在線位置情報５１を生成する。

車上制御手段１６は、上記のように生成した在線位置情報５１を他列車に向けて送信する。また、車上制御手段１６は、上記のように生成した在線位置情報５１を記憶手段１７に記憶し、記憶した在線位置情報５１に基づいて、先行列車に追突するのを回避するように自列車の速度を制御する。すなわち、車上制御手段１６は、在線位置情報５１に基づいて自列車の１つ前を走行する先行列車の位置情報を特定し、その先行列車の位置情報に基づいて停止限界位置を算出する。そして、車上制御手段１６は、算出した停止限界位置を超えないように自列車の速度を制御する。以下、図３を参照して、在線位置情報５１のデータ構造について説明する。

図３に示すように、在線位置情報５１は、編成ＩＤと、送信タイミング情報と、運転方向と、番線と、列車先頭位置と、列車後端位置と、受信状態とを含む。

編成ＩＤとは、各列車１００に固有の識別番号である。また、送信タイミング情報とは、列車先頭位置や列車後端位置などの位置情報が車上検出手段１１により検出されたタイミングを判断するためのものである。このような送信タイミング情報としては、タイムスタンプや、通し番号などが用いられる。

運転方向とは、列車１００の進行方向を示すものである。この運転情報は、運転台に設けられるレバーサにより設定されたり、位置補正結果や、ＧＰＳの検出結果などにより設定されたりする。なお、第１実施形態では、スイッチバックなどにより走行中に列車の進行方向が逆転することはないものとする。番線は、列車１００が走行する線路Ｒの番号を示すものである。この番線は、列車１００が分岐器２１を通過する際における分岐器２１の開通方向や列車の位置などから判断される。

列車先頭位置および列車後端位置は、線路Ｒ上における列車１００の先頭の位置および後端の位置を示すものである。これらの列車先頭位置および列車後端位置は、ＴＧ１２などにより検出される列車の現在位置や、記憶手段１７に記憶された列車長や、想定される検出誤差などから算出される。

受信状態とは、他列車から自列車への第２位置情報群の受信状態を示す情報である。この受信状態として、「正常」、「受信なし」または「異常」のいずれかが登録される（詳細は、後述する）。以下では、第１位置情報群に登録された各列車１００の受信状態を第１受信情報群とし、第２位置情報群に登録された各列車１００の受信状態を第２受信情報群として説明する。

第１実施形態では、車上制御手段１６は、他列車から第２位置情報群が受信された場合に、受信された第２位置情報群と、自列車が保持している第１位置情報群とを列車毎に比較して、互いに共通する列車の位置情報については、送信タイミング情報がより新しい新たな位置情報になるように第１位置情報群を更新する。これにより、各列車１００が保持する第１位置情報の登録内容は、車上検出手段１１により検出された自列車の位置情報と、車上通信手段１４により受信された第２位置情報群とに基づいて、車上制御手段１６の制御周期毎に最新の状態に更新される。

また、第１実施形態では、車上制御手段１６は、第１位置情報群のうちの上記新たな位置情報以外の位置情報については、元の登録内容をそのまま維持する。たとえば、車上制御手段１６は、第２位置情報群が所定時間以上受信されない場合に、現在保持している第１位置情報群のうちの該当する列車の位置情報をそのまま維持する。これにより、たとえば先行列車が故障（通信異常）などにより情報を送信できなくなった状態で前方に停止していても、以前に取得された先行列車の位置情報がそのまま第１位置情報群に登録されているので、以前に取得された先行列車の位置情報に基づいて、先行列車に追突する前に自列車を停止させることができる。このように第２位置情報群を受信できない状態が所定時間以上継続する場合、車上制御手段１６は、第１受信情報群のうちの該当する列車の受信状態を「受信なし」として登録する。

また、第１実施形態では、車上制御手段１６は、異常な第２位置情報群が受信された場合にも、元の第１位置情報群の登録内容をそのまま維持する。なお、異常な第２位置情報群が受信された場合としては、たとえば、受信した第２位置情報群がエラーを含んでいる場合や、第２位置情報群に登録されたある列車の送信タイミング情報が所定時間以上変化しない場合や、第２位置情報群に登録されたある列車の送信タイミング情報が急に所定値以上変化した場合や、第２位置情報群に登録された自列車の送信タイミング情報と、自列車が保持する第１位置情報群に登録された自列車の送信タイミング情報とが所定値以上離れている場合などが挙げられる。これらの場合において、車上制御手段１６は、異常な第２位置情報群を破棄し、元の第１位置情報群の登録内容をそのまま維持する。そして、車上制御手段１６は、異常な第２位置情報群が受信されている状態が所定時間以上継続するときは、受信元の列車に何らかの異常が発生していると判断し、第１受信情報群のうち、該当する列車の受信状態を「異常」として登録する。

また、第１実施形態では、車上制御手段１６は、第２受信情報群に基づいて、自列車から他列車に対する第１位置情報群の受信状態が異常であると判断した場合に、自列車の受信状態が異常である旨を第１受信情報群に登録する。より具体的には、車上制御手段１６は、第２受信情報群のうちの自列車の受信状態が「異常」と登録されている場合には、自列車が保持している第１受信情報群のうちの自列車の受信状態を「異常」として登録する。そして、車上制御手段１６は、上記のように自列車の受信状態が異常であると判断した場合に、自列車の非常停止を含む非常制御を行うように構成されている。これにより、車上通信手段１４の故障などに起因する通信異常が自列車に発生した場合に自列車を非常停止させることができるので、安全性を確保することができる。なお、上述したような「受信なし」および「異常」のいずれにも該当しない状況では、車上制御手段１６は、受信状態を「正常」として登録する。

ここで、線路Ｒが分岐部を有する構成では、自列車が進行する予定の進路上に先行列車が在線していなくても、他の進路を走行している列車と自列車とが分岐部の近傍で接触・追突してしまう場合がある。また、自列車の進路上に設けられた分岐器２１が、他列車の進路上の分岐器２１としても使用される場合には、適切な順番で分岐器２１を転換・鎖錠する必要がある。

そこで、第１実施形態では、図４に示すようなリスト５２を地上制御手段２３に管理させ、このリスト５２を各地上装置２００から各列車１００常時送信させることにした。そして、車上制御手段１６に、自列車が進入する予定の進路上に設けられた分岐器２１が他列車により現在使用されているか否かをリスト５２に基づいて判断させ、他列車による分岐器２１の使用が終了するまでの間は、進路上に設けられた分岐器２１の位置に基づく停止限界位置を超えないように自列車の速度を制御させることにした。

リスト５２には、分岐器２１の現在の予約情報および使用状況が登録されている。具体的には、リスト５２には、分岐器２１を使用したいという要望がどれぐらいあるかを示す情報や、分岐器２１が現在どの列車１００に使用されているかを示す情報や、分岐器２１がどの列車１００にも使用されていないことを示す情報などが登録されている。なお、リスト５２は、線路Ｒ上の全ての分岐器２１に対応するように、分岐器２１の個数と同じ数だけ存在する。以下、図４を参照して、リスト５２のデータ構造について説明する。

図４に示すように、リスト５２は、登録状態と、進路ＩＤと、方向と、編成ＩＤと、使用開始予定時刻とを登録可能に構成されている。登録状態は、分岐器２１の現在の予約状況および使用状況を示す情報であり、「予約」、「使用中」または「使用済」のいずれかのステータスをとる。なお、「予約」というステータスは、使用開始予定時刻の早さに応じた予約順位と併せて登録される。

「予約」というステータスは、編成ＩＤにより識別される列車１００から分岐器２１に対して予約依頼が行われたことを示す。また、「使用中」というステータスは、編成ＩＤにより識別される列車１００から分岐器２１に対して使用依頼が行われることにより、その列車１００によって分岐器２１が現在使用されていることを示す。また、「使用済」というステータスは、編成ＩＤにより識別される列車１００から分岐器２１に対して解除依頼が行われることにより、その列車１００による分岐器２１の使用が既に終了したことを示す。

進路ＩＤは、分岐器２１が使用される進路を識別するための識別情報である。方向は、進路ＩＤに対応する進路を構成するために分岐器２１がどの方向に転換する必要があるかを示す情報であり、「定位」または「反位」のいずれかのステータスをとる。編成ＩＤは、列車１００に固有の識別番号である。使用開始予定時刻は、編成ＩＤにより識別される列車１００がどの時刻から分岐器２１の使用を希望しているかを示す情報である。この使用開始予定時刻は、各列車１００が送信する予約依頼に含まれる。

第１実施形態では、車上通信手段１４は、自列車が進行する予定の進路上に分岐器２１が設けられている場合に、その進路に進入する前に、進路上の全ての分岐器２１（地上装置２００）に対して予約依頼を送信する。このとき、車上制御手段１６は、進路の始端に位置する分岐器２１の位置情報に基づいて停止限界位置を算出し、この停止限界位置を超えないように列車１００の速度を制御する。

地上制御手段２３は、列車１００から予約依頼を受信した場合に、予約依頼の内容を使用開始予定時刻が早い順に順位付けてリスト５２に登録する。なお、使用開始予定時刻が互いに等しい複数の予約依頼が受信された場合には、進路に対して予め設定された優先順位に従って予約順位を決める。このとき、登録状態は「予約」にしておく。そして、地上通信手段２４は、最新のリスト５２を列車１００に送信する。

車上制御手段１６は、受信された最新のリスト５２の内容を確認し、登録状態が「使用中」というステータスになっているものがリスト５２中に存在するか否かを判断する。そして、車上制御手段１６は、登録状態が「使用中」というステータスになっているものがリスト５２中に存在しておらず、かつ、自らが行った予約依頼の予約順位がリスト５２中で最上位になっていると判断した場合、さらに第１位置情報群に基づいて進路上に他列車が在線しないことが確認できたら、分岐器２１（地上装置２００）に対して使用依頼を送信する。

地上制御手段２３は、列車１００から使用依頼を受信した場合に、分岐器２１の転換方向を確認し、進路ＩＤに対応する進路を構成するために必要な方向に転換していない場合には、分岐器２１に転換指令を送信する。そして、地上制御手段２３は、分岐器２１が正しい方向に転換したことを確認したら、対応するリスト５２の登録状態を「予約」から「使用中」に更新する。これに伴って、地上制御手段２３は、登録状態が「予約」となっている他の予約依頼の予約順位を１つ繰り上げる。そして、車上制御手段１６は、登録状態が「使用中」というステータスになったことを確認した場合に、前回算出した停止限界位置を、進路の末端に位置する分岐器２１に基づく停止限界位置に更新する。

車上制御手段１６は、使用依頼を送信した分岐器２１を通過して、競合する進路を他列車が走行しても列車同士が接触しないだけの安全距離が確保された後に、通過した分岐器２１（地上装置２００）に対して解除依頼を送信する。そして、車上制御手段１６は、使用依頼を送信した全ての分岐器２１を通過した後に、前回算出した停止限界位置を、他列車から受信した第２位置情報群に基づいて算出したものに更新する。

地上制御手段２３は、列車１００から解除依頼を受信した場合に、対応するリスト５２の登録状態を「使用中」から「使用済」に更新する。そして、登録状態が「使用済」になっている情報をリスト５２から削除する。なお、「使用済」の情報を複数登録可能な構成になっている場合には、「使用済」となったタイミングが最も古いものから順にリスト５２から削除するような構成にしてもよい。

上記の構成により、線路Ｒ上の分岐部によって先行列車の入れ替わりが発生した場合でも、リスト５２を参照することによって、新たな先行列車の位置情報を対向列車から取得する前に新たな先行列車の在線範囲をある程度絞り込むことができる。以下、図５を参照して、新たな先行列車の在線範囲をどのように絞り込むのかについて具体的に説明する。

図５に示した例では、列車１００Ａは、先行列車１００Ｂが列車１００Ｃを追い抜いたことを、対向列車１００Ｄから送信される在線位置情報５１によって確認する。ここで、自列車１００Ａが分岐器２１Ａ（地上装置２００）と通信できる距離まで分岐器２１Ａに接近したにも関わらず、駅Ｓに停車中だったはずの新たな先行列車１００Ｃと通信できない場合について考える。

上記の場合では、列車１００Ａは、線路Ｒ上の各地上装置２００から送信されるリスト５２を参照しない限り、列車１００Ｃが列車１００Ｄとすれ違った後で駅Ｓを進出してしまったのか、列車１００Ｃが駅Ｓを進出する途中で通信できなくなっているのか、列車１００Ｃが駅Ｓに停車したまま通信できなくなっているのかを区別することができない。したがって、列車１００Ａは、次の対向列車１００Ｅから列車１００Ｃが駅Ｓを進出済みであることを教えてもらうまでは、安全を確保するために、列車１００Ｃが在線していない番線に進入する進路Ｃ１のみを使用することができ、列車１００Ｃの在線していた番線に進入する進路Ｃ２や、分岐器２１Ｂを進出する進路Ｃ３を使用することができない。

ここで、たとえば分岐器２１Ｂ（地上装置２００）から受信されたリスト５２において列車１００Ｂに対応する登録状態が「使用済」である場合、最後に分岐器２１Ｂを通過したのは列車１００Ｂであり、列車１００Ｃはまだ進路Ｃ４の使用権を持たず進路Ｃ４に進入していないことが分かる。したがって、この場合、列車１００Ａは、列車１００Ｃが在線していない番線に進入する進路Ｃ１に加えて、分岐器２１Ｂを進出する進路Ｃ３を使用することができる。

また、たとえば分岐器２１Ｂ（地上装置２００）から受信されたリスト５２において列車１００Ｃに対応する登録状態が「使用中」である場合、列車１００Ｃが分岐器２１Ｂを含む進路Ｃ４上またはその手前に在線していることが分かる。したがって、この場合、列車１００Ａは、列車１００Ｃが在線していない番線に進入する進路Ｃ１を使用することはできるが、分岐器２１Ｂを進出する進路Ｃ３は、列車１００Ｃが使用中の進路Ｃ４と競合するため、使用することができない。

また、たとえば分岐器２１Ｂ（地上装置２００）から受信されたリスト５２において列車１００Ｃの登録状態が「使用済」である場合、列車１００Ｃが分岐器２１Ｂを進出したことがわかる。したがって、この場合、列車１００Ａは、進路Ｃ１〜Ｃ４の全てを使用することができる。

このように、第１実施形態によれば、線路Ｒ上の分岐部によって先行列車の入れ替わりが発生した場合でも、リスト５２を参照することによって、新たな先行列車の位置情報を対向列車から取得する前に新たな先行列車の在線範囲をある程度絞り込むことができ、それに応じて、適切に進路選択を行うことができる。

次に、図６を参照して、第１実施形態による列車制御システム１０００の車上制御手段１６により実行される処理フローの一例について説明する。

この処理フローでは、まず、図６に示すように、ステップＳ１において、自列車の位置情報を車上検出手段１１によって検出する処理が実行され、ステップＳ２に進む。

次に、ステップＳ２において、上記ステップＳ１において検出された自列車の位置情報と、他列車から受信された在線位置情報５１（第２位置情報群）とに基づいて、自列車の在線位置情報５１（第１位置情報群）を生成・更新する処理が実行され、ステップＳ３に進む。

次に、ステップＳ３において、自列車が保持する在線位置情報５１の電文を作成する処理が実行される。具体的には、自列車が保持する在線位置情報５１を、車上通信手段１４を用いて送信可能な電文形式にデータ化する処理が実行される。そして、ステップＳ４に進む。

次に、ステップＳ４において、進路上の分岐器２１に対する予約依頼、使用依頼または解除依頼の電文を作成する処理が実行される。具体的には、自列車が進入する予定の進路上の全ての分岐器２１に対する予約依頼または使用依頼の電文を作成する処理か、または、自列車が既に通過済の進路上の全ての分岐器２１に対する解除依頼の電文を作成する処理が実行される。なお、このステップＳ４の処理は、自列車の進路上に分岐器２１が設置されている場合にのみ実行される。そして、ステップＳ５に進む。

次に、ステップＳ５において、自列車が保持する在線位置情報５１に基づいて先行列車の位置情報を特定し、先行列車の位置情報に基づいて停止限界位置を算出する処理が実行される。そして、ステップＳ６に進む。

次に、ステップＳ６において、地上装置２００から受信されたリスト５２に基づいて、進路に関する停止限界位置を算出する処理が実行される。たとえば、地上装置２００から受信されたリスト５２に基づいて、自列車が進入する予定の進路上に設けられた分岐器２１が他列車により使用中であると判断された場合には、進路の始端に位置する分岐器２１を支障位置として停止限界位置が算出される。なお、このステップＳ６の処理は、自列車の進路上に分岐器２１が設けられている場合にのみ実行される。そして、ステップＳ７に進む。

次に、ステップＳ７において、上記ステップＳ５またはＳ６において算出された停止限界位置を超えないように自列車の速度を制御する処理が実行される。そして、ステップＳ８に進む。

次に、ステップＳ８において、自列車が保持する最新の在線位置情報５１を他列車に送信するとともに、予約依頼、使用依頼または解除依頼を地上装置２００に送信する処理が実行され、処理が終了する。なお、予約依頼、使用依頼または解除依頼を送信する処理は、自列車の進路上に分岐器２１が設けられている場合にのみ実行される。

上記ステップＳ１〜Ｓ８の処理は、車上制御手段１６の制御周期毎に繰り返し実行される。

次に、図７を参照して、第１実施形態による列車制御システム１０００の地上制御手段２３により実行される処理フローの一例について説明する。

この処理フローでは、図７に示すように、まず、ステップＳ１１において、列車１００からの予約内容を示すリスト５２に基づいて分岐器２１を制御する処理が実行される。具体的には、列車１００から使用依頼が受信された場合に、その使用依頼に基づいて、リスト５２に登録された方向に分岐器２１を転換する処理が実行される。そして、ステップＳ１２に進む。

次に、ステップＳ１２において、列車１００から受信された予約依頼、使用依頼または解除依頼、および、分岐器２１の転換方向に基づいてリスト５２を生成・更新する処理が実行される。具体的には、列車１００から予約依頼または解除依頼が受信された場合には、その予約依頼または解除依頼に基づいてリスト５２を生成・更新する処理が実行される。また、列車１００から使用依頼が受信され、その依頼内容と一致する方向に分岐器２１が転換していることが確認された場合には、リスト５２の登録状態を「予約」から「使用中」に更新する処理が実行される。そして、ステップＳ１３に進む。

次に、ステップＳ１３において、最新のリスト５２を列車１００に送信する処理が実行され、処理が終了する。

以上説明したように、第１実施形態では、各列車１００の車上通信手段１４は、自列車の位置情報のみならず他列車の位置情報をも登録可能な在線位置情報５１を他列車との間で送受信する。そして、各列車１００の車上制御手段１６は、車上検出手段１１により検出された自列車の位置情報と、車上通信手段１４により他列車から受信された在線位置情報５１とに基づいて、自列車が保持する在線位置情報５１を生成・更新する。また、各列車１００の車上制御手段１６は、自列車が保持する在線位置情報５１に基づいて先行列車の位置情報を特定し、特定した先行列車の位置情報に基づいて停止限界位置を算出し、算出した停止限界位置を超えないように自列車の速度を制御する。これにより、先行列車の位置情報を先行列車から直接的に取得できない場合でも、対向車線を走行する列車１００などから先行列車の位置情報を間接的に取得することができるので、全列車の位置を追跡する設備を地上側に設けることなく、安全に列車を運行することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、分岐器制御装置２２は、分岐器２１の現在の予約状況および使用状況が登録されたリスト５２を管理し、そのリスト５２を線路Ｒ上の各列車１００に送信する。そして、車上制御手段１６は、自列車が進入する予定の進路上に設けられた分岐器２１が他列車により現在使用されているか否かをリスト５２に基づいて判断し、他列車による分岐器２１の使用が終了するまでの間は、進路上の分岐器２１の位置に基づいて停止限界位置を算出し、算出した停止限界位置を超えないように自列車の速度を制御する。これにより、線路Ｒの分岐部によって先行列車の入れ替わりが発生した場合でも、リスト５２を参照することによって、新たな先行列車の位置情報を対向列車から取得する前に新たな先行列車の在線範囲をある程度絞り込むことができ、それに応じて、適切に進路選択を行うことができる。この結果、全列車の位置を追跡する設備を地上側に設けることなく、スムーズに列車を運行することができる。

（第２実施形態）
次に、図２、図３および図８〜図１１を参照して、第２実施形態による列車制御システム１０００ａの構成の一例について説明する。

第２実施形態では、車上通信手段１４ａ（図２参照）は、通信可能距離が比較的短く、その分データ量が比較的大きいデータを送受信可能な第１の無線通信と、通信可能距離が比較的長く、その分データ量が比較的小さいデータを送受信可能な第２の無線通信との２種類の無線通信を、アンテナ１５ａを介して行うことが可能なように構成されている。ここで、第２の無線通信の通信可能範囲は、線路Ｒ全体をカバーできる範囲であるものとする。

より具体的には、第２実施形態による車上通信手段１４ａは、第１の無線通信を行うことにより、上記第１実施形態と同様の在線位置情報５１（図３参照）を他列車との間で送受信する。また、車上通信手段１４ａは、第２の無線通信を行うことにより、図８に示すような在線エリア情報５３を他列車との間で送受信する。在線エリア情報５３は、在線位置情報よりもデータ量が小さい。以下では、自列車から他列車に送信される在線エリア情報５３を第１エリア情報とし、他列車から自列車に送信される在線エリア情報５３を第２エリア情報として説明する。

在線エリア情報５３とは、線路Ｒを複数のエリア（図９のエリアＡ_ｘ〜Ａ_ｘ＋４参照）に分割した場合に、それら複数のエリアのうちのどのエリアに列車１００が在線しているかを示す情報である。在線エリア情報５３は、車上検出手段１１ａなどによって、車上制御手段１６ａの制御周期毎に検出される。なお、複数のエリアは、たとえば線路Ｒ上に設置される複数の軌道回路に対応するように設けられる。

図９に示した例では、列車１００ＦがエリアＡ_ｘ＋１とエリアＡ_ｘ＋２とに跨って在線しているので、列車１００Ｆは、自列車がエリアＡ_ｘ＋１とエリアＡ_ｘ＋２とに跨って在線していることを示す在線エリア情報５３を送信する。同様に、列車１００Ｇは、自列車がエリアＡ_ｘ＋３に在線していることを示す在線エリア情報５３を送信し、列車１００Ｈは、自列車がエリアＡ_ｘ＋１に在線していることを示す在線エリア情報５３を送信し、列車１００Ｉは、自列車がエリアＡ_ｘ＋２とエリアＡ_ｘ＋３とに跨って在線していることを示す在線エリア情報５３を送信する。以下、図８を参照して、在線エリア情報５３のデータ構造について説明する。

図８に示すように、在線エリア情報５３は、編成ＩＤと、送信タイミング情報と、運転方向と、在線エリアＩＤと、受信状態とを登録可能に構成されている。

編成ＩＤは、自列車の識別番号を示すものである。また、送信タイミング情報とは、自列車の在線エリアＩＤが車上検出手段１１ａにより検出されたタイミングを判断するためのものである。運転方向とは、自列車の進行方向を示すものである。在線エリアＩＤとは、線路Ｒが分割されることにより設けられる複数のエリア（図９のエリアＡ_ｘ〜Ａ_ｘ＋４参照）の各々に固有の識別番号であり、自列車が複数のエリアのうちのどのエリアに在線するかを示すものである。受信状態とは、自列車から他列車への在線エリア情報５３の受信状態を示すものである。

第２実施形態では、車上制御手段１６ａは、車上検出手段１１ａにより検出された自列車の位置情報と、車上通信手段１４ａにより受信された在線位置情報５１（第２位置情報群）および在線エリア情報５３（第２エリア情報）とに基づいて、自列車が保持する在線位置情報５１（第１位置情報群）を生成・更新する。これにより、第２位置情報群を受信することが不可能な距離にある列車１００についても、第２エリア情報に基づいて、第１位置情報群に登録された列車先頭位置や列車後端位置などの位置情報を更新することができる。具体的には、第１位置情報群に登録された列車先頭位置および列車後端位置を、第２エリア情報に基づいて特定されるエリアの両端の位置によって更新することができる。

第２実施形態によれば、在線位置情報５１を受信することが不可能な距離にある列車１００についても、在線エリア情報５３に基づいて、ある程度の精度で先行列車の位置情報を特定することができる。

すなわち、第２実施形態によれば、図９に示す例において、列車１００Ｆと列車１００Ｇおよび１００Ｈとが第１の無線通信を行うことが不可能な程離れている場合でも、列車１００Ｆは、列車１００Ｇから受信した在線エリア情報５３に基づいて、列車１００Ｇが在線するエリアＡ_ｘ＋３の端部に近い位置Ｐ１を停止限界位置として速度制御を行う。なお、点々の網目を付した曲線Ｑ１は、列車１００Ｆの速度の減速パターンを示す。

ここで、図１０に示す比較例において、列車１００Ｆ´と列車１００Ｇ´および１００Ｈ´とが第１の無線通信を行うことが不可能な程離れている場合であって、かつ、第２実施形態のような在線エリア情報５３の送受信が行われない場合について考える。この場合では、列車１００Ｆ´は、列車１００Ｉ´に近づいて列車１００Ｉ´から列車１００Ｇ´の最新の位置情報を取得するまでは、過去にすれ違った列車１００Ｈ´から取得した列車１００Ｇ´の過去の位置情報（点線参照）に基づく点Ｐ２を停止限界位置として速度制御を行う。このため、図１０に示す比較例では、上記図９に示した第２実施形態に比べて、先行列車に対してより離れた位置で停車することになる。なお、点々の網目を付した曲線Ｑ２は、列車１００Ｆ´の速度の減速パターンを示す。

このように、第２実施形態によれば、古い位置情報に基づいて停止限界位置を算出することに起因する無駄な停止を抑制することができるので、運用効率を向上させることができる。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図１１を参照して、第２実施形態による列車制御システム１０００ａの車上制御手段１６ａにより実行される処理フローの一例について説明する。

この処理フローでは、まず、図１１に示すように、ステップＳ２１において、自列車の位置情報と在線エリア情報５３とを車上検出手段１１ａによって検出する処理が実行され、ステップＳ２２に進む。

次に、ステップＳ２２において、上記ステップＳ２１において検出された自列車の位置情報と、他列車から受信された在線位置情報５１（第２位置情報群）および在線エリア情報５３（第２エリア情報）とに基づいて、自列車の在線位置情報５１（第１位置情報群）を生成・更新する処理が実行され、ステップＳ２３に進む。

次に、ステップＳ２３において、自列車が保持する在線位置情報５１および在線エリア情報５３（第１エリア情報）の電文を作成する処理が実行される。具体的には、自列車が保持する在線位置情報５１および在線エリア情報５３を、車上通信手段１４ａを用いて送信可能な電文形式にデータ化する処理が実行される。そして、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４〜Ｓ２７の処理は、それぞれ、上記図６に示した第１実施形態の処理フローにおけるステップＳ４〜Ｓ７の処理と同様であるため、説明を省略する。第２実施形態の処理フローでは、ステップＳ２７が実行された後に、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８においては、自列車が保持する最新の在線位置情報５１および在線エリア情報５３を他列車に送信するとともに、予約依頼、使用依頼または解除依頼を地上装置２００に送信する処理が実行され、処理が終了する。なお、予約依頼、使用依頼または解除依頼を送信する処理は、自列車の進路上に分岐器２１が設けられている場合にのみ実行される。

上記ステップＳ２１〜Ｓ２８の処理は、車上制御手段１６ａの制御周期毎に繰り返し実行される。

以上説明したように、第２実施形態では、通信可能距離が比較的短い第１の無線通信によって在線位置情報５１を送受信するのに加えて、通信可能距離が比較的長い第２の無線通信によって在線エリア情報５３を送受信する。そして、在線位置情報５１に加えて、在線エリア情報５３をも参照することにより、先行列車の位置情報を特定する。これにより、在線位置情報５１を受信することが不可能な距離にある列車１００についても、在線エリア情報５３に基づいて、ある程度の精度で先行列車の位置情報を特定することができる。この結果、古い位置情報に基づいて停止限界位置を算出することに起因する無駄な停止を抑制することができるので、運用効率を向上させることができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、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。上記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。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、線路Ｒ上の複数の分岐器２１に対してそれぞれ１つずつ設けられた分岐器制御装置２２を用いる例（図２参照）を示したが、図１２に示す変形例のような分岐器制御装置２２ａを用いてもよい。この変形例による分岐器制御装置２２ａは、複数（図１２では、４つ）の分岐器２１をまとめて管理するように構成されている。

１１、１１ａ 車上検出手段
１４、１４ａ 車上通信手段
１６、１６ａ 車上制御手段
２１ 分岐器
２３ 地上制御手段
２４ 地上通信手段
５１ 在線位置情報（第１位置情報群、第２位置情報群）
５２ リスト
５３ 在線エリア情報（第１エリア情報、第２エリア情報）
１００ 列車
２００ 地上装置
Ｒ 線路

Claims (7)

1. 自列車の位置情報を検出する車上検出手段と、
   他列車との間で直接的に無線通信を行うことにより、前記他列車の位置情報と、前記他列車が有する当該他列車以外の列車の位置情報と、を含む他列車位置情報群を前記他列車から受信する車上通信受信手段と、
   前記車上検出手段により検出された前記自列車の位置情報と、前記車上通信受信手段により受信された前記他列車位置情報群とに基づいて、前記自列車の位置情報と、前記他列車の位置情報と、前記他列車が有する当該他列車以外の列車の位置情報と、を含む位置情報群を生成する位置情報群生成手段と、
   前記他列車との間で直接的に無線通信を行うことにより、前記位置情報群生成手段により生成された前記位置情報群を前記他列車に送信する車上通信送信手段と、
   前記自列車の位置情報と、前記他列車位置情報群に含まれる前記自列車の１つ前を走行する先行列車の位置情報と、に基づいて停止限界位置を算出し、算出した前記停止限界位置を超えないように前記自列車の速度を制御する車上制御手段とを備える、列車制御システム。
2. 前記位置情報群および前記他列車位置情報群の各々には、前記位置情報と、前記位置情報が登録されたタイミングとが互いに対応付けられた状態で列車毎に登録されており、
   前記車上制御手段は、前記位置情報群と前記他列車位置情報群とを列車毎に比較して、互いに共通する列車の位置情報については、前記タイミングがより新しい最新の位置情報になるように前記第１位置情報群を更新する、請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記車上制御手段は、前記位置情報群のうち、前記最新の位置情報以外の位置情報については、元の登録内容を維持する、請求項２に記載の列車制御システム。
4. 前記車上制御手段は、前記位置情報群のうち、前記他列車位置情報群の受信状態が異常である列車の位置情報については、元の登録内容を維持する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の列車制御システム。
5. 前記位置情報群は、前記他列車から前記自列車への前記他列車位置情報群の受信状態が列車毎に登録された第１受信情報群を含み、
   前記車上制御手段は、前記他列車位置情報群が所定時間以上受信されない場合、または、受信された前記他列車位置情報群が異常である場合に、前記他列車位置情報群の受信状態が異常であると判断し、該当する列車の受信状態が異常である旨を前記第１受信情報群に登録する、請求項４に記載の列車制御システム。
6. 前記他列車位置情報群は、前記自列車から前記他列車への前記位置情報群の受信状態が列車毎に登録された第２受信情報群を含み、
   前記車上制御手段は、前記第２受信情報群に基づいて、前記位置情報群の受信状態が異常であると判断した場合に、前記自列車の受信状態が異常である旨を前記第１受信情報群に登録し、前記自列車の非常停止を含む非常制御を行う、請求項５に記載の列車制御システム。
7. 前記車上通信送信手段は、第１の無線通信を行うことにより、前記位置情報群を前記他列車に送信し、
   前記車上通信受信手段は、前記第１の無線通信を行うことにより、前記他列車位置情報群を前記他列車から受信し、
   前記車上通信送信手段は、通信可能距離が前記第１の無線通信よりも長い第２の無線通信を行うことにより、前記自列車が線路上のどのエリアに位置するかを示す第１エリア情報を前記他列車に送信し、
   前記車上通信受信手段は、前記第２の無線通信を行うことにより、前記他列車が前記線路上のどのエリアに位置するかを示す第２エリア情報を前記他列車から受信し、
   前記車上制御手段は、前記車上検出手段により検出された前記自列車の位置情報と、前記車上通信受信手段により受信された前記他列車位置情報群および前記第２エリア情報とに基づいて、前記位置情報群を生成および更新する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の列車制御システム。

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