JP6233508B2 - 障害検知方法及び移動体無線システム - Google Patents

Description

本発明は、無線設備における故障や障害を検知する技術に関する。本発明は、特に、車両等の移動体に対して無線通信を行う無線設備の障害箇所を特定する障害検知方法と、当該障害検知方法を実行可能な移動体無線通信システムと、このような移動体無線システムを構成する車上装置及び制御装置に関する。

列車軌道上を運行する列車と地上側の設備（例えば運転指令室）との間での無線通信を可能にするために、移動体通信システムの一種である列車無線システムが設けられる。列車軌道は巨視的には１本の線（複線区間で上下の線路を区別する必要があれば近接した２本の線）と考えることができる。したがって、列車無線システムは、このような線で表される領域を対象とすればよい。そのため、一般的な列車無線システムでは、列車軌道に近接しかつ列車軌道に沿うように漏えい同軸ケーブル（ＬＣＸ；Leaky Coaxial cable）などの長尺のアンテナが設置され、このアンテナに基地局が接続される。一方、一般的な列車無線システムでは、列車には車上装置が配置される。ＬＣＸを用いた列車無線システムでは、列車軌道沿いに設置されたＬＣＸから漏洩した電波を列車側（車上装置）で受信することで、地上側と列車との間の交信が可能になる。ＬＣＸは、携帯電話サービスの提供に際してトンネルなど電波が届かない不感地帯対策としても用いられる。なお、列車軌道の地理的な配置などによっては、面として広がりを有する領域を対象とするような列車無線システムが設けられる。

鉄道や軌道を対象とした列車無線システムと同様の移動体通信システムは、例えば、専用道路や一般道路を利用するバス交通（一例として、ＢＲＴ（バス・ラピッド・トランジット；Bus Rapid Transit）システム）などに対しても適用されうる。そこで、本明細書では、鉄道及び軌道における列車軌道、索道、案内軌条、道路などを総称して路線と呼ぶ。この種の移動体通信システムは、路線が長大である場合には、路線に沿って数ｋｍ間隔で基地局を配置した上で、基地局ごとにＬＣＸを接続し、複数の基地局と中央制御装置とを有線ケーブルで接続する。そして、移動体通信システムは、中央制御装置が複数の基地局を統括するように構成される。基地局の間隔が１本のＬＣＸでカバーできる区間の長さよりも長い場合には、路線に沿って複数本のＬＣＸを配置した上で、各ＬＣＸと基地局との間を中継用のケーブルで接続することも行われている。

列車無線システムに代表される移動体通信システムを安定して稼働させるためには、ＬＣＸやＬＣＸに接続される基地局での故障や障害の発生を速やかに検知し、その障害箇所を特定することが必要である。しかしながら、これらの故障や障害を検知して障害箇所を特定するためには、一般に、現場調査が必要であり、これには莫大なコストと時間を要する。特許文献１には、ＬＣＸにおける初期段階の亀裂や破断等の位置を精度よく検出する方法として、ループアンテナからなる検知センサをＬＣＸに沿って移動させ、漏洩する磁界／電界強度から障害を検出することが開示されている。

また路線における個々の列車の位置を検出する方法として、例えば特許文献２には、車上側でＧＰＳ（全地球測位システム；Global Positioning System）を用いて列車位置を検出し、検出した位置に応じて列車無線システムの変調方式を切り替えることが開示されている。

特開平９−１５９７１６号公報 特開２０１２−１６０８０６号公報

上述したように、路線に沿って設置されたアンテナと複数の基地局とからなる無線設備を有する移動体通信システムでは、地上の無線設備の故障や障害を検知し障害箇所を特定するために現場調査が必要である。このため、障害個所の特定のために莫大なコストと時間を要するという課題がある。また、移動体通信システムが列車無線システムなどである場合には、調査員の安全のために列車の運行を停止してから現場調査を行わなければならないこともあり、さらに、障害箇所の特定のためのコストや時間が必要となる。

本発明の目的は、設置場所の隅々までの調査員による調査を必要とせず、路線上での移動体の運行を維持したまま無線設備の運用中に故障判定を行って、無線設備における故障や障害を検知し障害箇所を特定できる方法を提供することにある。

本発明の障害検知方法は、路線の複数の区間ごとに設けられる基地局と、基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、路線に設けられる基地局の全体を統括する制御装置と、を備え、路線を運行する移動体に対して無線通信を行う無線設備における故障箇所を検知する方法であって、運行中の少なくとも一つの移動体において、アンテナから放射される信号の強度を測定し、この信号の強度に基づいて仮故障判定を取得し、仮故障判定を取得した場合に、制御装置が、故障と判断される基地局及びアンテナを介して報知情報を送信し、報知情報を受信した運行中の任意の移動体が制御装置に返信し、制御装置において、各移動体からの返信に基づいて最終故障判定を行う。

本発明の移動体通信システムは、路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムであって、路線の複数の区間ごとに設けられる基地局と、基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、路線に設けられる基地局の全体を統括する制御装置と、を備える地上設備と、移動体に設けられる車上装置と、を有し、車上装置は、アンテナから放射される信号の強度を測定し、この信号の強度に基づいて仮故障判定を実行して制御装置に送信する制御を行う制御部を備え、制御装置は、仮故障判定を受信した場合に、故障と判断される基地局及びアンテナを介して報知情報を送信し、各移動体からの返信に基づいて最終故障判定を行う。

本発明の車上装置は、路線の複数の区間ごとに設けられる基地局と、基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、路線に設けられる基地局の全体を統括する制御装置と、を備える地上設備との間で無線通信を行う、路線を運行する移動体に設けられる車上装置であって、移動体の運行中に、アンテナから放射される信号の強度を測定する強度測定部と、信号の強度に基づいて仮故障判定を実行して制御装置に送信する仮故障判定部と、基地局及びアンテナを介して報知情報を受信したときに報知情報に対して制御装置に返信する報知情報返信部と、を備える。

本発明の制御装置は、路線を複数の区間ごとに設けられる基地局と、基地局に接続するとともに路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムに設けられる制御装置であって、路線に設けられる基地局の全体を統括する基地局統括部と、移動体から受信した仮故障判定によりいずれかの基地局及びその基地局に接続するアンテナの少なくとも一方の故障と判断した場合に、その故障と判断される基地局及びアンテナを介して報知情報を送信する報知情報送信部と、報知情報に対する各移動体からの返信に基づいて最終故障判定を行う最終故障判定部と、を有する。

本発明によれば、移動体の運行を停止することなく、例えば営業運転を行っている移動体を利用して、無線設備における故障や障害の検知と障害箇所の特定とを行うことができる。

本発明の第１の実施形態の移動体通信システムを説明する図である。 本発明の第１の実施形態の移動体通信システムを説明する図である。 中央制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 車上装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の移動体通信システムを示す図である。 第２の実施形態の移動体通信システムにおいて用いられる車上装置の構成の一例を示すブロック図である。 車上装置での処理を説明するフローチャートである。 地上設備での処理を説明するフローチャートである。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）図１Ａ及び図１Ｂは本発明の第１の実施形態の移動体通信システムを説明するものであって、第１の実施形態の移動体通信システム１００の構成を示す。図１Ａは、さらに、後述する仮故障判定での動作を示し、図１Ｂは最終故障判定での動作も示す。ここでは、路線１が鉄道であってその列車軌道上を例えば所定の運行計画（すなわち列車運行ダイヤグラム）にしたがって列車２が運行しており、路線１上の列車２に対する無線通信が行われる。したがって、移動体通信システム１００は、移動体が列車である列車無線システムとして構築される。もちろん、移動体通信システム１００は、路線が鉄道であって移動体が列車である場合に限定されない。例えば、路線が専用道路であって移動体がその専用道路上を運行するバスである場合にもこの移動体通信システムを適用できる。

路線１は、連続したいくつかの区間に分割されており、図１では、それらの区間が区間＃１〜＃４として示される。区間ごとに基地局１１が設けられ、各基地局１１には、同軸ケーブル１２を介して漏えい同軸ケーブル（ＬＣＸ）１３が接続される。図１では、区間＃１〜＃４に、それぞれ、基地局＃１〜＃４が設けられている。ＬＣＸ１３は、移動体である列車２に対して電波を送受信するアンテナとして機能する。ＬＣＸ１３は、区間ごとに、当該区間内で路線１に沿って設置される。複数の基地局１１の全体を統括する制御装置として中央制御装置１４が１か所に設けられる。各基地局１１と中央制御装置１４との間は信号ケーブル１５によって接続される。基地局１１、ＬＣＸ１３及び中央制御装置１４などは、この移動体通信システムにおける地上設備を構成する。

一方、列車２には、地上設備との間で電波により情報の交換を行う車上装置２０が設けられる。車上装置２０は車上局とも呼ばれ、例えば、列車編成において運転台ごとに設けられる。列車が固定編成のものである場合には、１編成につき１組の車上装置２０が設けられてもよい。地上設備と車上装置はいずれも無線設備である。移動体通信システム１００は、特に、地上設備における故障や障害の発生を検知し、障害箇所を容易に特定できるように構成される。

次に、第１の実施形態の移動体通信システム１００における仮故障判定及び最終故障判定について説明する。第１の実施形態では、運行中の少なくとも一つの移動体において測定された信号強度に基づいて仮故障判定が行われる。仮故障判定の結果、故障が疑われるときには、その故障に関連すると想定される基地局及び当該基地局のアンテナを介して報知情報が送出される。そして、報知情報を受信した運行中の移動体からの返信を集計することで最終故障判定が行われる。

仮故障判定について、図１Ａを用いて説明する。移動体通信システム１００の運用中に、運行中の少なくとも一つの列車２の車上装置２０において、ＬＣＸ１３から放射される信号の強度が連続的に測定される。ＬＣＸ１３から放射される信号の強度は、例えばＬＣＸ１３からの搬送波信号の電界強度である。ＬＣＸ１３から放射される信号の強度の測定結果に基づいて、特定の基地局１１における故障の発生、あるいは特定の基地局１１に接続されるＬＣＸ１３における故障の発生が検知される。故障の発生が検知されると、故障したと疑われる箇所、言い換えれば仮故障判定により故障と判断された箇所が特定されて、その旨が仮故障判定結果の通知として中央制御装置１４に通知される。以上が仮故障判定の処理である。列車２の運行中において、例えば特定の区間（図１Ａに示す例では区間＃２）において、基地局１１の故障あるいは基地局１１に接続するＬＣＸ１３の故障によって、ＬＣＸ１３からの信号が正常に列車２に届かなくなった場合を考える。この場合、列車２の車上装置２０における受信信号強度の低下が検出されたときに、列車２の現在走行中の位置が分かれば、障害箇所を特定できる。障害箇所の特定とは、どの基地局１１あるいはどの位置のＬＣＸ１３において故障が発生したかを特定することである。路線１に沿って設けられている複数の基地局１１のうち故障に関連している基地局はごく一部であると考えられるため、車上装置２０は、列車２の走行中に、例えば、故障した基地局１１が存在する区間の次の区間（図示した例では区間＃３）においてその区間の基地局を介して、仮故障判定結果を中央処理装置１４に通知する。

ところで、一般的には屋外やトンネル内などといった環境にＬＣＸ１３が設置されることもあり、基地局１１やＬＣＸ１３における故障以外の要因でも列車２側での受信信号の強度低下が起こることがある。したがって、仮故障判定だけでは、本当に基地局１１やそれに接続するＬＣＸ１３に故障が発生したと断定することはできない。そこで、本実施形態の移動体通信システムでは、仮故障判定の結果、故障の発生の疑いがある場合に、その疑われる故障が本当に故障であるかどうかを判定する最終故障判定を行う。すなわち本実施形態での故障判定は、仮故障判定と、仮故障判定結果に応じて実行される最終故障判定と、からなる複合判定により行われる。複合判定によって、移動体が高速で走行する場合でも無線設備の故障や障害を確実に検知できるようになる。

仮故障判定結果が中央制御装置１４で受信されると、中央制御装置１４は最終故障判定を開始する。仮故障判定により基地局１１やＬＣＸ１３の故障が疑われる場合に、中央制御装置１４は、図１Ｂに示すように、その故障に関連すると想定される基地局１１及びＬＣＸ１３（図１Ｂに示す例では区間＃２の基地局及びＬＣＸ）を介して報知情報を送信する。基地局１１及びＬＣＸ１３が実際には故障していなければ、路線１上を運行する列車２の車上装置２０において報知情報が受信されるはずである。そこで、報知情報を受信した運行中の各列車２の車上装置２０が報知情報の受信に応じて中央制御装置１４に対して返信することとする。

例えば、所定の運行計画に基づいて列車が運行されていて、故障に関連すると想定される区間をある時間帯内に複数の列車が運行する場合、故障以外の伝搬障害等の要因を考慮しないとすると、実際には無線機器が正常であれば、中央制御装置１４は列車２の運行数に応じた数の返信を受信する。また基地局１１は正常であるがＬＣＸ１３に障害が発生している場合には、故障に関連すると想定される区間内で部分的にしか報知情報が受信されないため、列車２からの返信数の減少が予想される。そこで、中央制御装置１４は、各列車２からの返信に基づいて、例えば、正常な応答を示す返信の数に基づいて、実際に故障が発生したか否かを判定する。

図２は、このような移動体通信システムにおいて用いられる中央制御装置１４の構成の一例を示す。上述したように、中央制御装置１４は、路線１に設けられる複数の基地局１１の全体を統括する。中央制御装置１４は、仮故障判定により故障が疑われる場合に、その故障に関連すると想定される基地局１１及びＬＣＸ１３を介して報知情報を送信する。そして、中央制御装置１４は、各列車２からの返信を集計して正常な応答を示す返信の数に基づいて最終故障判定を行う。このために、中央処理装置１４は、基地局統括部２６と、報知情報送信部２７と、最終故障判定部２８と、を備える。基地局統括部２６は、各基地局１１との間で制御信号及びデータをやり取りしてこれらの基地局１１を統括する。報知情報送信部２７は、基地局１１からの仮故障判定結果を受け取りそれによって故障が疑われるときに、その故障に関連すると想定される基地局１１及びＬＣＸ１３を介して報知情報を送信する。最終故障判定部２８は、列車２からの報知情報に対する返信を受け取って集計し、正常な応答を示す返信の数に基づいて最終故障判定を行う。中央処理装置１４は、専用のハードウェアによって構成されてもよい。あるいは中央処理装置１４は、制御用の汎用のコンピュータを使用し、このコンピュータを基地局統括部２６、報知情報送信部２７及び最終故障判定部２８として機能させるプログラムをこのコンピュータに読み込ませ、このプログラムを実行させることによっても実現することができる。

図３は、上述した移動体通信システムにおいて用いられる車上装置２０の構成の一例を示す。車上装置２０は、ＬＣＸ１３との間で電波による通信を実現するための周知の高周波回路や変調回路を有する。車上装置２０は、さらに、制御部２１を備える。制御部２１は、列車２の運行中にＬＣＸ１３から放射される信号の強度を測定し、この測定に基づいて仮故障判定を行って結果を中央制御装置１４に送信し、報知情報を受信したときにこの報知情報に対して返信する制御を行う。制御部２１は、強度測定部２３と、仮故障判定部２４と、報知情報返信部２５と、を備える。強度測定部２３は、基地局からＬＣＸ１３を介して受信した信号の強度を測定する。仮故障判定部２４は、測定された信号強度に基づいて仮故障判定を行い仮故障判定結果を中央制御装置１４に向けて送信する。報知情報返信部２５は、報知情報を受信してこの報知情報に対する返信を行う。制御部２１は、専用のハードウェアによって構成されてもよい。あるいは制御部２１は、制御用の汎用のコンピュータを使用し、このコンピュータを強度測定部２３、仮故障判定部２４及び報知情報返信部２５として機能させるプログラムをこのコンピュータに読み込ませ、このプログラムを実行させることによっても実現できる。

上述した例では、基地局に設けられるアンテナとしてＬＣＸを用いて空間電磁波による通信を行っている。しかし、変形例として、平行２本線からなる誘導線をアンテナとして用い、誘導無線方式によって通信を行うことも可能である。

次に、本発明の第２の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態の移動体通信システム２００の構成をその仮故障判定時の動作とともに示す。移動体通信システム２００の最終故障判定を行う際の動作は、図１Ｂと同様であるから、図４では改めて図示されない。

第１の実施形態の移動体通信システム１００では、仮故障判定において、受信信号強度の低下を検出することにより、故障の疑いを発見している。しかしながら、ＬＣＸ１３をアンテナとして用いる移動体通信システムでは、個々のＬＣＸ１３の長さ、基地局１１から受信地点までの距離、及び周囲の環境などに応じて、故障が発生していなくても受信信号強度が変動する。また、障害箇所の特定には仮故障判定時の列車２の正確な位置についての情報が必要である。しかし、実際の列車の運行では、一般的に、路線１に沿った地点ごとに列車の速度が異なる上、運行ごとに列車の速度変化のパターンも微妙に異なる。このため、単に測定時刻を正確に取得するだけでは列車２の正確な位置を決定することができない。

図４に示す第２の実施形態の移動体通信システム２００は、基本的には図１に示した移動体通信システム１００と同様の構成を備える。しかし、第２の実施形態の移動体通信システム２００では、仮故障判定において、過去に測定した信号強度と今回測定した信号強度とが測定地点ごとに比較される。そして、両者の差が予め定めたしきい値以上となる場合に、故障が疑われると判定される。このような仮故障判定方法では、前回と今回とで信号強度の測定地点がずれていると正確な判定を行うことができないため、列車２の走行位置を正確に知ることが好ましい。そこで第２の実施形態では、仮故障判定を行う際には、衛星測位システムを用いて決定された列車２の位置に基づき、予め定められた地点（測定地点）で信号の強度が測定される。図４では、測位衛星であるＧＰＳ衛星１７からの電波を受信して列車２の位置が決定され、区間ごとに予め定められた１地点で信号の強度が測定される。もちろん、１区間当たり複数の測定地点を設定することも可能であり、測定地点を増やせば、ＬＣＸ１３の単独の故障である場合にその障害箇所をより細かく特定することができる。１区間当たり１地点で信号強度を測定する場合であっても、区間の末端に近い位置で信号強度を測定すれば、その区間の基地局１１とＬＣＸ１３のいずれかに故障がある場合に確実にその故障を検出できる。

本実施形態において、過去に測定した信号強度は、例えば、前日に測定した信号強度（図４では「前日データ(2014/04/02)」と記載される）であり、過去の測定結果として車上装置２０のメモリに格納されている。今回測定した信号強度は、列車２の現在の運行において測定されたもの、すなわち現在の測定結果（図４では「当日データ(2014/04/03)」と記載される）である。現在の測定結果は、列車２の運行に伴って取得され次第、順次、メモリに格納される。そして図４に示すように、前日データと当日データとの差分データが計算される。強度差分の絶対値が所定のしきい値よりも大きい場合に、仮故障判定では、該当する測定地点に関して故障が疑われる、と判断される。図４では、区間＃２に設けられる基地局＃２に関する測定地点での受信電界強度が、前日と当日とで２６ｄＢも異なっている。これは、基地局＃２かそれに接続するＬＣＸにおける故障発生を疑わせる。このように、前日と当日との測定結果を比較することにより、日々の列車運行を利用して確実に仮故障判定を行うことができるようになる。

なお図４に示した移動体通信システム２００では、中央制御装置１４は、運転指令室１６から、列車運行を管理する運転指令あるいは鉄道設備を統括する設備指令によって操作される。また、最終故障判定の結果は、中央制御装置１４から運転指令室１６に通知される。

図５は、図４に示す移動体通信システムにおいて用いられる車上装置２０の構成の一例を示す。車上装置２０は、２本のアンテナ３１及び３２と、アンテナ共用器３３と、信号処理／演算部３４と、制御ユニット３５と、外部インタフェース３６と、電源ユニット３７と、操作部３８と、表示器３９と、を備える。アンテナ３１及び３２は、地上設備との無線通信に用いられる。アンテナ共用器３３は、アンテナ３１、３２を共用するために用いられる。信号処理／演算部３４は、信号のベースバンド処理を行う。制御ユニット３５は、車上装置２０の全体の制御を行う。電源ユニット３７は、車上装置２０の全体に対する電力供給を行う。操作部３８及び表示器３９は、乗務員が車上装置２０を操作するために用いられる。列車編成に１組の車上装置２０しか設けない場合であっても、操作部３８及び表示器３９は、編成内の各運転台に設けられる。操作部３８及び表示器３９は、外部インタフェース３６を介して制御ユニット３５に接続される。信号処理／演算部３４は、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ；Field Programmable Gate Array）によって構成される。

２本のアンテナ３１及び３２は、ダイバーシティアンテナを構成しており、このうちアンテナ３１は送受信兼用であって、アンテナ３２は受信専用である。アンテナ共用器３３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１〜４３を備える。バンドパスフィルタ４１は、アンテナ３１に接続され、送信用周波数のみを通過させる。バンドパスフィルタ４２は、アンテナ３１に接続され、受信用周波数のみを通過させる。バンドパスフィルタ４３は、アンテナ３２に接続され、受信用周波数を通過させる。

アンテナ共用器３３と信号処理／演算部３４の間には、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ４４、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４５及び４６、バンドパスフィルタ４７〜４９、ＰＬＬ（位相ロックループ；Phase Locked Loop）シンセサイザ５０、ミキサ５１〜５３、電力増幅器（ＰＡ；Power Amplifier）５４、低雑音増幅器（ＬＮＡ；Low Noise Amplifier）５５及び５６が設けられる。ミキサ５１にはＰＬＬシンセサイザから送信用の局部発振（ＬＯ：Local Oscillation）周波数が供給される。ミキサ５２、５３にはＰＬＬシンセサイザから受信用の局部発振周波数が供給されている。車上装置から地上設備に向けて信号を送信するときは、信号処理／演算部３４で発生した送信用デジタル信号がデジタル／アナログコンバータ４４によってアナログ信号に変換される。このアナログ信号は、バンドパスフィルタ４７を介してミキサ５１に供給されて、送信周波数での信号である送信信号に変換される。送信信号は、電力増幅器５４で増幅されたのち、バンドパスフィルタ４１を経てアンテナ３１に供給され、地上設備側に送信される。一方、地上設備から送信された信号はアンテナ３１及び３２で受信される。アンテナ３１及び３２からの受信信号は、それぞれ、バンドパスフィルタ４２又は４３、低雑音増幅器５５又は５６を経て、ミキサ５２又は５３で周波数変換される。周波数変換された信号は、バンドパスフィルタ４８又は４９を経てＡ／Ｄコンバータ４５又は４６に供給されてデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄコンバータ４５及び４６から出力されるデジタル信号は、信号処理／演算部３４に供給される。

さらに、車上装置２０は、衛星測位システムによる測位によって列車２の位置を正確に決定するために、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナ６１とアンテナ６１に接続してＧＰＳ信号により測位計算を実行するＧＰＳレシーバ６２とを備える。ＧＰＳレシーバ６２で決定された列車２の現在の位置は、信号処理／演算部３４に送られる。

制御ユニット３５には、実際の制御処理を実行する制御部２１と、制御に必要なデータを格納する記憶部２２とが設けられている。制御部２１は、図３に示した車上装置における制御部と同様の構成を備える。記憶部２２は、例えば、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ、ｅＭＭＣ（組み込み型マルチメディアカード；embedded Multi Media Card）などの各種のメモリによって構成されている。記憶部２２は、前日データを保持するとともに当日データが順次格納されるメモリとしても使用される。

次に、本実施形態の移動体無線システムの動作について説明する。この移動体無線システムは、仮故障判定と最終故障判定との複合判定により故障を検出し障害箇所を特定することを特徴とする。したがって、仮故障判定と最終故障判定の各々の処理を説明することにより、この移動体無線システムの動作を説明する。

仮故障判定について図６を用いて説明する。図６は、仮故障判定での車上装置２０の制御部２１での処理を示す。仮故障判定は列車２の運行中に行われるため、まず、ステップＳ１において、制御部２１は、列車２がその終着駅に到達したか判定する。列車２が終着駅に到達している場合には処理を終了する。列車２が終着駅に到達していない場合には、列車２が運行中であるため、制御部２１は、ステップＳ２において、ＬＣＸ１３をアンテナとして各基地局１１から出力される電波を所定の測定地点において受信し、信号の強度、例えば受信電界強度を実測する。その後、制御部２１は、ステップＳ３において実測された受信電界強度を当日データとしてメモリ（記憶部２２）に順次格納し、ステップＳ４において当日データとメモリに格納されている前日データとを照合する。制御部２１は、ステップＳ５において、現在の測定地点における当日データと前日データとの差分値の絶対値が予め定めたしきい値以上であるかを判断する。差分値の絶対値がしきい値未満である場合には、ステップＳ６において、翌日の測定のために、メモリにおいて、現時点での当日データを前日データに上書きし、次の測定地点での測定のためにステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ５において差分値の絶対値がしきい値以上である場合には、その測定地点に関連する地上設備（基地局１１及びそれに接続するＬＣＸ１３）の故障が疑われる。この場合、制御部２１は、ステップＳ７において、測定地点ごとにメモリ内に設けられる故障仮フラグをセットし、ステップＳ８において、隣接する基地局１１を介し、仮故障判定結果として故障仮フラグを中央制御装置１４に送信する。ここで隣接する基地局１１を介するのは、測定地点での基地局には故障の疑いがあって仮故障判定結果の送信がうまくいかない可能性が高いからである。また、中央制御装置１４に送られる故障仮フラグには、どの測定地点のものであるかの情報も含まれる。その後、故障仮フラグが中央制御装置１４まで送達されたことが確認されると、制御部２１は、ステップＳ９において、故障仮フラグをリセットし、次の測定地点での測定のためにステップＳ１に戻る。このように仮故障判定では、列車２側で基地局１１あるいはＬＣＸ１３の故障の疑いがあると判断した場合に、地上の中央制御装置１４に対してその旨の情報が伝達される。

最終故障判定について図７を用いて説明する。図７は、最終故障判定での中央制御装置１４での処理を示す。中央制御装置１４は、ステップＳ２１において仮故障判定結果として故障仮フラグを受信すると、その故障仮フラグがどの測定地点によるものかを判定する。そして、中央処理装置１４は、ステップＳ２２において、その測定地点に関係する基地局（基地局自体あるいは接続されたアンテナの故障が疑われる基地局）に対し、報知情報としてエマージェンシー固定パターン（以下、「Ｅパターン」と呼ぶ）の送出を命令する。そして、ステップ２３において、路線１上で運行中または車両基地等にあってこれから運行が予定されている全ての列車２の車上装置２０に対し、Ｅパターンの受信に対するスタンバイ指令を通知する。Ｅパターンは、例えば、特定のビットの繰り返しからなるパターンからなる信号である。その後、中央制御装置１４は、ステップＳ２４において、最終故障判定を行う時間長を規定するタイマを設定する。図示した例では、タイマにｙ秒が設定されている。

列車２の車上装置２０は、報知情報であるＥパターンを受信した場合にはこれに返信する。返信は、走行している場所に近接する任意の基地局に対してＡＣＫ（アクノレッジ（受領確認）；Acknowledge）信号を送出し続けることによって行われる。そこで、中央制御装置１４は、ステップＳ２５において、受信したＡＣＫ信号を数えることで、各列車２でのＥパターンの受信数Ｎをカウントする。そして、ステップＳ２６において、中央制御装置１４は、経過時間がｙ秒に達したかどうか、すなわちタイムアウトしたかどうかを判定する。タイマがタイムアウトしていない場合には、引き続きＥパターンの受信数をカウントするために、処理はステップＳ２５に戻る。一方、タイマがタイムアウトした場合には、中央制御装置１４は、ステップＳ２７において、Ｅパターンの受信数Ｎが予め定めた設定数以上であるかどうかを判断する。中央制御装置１４は、Ｎが設定数以上であれば、ステップＳ２８において、仮故障判定により故障が疑われた基地局及びＬＣＸは通信可能な状態であって正常であると判断し、最終的に非故障と判定する。そして、ステップＳ２９において、Ｅパターンの送出を解除して最終故障判定の処理を終了する。一方、ステップＳ２７においてＮが設定する未満であるときは、中央制御装置１４は、ステップＳ３０において、実際に故障が発生していると判断し、その旨をステップＳ３１において運転指令室１６内の指令に通知する。そして、ステップＳ２９においてＥパターンの送出を解除して最終故障判定の処理を終了する。

以上の説明では、ＧＰＳ衛星１７を利用して列車２の正確な位置を決定しているが、路線１にトンネルなどがある場合、トンネル内ではＧＰＳ衛星１７を利用することができない。このような場合には、ＧＰＳ衛星１７を利用できる場所で列車２の位置を決定した後、列車の速度情報を積算するなどの手順により列車２の位置を決定できる。ＧＰＳ衛星を利用できない範囲が短い場合には、速度情報の積算を利用しても列車２の位置を十分な精度で決定することができる。

以上、本発明の実施形態を説明した。ＬＣＸは、そもそもはトンネル内での不感対策のために用いられていたので、その設置場所もトンネル内が多いが、近年では、トンネル外で防音壁の上に線路と平行にＬＣＸを設置することも広く行われている。地震や強風、降雪などにより防音壁を構成する遮蔽板などの金属物がＬＣＸと干渉することも起こり得る。このような干渉により車上での受信電界強度が微弱になる現象が発生した場合であっても、上述の方法により、ＬＣＸ本体での故障の他に、このような干渉によって生ずる障害についても、障害を検知し障害箇所を特定できる。

なお、上述した各実施形態は、路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムを記載する。各実施形態は、地上設備の設置場所への隅々までの調査員の調査を必要とせず、路線上での移動体の運行を維持したまま運用中に故障判定を行うことができて、地上設備における故障や障害を検知し障害箇所を特定できる移動体通信システムを提供することも目的としている。また、上記の実施形態は、路線を運行する移動体に設けられて地上設備との間で無線通信を行う車上装置を記載する各実施形態は、路線上での移動体の運行を維持し地上設備を運用したまま地上設備における故障や障害を検知するために使用できる車上装置を提供することも目的とする。さらに上記の実施形態は、路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムに設けられる制御装置を記載する。各実施形態は、地上設備の設置場所の隅々までの調査員による調査を必要とせず、路線上での移動体の運行を維持したまま運用中に故障判定を行うことができて、地上設備における故障や障害を検知し障害箇所を特定できる制御装置を提供することも目的とする。

以上、実施形態を参照して本願発明の実施形態を説明した。しかし、本願発明が適用可能な形態は上述した実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細説明には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１４年５月１９日に出願された日本出願特願２０１４−１０３１５２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 路線
２ 列車
１１ 基地局
１２ 同軸ケーブル
１３ 漏えい同軸ケーブル（ＬＣＸ）
１４ 中央制御装置
１５ 信号ケーブル
１６ 運転指令室
１７ ＧＰＳ衛星
２０ 車上装置
２１ 制御部
２２ 記憶部
２３ 強度測定部
２４ 仮故障判定部
２５ 報知情報返信部
２６ 基地局統括部
２７ 報知情報返信部
２８ 最終情報判定部
３１、３２、６１ アンテナ
３３ アンテナ共用器
３４ 信号処理／演算部
３５ 制御ユニット
３６ 外部インタフェース
３７ 電源ユニット
３８ 操作部
３９ 表示器
４１〜４３、４７〜４９ バンドパスフィルタ
４４ Ｄ／Ａコンバータ
４５、４６ Ａ／Ｄコンバータ
５１〜５３ ミキサ
６２ ＧＰＳレシーバ
１００、２００ 移動体通信システム

Claims (15)

1. 路線の複数の区間ごとに設けられる基地局と、前記基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、前記路線に設けられる前記基地局の全体を統括する制御装置と、を備え、前記路線を運行する移動体に対して無線通信を行う無線設備における故障箇所を検知する障害検知方法であって、
   運行中の少なくとも一つの前記移動体において、前記アンテナから放射される信号の強度を測定し、該信号の強度に基づいて仮故障判定を取得し、
   前記仮故障判定を取得した場合に、前記制御装置が、故障と判断される基地局及びアンテナを介して報知情報を送信し、
   前記報知情報を受信した運行中の任意の前記移動体が前記制御装置に返信し、
   前記制御装置において、各移動体からの返信に基づいて最終故障判定を行う、障害検知方法。
2. 正常な応答を示す前記返信の数に基づいて前記最終故障判定を行う、請求項１に記載の障害検知方法。
3. 前記移動体の車上装置において前記信号の強度を測定した際に前記車上装置は測定結果を測定地点ごとに記憶部に格納し、
   前記車上装置は前記記憶部に格納されている過去の測定結果と最新の測定結果とを前記測定地点ごとに比較することにより前記仮故障判定を実行する、請求項１または２に記載の障害検知方法。
4. 前記過去の測定結果は前日の測定結果であり、前記測定地点ごとに前記過去の測定結果と前記最新の測定結果との差分が予め定めたしきい値以上の場合に、前記仮故障判定とする、請求項３に記載の障害検知方法。
5. 前記報知情報は特定パターンの繰り返しまたは特定のビット列の繰り返しからなり、
   運行中の全ての移動体での前記報知情報の受信可否を集計することにより前記最終故障判定を行う、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の障害検知方法。
6. 前記仮故障判定を行う移動体は、衛星測位システムを用いて決定された当該移動体の位置に基づき、予め定められた地点で前記信号の強度を測定する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の障害検知方法。
7. 前記路線は列車軌道であり、前記移動体は列車であり、前記列車の営業運転中に前記仮故障判定及び前記最終故障判定を行う、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の障害検知方法。
8. 路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムであって、
   前記路線の複数の区間ごとに設けられる基地局と、前記基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、前記路線に設けられる前記基地局の全体を統括する制御装置と、を備える地上設備と、
   前記移動体に設けられる車上装置と、
   を有し、
   前記車上装置は、前記アンテナから放射される信号の強度を測定し、該信号の強度に基づいて仮故障判定を実行して前記制御装置に送信する制御手段を備え、
   前記制御装置は、前記仮故障判定を受信した場合に、故障と判断される基地局及びアンテナを介して報知情報を送信し、各移動体からの返信に基づいて最終故障判定を行う、移動体通信システム。
9. 前記制御装置は、正常な応答を示す前記返信の数に基づいて前記最終故障判定を行う、請求項８に記載の移動体通信システム。
10. 前記車上装置はさらに記憶部を備え、
    前記制御手段は、前記信号の強度を測定した際に測定結果を測定地点ごとに記憶部に格納し、前記記憶部に格納されている過去の測定結果と最新の測定結果とを前記測定地点ごとに比較することにより前記仮故障判定を実行する、請求項８または９に記載の移動体通信システム。
11. 前記過去の測定結果は前日の測定結果であり、前記測定地点ごとに前記過去の測定結果と前記最新の測定結果との差分が予め定めたしきい値以上の場合に、前記仮故障判定とする、請求項１０に記載の移動体通信システム。
12. 前記報知情報は特定パターンの繰り返しまたは特定のビット列の繰り返しからなり、
    前記制御装置は、運行中の全ての移動体での前記報知情報の受信可否を集計することにより前記最終故障判定を行う、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の移動体通信システム。
13. 前記車上装置は、測位衛星からの電波を受信して前記移動体の位置を決定するレシーバを備え、前記レシーバにおいて決定された当該移動体の位置に基づき、予め定められた地点で前記信号の強度を測定する、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の移動体通信システム。
14. 前記路線は列車軌道であり、前記移動体は列車である、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の移動体通信システム。
15. 路線の複数の区間ごとに設けられる基地局と、前記基地局に接続するとともに前記路線に沿って設置されるアンテナと、を備え、前記路線を運行する移動体に対して無線通信を行う移動体通信システムに設けられる制御装置であって、
    前記路線に設けられる前記基地局の全体を統括する基地局統括手段と、
    前記移動体から受信した仮故障判定によりいずれかの基地局及び当該基地局に接続するアンテナの少なくとも一方の故障と判断した場合に、当該故障と判断された基地局及びアンテナを介して報知情報を送信する報知情報送信手段と、
    前記報知情報に対する各移動体からの返信に基づいて最終故障判定を行う最終故障判定手段と、
    を有する制御装置。

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