JP6239160B2

JP6239160B2 - 列車位置検知装置

Info

Publication number: JP6239160B2
Application number: JP2016571976A
Authority: JP
Inventors: 孝哉葛城; 剛生吉本; 亘辻田; 知明武輪
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: US20180009454A1; DE112016000508T5; WO2016121606A1; JPWO2016121606A1; US10023211B2

Description

この発明は、絶対位置測位方式と相対位置測位方式を併用して線路上の列車位置を検知する列車位置検知装置に関する。

現在の鉄道分野における列車の位置を検知する方法は、地上に設置した位置補正用地上子から受信する絶対距離を起点とし、車上に搭載される速度発電機で車輪の回転数から位置補正用の地上子との相対距離を計測する方法が主流である。しかし、地上子との通信不全、車輪の摩耗等による車輪径誤差及び車輪の空転滑走のために列車の位置が不明確になるという問題があった。

そこで、ＧＰＳ衛星により常時列車の絶対位置を測定する方法が考案されている。ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星による測位には信号受信感度の低下やマルチパス等のために測位誤差が存在するため、これに対して特許文献１は、ＧＰＳ衛星に基づく位置精度の信頼性を考慮して列車位置を決定し、列車制御を行う方法を開示している。

特許第４７８６００１号公報

しかし、保安上必要とされる必要最小限の編成間距離を保持しながら出来る限り編成間を接近させる移動閉塞方式にＧＰＳを活用する場合、特許文献１のようにＧＰＳ衛星の信頼性により列車位置を評価するだけでは、列車位置測位の誤差を考慮出来ない。そのため、列車の先端及び後端に過大な余裕距離を取らざるを得ず、編成間距離を十分に短くした列車制御を行えないという問題があった。

本発明は上述の問題に鑑み、編成間距離を短く設定することが可能な列車位置検知装置の提供を目的とする。

本発明に係る列車位置検知装置は、絶対距離計測センサによる列車の位置の測定結果に基づき、測定誤差を考慮した列車の端部の位置の推定範囲である絶対位置保証範囲を算出する絶対位置保証範囲算出部と、前回測定時からの相対距離を測定する相対距離計測センサによる列車の位置の測定結果に基づき、測定誤差を考慮した列車の端部の位置の推定範囲である相対位置保証範囲を算出する相対位置保証範囲算出部と、列車進行方向及び列車後退方向のうち、一方を第１方向、他方を第２方向とし、絶対位置保証範囲の第１方向の端部と相対位置保証範囲の第１方向の端部とのうち、第２方向正側にある端部の位置を列車の第１方向の端部の位置と決定する位置決定部と、を備え、絶対位置保証範囲は、列車の後端部の位置の推定範囲である絶対後端位置保証範囲を含み、相対位置保証範囲は、列車の後端部の位置の推定範囲である相対後端位置保証範囲を含み、位置決定部は、絶対後端位置保証範囲の列車後退方向の端部と相対後端位置保証範囲の列車後退方向の端部とのうち、列車進行方向正側にある端部の位置を列車の後端部の位置と決定し、相対位置保証範囲算出部は、相対距離計測センサの新たな測定値及びその測定誤差を、前回の相対距離計測センサの測定結果に基づき算出した相対後端位置保証範囲初期値に積算して相対後端位置保証範囲を算出し、相対後端位置保証範囲初期値の列車後退方向の端部が、位置決定部が前回決定した列車の後端部の位置よりも列車進行方向負側にある場合は、位置決定部が前回決定した列車の後端部の位置を相対後端位置保証範囲初期値として相対後端位置保証範囲を算出する。

本発明に係る列車位置検知装置によれば、絶対位置保証範囲の第１方向の端部と相対位置保証範囲の第１方向の端部とのうち、第２方向正側にある端部の位置を列車の第１方向の端部の位置と決定するので、絶対位置保証範囲のみ、あるいは相対位置保証範囲のみに基づき列車の端部の位置を推定する場合よりも余裕距離を短くすることができる。そのため、編成間距離を短く設定することができる。また、みなし列車後端位置が列車進行方向負側に後退しない上、列車後端位置における測位誤差が短くなる。

実施の形態１による列車位置検知装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１による列車位置検知装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態１による列車位置検知装置による列車位置検知を説明する図である。実施の形態１による列車位置検知装置による列車位置検知を説明する図である。実施の形態２による列車位置検知装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態２による列車位置検知装置による列車位置検知を説明する図である。実施の形態２による列車位置検知装置による列車位置検知を説明する図である。実施の形態３による列車位置検知装置の構成を示すブロック図である。位置保証範囲を説明する図である。実施の形態３による列車位置検知装置によるみなし列車後端位置の推移を示す図である。実施の形態３による列車位置検知装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態４による列車位置検知装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４による列車位置検知装置によるみなし列車後端位置の推移を示す図である。実施の形態４による列車位置検知装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態５による列車位置検知装置の構成を示すブロック図である。位置保証範囲を説明する図である。実施の形態５による列車位置検知装置によるみなし列車先端位置の推移を示す図である。実施の形態５による列車位置検知装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態６による列車位置検知装置の構成を示すブロック図である。実施の形態６による列車位置検知装置の動作を示すフローチャートである。区分求積法を説明する図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
本発明の実施の形態１では、自列車後端位置に対する余裕距離を短縮するための処理を示す。これにより、自列車に続行する後続列車は列車間隔を適切に詰めることが可能になる。

＜Ａ−１．構成＞
図１は実施の形態１による列車位置検知装置１００Ａの構成図である。図において、同一又は対応する構成要素には同一の符号を付しており、このことは明細書の全文において共通する。また、明細書で示す構成要素の形態はあくまで例示であり、これらの記載に限定されるものではない。

図１において、列車位置検知装置１００Ａは、ＧＰＳアンテナ１、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２、速度発電機３、速発位置保証範囲算出部４、線路情報記憶部５、保証範囲比較部６及び位置決定部７を備えている。なお、本明細書及び図面では、速度発電機のことを「速発」と称することがある。

ＧＰＳアンテナ１は、ＧＰＳアンテナ１の位置を決定するためのＧＰＳ信号１０１をＧＰＳ衛星から受信する。

ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、ＧＰＳアンテナ１からＧＰＳ信号１０１を、線路情報記憶部５から線路情報１０２をそれぞれ取得し、これらに基づきＧＰＳ位置保証範囲１０３を算出する。ＧＰＳ位置保証範囲１０３とは、ＧＰＳ信号１０１に基づき推定される列車の在線する位置範囲であり、より具体的には、列車に搭載されたＧＰＳアンテナ１の位置範囲である。ここで位置「範囲」となるのは測定誤差を考慮するためである。

速度発電機３は列車の車軸に取りつけられ、車輪の回転数を計測する。

速発位置保証範囲算出部４は、速度発電機３が計測した車輪回転数信号１０４に基づき速度発電機位置保証範囲（速発位置保証範囲）１０５を算出する。速発位置保証範囲１０５とは、車輪回転数信号１０４に基づき推定される列車の在線する位置範囲であり、より具体的には、速度発電機３が取り付けられた列車の車軸の位置範囲である。ここで位置「範囲」となるのは測定誤差を考慮するためである。

線路情報記憶部５は線路情報１０２を記憶する。線路情報１０２は、ＧＰＳ位置保証範囲１０３及び速発位置保証範囲１０５の算出に用いられる情報であり、例えば緯度経度若しくは走行距離と路線キロ程との関係、分岐情報、番線情報又は勾配情報などを含む。

保証範囲比較部６は、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２からＧＰＳ位置保証範囲１０３を、速発位置保証範囲算出部４から速発位置保証範囲１０５をそれぞれ取得し、これらを比較する。この比較処理は後述する。

位置決定部７は、保証範囲比較部６から比較結果１０６を取得し、これに基づき列車の位置を推定する。具体的には、列車の後端位置を推定する。なお、ここで推定する列車の後端位置を「みなし列車後端位置」と呼ぶ。

＜Ａ−２．動作＞
図２は、列車位置検知装置１００Ａの動作を示すフローチャートである。以下、図１及び図２を用いて列車位置検知装置１００Ａの動作を説明する。

ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、絶対距離計測センサの測定結果に基づき絶対位置保証範囲を算出する絶対位置保証範囲算出部の一例である。すなわち、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、ＧＰＳアンテナ１からＧＰＳ信号１０１を取得し、線路情報１０２を制約条件としてＧＰＳ信号１０１に基づき、列車の路線上の固有位置を表すキロ程を算出する。さらに、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、例えば特開２０１０−２３４９７９号に記載のＳＢＡＳ（Satellite Based Augmentation System）受信機を利用することで、上記のとおり算出したキロ程の最大誤差を算出し、最大誤差を考慮したＧＰＳ位置保証範囲１０３を算出する。

また、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、ＧＰＳアンテナ１の設置位置から列車後端までのオフセット距離を保持しており、当該オフセット距離をＧＰＳ位置保証範囲１０３に加算することにより、列車後端の位置保証範囲（これを「ＧＰＳ後端位置保証範囲」と称する）を算出する（ステップＳ１０１）。

次に、速発位置保証範囲算出部４は、速度発電機３から車輪回転数信号１０４を取得し、車輪回転数に列車の車輪円周長を積算して走行距離を算出する。車輪円周長は、例えば速発位置保証範囲算出部４が保持している。そして、線路情報１０２を制約条件とし、走行開始位置等の特定の起点からの走行距離を基にキロ程を算出する。そして、速発位置保証範囲算出部４は、日本機械学会講演論文集Ｎｏ．１４４−１（２−１２頁）に示された方法で、速度発電機３の測定に基づくキロ程の最大誤差を算出し、最大誤差を考慮した速発位置保証範囲１０５を算出する。

また、速発位置保証範囲算出部４は、速度発電機３が取り付けられた計測車軸から列車後端までのオフセット距離を保持しており、当該オフセット距離を速発位置保証範囲１０５に加算することにより、列車後端の位置保証範囲（これを「速発後端位置保証範囲」と称する）を算出する（ステップＳ１０２）。

次に、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ位置保証範囲１０３と速発位置保証範囲１０５との比較処理を行う。具体的には、まず、ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複するか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

両者が重複する場合、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ後端位置保証範囲の列車進行方向後端値（以下「ＧＰＳ後端位置保証範囲−」と称す）が、速発後端位置保証範囲の列車進行方向後端値（以下「速発後端位置保証範囲−」と称す）より列車進行方向の後方にあるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

図３は、ＧＰＳ後端位置保証範囲−が速発後端位置保証範囲−より列車進行方向の後方にある場合を示しており、この場合、速発後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（図２のステップＳ１０５）。一方、図４は、ＧＰＳ後端位置保証範囲−が速発後端位置保証範囲−より列車進行方向の前方にある場合を示しており、この場合、ＧＰＳ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（図２のステップＳ１０６）。また、ＧＰＳ後端位置保証範囲−と速発後端位置保証範囲−とが同位置である場合も、ＧＰＳ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（図２のステップＳ１０６）。

つまり、みなし列車後端位置は、ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複する範囲の最後端位置となる。言い換えれば、ＧＰＳ後端位置保証範囲の列車後退方向の端部（ＧＰＳ後端位置保証範囲−）と速発後端位置保証範囲の列車後退方向の端部（速発後端位置保証範囲−）とのうち、列車進行方向正側にある端部の位置をみなし列車後端位置としている。これにより、列車後端位置における測位誤差が短くなるため、自列車と後続列車との間隔を短くした高密度運転を実現できる。

ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複しない場合（図２のステップＳ１０３：ＮＯ）は、空転滑走のため、速度発電機３により測定した列車位置と真の列車位置との間で大きなずれが生じていると考えられる。そこで、ＧＰＳ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（図２のステップＳ１０６）。

＜Ａ−３．変形例＞
トンネル等、ＧＰＳ衛星からの信号を受信できない領域（以下、「ＧＰＳ圏外領域」と称する）では、ＧＰＳ位置保証範囲を算出できない。そこで、保証範囲比較部６はＧＰＳ圏外領域の位置情報を保持しておき、みなし列車後端位置がＧＰＳ圏外領域に位置している間は、専ら速発後端位置保証範囲―をみなし列車後端位置としても良い。

また、絶対位置測位方式としてＧＰＳ信号による測位、相対位置測位方式として速度発電機による測位を行ったが、これらは各測位方式の例示であって、他の測位方式を用いても良い。例えば、絶対位置測位方式として他の衛星測位方式を用いても良いし、相対位置測位方式としてエンコーダなど他の積算走行距離計を用いてもよい。

また、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２及び速発位置保証範囲算出部４では、列車位置を路線上のキロ程として扱ったが、緯度経度で扱ってもよい。

また、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２がＧＰＳアンテナ１の設置位置から列車後端までのオフセット距離を保持するとしたが、当該オフセット距離は線路情報記憶部５が保持してもよい。

また、速発位置保証範囲算出部４が、速度発電機が取り付けられた計測車軸から列車後端までのオフセット距離を保持するとしたが、当該オフセット距離は線路情報記憶部５が保持してもよい。

また、速度発電機３及びＧＰＳアンテナ１を列車位置検知装置１００Ａの構成としたが、これらは列車位置検知装置１００Ａの外部にあり、列車位置検知装置１００Ａがこれらから信号を取得する構成であっても良い。

また、図２では、ＧＰＳ後端位置保証範囲の算出（ステップＳ１０１）の後に速発後端位置保証範囲の算出（ステップＳ１０２）を行うこととしたが、ステップＳ１０１，１０２は順不同である。

＜Ａ−４．効果＞
実施の形態１に係る列車位置検知装置１００Ａにおいて、ＧＰＳ位置保証範囲（絶対位置保証範囲）は、列車の後端部の位置の推定範囲であるＧＰＳ後端位置保証範囲（絶対後端位置保証範囲）を含み、速発位置保証範囲（相対位置保証範囲）は、列車の後端部の位置の推定範囲である速発後端位置保証範囲（相対後端位置保証範囲）を含み、位置決定部７は、ＧＰＳ後端位置保証範囲の列車後退方向の端部と速発後端位置保証範囲の列車後退方向の端部とのうち、列車進行方向正側にある端部の位置を列車の後端部の位置と決定する。従って、ＧＰＳ位置保証範囲のみ、あるいは速発位置保証範囲のみに基づき列車の後端部の位置を推定するよりも、後続列車に対する余裕距離を短くすることができる。そのため、編成間距離を短く設定することができる。

実施の形態１に係る列車位置検知装置１００Ａにおいて、位置決定部７は、ＧＰＳ後端位置保証範囲（絶対後端位置保証範囲）と速発後端位置保証範囲（相対後端位置保証範囲）とが重複しない場合、ＧＰＳ後端位置保証範囲−（絶対後端位置保証範囲の列車後退方向の端部）の位置を列車の後端部の位置と決定する。これにより、空転滑走等のため速度発電機３により測定した列車位置と真の列車位置との間で大きなずれが生じた場合でも、適切に列車の後端部の位置を決定できる。

＜Ｂ．実施の形態２＞
本発明の実施の形態２では、自列車先端位置に対する余裕距離を短縮するための処理を示す。これにより、先行列車に対して列車間隔を適切に詰めたり、前方の制限速度区間に適切な速度で侵入したりすることが可能になる。

＜Ｂ−１．構成＞
実施の形態２による列車位置検知装置の構成は、図１に示した列車位置検知装置１００Ａと同様である。

＜Ｂ−２．動作＞
図５は、実施の形態２による列車位置検知装置の動作を示すフローチャートである。以下、図１及び図５を用いて実施の形態２による列車位置検知装置の動作を説明する。

ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、実施の形態１と同様にＧＰＳ位置保証範囲１０３を算出する。また、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、ＧＰＳアンテナ１の設置位置から列車先端までのオフセット距離を保持しており、当該オフセット距離をＧＰＳ位置保証範囲１０３に加算することにより、列車先端の位置保証範囲（これを「ＧＰＳ先端位置保証範囲」と称する）を算出する（ステップＳ２０１）。

次に、速発位置保証範囲算出部４は、実施の形態１と同様に速発位置保証範囲１０５を算出する。また、速発位置保証範囲算出部４は、速度発電機３が取り付けられた計測車軸から列車先端までのオフセット距離を保持しており、当該オフセット距離を速発位置保証範囲１０５に加算することにより、列車先端の位置保証範囲（これを「速発先端位置保証範囲」と称する）を算出する（ステップＳ２０２）。

次に、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ位置保証範囲１０３と速発位置保証範囲１０５との比較処理を行う。具体的には、まず、ＧＰＳ先端位置保証範囲と速発先端位置保証範囲とが重複するか否かを判断する（ステップＳ２０３）。

両者が重複する場合、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ先端位置保証範囲の列車進行方向先端値（以下「ＧＰＳ先端位置保証範囲＋」と称す）が、速発先端位置保証範囲の列車進行方向先端値（以下「速発先端位置保証範囲＋」と称す）より列車進行方向の後方にあるか否かを判断する（ステップＳ２０４）。

図６は、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋が速発先端位置保証範囲＋より列車進行方向の前方にある場合を示しており、この場合、速発先端位置保証範囲＋をみなし列車先端位置とする（図５のステップＳ２０５）。一方、図７は、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋が速発先端位置保証範囲＋より列車進行方向の後方にある場合を示しており、この場合、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋をみなし列車先端位置とする（図５のステップＳ２０６）。また、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋と速発先端位置保証範囲＋とが同位置である場合も、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋をみなし列車先端位置とする（図５のステップＳ２０６）。

つまり、みなし列車先端位置は、ＧＰＳ先端位置保証範囲と速度発電機先端位置保証範囲とが重複する範囲の最先端位置となる。これにより、列車先端位置における測位誤差が小さくなるため、自列車と先行列車との間隔を短くした高密度運転を実現できる。

ＧＰＳ先端位置保証範囲＋と速発先端位置保証範囲＋とが重複しない場合（図５のステップＳ２０３：ＮＯ）は、空転滑走のため、速度発電機３により測定した列車位置と真の列車位置との間で大きなずれが生じていると考えられる。そこで、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋をみなし列車先端位置とする（図５のステップＳ２０６）。

＜Ｂ−３．変形例＞
保証範囲比較部６はＧＰＳ圏外領域の位置情報を保持しておき、みなし列車先端位置がＧＰＳ圏外領域に位置している間は、専ら速発先端位置保証範囲＋をみなし列車先端位置としても良い。

また、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２がＧＰＳアンテナ１の設置位置から列車先端までのオフセット距離を保持するとしたが、当該オフセット距離は線路情報記憶部５が保持してもよい。

また、速発位置保証範囲算出部４が、速度発電機が取り付けられた計測車軸から列車先端までのオフセット距離を保持するとしたが、当該オフセット距離は線路情報記憶部５が保持してもよい。

また、図５では、ＧＰＳ先端位置保証範囲の算出（ステップＳ２０１）の後に速発先端位置保証範囲の算出（ステップＳ２０２）を行うこととしたが、ステップＳ２０１，２０２は順不同である。

その他、実施の形態１と同様の変形例が実施の形態２にも適用される。

＜Ｂ−４．効果＞
実施の形態２による列車位置検知装置によれば、ＧＰＳ位置保証範囲（絶対位置保証範囲）は、列車の先端部の位置の推定範囲であるＧＰＳ先端位置保証範囲（絶対先端位置保証範囲）を含み、速発位置保証範囲（相対位置保証範囲）は、列車の先端部の位置の推定範囲である速発先端位置保証範囲（相対先端位置保証範囲）を含み、位置決定部７は、絶対先端位置保証範囲の列車進行方向の端部と相対先端位置保証範囲の列車進行方向の端部とのうち、列車後退方向正側にある端部の位置を列車の先端部の位置と決定する。従って、ＧＰＳ位置保証範囲のみ、あるいは速発位置保証範囲のみに基づき列車の先端部の位置を推定するよりも、先行列車に対する余裕距離を短くすることができる。そのため、編成間距離を短く設定することができる。

位置決定部は、ＧＰＳ先端位置保証範囲（絶対先端位置保証範囲）と速発先端位置保証範囲（相対先端位置保証範囲）とが重複しない場合、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋（絶対先端位置保証範囲の列車進行方向の端部の位置）を列車の先端部の位置と決定する。これにより、空転滑走等のため速度発電機３により測定した列車位置と真の列車位置との間で大きなずれが生じた場合でも、適切に列車の先端部の位置を決定できる。

＜Ｃ．実施の形態３＞
本発明の実施の形態３では、実施の形態１の処理に加えてさらに過去の測位結果を参照し、さらに余裕距離を短縮するための処理を行う。

＜Ｃ−１．構成＞
図８は実施の形態３による列車位置検知装置１００Ｂの構成図である。列車位置検知装置１００Ｂの構成は、位置決定部７から保証範囲比較部６にみなし列車後端位置１０７が出力される点を除き、実施の形態１による列車位置検知装置１００Ａと同様である。

＜Ｃ−２．動作＞
図９を用いて後端位置保証範囲に関する用語の説明を行う。速発後端位置保証範囲＋は、速発後端位置保証範囲の列車進行方向の先端値であり、走行開始時の列車後端位置を初期値とする。速発後端位置保証範囲―は、実施の形態１と同義で速発後端位置保証範囲の列車進行方向の後端値を表し、走行開始時の列車後端位置を初期値とする。

ＧＰＳ後端位置保証範囲は、実施の形態１と同義であり、自列車後端位置におけるＧＰＳ位置保証範囲を表す。ＧＰＳ後端位置保証範囲＋は、ＧＰＳ後端位置保証範囲の列車進行方向の先端値を表す。ＧＰＳ後端位置保証範囲―は、実施の形態１と同義であり、ＧＰＳ後端位置保証範囲の列車進行方向の後端値を表す。

図１０は、列車位置検知装置１００Ｂの位置決定部７が決定するみなし列車後端位置の推移を示している。横軸は真の列車位置を、縦軸は測位列車位置を示している。また、ＧＰＳ信号１０１による列車位置の検知周期が速度発電機３による列車位置の検知周期よりも長いものと仮定している。

図１１は、列車位置検知装置１００Ｂの動作を示すフローチャートである。以下、図１０，１１を用いて列車位置検知装置１００Ｂの動作を説明する。

まず、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２がＧＰＳ後端位置保証範囲を算出し（ステップＳ３０１）、速発位置保証範囲算出部４が速発後端位置保証範囲を算出する（ステップＳ３０２）。

次に、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲の比較処理を行う。具体的には、まず、ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複するか否かを判断する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０１〜Ｓ３０３は、実施の形態１で説明した図２のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。

ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複する場合、ＧＰＳ後端位置保証範囲−、速発後端位置保証範囲−、及び前列車位置検知時のみなし列車後端位置を比較する（ステップＳ３０４）。なお、前列車位置検知時のみなし列車後端位置は、保証範囲比較部６が位置決定部７から取得している。

比較の結果、列車進行方向の最も前方にあるものをみなし列車後端位置とする。具体的には、ＧＰＳ後端位置保証範囲−が最も前方にあればＧＰＳ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とし（ステップＳ３０５）、速発後端位置保証範囲−が最も前方にあれば速発後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とし（ステップＳ３０６）、前列車位置検知時のみなし列車後端位置が最も前方にあれば前列車位置検知時のみなし列車後端位置をみなし列車後端位置とする（ステップＳ３０７）。

すなわち、実施の形態３では列車が後退しないという前提の下、ＧＰＳ後端位置保証範囲−や速発後端位置保証範囲−が前回のみなし列車後端位置よりも列車進行方向の後方になったとしても、前回のみなし列車後端位置を今回のみなし列車後端位置とし、みなし列車後端位置が後退しないようにラッチ処理を行っている。

次に、位置決定部７は列車位置が確定したか否かを判断する（ステップＳ３０８）。例えば、位置補正用地上子を列車が通過したときに列車位置が確定したと判断できる。列車位置が確定していなければ再びステップＳ３０１に戻り、みなし列車後端位置の決定を繰り返す。

なお、「前列車位置検知時のみなし列車後端位置」は、処理開始時においては走行開始時の列車後端位置とする。

以上の動作により、みなし列車後端位置が列車進行方向負側に後退することがないため、列車後端位置における測位誤差が実施の形態１よりも短くなる。従って、自列車と後続列車との間隔を短くして運転することが出来る。つまり、高密度運転を実現できる。

ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複しない場合（図２のステップＳ１０３：ＮＯ）は、空転滑走のため、速度発電機３により測定した列車位置と真の列車位置との間で大きなずれが生じていると考えられる。そこで、ＧＰＳ後端位置保証範囲―をみなし列車後端位置とする（図１１のステップＳ３０５）。

＜Ｃ−３．効果＞
実施の形態３に係る列車位置検知装置１００Ｂにおいて、位置決定部７は、ＧＰＳ後端位置保証範囲（絶対後端位置保証範囲）の列車後退方向の端部と速発後端位置保証範囲（相対後端位置保証範囲）の列車後退方向の端部とのうち列車進行方向正側にある端部より、前回決定した列車の後端部の位置が列車進行方向正側にある場合には、前回決定した列車の後端部の位置を今回の列車の後端位置として決定する。従って、みなし列車後端位置が列車進行方向負側に後退することがないため、列車後端位置における余裕距離が実施の形態１よりも短くなる。従って、後続列車に対する余裕距離を短くすることができる。そのため、編成間距離を短く設定することができる。

＜Ｄ．実施の形態４＞
実施の形態３では過去の測位結果を参照することで余裕距離を短縮したが、実施の形態４ではみなし列車後端位置を相対距離計測の初期値に利用することで、後続列車に対する余裕距離をさらに短縮する。

＜Ｄ−１．構成＞
図１２は、実施の形態４による列車位置検知装置１００Ｃの構成図である。列車位置検知装置１００Ｃの構成は、位置決定部７から速発位置保証範囲算出部４にみなし列車後端位置１０８が出力される点を除き、実施の形態１による列車位置検知装置１００Ａと同様である。

＜Ｄ−２．動作＞
図１３は、列車位置検知装置１００Ｃの位置決定部７で決定するみなし列車後端位置の推移を示している。横軸は真の列車位置を、縦軸は測位列車位置を示している。また、ＧＰＳ信号１０１による列車位置の検知周期が速度発電機３による列車位置の検知周期よりも長いものと仮定している。

図１４は、列車位置検知装置１００Ｃの動作を示すフローチャートである。以下、図１３，１４を用いて列車位置検知装置１００Ｂの動作を説明する。

まず、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２がＧＰＳ後端位置保証範囲を算出する（ステップＳ４０１）。このステップは、実施の形態１で説明した図２のステップＳ１０１と同様である。

次に、速発位置保証範囲算出部４は、位置決定部７から取得したみなし列車後端位置１０８を速発位置後端位置保証範囲−の初期値とし（以下、本実施の形態においてこの処理を「速発測位の初期化」と称する）、速発後端位置保証範囲を算出する（ステップＳ４０２）。具体的には、速発位置後端位置保証範囲−の初期値に、速度発電機３が測定した走行距離及びその測位誤差を積算する。この積算値を、図１３では「更新した速発後端位置保証範囲−」として示している。すなわち、実施の形態４では列車が後退しないという前提の下で速発後端位置保証範囲−を更新している。

次に、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ後端位置保証範囲−と速発後端位置保証範囲−とを比較処理を行う。具体的には、まず、ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複するか否かを判断する（ステップＳ４０３）。このステップは実施の形態１で説明した図２のステップＳ３と同様である。

ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複する場合、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ後端位置保証範囲−と速発後端位置保証範囲−とを比較し（ステップＳ４０４）、その比較結果に基づき位置決定部７がみなし列車後端位置を決定する（ステップＳ４０５，４０６）。ステップＳ４０４〜４０６は実施の形態１で説明した図２のステップＳ１０４〜１０６と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、位置決定部７は列車位置が確定したか否かを判断する（ステップＳ４０７）。例えば、位置補正用地上子を列車が通過したときに列車位置が確定したと判断できる。列車位置が確定していなければ再びステップＳ４０１に戻り、みなし列車後端位置の決定を繰り返す。

なお、処理開始時においては、走行開始時の列車後端位置を速発後端位置保証範囲−の初期値とすることにより、速発測位の初期化を行う。

以上の動作により、みなし列車後端位置が列車進行方向負側に後退しない上、列車後端位置における測位誤差が実施の形態３よりも短くなる。従って、自列車と後続列車との間隔を実施の形態３よりも短くした高密度運転を実現できる。

＜Ｄ−３．効果＞
実施の形態４による列車位置検知装置１００Ｃにおいて、速発位置保証範囲算出部４（相対位置保証範囲算出部）は、前回の速度発電機３（相対距離計測センサ）の測定結果に基づき算出した速発後端位置保証範囲（相対後端位置保証範囲）である速発後端位置保証範囲初期値（相対後端位置保証範囲初期値）に速度発電機３の新たな測定値及びその測定誤差を積算することで相対後端位置保証範囲を算出し、相対後端位置保証範囲初期値の列車後退方向の端部が、位置決定部７が前回決定した列車の後端部の位置よりも列車進行方向負側にある場合は、位置決定部が前回決定した列車の後端部の位置を相対後端位置保証範囲初期値として相対後端位置保証範囲を算出する。従って、みなし列車後端位置が列車進行方向負側に後退しない上、列車後端位置における測位誤差が実施の形態３よりも短くなる。よって、自列車と後続列車との間隔を実施の形態３よりも短くした高密度運転を実現できる。

＜Ｅ．実施の形態５＞
実施の形態５では、みなし列車先端位置を相対距離計測の初期値に利用することで、先行列車に対する余裕距離を短縮する。

＜Ｅ−１．構成＞
図１５は、実施の形態５による列車位置検知装置１００Ｄの構成図である。列車位置検知装置１００Ｄの構成は、位置決定部７から速発位置保証範囲算出部４にみなし列車先端位置１０９が出力される点を除き、実施の形態２による列車位置検知装置と同様である。

＜Ｅ−２．動作＞
図１６を用いて先端位置保証範囲に関する用語の説明を行う。速発先端位置保証範囲＋は、実施の形態２と同義であり、速発先端位置保証範囲の列車進行方向先端値を表し、走行開始時の列車先端位置を初期値とする。速度発電機先端位置保証範囲−は、速発先端位置保証範囲の列車進行方向後端値を表し、走行開始時の列車先端位置を初期値とする。

ＧＰＳ先端位置保証範囲は、実施の形態２と同義であり、自列車先端位置におけるＧＰＳ位置保証範囲を表す。ＧＰＳ先端位置保証範囲＋は、実施の形態２と同義であり、ＧＰＳ先端位置保証範囲の列車進行方向の先端値を表す。ＧＰＳ先端位置保証範囲―は、ＧＰＳ先端位置保証範囲の列車進行方向の後端値を表す。

図１７は、列車位置検知装置１００Ｄの位置決定部７が決定するみなし列車先端位置の推移を示している。横軸は真の列車位置を、縦軸は測位列車位置を示している。また、ＧＰＳ信号１０１による列車位置の検知周期が速度発電機３による列車位置の検知周期よりも長いものと仮定している。

図１８は、列車位置検知装置１００Ｄの動作を示すフローチャートである。以下、図１７，１８を用いて列車位置検知装置１００Ｄの動作を説明する。

まず、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２がＧＰＳ先端位置保証範囲を算出する（ステップＳ５０１）。このステップは、実施の形態２で説明した図５のステップＳ２０１と同様である。

次に、速発位置保証範囲算出部４は、位置決定部７から取得したみなし列車先端位置１０９を速発位置先端位置保証範囲＋の初期値とし（以下、本実施の形態においてこの処理を「速発測位の初期化」と称する）、速発先端位置保証範囲を算出する（ステップＳ５０２）。具体的には、速発位置先端位置保証範囲＋の初期値に、速度発電機３が測定した走行距離及びその測位誤差を積算する。この積算値を、図１７では「更新した速発先端位置保証範囲＋」として示している。このように速発先端位置保証範囲＋を更新することにより、速発先端位置保証範囲＋が必要以上に大きくならない。

次に、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ後端位置保証範囲＋と速発後端位置保証範囲＋とを比較処理を行う。具体的には、まず、ＧＰＳ先端位置保証範囲と速発先端位置保証範囲とが重複するか否かを判断する（ステップＳ５０３）。このステップは実施の形態２で説明した図５のステップＳ２０３と同様である。

ＧＰＳ先端位置保証範囲と速発先端位置保証範囲とが重複する場合、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ先端位置保証範囲＋と速発先端位置保証範囲＋とを比較し（ステップＳ５０４）、その比較結果に基づき位置決定部７がみなし列車先端位置を決定する（ステップＳ５０５，５０６）。ステップＳ５０４〜５０６は実施の形態２で説明した図５のステップＳ２０４〜２０６と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、位置決定部７は列車位置が確定したか否かを判断する（ステップＳ５０７）。例えば、位置補正用地上子を列車が通過したときに列車位置が確定したと判断できる。列車位置が確定していなければ再びステップＳ５０１に戻り、みなし列車先端位置の決定を繰り返す。

なお、処理開始時においては、走行開始時の列車先端位置を速発先端位置保証範囲＋の初期値とすることにより、速発測位の初期化を行う。

以上の動作により、みなし列車先端位置が速度発電機先端位置保証範囲＋以上に列車進行方向前方へ前進しないため、先行列車と自列車との間隔を実施の形態２よりも短くした高密度運転を実現できる。

＜Ｅ−３．効果＞
実施の形態５による列車位置検知装置１００Ｄによれば、速発位置保証範囲算出部４（相対位置保証範囲算出部）は、前回の速度発電機３（相対距離計測センサ）の測定結果に基づき算出した速発先端位置保証範囲（相対先端位置保証範囲）である速発先端位置保証範囲初期値（相対先端位置保証範囲初期値）に速度発電機３（相対距離計測センサ）の新たな測定値及びその測定誤差を積算することで速発先端位置保証範囲（相対先端位置保証範囲）を算出し、速発先端位置保証範囲初期値（相対先端位置保証範囲初期値）の列車進行方向の端部が、位置決定部７が前回決定した列車の先端部の位置よりも列車進行方向正側にある場合は、位置決定部７が前回決定した列車の先端部の位置を、相対先端位置保証範囲初期値として相対先端位置保証範囲を算出する。従って、みなし列車先端位置が速度発電機先端位置保証範囲＋以上に列車進行方向前方へ前進しないため、先行列車と自列車との間隔を実施の形態２よりも短くした高密度運転を実現できる。

＜Ｆ．実施の形態６＞
実施の形態６では、実施の形態１の処理に加えて加速度センサを用いることにより、列車位置の推定精度を高め、後続列車との列車間隔を適切に詰めることが可能となる。

＜Ｆ−１．構成＞
図１９は、実施の形態６による列車位置検知装置１００Ｅの構成図である。列車位置検知装置１００Ｅは、実施の形態１による列車位置検知装置１００Ａの構成に加えて、加速度センサ８及び加速度センサ位置保証範囲算出部９を備えている。

加速度センサ８は、列車加速度１１０を計測し、列車加速度１１０を加速度センサ位置保証範囲算出部９へ出力する。

加速度センサ位置保証範囲算出部９は、加速度センサ８が計測した列車加速度１１０に基づき、加速度センサ位置保証範囲１１１を算出する。加速度センサ位置保証範囲１１１とは、列車加速度１１０に基づき推定される列車の在線する位置範囲であり、ここで位置「範囲」となるのは測定誤差を考慮するためである。

＜Ｆ−２．動作＞
図２０は、列車位置検知装置１００Ｅの動作を示すフローチャートである。以下、図１９及び図２０を用いて列車位置検知装置１００Ｅの動作を説明する。

ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、実施の形態１と同様にＧＰＳ位置保証範囲１０３を算出する。また、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２は、ＧＰＳアンテナ１の設置位置から列車後端までのオフセット距離を保持しており、当該オフセット距離をＧＰＳ位置保証範囲１０３に加算することにより、ＧＰＳ後端位置保証範囲を算出する（ステップＳ６０１）。

次に、速発位置保証範囲算出部４は、実施の形態１と同様に速発位置保証範囲１０５を算出する。また、速発位置保証範囲算出部４は、速度発電機３が取り付けられた計測車軸から列車後端までのオフセット距離を保持しており、当該オフセット距離を速発位置保証範囲１０５に加算することにより、速発後端位置保証範囲を算出する（ステップＳ６０２）。

次に、加速度センサ位置保証範囲算出部９は、列車加速度１１０を時間で２回積分することで加速度センサ位置保証範囲１１１を算出する。具体的には、図２１に示す区分求積法の考え方により積分を行う。図２１において斜線部が求積値又は真値を示しており、図２１（ａ）は区分求積法の左端型、図２１（ｂ）は真値、図２１（ｃ）は区分求積法の右端型を示している。左端型により最小値が得られ、右端型により最大値が得られる。真値は、この最小値から最大値の範囲にあり算出誤差をもつ。また、加速度センサ位置保証範囲算出部９は、加速度センサ８の設置位置から列車後端までのオフセット距離を保持しており、当該オフセット距離を加速度センサ位置保証範囲１１１に加算することにより、列車後端の位置保証範囲（これを「加速度センサ後端位置保証範囲」と称する）を算出する（ステップＳ６０３）。

次に、保証範囲比較部６は、列車の位置がＧＰＳ圏外か否かを判断する。具体的には、例えばＧＰＳに搭載された信号受信を判定する機能をもとに判断する（ステップＳ６０４）。

ＧＰＳ圏外領域を走行している場合、保証範囲比較部６は速発後端位置保証範囲と加速度センサ後端位置保証範囲が重複しているか否かを判断する（ステップＳ６０５）。

両者が重複する場合、保証範囲比較部６は、速発後端位置保証範囲−が加速度センサ後端位置保証範囲−より列車進行方向の後方にあるか否かを判断する（ステップＳ６０６）。

後方にあると判断した場合、加速度センサ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（ステップＳ６０７）。後方にないと判断した場合、速発後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（ステップＳ６０８）。

速発後端位置保証範囲と加速度センサ後端位置保証範囲とが重複しない場合は、ＧＰＳ圏外領域である上、空転滑走のため、速度発電機３により測定した列車位置と真の列車位置との間で大きなずれが生じていると考えられる。そこで、加速度センサ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（ステップＳ６０７）。

一方、列車がＧＰＳ圏内領域を走行している場合、加速度センサ位置保証範囲１１１は使用せずに、ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発位置後端保証範囲が重複しているか否かを判断する（ステップＳ６０９）。

両者が重複する場合、保証範囲比較部６は、ＧＰＳ後端位置保証範囲−が速発後端位置保証範囲−より列車進行方向の後方にあるか否かを判断する（ステップＳ６１０）。

後方にあると判断した場合、速発後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（ステップＳ６０８）。後方にないと判断した場合、ＧＰＳ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（ステップＳ６１１）。

ＧＰＳ後端位置保証範囲と速発後端位置保証範囲とが重複しない場合は、ＧＰＳ後端位置保証範囲−をみなし列車後端位置とする（ステップＳ６１１）。

＜Ｆ−３．変形例＞
上記では、実施の形態１の処理に加えて加速度センサを用い、列車後端位置を推定する方法について説明したが、同様に実施の形態２の処理に加えて加速度センサを用い、列車先端位置を推定することも可能である。

また、ＧＰＳ位置保証範囲算出部２がＧＰＳアンテナの設置位置から列車後端までのオフセット距離を保持するとしたが、当該オフセット距離は線路情報記憶部５が保持しても良い。

また、速発位置保証範囲算出部４が、速度発電機が取り付けられた計測車軸から列車後端までのオフセット距離を保持するとしたが、当該オフセット距離は線路情報記憶部５が保持しても良い。

また、加速度センサ位置保証範囲算出部９が、加速度センサが取り付けられた位置から列車後端までのオフセット距離を保持するとしたが、当該オフセット距離は線路情報記憶部５が保持しても良い。

また、図２０では、ＧＰＳ後端位置保証範囲の算出（ステップＳ６０１）の後に速発位置保証範囲の算出（ステップＳ６０２）、その後に加速度センサ後端位置保証範囲の算出（ステップＳ６０３）を行うこととしたが、ステップＳ６０１，６０２，６０３は順不同である。

その他、実施の形態１と同様の変形例が実施の形態６にも適用される。

＜Ｆ−４．効果＞
実施の形態６に係る列車位置検知装置１００Ｅは、実施の形態１に係る列車位置検知装置１００Ａに加速度センサによる位置保証範囲を利用した。これにより、トンネルなどのＧＰＳ圏外領域において、空転滑走のために速度発電機の計測結果が真の列車位置と大きくずれる場合でも、高精度に列車位置を推定することが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ＧＰＳアンテナ、２ＧＰＳ位置保証範囲算出部、３速度発電機、４速発位置保証範囲算出部、５線路情報記憶部、６保証範囲比較部、７位置決定部、８加速度センサ、９加速度センサ位置保証範囲算出部、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ列車位置検知装置、１０１ＧＰＳ信号、１０２線路情報、１０３ＧＰＳ位置保証範囲、１０４車輪回転数信号、１０５速発位置保証範囲、１０６比較結果、１０７，１０８みなし列車後端位置、１０９みなし列車先端位置、１１０列車加速度、１１１加速度センサ位置保証範囲。

Claims

絶対距離計測センサによる列車の位置の測定結果に基づき、測定誤差を考慮した列車の端部の位置の推定範囲である絶対位置保証範囲を算出する絶対位置保証範囲算出部と、
前回測定時からの相対距離を測定する相対距離計測センサによる列車の位置の測定結果に基づき、測定誤差を考慮した前記列車の端部の位置の推定範囲である相対位置保証範囲を算出する相対位置保証範囲算出部と、
列車進行方向及び列車後退方向のうち、一方を第１方向、他方を第２方向とし、前記絶対位置保証範囲の第１方向の端部と前記相対位置保証範囲の第１方向の端部とのうち、第２方向正側にある端部の位置を列車の第１方向の端部の位置と決定する位置決定部と、
を備え、
前記絶対位置保証範囲は、列車の後端部の位置の推定範囲である絶対後端位置保証範囲を含み、
前記相対位置保証範囲は、列車の後端部の位置の推定範囲である相対後端位置保証範囲を含み、
前記位置決定部は、前記絶対後端位置保証範囲の列車後退方向の端部と前記相対後端位置保証範囲の列車後退方向の端部とのうち、列車進行方向正側にある端部の位置を列車の後端部の位置と決定し、
前記相対位置保証範囲算出部は、前記相対距離計測センサの新たな測定値及びその測定誤差を、前回の前記相対距離計測センサの測定結果に基づき算出した相対後端位置保証範囲初期値に積算して相対後端位置保証範囲を算出し、前記相対後端位置保証範囲初期値の列車後退方向の端部が、前記位置決定部が前回決定した列車の後端部の位置よりも列車進行方向負側にある場合は、前記位置決定部が前回決定した列車の後端部の位置を前記相対後端位置保証範囲初期値として前記相対後端位置保証範囲を算出する、
列車位置検知装置。
前記位置決定部は、前記絶対後端位置保証範囲と前記相対後端位置保証範囲とが重複しない場合、前記絶対後端位置保証範囲の列車後退方向の端部の位置を列車の後端部の位置と決定する、
請求項１に記載の列車位置検知装置。
前記位置決定部は、前記絶対後端位置保証範囲の前記列車後退方向の端部と前記相対後端位置保証範囲の前記列車後退方向の端部とのうち列車進行方向正側にある端部より、前回決定した列車の後端部の位置が列車進行方向正側にある場合には、前回決定した列車の後端部の位置を今回の列車の後端位置として決定する、
請求項１又は２に記載の列車位置検知装置。
絶対距離計測センサによる列車の位置の測定結果に基づき、測定誤差を考慮した列車の端部の位置の推定範囲である絶対位置保証範囲を算出する絶対位置保証範囲算出部と、
前回測定時からの相対距離を測定する相対距離計測センサによる列車の位置の測定結果に基づき、測定誤差を考慮した前記列車の端部の位置の推定範囲である相対位置保証範囲を算出する相対位置保証範囲算出部と、
列車進行方向及び列車後退方向のうち、一方を第１方向、他方を第２方向とし、前記絶対位置保証範囲の第１方向の端部と前記相対位置保証範囲の第１方向の端部とのうち、第２方向正側にある端部の位置を列車の第１方向の端部の位置と決定する位置決定部と、
を備え、
前記絶対位置保証範囲は、列車の先端部の位置の推定範囲である絶対先端位置保証範囲を含み、
前記相対位置保証範囲は、列車の先端部の位置の推定範囲である相対先端位置保証範囲を含み、
前記位置決定部は、前記絶対先端位置保証範囲の列車進行方向の端部と前記相対先端位置保証範囲の列車進行方向の端部とのうち、列車後退方向正側にある端部の位置を列車の先端部の位置と決定し、
前記相対位置保証範囲算出部は、前回の前記相対距離計測センサの測定結果に基づき算出した前記相対先端位置保証範囲である相対先端位置保証範囲初期値に前記相対距離計測センサの新たな測定値及びその測定誤差を積算することで前記相対先端位置保証範囲を算出し、前記相対先端位置保証範囲初期値の列車進行方向の端部が、前記位置決定部が前回決定した列車の先端部の位置よりも列車進行方向正側にある場合は、前記位置決定部が前回決定した列車の先端部の位置を、前記相対先端位置保証範囲初期値として前記相対先端位置保証範囲を算出する、
列車位置検知装置。
前記位置決定部は、前記絶対先端位置保証範囲と前記相対先端位置保証範囲とが重複しない場合、前記絶対先端位置保証範囲の列車進行方向の端部の位置を列車の先端部の位置と決定する、
請求項４に記載の列車位置検知装置。