JP6270504B2 - 列車無線システム - Google Patents

Description

本発明は、列車無線システムに関するものである。

従来の列車無線システムでは、列車に搭載した車上装置が地上装置と交信することで、列車の運行を制御する。このような列車無線システムでは、地上装置として複数の無線基地局が用いられており、列車の移動に応じて、交信する無線基地局を順次切り替えていかなければならない。

例えば、特許文献１には、円滑かつ確実にハンドオーバーを行うことを目的とした、列車の制御を司る車上制御手段と、車上制御手段と車内ネットワークを介して接続される車上情報制御手段と、車上情報制御手段に接続され、それぞれが地上に設置される複数の無線基地局が使用する複数種類の周波数による無線通信に対応する複数の車上無線通信手段と、を備える車上システムが開示されている。

特開２０１１−１６６３６１号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、列車が複数の無線基地局の間のハンドオーバー点近くに在線しているときには、列車内の複数の車上無線局は、それぞれ異なる無線基地局と交信するので、列車全体として通信する無線基地局が統一されておらず、後続車両の通信が途切れてしまい、また、エンド交換やバックアップを迅速に行うことができない、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、列車全体として通信する無線基地局を統一することが可能な列車無線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、軌道上の無線列車制御区間内における列車の運行を無線で制御する列車無線システムであって、前記軌道上の地上子からの地上子情報及び前記列車で検出された列車速度に基づいて前記列車の位置情報を生成し、該列車速度を速度照査パターンと照査して前記列車速度を制御する列車制御部及び該列車制御部からの前記位置情報を送信する無線通信部を有する第１及び第２の車上装置と、前記無線列車制御区間内に配置され、前記第１及び第２の車上装置の前記無線通信部と交信する複数の無線基地局と、前記無線基地局を介して前記位置情報を受信し、前記位置情報に基づいて前記列車の運行を制御する複数の地上制御装置と、を備え、前記列車の先頭車両は前記第１の車上装置を有し、前記列車の最後尾車両は前記第１の車上装置と通信線を介して接続する前記第２の車上装置を有し、前記第１の車上装置は、ハンドオーバー点において交信する無線基地局を切り替える時に、前記第２の車上装置に対し、前記通信線を介して、交信する無線基地局を切り替えるべき旨を通知し、前記第２の車上装置は、交信先を前記第１の車上装置が交信する無線基地局に切り替えることを特徴とする。

この発明によれば、列車全体として通信する無線基地局を統一することが可能である、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる列車無線システムの構成を示す図である。 図２は、実施の形態にかかる列車無線システムが適用される、通信線で接続された車上装置を搭載する車両を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる列車無線システムの列車がハンドオーバー点（ＨＯ点）を越えて運行する際の列車無線システムの動作を説明する図である。

以下に、本発明にかかる列車無線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、本発明にかかる列車無線システムの実施の形態の構成を示す図である。図１には、在線管理装置１、列車無線システムネットワーク２、地上制御装置３Ａ〜３Ｄ、拠点ネットワーク４Ａ〜４Ｄ、無線基地局５ａ〜５ｈ、列車６及び軌道７が示されている。

在線管理装置１は、列車無線システム内の列車６の先頭車両が備える車上装置６１ａまたは車上装置６１ｂのＩＤを管理し、地上制御装置３Ａ〜３Ｄに含まれる拠点装置のバックアップを行う装置であり、この拠点装置が故障して再起動する際に使用される。なお、図示していないが、在線管理装置１にはシステム管理装置が含まれる。

列車無線システムネットワーク２は、無線列車制御区間内全体のネットワークであり、在線管理装置１と地上制御装置３Ａ〜３Ｄを接続する。

地上制御装置３Ａ〜３Ｄは、各拠点に１つ設けられており、各拠点の領域内において、列車６の先頭車両が備える車上装置６１ａまたは車上装置６１ｂ内の無線通信部６２ａまたは無線通信部６２ｂから受信する位置情報に基づいて、列車６の現在位置を追跡し、連動制御及び列車間隔制御などを行う装置である。地上制御装置３Ａ〜３Ｄは、拠点端末と拠点装置を含む。

拠点ネットワーク４Ａ〜４Ｄは、拠点毎に設けられたネットワークであり、地上制御装置３Ａ〜３Ｄに含まれる拠点装置と無線基地局５ａ〜５ｈを接続する。なお、例えば、列車６が拠点Ａ側から拠点Ｄ側へと進行する場合には、列車６の車両６０ｂ内の無線通信部６２ｂがハンドオーバー点（ＨＯ点）を越えると、越えた先の無線基地局経由で列車制御電文（Ａ→Ｂ電文）と列車位置情報電文（Ｂ→Ａ電文）を送受信する。地上制御装置３Ａ〜３Ｄは、無線通信部６２ｂの位置情報を「列車位置情報」と認識し、列車６の在線位置に応じた無線基地局５ａ〜５ｈを経由して列車６と双方向通信を行う。列車６の車両６０ｂ内の無線通信部６２ｂがハンドオーバー点（ＨＯ点）を越えると、越える前の無線基地局経由で列車制御電文（Ａ→Ｂ電文）と列車位置情報電文（Ｂ→Ａ電文）を送受信することはできない。

軌道７は、列車６が運行する軌道である。列車６の運行は、図１に示す列車無線システムによって制御される。なお、図示していないが、軌道７には位置補正地上子が設置されていてもよい。

無線基地局５ａ〜５ｈは、列車６の先頭車両が備える車上装置６１ａまたは車上装置６１ｂの無線通信部６２ａまたは無線通信部６２ｂと交信する。無線基地局５ａ〜５ｈには、それぞれ固有のＩＤ（ＩＤ１〜ＩＤ８）が付与されている。無線基地局５ａ〜５ｈが交信に用いる周波数は固定されており、隣接する基地局の周波数は異なるものとする。

なお、図１では、無線基地局５ａ〜５ｈが交信に用いる周波数として４つの周波数（ｆ１〜ｆ４）を例示しており、無線基地局５ａ〜５ｄにはこの順にｆ１〜ｆ４が割り振られ、無線基地局５ｅ〜５ｈにはこの順にｆ１〜ｆ４が割り振られている。ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、それぞれ異なる周波数である。

列車６は、両端に車両６０ａと車両６０ｂを備える。車両６０ａは、車上装置６１ａを備え、車両６０ｂは、車上装置６１ｂを備える。車上装置６１ａと車上装置６１ｂは、通信線６８を介して通信可能である。列車６が拠点Ａ側から拠点Ｄ側へと進行する場合には、車両６０ｂが先頭車両であり、車両６０ａが最後尾車両である。列車６が拠点Ｄ側から拠点Ａ側へと進行する場合には、車両６０ａが先頭車両であり、車両６０ｂが最後尾車両である。

図２は、本発明の列車無線システムが適用される、通信線で接続された車上装置を搭載する車両の実施の形態の構成を示す図である。図２には、通信線６８で接続された車上装置６１ａ，６１ｂを搭載する車両６０ａ，６０ｂが示されている。ここで、車両６０ａが先頭車両であり、車両６０ｂが最後尾車両である。車上装置６１ａ，６１ｂは、無線基地局５ａ〜５ｈと交信し、無線周波数制御部６２０ａ，６２０ｂを含む無線通信部６２ａ，６２ｂと、列車６の運行を制御する列車制御部６３ａ，６３ｂと、列車６の位置を検知して列車制御部６３ａに出力する位置検知部６４ａ，６４ｂと、を備える。

なお、図２には、本発明の列車無線システムの説明に要する装置のみを示しているが、実際には車両６０ａ，６０ｂにはこれら以外の車両搭載機器も搭載されていることを注記する。

ここで、列車無線システムの動作の概略について説明する。なお、ここでは、車両６０ａに搭載された車上装置６１ａについて説明するが、車両６０ｂに搭載された車上装置６１ｂの動作も同様である。列車６の運行中に位置検知部６４ａは、軌道７に設置された（図示していない）地上子のＩＤを検知する。列車制御部６３ａは、このＩＤが検知された位置を基準位置として、車両６０ａ中の速度発電機からの速度情報に基づいて基準位置からの走行距離を算出して、軌道７上の列車６の位置を求める。列車制御部６３ａで求められた位置情報８０は無線通信部６２ａへ出力され、位置情報８０を受け取った無線通信部６２ａではこの情報が所定の伝送フレームにセットされる。伝送フレームには、位置情報８０の他にも例えば各列車を識別するＩＤ（列車ＩＤ）などもセットされる。そして、この伝送フレームは、無線通信部６２ａを介して列車６の現在位置に応じた無線基地局５ａ〜５ｈに送信される。この伝送フレームを受信した無線基地局５ａ〜５ｈは、位置情報８０などを抽出し、抽出された位置情報８０は、無線基地局に対応する地上制御装置３Ａ〜３Ｄのいずれか（例えば、無線基地局５ａであれば、地上制御装置３Ａ）に送信される。

地上制御装置３Ａ〜３Ｄは、自装置が管理する領域を運行する列車６の位置を検知し、列車無線システムネットワーク２を介して他の地上制御装置と位置情報８０の授受を行い、位置情報８０に基づいて停止限界位置情報８１を生成し、停止限界位置情報８１を無線基地局５ａ〜５ｈに送信する。無線基地局５ａ〜５ｈは、停止限界位置情報８１を伝送フレームにセットして無線通信部６２ａに送信する。なお、伝送フレームには、停止限界位置情報８１以外の情報（例えば各基地局を識別するＩＤ（基地局ＩＤ）など）もセットされる。

また、地上制御装置３Ａ〜３Ｄは、自領域内に在線する列車６の位置情報８０から在線管理情報を生成し、列車無線システムネットワーク２を介して在線管理装置１へ送信する。在線管理装置１は、この在線管理情報に基づいて無線列車制御区間内に在線する全列車の位置を把握する。

無線基地局５ａ〜５ｈから伝送フレームを受信した無線通信部６２ａは、停止限界位置情報８１を抽出し、列車制御部６３ａに送信する。列車制御部６３ａは、停止限界位置情報８１に基づいて速度照査パターン（速度制御特性を示すパターン信号）を生成し、生成された速度照査パターンと車両６０ａの速度発電機からの速度情報を照査する。速度発電機からの速度情報が速度照査パターンを超過すると、列車制御部６３ａは、ブレーキ指令を生成してブレーキ制御装置に送信する。

例えば、図１に示す列車６が、（図示していない）先行列車に対して確保すべき列車間隔を越えて近づくと、列車制御部６３ａはブレーキ指令を生成してブレーキ制御装置に送信し、自動的にブレーキがかかる。

このように、無線列車制御区間内においては、従来の軌道回路を用いることなく列車の速度制御を行うことができる。そのため、コストダウンと安全性の向上を図ることができるのみならず、適切な列車間隔制御を行うことが可能になり、輸送効率を向上させることもできる。しかしながら、列車は移動体であるため、列車の移動に応じて、交信する無線基地局を順次切り替えていかなければならない。

図３は、列車６がハンドオーバー点（ＨＯ点）を越えて運行する際の列車無線システムの動作を説明する図である。なお、図３では、車両６０ｂが先頭車両であり、車両６０ａが最後尾車両である。なお、無線基地局５ａ，５ｂから列車６への送信は後に説明するように時分割多重方式（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を採用し、スロット割りして連続波（実線）により行えばよく、列車６から無線基地局５ａ，５ｂへの送信はバースト波（点線）により行えばよい。

図３（Ａ）においては、無線基地局５ａと無線基地局５ｂが設置された領域において、車両６０ｂの無線通信部６２ｂは無線基地局５ａと交信し、車両６０ａの無線通信部６２ａは無線基地局５ａからデータの受信のみを行っている。

図３（Ｂ）においては、車両６０ｂは無線基地局５ａと無線基地局５ｂのハンドオーバー点（ＨＯ点）上に存在する。このとき、車両６０ｂの無線通信部６２ｂは、交信相手を無線基地局５ａから無線基地局５ｂに切り替わる。そして、車両６０ｂの無線通信部６２ｂは交信相手を無線基地局５ａから無線基地局５ｂに切り替えたタイミングで、車両６０ａの無線通信部６２ａは、データを受信する無線基地局を無線基地局５ａから無線基地局５ｂに切り替える。すなわち、本発明の列車無線システムにおいては、ハンドオーバー点で先頭車両の無線基地局が切り替わるタイミングと最後尾車両が無線基地局を切り替えるタイミングを同期させている。このように、無線基地局を切り替える手段の一例として、無線基地局と車上装置の無線通信部の交信を時分割多重方式（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）により行う形態について説明する。

本発明の列車無線システムにおいて、無線基地局と車上装置の無線通信部の交信を時分割多重方式により行う場合には、例えば１６個のタイムスロット（６０ミリ秒）を１サイクル（９６０ミリ秒）とすればよい。１６個のタイムスロットに４個のブロードキャストフレームを含ませる場合には、空きのあるタイムスロットは１２個であり、１つの無線基地局につき、上下最大で１２編成の列車を制御することが可能である。図３（Ｂ）に示す無線基地局の切り替えタイミングにおいて、列車６の先頭車両の車上装置６１ｂがハンドオーバー点（ＨＯ点）を越えたことを検知すると、列車位置情報電文（Ｂ→Ａ電文）はハンドオーバー点（ＨＯ点）前のタイムスロットからハンドオーバー点（ＨＯ点）後のタイムスロットに切り替える（同一であることもある）。列車制御電文（Ａ→Ｂ電文）については、地上制御装置３Ａがハンドオーバー点（ＨＯ点）前の無線基地局５ａとハンドオーバー後の無線基地局５ｂの双方から同じ電文を送信している。地上制御装置３Ａが、先頭車両のハンドオーバー点（ＨＯ点）通過を検知すると、無線基地局５ａ経由の列車制御電文（Ａ→Ｂ電文）は「空」となるため、車上装置６１ａは地上制御装置３Ａからの情報を受信できなくなる。車上装置６１ａと車上装置６１ｂが通信線６８（または引き通し線）で同期し、車上装置６１ａ側の無線通信部６２ａの通信先も無線基地局５ｂに切り替えることにより、車上装置６１ａは地上制御装置３Ａからの列車制御電文（Ａ→Ｂ電文）の受信を継続する。

本発明の列車無線システムにおいては、さらに、無線基地局５ａからの第１のタイムスロットを空にするときに、同時に、無線基地局５ａから送る他のすべてのタイムスロットも空にし、無線基地局５ｂから送る各タイムスロットにデータを含ませる。このようにすると、先頭車両と交信する無線基地局が切り替わるタイミングで最後尾車両がデータを受信する無線基地局も切り替えることが可能である。

しかしながら、単にタイムスロットが空になったことのみによって交信相手を切り替えると、故障時や不具合発生時にも無線基地局を切り替えるタイミングであると誤認してしまう。

そこで、本発明の列車無線システムにおいては、無線基地局の切り替え時には、先頭車両から通信線６８を介して最後尾車両に無線基地局の切り替えを行うべき旨を通知する構成とする。このような構成とすることで、無線基地局の切り替えタイミングを誤認することなくハンドオーバー制御が可能となる。

このように、本発明の列車無線システムによると、無線基地局の切り替えタイミングを誤認することなく、先頭車両のハンドオーバー後、最後尾車両のハンドオーバーを迅速に行うことができる。そのため、列車全体として通信する無線基地局が統一され、エンド交換やバックアップを迅速に行うことができる。

すなわち、従来の技術では、複数の車上装置のハンドオーバーは考慮されておらず、例えば先頭車両の車上装置がハンドオーバーすると、地上制御装置は決められた基地局を経由して１つの列車と通信をすることが前提であるため、地上制御装置はハンドオーバー後の無線基地局を経由して車上装置と通信することになる。そのため、先頭車両以外の車上装置は無線基地局との通信ができなくなり、地上制御装置からの電文を受信できず、位置確定地上子を通るまで位置がわからなくなってしまう。このようにして、先頭車以外の車上装置が機能しなくなり、エンド交換やバックアップができないという問題があった。そこで、本発明の列車無線システムでは、通信する無線基地局を列車全体で統一し、地上制御装置と双方向で通信している１つの車上装置が無線基地局を切り替えた際に、地上制御装置からの情報を受信しているその他の車上装置の通信が途絶え、車上装置が機能しなくなることを防止している。

なお、本実施の形態においては、先頭車両と最後尾車両についてのみ説明したが、先頭車両と、先頭車両以外の後続車両についても同様に同期させて、先頭車両のハンドオーバー後、後続車両のハンドオーバーを迅速に行うことができる。すなわち、本発明には、軌道上の無線列車制御区間内における列車の運行を無線で制御する列車無線システムであって、前記軌道上の地上子からの地上子情報及び前記列車で検出された列車速度に基づいて前記列車の位置情報を生成し、該列車速度を速度照査パターンと照査して前記列車速度を制御する列車制御部及び該列車制御部からの前記位置情報を送信する無線通信部を有する車上装置と、前記無線列車制御区間内に配置され、前記車上装置の前記無線通信部と交信する複数の無線基地局と、前記無線基地局を介して前記位置情報を受信し、前記位置情報に基づいて前記列車の運行を制御する複数の地上制御装置と、を備え、前記列車の先頭車両及び後続車両は、前記車上装置をそれぞれ有し、前記列車の前記先頭車両が有する前記車上装置の前記無線通信部がハンドオーバー点において交信する無線基地局が切り替わると、前記列車の前記後続車両が有する前記車上装置の前記無線通信部も交信する無線基地局を切り替えることを特徴とする列車無線システムが含まれる。

以上説明した本発明にかかる列車無線システムは、複数の車両を備える列車の先頭車両と最後尾車両の双方が無線基地局と交信し、またはデータを受信する場合に有用である。

１ 在線管理装置、２ 列車無線システムネットワーク、３Ａ〜３Ｄ 地上制御装置、４Ａ〜４Ｄ 拠点ネットワーク、５ａ〜５ｈ 無線基地局、６ 列車、７ 軌道、６０ａ，６０ｂ 車両、６１ａ，６１ｂ 車上装置、６２ａ，６２ｂ 無線通信部、６３ａ，６３ｂ 列車制御部、６４ａ，６４ｂ 位置検知部、６８ 通信線、８０ 位置情報、８１ 停止限界位置情報、６２０ａ，６２０ｂ 無線周波数制御部。

Claims (2)

1. 軌道上の無線列車制御区間内における列車の運行を無線で制御する列車無線システムであって、
   前記軌道上の地上子からの地上子情報及び前記列車で検出された列車速度に基づいて前記列車の位置情報を生成し、該列車速度を速度照査パターンと照査して前記列車速度を制御する列車制御部及び該列車制御部からの前記位置情報を送信する無線通信部を有する第１及び第２の車上装置と、
   前記無線列車制御区間内に配置され、前記第１及び第２の車上装置の前記無線通信部と交信する複数の無線基地局と、
   前記無線基地局を介して前記位置情報を受信し、前記位置情報に基づいて前記列車の運行を制御する複数の地上制御装置と、を備え、
   前記列車の先頭車両は前記第１の車上装置を有し、
   前記列車の最後尾車両は前記第１の車上装置と通信線を介して接続する前記第２の車上装置を有し、
   前記第１の車上装置は、ハンドオーバー点において交信する無線基地局を切り替える時に、前記第２の車上装置に対し、前記通信線を介して、交信する無線基地局を切り替えるべき旨を通知し、
   前記第２の車上装置は、交信先を前記第１の車上装置が交信する無線基地局に切り替えることを特徴とする列車無線システム。
2. 軌道上の無線列車制御区間内における列車の運行を無線で制御する列車無線システムであって、
   前記軌道上の地上子からの地上子情報及び前記列車で検出された列車速度に基づいて前記列車の位置情報を生成し、該列車速度を速度照査パターンと照査して前記列車速度を制御する列車制御部及び該列車制御部からの前記位置情報を送信する無線通信部を有する第１及び第２の車上装置と、
   前記無線列車制御区間内に配置され、前記第１及び第２の車上装置の前記無線通信部と交信する複数の無線基地局と、
   前記無線基地局を介して前記位置情報を受信し、前記位置情報に基づいて前記列車の運行を制御する複数の地上制御装置と、を備え、
   前記列車の先頭車両は前記第１の車上装置を有し、
   前記列車の後続車両は前記第１の車上装置と通信線を介して接続する前記第２の車上装置を有し、
   前記第１の車上装置は、ハンドオーバー点において交信する無線基地局が切り替わる時に、前記第２の車上装置に対し、前記通信線を介して、交信する無線基地局を切り替えるべき旨を通知し、
   前記第２の車上装置は、交信先を前記第１の車上装置が交信する無線基地局に切り替えることを特徴とする列車無線システム。

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