JP6588799B2

JP6588799B2 - 無線式列車制御システム

Info

Publication number: JP6588799B2
Application number: JP2015210805A
Authority: JP
Inventors: 森　崇; 崇森
Original assignee: West Japan Railway Co
Current assignee: West Japan Railway Co
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: JP2017081365A

Description

本発明は、踏切制御機能を有する無線式列車制御システムに関する。

従来から、鉄道において無線を利用して地上と車上との間で安全にかかわる制御情報を交信する無線式列車制御システムが知られている（非特許文献１参照）。図１に示されるように、無線式列車制御システム１は、地上システム１ａと車上システム１ｂとに大別される（非特許文献２参照）。地上システム１ａは、地上に設置され、指令所装置２、地上装置３及び無線基地局４ａ等を有する。車上システム１ｂは、車上に設置され、車上制御装置５及び車上無線局４ｂ等を有する。指令所装置２は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である（非特許文献２の附属書Ｂ参照）。地上装置３は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。車上制御装置５は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム４を介して地上装置３と接続される。無線システム４は、地上装置３と車上制御装置５との間で無線データ伝送を提供する装置であり、無線基地局４ａ及び車上無線局４ｂを有する。無線基地局４ａは、地上伝送路を介して地上装置３と接続され、無線によって車上無線局４ｂとのデータ通信を行う。車上無線局４ｂは、車上制御装置５と接続され、無線によって無線基地局４ａとのデータ通信を行う。

無線式列車制御システム１の機能のうち、列車又は車両の走行安全を確保するための機能は、次の５つに類別される（非特許文献１参照）。

ａ）線路の交差又は分岐、その他の箇所での列車などの脱線及び衝突を防止する安全ルートの確保

ｂ）列車の安全ルート外への走行及び列車相互の衝突を防止する安全間隔の確保

ｃ）列車の速度超過による脱線を防止するため及び列車相互の安全な間隔を保つための安全速度の確保

ｄ）列車の踏切通過に対する安全走行の確保

ｅ）走行線路上の障害物などに対する安全走行の確保

無線式列車制御システム１は、上記５種類の機能の全てを有するとは限らないが、列車の踏切通過に対する安全走行を確保する機能を設ける場合（上記ｄ）、地上装置３は、踏切制御装置６１とのインタフェースを有する（非特許文献１及び非特許文献２参照）。踏切制御装置６１は、踏切６に設けられた踏切遮断機や踏切警報機等を直接制御する装置である。地上装置３は、踏切制御装置６１を介して踏切６を制御する。

日本工業規格には、車両主体の踏切制御が記載されている。車両主体の踏切制御では、車上制御装置５は、例えば、踏切到達前の適切なタイミングで、地上装置３に対して警報開始要求を送信する（非特許文献２のＢ．４．２「車上制御装置の機能」参照）。

このような車上主体の踏切制御を行う踏切制御システムが提案されている（特許文献１参照）。この踏切制御システムは、無線式列車制御システムにおける踏切制御機能を実現する部分及び踏切制御装置で構成される。しかしながら、このような車上主体の踏切制御では、制御対象物である踏切の位置情報を車上に有する必要があり、例えば、線形の変更や立体交差化等によって制御対象物の位置情報が変わると、制御対象線区を走行する全ての列車において、制御対象物の位置情報を更新する必要がある。

特開２００４−２２４１５５号公報

ＪＩＳＥ３８０１−１：２００９「無線式列車制御システム−第１部：一般要求事項及び機能要求事項」ＪＩＳＥ３８０１−２：２０１０「無線式列車制御システム−第２部：システム要求事項」

本発明は、上記問題を解決するものであり、無線式列車制御システムにおいて、地上で主体的に踏切等の制御対象物の制御を行い、制御対象物の位置情報を車上に有することを不要にすることを目的とする。

本発明の無線式列車制御システムは、鉄道におけるシステムであって、地上に設置される地上装置と、車上に設置される車上制御装置と、前記地上装置及び車上制御装置との間で無線によるデータ通信を行う無線システムとを備え、前記地上装置は、制御対象線区における複数の踏切の位置情報を有し、前記車上制御装置から前記無線システムを介して、前記踏切に進来する列車の現在位置を含む列車情報を取得する工程と、前記列車情報を用いて、前記列車が前記各踏切に到達することが予測される時間である踏切到達予測時間を算出する工程と、前記踏切到達予測時間が所定の設計警報時間以下となった時、その踏切に対して警報動作を開始させる工程とを実行することを特徴とする。

この無線式列車制御システムにおいて、前記地上装置は、前記踏切到達予測時間を、前記列車が現在速度から所定の加速度で加速して最大許容速度で前記踏切に到達する時間として算出することが好ましい。

この無線式列車制御システムにおいて、前記地上装置は、前記踏切到達予測時間を、前記列車が現在位置から最大許容速度で前記踏切に到達する時間として算出してもよい。

本発明の無線式列車制御システムは、鉄道におけるシステムであって、地上に設置される地上装置と、車上に設置される車上制御装置と、前記地上装置及び車上制御装置との間で無線によるデータ通信を行う無線システムとを備え、前記地上装置は、制御対象線区における列車接近の警報を行う機能を有する複数の制御対象物の位置情報を有し、前記車上制御装置から前記無線システムを介して、前記制御対象物に進来する列車の現在位置を含む列車情報を取得する工程と、前記列車情報を用いて、前記列車が所定の設計警報時間後に到達することが予測される位置である到達予測位置を算出する工程と、前記列車の現在位置と前記到達予測位置との間に前記制御対象物のいずれかが入った時、その制御対象物に対して警報動作を開始させる工程とを実行することを特徴としてもよい。

この無線式列車制御システムにおいて、前記地上装置は、前記到達予測位置を、前記列車が現在速度から所定の加速度で加速して最大許容速度で走行した場合に所定の設計警報時間後に到達する位置として算出することが好ましい。

この無線式列車制御システムにおいて、前記地上装置は、前記到達予測位置を、前記列車が現在位置から最大許容速度で走行した場合に所定の設計警報時間後に到達する位置として算出してもよい。

この無線式列車制御システムにおいて、前記制御対象物は、例えば、踏切である。

この無線式列車制御システムにおいて、例えば、前記制御対象物は、作業員に携行される警報装置であり、前記地上装置は、前記警報装置の位置情報を無線通信によって取得してもよい。

本発明の無線式列車制御システムによれば、地上で主体的に制御を行うので、制御対象物（踏切等）の位置情報を車上に有する必要がない。

従来及び本発明の第１の実施形態に係る無線式列車制御システムの主な構成及び踏切との接続を示すブロック構成図。本発明の第１の実施形態に係る無線式列車制御システムにおける踏切制御を説明する図。本発明の第２の実施形態に係る無線式列車制御システムの主な構成及び制御対象物との接続を示すブロック構成図。本発明の第２の実施形態に係る無線式列車制御システムにおける制御を説明する図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る無線式列車制御システムを図１及び図２を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態の無線式列車制御システム１は、鉄道におけるシステムであり、日本工業規格（非特許文献１及び非特許文献２）に規定されている従来の無線式列車制御システムと同様の構成を有し、踏切制御に関する動作が異なる。無線式列車制御システム１は、地上装置３と、車上制御装置５と、無線システム４とを有する。地上装置３は、地上に設置される。車上制御装置５は、車上に設置される。無線システム４は、地上装置３及び車上制御装置５との間で無線によるデータ通信を行う。無線システム４は、無線基地局４ａ及び車上無線局４ｂを有する。無線基地局４ａは、地上に設置される。車上無線局４ｂは、車上に設置される。

地上装置３は、インタフェースを介して踏切６の踏切制御装置６１に接続されている。踏切制御装置６１は、踏切６に設けられた踏切遮断機や踏切警報機等を直接制御する装置である。地上装置３は、踏切制御装置６１を介して踏切６を制御する。なお、地上装置３は、踏切制御装置６１の一部又は全部の機能を取り込んでもよい。

上記の各構成をさらに詳述する。地上装置３は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。地上装置３は、処理装置、記憶装置等のハードウェアを有し、ソフトウェアを実行することによって動作する。

車上制御装置５は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム４を介して地上装置３と接続される。無線システム４は、地上装置３と車上制御装置５との間で無線データ伝送を提供する装置である。無線システム４の無線基地局４ａは、地上伝送路を介して地上装置３と接続される。無線システム４の車上無線局４ｂは、車上制御装置５と接続され、無線によって無線基地局４ａとのデータ通信を行う。

なお、無線式列車制御システム１は、上記の構成以外に、指令所装置２を有する。指令所装置２は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である（非特許文献２の附属書Ｂ参照）。指令所装置２、地上装置３及び無線基地局４ａは、地上に設置されるので、地上システム１ａと呼ばれる。車上制御装置５及び車上無線局４ｂは、車上に設置されるので、車上システム１ｂと呼ばれる。

上記のように構成された無線式列車制御システム１の踏切制御について説明する。図２に示されるように、地上装置３は、制御対象線区における踏切６の位置情報を有する。踏切６の位置情報は、予め地上装置３の記憶装置に記憶されている。地上装置３の記憶装置には、それ以外にも本実施形態の踏切制御に用いる情報が記憶されている。

列車７は、制御対象線区をＸ方からＹ方（図２の右向き）に走行している。地上装置３は、列車７の車上制御装置５から無線システム４を介して、踏切６に進来する列車７の現在位置を含む列車情報を取得する。

次に、地上装置３は、取得した列車情報を用いて、列車７が踏切６に到達することが予測される時間である踏切到達予測時間をリアルタイムに又は所定の短い時間間隔で算出する。列車７の走行に伴い、踏切到達予測時間は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３と、次第に減少する。

地上装置３は、算出した踏切到達予測時間が所定の設計警報時間Ｔｄ以下となった時（Ｔ３≦Ｔｄ）、踏切６に対して警報動作を開始させる。この時、地上装置３は、踏切６の踏切制御装置６１に警報動作を開始させる制御情報を送信する。踏切制御装置６１は、踏切警報機の警報動作を開始し、一定時間後に踏切遮断機に遮断動作をさせる。

このように、第１の実施形態の無線式列車制御システム１は、地上装置３が踏切到達予測時間を算出して踏切６に対して警報動作を開始させる、すなわち、地上で主体的に踏切制御を行うので、列車７の車上に踏切６の位置情報を有する必要がない。

踏切到達予測時間の算出方法についてさらに詳述する。地上装置３は、踏切到達予測時間を、列車７が現在速度から所定の加速度で加速して最大許容速度で踏切６に到達する時間として算出する。このような列車７の速度変化のパターンを、踏切通過走行パターンという。踏切通過走行パターンは、現在位置から踏切６の位置までに減速することがない。最大許容速度とは、列車が走行する線路上の区間別に許容される安全上の最大速度であり、各種の速度制限、車両の種別などから定まる（非特許文献２の５．４．７．５）。地上装置３は、踏切到達予測時間の算出に用いる列車７の加速度及び最大許容速度の情報を予め記憶している。踏切到達予測時間の算出に用いる列車７の加速度は、列車７の車両性能等から定まる最大加速度であり、その加速度を超えて加速することはない。地上装置３は、列車７の現在速度の列車情報を車上制御装置５から無線システム４を介して取得する。列車７は、踏切通過走行パターンを超えない速度で走行するので、踏切到達予測時間が実際の踏切到達時間を超えることはない。

踏切到達予測時間の別の算出方法について説明する。地上装置３は、踏切到達予測時間を、列車７が現在位置から最大許容速度で踏切６に到達する時間として算出する。

この算出方法では、列車７の加速を考慮しないので、列車７の現在速度が最大許容速度より低いときは、踏切到達予測時間が大きめに算出されるが、その算出結果は安全側に大きめである。また、この算出方法では、列車７の加速を考慮しないので、踏切到達予測時間の算出処理が容易である。

しかしながら、上述したような第１の実施形態の無線式列車制御システム１は、各踏切ごとに踏切到達予測時間を算出するので、制御対象の踏切の数が多くなると、地上装置３における踏切到達予測時間を算出する処理負担が増加し、処理能力を大幅に増強する必要が生じ、著しいコストの増大を招くことがある。

ところで、踏切は、列車接近の警報を行う機能を有する。この機能により、踏切通行者は、列車の接近を知ることができる。列車の接近を知る必要がある者は、踏切通行者だけではない。例えば、線路で作業をする作業員も、作業の安全を確保するために、列車の接近を知る必要がある。そこで、本願の発明者は、無線式列車制御システムにおいて、制御対象物を踏切だけではなく、作業員に携行される警報装置など、列車接近の警報を行う機能を有するもの全般に拡大することを考えた。しかしながら、このように、制御対象物を拡大すると、制御対象物の数がいっそう増大する。このため、地上装置３における踏切到達予測時間を算出する論理計算の量が制御対象物の数に比例して増大し、処理負担がさらに増大することになる。

また、従来の車上主体の踏切制御（例えば、特許文献１参照）では、列車の接近を踏切に警報させるために、踏切の位置情報を車上に有する必要がある。このような車上主体の踏切制御を作業員に携行される警報装置に適用しようとすると、警報装置の位置情報を車上に有する必要がある。作業員に携行される警報装置の位置は、作業員の移動に伴って移動するので、車上に有する警報装置の位置情報を全てリアルタイムに更新する必要がある。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る無線式列車制御システムは、地上で主体的に踏切等の制御を行う点では第１の実施形態と同様であり、さらに、制御対象物の数が増大した場合の地上装置における処理負担の増大を抑えるために開発された。

本実施形態の無線式列車制御システム１を図３及び図４を参照して説明する。図３に示されるように、本実施形態の無線式列車制御システム１は、第１の実施形態と同様の構成を有し、地上装置３の制御対象及び制御に関する動作が一部異なる。第１の実施形態と同等の箇所には同じ符号を付している。以下の説明において、第１の実施形態と同等の箇所の詳細な説明は省略する。

無線式列車制御システム１は、地上装置３と、車上制御装置５と、無線システム４とを有する。地上装置３は、地上に設置される。車上制御装置５は、車上に設置される。無線システム４は、地上装置３及び車上制御装置５との間で無線によるデータ通信を行う。無線システム４は、無線基地局４ａ及び車上無線局４ｂを有する。無線基地局４ａは、地上に設置される。車上無線局４ｂは、車上に設置される。

地上装置３は、有線又は無線を用いたインタフェースを介して地上の制御対象物６０に接続されている。制御対象物６０は、制御対象線区における列車接近の警報を行う機能を有する。そのような制御対象物６０は、例えば、踏切６である。

制御対象物６０は、例えば、作業員に携行される警報装置６２であってもよい。この場合、地上装置３は、警報装置６２の位置情報を無線通信によって取得する。

なお、制御対象物６０は、列車接近の警報を行う機能を有するものであれば、踏切６や警報装置６２に限定されない。このような、制御対象物６０は、列車の接近を知るために用いられる。

上記のように構成された無線式列車制御システム１の制御について説明する。図４に示されるように、地上装置３は、制御対象線区における制御対象物６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃの位置情報を有する。制御対象物６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃの位置情報は、予め地上装置３の記憶装置に記憶されている。地上装置３の記憶装置には、それ以外にも本実施形態の制御に用いる情報が記憶されている。

列車７は、制御対象線区をＸ方からＹ方（図４の右向き）に走行している。地上装置３は、列車７の車上制御装置５から無線システム４を介して、制御対象物６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃに進来する列車７の現在位置を含む列車情報を取得する。

次に、地上装置３は、取得した列車情報を用いて、列車７が所定の設計警報時間後（Ｔ秒後）に到達することが予測される位置である到達予測位置をリアルタイムに又は所定の短い時間間隔で算出する。設計警報時間は、例えば、４０秒である。列車７の走行に伴い、到達予測位置は、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂと、制御対象物６０（６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ）に次第に近づく。

列車７が現在位置Ｐ１ａにある時、現在位置Ｐ１ａと到達予測位置Ｐ１ｂとの間に制御対象物６０は存在しない。列車７が現在位置Ｐ２ａに進行した時、現在位置Ｐ２ａと到達予測位置Ｐ２ｂとの間に制御対象物６０は存在しない。列車７が現在位置Ｐ３ａに進行した時、現在位置Ｐ３ａと到達予測位置Ｐ３ｂとの間に制御対象物６０Ａ、６０Ｂが入っている。地上装置３は、列車７の現在位置と到達予測位置との間に制御対象物６０が入った時、その制御対象物６０に対して警報動作を開始させる。

このように、第２の実施形態の無線式列車制御システム１は、地上装置３が到達予測位置を算出して制御対象物６０に対して警報動作を開始させる、すなわち、地上で主体的に制御を行うので、その制御対象物６０の位置情報を車上に有する必要がなく、制御対象物６０が移動する場合にもそのような車上に有する位置情報をリアルタイムに更新する必要がない。また、本実施形態の無線式列車制御システム１では、到達予測位置は、列車７について算出し、踏切等の制御対象物６０ごとに算出しないので、制御対象物６０の数が増大しても、地上装置３における到達予測位置を算出する論理計算の量が制御対象物６０の数に比例して増大せず、処理負担の増大が抑えられる。

到達予測位置の算出方法についてさらに詳述する。地上装置３は、到達予測位置（Ｐ３ｂ等）を、列車７が現在速度から所定の加速度で加速して最大許容速度で走行した場合に所定の設計警報時間後に到達する位置として算出する。このような列車７の速度変化のパターンを、代表的な制御対象物６０が踏切６であるので、踏切通過走行パターンという。踏切通過走行パターンは、現在位置から制御対象物６０の位置までに減速することがない。地上装置３は、到達予測位置の算出に用いる列車７の加速度及び最大許容速度の情報を予め記憶している。到達予測位置の算出に用いる列車７の加速度は、列車７の車両性能等から定まる最大加速度であり、その加速度を超えて加速することはない。地上装置３は、列車７の現在速度の列車情報を車上制御装置５から無線システム４を介して取得する。列車７は、踏切通過走行パターンを超えない速度で走行するので、設計警報時間後（Ｔ秒後）における実際の到達位置が到達予測位置を超えることはない。

到達予測位置の別の算出方法について説明する。地上装置３は、到達予測位置を、列車７が現在位置から最大許容速度で走行した場合に所定の設計警報時間後に到達する位置として算出する。

この算出方法では、列車７の加速を考慮しないので、列車７の現在速度が最大許容速度より低いときは、到達予測位置が若干遠く算出されるが、その算出結果は安全側に遠い。また、この算出方法では、列車７の加速を考慮しないので、到達予測位置の算出処理が容易である。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、地上装置３は、車上制御装置５から無線システム４及び指令所装置２を介して、踏切６に進来する列車７の現在位置を含む列車情報を取得するように構成してもよい。

１無線式列車制御システム
３地上装置
４無線システム
５車上制御装置
６０制御対象物
６踏切
６２警報装置

Claims

鉄道における無線式列車制御システムであって、
地上に設置される地上装置と、
車上に設置される車上制御装置と、
前記地上装置及び車上制御装置との間で無線によるデータ通信を行う無線システムとを備え、
前記地上装置は、制御対象線区における複数の踏切の位置情報を有し、前記車上制御装置から前記無線システムを介して、前記踏切に進来する列車の現在位置を含む列車情報を取得する工程と、
前記列車情報を用いて、前記列車が前記各踏切に到達することが予測される時間である踏切到達予測時間を算出する工程と、
前記踏切到達予測時間が所定の設計警報時間以下となった時、その踏切に対して警報動作を開始させる工程とを実行することを特徴とする無線式列車制御システム。
前記地上装置は、前記踏切到達予測時間を、前記列車が現在速度から所定の加速度で加速して最大許容速度で前記踏切に到達する時間として算出することを特徴とする請求項１に記載の無線式列車制御システム。
前記地上装置は、前記踏切到達予測時間を、前記列車が現在位置から最大許容速度で前記踏切に到達する時間として算出することを特徴とする請求項１に記載の無線式列車制御システム。
鉄道における無線式列車制御システムであって、
地上に設置される地上装置と、
車上に設置される車上制御装置と、
前記地上装置及び車上制御装置との間で無線によるデータ通信を行う無線システムとを備え、
前記地上装置は、制御対象線区における列車接近の警報を行う機能を有する複数の制御対象物の位置情報を有し、前記車上制御装置から前記無線システムを介して、前記制御対象物に進来する列車の現在位置を含む列車情報を取得する工程と、
前記列車情報を用いて、前記列車が所定の設計警報時間後に到達することが予測される位置である到達予測位置を算出する工程と、
前記列車の現在位置と前記到達予測位置との間に前記制御対象物のいずれかが入った時、その制御対象物に対して警報動作を開始させる工程とを実行することを特徴とする無線式列車制御システム。
前記地上装置は、前記到達予測位置を、前記列車が現在速度から所定の加速度で加速して最大許容速度で走行した場合に所定の設計警報時間後に到達する位置として算出することを特徴とする請求項４に記載の無線式列車制御システム。
前記地上装置は、前記到達予測位置を、前記列車が現在位置から最大許容速度で走行した場合に所定の設計警報時間後に到達する位置として算出することを特徴とする請求項４に記載の無線式列車制御システム。
前記制御対象物は、踏切であることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の無線式列車制御システム。
前記制御対象物は、作業員に携行される警報装置であり、
前記地上装置は、前記警報装置の位置情報を無線通信によって取得することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の無線式列車制御システム。