JP6646479B2 - 列車位置検知システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、列車位置検知システムに関する。

従来、線路上を走行する列車の位置を検知する列車位置検知システムとして、線路上に設置されるトランスポンダ地上子や軌道回路を用いたものが知られている。しかしながら、高い耐久性および耐候性が要求されるためトランスポンダ地上子は高価である。軌道回路については、軌道の敷設時に閉塞長に合わせて設置されるため、新たに設置することが困難である。また、閉塞境界に設けられるインピーダンスボンドや、軌道回路に信号電流を送信する機器等をメンテナンスする費用も大きい。したがって、トランスポンダ地上子や軌道回路を用いた列車位置検知システムは高コストである。

近年、列車位置検知システムのコストを低減するために、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を用いることが検討されている。コスト的に有利な形態として、ＲＦＩＤリーダを車両に設置し、ＲＦＩＤタグを有する地上子を地上に設置することが考えられる。この場合、車上のＲＦＩＤリーダが地上のＲＦＩＤタグを読み取り、読み取られた識別情報に基づいて列車の位置が検知される。例えば、ＲＦＩＤタグの識別情報と地点情報を関連付けたデータベースを車上に用意しておき、ＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグから識別情報を読み取った後、車上のデータベースに照会することで識別情報に対応した地点情報を得ることが可能である。

ＲＦＩＤタグを利用した地上子は、トランスポンダ地上子に比べると格段に低価格である。さらに、ＲＦＩＤタグとしてパッシブタグを用いる場合は電源を供給する必要がないため、設置コストやメンテナンスコストも低減することが可能である。このようにＲＦＩＤを利用することで、列車位置検知システムのコストを低減することができる。

ＲＦＩＤは元来、商品の識別や管理等を目的としたものであり、ＲＦＩＤタグの位置検知を目的としたものではないものの、ＲＦＩＤリーダの受信電力は理想的にはＲＦＩＤタグから離れるにつれて山なりに落ちていくため、ある程度の精度でＲＦＩＤタグの位置を推定することは可能である。

しかしながら、列車位置検知システムにおいては、列車と地面との間の距離が短い上に、床下装置等により列車の下面には凹凸が多いため、ＲＦＩＤタグから放射された電波は反射や回折により複雑に伝播する。このため、ＲＦＩＤリーダの受信電力は理想的な山なりの曲線にならず、ＲＦＩＤタグの位置を高精度に検知することは困難であった。

特開２００９−１４９２１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、ＲＦＩＤタグを有する地上子を用いて、列車の位置を高い精度で検知することができる列車位置検知システムを提供することである。

実施形態に係る列車位置検知システムは、地上に設置され、識別情報が記憶されたＲＦＩＤタグを有する地上子と、列車に設置され、前記ＲＦＩＤタグの識別情報を読み取るＲＦＩＤリーダとを備え、前記ＲＦＩＤタグから読み取られた識別情報に基づいて前記列車の位置を検知する。前記地上子は、前記ＲＦＩＤタグから放射された電波を遮断する電波遮断部を有する。前記電波遮断部は、前記ＲＦＩＤリーダのアンテナから見た前記ＲＦＩＤタグの見通し角度を制限するように前記ＲＦＩＤタグの列車進行方向の両側に設けられる。

実施形態に係る列車位置検知システム１の概略的な構成を示す図である。 （ａ）は実施形態に係る地上子１０の斜視図であり、（ｂ）は実施形態に係る地上子１０の枕木方向から見た側面図である。 実施形態に係る列車位置検知システム１の動作を説明するための図である。 （ａ）は電波吸収体１４，１５が設けられた第１の変形例に係る地上子１０Ａの側面図であり、（ｂ）は電波吸収体１４，１５，１６が設けられた第２の変形例に係る地上子１０Ｂの側面図である。 （ａ）は半球殻状の外形を有する第３の変形例に係る地上子１０Ｃの上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 列車の走行場所によって位置検知精度が調整された列車位置検知システム１を説明するための図である。

以下、実施形態に係る列車位置検知システムについて図面を参照しながら説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付す。

列車位置検知システム１は、図１に示すように、地上に設置された地上子１０と、列車２０に設置されたＲＦＩＤリーダ２１とを備えている。

地上子１０は、識別情報が記憶されたＲＦＩＤタグ１１を有する。ＲＦＩＤタグ１１の種類は特に限定されるものではなく、電源不要のパッシブタグでも、アクティブタグでもよい。地上子１０は、例えば、線路３０の枕木の上や枕木間に設置される。その他、地上子１０は上り線路と下り線路の中間地点に設置されてもよい。

ＲＦＩＤリーダ２１は、アンテナ２１ａを有し、このアンテナ２１ａによりＲＦＩＤタグ１１の識別情報（ＩＤ）を読み取る。例えば、ＲＦＩＤリーダ２１は所定周期でＲＦＩＤタグ１１の識別情報を読み取り、読み取られた識別情報が所定回数連続して同じ値である場合に、その識別情報を確定する。

なお、日本国内で使用可能なＲＦＩＤの方式は使用周波数帯（１３．５６ＭＨｚ帯、９２０ＭＨｚ帯（ＵＨＦ帯）、２．４５ＧＨｚ帯）により大別される。ＲＦＩＤの読み取り特性は一般に、ＲＦＩＤリーダ２１の出力電力およびＲＦＩＤタグ１１の特性（主としてＲＦＩＤタグ１１のアンテナ利得）に依存する。ＵＨＦ帯のＲＦＩＤの場合、ＲＦＩＤリーダ２１の最大出力電力は構内無線局と特定小電力無線局とで異なる。前者は、送信電力１Ｗ、アンテナ利得６ｄＢｉ（アンテナからの最大出力電力；ＥＩＲＰ３６ｄＢｍ）であり、後者は、送信電力２５０ｍＷ、アンテナ利得３ｄＢｉ（ＥＩＲＰ２７ｄＢｍ）である。一方、ＲＦＩＤタグ１１は、種類によって様々な特性のものが存在する。ＵＨＦ帯のＲＦＩＤを使用した場合、読み取り可能距離は、ＲＦＩＤリーダ２１の種別（構内無線局タイプ、特定小電力無線局タイプ）およびＲＦＩＤタグ１１の種類に依存するが、数十ｃｍ〜数ｍ程度と比較的大きい。

列車位置検知システム１は、ＲＦＩＤリーダ２１によってＲＦＩＤタグ１１から読み取られた識別情報に基づいて列車２０の位置を検知する。例えば、識別情報と地点情報を関連付けて記憶したデータベースを用意しておき、ＲＦＩＤタグ１１の識別情報をキーにして当該データベースの検索を行うことにより地点情報を取得する。あるいは、ＲＦＩＤタグ１１の識別情報自体が地点情報を示すようにしてもよい。なお、地点情報は列車２０により取得されてもよいし、ＲＦＩＤリーダ２１に通信可能に接続された外部装置により取得されてもよい。

次に、ＲＦＩＤタグ１１を有する地上子１０について、図２を参照して詳しく説明する。

地上子１０は、ＲＦＩＤタグ１１から放射された電波を遮断する電波遮断部１２を有する。ここで、「ＲＦＩＤタグ１１から放射された電波」とは、ＲＦＩＤタグ１１がパッシブタグの場合、ＲＦＩＤリーダ２１のアンテナ２１ａから放射され、ＲＦＩＤタグ１１のアンテナ（図示せず）により反射された電波のことであり、ＲＦＩＤタグ１１がアクティブタグの場合は、ＲＦＩＤタグ１１に接続された電源の電力によってアンテナから発せられる電波のことである。

また、「電波を遮断する」とは、電波を透過しないということであり、電波を反射させることも含む。電波遮断部１２は、例えば、使用周波数帯の電波を十分に遮断する金属等から構成される。

電波遮断部１２は、図１および図２（ａ），（ｂ）に示すように、ＲＦＩＤリーダ２１のアンテナ２１ａから見たＲＦＩＤタグ１１の見通し角度（以下、単に「見通し角度」ともいう。）を制限するようにＲＦＩＤタグ１１の列車進行方向の両側に設けられている。なお、ＲＦＩＤタグによっては、アンテナと、当該アンテナに接続されたＩＣチップ等の電子部品とが離れた場所に配置される場合があるが、電波遮断部１２は、ＲＦＩＤタグ１１のアンテナの列車進行方向の両側に設けられている。すなわち、電波遮断部１２は、ＲＦＩＤタグ１１の構成要素うち少なくともアンテナを列車進行方向に挟むように設けられる。

本実施形態では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、電波遮断部１２の内側面１２ａは、ＲＦＩＤタグ１１に対向し、列車進行方向と略垂直な（すなわち枕木方向と略平行な）平面である。また、地上子１０は、板状の底部１３を有しており、この底部１３の上面１３ａにＲＦＩＤタグ１１が載置されている。

なお、電波遮断部１２と底部１３とは、一体に形成されていてもよい。例えば、金属板を折り曲げ加工して形成される。また、水や塵等から保護するために、ＲＦＩＤタグ１１を電波の伝播を妨げない材質（樹脂等）で封止してもよい。

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、地上子１０は、ＲＦＩＤタグ１１の枕木方向の両側には、ＲＦＩＤタグ１１から放射された電波を遮断する電波遮断部を有しなくてもよい。これにより、例えば、上り線路と下り線路との間に地上子１０を設置して上り下り兼用とすることができる。

上記のように本実施形態では、電波遮断部１２が見通し角度を制限するようにＲＦＩＤタグ１１の列車進行方向の両側に設けられている。このため、ＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲を狭めることができる。ここで、「読み取り可能範囲」とは、ＲＦＩＤリーダ２１がＲＦＩＤタグ１１の識別情報を読み取ることが可能な範囲のことである。このように電波遮断部１２により読み取り可能範囲を狭めることで、本実施形態によれば、列車２０の位置を高い精度で検知することができる。これについて図３を参照して、より具体的に説明する。

図３中の実線Ａは電波遮断部１２が設けられている場合におけるＲＦＩＤリーダ２１の受信電力を示し、破線Ｂは電波遮断部１２が設けられてない場合におけるＲＦＩＤリーダ２１の受信電力を示している。また、実線Ｐは電波遮断部１２が設けられている場合におけるＲＦＩＤリーダ２１の受信ステータスを示し、破線Ｑは電波遮断部１２が設けられてない場合におけるＲＦＩＤリーダ２１の受信ステータスを示している。受信ステータスは、ＲＦＩＤリーダ２１の受信電力が閾値を超え、ＲＦＩＤタグ１１を読み取り可能な状態の範囲を示している。

受信電力の閾値は、ＲＦＩＤリーダ２１が読み取り可能範囲においてＲＦＩＤタグ１１の識別情報を確実に読み取れるように、ある程度余裕を持たせた値（すなわち低めの値）に設定されている。

ＲＦＩＤリーダ２１の受信電力は理想的にはＲＦＩＤタグ１１から離れるにつれて山なりに落ちていく。しかし、列車２０と地面との間の距離が短い上に、列車２０の床下装置２２（図１参照）等により列車の下面には凹凸が多いため、図３の破線Ｂに示すように、電波の回折や反射等によって受信電力の強度が強まる場合がある。

上記の理由により、図３に示すように、ＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲外であっても、受信電力の強度が閾値を超えてしまい、ＲＦＩＤタグ１１の識別情報を読み取ることが可能となる範囲が存在する。

これに対して、本実施形態では見通し角度を制限するようにＲＦＩＤタグ１１の両側に電波遮断部１２が設けられている。このため、ＲＦＩＤタグ１１から放射された電波が読み取り可能範囲を超えて列車進行方向に伝播してＲＦＩＤリーダ２１に直接到達することが防止される。すなわち、電波遮断部１２を設けることで、図３の実線Ａから分かるように、読み取り可能範囲の内側におけるＲＦＩＤタグ１１の感度を保ちつつ、読み取り可能範囲の外側におけるＲＦＩＤタグ１１の感度を低下させることが可能となる。これにより、ＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲を狭めることができ、列車２０の位置を高い精度で検知することができる。

次に、地上子１０の３つの変形例（第１〜第３の変形例）について説明する。図４（ａ）は、電波吸収体１４，１５が設けられた地上子１０Ａの側面図を示し、図４（ｂ）は、電波吸収体１４，１５，１６が設けられた地上子１０Ｂの側面図を示している。電波吸収体１４，１５，１６は、例えばスポンジ状の合成樹脂に炭素粒子を塗り込めて導電性を持たせた材料から構成されるが、特に限定されるものではなく、使用周波数帯の電波を十分に吸収できるものであればよい。

第１の変形例に係る地上子１０Ａは、図４（ａ）に示すように、電波遮断部１２の内側面１２ａに配置された電波吸収体１４を有している。なお、電波吸収体１４は内側面１２ａを覆うことが望ましい。

このように電波遮断部１２の内側面１２ａに電波吸収体１４を設けることで、内側面１２ａでの電波の反射が抑制される。このため、ＲＦＩＤリーダ２１のアンテナ２１ａが、ＲＦＩＤタグ１１から放射され内側面１２ａで反射した電波を受信することが抑制される。その結果、ＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲をより効果的に狭めることができ、列車２０の位置をより高い精度で検知することができる。

なお、図４（ａ）に示すように、底部１３の上に電波吸収体１５が配置されていてもよい。電波吸収体１５は上面１３ａを覆うことが望ましい。電波吸収体１５を設けることで、列車２０の下面で反射された電波が上面１３ａで再反射されて乱反射することが抑制される。よって、ＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲外において受信電力強度が強まることを抑制することができる。その結果、列車２０の位置をより高い精度で検知することができる。

第２の変形例に係る地上子１０Ｂは、図４（ｂ）に示すように、電波遮断部１２の上端部に配置された電波吸収体１６を有している。電波吸収体１６は電波遮断部１２の上端部を覆うことが望ましい。

このように電波遮断部１２の上端部に電波吸収体１６を設けることで、ＲＦＩＤタグ１１から放射された電波が遮断部１２の上端部で回折することを抑制することができる。その結果、ＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲外で受信電力強度が強まることを抑制することができ、列車２０の位置をより高い精度で検知することができる。

次に、第３の変形例に係る地上子１０Ｃについて図５を参照して説明する。図５（ａ）は地上子１０Ｃの上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。

地上子１０Ｃは、ＲＦＩＤタグ１１と、ＲＦＩＤタグ１１から放射された電波を遮断する電波遮断部１７と、ＲＦＩＤタグ１１が上面１８ａに載置された円板状の底部１８とを有している。

電波遮断部１７は、前述の電波遮断部１２と同様に、ＲＦＩＤリーダ２１のアンテナ２１ａから見たＲＦＩＤタグ１１の見通し角度を制限するようにＲＦＩＤタグ１１の列車進行方向の両側に設けられている。図５（ｂ）に示すように、電波遮断部１７は、球殻の一部の形状を有しており、内側面１７ａは曲面である。このような半球殻状の外形を有する地上子１０Ｃによっても、前述の地上子１０と同様の作用効果を得ることができる。

なお、地上子１０Ａ，１０Ｂと同様に、電波遮断部１７の内側面１７ａおよび／または底部１８の上面１８ａに電波吸収体（図示せず）を配置してもよい。

次に、車位置検知システム１において、列車２０の走行場所に応じてＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲を調整可能であることについて説明する。

列車位置検知システムにおいては、列車の走行場所に応じて、必要とされる位置検知精度は異なる。例えば、列車が駅およびその周辺（以下、「駅等」という。）を走行中のときは、駅の停止位置目標やホームドア等に合わせて列車を停車させるために、高い精度で列車の位置を検知することが求められる。一方、列車が駅間を走行中のときは比較的低い精度で列車の位置を検知できればよい。これに対し、駅等には低感度のＲＦＩＤタグを設置してＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲を狭め、高い位置検知精度を確保し、駅間には高感度のＲＦＩＤタグを設置することが考えられる。しかし、電波の反射や回折により読み取り可能範囲外で受信電波強度が高くなる現象は依然として発生する可能性があり、十分な位置検知精度が確保できない。

本実施形態では、ＲＦＩＤリーダ２１のアンテナ２１ａから見たＲＦＩＤタグ１１の見通し角度は、駅等に設置される地上子１０の方が駅間に設置される地上子１０よりも狭くなるようにする。すなわち、駅等に設置される地上子１０の見通し角度は、駅間に設置される地上子１０の見通し角度よりも狭くする。これにより、所要の位置検知精度を満たすように、ＲＦＩＤリーダ２１の読み取り可能範囲を調整することができる。

例えば、地上子１０の設置場所に応じて内側面１２ａの間隔を変えることにより見通し角度を調整する。すなわち、ＲＦＩＤタグ１１の両側に設けられた電波遮断部１２の内側面１２ａの間隔は、駅等では駅間よりも狭くなるようにする。この場合、図６（ａ）に示すように、駅等に設置された地上子１０における内側面１２ａの間隔Ｗ１は、駅間に設置された地上子１０における内側面１２ａの間隔Ｗ２よりも狭い（すなわちＷ１＜Ｗ２）。

あるいは、地上子１０の設置場所に応じて内側面１２ａの高さを変えることにより見通し角度を調整してもよい。すなわち、ＲＦＩＤタグ１１の両側に設けられた電波遮断部１２の内側面１２ａの高さは、駅等では駅間よりも高くなるようにする。この場合、図６（ｂ）に示すように、駅等に設置された地上子１０における内側面１２ａの高さＨ１は、駅間に設置された地上子１０における内側面１２ａの高さＨ２よりも高い（すなわちＨ１＞Ｈ２）。

上記のように、列車位置検知システム１では、ＲＦＩＤタグ１１の種類を増やすことなく、読み取り可能範囲を所要の位置検知精度に応じて調整することができる。その結果、列車の走行場所に応じた位置検知精度を確保することができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態・変形例によれば、ＲＦＩＤタグを有する地上子を用いて、列車の位置を高い精度で検知することができる列車位置検知システムを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１ 列車位置検知システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 地上子
１１ ＲＦＩＤタグ
１２，１７ 電波遮断部
１２ａ，１７ａ 内側面
１３，１８ 底部
１３ａ，１８ａ 上面
１４，１５，１６ 電波吸収体
２０ 列車
２１ ＲＦＩＤリーダ
２１ａ アンテナ
２２ 床下装置
３０ 線路
Ａ，Ｐ 実線
Ｂ，Ｑ 破線
Ｈ１，Ｈ２ （内側面の）高さ
Ｗ１，Ｗ２ （内側面の）間隔

Claims (7)

1. 地上に設置され、識別情報が記憶されたＲＦＩＤタグを有する地上子と、列車に設置され、前記ＲＦＩＤタグの識別情報を読み取るＲＦＩＤリーダとを備え、前記ＲＦＩＤタグから読み取られた識別情報に基づいて前記列車の位置を検知する列車位置検知システムであって、
   前記地上子は、前記ＲＦＩＤリーダのアンテナから見た前記ＲＦＩＤタグの見通し角度を制限するように前記ＲＦＩＤタグの列車進行方向の両側に設けられ、前記ＲＦＩＤタグから放射された電波を遮断する電波遮断部を有し、
   駅に設置される地上子の前記見通し角度は、駅間に設置される地上子の前記見通し角度よりも狭い、列車位置検知システム。
2. 前記電波遮断部の内側面には、前記ＲＦＩＤタグから放射された電波を吸収する電波吸収体が配置されている請求項１に記載の列車位置検知システム。
3. 前記地上子は、前記ＲＦＩＤタグが載置される底部をさらに有し、前記底部の上に、前記ＲＦＩＤタグから放射された電波を吸収する電波吸収体が配置されている請求項１または２に記載の列車位置検知システム。
4. 前記電波遮断部の上端部には、前記ＲＦＩＤタグから放射された電波を吸収する電波吸収体が配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の列車位置検知システム。
5. 前記地上子は、前記ＲＦＩＤタグの枕木方向の両側には、前記ＲＦＩＤタグから放射された電波を遮断する電波遮断部を有しない請求項１〜４のいずれかに記載の列車位置検知システム。
6. 前記ＲＦＩＤタグの両側に設けられた前記電波遮断部の内側面の間隔は、駅に設置される地上子が駅間に設置される地上子よりも狭い請求項１〜５のいずれかに記載の列車位置検知システム。
7. 前記ＲＦＩＤタグの両側に設けられた前記電波遮断部の内側面の高さは、駅に設置される地上子が駅間に設置される地上子よりも高い請求項１〜５のいずれかに記載の列車位置検知システム。

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