JP6808826B2 - 自動列車保安装置及び車上装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動列車制御システム、自動列車保安装置、地上装置、車上装置に関する。

特許文献１によると、鉄道信号システムを含む鉄道保安システムにおいては、コスト削減や列車制御の高機能化という観点から、列車の位置を検知し列車に対する安全確保のための列車制御情報を伝送する方式として、軌道回路方式によらない無線信号方式が検討されている。
無線信号方式では、一般に、車上で検知された自列車位置を無線によって自動列車制御システムに伝送する。一方、自動列車制御システムは走行中列車の前方に支障を毎制御周期に検知する。支障の要因は先行列車、列車防護、踏み切りなどと考えられる。前記自動列車制御システムのサブシステムである自動列車保安装置は前記列車位置情報と前記支障の位置情報に基づいて、前記列車が安全に進行できる安全限界位置を求め、列車に伝送する。この限界の示す位置を停止限界として、各列車に搭載した車上制御装置は停止限界までに安全に停止できるようなブレーキパターンを作成し、列車制御を実施する。
このとき、停止限界は実際の支障位置より安全余裕距離を持って手前に設定する。非特許文献１によると、安全余裕距離無しでは、与えられた停止限界に従って停止制御を行っても、車両に搭載された車上制御装置の誤動作（ブレーキパターンに従って減速できず一瞬加速する時、車上制御装置が緊急停止ブレーキを設定するという最悪シナリオ等）により列車の停車位置が前記停止限界を超える可能性があるとのことである。そのため、支障位置に対して安全余裕距離を設け、支障位置から手前の位置に停車させることが必要となる。
安全余裕距離は列車の走行路上の路線状態（勾配、カーブ等）、運用最大速度、車両の特性（ブレーキ減速度等）から事前に求められる値である。従来技術では、安全余裕距離を一定の値（一番厳しい状況に対応可能な値）で全線に設定していた。

特開２０１０−１２０４８４号公報

CBTC(Communications−Based Train Control)の国際規格IEEE 1474規格（https：//standards.ieee.org/findstds/standard/1474.1-2004.html）

走行路上の列車の安全余裕距離は、路線状態、運用最大速度および列車の特性に依存する。例えば、急勾配の軌道がある下り路線では、長い安全余裕距離の設定が必要である。しかし、構内エリア等の平坦な場所において、前記安全余裕距離と同じ長さを設定することにより前記列車はその列車の先行列車との接近運転が出来ず、列車の運用時隔が悪化するという課題（運用時隔を短縮出来ない課題）がある。

そこで、本発明の目的は、場所毎に必要な安全余裕距離を定義可能とし、場所毎に最低限の安全余裕距離で停止限界を算出可能な方法を用いる自動列車保安装置を提供することである。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の自動列車保安装置の一つは、走行路上で列車に走行を許可する最遠の地点である停止限界を管理し、列車に停止限界を通知することにより列車を制御し、列車が走行できない個所の内、列車の現在の位置に最も近い個所である支障の手前に安全余裕距離を確保して停止限界を設定する自動列車保安装置において、走行路を仮想のブロックに区分し、仮想のブロック毎に安全余裕距離を算出するために使用する余裕距離を設定し、支障の属する仮想のブロックである支障ブロックに設定された余裕距離を安全余裕距離とすることを特徴とする。

本発明である列車自動保安装置を用いることにより、特別な装置を用いることなく、支障位置の手前に設置される停止限界を設定する安全余裕距離を、列車の前方に発生する支障の位置に応じて変化させることができる。

無線通信を用いる列車制御システムの構成例を示す図である。 ブロック割を設ける路線の例を示す図である。 支障位置に応じて変化させる安全余裕距離の例を示す図である。 列車の停止限界を作成するフローチャートの例を示す図である。 先行列車の前進による列車の停止限界の引き戻し現象の例を示す図である。 安全余裕距離を設定する処理のフローチャートの例を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明による自動列車保安装置の実施例を説明する。

本実施例では、後続列車110の前方直近となる先行列車120があり、前記先行列車の後尾が前記後続列車の支障の要因となる。

図１に本実施例による自動列車保安装置を含む無線通信による列車制御システムの構成を示す。列車制御システムは自動列車制御システム、車上装置、無線通信システムから構成される。

自動列車制御システム001は自動列車保安装置002、自動列車監視装置003、自動列車運転装置004から構成される。その中で、本実施例では、自動列車保安装置002を中心に説明する。自動列車保安装置002は路線上を走行する列車の在線位置を管理する。また、前記自動列車保安装置002は、前記各列車に対して、先行列車や列車防護情報などの支障要因を常に検知した上で、前記各列車の停止限界を算出する。更に、算出した停止限界をその列車に送信する。

車上装置は列車の在線位置検出装置と車上制御装置から構成される。列車110に車上制御装置113と在線位置検出装置112から構成された車上装置111が搭載される。列車120に車上制御装置123と在線位置検出装置122から構成された車上装置121が搭載される。前記在線位置検出装置は速度センサ等を用いてリアルタイムで自列車の在線位置情報を求め、無線通信システムを介して自動列車制御システム001に送信する。一方、前記車上制御装置113が前記自動列車制御システム001から受信した停止限界情報に基づいて、ブレーキパターン116を生成し、自列車の停止制御を実施する。

なお、ブレーキパターンとは、列車の位置と、その位置における制限速度の関係を示すパターンであり、停止限界の位置にて速度を0とすることにより、安全に列車を制御できる。

無線通信システムは車両に搭載された車上無線局211、221と、車上アンテナ212、222と、地上側に設置された地上無線局201と、地上アンテナ202から構成される。無線通信システムが、前記自動列車制御システム001と前記車上装置の間の通信を実施する。

図３は支障位置に応じて変化させる安全余裕距離の例を示す図である。

自動列車制御システム001が各列車110、120、130について安全余裕距離114、124を算出し、停止限界115、125を算出する。これらの停止限界を各列車に送信する。各列車の車上制御装置は停止限界で止まることのできるブレーキパターンを生成し、それに従って自列車の停止制御を実施する。

図４は自動列車保安装置002において、後続列車110に対する停止限界作成フローを表す。
ステップ401：自動列車保安装置002は、後続列車に対し、後続列車の位置情報と開通した進路の情報に基づいて、列車の走行経路を決定する。

ステップ402：自動列車保安装置002は、前記後続列車の経路上の支障要因を検知する。支障要因は先行列車、列車防護情報などである。

ステップ403：自動列車保安装置002は、検知した支障要因において前記後続列車の前方直近となる支障要因を検索する。図１で表す実施例1では、前記後続列車の前方直近となる支障要因が先行列車120であり、支障位置がその先行列車の後尾となる。

ステップ404：自動列車保安装置002は、検索した支障位置に対して安全余裕距離114を設定する。なお、従来の技術では、支障位置によらず、安全余裕距離は一定の距離である。ステップ404が本実施例の課題を解決するための手段となるが、下記に詳細説明を示す。

ステップ405：自動列車保安装置002は、前記支障位置に対し、前記設定した安全余裕距離を考慮した前記後続列車の停止限界を算出する。

ステップ406：自動列車保安装置002は、算出された停止限界を、前記無線通信システムを介して前記後続列車に送信する。

ステップ404では、支障位置に対して安全余裕距離を設定するため、自動列車保安装置002は、列車の走行路を仮想ブロック（略：ブロック）に区分し、前記ブロック毎に安全余裕距離を定義し記憶する。図２は走行路をブロックに区分する例を示す。

走行路10をブロック301、311、321…に区分する。各ブロックの始端と終端が、表１に述べる様に、キロ程で規定される。例えば、ブロック301の始端302の位置がキロ程1.5kmであり、終端303の位置がキロ程1.0kmで規定される。それぞれのブロックの長さを任意に定めることができるので、従来の軌道回路で規定する固定閉塞と比べると、より自由度を持って、経路の状態に適切な区分設定を行うことが可能となる。更に、ブロックは仮想的なものなので、列車在線を検知するための軌道回路などの機器を設置する必要はない。

列車の在線位置情報（列車先頭の位置）や前記支障位置情報が前記ブロックの番号と前記ブロック内残距離（ブロック終点までの距離）で表せられ、前記地上装置の自動列車保安装置002で管理する。
表１はブロック毎に安全余裕距離を設定する例を示す。

前記ブロックの安全余裕距離は、ブロック上の路線状態、前記ブロック上の運用最大速度と車両特性に基づいて設定する。例えば、下り急勾配がある場所や運用最大速度が高速である場所でのブロックの安全余裕距離は他の場所でのブロックの安全余裕距離より長く設定する。一方、構内エリア等の低速走行の場所でのブロックの安全余裕距離は、他の場所より短く設定する。

自動列車保安装置002は、ステップ403で検索した後続列車110の前方直近にある先行列車120の支障位置が属するブロックに定義した安全余裕距離を用いて、前記支障位置の手前に確保する前記後続列車の停止限界を算出する。

本実施例のような自動列車保安装置002を構成することにより、後続列車110に対する先行列車120の後尾の手前に確保される安全余裕距離を、場所毎に変化させることが出来る。それにより、場所毎に最短な安全余裕距離を設定することが可能となり、後続列車と先行列車の運転時隔が短縮できる。

上記の実施例１では、先行列車120が前進するとともに、後続列車110の停止限界を前進させることが一般的な考え方である。上記で説明した安全余裕距離の設定方法では、前記後続列車の前方直近となる支障要因である前記先行列車の在線位置のブロックによって安全余裕距離を変更する。前記先行列車がブロック境界を通過する時、前記後続列車の停止限界が引き戻される場合が考えられる。そこで、より適切な安全余裕距離の設定方法を実施例２として説明する。
実施例２で解決しようとする課題について、図５を用いて説明する。列車110の前方直近となる支障である先行列車120がブロック311の位置120Aからブロック301の位置120Bに移動する。ブロック301の安全余裕距離305がブロック311の安全余裕距離315より長い場合、前記先行列車の後尾がブロック311と301の境界を通過した瞬間、前記後続列車の停止限界位置が115Aから115Bに引き戻される。前記先行列車が位置120Aにいる時、前記後続列車が位置115Bを超えた場合、前記停止限界の引き戻されることにより、前記後続列車が停止限界からオーバーラン状態になるため、緊急停止ブレーキが起動される。

上記の課題に対して、自動列車保安装置002は走行中の列車の停止限界を算出する時、前記列車の前方直近となる支障要因である先行列車の在線するブロックの安全余裕距離を単に使用せず、前記先行列車の在線するブロックの安全余裕距離と、そのブロックの手前のブロックの安全余裕距離を照査し、より適切な値を安全余裕距離に設定し、停止限界を算出する方法とする。以下に詳細に説明する。

図６は自動列車保安装置002において、後続列車110に対する、停止限界作成に用いられる安全余裕距離を設定する処理フローを表す。ステップ602〜604までの処理にて、前記支障位置に対して、前記後続列車が安全に走行可能な最遠のブロックを検索する。このブロックには後続列車の停止限界が存在するブロックとなる。検索処理を実施するため、検索ブロックという値を設ける。ステップ605〜608までの処理が、検索した停止限界があるブロックの中に停止限界位置を算出するために、安全余裕距離を設定する処理フローである。
フローチャートに基づく動作を下記の通りとする。
ステップ601：自動列車保安装置002は、処理開始時、上記で説明した図４のフローチャートのステップ403と同様の処理を行い、後続列車110の前方直近となる支障位置を取得する。
ステップ602：自動列車保安装置002は、前記支障位置の存在するブロックを検索ブロックに設定する。
ステップ603：自動列車保安装置002は、検索ブロックの始端から支障位置までの距離を検索ブロックの安全余裕距離と比較する。検索ブロックの始端から支障位置までの距離が検索ブロックの安全余裕距離以下と判断した場合、検索ブロックの中に安全余裕距離を設けられる位置が存在しないこととなり、ステップ604に進む。そうでない場合は、検索ブロックの中に停止限界が存在することなり、ステップ605に進む。
ステップ604：自動列車保安装置002は、検索ブロックの中に安全を確保できる停止限界が存在しないため、検索ブロックに検索ブロックの一つ手前のブロックを設定し、ステップ603の判定に戻る。
ステップ605：自動列車保安装置002は、検索ブロックは支障があるブロックであれば、ステップ607に進む。その以外の場合、ステップ606に進む。
ステップ606：自動列車保安装置002は、停止限界が存在する検索ブロックの終端から支障位置までの距離を検索ブロックの安全余裕距離と比較する。検索ブロックの終端から支障位置までの距離が検索ブロックの安全余裕距離以下の場合、ステップ607に進む。そうでない場合、ステップ608に進む。
ステップ607：自動列車保安装置002は、検索ブロックに定義した安全余裕距離を、停止限界作成で設けられる安全余裕距離に設定する。
ステップ608：自動列車保安装置002は、検索ブロックの中に、支障位置に一番近い場所と支障箇所の間の距離（そのブロックの終端から支障位置までの距離）を停止限界作成で設けられる安全余裕距離に設定する。

前記フローを用いて図５における後続列車の停止限界作成に用いられた安全余裕距離の設定について説明する。

先行列車120が120Aの所に在線する場合、前記先行列車の後尾位置がブロック311の上にある。ブロック311の始端312から前記先行列車の後尾までの距離316がブロック311の安全余裕距離315より長いため、ステップ603の判定で、後続列車110の停止限界がブロック311にあるため、停止限界を算出ための確保される安全余裕距離が前記ブロックの安全余裕距離となる。

一方、先行列車が120Bまで走行すると、前記先行列車の後尾位置がブロック301の上にある。ブロック301の始端302から前記先行列車の後尾までの距離317がブロック301の安全余裕距離305より小さいため、ステップ603の判定で、後続列車110の停止限界がブロック301に存在しない。よって、ステップ604によりブロック301の一つ手前のブロックであるブロック311を検索ブロックに設定し、ステップ603を再度実行する。ブロック311の始端312から先行列車の後尾までの距離318がそのブロック311の安全余裕距離315より長いため、前記後続列車の停止限界がブロック311にあると判断する。そしてブロック311の終端313から前記先行列車の後尾までの距離317がブロック311の安全余裕距離315より短いため、前記後続列車の停止限界を算出するための安全余裕距離はブロック311の安全余裕距離315となる。その結果、算出された前記停止限界が115Cの位置である。

本実施例のような安全余裕距離設定方法を用いる自動列車保安装置において、前記後続列車の前方直近となる前記先行列車の前進とともに停止限界は前進し、前記後続列車の停止限界を引戻すことがない。

上記のように、実施例１と実施例２では、安全余裕距離の算出は地上の自動列車制御システム001で行っているが、安全余裕距離の算出を車上制御装置113、123で行うことも可能である。自動列車保安装置002が支障情報を無線通信システムを介して、車上制御装置113、123に伝送することで、車上制御装置113、123でも同じように把握することが可能である。車上制御装置113、123が走行路のブロックに区分されたデータとブロック毎に定義された安全余裕距離のデータを持つ。更に、走行路上に様々な種類の車両が走行すると、列車毎の特性が異なるため、列車毎に前記ブロック毎に定義された安全余裕距離を自列車の特性に応じて定義可能である。結果として、安全余裕距離は場所毎に定義されるだけでなく、列車毎に安全余裕距離を設定し、より適切な停止限界を算出可能になる。車上制御装置113、123は算出した停止限界と自列車で持つ路線の情報（最高速度や勾配等）に基づいて、停止限界までに安全に停止できるようなブレーキパターンを作成し、列車制御を実施する。

10：走行路
001：自動列車制御システム
002：自動列車保安装置
003：自動列車監視装置
004：自動列車運転装置
110：列車
111：車上装置
112：在線位置検出装置
113：車上制御装置
114：安全余裕距離
115、115A、115B、115C：停止限界
116：ブレーキパターン
120：列車
121：車上装置
122：在線位置検出装置
123：車上制御装置
124：安全余裕距離
125：停止限界
126：ブレーキパターン
120A、120B：列車120の遷移位置
130：列車
200：無線通信装置
201：地上無線局
202：地上アンテナ
211：車上無線局
212：車上アンテナ
221：車上無線局
222：車上アンテナ
301：ブロック
302：ブロック始端
303：ブロック終端
305：安全余裕距離
311：ブロック
312：ブロック始端
313：ブロック終端
315：安全余裕距離
316：312から120Aにある列車の後尾までの距離
317：313から120Bにある列車の後尾までの距離
318：312から120Bにある列車の後尾までの距離
321：ブロック
322：ブロック始端
323：ブロック終端

Claims (5)

1. 走行路上で列車に走行を許可する最遠の地点である停止限界を管理し、前記列車に前記停止限界を通知することにより前記列車を制御し、前記列車が走行できない個所の内、前記列車の現在の位置に最も近い個所である支障の手前に安全余裕距離を確保して前記停止限界を設定する自動列車保安装置において、
   前記走行路を仮想のブロックに区分し、前記仮想のブロック毎に前記安全余裕距離を算出するために使用する余裕距離を設定し、前記支障の属する前記仮想のブロックである支障ブロックを
   前記余裕距離を評価する対象のブロックである検索ブロックとして設定し、
   前記検索ブロックの始端と前記支障の間の距離である検索支障距離と、前記検索ブロックに設定された前記余裕距離である検索余裕距離を比較し、
   前記検索支障距離が、前記検索余裕距離より大きい場合、前記検索余裕距離を前記安全余裕距離とする
   ことを特徴とする自動列車保安装置。
2. 請求項１に記載の自動列車保安装置であって、
   前記安全余裕距離の決定において前記検索支障距離が、前記検索余裕距離以下の場合、
   前記検索ブロックの手前の前記仮想のブロックを新たな前記検索ブロックとして再度前記安全余裕距離を決定することを特徴とする自動列車保安装置。
3. 請求項２に記載の自動列車保安装置であって、
   前記安全余裕距離の決定において前記検索支障距離が、前記検索余裕距離より大きく、かつ、前記検索ブロックが前記支障ブロックと異なる場合、前記検索ブロックの終端から前記支障の間の距離である検索通過距離と前記検索余裕距離を比較し、
   前記検索通過距離が前記検索余裕距離以下の場合は、前記検索余裕距離を前記安全余裕距離とし、
   前記検索通過距離が前記検索余裕距離より大きい場合は、前記検索通過距離を前記安全余裕距離とすることを特徴とする自動列車保安装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の自動列車保安装置の前記安全余裕距離の決定機能を有する車上装置。
5. 請求項４に記載の車上装置であって、前記安全余裕距離を決定する際に、制御対象の前記列車の特性に応じて前記安全余裕距離を補正することを特徴とする車上装置。

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