JP6877382B2 - 列車制御情報伝達システム - Google Patents

Description

技術分野は、鉄道システムの踏切制御に関する。

鉄道システムの踏切制御において、従来のシステムは、地上側に設置された列車検知機器からの列車検知結果に基づいて警報を制御する。具体的には、踏切手前に列車速度に関わらず列車の踏切通過までに規定の警報時間が確保できるような警報開始点を設定し、この警報開始点に制御子や車軸検知器などの列車検知機器を設置して列車通過を検知し、踏切の警報を制御する。その一方で、近年は高性能な演算機能を持つ車上装置を前提として無線を活用したシステムが開発されている。例えば、特許文献１のように、記憶している路線データに基づいて常に列車の現在位置と踏切位置とを把握し、加速して踏切に到達するまでの時間を算出し、算出した時間が必要な警報時間を満たさない場合には踏切手前に列車を停止させるブレーキパターンで列車を制御するシステムが開示されている。

特開２００４−２２４１５５号公報

従来の踏切制御においては、制御子や車軸検知器などの列車検知機器を警報開始点や警報終止点に設置し、電源ケーブルや信号ケーブルを敷設して踏切装置と接続する必要があるため、導入や保守にかかるコストの負担が大きい。また、踏切支障時や故障時に運転士を介さずに列車を直接停止させる手段を持たない。

一方、近年開発されている無線を活用した踏切制御システムは、車上装置が装置内に記憶している路線データを使って常に列車の現在位置と踏切位置とを把握して踏切までの到達時間を計算し、列車が適切な時刻に踏切を通過できるような走行パターンを作成して列車を制御するとともに、適切なタイミングで踏切の警報を開始させるための情報を地上側の装置に送信するなど、高密度運行向けに近年開発されたＣＢＴＣ（Communication Based Train Control）と呼ばれる無線信号システムで使われるような高性能な演算機能を持つ列車制御装置が必要となる。踏切支障時や故障時に列車を直接停止させる機能を持つものの、路線を走行する全ての列車にこのような高性能な列車制御装置を搭載することは、特に、信号システムとして既にＡＴＳ（Automatic Train Stop）と呼ばれる自動列車停止装置が導入されており、将来的にも高密度運行向けの列車制御装置を必要としない地方路線においては、コストの負担が大きい。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願の列車制御情報伝達システムは上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、外部から入力される列車制御情報に基づいて車上信号装置が列車を制御する列車制御情報伝達システムにおいて、前記列車が走行する路線上には地上子が設置され、 前記地上子を基点として踏切手前の停止点を示す前記列車制御情報を前記列車に送信する踏切管理装置を備え、前記列車は、前記列車が前記地上子を通過する前に前記踏切管理装置から受信した前記列車制御情報を記憶し、前記列車が前記地上子を通過することにより前記地上子から信号を受信したときに前記列車制御情報を前記車上信号装置に入力する車上無線装置を備えることを特徴とする。

上記手段によれば、既に搭載されている自動列車停止装置を改造することなく踏切制御に活用でき、地上側に制御子や車軸検知器などの列車検知機器を設置することなく、踏切支障時や故障時には列車を停止させることのできる踏切制御が実現できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

実施例１の列車制御情報伝達システムの構成例を示す図。 速度照査パターンの一例を示す図。 実施例１の列車制御情報伝達システムの仕組みの例を説明する図。 踏切異常検知装置がある場合の構成例を示す図。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施例の列車制御情報伝達システムの構成と、列車に搭載されている車上信号装置との接続を示す図である。地上側には、本システムの踏切管理装置１、無線機２、地上子３が設置される。地上子については、警報開始点に第一の地上子３ａ、警報開始点から踏切の間に第二の地上子３ｂ、警報終止点に第三の地上子３ｃ、踏切の警報開始点の手前に第四の地上子３ｄを設置し、それぞれの地上子からは当該地上子の識別番号情報を後述する車上の装置に送信する。踏切管理装置１は踏切２０の警報や遮断機を制御する既存の踏切制御装置２１と接続する。既存の踏切制御装置２１は警報開始点と警報終止点に設置された制御子や車軸検知器などの列車検知機器からの信号に基づいて、踏切２０の警報や遮断機を制御する装置であるが、本発明では、既存の踏切制御装置を改造することなく活用して、地上側に制御子や車軸検知器などの列車検知機器を設置することなく、踏切支障時や故障時には列車を停止させることのできる踏切制御を実現することを目的としており、本実施例では、踏切管理装置１が後述するタイミングで同様の信号を踏切制御装置２１に入力する。

車上側については、既存の車上信号装置１１、送受信部１２、車上子１３、表示器１４が搭載されている列車１０に、本システムの車上無線装置１７、第二の表示器１８、無線機１９が設置される。本発明では、既存の車上信号装置を改造することなく活用して、地上側に制御子や車軸検知器などの列車検知機器を設置することなく、踏切支障時や故障時には列車を停止させることのできる踏切制御を実現することを目的としており、既存の車上信号装置１１、送受信部１２、車上子１３、表示器１４はそのまま使い、その既存の車上信号装置１１と既存の送受信部１２との間に、車上無線装置１７を接続する。なお、既存の車上信号装置１１については、線路上に敷設された地上子等から伝達される列車制御情報に基づいて列車を制御する装置であれば、どのような装置を前提としても構わないが、本実施例では、ＡＴＳ−Ｐ形の車上信号装置を前提として説明する。

最初に、本システムの前提として、列車に搭載されている車上信号装置１１、送受信部１２について説明する。列車１０に搭載されている車上信号装置１１は、入力された停止点までの距離情報等の列車制御情報に基づいて、指示された停止点を基点とする速度照査パターンを作成し、この速度照査パターンに基づいて、運転に必要となる情報を表示器１４を介して運転士に表示するとともに、列車を制御する装置である。具体的には、列車に備える速度センサから入力される速度情報を地上子通過時点から積算して通過地上子からの相対位置を算出し、列車の走行速度が速度照査パターンに接近した場合に、表示器１４を介して運転士に警報を発し、列車の走行速度が速度照査パターンを超えた場合には列車に備える継電器部を介して列車のブレーキを動作させる。速度照査パターンとは、列車が停止点までに止まることのできる許容速度を示すものであり、その一例として、図２に停止点６を基点とする列車１０の速度照査パターン７を示す。本実施例ではＡＴＳ−Ｐ形の車上信号装置を前提とするが、ＡＴＳ−Ｐ形の車上信号装置は、本来、送受信部から、地上子の識別番号やその地上子から停止点までの距離情報等を含むＡＴＳ−Ｐ電文を受信して、これを制御に用いる。但し、本実施例では、同様の情報を車上無線装置１７からＡＴＳ−Ｐ電文と同じフォーマットで受信して、これを制御に用いる。この点が既存の自動列車停止システムとは異なる。

送受信部１２は、線路上に敷設された地上子と電磁結合する車上子１３を介して、地上子３からの信号を受信する機器である。本実施例ではＡＴＳ−Ｐ形の送受信部を前提とするが、ＡＴＳ−Ｐ形の送受信器は、本来、地上子の識別番号やその地上子から停止点までの距離情報等を含むＡＴＳ−Ｐ電文を受信して、この電文をＡＴＳ−Ｐ形の車上装置に出力するものである。但し、本実施例では、地上子３から車上子１３を介して受信したＡＴＳ−Ｐ電文を車上無線装置１７に出力する。この点が既存の自動列車停止システムとは異なる。

次に、本実施例の列車制御情報伝達システムについて、図３に示す列車１０が路線４上にある踏切２０を通過する場合を例に説明する。地上子については、前述のように、踏切２０の警報開始点に第一の地上子３ａ、警報開始点から踏切の間に第二の地上子３ｂ、警報終止点に第三の地上子３ｃ、踏切の警報開始点の手前に第四の地上子３ｄを敷設する。

なお、これらの地上子から車上の装置に識別番号情報を送信する際には、既存の自動列車停止装置の信号情報と誤認されないようにする。本実施例では、ＡＴＳ−Ｐ形の車上子や送受信部の活用を前提としているため、地上子からはＡＴＳ−Ｐ形の電文フォーマットで情報を送信するが、信号情報と誤認されないように、地上子の識別番号と運転方向以外のフレームには予備コードなどを割り当てておくことが望ましい。

列車１０に搭載される車上無線装置１７は、路線４上に敷設された地上子３を通過する度に、無線機１９や無線機２を介して、踏切管理装置１に対して通過地上子の識別番号を送信する。車上無線装置１７は、列車１０が第一の地上子３ａを通過する前に、踏切管理装置１から、踏切の警報開始点に設置された第一の地上子３ａを基点とした踏切手前の停止点までの距離情報８ａを受信し、この情報を記憶しておき、列車１０が第一の地上子３ａ通過を検知した時、つまり、第一の地上子３ａから車上子１３や送受信部１２を介して信号が入力された時、その第一の地上子３ａを基点とした踏切手前の停止点までの距離情報８ａを、当該地上子の識別番号と合わせて車上信号装置１１に出力する。つまり、車上無線装置１７は、送受信部１２からＡＴＳ−Ｐ電文が入力された時、その電文から地上子の識別番号を認識し、記憶していた地上子３ａを基点とした踏切手前の停止点までの距離情報８ａをＡＴＳ−Ｐ電文と同じフォーマットに成型して車上信号装置１１に出力する。この時、車上無線装置１７は、予め受信していた情報を用いるのであり、列車が地上子を通過してから踏切管理装置１と通信をして当該地上子を基点とした列車制御情報をもらうのではない。この仕組みにより、車上信号装置１１は、地上子通過から時間差無く当該地上子を基点とした列車制御情報に基づく列車制御を実行することができる。

その際、車上無線装置１７は、無線機１９や無線機２を介して、列車１０の識別番号と通過した地上子の識別番号を踏切管理装置１に送信し、さらに、当該地上子から停止点までの距離情報を第二の表示器１８を介して運転士に表示する。例えば、「停止点は地上子××から○○メートル」という情報を表示する。

また、車上無線装置１７は、第一の地上子３ａ通過の報告をした後、後述の方法で踏切が正常に制御された場合、踏切管理装置１から、第二の地上子３ｂを基点として停止点を踏切２０の先に延ばした距離情報８ｂを受信することになる。その際も前述の方法と同様に、この情報を記憶しておき、第二の地上子３ｂ通過を検知した時、つまり、第二の地上子３ｂから車上子１３や送受信部１２を介して信号が入力された時、その第二の地上子３ｂを基点として停止点を踏切２０の先に延ばした距離情報８ｂを、当該地上子の識別番号と合わせて車上信号装置１１に出力する。

なお、車上無線装置１７は、踏切管理装置１から第二の地上子３ｂを基点とした列車制御情報８ｂを受信した時、踏切２０が正常に制御され、踏切２０を通常通りに走行できることが分かる。そこで、そのような情報を受信した時には、第二の地上子３ｂを通過した時に停止点の位置が踏切手前から踏切の先に更新されることを第二の表示器１８を介して運転士に表示する。例えば、前々段落で説明した情報の下に、「停止点は地上子××から○○メートル（第二の地上子通過時にパターン更新）」という情報を表示する。

一方で、地上子通過時までに、当該地上子を基点とした列車制御情報を踏切管理装置１から受信していない場合、車上無線装置１７は、地上子３から車上子１３や送受信部１２を介して入力された信号をそのまま車上信号装置１１に出力する。これは、既存の自動列車停止装置で使われている地上子を通過した場合に、その地上子からの信号情報をそのまま車上信号装置１１に入力するためで、これにより、既存の自動列車停止装置としての制御を阻害することなく、本システムは既存の自動列車停止システムと共存することができる。

踏切管理装置１は、無線機２や無線機１９を介して、車上無線装置１７から、当該装置を搭載した列車１０の通過した地上子の識別番号を受信し、この情報に基づいて、路線上の列車へ制御情報を送信し、路線上の踏切を制御する。具体的には、列車から第四の地上子３ｄ通過の報告を受けた時には、当該列車に対して、第一の地上子３ａを基点として踏切２０手前の停止点までの距離情報８ａを送信する。列車から第一の地上子３ａ通過の報告を受けた時には、踏切制御装置２１に対して警報開始の信号を入力する。

その後、踏切制御装置２１から警報開始信号に対する正常応答、もしくは踏切遮断完了の信号を受信した時には、前述の列車に対して、第二の地上子３ｂを基点として停止点を踏切２０の先に延ばした距離情報８ｂを送信する。例えば、踏切２０を含む閉塞区間の境界地点でもよいし、既存の自動列車停止システムが示す停止点でもよい。その停止点までに別の踏切がある場合にはその手前の停止点でもよい。

そして、前述の列車から第三の地上子３ｃ通過の報告を受けた時には、踏切制御装置２１に対して警報終止の信号を入力する。

なお、地上子３ａは、情報伝達時の遅延の可能性を考慮して警報開始点から所定の余裕距離手前に設置したり、地上子読み飛ばしなどの可能性を踏まえて複数設置してもよい。地上子３ｂや地上子３ｃや地上子３ｄも、上記の可能性を踏まえて複数設置してもよい。地上子３ｃについては、路線４を走行する列車の最大長を踏まえた警報終止点だけでなく、列車長ごとに複数設置してもよい。その際の警報終止は、踏切から各地上子までの距離と列車長に基づいて判定するが、その列車長については、車上無線装置１７から送信してもよいし、踏切管理装置１が各列車の列車長を記憶しておき、車上無線装置１７から送信された列車の識別番号を使って参照してもよい。なお、その際は列車先頭から車上子の取付け位置までの距離なども考慮しておくことが望ましい。

また、図４に示すように、踏切２０が踏切上の支障や障害物などの異常を検知する装置を備えている場合には、踏切管理装置１が踏切異常検知装置２２からの踏切異常情報を受信するインタフェースを備えて、この異常情報を受信した時に、列車１０の車上無線装置１７に即時停止情報を送信し、車上無線装置１７はＡＴＳ−Ｐ電文と同じフォーマットで車上信号装置１１に即時停止情報を出力する仕組みを備えても良い。もしくは、踏切管理装置１が、列車１０の車上無線装置１７に対して、停止点を踏切２０の先に延ばした距離情報８ｂを送信した後、踏切異常検知装置２２から異常情報を受信しない限り健全性信号を予め決められた時間間隔で送信し、異常情報を受信したときにこの健全性信号を停止する仕組みを持ち、車上無線装置１７は、停止点を踏切２０の先に延ばした距離情報８ｂを受信した後、この健全性信号を規定時間以上受信しなかったときにＡＴＳ−Ｐ電文と同じフォーマットで車上信号装置１１に即時停止情報を出力する仕組みを持つようにしても良い。このような仕組みを用いれば、踏切が正常に動作した後も、何らかの要因による踏切上の異常が検知された時に、運転士を介さずに列車を減速させることができる。

なお、本実施例では、踏切管理装置１と車上無線装置１７との通信に無線を使用しているが、その方式は問わない。携帯電話を利用した電話回線通信や、人工衛星を利用した衛星通信等を使用してもよい。また、踏切管理装置１と踏切制御装置２１との間の情報伝送の手段も問わない。機器室に設置した１台の踏切管理装置が通信ネットワークなどを介して複数の踏切制御装置と接続して複数の踏切を制御してもよい。もちろん、踏切管理装置１の機能は、他の装置、例えば、信号保安システムや運行管理システムの中に組み込まれても良い。

以上に説明した制御動作が実行された場合、例えば、図３の路線で説明すると、列車１０が、第四の地上子３ｄを通過すると、列車１０の車上無線装置１７から踏切管理装置１へ、通過した第四の地上子３ｄの識別情報が送信され、踏切管理装置１は、第一の地上子３ａを基点として踏切２０手前の停止点までの距離情報８ａを列車１０の車上無線装置１７に送信する。

そして、列車１０の車上無線装置１７は、この情報を記憶しておき、列車１０が第一の地上子３ａを通過し、第一の地上子３ａからの信号が車上子１３や送受信部１２を介して入力された時、地上子の識別番号３ａと、記憶しておいた第一の地上子３ａを基点とした停止点までの距離情報８ａとをＡＴＳ−Ｐ電文と同じフォーマットで車上信号装置１１に出力する。これにより、車上信号装置１１は、指示された停止点を基点とする速度照査パターンを作成し、この速度照査パターンに従って列車１０を制御することができる。

また、踏切管理装置１は、列車１０の車上無線装置１７から第一の地上子３ａ通過の報告を受けた時、踏切制御装置２１に対して警報開始の信号を入力する。その後、踏切制御装置２１から警報開始信号に対する正常応答、もしくは踏切遮断完了の信号を受信すれば、列車１０の車上無線装置１７に対して、第二の地上子３ｂを基点として停止点を踏切２０の先に延ばした距離情報８ｂを送信する。列車１０の車上無線装置１７は、この情報も同様に記憶しておき、列車１０が第二の地上子３ｂを通過した時、地上子の識別番号３ｂと、記憶しておいた第二の地上子３ｂを基点とした停止点までの距離情報８ｂとをＡＴＳ−Ｐ電文と同じフォーマットで車上信号装置１１に出力する。これにより、車上信号装置１１は、踏切を越える停止点を基点とする速度照査パターンを作成し、この速度照査パターンに従って列車１０を制御することができる。そして、列車１０が第三の地上子３ｃを通過した時、列車１０の車上無線装置１７は、踏切管理装置１に第三の地上子３ｃ通過報告を行い、踏切管理装置１は、踏切制御装置２１に対して警報終止の信号を入力し、踏切の制御を終了する。

一方で、踏切管理装置１が踏切制御装置２１に対して警報開始の信号を入力しても、正常応答や踏切遮断完了の情報が返ってこない場合には、踏切管理装置１から停止点を踏切２０の先に延ばした列車制御情報が列車１０の車上無線装置１７に送信されないことから、列車１０は車上信号装置１１によって踏切２０手前に停止するよう制御される。つまり、踏切支障時や故障時には運転士を介さずとも列車を踏切手前に停止させることができる。

本実施例では、車上信号装置がＡＴＳ−Ｐ形の車上装置の場合を前提として説明したが、本来のＡＴＳ−Ｐ形の自動列車停止システムは、各信号機が路線上の列車検知装置から閉塞区間の列車の在線・非在線を判定して進行や停止等の現示を表示し、この信号機に接続した符号処理器が、当該信号機の現示に基づいて停止点までの距離を判定し、この停止点までの距離情報と地上子の識別情報とを含むＡＴＳ−Ｐ電文を、有電源地上子を介して車上側に送信し、そして、この電文を、ＡＴＳ−Ｐ形の車上装置が、車上子と送受信器を介して受信し、この電文に含まれている情報に基づいて列車を制御するシステムである。

これに対して、本実施例で説明したシステムは、踏切管理装置が、上記の既存の車上信号装置の仕組みを利用して、路線上の列車と踏切を制御するものである。具体的には車上無線装置からの第一の地上子の通過報告に基づいて踏切の警報を開始し、踏切制御装置からの正常応答や踏切遮断完了が返ってくるまでは第一の地上子を基点とした踏切手前を停止点とする距離情報を車上無線装置に送信し、踏切制御装置から正常応答や踏切遮断完了が返ってきた後は第二の地上子を基点とした踏切の先を停止点とする距離情報を車上無線装置に送信することで、既存の車上信号装置に、踏切手前の停止点、もしくは踏切の先の停止点を基点とした速度照査パターンで列車を制御させるシステムである。つまり、既に搭載されている自動列車停止装置を改造することなく踏切制御に活用でき、地上側に制御子や車軸検知器などの列車検知機器を設置することなく、踏切支障時や故障時には運転士を介すことなく列車を停止させることのできる踏切制御が実現できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１ 踏切管理装置
２、１９ 無線機
３ 地上子
４ 路線
６ 停止点
７ 速度照査パターン
８ 地上子から停止点までの距離
１０ 列車
１１ 車上信号装置
１２ 送受信器
１３ 車上子
１４ 表示器
１７ 車上無線装置
１８ 第二の表示器
２０ 踏切
２１ 踏切制御装置
２２ 踏切異常検知装置

Claims (7)

1. 外部から入力される列車制御情報に基づいて車上信号装置が列車を制御する列車制御情報伝達システムにおいて、
   前記列車が走行する路線上には地上子が設置され、
   前記地上子を基点として踏切手前の停止点を示す前記列車制御情報を前記列車に送信する踏切管理装置を備え、
   前記列車は、前記列車が前記地上子を通過する前に前記踏切管理装置から受信した前記列車制御情報を記憶し、前記列車が前記地上子を通過することにより前記地上子から信号を受信したときに前記列車制御情報を前記車上信号装置に入力する車上無線装置を備えることを特徴とする列車制御情報伝達システム。
2. 請求項１に記載された列車制御情報伝達システムであって、
   前記踏切の警報開始点には第一の地上子、前記警報開始点から前記踏切の間には第二の地上子が設置され、
   前記列車の前記車上無線装置は、前記列車が前記第一の地上子を通過したとき前記第一の地上子を示す情報を含む地上子通過情報を前記踏切管理装置に送信し、
   前記踏切管理装置は、前記踏切を制御する踏切制御装置に対し、前記列車の前記車上無線装置からの前記第一の地上子の前記地上子通過情報に基づいて警報開始信号を送信し、
   前記踏切制御装置からの状態情報に基づいて前記第二の地上子を基点として前記踏切の先の前記停止点を示す前記列車制御情報を前記列車に搭載された前記車上無線装置に伝達し、
   前記列車の前記車上無線装置は、前記第二の地上子を通過したときに、前記第二の地上子を基点として前記踏切の先の前記停止点を示す前記列車制御情報を前記車上信号装置に入力することを特徴とする列車制御情報伝達システム。
3. 請求項１に記載された列車制御情報伝達システムであって、
   前記車上無線装置は、前記地上子の通過を検知したときに前記列車制御情報を表示器に表示することを特徴とする列車制御情報伝達システム。
4. 請求項２に記載された列車制御情報伝達システムであって、
   前記車上無線装置は、前記第二の地上子を基点として前記踏切の先の前記停止点を示す前記列車制御情報を受信したときに、前記第二の地上子を通過したとき前記停止点の位置が更新されることを表示器に表示することを特徴とする列車制御情報伝達システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載された列車制御情報伝達システムであって、
   前記踏切管理装置は、前記列車が走行する路線上の踏切上の異常を検知する踏切異常検知装置から踏切異常情報を受信し、前記踏切異常情報に基づいて即時停止を示す前記列車制御情報を前記列車に送信し、
   前記列車の前記車上無線装置は、前記踏切管理装置からの前記列車制御情報を受信し、前記即時停止を示す前記列車制御情報を前記列車に搭載された前記車上信号装置に入力することを特徴とする列車制御情報伝達システム。
6. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載された列車制御情報伝達システムであって、
   前記踏切管理装置は、前記列車に前記踏切の先の前記停止点を示す前記列車制御情報を伝達した後、前記踏切上に異常が検知されていないことを示す健全性情報を前記車上無線装置に予め決められた時間間隔で送信し、前記踏切上の異常を検知する踏切異常検知装置から踏切異常情報を受信したとき前記健全性情報の送信を停止し、
   前記列車の前記車上無線装置は、前記踏切の先の前記停止点を示す前記列車制御情報を伝達された後、前記踏切管理装置から規定時間を越えて前記健全性情報を受信しなかったとき、即時停止を示す列車制御情報を前記列車に搭載された前記車上信号装置に入力することを特徴とする列車制御情報伝達システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載された列車制御情報伝達システムであって、
   前記車上無線装置は、前記列車が前記地上子を通過したとき、当該地上子を基点とした前記列車制御情報を前記踏切管理装置から受信していない場合、当該地上子からの信号を前記車上信号装置に入力することを特徴とする列車制御情報伝達システム。

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