JP6899796B2

JP6899796B2 - 適否判定方法、適否判定装置及び車上装置

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Publication number: JP6899796B2
Application number: JP2018096391A
Authority: JP
Inventors: 浅野　晃; 晃浅野; 淳史關
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: JP2019199236A

Description

本発明は、地上子の配置状態や列車への車上子の配置状態の適否を判定する適否判定方法等に関する。

従来から、線路に沿って地上子を設置し、車上側で地上子を検知して列車の停止制御や速度制御等を行う技術が知られている（例えば特許文献１を参照）。車上側は、車上子が地上子と接近したときに当該地上子と電磁結合し、その結果車上子の共振周波数が変化することを利用して、地上側からの情報を受信する。

特開２０１３−２１７４５号公報

ところで、車上子と地上子との電磁結合によって地上側からの情報を受信して地上子を検知する手法においては、車上子が地上子に接近したときの両者の位置関係がその伝送特性に影響する。例えば、何らかの原因で当初の配置位置からずれてしまい、適切な位置関係にない状態になると、場合によっては伝送特性を低下させて地上子の検知漏れを引き起こすおそれがあり、最悪のケースでは列車同士の衝突事故を招く危険性が考えられた。

本発明は、上記課題に鑑み、車上子と地上子との電磁結合を検知することで行う地上子検知を利用して、地上子の配置状態や列車への車上子の配置状態の適否を判定する新たな技術を実現することを目的として考案されたものである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
線路に沿って配置された各地上子のうち、接近した地上子との間で車上子が電磁結合することで当該地上子を検知可能な車上装置の検知結果に基づいて、前記地上子の配置状態、及び／又は、前記線路を走行する列車への前記車上子の配置状態が適切か否かを判定する適否判定方法であって、
前記地上子は、前記車上子からの送信信号に対して第１の共振周波数で共振する第１の共振回路と、前記送信信号に対して第２の共振周波数で共振する第２の共振回路と、を備え、前記第１の共振回路を構成する第１のインダクタと、前記第２の共振回路を構成する第２のインダクタとが線路方向に対して交差する方向に配置され、
前記車上子は、前記地上子の共振回路との電磁結合によって入力信号が誘起される入力用コイルを備え、
前記車上装置は、前記入力信号に含まれる前記第１の共振周波数に対応する第１の信号レベルと前記第２の共振周波数に対応する第２の信号レベルとに基づいて前記地上子を検知するように構成されており、
前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとが、大きさ及びピーク到来タイミングの点で同程度であることを示す所定の同様条件を満たすか否かを判定する同様判定を行うこと、
を含み、前記同様判定の判定結果に基づいて前記配置状態の適否を判定する適否判定方法である。

第１の発明によれば、車上装置は、地上子に接近したときの車上子との間の電磁結合を検知することで地上子を検知するように構成される。一方、地上子は、車上子からの送信信号に対して第１の共振周波数で共振する第１の共振回路と、当該送信信号に対して第２の共振周波数で共振する第２の共振回路とを備え、その第１のインダクタと第２のインダクタとが、線路方向に所定の重なり幅で部分的に重なるように所定の配置間隔で配置される。そして、車上装置は、当該地上子との電磁結合により車上子の入力用コイルに誘起された入力信号において、第１の共振周波数に対応する第１の信号レベルと第２の共振周波数に対応する第２の信号レベルとが大きさ及びピーク到来タイミングの点で同程度であるか否かに応じて、地上子の配置状態及び／又は列車への車上子の配置状態の適否を判定することができる。したがって、列車の走行中における地上子検知を利用して、地上子や車上子が適切に配置されているかどうか判定することが可能となる。

また、第２の発明は、
複数の前記地上子について、前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの前記同様判定を行い、前記同様条件を満たさない地上子の数が所定の少数条件を満たす場合に、前記同様条件を満たさない地上子の配置状態を不適切と判定すること、
を含む第１の発明の適否判定方法。

配置位置や配置向きがずれる等して配置状態が変化してしまう地上子は全体のうちの限られた少数であると考えられる。そのため、第２の発明によれば、複数の地上子のうちの多くが同様条件を満たし、当該同様条件を満たさない地上子が少ないときに、当該満たさない地上子の配置状態を不適切と判定することができる。

また、第３の発明は、
複数の前記地上子について、前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの前記同様判定を行い、前記同様条件を満たさない地上子の数が所定の多数条件を満たす場合に、前記車上子の配置状態を不適切と判定すること、
を含む第１又は第２の発明の適否判定方法である。

配置位置や配置向きがずれる等して配置状態が変化してしまう地上子は全体のうちの限られた少数であると考えられる。そのため、第３の発明によれば、複数の地上子のうちの多くが同様条件を満たさないときには、列車への車上子の配置状態を不適切と判定することができる。

また、第４の発明は、
同一の前記地上子に対する、前記線路を走行する複数の前記列車の前記入力信号に基づく前記同様判定の結果、前記同様条件を満たさない列車の数が所定の少数条件を満たす場合に、前記同様条件を満たさない列車の前記車上子の配置状態を不適切と判定すること、
を含む第１〜第３の何れかの発明の適否判定方法である。

第４の発明によれば、同一の地上子について異なる列車の入力信号に基づき判定した同様判定結果の多くが同様条件を満たすとの判定結果であり、当該同様条件を満たさない列車が少ないときに、当該満たさない列車への車上子の配置状態を不適切と判定することができる。

また、第５の発明は、
前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの差が異常な差であることを示す所定の異常差条件を満たすか否かを判定することで、地上子の故障を検出すること、
を含む第１〜第４の何れかの発明の適否判定方法である。

第５の発明によれば、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差から、地上子の故障を検出することができる。

また、第６の発明は、
第１〜第５の何れかの発明の適否判定方法を実行する適否判定装置であって、
前記車上装置は、検知した前記地上子毎に、当該検知した際の前記第１の信号レベル及び前記第２の信号レベルのデータを記録又は前記適否判定装置に送信し、
前記データに基づいて前記適否判定方法を実行する適否判定装置である。

第６の発明によれば、第１〜第５の何れかの発明と同様の効果を奏する適否判定装置を実現できる。

また、第７の発明は、
第１〜第３の何れかの発明の適否判定方法を実行する車上装置である。

第７の発明によれば、第１〜第３の何れかの発明と同様の効果を奏する車上装置を実現できる。

全体システムの構成例を示す図。地上子の構成例を示す模式図。第１のインダクタと第２のインダクタとの配置を説明する図。地上子の共振周波数特性と送信信号の概略を示す図。車上装置の構成例を示すブロック図。地上子検知結果データのデータ構成例を示す図。適否判定装置の構成例を示すブロック図。同様判定処理の原理を説明する図。適否判定装置における処理の流れを説明するためのフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。

１．全体システム
図１は、本実施形態における車上装置３０と適否判定装置５０とを含む全体システムの構成例を示す図である。本実施形態の全体システムにおいて、車上装置３０は、線路に沿って配置された地上子１を検知して列車１００の停止制御や速度制御、位置検知等を行うＡＴＳ（Automatic Train Stop）車上装置であり、列車１００に設けられた車上子３が地上子１に接近したときにそれらが電磁結合することを利用して、列車１００が地上子１の設置位置を通過したこと等を検知する。そのために、車上装置３０は、所定の周波数成分を含む送信信号を車上子３から連続的に出力するとともに、車上子３からの入力信号に生じる変化を常時解析して、地上子１との電磁結合を検知する。

一方、適否判定装置５０は、指令所や保守区、駅の機器室等に地上装置の１つとして設置される。そして、車上装置３０と適否判定装置５０とは、所定の通信回線を介して相互にデータ通信可能に接続されて構成される。車上装置３０と適否判定装置５０との間の通信は、例えば無線通信で実現される。

２．地上子の構成
先ず、車上装置３０が検知する地上子１の構成について説明する。図２は、地上子１の構成例を、その設置場所付近の線路の概略とともに示した模式図である。図２に示すように、地上子１は、一対のレール１０１，１０１を支持するまくらぎ１０３の上部やまくらぎ１０３の間等において、レール１０１，１０１の内側に設置される。

地上子１は、変周式又は共振式の地上子であり、上方を通過する列車１００の車上子３からの送信信号に対し、第１の共振周波数ｆ１で共振する第１の共振回路１１と、第２の共振周波数ｆ２で共振する第２の共振回路１３とを備える。また、地上子１は、受動素子で回路が構成されており、電源を必要とせず、演算回路等のいわゆる電子回路やリレー等を搭載していない、他装置とのケーブル接続の必要もない、単体装置のみで設置完了となる装置である。

第１の共振回路１１は、第１のインダクタＬ１とコンデンサＣ１とを有し、第２の共振回路１３は、第２のインダクタＬ２とコンデンサＣ２とを有する。そして、地上子１は、これら第１の共振回路１１の第１のインダクタＬ１と第２の共振回路１３の第２のインダクタＬ２とが、部分的に重ねて配置されて構成される。

図３は、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２との配置を説明する図であり、地上子１を透視した概略を示す俯瞰図である。図３に示すように、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２とは、それぞれ渦巻き状のコイルパターンを、両面基板の基板１５の表面に第１のインダクタＬ１を、裏面に第２のインダクタＬ２を印刷して実装され、上面視において各々の内側領域が所定の重なり幅Ｗ１の分だけ部分的に重なるように配置される。コイルパターンの巻き数は適宜設定することができ、基板１５にコイルパターンを実装した内層を追加して、その追加した内層のコイルパターンとスルーホールで接続することで巻き数を増やすこともできる。そして、重なり幅Ｗ１は、車上子３からの送信信号に対する共振時において、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２との間の電磁結合状態が所定の低減状態となる幅とされる。低減状態とは、当該共振時における第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２との間の電磁結合状態が、無視できる程度に十分に小さい状態をいう。

ここで、上記共振時における第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２との電磁結合の度合いは、重なり幅Ｗ１によって増減する。これは、当該共振時に第１のインダクタＬ１に生じる磁束に着目すると、この第１のインダクタＬ１に生じる磁束の第２のインダクタＬ２を貫く向きが、第２のインダクタＬ２の内側領域のうちの第１のインダクタＬ１と重なった部分（一点鎖線で囲った部分）１３１と、第１のインダクタＬ１と重なっていない部分（二点鎖線で囲った部分）１３３とで逆になり、各部分１３１，１３３の磁束が打ち消し合ってその総和が変動するためである。第２のインダクタＬ２に生じた磁束の第１のインダクタＬ１を貫く向きについても同様のことがいえる。したがって、各部分１３１，１３３の磁束の総和が０（ゼロ）になる（或いはゼロ相当になる）ように、換言すると、部分１３１と部分１３３とで磁束が等しくなるように重なり幅Ｗ１を設定すれば、当該共振時における第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２との電磁結合を、ほぼゼロの状態（ゼロ相当状態）とすることができる。

そこで、事前に電磁界解析を行い、電磁結合状態をゼロ相当状態とする重なり幅を設計幅として規定しておく。そして、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２とを、設計幅に対して５ｍｍ以下の誤差範囲に収まる重なり幅Ｗ１で重ねて配置して製造することにより、電磁結合状態の低減状態を実現する。これによれば、車上子３からの送信信号に対する共振時においてインダクタＬ１，Ｌ２間が電磁結合し、各共振回路１１，１３の共振周波数特性（図４を参照）に影響し合う事態を抑制できる。よって、共振周波数ｆ１，ｆ２の組み合わせの情報を車上側へと正確に伝送することが可能となる。

また、各インダクタＬ１，Ｌ２の製造は、従来のような電線を手巻きする方式ではなく、基板１５への銅箔等のパターン実装によって行う。これによれば、重なり幅Ｗ１に関する地上子１の製造バラツキを、設計幅に対して５ｍｍ以下の誤差範囲に抑えることができる。よって、特定の２つの共振周波数ｆ１，ｆ２で確実に共振する高品質な地上子１の量産を、容易かつ現実的に実現可能とすることができる。

図２に戻り、コンデンサＣ１，Ｃ２は、対応する共振周波数ｆ１，ｆ２に応じた必要な容量値を有する。例えば、予め用意される共振周波数の異なる複数種類（例えば９種類）のコンデンサ素子の中から異なる共振周波数に対応する２つを選択して地上子１に搭載することとして各インダクタＬ１，Ｌ２に接続して用いることができる。或いは、複数種類のコンデンサ素子を地上子１に搭載しておき、それらのうちの２つを選択又は組み合わせるスイッチを介して選択的に各インダクタＬ１，Ｌ２と接続する構成でもよい。

これによれば、地上子１は、異なる共振周波数ｆ１，ｆ２の組み合わせが示す情報を車上装置３０へと伝送することができる。また、インダクタＬ１，Ｌ２は変えずにコンデンサＣ１，Ｃ２を変更することで、所望の２つの共振周波数ｆ１，ｆ２で共振する地上子１を簡単に構成できる。インダクタＬ１，Ｌ２が実装された基板１５は共通して利用することができるため、基板１５を製造するコスト面でも有利である。組み合わせの総数は、共振周波数の種類をＭ種類、共振回路の数をＮとすると、_ＭＣ_Ｎ通りとなる。例えば、共振回路の数が２つ（Ｎ＝２）で、用意されるコンデンサ素子が９種類（Ｍ＝９）の場合、３６通りの情報が伝送可能となる。以下では、車上装置３０の検知対象となる地上子１の共振周波数ｆ１，ｆ２は、予め定められる９種類の選択候補周波数ｆａ〜ｆｉの中から選択されるものとする。

そして、以上のように構成される地上子１は、重なり幅Ｗ１で重ねて配置されたインダクタＬ１，Ｌ２の配置方向が列車走行方向である線路方向（レール１０１，１０１に沿う方向）と交差する向き（本実施形態では線路方向に直交する向き）で、レール１０１，１０１間に配置されて設置される。したがって、地上子１は、上方を車上子３が通過した際、当該車上子３からの送信信号に対して２種類の共振周波数ｆ１，ｆ２で同時に共振する。

図４に、地上子１の共振周波数特性と、その共振周波数ｆ１，ｆ２を検知するために車上子３が出力する送信信号の概略を示す。本実施形態では、車上装置３０は、検知対象の地上子１において共振周波数ｆ１，ｆ２として選択され得る９種類の選択候補周波数ｆａ〜ｆｉの周波数成分を全て含んだ合成信号を生成し、送信信号として車上子３から出力する。送信信号（合成信号）の周波数帯域Ｆ_Ｌ〜Ｆ_Ｈは、５０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲内で適宜設定される。よって、送信信号に対する地上子１の共振時に車上子３の入力用コイル３３（図５を参照）に誘起される入力信号は、当該地上子１の共振周波数ｆ１，ｆ２又はその付近で信号レベルが高くなる。したがって、車上装置３０では、入力信号を常時解析することで、地上子１の共振周波数特性から振幅の大きい２種類の共振周波数ｆ１，ｆ２をほぼ同時に一度に検知することができる。

３．車上装置の構成
次に、車上装置３０の構成について説明する。図５は、車上装置３０の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、車上装置３０は、車上子３と、送信回路部３１０と、受信回路部３２０と、車上制御部３３０と、操作入力部３４０と、表示部３５０と、通信部３６０と、車上記憶部３７０とを備える。

車上子３は、列車１００の車体底部において所定の配置位置に設置される。この車上子３は、送信回路部３１０から入力される送信信号に応じた送信波を出力する出力用コイル（１次コイル）３１と、出力用コイル３１からの出力に応じて入力信号が誘起される入力用コイル（２次コイル）３３とを有する。上記したように、車上装置３０は、車上子３からの入力信号を用いて２種類の共振周波数ｆ１，ｆ２を検知するが、そのための入力信号の車上装置３０への入力は、単一の入力用コイル３３を用いて行う。出力用コイル３１および入力用コイル３３の配置構成は任意に定めることができる。例えば、出力用コイル３１および入力用コイル３３それぞれの中心位置を、列車１００の車体左右方向に所定間隔をおいて配置した規定の配置状態の構成とすることができる。或いは、例えば、出力用コイル３１および入力用コイル３３のそれぞれの中心位置を列車１００の車体左右方向の所定位置（例えば中心位置）に揃え、且つ、車体前後方向に所定間隔をおいて配置した規定の配置状態の構成としてもよい。規定の配置状態に配置されていることで、適切な配置状態に配置された地上子１を検知する際には、図４に示すような、当該地上子１に係る２つの共振周波数を、同様の信号レベルで且つ同じタイミングで検知できる。

送信回路部３１０は、図４に示した送信信号を生成する送信信号生成部や、生成した送信信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換部、変換後の送信信号を増幅するアンプ部等で構成され、増幅された送信信号を出力用コイル３１に出力する。送信信号生成部は、所定のクロック信号生成器やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を用いて実現できる。

受信回路部３２０は、入力用コイル３３に誘起された入力信号を入力してデジタル信号に変換するＡＤ変換部や、変換後の入力信号をフィルタ処理するフィルタ部等で構成され、フィルタ処理後の入力信号を車上制御部３３０に出力する。フィルタ部は、所定の周波数帯域の周波数成分を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）を用いて実現できる。通過させる周波数帯域は、選択候補周波数ｆａ〜ｆｉを含む周波数帯として設定される。

車上制御部３３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の演算装置や演算回路を有して構成され、車上記憶部３７０に記憶されたプログラムやデータ、受信回路部３２０から入力された入力信号等をもとに車上装置３０を構成する各部への指示やデータの転送を行って、車上装置３０の動作を統括的に制御する。この車上制御部３３０は、周波数解析部３３１と、地上子検知部３３３と、検知結果記録処理部３３５と、検知結果送信処理部３３７とを含む。なお、これら車上制御部３３０が有する機能部は、プログラムを実行することによりソフトウェアとして実現される処理ブロックであってもよいし、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェア回路によって実現される回路ブロックであってもよい。

周波数解析部３３１は、受信回路部３２０からの入力信号について高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）による周波数解析を行い、周波数スペクトルを算出する。

地上子検知部３３３は、周波数解析部３３１による周波数解析結果に基づいて、車上子３が地上子１に接近したことを検知する。図４に示したように、車上子３が地上子１に接近して当該地上子１と電磁結合すると、車上子３の入力用コイル３３に誘起される入力信号において、当該地上子１の第１の共振周波数ｆ１に係る信号レベル（第１の信号レベル）と、第２の共振周波数ｆ２に係る信号レベル（第２の信号レベル）とが高く（大きく）なる。そこで、地上子検知部３３３は、入力信号の周波数解析結果から、他と比べて相対的に高い信号レベルとなっている周波数信号の有無を判定する。そして、２つの高い信号レベルの周波数信号が入力信号に含まれている場合は、当該高い信号の周波数に対応する選択候補周波数ｆａ〜ｆｉをそれぞれ特定して、それらが共振周波数ｆ１，ｆ２として選択されている地上子１に接近したことを検知する。

また、地上子検知部３３３は、上記の要領で地上子１に接近したことを検知した場合には、車上記憶部３７０に記憶された地上子リスト３７１を参照し、当該地上子１を識別する。地上子リスト３７１には、地上子番号と対応付けて、該当する地上子１の共振周波数ｆ１，ｆ２の種類（ｆａ〜ｆｉ）や、当該地上子１の設置位置（キロ程）等が設定される。

ここで、車上装置３０は、公知の手法を用いて現在の走行位置（現在位置）を算出している。例えば、車軸に取り付けられた速度発電機の回転数を計数し、その計数値から現在位置（走行距離）を算出したり、車上装置３０がＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を有している場合には、受信したＧＰＳ衛星信号をもとに現在位置を取得することもできる。地上子検知部３３３は、例えば、この現在位置と、特定した地上子１の共振周波数ｆ１，ｆ２との組み合わせに合致する地上子番号を地上子リスト３７１から検索することで、検知した地上子１を識別する。地上子１を識別できたら、算出している現在位置を地上子リスト３７１の設置位置で補正することができる。なお、走行中に車上装置３０が検知対象とする地上子１の数（列車１００が走行する線路上に存在する地上子１の数）が共振周波数ｆ１，ｆ２の組み合わせの数以下であれば、現在位置を照合しなくても、特定した共振周波数ｆ１，ｆ２の種類だけでその地上子１を識別することもできる。

検知結果記録処理部３３５は、地上子検知部３３３が地上子１を検知するたびに、当該検知結果に係る地上子検知結果データ７００を生成して車上記憶部３７０に格納する。

検知結果送信処理部３３７は、地上子検知結果データ７００を適宜のタイミングで適否判定装置５０へと送信するための処理を行う。本実施形態では、列車１００の運行終了後において、走行中に記憶・蓄積された地上子検知結果データ７００をまとめて無線通信又は有線通信により適否判定装置５０へと送信する。なお、運行終了後に送信する構成に限らず、走行中に無線通信により送信するとしてもよい。或いは、地上子検知結果データ７００をＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の外部記憶装置に蓄積するようにし、運行終了後に、管理者がこの外部記憶装置を取り外して適否判定装置５０に接続することで入力するとしてもよい。

操作入力部３４０は、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等を有する入力装置であり、操作入力に応じた操作信号を車上制御部３３０に出力する。表示部３５０は、例えば液晶表示装置等で実現され、車上制御部３３０からの表示信号に応じた表示を行う。

通信部３６０は、外部装置（例えば適否判定装置５０）との間でデータ通信を行う。例えば、無線通信機、モデム、ＴＡ（ターミナルアダプタ）、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等によって実現できる。

車上記憶部３７０は、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリやハードディスク、光学ディスク等の記憶媒体により実現されるものである。この車上記憶部３７０には、車上装置３０を動作させ、車上装置３０が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラムの実行中に使用されるデータ等が予め記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。本実施形態では、車上記憶部３７０には、地上子リスト３７１と、地上子検知結果データ７００とが記憶される。

地上子検知結果データ７００は、地上子検知部３３３が地上子１を検知するたびに生成され、その検知結果を格納する。図６は、１つの地上子検知結果データ７００のデータ構成例を示す図である。図６に示すように、地上子検知結果データ７００は、列車番号７０１と、運行日７０３と、検知時刻７０５と、地上子番号７０７と、共振周波数データ７０９とを含む。

地上子番号７０７には、当該検知時に識別された地上子１の識別情報である地上子番号が設定される。

共振周波数データ７０９は、当該検知時に特定された共振周波数ｆ１，ｆ２の種類（ｆａ〜ｆｉ）と、第１のピーク到来タイミング及び第２のピーク到来タイミングと、第１のピーク時信号レベル及び第２のピーク時信号レベルと、Ｑ値とを格納する。

第１のピーク到来タイミングは、当該検知時に特定された第１の共振周波数ｆ１に係る周波数信号の信号レベルが最も高くなったタイミング（当該周波数信号の信号レベルについてピークが到来したタイミング）であり、例えばミリ秒オーダーの時刻情報である。同様に、第２のピーク到来タイミングは、当該検知時に特定された第２の共振周波数ｆ２に係る周波数信号の信号レベルが最も高くなったタイミング（当該周波数信号の信号レベルについてピークが到来したタイミング）であり、例えばミリ秒オーダーの時刻情報である。また、第１のピーク時信号レベルは、第１の共振周波数ｆ１に係る周波数信号のピーク到来タイミングでの信号レベル（ピーク到来タイミングにおける第１の信号レベル）である。同様に、第２のピーク時信号レベルは、第２の共振周波数ｆ２に係る周波数信号のピーク到来タイミングでの信号レベル（ピーク到来タイミングにおける第２の信号レベル）である。そして、Ｑ値については、当該検知時に入力信号に基づき算出されて記録される。

４．適否判定装置の構成
次に、適否判定装置５０の構成について説明する。図７は、適否判定装置５０の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、本実施形態の適否判定装置５０は、制御部５１０と、操作入力部５２０と、表示部５３０と、通信部５４０と、記憶部５５０とを備える。本実施形態では、この適否判定装置５０が適否判定方法を実施する。

制御部５１０は、例えばＣＰＵやＦＰＧＡ等の演算装置や演算回路を有して構成され、記憶部５５０に記憶されたプログラムやデータ、車上装置３０から受信したデータ（検知結果データ）等をもとに適否判定装置５０を構成する各部への指示やデータの転送を行って、適否判定装置５０の動作を統括的に制御する。車上子３から検知結果データを受信した際には、これを地上子検知結果データ７００ｓとして記憶部５５０に蓄積する。この制御部５１０は、同様判定処理部５１１と、配置状態適否判定部５１３とを含む。

同様判定処理部５１１は、地上子検知結果データ７００ｓを用いて同様判定処理を行う。本実施形態では、例えば、運行終了後に同様判定処理を行うこととし、当該同様判定処理を前回行ってから新たに記憶部５５０に蓄積された未処理の地上子検知結果データ７００ｓを処理対象とする。

ここで、車上子３が地上子１の上方においてその線路方向に沿った中心線Ａ１（図８（ａ）を参照）上を通過した場合、車上子３からの入力信号には、当該地上子１の共振周波数ｆ１，ｆ２に係る信号レベル（第１の信号レベル及び第２の信号レベル）がほぼ同時に同程度の高さで現れる。これは、共振時において車上子３と各インダクタＬ１，Ｌ２との間の距離が略等しくなるためである。したがって、入力信号において第１の信号レベルのピークと第２の信号レベルのピークとがほぼ同じタイミングで到来し、ピーク時の両者の大きさも同程度となる（図４を参照）。以下、車上子３が地上子１の中心線Ａ１上を通過する両者の配置状態（位置及び向きを含む）を、適宜「基準配置状態」ともいう。

これに対し、車上子３の通過位置が中心線Ａ１上からずれていると、第１の信号レベルと第２の信号レベルとでその大きさやピーク到来タイミングは一致しなくなる。図８（ａ）は、車上子３の通過位置がずれた態様例を説明する図であり、図８（ｂ）は、（ａ）の態様での共振時におけるピーク到来タイミングの入力信号を示す模式図である。例えば、図８（ａ）において一点鎖線で示すように、車上子３の通過位置が中心線Ａ１から第１のインダクタＬ１側へと平行にずれていたとする。この場合、図８（ｂ）に示すように、第１のピーク時信号レベルが第２のピーク時信号レベルと比べて高くなる。地上子１及び／又は車上子３の配置状態が基準配置状態からずれたことで、共振時における車上子３と各インダクタＬ１，Ｌ２との距離に差が生じたためである。

より詳細には、図８の例では、共振時において車上子３は第１のインダクタＬ１と近く、第２のインダクタＬ２と遠くなるため、第１のピーク時信号レベルが第２のピーク時信号レベルより高くなる。そしてその差は、車上子３と各インダクタＬ１，Ｌ２との距離の差が大きいほど（中心線Ａ１に対する車上子３の通過位置のずれ量が大きいほど）大きくなる。

また、車上子３の通過位置がずれる態様としては、図８を参照して説明した態様の他にも、例えば、地上子１の向きがずれてその中心線Ａ１が線路方向に対して傾いた態様が考えられる。逆に、車上子３の向きがずれて線路方向に対して傾いた態様も考えられる。その場合、各信号レベルのピーク到来タイミングにも差が生じ得る。

以上のような態様で車上子３の配置状態が基準配置状態からずれる要因としては、設置時の誤差、経時的な振動の蓄積による位置ずれ、列車走行時の車体の揺れ等が挙げられる。地上子１の配置状態が基準配置状態からずれる要因としては、設置時の誤差、保線作業時の地上子１への接触、保線作業や地震発生等によるバラスト堆積状態の変化、等が挙げられる。そして、このように基準配置状態からずれた不適切な地上子及び／又は車上子の配置状態は両者の間の伝送特性を低下させ、共振周波数ｆ１，ｆ２の組み合わせの情報が地上子１から車上子３へと正しく伝送することができずに車上装置３０における地上子１の検出漏れを引き起こすおそれがある。

そこで、同様判定処理部５１１は、同様判定処理として、処理対象の地上子検知結果データ（処理データ）７００ｓ毎に、所定の同様条件を満たすか否かを判定する同様判定を行う。同様条件は、第１の信号レベルと第２の信号レベルとが大きさ及びピーク到来タイミングの点で同様であることを示す条件であり、本実施形態では「各々のピーク時レベルの比率の差が所定の比率差閾値Ｔａ以下であって、且つ、各々のピーク到来タイミングの時間差が所定の時間差閾値Ｔｂ以下であること」等として定められる。そして、同様判定処理部５１１は、処理データ７００ｓを順次参照し、第１のピーク時レベル及び第２のピーク時レベルのそれぞれの比率を算出して当該比率の差を求め、第１のピーク到来タイミングと第２のピーク到来タイミングとの時間差を求めた上で、同様条件を満たすか否かを判定する。その後、処理データ７００ｓに同様判定結果７１１を追加し、同様判定の判定結果（同様条件を満たす／満たさない）を格納する。

配置状態適否判定部５１３は、同様判定処理部５１１による同様判定結果に基づいて、地上子１の配置状態及び／又は列車１００への車上子３の配置状態が「適切」か「不適切」かの適否判定を行う。本実施形態では、配置状態適否判定部５１３は先ず、同様判定処理部５１１が今回の同様判定処理で処理対象とした地上子検知結果データ７００ｓを、列車番号７０１毎にグループ分けする。そして、列車番号７０１が同じ一群の地上子検知結果データ７００ｓを用いて、同一の列車１００においてその車上装置３０が検知した地上子１のうち、その同様判定結果７１１が「同様条件を満たさない」となっている地上子１の数を計数する。そして、計数した地上子１の数が所定の少数条件を満たすときには、当該同様条件を満たさない地上子１の配置状態を不適切と判定する。同一の列車１００について地上子１の大半が同様条件を満たし、その一部が同様条件を満たさないときには、車上子３の配置状態は適切と考えられるためである。少数条件は、例えば、「計数した数が１以上、且つ所定数Ｎｃ以下であること」「計数した数が全体のうちの０を含まない、所定の低割合以下であること」等として設定される。

一方、計数した地上子１の数が所定の多数条件を満たすときには、その列車番号７０１の列車１００への車上子３の配置状態を不適切と判定する。同一の列車１００について地上子の大半が同様条件を満たさないときには、少数条件を満たす場合とは逆に、地上子１の配置状態が適切と考えられるためである。多数条件は、例えば、「計数した数が所定数Ｎｄ以上であること」「計数した数が全体のうちの所定の高割合以上であること」等として設定される。

その後、処理対象の各地上子検知結果データ７００ｓに適否判定結果７１３を追加し、適否判定の結果（適切／不適切）を格納する。

操作入力部５２０は、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等を有する入力装置であり、操作入力に応じた操作信号を車上制御部３３０に出力する。表示部５３０は、例えば液晶表示装置等で実現され、車上制御部３３０からの表示信号に応じた表示を行う。

通信部５４０は、外部装置（例えば車上装置３０）との間でデータ通信を行う。例えば、無線通信機、モデム、ＴＡ（ターミナルアダプタ）、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等によって実現できる。

記憶部５５０は、ＩＣメモリやハードディスク、光学ディスク等の記憶媒体により実現されるものである。この記憶部５５０には、適否判定装置５０を動作させ、適否判定装置５０が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラムの実行中に使用されるデータ等が予め記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。本実施形態では、記憶部５５０には、適否判定プログラム５５１と、地上子検知結果データ７００ｓとが記憶される。

制御部５１０は、記憶部５５０から適否判定プログラム５５１を読み出して実行することにより、同様判定処理部５１１や配置状態適否判定部５１３等の機能を実現する。

［処理の流れ］
図９は、適否判定装置５０における処理の流れを説明するためのフローチャートである。ここで説明する処理は、制御部５１０が適否判定プログラム５５１を読み出して実行することによって実現される。

先ず、同様判定処理部５１１が、処理対象の地上子検知結果データ７００ｓを順次処理データ７００ｓとし、ループＡの処理を行う（ステップＳ１〜ステップＳ１１）。すなわち、ループＡでは先ず、処理データ７００ｓに基づき第１のピーク時信号レベル及び第２のピーク時信号レベルのそれぞれの比率を算出して当該比率の差を求め（ステップＳ３）、第１のピーク到来タイミングと第２のピーク到来タイミングとの時間差を求める（ステップＳ５）。

そして、同様判定処理部５１１は、ステップＳ３で求めた比率とステップＳ５で求めた時間差とを用いて同様条件を満たすか否かを判定する同様判定を行う（ステップＳ７）。そして、ステップＳ７での同様判定結果７１１を処理データ７００ｓに格納し（ステップＳ９）、処理データ７００ｓについてのループＡの処理を終える。

ループＡの処理を終えたならば、続いて、配置状態適否判定部５１３が、処理対象の地上子検知結果データ７００ｓを列車番号７０１毎にグループ分けし（ステップＳ１３）、列車番号７０１が同じ一群の地上子検知結果データ７００ｓを順次処理対象としてループＢの処理を行う（ステップＳ１５〜ステップＳ２９）。

すなわち、ループＢでは先ず、処理対象の一群の地上子検知結果データ７００ｓのうち、同様判定結果７１１が「同様条件を満たさない」である地上子検知結果データ７００ｓの同様条件を満たさない地上子１の数として計数する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ１７で計数した地上子１の数が少数条件を満たすときには（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、当該同様条件を満たさない地上子１の配置状態を不適切と判定する（ステップＳ２１）。一方、配置状態適否判定部５１３は、ステップＳ１７で計数した地上子１の数が多数条件を満たすときには（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、処理対象の一群の地上子検知結果データ７００ｓに係る列車番号７０１の列車１００への車上子３の配置状態を不適切と判定する（ステップＳ２５）。そして、ステップＳ２１及びステップＳ２５での適否判定結果７１３を処理対象の一群の地上子検知結果データ７００ｓのそれぞれに格納し（ステップＳ２７）、処理対象の一群の地上子検知結果データ７００ｓについてのループＢの処理を終える。

そして、ループＢの処理を終えた後で、処理対象の地上子検知結果データ７００ｓに格納された適否判定結果７１３を表示部５３０に表示制御し、ユーザに提示する（ステップＳ３１）。

以上説明したように、本実施形態によれば、地上子１の共振時における車上子３からの入力信号に含まれる第１の信号レベルと第２の信号レベルとが、その大きさ及びピーク到来タイミングの点で同程度か否かの同様判定を行うことができる。そして、同様判定結果に基づいて、地上子１の配置状態及び／又は列車１００への車上子３の配置状態が適切か否かの適否判定を行うことができる。したがって、列車１００の走行中における地上子検知を利用して、地上子１や車上子３が適切に配置されているかどうか判定することができる。これによれば、配置状態が不適切と判定された地上子１や車上子３についてその設置位置を修正する保守作業を早期に実施することができ、車上装置３０による地上子１の検知漏れを抑制して列車運行の安全性を確保することができる。

［変形例］
なお、本発明を適用可能な形態は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

例えば、上記実施形態では、適否判定装置５０が適否判定装置を実施するとしたが、車上装置３０において実施する構成としてもよい。この場合は、車上子３において車上制御部３３０が同様判定処理部５１１や配置状態適否判定部５１３を備え、車上装置３０において図９に示した処理を行う。また、適否判定装置５０を車上に設置することとしてもよい。

また、上記実施形態では、同一の列車１００において車上装置３０が検知した地上子１について同様条件を満たさない地上子１の数が多数条件を満たすときに、当該列車１００への車上子３の配置状態を不適切と判定することとした。しかし、この場合は、同様条件を満たすと判定された地上子１の配置状態もまた不適切であると推定できる。例えば、車上子３及び地上子１の両方の配置状態が不適切である結果、基準配置状態となっている場合が考えらえる。そこで、多数条件を満たすときには、同様条件を満たすと判定された地上子の配置状態を不適切と判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、処理対象の地上子検知結果データ７００ｓを列車番号７０１毎にグループ分けし、列車番号７０１が同じ一群の地上子検知結果データ毎に少数条件及び多数条件を判定するとした。これに対し、地上子検知結果データ７００ｓを地上子番号７０７毎にグループ分けし、地上子番号７０７が同じで列車番号７０１が異なる（検知した車上装置３０が異なる）一群の地上子検知結果データ７００ｓ毎に、その同様判定結果７１１が「同様条件を満たさない」である地上子検知結果データ７００ｓの数を計数するとしてもよい。その数は、換言すると、該当する地上子１について同様条件を満たさない判定を行った列車１００の数に相当する。そして、計数した列車１００の数が所定の少数条件を満たすときには、当該同様条件を満たさない列車１００への車上子３の配置状態を不適切と判定するとしてもよい。同一の地上子１について異なる複数の列車１００の大半が同様条件を満たすと判定した場合、当該地上子１について同様条件を満たさないと判定した列車１００において車上子３が適切に配置されていないと考えられるためである。少数条件は、例えば、「計数した数が１以上、且つ所定数Ｎｅ以下であること」「計数した数が全体のうちの０を含まない、所定の低割合以下であること」等として設定される。

また、第１の信号レベル及び第２の信号レベルの大きさやピーク到来タイミングに著しく差があるときには、地上子１の故障の可能性も疑われる。よって、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差から地上子１の故障を検出するとしてもよい。その場合は、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差が異常な差であることを示す所定の異常差条件を満たすか否かを判定する。例えば、「各々のピーク時レベルの比率の差が所定の比率差閾値Ｔｆ以上であること」とか「各々のピーク到来タイミングの時間差が所定の時間差閾値Ｔｇ以上であること」等とすることができる。或いは、Ｑ値を所定の閾値と比較する条件や、それらを組み合わせた条件でもよい。そして、異常差条件を満たす地上子１があれば、該当する地上子１を故障有りと判定する。

また、上記実施形態では、第１のピーク時信号レベルと第２のピーク時信号レベルとの比率の差及び第１のピーク到来タイミングと第２のピーク到来タイミングとの時間差から同様条件を判定することで、地上子１や車上子３の配置状態の適否を判定することとしたが、第１のピーク時信号レベルと第２のピーク時信号レベルとの大小関係からは、図８を参照して説明した中心線Ａ１からの車上子３の通過位置のずれ量について、列車１００の進行方向に向かって左右どちらの方向へどの程度ずれているのかを推測することもできる。図８のように、第１の信号レベルが第２の信号レベルよりも大きいときには、車上子３の通過位置は第１のインダクタＬ１側へとずれており、その差が大きいほどずれ量も大きくなる。

その他にも、地上子検知結果データ７００ｓを１ヶ月前、１年前、又は設置時等、過去に記録した同じ列車番号７０１の地上子検知結果データ７００ｓを使って、同じ地上子番号７０７の第１の信号レベル同士及び第２の信号レベル同士の大きさやピーク到来タイミングを比較し、そのレベルやタイミングが一致すること、又は、所定数以下の差であること、を条件に同様判定して、満たさないものを抽出することで、その中から少数条件及び多数条件により車上子３及び地上子１の配置状態を判定することができる。またこの場合、第１の信号レベル及び第２の信号レベルのレベル差はないが、第１の信号レベル及び第２の信号レベルの大きさが、過去の地上子検知結果データ７００ｓの第１の信号レベル及び第２の信号レベルの大きさより共に大きくなった場合には、摩耗等によって当該列車１００の車輪の車輪径が小さくなったと推測することができる。

よって、適否判定結果をユーザに提示するに際し、推測内容を併せて提示することとしてもよい。これによれば、当該推測内容を手掛かりに保守作業が行える。

１地上子、１１第１の共振回路、Ｌ１第１のインダクタ、Ｃ１コンデンサ、１３第２の共振回路、Ｌ２第２のインダクタ、Ｃ２コンデンサ、ｆ１第１の共振周波数、ｆ２第２の共振周波数、Ｗ１重なり幅、３０車上装置、３車上子、３１出力用コイル、３３入力用コイル、３１０送信回路部、３２０受信回路部、３３０車上制御部、３３１周波数解析部、３３３地上子検知部、３３５検知結果記録処理部、３３７検知結果送信処理部、３６０通信部、３７０車上記憶部、３７１地上子リスト、７００地上子検知結果データ、７０１列車番号、７０７地上子番号、７０９共振周波数データ、５０適否判定装置、５１０制御部、５１１同様判定処理部、５１３配置状態適否判定部、５４０通信部、５５０記憶部、５５１適否判定プログラム、７００ｓ地上子検知結果データ、７１１同様判定結果、７１３適否判定結果、１００列車、３レール、５まくらぎ

Claims

線路に沿って配置された各地上子のうち、接近した地上子との間で車上子が電磁結合することで当該地上子を検知可能な車上装置の検知結果に基づいて、前記地上子の配置状態、及び／又は、前記線路を走行する列車への前記車上子の配置状態が適切か否かを判定する適否判定方法であって、
前記地上子は、前記車上子からの送信信号に対して第１の共振周波数で共振する第１の共振回路と、前記送信信号に対して第２の共振周波数で共振する第２の共振回路と、を備え、前記第１の共振回路を構成する第１のインダクタと、前記第２の共振回路を構成する第２のインダクタとが線路方向に対して交差する方向に配置され、
前記車上子は、前記地上子の共振回路との電磁結合によって入力信号が誘起される入力用コイルを備え、
前記車上装置は、前記入力信号に含まれる前記第１の共振周波数に対応する第１の信号レベルと前記第２の共振周波数に対応する第２の信号レベルとに基づいて前記地上子を検知するように構成されており、
前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとが、大きさ及びピーク到来タイミングの点で同程度であることを示す所定の同様条件を満たすか否かを判定する同様判定を行うこと、
を含み、前記同様判定の判定結果に基づいて前記配置状態の適否を判定する適否判定方法。
複数の前記地上子について、前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの前記同様判定を行い、前記同様条件を満たさない地上子の数が所定の少数条件を満たす場合に、前記同様条件を満たさない地上子の配置状態を不適切と判定すること、
を含む請求項１に記載の適否判定方法。
複数の前記地上子について、前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの前記同様判定を行い、前記同様条件を満たさない地上子の数が所定の多数条件を満たす場合に、前記車上子の配置状態を不適切と判定すること、
を含む請求項１又は２に記載の適否判定方法。
同一の前記地上子に対する、前記線路を走行する複数の前記列車の前記入力信号に基づく前記同様判定の結果、前記同様条件を満たさない列車の数が所定の少数条件を満たす場合に、前記同様条件を満たさない列車の前記車上子の配置状態を不適切と判定すること、
を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の適否判定方法。
前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの差が異常な差であることを示す所定の異常差条件を満たすか否かを判定することで、地上子の故障を検出すること、
を含む請求項１〜４の何れか一項に記載の適否判定方法。
請求項１〜５の何れか一項に記載の適否判定方法を実行する適否判定装置であって、
前記車上装置は、検知した前記地上子毎に、当該検知した際の前記第１の信号レベル及び前記第２の信号レベルのデータを記録又は前記適否判定装置に送信し、
前記データに基づいて前記適否判定方法を実行する適否判定装置。
請求項１〜３の何れか一項に記載の適否判定方法を実行する車上装置。