JP6991803B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、地上装置と車上装置間で電文をデジタル伝送して列車の制御を行う列車制御システムに関する。

一般に、自動列車制御装置（ＡＴＣ：Automatic Train Control）における電文のデジタル伝送では、地上装置から送信される電文にＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号を付け、車上装置側でＣＲＣ検定を行ってエラー電文を排除している（例えば特許文献１参照）。

特許第３４２６８４８号公報

ところで、従来は、電文を信号作成用の論理ブロックで作成していたが、コスト削減や省スペース化のために、送信機を共通予備とし、送信機側でＡＴＣ信号を作成して送信することが検討されている。上記論理ブロックはフェールセーフな構成であり、生成した電文を内部で検証することで、誤った電文が出力されないようになっている。しかしながら、送信機は１架に１０台以上あり、コストを抑えるためにノンフェールセーフな機器としているため、例えば、一度送信した電文を何度も繰り返し送信するなど、誤った電文を送信する可能性がある。

この課題は、送信機をフェールセーフ化することで解決できるが、１架に１０台以上もある送信機をフェールセーフ化するとコストの増大や機器の複雑化を招く。また、電文を受ける車上装置側に複数電文照合を採用するロジック構成を搭載しても良いが、高速鉄道のＡＴＣでは１電文が約１．５秒と長く、例えば２電文照合すると３秒も必要になり、電文照合期間に電車が長距離を進んでしまう。このため、高速鉄道用のＡＴＣでは１電文で対応したい、という要求がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、送信機を用いて電文を作成して送信する構成において、地上装置側から誤った電文が送信されるのを抑制し、且つ車上装置側で誤った電文が採用されるのを抑制できる列車制御システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る列車制御システムは、地上装置と車上装置間で電文をデジタル伝送して列車の制御を行う列車制御システムであって、前記地上装置は、電文を作成し、ＣＲＣ符号を付加した送信信号を伝送路経由で軌道回路へ送信し、作成した電文と前記送信信号中の電文が不一致の場合、前記伝送路を一時的に遮断し、所定時間待機後に前記送信信号を再伝送し、当該送信信号の誤りを検出したときには予備の送信機に切り替え、前記車上装置は、前記軌道回路上の無信号を検出した場合に、受信した直前の電文を破棄する。

本発明によれば、地上装置側と車上装置側でフィードバックチェックとＣＲＣ検定により二重に電文のチェックを行うので、送信機を用いて電文の少なくとも一部を作成して送信する構成において、地上装置側から誤った電文が送信されるのを抑制し、且つ車上装置側で誤った電文が採用されるのを抑制できる。また、誤りを検出したときには、送信機から軌道回路への伝送路を遮断して待機させ、無信号状態の期間を検知したときに、車上装置側で受信した電文を破棄することで、軌道回路の接続区間において電文連結による誤作動の可能性も回避できる。

このように、電文を送信する側と受信する側の両方でデータ伝送の信頼性を高めることができるので、ノンフェールセーフな送信機を用いて電文を作成して送信することができ、コストの増大や機器の複雑化を抑制できる。また、複数電文照合を採用するロジック構成を搭載する必要もなく、１電文のデジタル伝送により高速に列車の制御を行うことができる。

本発明の実施形態に係る列車制御システムの概略構成図である。 図１に示した列車制御システムにおける地上装置と車上装置の構成例を示すブロック図である。 共通予備方式の地上装置の構成例を示すブロック図である。 ＡＴＣ信号の電文構成の一例を示す模式図である。 地上装置の動作について説明するためのフローチャートである。 図５に続く地上装置の動作について説明するためのフローチャートである。 車上装置の動作について説明するためのフローチャートである。 送信機から送信される電文を示しており、電文に重大なエラーがあった場合の動作を示す模式図である。 送信機から送信される電文を示しており、電文に軽微なエラーがあった場合の動作を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る列車制御システムの概略構成を示している。地上装置１は、電文を生成する論理ブロック２と、この論理ブロック２の出力に基づいてＡＴＣ信号を生成し、増幅して出力する送信機（常用）３と、送信機３の故障時に切り替えて使用される送信機（予備）４とを備えている。地上装置１は、送信機３から軌道回路１２へ送信する電文（ＡＴＣ信号）を、ＣＲＣ符号の前でフィードバックしてチェック（ＬＤ照査）し、送信すべきＡＴＣ信号と一致するときには送信を継続し、不一致のときには送信を停止するようになっている。

列車１０が走行する軌道１１は、複数の区間１Ｔ，２Ｔ，３Ｔ，…に区画されている。区間１Ｔ，２Ｔ，３Ｔ，…の境界部分は絶縁されており、各境界部分はインピーダンスボンドＦ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ａ，…によって結合されている。区間１Ｔと２Ｔの境界部分はインピーダンスボンドＦ１ｂ，Ｆ２ａによって結合され、区間２Ｔと３Ｔの境界部分はインピーダンスボンドＦ２ｂ，Ｆ３ａによって結合される。インピーダンスボンドＦ１ｂ，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ａ，…は、軌道１１に流れる電車電流と軌道信号による信号電流とを振り分ける機能を有する。

送信機３から送信されたＡＴＣ信号は、矢印ａ１～ａ６で示すように、送信リレー５、保安器６、ケーブル７、保安器８をそれぞれ介して軌道１１の区間２Ｔに形成される軌道回路１２に伝送される。そして、この軌道回路１２に伝送されたＡＴＣ信号が、列車１０に搭載された車上装置で受信されて、当該列車１０の制御が行われる。送信リレー５を遮断すると、送信機３から軌道回路１２への伝送路が切断される。

同様に、予備の送信機４から送信されたＡＴＣ信号も、送信リレー１４、保安器６、ケーブル７、保安器８をそれぞれ介して軌道１１の区間２Ｔに形成される軌道回路１２に伝送される。
なお、送信リレー５と接地点間には、送信機３から出力されたＡＴＣ信号を軌道回路１２に印加しないときのダミー抵抗１３が接続されている。また、送信リレー１４と接地点間には、送信機４から出力されたＡＴＣ信号を軌道回路１２に印加しないときのダミー抵抗１５が接続されている。

図２は、図１に示した列車制御システムにおける地上装置１と車上装置４０の構成例を示しており、要部を抽出して詳細に示している。地上装置１の論理ブロック（論理部）２は、電文作成部２１、メモリ部２２、復調器２３、電文解読部２４、電文整合判定部２５、送信リレー制御部２６及び低下検知部２７などを備えている。また、送信機（送信出力部）３は、ＡＴＣ信号作成部３１と信号増幅部３２を備えている。

電文作成部２１で作成された電文は、メモリ部２２に供給されて記憶されるとともに、送信機３のＡＴＣ信号作成部３１に供給されてＡＴＣ信号の作成に用いられる。ＡＴＣ信号作成部３１で作成されたＡＴＣ信号は、信号増幅部３２で増幅され、送信リレー５を介して軌道回路１２に出力される。また、信号増幅部３２で増幅されたＡＴＣ信号は、論理ブロック２にフィードバックされる。このＡＴＣ信号は、復調器２３で復調され、電文解読部２４で解読された後、メモリ部２２に供給されて記憶される。また、信号増幅部３２で増幅されたＡＴＣ信号は、低下検知部２７に供給されてレベルの低下が監視される。

メモリ部２２に記憶された電文、すなわち電文作成部２１で作成された電文と電文解読部２４で解読されたＡＴＣ信号（送信信号）は、電文整合判定部２５でＣＲＣ符号の直前までの整合性が判定される。この電文整合判定部２５の判定結果に基づき、送信リレー制御部２６により送信リレー５が制御される。
なお、図示を省略したが、予備の送信機４も送信機３と同様な構成になっており、送信機３の故障や誤作動時に切り替えて使用されるようになっている。

一方、車上装置４０は、受信コイル４１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４２、レベル判定部４３、低下検知部４４、復調器４５、電文解読照合部４６、メモリ部４７、タイマ部４８、採用電文部４９及び速度制御部５０などを備えている。受信コイル４１で軌道回路１２からＡＴＣ信号（電文）を受信すると、バンドパスフィルタ４２に供給されてＡＴＣ信号以外の周波数成分が除去される。このバンドパスフィルタ４２の出力レベルは、レベル判定部４３で監視される。低下検知部４４でレベルの低下が検知されると、メモリ部４７に記憶される。

また、バンドパスフィルタ４２の出力は、復調器４５で復調され、電文解読照合部４６で解読と照合が実行される。解読及び照合結果はメモリ部４７に記憶され、電文受信後、タイマ部４８に指定されている時間だけ採用を待つ。タイマ部４８に指定されている時間が経過すると、メモリ部４７に記憶された出力レベルの低下と、解読及び照合結果が採用電文部４９に入力されて電文が採用され、この採用電文部４９の出力が速度制御部５０に供給されて列車１０の速度制御が実行される。

図３は、共通予備方式（Ｎ＋２）の地上装置１の構成例を示すブロック図である。この地上装置１は、１系論理部２ａと２系論理部２ｂを備えており、これら１系論理部２ａと２系論理部２ｂに対して、共通の送信出力部３ａ，３ｂ及び予備の送信出力部４ａ，４ｂが設けられている。１系論理部２ａには受信入力部９ａ－１～９ａ－１０、２系論理部２ｂには受信入力部９ｂ－１～９ｂ－１０がそれぞれ設けられている。すなわち、送信出力部が１０トラックに対して、予備が２台で合計１２台設けられており、１０軌道対応の構成である。
なお、図３において、１ＴＳＣＲ，２ＴＳＣＲ，ＳＣＲ_Ｓ１，ＳＣＲ_Ｓ２は送信リレー（ＳＣＲリレー）であり、ＤＬはダミー抵抗である。

図４は、送信機３から出力されるＡＴＣ信号の電文構成（１フレーム）の一例を示す模式図である。本例では、９ビットのスタートフラグの後に、６ビットのデータと１ビットのフラグが交互に繰り返されており、最後にＣＲＣ符号が付加されている。軌道回路ＩＤ（１５ｂｉｔ）は、（１）線区コード（２ｂｉｔ）、（２）区間コード（６ｂｉｔ）及び（３）軌道回路コード（７ｂｉｔ）で表される。また、（４）経路コード（５ｂｉｔ）と（５）開通区間数（５ｂｉｔ）が含まれている。これらのデータがスタートフラグに続いて伝送される。

次に、上記のような構成の列車制御システムにおいて、図５乃至図７のフローチャートと、図８及び図９の模式図により動作を説明する。図５及び図６は、地上装置の動作について説明するためのフローチャートである。まず、論理ブロック２の電文作成部２１で電文を作成する（ステップＳ１）。作成した電文は、メモリ部２２に供給して記憶するとともに、送信機３のＡＴＣ信号作成部３１に供給してＡＴＣ信号を作成し、このＡＴＣ信号を信号増幅部３２で増幅する（ステップＳ２）。信号増幅部３２で増幅したＡＴＣ信号は、送信リレー５を介して軌道回路１２に出力するとともに、フィードバックチェック（ＬＤ照査）のために復調器２３に入力する（ステップＳ３）。

次に、ＡＴＣ信号を復調器２３で復調し（ステップＳ４）、電文解読部２４で解読した後（ステップＳ５）、解読したＡＴＣ信号をメモリ部２２に記憶する（ステップＳ６）。そして、電文整合判定部２５でＣＲＣ符号の直前のビットか否か判定し（ステップＳ７）、そうであればＣＲＣ符号の直前のビットまで電文の整合性をチェックする（ステップＳ８）。続いて、整合性があるか否か判定し（ステップＳ９）、整合性がある場合には送信を継続する（ステップＳ１０）。
ステップＳ７で直前のビットでないと判定された場合には、ＣＲＣ符号の直前のビットになるまでステップＳ１～Ｓ６の動作を繰り返す。

ステップＳ９で整合性がないと判定、すなわち誤りを検出したときには、送信機３から軌道回路１２への伝送路を遮断する（ステップＳ１１）。具体的には、送信リレー５をオフさせるか、送信機３の出力を停止させてＡＴＣ信号を１フレーム送信する前に停止させる（図８参照）。その後、伝送路の遮断を所定時間、例えば３００ｍｓ継続してから復帰させる（ステップＳ１２）。

次に、図９に示すように、地上装置１側と車上装置４０側で同期を取るための同期ビットを付けた後、電文２を再送する。再送用の電文２は、電文１と同じもので、論理ブロック２の電文作成部２１で作成する（ステップＳ１３）。この再送用の電文２は、必ずしも電文１と同じ必要はなく、再送用の電文を送るのと同じタイミングで電文作成部２１にある最新の電文を採用しても良い。作成した電文は、メモリ部２２に供給して記憶するとともに、送信機３のＡＴＣ信号作成部３１に供給してＡＴＣ信号を作成し、このＡＴＣ信号を信号増幅部３２で増幅する（ステップＳ１４）。信号増幅部３２で増幅したＡＴＣ信号は、送信リレー５を介して軌道回路１２に出力するとともに、フィードバックチェックのために復調器２３に入力する（ステップＳ１５）。

次に、ＡＴＣ信号を復調器２３で復調し（ステップＳ１６）、電文解読部２４で解読した後（ステップＳ１７）、解読したＡＴＣ信号をメモリ部２２に記憶する（ステップＳ１８）。そして、電文整合判定部２５でＣＲＣ符号の直前のビットか否か判定し（ステップＳ１９）、そうであればＣＲＣ符号の直前のビットまで電文の整合性をチェックする（ステップＳ２０）。続いて、整合性があるか否か判定し（ステップＳ２１）、整合性がある場合には送信を継続する（ステップＳ２２）。
ステップＳ１９で直前のビットでないと判定された場合には、ＣＲＣ符号の直前のビットになるまでステップＳ１３～Ｓ１８の動作を繰り返す。

ステップＳ２１で整合性がないと判定されたときには、重大なエラーがあるので予備の送信機４に切り替え（ステップＳ２３）、ステップＳ１に戻って予備の送信機４で同様な電文作成動作を行う。
上述したように、電文２もスタートフラグからＣＲＣの直前まで受信した時点で送信信号と比較し、1ビットでもエラーがあった場合は送信機３を予備の送信機４に切り替える。１ビットだけのエラーは、一過性のノイズなどでもありえるので、常用の送信機３の送信を一度停止させるが、再度常用の送信機３を稼動させることとする。これにより、一過性のノイズなどにより１ビットだけのエラーとなった場合には、予備の送信機４に切り替わらずに常用の送信機３で稼動を続けることが出来る。

図７は、車上装置４０の動作について説明するためのフローチャートである。車上装置４０は、受信コイル４１で軌道回路１２から電文（ＡＴＣ信号）を受信すると（ステップＳ３１）、バンドパスフィルタ４２に供給してＡＴＣ信号以外の周波数成分を除去し、レベル判定部４３でバンドパスフィルタ４２の出力レベルを監視するとともに、復調器４５で電文を復調する（ステップＳ３２）。レベルの低下が低下検知部４４で検知されると、メモリ部４７にレベル低下を検知したことを記憶する。また、復調器４５で復調した電文を電文解読照合部４６で解読し（ステップＳ３３）、メモリ部４７に解読した電文を記憶する（ステップＳ３４）。

電文受信後、タイマ部４８で指定している時間（例えば４００ｍｓ）だけ電文の採用を待ち、この期間に無信号があるか否かを監視する（ステップＳ３５）。そして、無信号を検知したか否か判定し（ステップＳ３６）、無信号を検知しない場合には電文を採用し（ステップＳ３７）、無信号を検知した場合にはエラーが含まれているので、メモリ部４７に記憶した電文を破棄する（ステップＳ３８）。ステップＳ３５においては、無信号があるか否かを監視する例を示したが、地上装置１側では、車上装置４０側で無信号を検知できる所定時間（例えば３００ｍｓ）の無信号期間を設定することで、送信中の信号の影響を受け難くでき、より確実な監視が可能となる。そして、ステップＳ３１に戻って、軌道回路１２から次の電文を受信する。

本発明によれば、地上装置１側の送信電文を全て（１フレーム）送信する前に、ＣＲＣ符号の直前で、地上装置１側から送信している信号のフィードバックチェックを行い、フレームのスタートフラグからＣＲＣ符号の直前まで受信した時点で送信信号と比較し、１ビットでもエラーがあった場合には送信リレー５を３００ｍｓ間遮断させる（論理ブロック２から送信機３間のデータ伝送も停止指示）。これにより、地上装置１側からエラー電文（誤った電文）が送信されるのを抑制し、車上装置４０側で誤った電文が採用される確率を低減することができる。また、ＣＲＣ符号の直前で、電文内容の整合性を確認することにより、ＣＲＣ検定をすり抜ける恐れがある２ビット以上誤った電文の送信を１フレーム全て送る前に停止させることが可能である。従って、ノンフェールセーフな送信機３を用いることができ、コストの増大や機器の複雑化を招くことなく送信機でＡＴＣ信号を作成して送信することができる。

更に、車上装置４０側ではＣＲＣ検定を行うので、電文を地上装置１と車上装置４０で二重チェックすることができる。しかも、誤りを検出したときには、送信機３から軌道回路１２への伝送路を遮断して待機させ、無信号状態の期間を検知したときに、車上装置４０側で受信した電文を破棄することで、軌道回路１２の接続区間で、列車１０が隣接する軌道回路間を跨いでいるときの電文連結による誤作動の可能性も回避できる。よって、車上装置４０側で複数電文照合を採用する必要がなく、１電文をデジタル伝送して列車１０の制御を高速に行うことができる。しかも、エラーが発生した場合には、電文を再伝送し、ＣＲＣ検定で再度エラーを検出した場合には、予備の送信機４に切り替えることで、誤った電文の伝送をより低減できる。

以上の実施形態で説明された回路構成や動作手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１…地上装置、２…論理ブロック、３…送信機（常用）、４…送信機（予備）、５，１４…送信リレー、６，８…保安器、７…ケーブル、１０…列車、１１…軌道、１２…軌道回路、１３，１５…ダミー抵抗、２１…電文作成部、２２，４７…メモリ部、２３，４５…復調器、２４…電文解読部、２５…電文整合判定部、２６…送信リレー制御部、２７，４４…低下検知部、３１…ＡＴＣ信号作成部、３２…信号増幅部、４０…車上装置、４１…受信コイル、４２…バンドパスフィルタ、４３…レベル判定部、４６…電文解読照合部、４８…タイマ部、４９…採用電文部、５０…速度制御部

Claims (5)

1. 地上装置と車上装置間で電文をデジタル伝送して列車の制御を行う列車制御システムであって、
   前記地上装置は、電文を作成し、ＣＲＣ符号を付加した送信信号を伝送路経由で軌道回路へ送信し、作成した電文と前記送信信号中の電文が不一致の場合、前記伝送路を一時的に遮断し、所定時間待機後に前記送信信号を再伝送し、当該送信信号の誤りを検出したときには予備の送信機に切り替え、
   前記車上装置は、前記軌道回路上の無信号を検出した場合に、受信した直前の電文を破棄する、列車制御システム。
2. 前記車上装置は、前記軌道回路から前記送信信号を受信し、ＣＲＣ符号を用いて電文の誤りを検出する、請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記車上装置で前記軌道回路から前記送信信号を受信した場合に、電文の採用を所定時間待機し、待機中に前記軌道回路の無信号を検出しない場合に、受信した電文を採用する、請求項２に記載の列車制御システム。
4. 前記送信信号の再伝送は、同期ビットを付けて電文の先頭ビットから送信するものである、請求項１に記載の列車制御システム。
5. 前記送信機から前記軌道回路への伝送路の遮断は、前記送信機から前記軌道回路への伝送路にリレーを設け、当該リレーで伝送路を切断するものである、請求項１に記載の列車制御システム。

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