JP7114363B2 - 計測装置 - Google Patents

Description

実施形態は、計測装置に関する。

鉄道車両の速度を算出する計測装置が知られている。計測装置は、例えば、鉄道車両に設置された速度発電機からの速度パルス信号及び車輪の半径等に基づいて速度を算出している。

特開２０００－１６８５５２号公報

しかしながら、鉄道車両の車輪の空転及び滑走等の影響によって、速度パルス信号と速度との関係に誤差が生じるため速度発電機からの速度パルス信号に基づいて計測装置が算出する速度の精度は十分ではなかった。

上述した課題を解決し、実施形態の計測装置は、第１速度算出部と、第２速度算出部と、第１位置算出部と、判定部と、を備える。第１速度算出部は、衛星測位システムの衛星からの衛星電波に基づいて鉄道車両の第１速度を算出する。第２速度算出部は、前記鉄道車両に設置されたセンサの検出値から前記鉄道車両の第２速度を算出する。第１位置算出部は、前記衛星電波に基づいて前記鉄道車両の位置を算出する。判定部は、予め定められた条件に基づいて、前記第１速度及び前記第２速度のいずれかを採用するかを判定する。また、判定部は、時刻の異なる前記鉄道車両の位置と位置とを連結した方向ベクトルに基づいて、前記第１速度及び前記第２速度のいずれを採用するかを判定する。

図１は、第１実施形態の制御システムが搭載される鉄道車両の平面図である。 図２は、第１実施形態の制御システムの全体構成を示すブロック図である。 図３は、計測装置の機能を説明するブロック図である。 図４は、ＧＮＳＳの衛星の位置を説明する図である。 図５は、位置算出におけるＧＮＳＳの衛星の選択を説明する図である。 図６は、速度算出におけるＧＮＳＳの衛星の選択を説明する図である。 図７は、計測装置が実行する位置の算出処理を説明するシーケンス図である。 図８は、計測装置が実行する速度の算出処理を説明するシーケンス図である。 図９は、第２実施形態の採用速度データの採用方法を説明する図である。 図１０は、第２実施形態の判定処理部が実行する判定処理の図である。 図１１は、第３実施形態の制御システムの全体構成図である。 図１２は、第３実施形態の判定処理部が実行する判定処理の図である。

以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の制御システム１０が搭載される鉄道車両９０の平面図である。図１に示すように、鉄道車両９０に搭載された制御システム１０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：衛星測位システム）９２の衛星９４から衛星電波を受信する。制御システム１０は、受信した衛星電波によって鉄道車両９０の速度及び位置を算出して、鉄道車両９０を制御する。

図２は、第１実施形態の制御システム１０の全体構成を示すブロック図である。制御システム１０は、鉄道車両９０に搭載されて、鉄道車両９０の制御全般を司る。図２に示すように、制御システム１０は、主制御装置１２と、計測装置１４とを備える。

主制御装置１２は、鉄道車両９０が走行する路線の状態を示す鉄道路線情報２４と、鉄道車両９０の位置を示す採用位置データ２６と、鉄道車両９０の速度を示す採用速度データ２８等に基づいて、鉄道車両９０を制御する。主制御装置１２は、例えば、コンピュータである。主制御装置１２は、主制御処理部２０と、主制御記憶部２２とを有する。

主制御処理部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）及びＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のハードウェアプロセッサであってよい。尚、主制御処理部２０の一部または全部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の回路によって構成してもよい。主制御処理部２０は、計測装置１４から採用位置データ２６及び採用速度データ２８を取得して、主制御記憶部２２に格納する。主制御処理部２０は、採用位置データ２６が示す鉄道車両９０の現在の位置に関する情報を主制御記憶部２２の鉄道路線情報２４から取得して、計測装置１４へ送信する。主制御処理部２０は、例えば、鉄道車両９０の現在位置の路線の勾配を示す勾配データ及び路線の曲率を示す角度データ等を鉄道路線情報２４から抽出して、計測装置１４に送信してよい。

主制御記憶部２２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置を含む。主制御記憶部２２は、主制御処理部２０と情報を入出力可能に接続されている。主制御記憶部２２は、ネットワーク等を介して接続された外部の記憶装置であってもよい。主制御記憶部２２は、主制御処理部２０が鉄道車両９０の制御に要する情報を格納する。主制御記憶部２２は、例えば、鉄道路線情報２４、採用位置データ２６及び採用速度データ２８を記憶する。鉄道路線情報２４は、鉄道車両９０が走行する路線の勾配データ及び角度データ等の路線の状態を示すデータを、路線上の位置と関連付けた情報である。

計測装置１４は、ＧＮＳＳ９２の衛星９４から受信した衛星電波から鉄道車両９０の位置及び速度を示すＧＮＳＳ位置及びＧＮＳＳ速度を算出する。計測装置１４は、後述するセンサにより検出されたデータから鉄道車両９０の位置及び速度を示す自立位置及び自立速度を算出する。計測装置１４は、ＧＮＳＳ位置及び自立位置のいずれかの位置を採用位置として採用し、採用位置を示す採用位置データ２６を主制御装置１２へ送信する。計測装置１４は、ＧＮＳＳ速度及び自立速度のいずれかの速度を採用速度として採用し、採用速度を示す採用速度データ２８を主制御装置１２へ送信する。

計測装置１４は、センサ部３０と、受信アンテナ３２と、ＧＮＳＳ計測処理部３４と、自立計測処理部３６と、判定装置３８とを備える。

センサ部３０は、１または複数のセンサを有する。センサ部３０は、例えば、地磁気センサ４０と、加速度センサ４２、及び、ジャイロセンサ４４を有する。地磁気センサ４０は、鉄道車両９０の方位を検出して、方位データをＧＮＳＳ計測処理部３４へ出力する。加速度センサ４２は、鉄道車両９０の加速度を検出して、加速度データを自立計測処理部３６へ出力する。ジャイロセンサ４４は、鉄道車両９０の角速度を検出して、角速度データを自立計測処理部３６へ出力する。

受信アンテナ３２は、ＧＮＳＳ９２の衛星９４からの衛星電波を受信する。受信アンテナ３２は、衛星電波をＧＮＳＳ計測処理部３４へ出力する。

ＧＮＳＳ計測処理部３４は、ＣＰＵ、ＧＰＵ及びＭＰＵ等のハードウェアプロセッサであってよい。ＧＮＳＳ計測処理部３４の一部または全部は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等の回路によって構成してもよい。ＧＮＳＳ計測処理部３４は、地磁気センサ４０から方位データを取得するとともに、受信アンテナ３２から衛星電波を取得する。ＧＮＳＳ計測処理部３４は、方位データ及び衛星電波に基づいて、ＧＮＳＳ位置及びＧＮＳＳ速度を算出して、判定装置３８へ出力する。

自立計測処理部３６は、ＣＰＵ、ＧＰＵ及びＭＰＵ等のハードウェアプロセッサであってよい。自立計測処理部３６の一部または全部は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等の回路によって構成してもよい。自立計測処理部３６は、加速度データを加速度センサ４２から取得するとともに、角速度データをジャイロセンサ４４から取得する。自立計測処理部３６は、路線の状態を示す角度データ及び勾配データを主制御装置１２から取得する。自立計測処理部３６は、加速度データ、角速度データ、過去に算出した自立位置及び自立速度、角度データ、及び、勾配データに基づいて、自立的に自立位置及び自立速度を算出して、判定装置３８へ出力する。

判定装置３８は、ＧＮＳＳ位置及び自立位置のうち、いずれか一方を採用位置として採用する。判定装置３８は、ＧＮＳＳ速度及び自立速度のうち、いずれか一方を主採用速度として採用する。判定装置３８は、採用位置データ２６及び採用速度データ２８を主制御装置１２へ送信する。

図３は、計測装置１４の機能を説明するブロック図である。

図３に示すように、ＧＮＳＳ計測処理部３４は、位置用衛星選択部５０と、速度用衛星選択部５２と、ＧＮＳＳ位置算出部５４と、ＧＮＳＳ速度算出部５６とを有する。ＧＮＳＳ計測処理部３４は、例えば、ＧＮＳＳ計測用プログラムを読み込むことによって、位置用衛星選択部５０、速度用衛星選択部５２、ＧＮＳＳ位置算出部５４、及び、ＧＮＳＳ速度算出部５６の機能を実現してもよい。位置用衛星選択部５０、速度用衛星選択部５２、ＧＮＳＳ位置算出部５４、及び、ＧＮＳＳ速度算出部５６の機能の一部または全部は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等の回路によって実現してもよい。

位置用衛星選択部５０は、ＧＮＳＳ位置を算出するための衛星９４を選択する。例えば、位置用衛星選択部５０は、受信アンテナ３２から衛星電波を取得するとともに、地磁気センサ４０から方位データを取得する。位置用衛星選択部５０は、衛星９４を選択するための位置用選択範囲を設定する。位置用衛星選択部５０は、例えば、方位データが示す鉄道車両９０の進行方向の方位、及び、位置用設定範囲に基づいて、位置用選択範囲を設定してよい。位置用設定範囲は、マルチパス等の衛星電波の受信を抑制するための範囲であって、鉄道車両９０の進行方向の前後方向を中心線とし、鉄道車両９０を基準点とする方位角として予め設定されていてよい。従って、位置用衛星選択部５０は、鉄道車両９０の進行方向の前後方向を中心線とし、位置用設定範囲が示す方位角を中心角とする前後の２つ扇状の範囲を位置用選択範囲として設定する。尚、位置用設定範囲は、仰角を含んでもよい。この場合、位置用衛星選択部５０は、鉄道車両９０を頂点とする楕円錐状の範囲を位置用選択範囲として設定する。位置用衛星選択部５０は、衛星電波が示す衛星９４の位置に基づいて、ＧＮＳＳ位置を算出するための衛星９４として位置用選択範囲内の衛星９４を選択して、ＧＮＳＳ位置算出部５４へ選択した衛星９４の情報を出力する。尚、位置用衛星選択部５０は、位置用選択範囲内の衛星９４のうち、受信された衛星電波の強度が閾値強度以上の衛星９４を選択してもよい。

速度用衛星選択部５２は、ＧＮＳＳ速度を算出するための衛星９４を選択する。速度用衛星選択部５２は、衛星選択部の例である。例えば、速度用衛星選択部５２は、受信アンテナ３２から衛星電波を取得するとともに、地磁気センサ４０から方位データを取得する。速度用衛星選択部５２は、衛星９４を選択するための速度用選択範囲を設定する。速度用衛星選択部５２は、例えば、方位データが示す鉄道車両９０の進行方向の方位、及び、速度用設定範囲に基づいて、鉄道車両９０の進行方向を含む範囲を速度用選択範囲として設定してよい。速度用設定範囲は、マルチパス等の衛星電波の受信を抑制するための範囲であって、鉄道車両９０の進行方向を中心線とし、鉄道車両９０を基準点とする方位角として予め設定されていてよい。従って、速度用衛星選択部５２は、鉄道車両９０の進行方向を中心線とし、速度用設定範囲が示す方位角を中心角とする扇状の範囲を速度用選択範囲として設定する。尚、速度用設定範囲は、仰角を含んでもよい。この場合、速度用衛星選択部５２は、鉄道車両９０を頂点とする楕円錐状の範囲を速度用選択範囲として設定する。速度用衛星選択部５２は、衛星電波が示す衛星９４の位置に基づいて、ＧＮＳＳ速度を算出するための衛星９４として速度用選択範囲内の衛星９４を選択して、ＧＮＳＳ速度算出部５６へ選択した衛星９４の情報を出力する。尚、速度用衛星選択部５２は、速度用選択範囲内の衛星９４のうち、受信された衛星電波の強度が閾値強度以上の衛星９４を選択してもよい。

ＧＮＳＳ位置算出部５４は、ＧＮＳＳ９２の衛星９４からの衛星電波に基づいて鉄道車両９０のＧＮＳＳ位置を算出する。例えば、ＧＮＳＳ位置算出部５４は、受信アンテナ３２から衛星電波を取得するとともに、位置用衛星選択部５０から位置を算出するために選択した衛星９４の情報を取得する。ＧＮＳＳ位置算出部５４は、取得した衛星電波のうち、位置用衛星選択部５０が選択した衛星９４の衛星電波に基づいて、鉄道車両９０の位置をＧＮＳＳ位置として算出する。ＧＮＳＳ位置算出部５４は、衛星電波を受信した時刻（以下、受信時刻）とともに、算出したＧＮＳＳ位置を示すＧＮＳＳ位置データを判定装置３８へ出力する。ＧＮＳＳ位置算出部５４は、ＧＮＳＳ位置データとともに、衛星９４の選択結果である位置用衛星有効フラグを判定装置３８へ出力する。例えば、ＧＮＳＳ位置算出部５４は、選択された衛星９４が位置を算出可能な４個以上の場合、選択結果が有効であることを示す位置用衛星有効フラグを出力する。ＧＮＳＳ位置算出部５４は、選択された衛星９４が位置を算出可能な３個未満の場合、選択結果が無効であることを示す位置用衛星有効フラグを出力する。

ＧＮＳＳ速度算出部５６は、ＧＮＳＳ９２の衛星９４からの衛星電波に基づいて鉄道車両９０のＧＮＳＳ速度を算出する。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、第１速度算出部の例である。ＧＮＳＳ速度は、第１速度の例である。例えば、ＧＮＳＳ速度算出部５６は、受信アンテナ３２から衛星電波を取得するとともに、速度用衛星選択部５２から速度を算出するために選択した衛星９４の情報を取得する。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、取得した衛星電波のうち、速度用衛星選択部５２が選択した衛星９４の衛星電波に基づいて、鉄道車両９０の速度をＧＮＳＳ速度として算出する。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、例えば、衛星電波のドップラー効果に基づいて、ＧＮＳＳ速度を算出してよい。尚、ＧＮＳＳ速度算出部５６は、速度用衛星選択部５２が複数の衛星９４を選択している場合、複数の衛星９４のそれぞれから算出した速度の平均値をＧＮＳＳ速度として算出してよい。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、衛星電波を受信した時刻（以下、受信時刻）とともに、算出したＧＮＳＳ速度を示すＧＮＳＳ速度データを判定装置３８へ出力する。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、ＧＮＳＳ速度データとともに、衛星９４の選択結果として速度用衛星有効フラグを判定装置３８へ出力する。例えば、ＧＮＳＳ速度算出部５６は、選択された衛星９４が速度を算出可能な１個以上の場合、選択結果が有効であることを示す速度用衛星有効フラグを出力する。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、衛星９４が選択されなかった場合、選択結果が無効であることを示す速度用衛星有効フラグを出力する。

自立計測処理部３６は、自立位置算出部５８と、自立速度算出部６０とを有する。自立計測処理部３６は、例えば、自立計測用プログラムを読み込むことによって、自立位置算出部５８、及び、自立速度算出部６０の機能を実現してもよい。自立位置算出部５８、及び、自立速度算出部６０の機能の一部または全部は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等の回路によって実現してもよい。

自立位置算出部５８は、鉄道車両９０に設けられたセンサ４２、４４の検出値等から鉄道車両９０の自立位置を算出する。例えば、自立位置算出部５８は、加速度センサ４２から加速度データを取得するとともに、ジャイロセンサ４４から角速度データを取得する。自立位置算出部５８は、自立速度算出部６０から自立速度データを取得する。自立位置算出部５８は、加速度データが示す加速度、角速度データが示す角速度、自立速度データが示す自立速度、及び、前回算出した自立位置から鉄道車両９０の現在の位置を自立位置として算出する。尚、自立位置算出部５８は、制御システム１０の起動時等の初期状態においては、制御システム１０の前回終了時に記憶された採用位置データ２６を基準として自立位置を算出してよい。自立位置算出部５８は、定期的または一定移動距離ごとに採用位置データ２６を主制御装置１２から取得し、自立位置をキャリブレーションしてよい。また、自立位置算出部５８は、路線の近傍に位置情報を有する装置を設置し、当該装置を通過する際に近接センサ等によって取得した位置情報に基づいて、自立位置をキャリブレーションしてもよい。自立位置算出部５８は、算出した自立位置を示す自立位置データを判定装置３８へ出力する。

自立速度算出部６０は、鉄道車両９０に設置されたセンサ４２、４４の検出値等から鉄道車両９０の自立速度を算出する。自立速度算出部６０は、第２速度算出部の例である。自立速度は、第２速度の例である。例えば、自立速度算出部６０は、加速度センサ４２から加速度データを取得するとともに、ジャイロセンサ４４から角速度データを取得する。自立速度算出部６０は、主制御装置１２から角度データ及び勾配データを含む鉄道路線情報２４を取得する。自立速度算出部６０は、加速度データが示す加速度の積分値、角速度データが示す角速度、角度データが示す路線の曲率、及び、勾配データが示す路線の勾配から鉄道車両９０の速度を自立速度として算出する。自立速度算出部６０は、算出した自立速度を示す自立速度データを判定装置３８へ出力する。

判定装置３８は、判定処理部６２と、判定記憶部６４とを有する。

判定処理部６２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ及びＭＰＵ等のハードウェアプロセッサであってよい。判定処理部６２は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等の回路によって構成してもよい。判定処理部６２は、判定部６６と、送信部６８とを有する。判定処理部６２は、判定部６６及び送信部６８の機能を実現してもよい。判定部６６及び送信部６８の機能の一部または全部は、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡ等の回路によって実現してもよい。

判定部６６は、予め定められた条件に基づいて、ＧＮＳＳ位置及び自立位置のいずれを採用位置として採用するかを判定するとともに、予め定められた条件に基づいて、ＧＮＳＳ速度及び自立速度のいずれを採用速度として採用するかを判定する。具体的には、判定部６６は、ＧＮＳＳ位置算出部５４、ＧＮＳＳ速度算出部５６、自立位置算出部５８及び自立速度算出部６０からＧＮＳＳ位置データ、ＧＮＳＳ速度データ、自立位置データ、及び、自立速度データを取得する。判定部６６は、取得したＧＮＳＳ位置データ及び自立位置データを位置データ７２として判定記憶部６４に格納するとともに、ＧＮＳＳ速度データ及び自立速度データを速度データ７４として判定記憶部６４に格納する。

判定部６６は、位置用衛星選択部５０の選択結果である位置用衛星有効フラグに基づいて、取得したＧＮＳＳ位置データ及び自立位置データのいずれか一方を採用位置データ２６として採用するかを判定する。具体的には、判定部６６は、位置用衛星有効フラグが有効の場合、ＧＮＳＳ位置データを採用位置データ２６として採用し、位置用衛星有効フラグが無効の場合、自立位置データを採用位置データ２６として採用するかを判定する。判定部６６は、速度用衛星選択部５２の選択結果である選択結果としての速度用衛星有効フラグに基づいて、ＧＮＳＳ速度データ及び自立速度データのいずれか一方を採用速度データ２８として採用するかを判定する。具体的には、判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効の場合、ＧＮＳＳ速度データを採用速度データ２８として採用し、速度用衛星有効フラグが無効の場合、自立速度データを採用速度データ２８として採用する。判定部６６は、算出した時刻または受信した時刻と関連付けて採用した採用位置データ２６及び採用速度データ２８を採用データ７６として判定記憶部６４に格納するとともに、送信部６８に出力する。

送信部６８は、判定部６６から取得した採用位置データ２６及び採用速度データ２８を主制御装置１２へ送信する。尚、送信部６８は、判定記憶部６４から採用位置データ２６及び採用速度データ２８を取得してもよい。

判定記憶部６４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＳＳＤ及びＨＤＤ等の記憶装置を含む。判定記憶部６４は、判定処理部６２と情報を入出力可能に接続されている。判定記憶部６４は、ネットワーク等を介して接続された外部の記憶装置であってもよい。判定記憶部６４は、判定部６６から取得した位置データ７２、速度データ７４及び採用データ７６を記憶する。

図４は、ＧＮＳＳ９２の衛星９４の位置を説明する図である。図４の中心は鉄道車両９０の位置であり、白抜き矢印は鉄道車両９０の進行方向である。図４の破線は衛星９４の軌道を示す。図４に示すように、衛星９４は、鉄道車両９０の全方位、即ち３６０°に存在している。従って、計測装置１４は、全方位から衛星電波を受信する。

図５は、位置算出におけるＧＮＳＳ９２の衛星９４の選択を説明する図である。図５に示すように、計測装置１４の位置用衛星選択部５０は、鉄道車両９０の進行方向である前方を中心に左右両側に設定された位置用設定範囲（例えば、左右両側６０°）及び後方を中心に左右両側に設定された位置用設定範囲（例えば、左右両側６０°）を位置用選択範囲ＲＡ１として設定する（ドットハンチング領域参照）。位置用衛星選択部５０は、位置用選択範囲ＲＡ１内の衛星９４を選択して、ＧＮＳＳ位置算出部５４へ出力する。ＧＮＳＳ位置算出部５４は、選択された衛星９４が位置を算出可能な４個以上の場合、位置用衛星有効フラグを有効に設定する。

図６は、速度算出におけるＧＮＳＳ９２の衛星９４の選択を説明する図である。図６に示すように、計測装置１４の速度用衛星選択部５２は、鉄道車両９０の進行方向である前方を中心に左右両側に設定された速度用設定範囲（例えば、左右両側６０°）を速度用選択範囲ＲＡ２として設定する（ドットハンチング領域参照）。速度用衛星選択部５２は、速度用選択範囲ＲＡ２内の衛星９４を選択して、ＧＮＳＳ速度算出部５６へ出力する。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、選択された衛星９４が存在する場合、速度用衛星有効フラグを有効に設定する。

図７は、計測装置１４が実行する位置の算出処理を説明するシーケンス図である。図７の左側のフローチャートはＧＮＳＳ計測処理部３４が実行するＧＮＳＳ位置の算出処理である。図７の中央のフローチャートは自立計測処理部３６が実行する自立位置の算出処理である。図７の右側のフローチャートは判定処理部６２が実行する判定処理である。

図７の左側に示すように、ＧＮＳＳ計測処理部３４では、位置用衛星選択部５０及びＧＮＳＳ位置算出部５４が、受信アンテナ３２から衛星電波を取得する（Ｓ１０２）。位置用衛星選択部５０及びＧＮＳＳ位置算出部５４は、衛星電波からアルマナック及びエフェメリス等を含む衛星軌道情報を取得する（Ｓ１０４）。位置用衛星選択部５０は、地磁気センサ４０から方位データを取得する（Ｓ１０６）。位置用衛星選択部５０は、位置用設定範囲に基づいて、方位データが示す鉄道車両９０の進行方向に沿った前後方向を中心とする位置用選択範囲ＲＡ１を設定する（Ｓ１０８）。位置用衛星選択部５０は、位置用選択範囲ＲＡ１内の衛星９４を選択して、ＧＮＳＳ位置算出部５４へ出力する（Ｓ１１０）。ＧＮＳＳ位置算出部５４は、位置用衛星選択部５０によって選択された衛星９４の衛星電波から取得した衛星軌道情報に基づいて、鉄道車両９０の位置としてＧＮＳＳ位置を算出する（Ｓ１１２）。ＧＮＳＳ位置算出部５４は、算出したＧＮＳＳ位置及び位置用衛星有効フラグを判定処理部６２へ出力する（Ｓ１１４）。尚、ＧＮＳＳ位置算出部５４は、位置用衛星選択部５０によって選択された衛星９４が４個以上であって、ＧＮＳＳ位置を算出できる場合、位置用衛星有効フラグを有効とし、当該衛星９４が３個以下の場合、位置用衛星有効フラグを無効としてよい。この後、ＧＮＳＳ計測処理部３４は、ステップＳ１０２以降を繰り返す。

図７の中央に示すように、自立計測処理部３６では、自立位置算出部５８が、自立速度算出部６０から自立速度データを取得するとともに、前回算出した自立位置データを取得する（Ｓ２０２）。自立位置算出部５８は、加速度センサ４２から加速度データを取得し、ジャイロセンサ４４から角速度データを取得する（Ｓ２０４）。自立位置算出部５８は、前回算出した自立位置から、自立速度データが示す自立速度、加速度データ及び角速度データに基づいて今回の自立位置を算出する（Ｓ２０６）。自立位置算出部５８は、自立位置を判定処理部６２へ出力する（Ｓ２０８）。この後、自立計測処理部３６は、ステップＳ２０２以降を繰り返す。

図７の右側に示すように、判定処理部６２では、判定部６６が、自立計測処理部３６から自立位置を取得する（Ｓ３０２）。判定部６６は、ＧＮＳＳ計測処理部３４からＧＮＳＳ位置及び位置用衛星有効フラグを取得する（Ｓ３０４）。判定部６６は、自立位置及びＧＮＳＳ位置を判定記憶部６４に位置データ７２として格納する（Ｓ３０６）。判定部６６は、位置用衛星有効フラグが有効か否かを判定する（Ｓ３０８）。判定部６６は、位置用衛星有効フラグが有効であると判定すると（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、ＧＮＳＳ位置データを採用位置データ２６として採用する（Ｓ３１０）。判定部６６は、位置用衛星有効フラグが有効でないと判定すると（Ｓ３０８：Ｎｏ）、自立位置データを採用位置データ２６として採用する（Ｓ３１２）。判定部６６は、採用した採用位置データ２６を判定記憶部６４に採用データ７６として格納する（Ｓ３１４）。送信部６８は、採用位置データ２６を判定部６６または判定記憶部６４から取得して、主制御装置１２へ送信する（Ｓ３１６）。この後、判定処理部６２は、ステップＳ３０２以降を繰り返す。

図８は、計測装置１４が実行する速度の算出処理を説明するシーケンス図である。図８の左側のフローチャートはＧＮＳＳ計測処理部３４が実行するＧＮＳＳ速度の算出処理である。図８の中央のフローチャートは自立計測処理部３６が実行する自立速度の算出処理である。図８の右側のフローチャートは判定処理部６２が実行する判定処理である。

図８の左側に示すように、ＧＮＳＳ計測処理部３４では、速度用衛星選択部５２及びＧＮＳＳ速度算出部５６が、受信アンテナ３２から衛星電波を取得する（Ｓ１２２）。速度用衛星選択部５２及びＧＮＳＳ速度算出部５６は、衛星電波からアルマナック及びエフェメリス等を含む衛星軌道情報を取得する（Ｓ１２４）。速度用衛星選択部５２は、地磁気センサ４０から方位データを取得する（Ｓ１２６）。速度用衛星選択部５２は、速度用設定範囲に基づいて、方位データが示す鉄道車両９０の進行方向を中心とする速度用選択範囲ＲＡ２を設定する（Ｓ１２８）。速度用衛星選択部５２は、速度用選択範囲ＲＡ２内の衛星９４を選択して、ＧＮＳＳ速度算出部５６へ出力する（Ｓ１３０）。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、速度用衛星選択部５２によって選択された衛星９４の衛星電波から取得した衛星軌道情報に基づいて、鉄道車両９０の速度としてＧＮＳＳ速度を算出する（Ｓ１３２）。ＧＮＳＳ速度算出部５６は、算出したＧＮＳＳ速度及び速度用衛星有効フラグを判定処理部６２へ出力する（Ｓ１３４）。尚、ＧＮＳＳ速度算出部５６は、速度用衛星選択部５２によって選択された衛星９４が１個以上であって、ＧＮＳＳ速度を算出できる場合、速度用衛星有効フラグを有効とし、当該衛星９４がない場合、速度用衛星有効フラグを無効としてよい。この後、ＧＮＳＳ計測処理部３４は、ステップＳ１２２以降を繰り返す。

図８の中央に示すように、自立計測処理部３６では、自立速度算出部６０が、鉄道車両９０が走行する路線の角度データ及び勾配データを含む鉄道路線情報２４を主制御装置１２から取得する（Ｓ２２２）。自立速度算出部６０は、加速度センサ４２から加速度データを取得するとともに、ジャイロセンサ４４から角速度データを取得する（Ｓ２２４）。自立速度算出部６０は、勾配データ、角度データ、加速度データ及び角速度データに基づいて自立速度を算出する（Ｓ２２６）。自立速度算出部６０は、自立速度を判定処理部６２及び自立位置算出部５８へ出力する（Ｓ２２８）。この後、自立計測処理部３６は、ステップＳ２２２以降を繰り返す。

図８の右側に示すように、判定処理部６２では、判定部６６が、自立計測処理部３６から自立速度を取得する（Ｓ３２２）。判定部６６は、ＧＮＳＳ計測処理部３４からＧＮＳＳ速度及び速度用衛星有効フラグを取得する（Ｓ３２４）。判定部６６は、自立速度及びＧＮＳＳ速度を判定記憶部６４に速度データ７４として格納する（Ｓ３２６）。判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効か否かを判定する（Ｓ３２８）。判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効であると判定すると（Ｓ３２８：Ｙｅｓ）、ＧＮＳＳ速度データを採用速度データ２８として採用する（Ｓ３３０）。判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効でないと判定すると（Ｓ３２８：Ｎｏ）、自立速度データを採用速度データ２８として採用する（Ｓ３３２）。判定部６６は、採用した採用速度データ２８を判定記憶部６４に採用データ７６として格納する（Ｓ３３４）。送信部６８は、採用速度データ２８を判定部６６または判定記憶部６４から取得して、主制御装置１２へ送信する（Ｓ３３６）。この後、判定処理部６２は、ステップＳ３２２以降を繰り返す。

上述したように第１実施形態の計測装置１４は、ＧＮＳＳ９２の衛星電波に基づいて算出したＧＮＳＳ速度、及び、センサ４２、４４の検出値から算出された自立速度のいずれかから、主制御装置１２が鉄道車両９０の制御において使用する鉄道車両９０の速度として採用速度を採用している。このように、計測装置１４は、２つの異なる方法によって算出した速度から精度のよい採用速度を採用できるので、鉄道車両９０の算出精度を向上させることができる。

計測装置１４は、速度用衛星選択部５２がＧＮＳＳ速度を算出するための衛星９４の選択結果を示す速度用衛星有効フラグに基づいて、ＧＮＳＳ速度及び自立速度のいずれかから採用速度を採用している。これにより、計測装置１４は、衛星９４による算出精度が高い場合、ＧＮＳＳ速度を採用速度として採用できる。

計測装置１４は、鉄道車両９０の進行方向を含む速度用選択範囲ＲＡ２に基づいて、ＧＮＳＳ速度を算出するための衛星９４を選択している。これにより、計測装置１４は、ＧＮＳＳ速度の算出精度を向上させることができ、精度の高いＧＮＳＳ速度を衛星９４の選択結果に基づいて採用速度として採用できる。

＜第２実施形態＞
判定処理部６２による採用する採用速度データ２８の採用方法が異なる第２実施形態について説明する。第２実施形態において、ＧＮＳＳ位置算出部５４は、第１位置算出部の例である。

図９は、第２実施形態の採用速度データ２８の採用方法を説明する図である。図９において、位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、時刻の異なる鉄道車両９０の位置を示す。位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、ＧＮＳＳ位置データが示す位置であってよい。位置Ｐ３は衛星電波から算出された現在または最新の位置を示す。位置Ｐ２は位置Ｐ３の前に衛星電波から算出された位置を示す。位置Ｐ１は位置Ｐ２の前に衛星電波から算出された位置を示す。位置Ｐｎ（ｎ＝１、２、３）のカッコ内のＸｎ及びＹｎは位置Ｐｎの座標を示す。

判定部６６は、位置Ｐ１と位置Ｐ２、及び、位置Ｐ２と位置Ｐ３とを連結した方向ベクトルＶ１、Ｖ２に基づいて、ＧＮＳＳ速度及び自立速度から採用速度のいずれを採用するかを判定する。例えば、判定部６６は、判定記憶部６４に格納されている位置データ７２から位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置座標を取得する。位置座標は、経度データ及び緯度データから直交座標系に変換された座標であってよい。判定部６６は、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの方向ベクトルＶ１を算出し、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの方向ベクトルＶ２を算出する。判定部６６は、方向ベクトルＶ１、Ｖ２の内積値ＩＰ（＝（Ｘ２－Ｘ１）・（Ｘ３－Ｘ２）＋（Ｙ２－Ｙ１）・（Ｙ３－Ｙ２））を算出する。判定部６６は、内積値ＩＰと採用閾値との比較によって、ＧＮＳＳ速度データを採用速度データ２８として採用するか否かを判定する。採用閾値は、方向ベクトルＶ１、Ｖ２間の角度と角度データが示す路線の曲率に対応しているか否かを判定するための値である。採用閾値は、鉄道車両９０の路線上の位置に対応付けて予め定められていてもよく、角度データが示す路線の曲率から算出してもよい。例えば、判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効を示し、かつ、内積値ＩＰが採用閾値以上であれば、ＧＮＳＳ速度データを採用速度データ２８として採用してよい。判定部６６は、速度用衛星有効フラグが無効を示し、または、内積値ＩＰが採用閾値未満であれば、自立速度データを採用速度データ２８として採用してよい。

図１０は、第２実施形態の判定処理部６２が実行する判定処理である。図８と同様のステップについては、同じステップ番号を付与して説明を省略する。尚、ＧＮＳＳ速度及び自立速度の算出処理は、図８と同様なので省略する。

図１０に示すように、判定部６６は、ステップＳ３２２からステップＳ３２８を実行する。判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効であれば（Ｓ３２８：Ｙｅｓ）、位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置座標から２つの方向ベクトルＶ１、Ｖ２を算出した後、２つの方向ベクトルＶ１、Ｖ２の内積値ＩＰを算出する（Ｓ３４０）。判定部６６は、算出した内積値ＩＰが採用閾値以上か否かを判定する（Ｓ３４２）。判定部６６は、内積値ＩＰが採用閾値以上であれば（Ｓ３４２：Ｙｅｓ）、ＧＮＳＳ速度データを採用速度データ２８として採用する（Ｓ３３０）。

一方、判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効でない場合（Ｓ３２８：Ｎｏ）、または、内積値ＩＰが採用閾値以上でない場合（Ｓ３４２：Ｎｏ）、自立速度データを採用速度データ２８として採用する。

この後、判定部６６及び送信部６８は、Ｓ３３４以降を実行する。

上述したように第２実施形態の計測装置１４は、衛星電波から算出した時刻の異なる鉄道車両９０の位置を連結した方向ベクトルに基づいて、ＧＮＳＳ速度及び自立速度から採用速度を採用している。これにより、計測装置１４は、鉄道車両９０が走行する路線の曲率に方向ベクトルが対応しているか否かを判定して、衛星電波が正常か否かを判定できる。この結果、計測装置１４は、衛星電波が正常の場合に精度の高いＧＮＳＳ速度を採用速度として採用できる。

＜第３実施形態＞
判定処理部６２による採用する採用速度データ２８の採用方法が異なる第３実施形態について説明する。第３実施形態において、ＧＮＳＳ位置算出部５４は、第２位置算出部の例である。尚、自立位置算出部５８が、第２位置算出部として機能してもよい。

図１１は、第３実施形態の制御システム１０の全体構成図である。図１１に示すように、第３実施形態の主制御装置１２の主制御記憶部２２は、地図データベース２９を更に記憶する。地図データベース２９は、鉄道車両９０の路線上の駅及びトンネル等の対象物の位置に関する位置情報を含む。換言すれば、地図データベース２９は、衛星電波を受信しにくい対象物の情報を含む。主制御装置１２は、地図データベース２９に含まれる対象物の位置情報を判定装置３８へ出力する。

判定装置３８の判定部６６は、鉄道車両９０の位置と対象物の位置とに基づいて、ＧＮＳＳ速度及び自立速度のいずれを採用速度として採用するかを判定する。例えば、判定部６６は、地図データベース２９に含まれる対象物の位置情報を取得し、当該位置情報に基づいて、採用位置データ２６が示す鉄道車両９０の位置が自立採用領域か否かを判定する。自立採用領域は、駅及びトンネル等の対象物及び対象物の近傍を含む領域であって、衛星電波を受信しにくい領域である。判定部６６は、鉄道車両９０の位置が自立採用領域である場合、自立速度データを採用速度データ２８として採用する。判定部６６は、鉄道車両９０の位置が自立採用領域となった後、速度用衛星有効フラグが有効になると、ＧＮＳＳ速度データを採用速度データ２８として採用する。

図１２は、第３実施形態の判定処理部６２が実行する判定処理である。図８と同様のステップについては、同じステップ番号を付与して説明を省略する。尚、ＧＮＳＳ速度及び自立速度の算出処理は、図８と同様なので省略する。

判定処理部６２の判定部６６は、ステップＳ３２２からＳ３２６を実行する。判定部６６は、主制御装置１２から地図データベース２９に含まれる駅及びトンネル等の対象物の位置情報を取得する（Ｓ３５０）。判定部６６は、判定記憶部６４に格納されている採用データ７６から最新の採用位置データ２６を取得する（Ｓ３５２）。判定部６６は、採用位置データ２６が示す鉄道車両９０の位置が自立採用領域内か否かを判定する（Ｓ３５４）。判定部６６は、鉄道車両９０の位置が自立採用領域内であると判定すると（Ｓ３５４：Ｙｅｓ）、自立速度データを採用速度データ２８として採用する（Ｓ３３２）。判定部６６は、鉄道車両９０の位置が自立採用領域内でないと判定すると（Ｓ３５４：Ｎｏ）、速度用衛星有効フラグが有効か否かを判定する（Ｓ３２８）。判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効であると判定すると（Ｓ３２８：Ｙｅｓ）、ＧＮＳＳ速度データを採用速度データ２８として採用する（Ｓ３３０）。判定部６６は、速度用衛星有効フラグが有効でないと判定すると（Ｓ３２８：Ｎｏ）、自立速度データを採用速度データ２８として採用する（Ｓ３３２）。この後、判定部６６及び送信部６８は、Ｓ３３４以降を実行する。

上述したように第３実施形態の計測装置１４は、鉄道車両９０の路線上の駅及びトンネル等の対象物の位置情報に基づいて、ＧＮＳＳ速度及び自立速度から採用速度を採用している。これにより、計測装置１４は、衛星電波を受信しやすい駅及びトンネル等の近傍以外ではＧＮＳＳ速度を採用速度として採用し、衛星電波を受信しにくい駅及びトンネル等の近傍では自立速度を採用速度として採用できる。この結果、計測装置１４は、精度の高い速度を採用速度として採用できる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

上述した各プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）またはＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）等のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよく、インターネット等のネットワークを介して提供されてもよい。

上述の実施形態では、自立速度算出部６０は、加速度センサ４２が検出した加速度データに基づいて自立速度を算出したが、自立速度の算出方法はこれに限定されない。例えば、自立速度算出部６０は、鉄道車両９０の速度発電機に設けられたセンサが検出した速度パルス信号及び鉄道車両９０の車輪の半径等に基づいて、自立速度を算出してもよい。

上述の各実施形態は、組み合わせてもよい。例えば、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態を組み合わせて、鉄道車両９０の乗務員等が、判定処理部６２による判定処理を選択してもよい。

上述の各実施形態のフローチャートのステップの順序は適宜変更してよい。

１０：制御システム、 １４：計測装置、 ２６：採用位置データ、 ２８：採用速度データ、 ２９：地図データベース、 ３８：判定装置、 ４０：地磁気センサ、 ４２：加速度センサ、 ４４：ジャイロセンサ、 ５０：位置用衛星選択部、 ５２：速度用衛星選択部（衛星選択部）、 ５４：ＧＮＳＳ位置算出部、 ５６：ＧＮＳＳ速度算出部（第１速度算出部）、 ５８：自立位置算出部、 ６０：自立速度算出部（第２速度算出部）、 ６６：判定部、 ９０：鉄道車両、 ９２：ＧＮＳＳ（測位衛星システム）、 ９４：衛星。

Claims (4)

1. 衛星測位システムの衛星からの衛星電波に基づいて鉄道車両の第１速度を算出する第１速度算出部と、
   前記鉄道車両に設置されたセンサの検出値から前記鉄道車両の第２速度を算出する第２速度算出部と、
   前記衛星電波に基づいて前記鉄道車両の位置を算出する第１位置算出部と、
   予め定められた条件に基づいて、前記第１速度及び前記第２速度のいずれかを採用するかを判定する判定部と、を備え、
   前記判定部は、時刻の異なる前記鉄道車両の位置と位置とを連結した方向ベクトルに基づいて、前記第１速度及び前記第２速度のいずれを採用するかを判定する、計測装置。
2. 前記第１速度を算出するための前記衛星を選択する衛星選択部を更に備え、
   前記判定部は、前記衛星選択部の選択結果に基づいて、前記第１速度及び前記第２速度のいずれを採用するかを判定する
   請求項１に記載の計測装置。
3. 前記衛星選択部は、前記鉄道車両の進行方向を含む速度用選択範囲内の前記衛星を、前記第１速度を算出するための前記衛星として選択する
   請求項２に記載の計測装置。
4. 前記鉄道車両の位置を算出する第２位置算出部を更に備え、
   前記判定部は、前記鉄道車両が走行する路線上の対象物の位置に関する位置情報を取得し、前記鉄道車両の位置と前記対象物の位置とに基づいて、前記第１速度及び前記第２速度のいずれを採用するかを判定する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の計測装置。

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