JP7146653B2 - 鉄道車両における列車制御システム及び地震検知システム - Google Patents
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Description
例えば、地震が発生したときの早期対策を可能とする早期防災システムとして、公益財団法人 鉄道総合技術研究所のホームページ/http://www.rtri,or,jp/rd/division/rd61/rd6110/rd61100101.htm1(非特許文献1)に記載された技術がある。この文献には、気象庁が配信する緊急地震速報を元に列車制御システムから複数の車両を連結した列車上に設置された車上制御装置に停止制御信号などを送信して、例えば、列車を緊急停止させ、走行中の列車が脱線するなどの事故を防止する早期防災システムに関する技術が開示されている。
また、特許文献1及び特許文献2では、列車の異常や事故が地震によるものであるか否かについては考慮されていない。そのため、鉄道車両の走行時の車軸・台車の異常を検知し、鉄道車両を減速または緊急停止させること、また、鉄道車両の走行時の車軸・台車の異常検知に留まる。
また、特許文献2では、列車の事故は検知できるが、事故が発生する前の地震の搖動は検知することができない。
少なくとも第1、第2鉄道車両にそれぞれ搭載された第1、第2複数の加速度検出装置と、
前記第1、第2加速度検出装置にて検出された第1、第2加速度情報を受ける車上制御装置を備え、
前記車上制御装置は、前記第1、第2加速度検出装置にて検出した第1、第2加速度情報に基づき、地震による搖動を検出する。
前記第1、第2加速度検出装置にて検出された第1、第2加速度を受け、車上設備の機器を制御する車上制御装置を備え、
前記車上制御装置は、
前記第1、第2加速度の第1、第2加速度情報に基づき、前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による揺れであるか否かを判定する機能と、
前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による揺れであるか否かを判定する機能により、前記第1、第2車両の揺れが地震による揺れであると判定したとき、前記車上設備の機器を制御する機器制御機能を有することを特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかである。
地震検出機能とは、例えば、複数の加速度装置から送信される複数の加速度の加速度情報を受信する機能、複数の加速度の加速度情報をもとに鉄道車両1、2の揺れが地震に基づくものであるか否かを検出判定する機能、地震に基づく鉄道車両1、2の揺れを検出したとき、当該揺れに応じて車上設備における各機器を制御する機能、また、検出した加速度に基づく地震情報を地上設備や記憶装置(DB)に出力する機能を含む。
そして、加速度検出装置4,5及び車上制御装置11は、鉄道車両1、2の搖動が地震によるものか否かを検出する地震検出システムを構成する。
(1)線路6上を走行する第1、第2車両1、2の第1、第2加速度を測定し、第1、第2鉄道車両1、2の進行方向(線路方向/y軸方向)以外の方向、つまり、線路6に対して直角かつ左右方向(x軸方向)、上下方向(z軸方向)の加速度を検出する機能
進行方向(線路方向)以外の加速度を検出する機能は、車上制御装置11側にて行ってもよい。この場合は、第1、第2加速度検出装置4、5におけるこの機能を省略することができる。
(2)進行方向(線路方向)以外の第1、第2加速度V4,V5の加速度発生時刻(加速度情報)をメモリ42,52に記憶する機能
(3)進行方向(線路方向)以外の第1、第2加速度V4,V5の加速度大きさ(加速度情報)をメモリ42,52に記憶する機能
(4)進行方向(線路方向)以外の第1、第2加速度V4,V5の加速度方向(加速度情報)をメモリ42,52に記憶する機能
(5)進行方向(線路方向)以外の第1、第2加速度V4,V5の加速度計番号、加速度大きさ、加速度方向を含む第1、第2加速度V4,V5の加速度情報V41、V51を車上制御装置11側に送信する機能
車上設備114は、車内報知器1141、乗務員報知器1142、制振器(ダンバー)1143、緊急停止器(ブレーキ)1144などである。
(1)第1加速度検出装置4にて検出した第1加速度V4及び第2加速度検出装置5にて検出した第2加速度V5が、予め設定された所定の加速度閾値(Vo)を超えたか否かを判定する機能
(2)第1加速度検出装置4と第2加速度検出装置5間の距離(Lc:図1参照)を算出する機能
(3)第1加速度検出装置4と第2加速度検出装置5間の距離(Lc)に応じた閾値時間(To)を算出する機能
(4)加速度閾値(Vo)を超えた閾値以上の第1加速度V4及び第2加速度V5は、閾値時間(To)内に発生したか否かを判定する機能
(5)加速度閾値(Vo)を超えた閾値以上の第1加速度の大きさと第2加速度の大きさの差は、予め設定された振幅閾値(V1)内か否かを判定する機能
加速度閾値(Vo)の設定や閾値時間(To)などについては後述する。
加速度測定処理を開始すると、第1、第2加速度検出装置4、5は、第1、第2加速度計41、51にて測定した進行方向以外の第1、第2加速度V4,V5が予め設定された加速度閾値(Vo)を超えた否かを判定する。このステップは、車上制御装置11側にて実行するものであれば、省略することができる。
判定結果、進行方向以外の第1、第2加速度が予め設定された加速度閾値(Vo)を超えていない場合(No)は、ステップS01を繰り返し、加速度閾値(Vo)を超えた場合(Yes)は、次のステップS02~ステップS05を実行する。
第1、第2加速度検出装置4、5は、第1、第2加速度V4,V5の発生時刻(加速度発生時刻)をメモリ42、52に記憶する。
次に、第1、第2加速度検出装置4、5は、第1、第2加速度V4,V5の大きさ(加速度大きさ)をメモリ42、52に記憶する。
加速度検出装置4、5は、加速度V4,V5の方向(加速度方向)をメモリ42,52に記憶する。
第1、第2加速度検出装置4、5は、第1、第2加速度検出装置4、5を識別する加速度測定機器番号、加速度発生時刻、加速度大きさ、加速度方向を含む加速度情報を、通信部43、53を介して地震検出装置111側に送信する。
以上のステップをもって加速度計測処理を終了する。
図4のフローチャートに基づく動作は以下のとおりである。本例では、第1、第2加速度計41,51にて測定した進行方向以外の第1、第2加速度が所定の加速度閾値(Vo)を超えたか否かを含めたステップを含むものとする。
制御装置1112は、地震検出処理を開始すると、地震検出処理部11122にて、第1、第2加速度検出装置4、5の加速度が所定の閾値以上の加速度を検出したか否か、例えば、進行方向以外(x軸、z軸方向)の加速度であって加速度閾値(Vo)以上の第1、第2加速度を検出したか否かを判定する。この判定は、第1、第2加速度検出装置4、5にて実施されている場合は、省略することができる。
ステップS11による判定結果、加速度閾値(Vo)以上の加速度V4,V5を検出していない場合(No)は、ステップS11を繰り替えし、加速度閾値(Vo)以上の第1、第2加速度V4,V5を検出した場合(Yes)は、ステップS12に進む。
制御装置1112は、地震検出処理部11122にて第1加速度検出装置4と第2加速度検出装置5間の距離(LC)を算出する。この距離は、予め地震検出装置111側の記憶装置1113にテーブルとして保持していれば、このテーブルに記憶された距離を用いればよく、改めて算出する必要はない。但し、第1、第2鉄道車両1、2同士の併結などで第1、第2加速度検出装置4、5間の距離(LC)が変化する場合には算出してもよい。
次いで、制御装置1112は、地震検出処理部11122にて第1、第2加速度検出装置4、5間の距離(LC)に応じた閾値時間(To)を算出する。
次に、制御装置1112は、地震検出処理部11122にて加速度閾値(Vo)以上の加速度V4,V5が閾値時間Tc内に発生したか否かを判定する。
この判定結果、加速度閾値(Vo)以上の第1、第2加速度V4,V5が閾値時間(To)内に発生していない場合(No)は、ステップS11に戻り、閾値時間(To)内に発生している場合(Yes)は、ステップS15に進む。
制御装置1112は、地震検出処理部11122にて加速度閾値(Vo)以上の第1、第2加速度V4,V5の大きさの差、つまり、第1加速度検出装置4による加速度の大きさと第2加速度検出装置5による加速度の大きさの差が振幅閾値(To)内か否かを判定する。
この判定の結果、加速度の大きさの差が振幅閾値(To)内でない場合(No)は、ステップS11に戻り、振幅閾値(To)内である場合(Yes)は、ステップS17に進む。
上述したステップS11~ステップS15にて第1、第2鉄道車両1、2や第1、第2加速度検出装置4,5の揺れが、地震による搖動であると判定したとき、制御装置1112は、地震検出処理部11122にて地震に応じた処理を実行する。
また、進行方向(y軸方向)を含む加速度を検出し、加速度閾値以上の第1加速度の方向と第2加速度の方向の差が所定の閾値内であるか否かを判定するステップを施してもよい。
まず、第1加速度検出装置4と、第2加速度検出装置5による加速度検出の時間差について説明する。
Tc = Lc/Vc
Lc = 50m、Vc = 300km/hとすると、Tc = 0.6secとなる。
Te = Lc/(Ve-Vc)
(参考文献:地震調査研究推進本部事務局https://jishin.go.jp/resource/terms/tm_seismic_wave_velocity/)
Lc = 50m, Vc = 300km/h, Ve = 3km/sとなり、Te = 0.017secとなる。
例えば、第1、第2加速度V4、V5が加速度閾値(To)を超えていない場合は、カーブ等による搖動と判断し、加速度Vが加速度閾値(To)を超えている場合は、地震による搖動と判定する。
図5は、加速度における軸定義の一例を示す図である。
x軸方向とz軸方向の加速度大きさの閾値には、過去の地震と、列車走行時の加速度を考慮して決定する。
同図から見て、z軸方向については、重力加速度があるため約10m/s2となる。x軸方向と、z軸方向については、10m/s2近辺で上下1.0m/s2以内に収まっている。
2 鉄道車両
3 連結器
4、5 加速度検出装置
41,51 加速度計
42,52 メモリ
6 線路
11 車上制御装置
111 地震検出装置
1111 通信装置
1112 制御装置
1113 記憶装置
114 車上設備
1141 車上機器
Claims (8)
- 少なくとも第1、第2鉄道車両にそれぞれ搭載され、第1、第2鉄道車両の揺れを検知したとき、第1、第2鉄道車両の第1、第2加速度を検出する第1、第2加速度検出装置と、
前記第1、第2加速度検出装置にて検出された第1、第2加速度を受け、車上設備の機器を制御する車上制御装置を備え、
前記車上制御装置は、
前記第1、第2加速度の第1、第2加速度情報に基づき、前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による揺れであるか否かを判定する機能と、
前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による揺れであるか否かを判定する機能により、前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による揺れであると判定したとき、前記車上設備の機器を制御する機器制御機能を有する列車制御システムにおいて、
前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による揺れであるか否かを判定する機能は、
前記第1、第2加速度検出装置にて検出した第1、第2加速度を受信する機能、
前記第1、第2加速度の進行方向以外の方向の大きさが予め設定された加速度閾値を検出したか否かを判定する機能、
前記第1加速度の検出時刻と前記第2加速度の検出時刻の差が閾値時間内か否かを判定する機能を有し、
前記第1、第2加速度の進行方向以外の方向の大きさが予め設定された加速度閾値以上を検出し、かつ、前記第1加速度の検出時刻と前記第2加速度の検出時刻の差が閾値時間以下の場合、前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による搖動であると判定する機能を含む
ことを特徴とする列車制御システム。 - 請求項1に記載された列車制御システムにおいて、
前記加速度閾値は、
車両、路線、運転パターン、走行位置を考慮して決定し、
前記閾値時間は、
Tc=Lc/VcとTe=Lc/(Ve-Vc)の間に設定する
但し、
Tc:特定の時点での第1鉄道車両/第1加速度検出装置が搖動する時間と、前記第2鉄道車両/前記第2加速度検出装置が搖動する時間の差
Te:地震時における特定の時点での第1鉄道車両/第1加速度検出装置が搖動する時間と、第2鉄道車両/第2加速度検出装置が搖動する時間の差
Lc:前記第1加速度検出装置と前記第2加速度検出装置間の距離
Vc:前記第1、第2鉄道車両の速度
Ve:地震波の速度
ことを特徴とする列車制御システム。 - 請求項1に記載された列車制御システムにおいて、
前記車上制御装置は、さらに、
前記第1加速度検出装置にて検出された前記加速度閾値以上の加速度の大きさと前記第2加速度検出装置にて検出された前記加速度閾値以上の加速度の大きさの差が予め設定された振幅閾値以下である場合、前記第1、第2加速度が地震による搖動であると判断する機能を含む
ことを特徴とする列車制御システム。 - 請求項1~3の何れか1項に記載された列車制御システムにおいて、
前記加速度閾値は、複数の加速度閾値からなる
ことを特徴とする列車制御システム。 - 少なくとも第1、第2鉄道車両の第1、第2加速度を検出する第1、第2加速度検出装置にて検出された第1、第2加速度を受け、前記第1又は第2鉄道車両に搭載される地震検出システムであって、
前記第1、第2加速度の第1、第2加速度情報に基づき、前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による揺れであるか否かを判定する機能を有する地震検出装置を備えた地震検出システムにおいて、
前記地震検出装置は、
前記第1、第2加速度検出装置にて検出した第1、第2加速度を受信する機能、
前記第1、第2加速度の進行方向以外の方向の大きさが予め設定された加速度閾値を検出したか否かを判定する機能、
前記第1加速度の検出時刻と前記第2加速度の検出時刻の差が閾値時間内か否かを判定する機能を有し、
前記第1、第2加速度の進行方向以外の方向の大きさが予め設定された加速度閾値以上を検出し、かつ、前記第1加速度の検出時刻と前記第2加速度の検出時刻の差が閾値時間以下の場合、前記第1、第2鉄道車両の揺れが地震による搖動であると判定する機能を含む
ことを特徴とする地震検出システム。 - 請求項5に記載された地震検出システムにおいて、
前記加速度閾値は、
車両、路線、運転パターン、走行位置を考慮して決定し、
前記閾値時間は、
Tc=Lc/VcとTe=Lc/(Ve-Vc)の間に設定する
但し、
Tc:特定の時点での第1鉄道車両/第1加速度検出装置が搖動する時間と、第2鉄道車両/第2加速度検出装置が搖動する時間の差
Te:地震時における特定の時点での第1鉄道車両/第1加速度検出装置が搖動する時間と、第2鉄道車両/第2加速度検出装置が搖動する時間の差
Lc:前記第1、第2加速度検出装置間の距離
Vc:前記第1、第2鉄道車両の速度
Ve:地震波の速度
ことを特徴とする地震検出システム。 - 請求項5に記載された地震検出システムにおいて、
前記地震検出装置は、さらに、
前記第1加速度検出装置にて検出された前記加速度閾値以上の加速度の大きさと前記第2加速度検出装置にて検出された前記加速度閾値以上の加速度の大きさの差が予め設定された振幅閾値以下である場合、前記第1、第2加速度が地震による搖動であると判断する機能を含む
ことを特徴とする地震検出システム。 - 請求項5~7の何れか1項に記載された地震検出システムにおいて、
前記加速度閾値は、複数の加速度閾値からなる
ことを特徴とする地震検出システム。
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