JP7166493B2 - 前方監視装置および前方監視方法 - Google Patents

Description

本開示は、列車の進行方向を監視する前方監視装置および前方監視方法に関する。

従来、列車が、進行方向の線路上を監視し、障害物を検出することが行われている。一般的に、障害物の検出のため列車で使用される監視装置は、列車の進行方向の全域を同じ精度で監視することはできず、検出結果の解像度などは距離に応じて変化してしまう。そのため、列車は、進行方向のどの範囲を目標にして監視するのかを設定する。特許文献１には、前方監視装置が、列車の制動距離に応じて、列車の前方に監視領域を設定する技術が開示されている。特許文献１に記載の前方監視装置は、列車の制動距離に応じて監視領域を設定することで、不必要に監視範囲を広げることなく遠方の障害物を検出しつつ、機器サイズの大型化および高コスト化を回避している。

特開２０１９－１８１９９６号公報

特許文献１に記載の前方監視装置は、路線情報、列車速度、ブレーキ性能などを考慮して制動距離を計算しているが、撮像装置で得られた画像から監視領域内に障害物があることを判定、すなわち障害物を検出して、実際にブレーキ指令を出力するまでの処理時間を考慮していない。列車はこの処理時間の間も走行している。そのため、実際に画像を取得してから列車を停止させるまでの制動距離に対して、特許文献１に記載の前方監視装置で計算される制動距離は精度が低い、という問題があった。特許文献１に記載の前方監視装置は、計算で得られる制動距離の精度が低いため、本来所望している監視領域での障害物の検出精度も低くなってしまう。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、所望の監視範囲での障害物の検出精度を向上可能な前方監視装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、列車に搭載される前方監視装置である。前方監視装置は、列車が走行する線路の位置情報および線形を示す地図情報、および列車に搭載されるブレーキ装置の性能を示すブレーキ性能情報を記憶する記憶部と、列車の列車位置情報および列車速度情報を取得する列車情報取得部と、列車の進行方向において線路上を監視する監視部と、監視部の監視結果に基づいて、線路上の障害物の有無を判定する障害物判定部と、地図情報、ブレーキ性能情報、列車位置情報、列車速度情報、および監視部が監視を行ってから障害物判定部が障害物の有無を判定するまでの処理時間を用いて、列車の制動距離を計算する制動距離計算部と、制動距離に基づいて監視距離を決定し、監視部の監視範囲を設定する監視距離決定部と、を備えることを特徴とする。

本開示によれば、前方監視装置は、所望の監視範囲での障害物の検出精度を向上できる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る前方監視装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る前方監視装置が計算する制動距離のイメージを示す第１の図 実施の形態１に係る前方監視装置が計算する制動距離のイメージを示す第２の図 実施の形態１に係る前方監視装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る前方監視装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１に係る前方監視装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態２に係る前方監視装置の構成例を示す図 実施の形態２に係る前方監視装置の動作の例を示す図 実施の形態２に係る前方監視装置の動作を示すフローチャート 実施の形態３に係る前方監視装置の構成例を示す図 実施の形態３に係る前方監視装置の動作の例を示す図 実施の形態３に係る前方監視装置の動作を示すフローチャート

以下に、本開示の実施の形態に係る前方監視装置および前方監視方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る前方監視装置１２の構成例を示す図である。前方監視装置１２は、列車１０に搭載される。列車１０は、線路２０を走行する際、前方監視装置１２を用いて進行方向の線路２０上に障害物があるか否かを監視する。列車１０は、列車制御装置１１と、前方監視装置１２と、出力装置１３と、を備える。前方監視装置１２は、列車制御装置１１および出力装置１３に接続される。前方監視装置１２は、記憶部１２１と、列車情報取得部１２２と、制動距離計算部１２３と、監視距離決定部１２４と、監視部１２５と、障害物判定部１２６と、を備える。

列車制御装置１１は、地上に設置された図示しない地上子、列車１０に搭載された図示しない車上子および速度発電機などを用いて、列車１０の位置および速度を検出する。列車制御装置１１は、検出した列車１０の位置を示す列車位置情報、および検出した列車１０の速度を示す列車速度情報を前方監視装置１２に出力する。列車制御装置１１における列車１０の位置検出方法は、従来同様の一般的なものである。

記憶部１２１は、列車１０が走行する線路２０の位置情報および勾配、カーブの有無などの線形を示す地図情報を記憶している。地図情報は、起点となる位置からのキロ程で表す方法、緯度および経度で表す方法、３次元計測された点群による座標で表す方法などがあり、これらを組み合わせて用いてもよい。また、記憶部１２１は、列車１０に搭載される図示しないブレーキ装置の性能を示すブレーキ性能情報を記憶している。ブレーキ性能情報は、例えば、列車１０のブレーキ装置がブレーキ指令を取得してから実際にブレーキをかける、すなわち減速または停止させる制御をするまでの時間を示す情報、ブレーキ出力時に列車が減速する勢いをあらわす加速度等である。

列車情報取得部１２２は、列車制御装置１１から列車１０の位置を示す列車位置情報、および列車１０の速度を示す列車速度情報を取得する。列車情報取得部１２２は、取得した列車１０の列車位置情報および列車速度情報を制動距離計算部１２３に出力する。

制動距離計算部１２３は、記憶部１２１から地図情報およびブレーキ性能情報を取得する。また、制動距離計算部１２３は、列車情報取得部１２２から列車１０の列車位置情報および列車速度情報を取得する。制動距離計算部１２３は、地図情報、ブレーキ性能情報、列車位置情報、列車速度情報、前方監視装置１２が障害物の有無を判定するまでの処理時間、およびブレーキがかかるまでの反応時間を用いて、列車１０の制動距離を計算する。処理時間は、具体的には、前方監視装置１２において、監視部１２５が監視を行ってから障害物判定部１２６が障害物の有無を判定するまでの時間として規定された時間である。反応時間は、具体的には、列車１０において、運転士が、出力装置１３から障害物が検出されたことを示す情報が出力されてから実際にブレーキをかけるまでの時間、すなわち列車１０の運転士がブレーキ装置にブレーキ指令を出力するまでの時間として規定された時間である。ここでは、列車１０に搭載されるブレーキ装置が自動ブレーキ装置ではない場合を想定している。ここで、自動ブレーキ装置とは、前方監視装置１２の出力結果に応じて、自動的にブレーキを出力する機能を備えたブレーキ装置である。処理時間および反応時間については、例えば、前方監視装置１２の製造者が設計値、実測値などから予め制動距離計算部１２３に記憶させておいてもよいし、列車１０を運行する鉄道事業者が実測値から予め制動距離計算部１２３に記憶させておいてもよい。なお、処理時間および反応時間については、記憶部１２１が記憶し、制動距離計算部１２３が記憶部１２１から読み出すようにしてもよい。制動距離計算部１２３は、計算により求めた制動距離を監視距離決定部１２４に出力する。

監視距離決定部１２４は、制動距離計算部１２３から取得した制動距離に基づいて、監視距離を決定する。監視距離は、列車１０から、列車１０の進行方向における線路２０上の距離である。本実施の形態において、監視距離決定部１２４は、制動距離計算部１２３で計算された制動距離を監視距離とする。監視距離決定部１２４は、監視距離に基づいて、監視部１２５が監視を行う監視範囲を設定する。監視範囲は、例えば、線路２０上で監視距離からの前後方向の規定された距離、および列車１０の進行方向に対する監視距離からの左右方向の規定された距離で示される範囲である。監視距離決定部１２４は、設定した監視範囲を監視部１２５に出力する。

監視部１２５は、列車１０の進行方向において線路２０上を監視する。具体的には、監視部１２５は、監視距離決定部１２４で設定され、監視距離決定部１２４から取得した監視範囲において障害物の監視を行う。監視部１２５は、監視範囲の障害物を検出可能な機器であり、例えば、２つ以上のカメラを備えたステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ（Light Detection And Ranging）、ＲＡＤＡＲ（Radio Detection And Ranging）などである。監視部１２５は、２つ以上の機器を備える構成であってもよい。なお、監視部１２５の具体的な構成は、これらに限定されない。監視部１２５は、監視範囲を監視して得られたデータから距離画像を生成し、生成した距離画像を障害物判定部１２６に出力する。距離画像は、監視部１２５が列車１０の周囲を監視した監視結果であり、２次元画像および距離情報を含んだ３次元画像の片方または両方を含む。監視部１２５は、列車１０の先頭車両に搭載される。列車１０が複数の車両で構成される場合、進行方向に応じて先頭車両が変更になるため、監視部１２５は両端の車両に搭載される。例えば、列車１０が１号車から１０号車で構成される１０両編成の場合、進行方向に応じて１号車または１０号車が先頭車両となる。この場合、監視部１２５は、列車１０の１号車および１０号車に設置される。前方監視装置１２は、列車１０の進行方向の先頭車両に設置された監視部１２５を使用する。

障害物判定部１２６は、監視部１２５の監視結果に基づいて、線路２０上の障害物の有無を判定する。具体的には、障害物判定部１２６は、監視部１２５から取得した距離画像に基づいて、列車１０の進行方向における障害物の有無を判定する。障害物判定部１２６は、距離画像に障害物が含まれると判定した場合、障害物が検出されたことを示す情報である障害物情報を生成し、生成した障害物情報を出力装置１３に出力する。障害物情報は、単に障害物が検出されたことを示すのみの情報であってもよいし、障害物が検出された位置、画像などの情報を含めてもよい。

出力装置１３は、障害物判定部１２６から障害物情報を取得した場合、列車１０の運転士などに対して障害物が検出されたことを示す情報を出力する。出力装置１３は、列車１０の運転士などに対して、モニタなどを介して障害物が検出されたことを表示してもよいし、スピーカーなどを介して障害物が検出されたことを音声で出力してもよい。また、出力装置１３は、列車１０に搭載されるブレーキ装置が自動ブレーキ装置の場合、自動ブレーキ装置に対してブレーキ指令を出力する。

つづいて、前方監視装置１２の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る前方監視装置１２が計算する制動距離Ａのイメージを示す第１の図である。図２は、線路２０を走行中の列車１０の速度の推移を示している。図２において、ｖは列車１０が制動距離Ａを計算したときの速度である。また、図２において、列車１０の進行方向は図２の左から右の方向とする。図２に示すように、制動距離Ａは、空走距離Ｂ、減速時走行距離Ｃ、および余裕距離Ｄを加算したものである。

空走距離Ｂは、第１の空走距離Δｔ_１・ｖ、第２の空走距離Δｔ_２・ｖ、および第３の空走距離Δｔ_３・ｖから構成される。第１の空走距離Δｔ_１・ｖは、前方監視装置１２において監視部１２５が監視を行ってから障害物判定部１２６が障害物の有無を判定するまでの時間Δｔ_１である処理時間の間に列車１０が走行する距離である。第２の空走距離Δｔ_２・ｖは、前方監視装置１２において列車１０の運転士が、出力装置１３から障害物が検出されたことを示す情報が出力されてから実際にブレーキをかけるまでの時間Δｔ_２である反応時間の間に列車１０が走行する距離である。第３の空走距離Δｔ_３・ｖは、列車１０のブレーキ装置がブレーキ指令を取得してから実際にブレーキをかける制御をするまでの時間Δｔ_３、すなわちブレーキ性能情報で示される時間Δｔ_３の間に列車１０が走行する距離である。

減速時走行距離Ｃは、列車１０がブレーキによって減速を開始してから実際に停止するまでの時間の間に列車１０が走行する距離である。減速時走行距離Ｃは、例えば、ブレーキ時の減速度、空気抵抗、勾配の影響などから算出する。これらは厳密に計算してもいいし、安全側に余裕を加えて計算してもよい。余裕距離Ｄは、監視部１２５の計測誤差、空転滑走などを考慮した分の距離である。余裕距離Ｄは、固定値であってもよいし、列車１０の速度に応じて変化する可変値であってもよい。制動距離計算部１２３は、余裕距離Ｄの情報を予め保持しておいてもよいし、可変値の場合は列車１０の速度ｖから計算によって求めてもよい。

前方監視装置１２において、制動距離計算部１２３は、図２に示すように、空走距離Ｂ、減速時走行距離Ｃ、および余裕距離Ｄを加算して制動距離Ａを求めることによって、制動距離Ａを計算する際の精度を向上させることができる。なお、制動距離計算部１２３は、列車１０が備えるブレーキ装置が自動ブレーキ装置であり、出力装置１３から自動ブレーキ装置にブレーキ指令が出力される場合、時間Δｔ_２である反応時間は０とみなすことができるため、第２の空走距離Δｔ_２・ｖを０としてもよい。すなわち、制動距離計算部１２３は、ブレーキがかかるまでの反応時間を用いずに、制動距離Ａを計算してもよい。列車１０が備えるブレーキ装置が自動ブレーキ装置の場合の制動距離Ａは、第１の空走距離Δｔ_１・ｖ、第３の空走距離Δｔ_３・ｖ、減速時走行距離Ｃ、および余裕距離Ｄを加算したものである。列車１０が備えるブレーキ装置が自動ブレーキ装置の場合、制動距離計算部１２３は、地図情報、ブレーキ性能情報、列車位置情報、列車速度情報、および前方監視装置１２が障害物の有無を判定するまでの処理時間を用いて、列車１０の制動距離Ａを計算する。

なお、列車１０の速度ｖについては、図２に示すような等速状態ではなく、図３に示すような加速状態を想定してもよい。図３は、実施の形態１に係る前方監視装置１２が計算する制動距離Ａのイメージを示す第２の図である。図３は、空走距離Ｂの区間で列車１０の速度が速度ｖ_１から速度ｖ_４まで上がっていること以外は、図２と同様である。なお、図３において、第１の空走距離Δｔ_１・（ｖ_１＋ｖ_２）／２、第２の空走距離Δｔ_２・（ｖ_２＋ｖ_３）／２および第３の空走距離Δｔ_３・（ｖ_３＋ｖ_４）／２で示される。ここでは、列車加速度がａで一定とし、ｖ_２＝ｖ_１＋ａΔｔ_１、ｖ_３＝ｖ_２＋ａΔｔ_２、ｖ_４＝ｖ_３＋ａΔｔ_３で表される。前方監視装置１２は、実際の走行状態にかかわらず加速状態を想定することで、より安全を確保した制動距離を算出可能となる。ここでは加速度ａを一定としたが、前方監視装置１２は、列車速度、勾配、空気抵抗などの影響を加味してもよい。また、前方監視装置１２は、制動距離計算開始時点の走行状態を加味して計算してもよい。

前方監視装置１２の動作を、フローチャートを用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る前方監視装置１２の動作を示すフローチャートである。前方監視装置１２において、制動距離計算部１２３は、記憶部１２１から地図情報およびブレーキ性能情報を取得し、列車情報取得部１２２から列車１０の列車位置情報および列車速度情報を取得する。制動距離計算部１２３は、地図情報、ブレーキ性能情報、列車位置情報、列車速度情報、前方監視装置１２が障害物の有無を判定するまでの処理時間、およびブレーキがかかるまでの反応時間を用いて、列車１０の制動距離Ａを計算する（ステップＳ１１）。制動距離計算部１２３は、計算により求めた制動距離Ａを監視距離決定部１２４に出力する。

監視距離決定部１２４は、制動距離計算部１２３から取得した制動距離Ａに基づいて、監視距離を決定する（ステップＳ１２）。監視距離決定部１２４は、監視距離に基づいて、監視部１２５の監視範囲を設定する（ステップＳ１３）。監視距離決定部１２４は、設定した監視範囲を監視部１２５に出力する。

監視部１２５は、監視距離決定部１２４から取得した監視範囲で障害物の監視を行う（ステップＳ１４）。監視部１２５は、監視して得られたデータから距離画像を生成し、監視結果として、生成した距離画像を障害物判定部１２６に出力する。

障害物判定部１２６は、監視部１２５から距離画像を取得し、障害物を検出したか否かを判定する（ステップＳ１５）。障害物を検出した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、障害物判定部１２６は、障害物情報を出力装置１３に出力する（ステップＳ１６）。前方監視装置１２は、ステップＳ１１に戻って上記動作を繰り返し実施する。障害物を検出しなかった場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、前方監視装置１２は、ステップＳ１１に戻って上記動作を繰り返し実施する。

なお、前方監視装置１２では、障害物判定部１２６における障害物の判定において、鳥など、すぐに移動してしまう可能性のある動物などについては、不要なブレーキ操作を回避するため、障害物であることを判定するまでに時間をかけたい場合も想定される。時間をかけたい場合とは、例えば、障害物判定部１２６が、監視部１２５からの複数回の監視によって得られた複数の距離画像を用いて判定の精度を向上させたい場合である。不要なブレーキ操作があった場合、列車１０の乗客の乗り心地が悪化する可能性がある。また、不要なブレーキ操作があった場合、次駅への到着が遅延する可能性がある。一方で、前方監視装置１２は、実際に障害物であった場合にブレーキ操作が遅れる事態を回避したい。ブレーキ操作が遅れた場合、列車１０が障害物に接触する可能性がある。そのため、障害物判定部１２６は、監視部１２５の監視結果に障害物の候補となる物体を検出し、複数回の監視結果に基づいて障害物の有無を判定する必要があると判断した場合、ブレーキ装置に対して、その後実際にブレーキを出力する必要が生じたときのブレーキ指令から実際のブレーキを出力するまでの時間Δｔ_３を短縮するために初込め圧をかける制御を行う、または力行を禁止する、もしくは弱ブレーキ制御を行うように、出力装置１３に対して障害物情報を出力してもよい。これにより、前方監視装置１２は、不要なブレーキ操作を回避しつつ、実際に障害物であった場合にブレーキ操作が遅れる事態を回避することができる。すなわち、前方監視装置１２は、列車１０の乗客の乗り心地が悪化すること、及び、次駅到着が遅延する事態を回避しつつ、列車１０が障害物に接触する事態を回避することができる。

つづいて、前方監視装置１２のハードウェア構成について説明する。前方監視装置１２において、記憶部１２１はメモリである。監視部１２５はステレオカメラ、ＬＩＤＡＲなどのセンサである。列車情報取得部１２２、制動距離計算部１２３、監視距離決定部１２４、および障害物判定部１２６は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

図５は、実施の形態１に係る前方監視装置１２が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、前方監視装置１２の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、前方監視装置１２の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、前方監視装置１２の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図６は、実施の形態１に係る前方監視装置１２が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図６に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。前方監視装置１２の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。

なお、前方監視装置１２の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、前方監視装置１２において、制動距離計算部１２３は、記憶部１２１から地図情報およびブレーキ性能情報を取得し、列車情報取得部１２２から列車１０の列車位置情報および列車速度情報を取得する。制動距離計算部１２３は、地図情報、ブレーキ性能情報、列車位置情報、列車速度情報、前方監視装置１２が障害物の有無を判定するまでの処理時間、およびブレーキがかかるまでの反応時間を用いて、列車１０の制動距離Ａを計算する。監視距離決定部１２４は、制動距離計算部１２３で計算された制動距離Ａに基づいて監視距離を決定し、監視部１２５の監視範囲を設定することとした。制動距離計算部１２３は、空走距離Ｂを考慮することによって、制動距離Ａを計算する際の精度を向上させることができる。これにより、前方監視装置１２は、制動距離Ａの周辺、すなわち所望の監視範囲での障害物の検出精度を向上させることができる。また、前方監視装置１２は、制動距離Ａに基づく監視範囲よりも遠方を監視しないことによって、無駄な監視を回避し、監視の際の演算量を低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、前方監視装置は、さらに、列車の停止限界点の情報を用いて、監視距離を決定する。

図７は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの構成例を示す図である。前方監視装置１２ａは、列車１０ａに搭載される。列車１０ａは、線路２０を走行する際、前方監視装置１２ａを用いて進行方向の線路２０上に障害物があるか否かを監視する。列車１０ａは、列車制御装置１１と、前方監視装置１２ａと、出力装置１３と、車上通信部１４と、車上保安装置１５と、を備える。前方監視装置１２ａは、列車制御装置１１、出力装置１３、および車上保安装置１５に接続される。また、列車１０ａは、地上通信部２２を介して、地上保安装置２１と接続する。

地上保安装置２１は、列車１０ａおよび図示しない他の列車から各列車の位置情報を収集して、列車１０ａおよび他の列車の間隔を管理する。地上保安装置２１は、各列車の位置情報などに基づいて、各列車の停止限界点を計算する。地上保安装置２１は、計算により求めた停止限界点を、地上通信部２２を介して各列車に送信する。地上通信部２２は、地上保安装置２１から取得した停止限界点を、無線通信によって、各列車に送信する。列車１０ａにおいて、車上通信部１４は、地上通信部２２を介して地上保安装置２１から停止限界点を受信する。車上通信部１４は、受信した停止限界点を車上保安装置１５に出力する。車上保安装置１５は、車上通信部１４から取得した停止限界点を、前方監視装置１２ａの列車情報取得部１２２ａに出力する。

ここで、列車１０ａおよび地上保安装置２１がＣＢＴＣ（Communications Based Train Control）のシステムを構成している場合、地上保安装置２１は、無線通信装置である地上通信部２２から停止限界点を送信する。列車１０ａでは、無線通信装置である車上通信部１４が、停止限界点を受信する。また、列車１０ａおよび地上保安装置２１がＡＴＣ（Automatic Train Control）のシステムを構成している場合、地上保安装置２１は、線路２０を介して地上通信部２２から停止限界点を送信する。列車１０ａでは、受電器である車上通信部１４が、線路２０から停止限界点を受信する。また、列車１０ａおよび地上保安装置２１がＡＴＳ－Ｐ（Pattern制御式 Automatic Train Stop）のシステムを構成している場合、地上保安装置２１は、地上子である地上通信部２２から停止限界点を送信する。列車１０ａでは、車上子である車上通信部１４が、停止限界点を受信する。

前方監視装置１２ａの構成について説明する。前方監視装置１２ａは、図１に示す実施の形態１の前方監視装置１２に対して、列車情報取得部１２２および監視距離決定部１２４を、列車情報取得部１２２ａおよび監視距離決定部１２４ａに置き換えたものである。

列車情報取得部１２２ａは、実施の形態１の列車情報取得部１２２の機能に加えて、列車１０ａに搭載される車上保安装置１５から停止限界点を取得する機能を有する。列車情報取得部１２２ａは、車上保安装置１５から取得した停止限界点を、監視距離決定部１２４ａに出力する。

監視距離決定部１２４ａは、制動距離計算部１２３から取得した制動距離Ａ、および列車情報取得部１２２ａから取得した停止限界点に基づいて、監視距離を決定する。例えば、監視距離決定部１２４ａは、制動距離Ａで示される位置が停止限界点で示される位置より列車１０ａに近い場合、制動距離Ａを監視距離とする。監視距離決定部１２４ａは、停止限界点で示される位置が制動距離Ａで示される位置より列車１０ａに近い場合、列車１０ａから停止限界点で示される位置までの距離を監視距離とする。

つづいて、前方監視装置１２ａの動作について説明する。図８は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの動作の例を示す図である。図８において、Ｘは停止限界点を示している。前方監視装置１２ａが実施の形態１の図２に示すように空走距離Ｂを考慮して制動距離Ａを計算した場合、列車１０ａから見て停止限界点Ｘよりも制動距離Ａで示される位置の方が遠方になることも想定される。しかしながら、列車１０ａは、地上保安装置２１が列車１０ａおよび他の列車３０の位置関係から計算した停止限界点Ｘまでに停止する必要がある。この場合、制動距離Ａにおいて、停止限界点Ｘより遠方の部分は実際には列車１０ａは走行しない。そのため、監視距離決定部１２４ａは、前述のように、停止限界点Ｘが制動距離Ａで示される位置より列車１０ａに近い場合、停止限界点Ｘまでの距離を監視距離とする。

前方監視装置１２ａの動作を、フローチャートを用いて説明する。図９は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの動作を示すフローチャートである。前方監視装置１２ａにおいて、列車情報取得部１２２ａは、車上保安装置１５から停止限界点Ｘを取得する（ステップＳ２１）。列車情報取得部１２２ａは、取得した停止限界点Ｘを監視距離決定部１２４ａに出力する。

制動距離計算部１２３は、記憶部１２１から地図情報およびブレーキ性能情報を取得し、列車情報取得部１２２ａから列車１０ａの列車位置情報および列車速度情報を取得する。制動距離計算部１２３は、地図情報、ブレーキ性能情報、列車位置情報、列車速度情報、前方監視装置１２ａが障害物の有無を判定するまでの処理時間、およびブレーキがかかるまでの反応時間を用いて、列車１０ａの制動距離Ａを計算する（ステップＳ２２）。制動距離計算部１２３は、計算により求めた制動距離Ａを監視距離決定部１２４ａに出力する。

監視距離決定部１２４ａは、制動距離計算部１２３から制動距離Ａを取得し、列車情報取得部１２２ａから停止限界点Ｘを取得する。監視距離決定部１２４ａは、制動距離Ａ、および停止限界点Ｘに基づいて、監視部１２５の監視距離を決定する（ステップＳ２３）。監視距離決定部１２４ａは、監視距離に基づいて、監視部１２５の監視範囲を設定する（ステップＳ２４）。監視距離決定部１２４ａは、設定した監視範囲を監視部１２５に出力する。

監視部１２５は、監視距離決定部１２４ａから取得した監視範囲で障害物の監視を行う（ステップＳ２５）。監視部１２５は、監視して得られたデータから距離画像を生成し、生成した距離画像を障害物判定部１２６に出力する。

障害物判定部１２６は、監視部１２５から距離画像を取得し、障害物を検出したか否かを判定する（ステップＳ２６）。障害物を検出した場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、障害物判定部１２６は、障害物情報を出力装置１３に出力する（ステップＳ２７）。前方監視装置１２ａは、ステップＳ２１に戻って上記動作を繰り返し実施する。障害物を検出しなかった場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）、前方監視装置１２ａは、ステップＳ２１に戻って上記動作を繰り返し実施する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、前方監視装置１２ａにおいて、監視距離決定部１２４ａは、制動距離Ａおよび停止限界点Ｘに基づいて監視距離を決定し、監視範囲を設定することとした。これにより、前方監視装置１２ａは、実施の形態１と比較して、制動距離Ａの周辺、すなわち所望の監視範囲での障害物の検出精度をさらに向上させることができる。また、前方監視装置１２ａは、実施の形態１と比較して、制動距離Ａおよび停止限界点Ｘに基づく監視範囲よりも遠方を監視しないことによって、無駄な監視を回避し、監視の際の演算量をさらに低減することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、前方監視装置は、さらに、列車の駅停止位置、または駅などの停止位置までの残走距離の情報を用いて、監視距離を決定する。

図１０は、実施の形態３に係る前方監視装置１２ｂの構成例を示す図である。前方監視装置１２ｂは、列車１０ｂに搭載される。列車１０ｂは、線路２０を走行する際、前方監視装置１２ｂを用いて進行方向の線路２０上に障害物があるか否かを監視する。列車１０ｂは、列車制御装置１１と、前方監視装置１２ｂと、出力装置１３と、車上子１６と、ＡＴＯ（Automatic Train Operation）装置１７と、を備える。前方監視装置１２ｂは、列車制御装置１１、出力装置１３、およびＡＴＯ装置１７に接続される。また、列車１０ｂは、地上子２３と接続する。

地上子２３は、列車１０ｂに対して、駅停止位置、または駅などの停止位置までの残走距離を無線通信によって送信する。駅停止位置は、列車１０ｂが駅に到着した際に停止する位置である。残走距離は、列車１０ｂが駅などに停止する場合の停止位置までの残りの距離である。車上子１６は、地上子２３から無線通信によって、駅停止位置または残走距離を受信する。車上子１６は、受信した駅停止位置または残走距離をＡＴＯ装置１７に出力する。自動列車運転装置であるＡＴＯ装置１７は、車上子１６から取得した駅停止位置または残走距離を、前方監視装置１２ｂの列車情報取得部１２２ｂに出力する。

前方監視装置１２ｂの構成について説明する。前方監視装置１２ｂは、図１に示す実施の形態１の前方監視装置１２に対して、列車情報取得部１２２および監視距離決定部１２４を、列車情報取得部１２２ｂおよび監視距離決定部１２４ｂに置き換えたものである。

列車情報取得部１２２ｂは、実施の形態１の列車情報取得部１２２の機能に加えて、列車１０ｂに搭載されるＡＴＯ装置１７から駅停止位置または残走距離を取得する機能を有する。なお、駅停止位置については記憶部１２１が記憶しておき、列車情報取得部１２２ｂは、記憶部１２１から駅停止位置を読み出して取得してもよい。列車情報取得部１２２ｂは、ＡＴＯ装置１７から取得した駅停止位置または残走距離を、監視距離決定部１２４ｂに出力する。

監視距離決定部１２４ｂは、制動距離計算部１２３から取得した制動距離Ａ、および列車情報取得部１２２ｂから取得した駅停止位置または残走距離に基づいて、監視距離を決定する。例えば、監視距離決定部１２４ｂは、制動距離Ａで示される位置が駅停止位置または残走距離で示される位置より列車１０ｂに近い場合、制動距離Ａを監視距離とする。監視距離決定部１２４ｂは、駅停止位置または残走距離で示される位置が制動距離Ａで示される位置より列車１０ｂに近い場合、列車１０ｂから駅停止位置または残走距離で示される位置までの距離を監視距離とする。

つづいて、前方監視装置１２ｂの動作について説明する。図１１は、実施の形態３に係る前方監視装置１２ｂの動作の例を示す図である。図１１において、Ｙは駅停止位置を示し、Ｚは残走距離を示している。前方監視装置１２ｂが実施の形態１の図２に示すように空走距離Ｂを考慮して制動距離Ａを計算した場合、列車１０ｂから見て駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚで示される位置よりも制動距離Ａで示される位置の方が遠方になることも想定される。しかしながら、列車１０ｂは、駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚで示される位置までに停止する必要がある。この場合、制動距離Ａにおいて、駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚで示される位置より遠方の部分は実際には列車１０ｂは走行しない。そのため、監視距離決定部１２４ｂは、前述のように、駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚで示される位置が制動距離Ａで示される位置より列車１０ｂに近い場合、駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚで示される位置までの距離を監視距離とする。

前方監視装置１２ｂの動作を、フローチャートを用いて説明する。図１２は、実施の形態３に係る前方監視装置１２ｂの動作を示すフローチャートである。前方監視装置１２ｂにおいて、列車情報取得部１２２ｂは、ＡＴＯ装置１７から駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚを取得する（ステップＳ３１）。列車情報取得部１２２ｂは、取得した駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚを監視距離決定部１２４ｂに出力する。

制動距離計算部１２３は、記憶部１２１から地図情報およびブレーキ性能情報を取得し、列車情報取得部１２２ｂから列車１０ｂの列車位置情報および列車速度情報を取得する。制動距離計算部１２３は、地図情報、ブレーキ性能情報、列車位置情報、列車速度情報、前方監視装置１２ｂが障害物の有無を判定するまでの処理時間、およびブレーキがかかるまでの反応時間を用いて、列車１０ｂの制動距離Ａを計算する（ステップＳ３２）。制動距離計算部１２３は、計算により求めた制動距離Ａを監視距離決定部１２４ｂに出力する。

監視距離決定部１２４ｂは、制動距離計算部１２３から制動距離Ａを取得し、列車情報取得部１２２ｂから駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚを取得する。監視距離決定部１２４ｂは、制動距離Ａ、および駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚに基づいて、監視部１２５の監視距離を決定する（ステップＳ３３）。監視距離決定部１２４ｂは、監視距離に基づいて、監視部１２５の監視範囲を設定する（ステップＳ３４）。監視距離決定部１２４ｂは、設定した監視範囲を監視部１２５に出力する。

監視部１２５は、監視距離決定部１２４ｂから取得した監視範囲で障害物の監視を行う（ステップＳ３５）。監視部１２５は、監視して得られたデータから距離画像を生成し、生成した距離画像を障害物判定部１２６に出力する。

障害物判定部１２６は、監視部１２５から距離画像を取得し、障害物を検出したか否かを判定する（ステップＳ３６）。障害物を検出した場合（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、障害物判定部１２６は、障害物情報を出力装置１３に出力する（ステップＳ３７）。前方監視装置１２ｂは、ステップＳ３１に戻って上記動作を繰り返し実施する。障害物を検出しなかった場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）、前方監視装置１２ｂは、ステップＳ３１に戻って上記動作を繰り返し実施する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、前方監視装置１２ｂにおいて、監視距離決定部１２４ｂは、制動距離Ａ、および駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚに基づいて監視距離を決定し、監視範囲を設定することとした。これにより、前方監視装置１２ｂは、実施の形態１と比較して、制動距離Ａの周辺、すなわち所望の監視範囲での障害物の検出精度をさらに向上させることができる。また、前方監視装置１２ｂは、実施の形態１と比較して、制動距離Ａ、および駅停止位置Ｙまたは残走距離Ｚに基づく監視範囲よりも遠方を監視しないことによって、無駄な監視を回避し、監視の際の演算量をさらに低減することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ 列車、１１ 列車制御装置、１２，１２ａ，１２ｂ 前方監視装置、１３ 出力装置、１４ 車上通信部、１５ 車上保安装置、１６ 車上子、１７ ＡＴＯ装置、２０ 線路、２１ 地上保安装置、２２ 地上通信部、２３ 地上子、３０ 他の列車、１２１ 記憶部、１２２，１２２ａ，１２２ｂ 列車情報取得部、１２３ 制動距離計算部、１２４，１２４ａ，１２４ｂ 監視距離決定部、１２５ 監視部、１２６ 障害物判定部、Ａ 制動距離、Ｂ 空走距離、Ｃ 減速時走行距離、Ｄ 余裕距離、Ｘ 停止限界点、Ｙ 駅停止位置、Ｚ 残走距離。

Claims (18)

1. 列車に搭載される前方監視装置であって、
   前記列車が走行する線路の位置情報および線形を示す地図情報、および前記列車に搭載されるブレーキ装置の性能を示すブレーキ性能情報を記憶する記憶部と、
   前記列車の列車位置情報および列車速度情報を取得する列車情報取得部と、
   前記列車の進行方向において前記線路上を監視する監視部と、
   前記監視部の監視結果に基づいて、前記線路上の障害物の有無を判定する障害物判定部と、
   前記地図情報、前記ブレーキ性能情報、前記列車位置情報、前記列車速度情報、および前記監視部が監視を行ってから前記障害物判定部が障害物の有無を判定するまでの処理時間を用いて、前記列車の制動距離を計算する制動距離計算部と、
   前記制動距離に基づいて監視距離を決定し、前記監視部の監視範囲を設定する監視距離決定部と、
   を備えることを特徴とする前方監視装置。
2. 前記列車情報取得部は、前記列車に搭載される車上保安装置から前記列車の停止限界点を取得し、
   前記監視距離決定部は、前記制動距離および前記停止限界点に基づいて、監視距離を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の前方監視装置。
3. 前記監視距離決定部は、前記停止限界点で示される位置が前記制動距離で示される位置より前記列車に近い場合、前記列車から前記停止限界点で示される位置までの距離を前記監視距離とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の前方監視装置。
4. 前記列車情報取得部は、前記列車に搭載される自動列車運転装置から前記列車の駅停止位置または駅停止位置までの距離を示す残走距離の情報を取得し、
   前記監視距離決定部は、前記制動距離、および前記駅停止位置または前記残走距離に基づいて、前記監視部の監視距離を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の前方監視装置。
5. 前記監視距離決定部は、前記駅停止位置または前記残走距離で示される位置が前記制動距離で示される位置より前記列車に近い場合、前記列車から前記駅停止位置または前記残走距離で示される位置までの距離を前記監視距離とする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の前方監視装置。
6. 前記ブレーキ装置が自動ブレーキ装置ではない場合、
   前記制動距離計算部は、さらに、前記列車の運転士が前記ブレーキ装置にブレーキ指令を出力するまでの規定された反応時間の情報を用いて、前記制動距離を計算する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の前方監視装置。
7. 前記監視部は、前記監視距離決定部で設定された前記監視範囲において監視を行う、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の前方監視装置。
8. 前記障害物判定部は、前記監視結果に前記障害物の候補となる物体を検出し、複数回の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する必要があると判断した場合、前記ブレーキ装置に対して初込め圧をかける制御を行う、または力行を禁止する制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の前方監視装置。
9. 前記列車速度情報で示される前記列車の速度は、前記制動距離計算部が前記列車の制動距離を計算する時点で等速状態または加速状態である、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の前方監視装置。
10. 列車に搭載される前方監視装置における前方監視方法であって、
    列車情報取得部が、前記列車の列車位置情報および列車速度情報を取得する列車情報取得ステップと、
    監視部が、前記列車の進行方向において線路上を監視する監視ステップと、
    障害物判定部が、前記監視部の監視結果に基づいて、前記線路上の障害物の有無を判定する障害物判定ステップと、
    制動距離計算部が、前記列車が走行する前記線路の位置情報および線形を示す地図情報、前記列車に搭載されるブレーキ装置の性能を示すブレーキ性能情報、前記列車位置情報、前記列車速度情報、および前記監視部が監視を行ってから前記障害物判定部が障害物の有無を判定するまでの処理時間を用いて、前記列車の制動距離を計算する制動距離計算ステップと、
    監視距離決定部が、前記制動距離に基づいて監視距離を決定し、前記監視部の監視範囲を設定する監視距離決定ステップと、
    を含むことを特徴とする前方監視方法。
11. 前記列車情報取得ステップにおいて、前記列車情報取得部は、前記列車に搭載される車上保安装置から前記列車の停止限界点を取得し、
    前記監視距離決定ステップにおいて、前記監視距離決定部は、前記制動距離および前記停止限界点に基づいて、監視距離を決定する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の前方監視方法。
12. 前記監視距離決定ステップにおいて、前記監視距離決定部は、前記停止限界点で示される位置が前記制動距離で示される位置より前記列車に近い場合、前記列車から前記停止限界点で示される位置までの距離を前記監視距離とする、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の前方監視方法。
13. 前記列車情報取得ステップにおいて、前記列車情報取得部は、前記列車に搭載される自動列車運転装置から前記列車の駅停止位置または駅停止位置までの距離を示す残走距離の情報を取得し、
    前記監視距離決定ステップにおいて、前記監視距離決定部は、前記制動距離、および前記駅停止位置または前記残走距離に基づいて、前記監視部の監視距離を決定する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の前方監視方法。
14. 前記監視距離決定ステップにおいて、前記監視距離決定部は、前記駅停止位置または前記残走距離で示される位置が前記制動距離で示される位置より前記列車に近い場合、前記列車から前記駅停止位置または前記残走距離で示される位置までの距離を前記監視距離とする、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の前方監視方法。
15. 前記ブレーキ装置が自動ブレーキ装置ではない場合、
    前記制動距離計算ステップにおいて、前記制動距離計算部は、さらに、前記列車の運転士が前記ブレーキ装置にブレーキ指令を出力するまでの規定された反応時間の情報を用いて、前記制動距離を計算する、
    ことを特徴とする請求項１０から１４のいずれか１つに記載の前方監視方法。
16. 前記監視ステップにおいて、前記監視部は、前記監視距離決定部で設定された前記監視範囲において監視を行う、
    ことを特徴とする請求項１０から１５のいずれか１つに記載の前方監視方法。
17. 前記障害物判定ステップにおいて、前記障害物判定部は、前記監視結果に前記障害物の候補となる物体を検出し、複数回の監視結果に基づいて前記障害物の有無を判定する必要があると判断した場合、前記ブレーキ装置に対して初込め圧をかける制御を行う、または力行を禁止する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１０から１６のいずれか１つに記載の前方監視方法。
18. 前記列車速度情報で示される前記列車の速度は、前記制動距離計算ステップにおいて、前記制動距離計算部が前記列車の制動距離を計算する時点で等速状態または加速状態である、
    ことを特徴とする請求項１０から１７のいずれか１つに記載の前方監視方法。

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