JP7300821B2 - 位置推定装置、位置推定方法、位置推定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、位置推定装置、位置推定方法及び位置推定プログラムに関する。

近年、列車の運行については、運行ダイヤの過密化やホームドアの整備に伴う停止位置の厳密化が求められている。また、乗務員負担の低減や人件費の削減を目的として自動列車運転（ATO：Automatic Train Operation）装置の導入が進められている。ＡＴＯ装置は、線路内の地上に設置され、位置情報を地上子から車上に設置された車上子と呼ばれる装置に送信し、車上子が受信した位置情報をもとに自列車の現在位置を推定する装置である。地上子を用いた方法は耐環境性が高く、現在位置の推定精度が高いといった利点を有する一方、地上子や車上子の装置コストが高く、地上子の設置コストや維持コストも高いといった課題を有している。

特許文献１には、「列車定位置停止制御装置として、列車の速度及び現在位置を算出する速度・位置算出手段と、駅構内に設置された対象物と列車との相対距離を算出する相対距離算出手段とを備え、速度・位置算出手段は、相対距離算出手段から入力した相対距離の情報及び対象物の位置情報から列車の現在位置を算出する。」との記載がある。

特開２０１８－０１９４７０号公報

上記の特許文献１においては、列車の車両がどの路線のどの駅間のどの線路を走行しているかを把握した上で、車両がその線路のどの位置に存在するかを推定する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１の発明は、列車の車両がどの路線上で、どの駅間のどの線路を走行しているかの情報は既知であるとの前提としている。このため、例えば、車両の電源を立ち上げたときなどのように、車両がどの路線のどの駅間のどの線路に存在するかが不明の場合には、自己の位置を推定することができない場合がある。また、列車が自車の存在する路線の隣の路線の地上目標物を自車の存在する線路の地上目標物と誤認識した場合には、誤った位置を自己位置として認識してしまう可能性があった。

そこで、本発明は、路線の周囲に設置された識別子の位置情報と、当該識別子に対する列車の相対位置情報とから、地上子を用いなくとも、車両の自己位置を精度高く推定することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の位置推定装置の一つは、路線の周囲に設置された識別子を用いて列車の位置を推定する位置推定装置であって、前記識別子は、第一識別子と第二識別子とを含み、前記位置推定装置は、前記識別子の位置を示す識別子位置情報と、路線本数に関する属性情報（以下「属性情報」という）と、前記識別子に対する前記列車の相対位置を示す相対位置情報と、路線の情報を示す路線情報とを取得するセンサ部と、前記属性情報に基づいて、路線が単線であるか否かを判定する判定部と、前記識別子位置情報と、前記相対位置情報と、前記路線情報とに基づいて、前記列車の位置を推定する列車位置推定部とを備え、前記判定部が、路線は単線であると判定した場合には、前記列車位置推定部は、前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定し、前記判定部が、路線は単線ではないと判定した場合には、前記列車位置推定部は、前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の第一相対位置情報と、前記第二識別子の位置情報と、前記第二識別子に対する前記列車の第二相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することを特徴とする位置推定装置。

本発明によれば、地上子を用いなくとも、車両の自己位置を推定することができる。
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にされる。

従来の自動列車運転システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る位置推定装置の機能構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る識別子に含まれる情報を示すテーブルである。 本発明の実施例１に係る路線情報を示すテーブルの一例である。 本発明の実施例１に係るセンサデータ処理部の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る相対距離の算出方法の一例を示す図である。 本発明の実施例１に係る相対距離の算出における識別子の面積と、識別子と列車の相対距離の関係を示す図である。 本発明の実施例１に係る相対距離の算出方法の一例を示す図である。 本発明の実施例１に係る相対距離の算出における識別子の重心位置と、識別子と列車の相対距離の関係を示す図である。 本発明の実施例１に係る自己位置推定の処理の概念を示す図である。 本発明の実施例２に係る位置推定装置の機能構成を示す図である。 本発明の実施例２に係るセンサデータ処理部の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る自己位置推定の処理の概念を示す図である。

以下、図面を参照して、従来例及び本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

まず、図１を参照して、従来の自動列車運転システム１００の全体構成について説明する。
なお、以下では、列車を一例として本発明を説明するが、本発明は列車に限定されるものではない。本発明は列車を移動体と読み替えることによって、列車以外の自動車やバス、モノレール等の移動体に適用することができる。
図１は、自動列車運転システム１００の全体構成を示す図である。図１に示されるように、自動列車運転システム１００は、速度発電機１０１と、速度算出装置１０２と、位置推定装置１０３と、自動列車運転装置１０４と、車両情報制御装置１０５と、制駆動制御装置１０６とを含む。
なお、これらの装置は、以下に説明する機能を発揮できればよく、その形態は以下で説明されるものに限定されない。例えば、自動列車運転システム１００は、独立したハードウエアとして実現されてもよく、自動列車運転システム１００におけるＣＰＵ、メモリ、ＲＡＭ（例示せず）によって実行されるソフトウエアモジュールとして実現されてもよい。

速度算出装置１０２は、車輪軸に設置された速度発電機１０１から、車軸の回転速度に対応する速度信号を取得し、当該速度信号と車輪径とから車両速度を算出する装置である。また、後述するように、位置推定装置１０３は、路線の周囲に設置された１つ以上の識別子の位置情報と、それぞれの識別子と列車の相対位置（相対距離）の情報から自己位置を推定する装置である。なお、識別子が認識できない場合には、位置推定装置１０３は、出発駅の位置情報と車両速度の積算値から自己位置を算出する構成とすることも可能である。

自動列車運転装置１０４は、計画機能を有する計画部（例示せず）及び追従機能を有する追従部（例示せず）から構成される。ここでの計画機能とは、予め保持する駅停止位置までの車両速度パターンに対し、現在の車両位置を照らし合わせて目標速度を算出する機能である。また、追従機能とは、目標速度と現在の車両速度との速度偏差を入力し、出力すべき制駆動力を算出する機能である。自動列車運転装置１０４は、この算出した制駆動力を制御指令に含めて、車両情報制御装置１０５及び制駆動制御装置１０６に出力する装置である。

そして、一般的な自動列車運転システムでは、電源遮断時には、自己位置を記憶しないことが多く、この場合には、電源を立上げた際に、列車の下に地上子がない場合には、自己位置が不明になることがある。また、電源を遮断した際の自己位置を記憶している場合であっても、電源遮断中に車両を移動させる場合には、電源立上げ時の自己位置が電源遮断時の自己位置と一致しないため、やはり、電源を立上げた際に自己位置が不明になる。
このため、多くの従来の自動列車運転装置では、電源立上げ後は、低速で走行し地上子からの位置情報を受信して初めて自己位置が推定されることとなる。

上記の問題を解決するために、本発明は、路線の周囲に設置される少なくとも１つの識別子の位置情報と、当該識別子に対する列車の相対位置情報（以下では、相対距離という）を用いて、電源立上げ時の自己位置が不明な状態であっても、地上子を用いなくとも、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することができる。

次に、図２～図４を参照して、本発明の実施例１に係る位置推定について説明する。なお、実施例１は、複数の識別子（例えば、第一識別子と第二識別子）を用いて列車の位置を推定する実施形態に関するものであり、実施例２は、１つの識別子を用いて列車の位置を推定する実施形態に関するものである。

本発明における実施例１では、路線の周囲に設置される複数の識別子と、それぞれの識別子と列車の相対距離から、列車の自己位置を推定する位置推定装置について説明する。
ここで、周囲とは、路線の脇（左側、右側、またはその両方）、路線上、路線内などを含む意味で使われており、センサ部によって容易に認識できる範囲であれば、識別子の設置個所は特に限定されない。

次に、図２Ａを参照して、本発明の実施例１に係る位置推定装置２００の機能構成について説明する。

図２Ａは、本発明の実施例１における位置推定装置２００の機能構成を示す図である。位置推定装置２００は、センサ部２０１と、センサデータ処理部２０２と、路線情報保持部２０３と、列車位置推定部２０４と、判定部２０６からなる。位置推定装置２００は、列車の自己位置を推定し、自動列車運転装置（図示せず）の制御指令算出部に推定した自己位置を出力する装置である。

図２Ａに示されるように、路線の周辺には、複数の識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）（例えば、第一識別子と第二識別子）が設置される。これらの識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）には、その識別子の位置情報（緯度、経度、標高など）や、路線本数に関する属性情報（以下、「属性情報」という）が埋め込まれている。この属性情報とは、路線が単線か否かのみを示す情報（０、１のバイナリー情報など）であってもよく、路線の本数（１本、２本）を示す情報であってもよい。図２Ｂには、識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）に含まれる情報の一例が示される。例えば、図２Ｂに示されるように、識別子を一意に識別する識別子ＩＤ情報２１１と、経度２１３と、緯度２１５と、路線本数に関する属性情報２１７とが、識別子ごとに格納されている。なお、本発明はこれに限定されず、緯度と経度の情報のみが識別子に含まれる構成にしてもよい（この場合、属性情報は図２Ａに示される路線情報保持部２０３に格納されてもよい）。
また、位置推定装置２００は、センサ部２０１を用いて、路線の周囲に設置される識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）とから、当該識別子の位置情報及び・又は属性情報を取得する。その後、位置推定装置２００は、識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）の位置情報及び／又は属性情報と、路線情報と、それぞれの識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）と列車との相対距離とに基づいて、列車の自己位置を計算する。

ここでの識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）とは、特定の地点を定量的に示す情報を含むものであり、一例として、路線の周囲に設置される、二次元バーコードからなる標識などであってもよい。これらの識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）は、路線の特定の地点（分岐点、合流点、駅）に設置されてもよく、所定の距離間隔（例えば、５０メートル、１００メートルなど）で設置されてもよい。

本発明の実施例１では、位置推定装置２００は、自動列車運転装置（例えば、図１で示す自動列車運転装置１０４）とは別に実装した例で示されているが、位置推定装置２００は自動列車運転装置内に実装されていてもよい。また、自己位置の出力先も自動列車運転装置に限定されるものではない。つまり、本発明では、自己位置の実装位置や推定した自己位置の出力先は特に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

センサ部２０１は、路線の周囲に設置される識別子２０５（Ａ）、２０５（Ｂ）から、識別子の位置情報（緯度、経度、標高）及び／又は属性情報等のセンサデータを取得するセンサである。一例として、センサ部２０１は好ましくはカメラであるが、センサ部２０１はカメラに限定されない。例えば、センサ部２０１は、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）の受信モジュールや赤外線の受信モジュールなどであってもよく、識別子から位置情報を取得できればその種類は問わない。
なお、センサ部２０１は取得したセンサデータをセンサデータ処理部２０２に送信する。

センサデータ処理部２０２は、センサ部２０１が取得したセンサデータから、ぞれぞれの識別子の位置情報（緯度、経度、標高）を取得し、ぞれぞれの識別子と列車との相対距離とを算出する。その後、センサデータ処理部２０２は、算出した相対距離と位置情報を認識した識別子ごとに列車位置推定部２０４に送信する。

なお、識別子に含まれる情報を取得するセンサ部と、識別子と列車との相対距離を算出するセンサ部とが同一（つまり、一つ）のセンサ部であってもよい。例えば、上述したように、カメラなどのセンサは、識別子に含まれる情報を取得する機能と、識別子と列車との相対距離とを算出する機能との両方を担ってもよい。このように、識別子に含まれる情報を取得する機能と、識別子と列車との相対距離を算出する機能とを同一の汎用的センサで行うことによって、センサのコストを抑えることができ、列車の位置を推定する処理を低コストで実現することができる。

また、一方で、識別子に含まれる情報を取得するセンサ部と、識別子と列車との相対距離を算出するセンサ部とが異なるセンサ部（つまり、二つ以上のセンサ部）で構成されてもよい。例えば、識別子に含まれる情報を取得する機能をカメラで行い、識別子と列車との相対距離を算出する機能をＬｉｄａｒなどのセンサによって行う構成も可能である。このように、識別子に含まれる情報を取得する機能と、識別子と列車との相対距離を算出する機能とを個別の専用センサで行うことによって、それぞれの機能に特化したセンサを使用することができるため、列車の位置推定の精度が向上する効果が得られる。

次に、図２Ｃを参照して、図２Ａに示される路線情報保持部２０３に格納される路線情報について説明する。路線情報保持部２０３とは、路線の位置を示す情報（緯度、経度など）と、当該位置情報に対応する番線情報（何線の何番線の何キロ地点）との関係を路線情報として記憶する記憶部である。例えば、図２Ｃに示されるように、特定の緯度情報２２１及び経度情報２２３に対応する線名情報２２５、番線情報２２７、及びキロ程情報２２９が格納されている。これらの路線情報は図２に示されるように１つのテーブルに格納されてもよく、路線ごとに分けられて格納されてもよい。また、図２Ｃに示されていないが、この路線情報には、路線上の停車駅間の距離、分岐点の位置、合流点の位置、トンネルの位置、路線の勾配などの、路線の特徴を表す属性の情報を含んでいてもよい。
この路線情報は予め路線情報保持部２０３に格納されていてもよく、後述する処理において、必要に応じてセンサ部２０１によって取得されてもよい。また、この路線情報の一部（例えば、番線情報や勾配を示す情報など）が上述した識別子に格納されてもよく、必要に応じてリアルタイムでセンサ部２０１によって取得されてもよい。
この路線情報保持部２０３は、例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または光ディスク等の記憶装置によって実現されてもよい。また、ある実施形態では、路線情報保持部２０３はクラウドサーバ等の分散型ストレージであってもよい。

列車位置推定部２０４は、それぞれの識別子の位置情報と、識別子の列車に対する相対距離と、路線情報保持部から取得した路線情報とから、列車の自己位置を推定する機能部である。

判定部２０６は、識別子から取得した路線本数に関する属性情報に基づいて、列車が現在走行している路線が単線か否か（例えば、単線か複線か）を判定する機能部である。なお、本発明は、路線本数に関する属性情報が識別子に含まれる構成に限定されず、路線本数に関する属性情報が路線情報保持部に格納されていてもよい。この場合には、識別子が検出された際、判定部２０６は、検出された識別子の位置情報を路線情報保持部に格納されている属性情報に照らし合わせて、列車が現在走行している路線が単線か否か（例えば、単線か複線か）を判定してもよい。

次に、図３Ａを参照して、本発明の実施例１に係るセンサデータ処理部の処理について説明する。

図３Ａは、センサデータ処理部２０２によって実行される位置推定の処理を示すフローチャートである。なお、図３Ａでは、センサデータとして、識別子が写る画像や、識別子に含まれる二次元バーコード等を用いた例で説明するが、センサデータはこれに限定されるものではない。また、図３Ａのフローチャートに示される処理は位置推定装置の演算周期ごとに実行されてもよい。

まず、ステップ３００では、判定部（例えば、図３Ａに示される判定部２０６）は、路線本数に関する属性情報を取得し、当該属性情報に基づいて、列車が走行している路線が単線か否かを判定する。列車が走行している路線が単線でない場合には、本処理はステップ３０１に進み、列車が走行している路線が単線である場合には、後述する図６に示されるフローチャートのステップ６０１へと進む。

ステップ３０１では、センサ部（例えば、図２Ａに示されるセンサ部２０１）は、識別子の画像を取得する。その後、本処理はステップ３０２に進む。

次に、ステップ３０２では、センサデータ処理部（例えば、図２Ａに示されるセンサデータ処理部２０２）は、ステップ３０１で取得した画像に画像処理を施すことにより識別子（具体的には、識別子に含まれる二次元バーコード）を抽出する。画像中に複数の識別子が存在する場合には、センサデータ処理部はそれぞれの識別子に任意の固有番号（文字列や数字列など）を付ける。その後、本処理はステップ３０３に進む。

次に、ステップ３０３では、センサデータ処理部は、ステップ３０２で抽出された識別子の数ｎを確認する。ｎ≧２の場合には、本処理はステップ３０４へと進み、ｎ＝１の場合には、本処理は終了する。

次に、ステップ３０４では、センサデータ処理部は、ステップ３０２で抽出された識別子から任意の固有番号の識別子を選択し、選択した識別子の二次元バーコードに埋め込まれた位置情報（緯度、経度、標高等）を算出する。その後、本処理はステップ３０５に進む。

次に、ステップ３０５では、センサデータ処理部は、認識したそれぞれの識別子と列車の相対距離を算出する。具体的には、センサデータ処理部は、センサ部によって取得された画像から、当該画像における識別子の面積又はセンサ上の識別子の位置を算出する。その後、センサデータ処理部は、今回の計算で得られた識別子の画像上の面積又はセンサ上の識別子の位置と、予め測定しておいた識別子の面積又は位置と相対距離との関係を記憶しておいたデータとから、認識したそれぞれの識別子と列車の相対距離を推定する（すなわち、複数の識別子が認識された場合は識別子ごとに相対距離を推定する。）

図３Ｂには、識別子の画像における面積を用いた相対距離の算出の一例を示す。図３Ｂに示されるように、識別子Ｓと、列車３５０に搭載されるレンズ３３０を通してセンサ部３３２に取得される識別子の画像Ｓ_ｉｍｇとの関係から、列車３５０と識別子Ｓの相対距離Ｌを既存の手段で算出することができる。また、図３Ｃには、識別子の画像における面積Ｓ_ｉｍｇと、相対距離Ｌの逆数（１／Ｌ）の関係が示されている。

なお、ここでは、識別子の画像上の面積及び位置に基づいて識別子と列車の相対距離を算出することを一例として説明したが、本発明はこれに限定されず、その他の方法を用いてもよい。例えば、もう一つの算出方法として、画像上の識別子の重心位置を用いた相対距離の算出の一例が図３Ｄに示されている。具体的には、列車３５０に搭載されるレンズ３３０を通してセンサ部３３２に取得される画像における識別子Ｓの重心位置ｄｙと画像上の水平中心線との距離と、識別子Ｓと列車３５０の相対距離Ｌの関係とを記録しておき、当該関係から識別子Ｓと列車３５０の相対距離Ｌを算出する方法を用いてもよい。また、図３Ｅには、識別子Ｓの画像における重心位置ｄｙと、識別子Ｓと列車３５０の相対距離Ｌの関係が示されている。
また、路線が勾配を有する場合（例えば、路線が丘、山、谷などを通る場合）には、センサデータ処理部は、識別子に埋め込まれる勾配情報を用いて、上記の相対距離計算を適宜に補正してもよい。すなわち、画像処理を用いて相対距離が算出できればよく、その方法は限定されない。その後、本処理はステップ３０６に進む。

次に、ステップ３０６では、センサデータ処理部は、位置情報及び相対距離を算出した識別子の数ｍを確認する。ｍ＝ｎの場合には、本処理はステップ３０７へと進み、ｍ＜ｎの場合には、本処理はステップ３０４へと戻る。

次に、ステップ３０７では、センサデータ処理部は、画像上の識別子ごとに算出した位置情報及び相対距離を列車位置推定部（例えば、図２Ａに示される列車位置推定部２０４）に送信する。

なお、図３Ａでは、抽出したｎ個の識別子について、すべての相対距離の推定を行う例を示しているが、必ずしも抽出した識別子のすべてについて相対距離の推定を行わなくとも良い。例えば、相対距離の推定は、少なくとも２つ以上の識別子について行えばよく、ステップ３０６において、ｎ≧２の場合には、相対距離の推定処理行った識別子の数が２となった時点で、ステップ３０７に進むこととしてもよいし、ｎ≧３の場合には、相対距離の推定処理行った識別子の数が３となった時点で、ステップ３０７に進むこととしてもよい。

以上で説明したステップ３０３で２つ以上の識別子が抽出されない場合（ｎ＝１の場合）には、列車の自己位置を他の手段で推定することが可能である。例えば、車両速度の積分やＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いる方法が用いられてもよい。また、列車の運行を管理している運行管理システムに自己位置が不明(不定)であることを通知するように設定しておくことも可能である。

次に、図４を参照して、識別子の位置情報と、識別子と列車の相対距離とに基づいて、列車の自己位置（例えば、何線の何番線の何キロ地点を示す情報）の推定方法について説明する。図４は、列車位置推定部（例えば、図２Ａに示される列車位置推定部２０４）によって実行される自己位置推定の処理の概念を示す図である。図４に示されるように、ここでは、識別子（第一識別子）４０１と、識別子（第二識別子）４０４と、列車４０８と、識別子４０１と列車４０８の相対距離（第一相対距離）４０２と、識別子４０４と列車４０８の相対距離（第二相対距離）４０５と、円弧（第一円弧）４０３と、円弧（第二円弧）４０６と、交差位置４０７とを用いて説明する。

列車位置推定部は、センサデータ処理部（例えば、図２Ａに示されるセンサデータ処理部２０２）から、少なくとも２つの識別子の位置情報及び識別子と列車４０８の相対距離を取得する。列車位置推定部は、識別子４０１の位置情報（緯度、経度、標高など）と、識別子４０１と列車４０８の相対距離（第一相対距離）４０２とに基づいて、円弧４０３を描画する（つまり、列車と第一識別子との位置関係を導出する）。この円弧４０３は、識別子４０１の位置を中心とし、識別子４０１と列車４０８の相対距離を半径とする円弧である。次に、列車位置推定部は、識別子４０４の位置情報（緯度、経度標高など）と、識別子４０４と列車４０８の相対距離（第二相対距離）４０５とに基づいて、円弧４０６を描画する（つまり、列車と第二識別子との位置関係を導出する）。この円弧４０６は、識別子４０４の位置を中心とし、識別子４０４と列車４０８の相対距離を半径とする円弧である。そして、列車位置推定部は、円弧４０３と円弧４０６とが交差する交差位置４０７の位置情報（緯度、経度、標高等）を算出する。

列車位置推定部は、路線情報保持部２０３から位置情報（緯度、経度）と番線情報（何線の何番線の何キロ地点を示す情報）との関係を取得し、交差位置４０７の位置情報（緯度、経度、標高など）に対応する番線情報を特定し、列車４０８の自己位置とする。なお、交差位置４０７の位置情報と路線情報の位置情報は必ずしも一致するとは限らない。その場合には、交差位置４０７の位置情報に最も近い路線情報の位置情報の地点を算出し、その地点に対応した番線情報を用いて列車の位置を推定するようにしてもよい。最も近い路線情報の位置情報の地点の導出は交差位置と路線情報の位置情報との２点間のユークリッド距離が最小となる地点としてもよいし、ユークリッド距離に代えて、市街地距離(マンハッタン距離)が最小となる地点としてもよい。あるいは、路線情報の位置情報（緯度、経度）の点群を線分と見立て、交差位置と線分の距離が最小となる路線情報の位置情報の地点としてもよい。

[実施例１による効果］
以上説明したように、本発明の実施例１によれば、路線の周囲に設置された複数の識別子を用いることにより、複線や複々線のように、路線が２以上平行して敷設されている状況下でも、列車がどの路線を走行しているかを、地上子を用いなくとも推定することが可能となり、自己位置推定を低コストで行うことが可能となる。

本発明の実施例１では、路線が２線以上ある路線における自己位置推定の構成について説明したが、実施例１では、単線区間が含まれる路線における位置推定について説明する。

図５は、本発明の実施例２における位置推定装置５００の機能構成を示す図である。なお、センサデータ処理部５０２と列車位置推定部５０４の処理が実施例１と異なる点と、識別子５０５が１つである場合が存在する点以外は実施例１の構成と同様である。

図５に示されるように、位置推定装置５００は、センサ部５０１と、センサデータ処理部５０２と、路線情報保持部５０３と、列車位置推定部５０４と、判定部５０６とからなる。位置推定装置５００は、列車の自己位置を推定し、自動列車運転装置（図示せず）の制御指令算出部に推定した自己位置を出力する装置である。

また、路線の周辺には、識別子５０５が設置される。上述したように、この識別子５０５には、識別子５０５の位置情報（緯度、経度、標高など）や、路線本数に関する属性情報が埋め込まれており、位置推定装置５００は、センサ部５０１を用いて、路線の周囲に設置される識別子５０５から、識別子５０５の位置情報及び／又は属性情報を取得する。その後、位置推定装置５００は、識別子５０５の位置情報及び／又は属性情報と、路線情報と、識別子５０５と列車との相対距離とに基づいて、列車の自己位置を計算する。なお、これらの機能部は図２Ａで示される機能部と実質的に同様であるため、その説明をここでは省略する。

次に、図６を参照して、本発明の実施例２に係るセンサデータ処理部の処理について説明する。

図６は、実施例２におけるセンサデータ処理部５０２によって実行される位置情報・相対距離算出の処理手順を示すフローチャートである。なお、図６では、センサデータとして、識別子が写る画像や、識別子に含まれる二次元バーコードを用いた例で説明するが、本発明はこれに限定されない。また、図６のフローチャートに示される処理は位置推定装置の演算周期ごとに実行されてもよい。

ステップ６０１では、センサ部（例えば、図５に示されるセンサ部５０１）は、識別子の画像を取得する。その後、本処理はステップ６０２に進む。

次に、ステップ６０２では、センサデータ処理部（例えば、図５に示されるセンサデータ処理部５０２）は、ステップ６０１で取得した画像に画像処理を施すことにより識別子（具体的には、識別子に含まれる二次元バーコード）を抽出する。画像中に複数の識別子が存在する場合には、センサデータ処理部はそれぞれの識別子に任意の固有番号（文字列や数字列など）を付ける。その後、本処理はステップ６０３に進む。

次に、ステップ６０３では、センサデータ処理部は、ステップ６０２で抽出された識別子の数ｎを確認する。ｎ≧１の場合には、本処理はステップ６０４へと進み、ｎ＝０の場合には、本処理は終了する。

次に、ステップ６０４では、センサデータ処理部は、ステップ６０２で抽出された識別子から任意の固有番号の識別子を選択し、ステップ６０２で抽出された識別子から任意の固有番号の識別子を選択し、選択した識別子の二次元バーコードに埋め込まれた位置情報（緯度、経度、標高等）と、識別子が設置されている路線が単線または複線であるかを示す属性情報と、を取得するする。その後、本処理はステップ６０５に進む。

次に、ステップ６０５では、センサデータ処理部は、認識した識別子と列車の相対距離を算出する。具体的には、センサデータ処理部は、センサ部によって取得された画像から、当該画像における識別子の面積を算出する。その後、センサデータ処理部は、今回の計算で得られた識別子の画像上の面積又は線さ上の識別子の位置と、予め測定しておいた識別子の面積又は位置を相対距離の関係を記憶しておいたデータとから、認識したそれぞれの識別子と列車の相対距離を推定する（すなわち、複数の識別子が認識された場合には、識別子ごとに相対距離を算出する。例えば、ｎ≧２の場合には、第一識別子からｎ番目の識別子までのそれぞれの識別子に対して相対距離の計算が行われてもよい。）
なお、ここでは、識別子の画像上の面積及び位置に基づいて識別子と列車の相対距離を算出することを一例として説明したが、本発明はこれに限定されず、その他の方法を用いてもよい。例えば、画像上の識別子の重心位置と画像上の水平中心線との距離と、識別子と列車の相対距離の関係とを記録しておき、当該関係から識別子と列車の相対距離を算出する方法を用いてもよい。すなわち、画像処理を用いて相対距離が算出できればよく、その方法は限定されない。その後、本処理はステップ６０６に進む。

次に、ステップ６０６では、判定部（例えば、図５に示される判定部５０６）は、属性情報から、列車が走行している路線が単線（単線区間が路線に含まれているか）か否かを判定する。路線が単線の場合には、本処理はステップ６０９へと進み、単線でない場合にはステップ６０７へと進む。

次に、ステップ６０７では、センサデータ処理部は、ステップ６０２で抽出された識別子の数ｎを確認する。ｎ≧２の場合には、本処理はステップ６０８へと進み、ｎ＝１の場合には、本処理は終了する。

次に、ステップ６０８では、センサデータ処理部は、位置情報及び相対距離を算出した識別子の数ｍを確認する。ｍ＝ｎの場合には、本処理はステップ６０９へと進み、ｍ＜ｎの場合には、本処理はステップ６０４へと戻る。

次に、ステップ６０９では、センサデータ処理部は、画像上の識別子ごとに算出した位置情報、相対距離、及び属性情報を列車位置推定部（例えば、図５に示される列車位置推定部５０４）に送信する。

以上説明した図６では、抽出したｎ個の識別子について、すべての相対距離の推定を行う例を示しているが、必ずしも抽出した識別子のすべてについて相対距離の推定を行わなくとも良い。例えば、相対距離の推定は、少なくとも２つ以上の識別子について行えばよく、ステップ６０８において、ｎ≧２の場合には、相対距離の推定処理行った識別子の数が２となった時点で、ステップ６０９に進むこととしてもよいし、ｎ≧３の場合には、相対距離の推定処理行った識別子の数が３となった時点で、ステップ６０９に進むこととしてもよい。

なお、以上説明したステップ６０３及びステップ６０７で必要な数以上の識別子が抽出されない場合には、列車の自己位置を他の手段で推定することが可能である。例えば、車両速度の積分やＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いる方法が用いられてもよい。また、列車の運行を管理している運行管理システムに自己位置が不明（不定）であることを通知するよう設定しておくことも可能である。

次に、図７を参照して、識別子の位置情報と、識別子と列車の相対距離とに基づいて、列車の自己位置（例えば、何線の何番線の何キロ地点を示す情報）の推定方法について説明する。
図７は、列車位置推定部（例えば、図５に示される列車位置推定部５０４）によって実行される自己位置推定の処理の概念を示す図である。図７に示されるように、ここでは、識別子７０１と、線分７０４と、列車７０６と、識別子７０１と列車７０８の相対距離７０２と、円弧７０３と、交差位置７０５とを用いて説明する。

列車位置推定部（例えば、図５に示す列車位置推定部５０４）は、センサデータ処理部（例えば、図２Ａに示されるセンサデータ処理部５０２）から、属性情報を取得する。
なお、この属性情報が、路線が単線ではないことを示している場合の処理は実施例１と同様であるため、ここではその説明を省略する。

属性情報が、路線が単線であることを示している場合には、列車位置推定部は、１つの識別子の位置情報及び識別子と列車７０６の相対距離を取得する。その後、列車位置推定部は、識別子７０１（例えば、第一識別子）の位置情報（緯度、経度、標高など）と、識別子７０１と列車７０６の相対距離７０２とに基づいて、円弧７０３を描画する（つまり、列車と第一識別子の位置関係を導出する）。この円弧７０３は、識別子７０１の位置を中心とし、識別子７０１と列車７０６の相対距離を半径とする円弧である。次に、列車位置推定部は、識別子の位置情報（緯度、経度、標高など）と、路線情報とに基づいて、列車が何線に在線しているかを特定し、特定した路線の路線情報（緯度、経度、標高などを示す情報）から、当該路線の長手方向の中心位置に沿う線分７０４を描画する。そして、列車位置推定部は、円弧７０３と線分７０４の交差位置７０５の位置情報（緯度、経度標高等）を算出する。

次に、列車位置推定部は、路線情報保持部（例えば、図５に示される路線情報保持部５０３）から、位置情報（緯度、経度）と番線情報（何線の何番線の何キロ地点を示す情報）との関係を取得し、交差位置７０５の位置情報（緯度、経度、標高など）に対応する番線情報を特定し、列車７０６の自己位置とする。

[実施例２による効果］
以上説明したように、本発明の実施例２によれば、路線が単線の場合には、より少ない識別子で自己位置を推定することができる。例えば、実施例２で説明した位置推定処理では、単線区間において識別子が一つしか認識されない場合にも、列車の自己位置を推定することが可能となる。

上記の実施例１及び実施例２では、センサデータが画像で、識別子には二次元バーコードが含まれる例で説明したが、本発明はこれに限定されない。また、識別子の位置情報の取得と、識別子と自列車の相対距離の取得は同一のセンサで実施してもよく、異なるセンサで実施してもよい。例えば、識別子の位置情報を二次元バーコードの画像処理で取得し、識別子と列車の相対距離をミリ波センサやＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）のセンサを用いて取得する構成も可能である。また別の実施形態としては、識別子は、当該識別子の位置情報を示すデータデータを送信（配信）し、列車のセンサで当該データを受信する構成も可能である。このデータ通信には、電波を用いたものや、可視光を用いたものも使用可能である。すなわち、識別子の位置情報と、識別子と自列車の相対距離が位置推定装置で取得できればよく、センサの種類や情報の授受は限定されない。

また、実施例１及び実施例２では、識別子の位置情報として緯度、経度などを用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。識別子の位置が一意に特定できる位置情報の表現であれば、その形式は限定されない。

以上説明したように、本発明の一態様は、路線の周囲に設置された識別子を用いて列車の位置を推定する位置推定装置である。識別子は、第一識別子と第二識別子とを含み、位置推定装置は、識別子の位置を示す識別子位置情報と、路線本数に関する属性情報（以下「属性情報」という）と、識別子に対する列車の相対位置を示す相対位置情報と、路線の情報を示す路線情報とを取得するセンサ部と、属性情報に基づいて、路線が単線であるか否かを判定する判定部と、識別子位置情報と、相対位置情報と、路線情報とに基づいて、列車の位置を推定する列車位置推定部とを備える。判定部が、路線は単線であると判定した場合には、列車位置推定部は、路線情報と、第一識別子の位置情報と、第一識別子に対する列車の相対位置情報とに基づいて、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定する。判定部が、路線は単線ではないと判定した場合には、列車位置推定部は、路線情報と、第一識別子の位置情報と、第一識別子に対する列車の第一相対位置情報と、第二識別子の位置情報と、第二識別子に対する列車の第二相対位置情報とに基づいて、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定する。

これにより、電源立上げ時の自己位置が不明な状態でも、地上子を用いなくとも、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することができ、列車の位置を推定するための実施コストを抑えることができる。

また、本発明の他の態様において、識別子に含まれる情報を取得するセンサ部と、相対位置情報を取得するセンサ部とが同一であってもよい。

これにより、識別子に含まれる情報を取得する機能と、識別子と列車との相対距離を算出する機能とを同一の汎用的センサで行うことによって、センサのコストを抑えることができ、列車の位置を推定する処理を低コストで実現することができる。

また、本発明の他の態様において、識別子に含まれる情報を取得するセンサ部と、相対位置情報を取得するセンサ部とを異ならせることができる。

これによって、識別子に含まれる情報を取得する機能と、識別子と列車との相対距離を算出する機能とを個別の専用センサで行うことが可能となり、それぞれのタスクに特化したセンサを使用することができるため、列車の位置推定の制度が向上する効果が得られる。

また、本発明の他の態様において、センサ部は、属性情報を識別子から取得することができる。

これによって、センサ部は、識別子を検出した際、列車が現在走行している路線が単線か否かを判定することができ、列車の位置推定処理をより確実に行うことができる。

また、本発明の他の態様において、位置推定装置は、路線情報保持部を更に備え、センサ部は、属性情報を路線情報保持部から取得することができる。

これによって、属性情報を予め路線情報保持部に格納し、必要に応じて取得する構成を用いることが可能となり、属性情報の可用性が向上し、列車の位置推定処理をより確実に行うことができる。

また、本発明の他の態様において、請求項１に記載の位置推定装置において、路線が単線であると判定部に判定される場合には、列車位置推定部は、第一識別子の位置情報と、第一相対位置情報とに基づいて、列車と第一識別子の位置関係を導出し、列車と第一識別子の位置関係と、路線情報とに基づいて、第一識別子の位置情報と、路線情報とに基づいて、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することができる。

これによって、路線が単線の場合でも、地上子を用いなくとも、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することができ、列車の位置を推定するための実施コストを抑えることができる。

また、本発明の他の態様において、路線が単線ではないと判定部に判定される場合には、列車位置推定部は、第一識別子の位置情報と、第一相対位置情報とに基づいて、第一円弧を計算し、第二識別子の位置情報と、第二相対位置情報とに基づいて、第二円弧を計算し、第一円弧及び第二円弧がお互いに交差する交差位置を特定し、交差位置の位置情報を算出し、交差位置の位置情報を、路線情報に照らし合わせることによって、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することができる。

これによって、路線が単線ではない（つまり、複線）の場合でも、地上子を用いなくとも、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを精度高く判定することができ、列車の位置を推定するための実施コストを抑えることができる。

また、位置推定装置を一例として本発明を説明したが、本発明はそれに限定されず、方法やコンピュータに実行されるプログラムとして実現されてもよい。これにより、電源立上げ時の自己位置が不明な状態でも、地上子を用いることなく、列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することができ、列車の位置を推定するための実施コストを抑えることができる。

例えば、本発明の一態様は、路線の周囲に設置された識別子を用いて列車の位置を推定する、位置推定装置によって実行される位置推定方法であって、前記識別子は、第一識別子と第二識別子とを含み、前記位置推定装置は、前記識別子の位置を示す識別子位置情報と、路線本数に関する属性情報（以下「属性情報」という）と、前記識別子に対する前記列車の相対位置を示す相対位置情報と、路線の情報を示す路線情報とを取得するセンサ部と、前記属性情報に基づいて、路線が単線であるか否かを判定する判定部と、前記識別子位置情報と、前記相対位置情報と、前記路線情報とに基づいて、前記列車の位置を推定する列車位置推定部とを備え、前記位置推定方法は、前記属性情報に基づいて、路線が単線であるか否かを前記判定部によって判定するステップと、路線が単線であると判定される場合には、前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを前記列車位置推定部によって判定するステップと、路線が単線ではないと判定される場合には、前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の第一相対位置情報と、前記第二識別子の位置情報と、前記第二識別子に対する前記列車の第二相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを前記列車位置推定部によって判定するステップと、を含む。

また、本発明の他の態様において、路線の周囲に設置された識別子を用いて列車の位置を推定する、位置推定装置によって実行される位置推定プログラムであって、前記識別子は、第一識別子と第二識別子とを含み、前記位置推定装置は、前記識別子の位置を示す識別子位置情報と、路線本数に関する属性情報（以下「属性情報」という）と、前記識別子に対する前記列車の相対位置を示す相対位置情報と、路線の情報を示す路線情報とを取得するセンサ部と、前記属性情報に基づいて、路線が単線であるか否かを判定する判定部と、前記識別子位置情報と、前記相対位置情報と、前記路線情報とに基づいて、前記列車の位置を推定する列車位置推定部とを備え、前記位置推定プログラムは、前記属性情報に基づいて、路線が単線であるか否かを前記判定部によって判定するステップと、路線が単線であると判定される場合には、前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを前記列車位置推定部によって判定するステップと、路線が単線ではないと判定される場合には、前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の第一相対位置情報と、前記第二識別子の位置情報と、前記第二識別子に対する前記列車の第二相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを前記列車位置推定部によって判定するステップと、を含む。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

２００ 位置推定装置
２０１ センサ部
２０２ センサデータ処理部
２０３ 路線情報保持部
２０４ 列車位置推定部
２０５ 識別子
２０６ 判定部
４０１ 第一識別子
４０２ 第一相対距離
４０３ 第一円弧
４０４ 第二識別子
４０５ 第二相対距離
４０６ 第二円弧
４０７ 交差位置
４０８ 列車

Claims (9)

1. 路線の周囲に設置された識別子を用いて列車の位置を推定する位置推定装置であって、
   前記識別子は、第一識別子と第二識別子とを含み、
   前記位置推定装置は、
   前記識別子の位置を示す識別子位置情報と、路線本数に関する属性情報（以下「属性情報」という）と、前記識別子に対する前記列車の相対位置を示す相対位置情報とを取得するセンサ部と、
   路線の位置を示す情報を含む路線情報を記憶する路線情報保持部と、
   前記属性情報に基づいて、路線が単線であるか否かを判定する判定部と、
   前記識別子位置情報と、前記相対位置情報と、前記路線情報とに基づいて、前記列車の位置を推定する列車位置推定部とを備え、
   前記判定部が、路線は単線であると判定した場合には、
   前記列車位置推定部は、
   前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定し、
   前記判定部が、路線は単線ではないと判定した場合には、
   前記列車位置推定部は、
   前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の第一相対位置情報と、前記第二識別子の位置情報と、前記第二識別子に対する前記列車の第二相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することを特徴とする位置推定装置。
2. 請求項１に記載の位置推定装置において、前記識別子に含まれる情報を取得するセンサ部と、前記相対位置情報を取得するセンサ部とが同一であることを特徴とする位置推定装置。
3. 請求項１に記載の位置推定装置において、前記識別子に含まれる情報を取得するセンサ部と、前記相対位置情報を取得するセンサ部とが異なることを特徴とする位置推定装置。
4. 請求項１に記載の位置推定装置において、
   前記センサ部は、前記属性情報を前記識別子から取得することを特徴とする位置推定装置。
5. 請求項１に記載の位置推定装置において、
   前記センサ部は、前記属性情報を前記路線情報保持部から取得することを特徴とする位置推定装置。
6. 請求項１に記載の位置推定装置において、
   路線が単線であると前記判定部に判定される場合には、
   前記列車位置推定部は、
   前記第一識別子の位置情報と、前記第一相対位置情報とに基づいて、前記列車と前記第一識別子の位置関係を導出し、
   前記列車と前記第一識別子の位置関係と、前記路線情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することを特徴とする位置推定装置。
7. 請求項１に記載の位置推定装置において、
   路線が単線ではないと前記判定部に判定される場合には、
   前記列車位置推定部は、
   前記第一識別子の位置情報と、前記第一相対位置情報とに基づいて、第一円弧を計算し、
   前記第二識別子の位置情報と、前記第二相対位置情報とに基づいて、第二円弧を計算し、
   前記第一円弧及び前記第二円弧がお互いに交差する交差位置を特定し、前記交差位置の位置情報を算出し、
   前記交差位置の位置情報を、前記路線情報に照らし合わせることによって、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定することを特徴とする位置推定装置。
8. 路線の周囲に設置された識別子を用いて列車の位置を推定する位置推定方法であって、
   前記識別子は、第一識別子と第二識別子とを含み、
   前記位置推定方法は、
   路線本数に関する属性情報（以下「属性情報」という）に基づいて、路線が単線であるか否かを判定するステップと、
   路線が単線であると判定した場合には、
   路線の位置を示す情報を含む路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定するステップと、
   路線が単線ではないと判定した場合には、
   前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の第一相対位置情報と、前記第二識別子の位置情報と、前記第二識別子に対する前記列車の第二相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定するステップと、
   を含む位置推定方法。
9. 路線の周囲に設置された識別子を用いて列車の位置を推定する位置推定プログラムであって、
   前記識別子は、第一識別子と第二識別子とを含み、
   前記位置推定プログラムは、
   コンピュータに、
   路線本数に関する属性情報（以下「属性情報」という）に基づいて、路線が単線であるか否かを判定するステップと、
   路線が単線であると判定した場合には、
   路線の位置を示す情報を含む路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定するステップと、
   路線が単線ではないと判定した場合には、
   前記路線情報と、前記第一識別子の位置情報と、前記第一識別子に対する前記列車の第一相対位置情報と、前記第二識別子の位置情報と、前記第二識別子に対する前記列車の第二相対位置情報とに基づいて、前記列車がどの路線のどの地点に在線しているかを判定するステップと、
   を実行させるための位置推定プログラム。
   

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