JP7324291B2 - 無線制御装置および無線制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、列車と地上設備との間のデータ伝送に使用する無線制御装置および無線制御システムに関する。
鉄道用の無線としては、主に、列車制御系（ＡＴＰ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）／ＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ））、指令系（列車無線）および防護無線等の列車運用に不可欠な情報の伝送を中心に使用されている。列車側に搭載した車上装置と、指令系または保安系等の地上装置との間で、指令情報、保安情報または防護情報の通信が行われる。
これらの無線形態の多くは、専用の無線帯域の免許を取得して専用帯域を使用することにより、安定した通信の実現を図っているが、帯域は狭く伝送レートも低いのが現状である。
他方で、特許文献１には、地上装置と列車との無線通信にあって、車上側に複数のアンテナと無線装置を設け、地上装置との無線通信におけるパラメータが複数の車上無線装置で異なり、このパラメータに基づいてデータの重複送信回数やデータ変調方式を決定する技術が示されている。
国際公開第２０１８／１４６７９５号
近年、列車運行に必要な無線伝送以外に、サービス情報の伝送、機器状態監視情報の伝送および車両映像情報の伝送などに無線を利用する需要が拡大している。さらに、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）／ＣＢＭ（Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）技術の進展も伴って、無線伝送の需要が今後大幅に増加することが見込まれている。
しかし、この無線伝送の需要拡大にあって、例えば、上記のサービス情報の伝送、機器状態監視情報の伝送および車両映像情報の伝送などに対して、個別にシステムを構築し、個別にキャリア系無線と契約すると、通信コストがかさみ、それを維持することに困難性が伴う恐れがある。
また、車両の前方映像を取得するための設備や設備検測の映像を取得するための設備などを設置するに際しては、設備の重複が発生し、設備コストが増大するケースも想定される。
一方で、より高速大容量の伝送を可能にする第５世代移動通信システム（以下、「５Ｇ」と略す）を自動運転に応用し、ドライバレス運転の実現に向けた動きも加速化される流れにある。
本発明に係る無線制御装置は、列車側の車上装置が搭載し地上装置との無線通信を制御する無線制御装置または地上装置が備え列車側の車上装置との無線通信を制御する無線制御装置であって、無線制御装置は、車上装置と地上装置との間で送受する伝送データを当該伝送データのデータ内容に応じて、専用無線を使用して通信する第１のデータと、汎用無線を使用して通信する第２のデータとに振り分ける制御を行い、第１のデータは、列車制御情報、自動運転のための制御情報および保守情報に関する少なくともいずれかのデータであり、第２のデータは、列車側に搭載する機器からのセンサデータ、自動運転のための映像データおよび旅客サービスデータの少なくともいずれかのデータであることを特徴とする。
本発明によれば、自動運転実現に必要な列車制御情報およびカメラ画像等の保安制御以外のデータを、無線制御装置で専用無線と汎用無線とに振り分けて送信することにより、高信頼伝送と大容量伝送とを兼ね備えた地上－車上間通信を実現することができる。また、無線制御装置の上位につながる装置は、専用無線または汎用無線のどちらの無線を使用して伝送するかを意識する必要性をなくすることができる。
本発明に係る統合型の無線制御を列車系アプリケーションへ応用した構成例を示す図である。 本発明の実施例に係る無線制御システムで構成する次世代無線制御プラットフォームの一例を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態として、実施例について図を参照しながら説明する。そこで、実施例の説明に先立ち、本発明に係る統合型の無線制御を列車系のアプリケーションへ応用することについて説明する。
図１は、本発明に係る統合型の無線制御を列車系のアプリケーションへ応用した構成例を示す図である。
図１の下方に示す鉄道車両１（列車編成の一部）に搭載する各種機器から、図１の上方に示す列車系の各アプリケーションへのデータ伝送を、実線にて示す。具体的には、鉄道車両１には、車両機器動作モニタ２、車載カメラ３、軌道監視カメラ４および車上各種センサ５が搭載され、これらの機器から列車系の各アプリケーションそれぞれにデータ信号が伝送される。
車両機器動作モニタ２からは、車両機器動作を示すモニタ信号が、列車制御アプリケーション１００、保守アプリケーション２００およびドライバレスアプリケーション３００へ伝送される。
車載カメラ３からは、撮影した車両機器や車両周辺機器（例えば、架線など）の映像信号が、保守アプリケーション２００およびドライバレスアプリケーション３００へ伝送される。
軌道監視カメラ４からは、車両の前方軌道の監視データや車両走行映像信号が、保守アプリケーション２００およびドライバレスアプリケーション３００へ伝送される。
車上各種センサ５からは、センサによる車両速度などの状態検出信号が、列車制御アプリケーション１００へ伝送される。
また、沿線機器として設置する地上機器センサ７からも、転てつ器、信号機、軌道回路および踏切等に設置した各種センサによる監視データが、保守アプリケーション２００およびドライバレスアプリケーション３００へ伝送される（図１では、破線にて示す）。
一方で、列車制御アプリケーション１００は、受信した上記各伝送データに基づいて、列車位置情報や列車制御情報などを生成し、列車制御を実行する。これにより、列車遅延の回復力や列車密度などの向上を図り、軌道回路の保守レスに結び付けることが可能となる。
また、保守アプリケーション２００は、受信した上記各伝送データに基づいて、車両機器および沿線機器の状態監視、架線等の設備映像の表示／記録、運転操作の記録などを実行する。これにより、部品交換の最適化を図り、遠隔保守を可能にし、また稼働データの蓄積／解析などを処理する。
さらに、ドライバレスアプリケーション３００は、受信した上記各伝送データに基づいて、車両前方や地上センサの監視データを取得し、車両走行映像の表示、車両機器の状態監視、遠隔運転操作およびオンデマンドの輸送指令などを実行する。これにより、無人運転（自動運転）、遠隔のＶＲ（Ｖｅｒｃｉａｌ Ｒｅａｒｉｔｙ）運転またはＭａａＳ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ａｓ ａ Ｓｅｒｖｉｃｅ）／オンデマンド運転を可能にする。
以上の鉄道車両１と列車系の各アプリケーションとの間のデータ伝送を高信頼かつ安定的に可能にするためには、従来からの保守系の専用無線のみならず、高速大容量の伝送を可能にする次世代を含めた汎用無線を使用することが必要になってくることが想定される。
中でも、ドライバレスアプリケーションにおいては、無人運転（自動運転）によるドライバレスを実現するために、センサ技術を用いた前方監視に関するデータ信号を利用することになる。しかし、そのためには、列車制御情報のデータの他に、カメラ等を使用して取得した映像データを、同時に地上－車上間で通信して伝送する必要がある。
本発明は、上記の伝送のために、定周期伝送および高信頼性通信を保証する手段として、ＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ－Ｂａｓｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）のような専用無線と、高速大容量伝送が可能な汎用無線（例えば、「５Ｇ」と呼ばれる第５世代移動通信システム）の２種類の無線媒体を併用するものである。
すなわち、従来は、各機能やアプリケーション毎に使用する無線媒体を１つに決めていたが、本発明は、複数のアプリケーション（装置）で複数の無線媒体を共用することになる。そのために、本発明では、伝送データの内、どのようなデータを上記２種類のどちらの無線媒体を使用して伝送するか、データの通信優先度やデータ容量などから振り分けを行うために、統合無線コントローラを使用する。
図２は、本発明の実施例に係る無線制御システムで構成する次世代無線制御プラットフォームの一例を示す図である。
鉄道車両１は、車上制御装置９および車上無線機１０を搭載する。
車上制御装置９は、車上側の統合無線コントローラ１５、車上ＡＴＰ１６および車載カメラ等のセンサ機器を備え、この統合無線コントローラ１５が、車上ＡＴＰ１６および車載カメラ等のセンサ機器との間で情報信号の伝送を行う。
車上無線機１０は、保安系専用無線機１３と高速大容量汎用無線機１４とを備え、それぞれの無線機１３および１４は、それぞれのアンテナ２１を介して後述する地上無線機１２と情報信号の通信を行う。
一方、地上設備８は、地上制御装置１１および地上無線機１２から成る地上側機器、運行指令所１９およびメンテナンスセンタ２０を備えている。
地上制御装置１１は、地上側の統合無線コントローラ１５および地上ＡＴＰ１８を備え、この統合無線コントローラ１５が、地上ＡＴＰ１８、運行指令所１９およびメンテナンスセンタ２０との間で情報信号の伝送を行う。
地上無線機１２は、先の車上無線機１０と同様に、保安系専用無線機１３と高速大容量汎用無線機１４とを備え、それぞれの無線機１３および１４は、それぞれのアンテナ２１を介して先の車上無線機１０と情報信号の通信を行う。
ここで、車上側および地上側のそれぞれの統合無線コントローラ１５、車上無線機１０および地上無線機１２によって、無線制御システム２２を構成する。なお、車上無線機１０および地上無線機１２は、それぞれに直結するアンテナ２１を含むものとして捉えることができる。
本発明は、この無線制御システム２２によって、地上－車上間、場合によっては車上－車上間、を複数の無線媒体によって自由に接続する次世代無線制御プラットフォームを構築するものである。鉄道用無線におけるこの次世代無線制御プラットフォームでは、保安系の専用無線と第５世代（５Ｇ）に代表される次世代を含めた高速大容量の汎用無線とを使用する。
保安系の専用無線は、高信頼性の通信を保証するものであって、列車制御情報や自動運転のための制御情報に関するデータを、例えば、２．４ＧＨｚのＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ ｒａｄｉｏ ｂａｎｄｓ）帯やＧＳＭ－Ｒ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ－Ｒａｉｌｗａｙ）等の無線通信によって伝送するものである。
一方、高速大容量の汎用無線は、自動運転のための映像情報やセンサ情報等の大容量データを、例えば、第５世代移動通信システム（５Ｇ）の無線通信によって高速に伝送するものである。この第５世代移動通信システム（５Ｇ）は、最高伝送速度として１０Ｇｂｐｓを実現するものであって、映像情報やセンサ情報等の大容量データの高速伝送には好適である。また、第５世代移動通信システム（５Ｇ）に限定されるものではなく、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）なる通信規格によるデータ伝送を採用してもよい。
すなわち、次世代無線制御プラットフォームである無線制御システム２２は、通信に必要なクオリティに応じた伝送路および通信品質（ＱＯＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ））を制御する。例えば、上記のように、車上ＡＴＰや車載センサ、地上ＡＴＰおよび運行指令所等からの列車位置情報や列車制御情報に関するデータ、自動運転のための制御情報に関するデータおよび保守情報に関するデータなどは、保安系の専用無線に振り分ける。他方、自動運転に供する車載カメラで取得した映像データや、車載センサ／モニタからの大容量データなどは、高速大容量の汎用無線に振り分ける。
また、保安系の専用無線がシステムダウンした場合には、高速大容量の汎用無線にて、列車制御情報等をバックアップ通信することができる。また、このバックアップとしては、保安系の専用無線が故障時だけではなく、常時のバックアップ伝送としてもよい。
さらに、高速大容量の汎用無線に使用する第５世代移動通信システム（５Ｇ）は、高速大容量のデータ通信に加えて、多数同時接続や超低遅延によるほぼリアルタイム伝送を可能にする。そこで、旅客サービスの一環として、観光等のエンタテイメント、ニュースまたは広告に関するなどのサービス情報を、データ通信を介して提供することも、次世代無線制御プラットフォームの発展形として取り込むことも可能である。
１…鉄道車両、２…車両機器動作モニタ、３…車載カメラ、
４…軌道監視モニタ、５…車上各種センサ、６…レール、
７…地上機器センサ、８…地上設備、９…車上制御装置、
１０…車上無線機、１１…地上制御装置、１２…地上無線機、
１３…保安系専用無線機、１４…高速大容量汎用無線機、
１５…統合無線コントローラ、１６…車上ＡＴＰ、
１７…センサ機器（車載カメラ等）、１８…地上ＡＴＰ、
１９…運行指令所、２０…メンテナンスセンタ、２１…アンテナ、
２２…無線制御システム、１００…列車制御アプリケーション、
２００…保守アプリケーション、３００…ドライバレスアプリケーション

Claims (6)

  1. 列車側の車上装置が搭載し地上装置との無線通信を制御する無線制御装置または地上装置が備え列車側の車上装置との無線通信を制御する無線制御装置であって、
    前記無線制御装置は、前記車上装置と前記地上装置との間で送受する伝送データを当該伝送データのデータ内容に応じて、専用無線を使用して通信する第１のデータと、汎用無線を使用して通信する第２のデータとに振り分ける制御を行い、
    前記第１のデータは、列車制御情報、自動運転のための制御情報および保守情報に関する少なくともいずれかのデータであり、
    前記第２のデータは、前記列車側に搭載する機器からのセンサデータ、自動運転のための映像データおよび旅客サービスデータの少なくともいずれかのデータである
    ことを特徴とする無線制御装置。
  2. 請求項１に記載の無線制御装置であって、
    前記専用無線は、列車保安系に使用する無線であり、
    前記汎用無線は、高速大容量伝送が可能な移動通信システムを利用する無線である
    ことを特徴とする無線制御装置。
  3. 請求項１または２に記載の無線制御装置であって、
    前記汎用無線を、前記専用無線のバックアップ用にも使用する
    ことを特徴とする無線制御装置。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の前記車上装置が搭載し前記地上装置との無線通信を制御する前記無線制御装置と、前記専用無線用の無線機と、前記汎用無線用の無線機とを搭載する鉄道車両。
  5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の前記地上装置が備え前記車上装置との無線通信を制御する前記無線制御装置と、前記専用無線用の無線機と、前記汎用無線用の無線機とを備える地上装置。
  6. 請求項４に記載の、前記無線制御装置、前記専用無線用の無線機および前記汎用無線用の無線機と、
    請求項５に記載の、前記無線制御装置、前記専用無線用の無線機および前記汎用無線用の無線機と
    から構成される無線制御システム。
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