JP7440434B2 - 軌道回路監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道における在線状態を検知するための軌道回路を監視する軌道回路監視装置に関する。

従来、鉄道における在線状態を検知するための軌道回路が設けられている。このような軌道回路では、複数の区間に電気的に分割された鉄道レールの各区間について在線状態が検知される。この在線状態の検知は、列車の在線時に各区分の区間レールが列車の車軸を介して電気的に短絡されるという構成を利用し、区間レールの電圧計測等に基づいて行われる。軌道回路による在線状態の検知により、例えば各区分に列車が１台だけ在線するように列車の運行を制御する等といった運用が可能となり、走行中の複数の列車が互いに接近し過ぎる等といった事態を効果的に回避することができる。

ここで、このような軌道回路が正常に動作しているか否かを監視する軌道回路監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の装置では、軌道回路における区間レールの電圧、及び、軌道回路において区間レールの近傍に設置される局部配電線の電圧、を含む各種パラメータに基づいて軌道回路が監視される。

特開平４－１１３９４１号公報

ここで、上述したような軌道回路監視装置の多くは、屋外の密閉された器具箱に収容されており、昼夜の温度変化が激しい環境に置かれている。このため、現状の軌道回路監視装置の多くでは、周囲環境の温度変化の影響を受けて処理パラメータが変動して処理精度が不安定となる場合がある。

従って、本発明は、上記のような事情に着目し、周囲環境の温度変化の影響を受け難く、安定した処理精度を得ることができる軌道回路監視装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、軌道回路監視装置は、複数の区間に電気的に分割された鉄道レールの各区間について、第１の交流電圧が印加されるとともに列車の在線時に電気的に短絡される区間レールの電圧、及び、前記区間レールの近傍に設置されるとともに第２の交流電圧が印加される局部配電線の電圧、に基づいて前記区間の在線状態を検知するための軌道回路に対し、当該軌道回路の状態を監視する軌道回路監視装置において、前記区間レールの電圧に基づいて軌道電圧を取得する軌道電圧取得部と、前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧を所定期間に亘って平均し、平均軌道電圧を算出する軌道電圧平均部と、前記局部配電線の電圧に基づいて局部電圧を取得する局部電圧取得部と、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧を所定期間に亘って平均し、平均局部電圧を算出する局部電圧平均部と、前記軌道電圧の時間変化が描く線が前記平均軌道電圧と交差する軌道交差時刻と、前記局部電圧の時間変化が描く線が前記平均局部電圧と交差する局部交差時刻と、の時間差に基づいて前記軌道電圧と前記局部電圧との位相差を算出する位相差算出部と、前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差に基づいて前記軌道回路の状態を表す状態情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部で生成された前記状態情報を出力する情報出力部と、を備えたことを特徴とする。

上記の軌道回路監視装置によれば、軌道回路の状態情報のためのパラメータの１つである位相差が、軌道交差時刻と局部交差時刻との時間差に基づいて算出される。このとき、軌道交差時刻が、軌道電圧の時間変化が描く線が平均軌道電圧と交差する時刻となっており、局部交差時刻が、局部電圧の時間変化が描く線が平均局部電圧と交差する時刻となっている。仮に、周囲環境の温度変化の影響によって軌道電圧や局部電圧が変動するようなことが起きたとしても、平均軌道電圧や平均局部電圧もこれに追随して変動する。このため、位相差の算出の元となる軌道交差時刻や局部交差時刻は、温度変化の影響を受ける前と略同じ条件下で求められることとなる。つまり、上記の軌道回路監視装置によれば、位相差の算出処理が周囲環境の温度変化の影響を受け難く、このような位相差を用いることで、軌道回路の状態情報の生成処理について安定した処理精度を得ることができる。

ここで、前記軌道電圧取得部が、前記区間レールの電圧に直流オフセットを加える軌道オフセット部と、当該軌道オフセット部から処理済みの電圧を前記軌道電圧として受け取る軌道電圧受取部と、を有し、前記局部電圧取得部が、前記局部配電線の電圧に直流オフセットを加える局部オフセット部と、当該局部オフセット部から処理済みの電圧を前記局部電圧として受け取る局部電圧受取部と、を有していることが好適である。

この構成によれば、上記の直流オフセットの値を適宜に調整することで、平均軌道電圧や平均局部電圧を軌道交差時刻や局部交差時刻の取得に用い易い値に設定し、処理負担を抑えて位相差の算出を行うことができる。

また、前記軌道電圧取得部における前記軌道オフセット部が、前記軌道電圧が常に正の値となる直流オフセットを加え、前記局部電圧取得部における前記局部オフセット部が、前記局部電圧が常に正の値となる直流オフセットを加えるものであって、前記軌道電圧取得部における前記軌道電圧受取部、前記局部電圧取得部における前記局部電圧受取部、前記位相差算出部、前記情報生成部、及び前記情報出力部が、何れも正の電源電圧を出力する単電源で動作するものであることが更に好適である。

この構成によれば、位相差算出部、情報生成部、及び情報出力部が、単電源で動作するので、例えば正負の二電源で動作する構成等に比べて軌道回路監視装置の回路構成を簡略化してコストを低減させることができる。

また、前記位相差算出部が、順次に算出される複数の前記局部交差時刻のうちの一の局部交差時刻と、順次に算出される複数の前記軌道交差時刻のうち前記一の局部交差時刻における前記局部電圧の増減変化と同じ方向に前記平均軌道電圧と交差する一の軌道交差時刻と、の時間差に基づいて前記軌道電圧と前記局部電圧との位相差を算出することが好適である。

この構成によれば、一の局部交差時刻とともに位相差の算出の元になる一の軌道交差時刻を、局部電圧の増減変化の方向に基づいて容易に求めることができる。

また、前記軌道電圧取得部及び前記局部電圧取得部は、各々、前記軌道電圧及び前記局部電圧を所定の時間間隔で順次に取得するものであり、前記位相差算出部が、前記局部交差時刻を、前記局部電圧取得部で順次に取得された前記局部電圧のうち前記平均局部電圧を相互間に挟んで取得された一対の電圧を用いた線形補間法によって算出し、前記軌道交差時刻を、前記軌道電圧取得部で順次に取得された前記軌道電圧のうち前記平均軌道電圧を、前記局部交差時刻における前記局部電圧の増減変化と同じ方向について相互間に挟んで取得された一対の電圧を用いた線形補間法によって算出することが好適である。

この構成によれば、例えば平均軌道電圧や平均局部電圧に最も近い電圧の計測時刻を軌道交差時刻や局部交差時刻とする等といった手法と比べて、軌道交差時刻や局部交差時刻を線形補間法によって高精度に求めることができる。

また、前記情報生成部は、前記軌道電圧及び前記位相差に基づいて前記在線状態を把握し、当該在線状態に基づいて前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差それぞれの異常判定閾値を決定し、当該異常判定閾値を用いて前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差それぞれの異常判定を行い、当該異常判定の判定結果を含む情報を、前記状態情報として生成することが好適である。

この構成によれば、在線状態に基づいて軌道電圧、局部電圧、及び位相差それぞれの異常判定閾値が決定されるので、各パラメータについて高精度で異常判定を行って状態情報を生成することができる。

また、前記第１の交流電圧及び前記第２の交流電圧が、予め定められた複数の周期の中から選択された一の周期を有する交流電圧であり、前記軌道電圧取得部及び前記局部電圧取得部は、各々、前記複数の周期の最小公倍数の整数倍をサンプリング時間とし、当該サンプリング時間中おける一定間隔毎のサンプリング値に基づいて、前記軌道電圧及び前記局部電圧を取得することが好適である。

例えば、日本では、５０Ｈｚ（１／５０秒周期）及び６０Ｈｚ（１／６０秒周期）の交流電源が商用電源として用いられており、国内の鉄道に設置される軌道回路にも、このような商用電源から第１の交流電圧や第２の交流電圧が印加される。上記の構成によれば、複数の周期の最小公倍数の整数倍であるサンプリング時間中おける一定間隔毎のサンプリング値に基づいて検出結果が取得される。これにより、サンプリング時間が軌道回路への印加電圧の周波数の周期と一致するので、両者の不一致に起因する誤差等が抑えられてサンプリング精度を向上させることができる。

上述の軌道回路監視装置によれば、周囲環境の温度変化の影響を受け難く、安定した処理精度を得ることができる。

軌道回路監視装置の一実施形態の監視対象である軌道回路の一例を示す概略構成図である。 図１に示されている軌道回路監視装置を示す概略構成図である。 図１に示されている軌道回路監視装置が有する機能ブロックを示す模式図である。 図１～図３に示されている軌道回路監視装置における軌道電圧及び局部電圧の取得から軌道回路の状態情報の生成に至るまでの処理の流れを表した模式的なフローチャートである。 図４に示されている位相差算出処理において位相差が算出される様子を示す模式図である。 図４に示されている情報生成処理で在線状態が把握される様子を示す一例のチャート図である。 図６のチャート図で示されている例において生成される状態情報を示す図である。 図３に示されている情報出力部が読出し要求に応じて軌道回路の状態情報を出力する処理の流れを表した模式的なフローチャートである。

以下、軌道回路監視装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、軌道回路監視装置の一実施形態の監視対象である軌道回路の一例を示す概略構成図である。

この図１に示されている軌道回路Ｌ１は、鉄道における在線状態を検知するための、鉄道レールＬ１ａを含む回路である。鉄道レールＬ１ａは、駅ＳＴ１を通る場内区間Ａ２と、場内区間Ａ２で挟まれた閉塞区間Ａ１に分割される。場内区間Ａ２と閉塞区間Ａ１との境界には信号機ＳＧ１が設置されている。また、閉塞区間Ａ１は、更に複数の区間Ａ１１に分割されている。各区間Ａ１１には区間レールＬ１１が設けられており、隣り合う区間Ａ１１の相互間では区間レールＬ１１が互いに電気的に分割されている。また、各区間Ａ１１の区間レールＬ１１には、第１の電源Ｅ１１から商用周波数で２Ｖ～３Ｖの第１の交流電圧が印加される。そして、区間Ａ１１を列車が通過する在線時には、列車の車軸によって区間レールＬ１１が電気的に短絡されて当該区間レールＬ１１の電圧が「０」になる。

他方、区間レールＬ１１の近傍には、第１の交流電圧と同じ商用周波数で１００Ｖ～１２０Ｖの第２の交流電圧が第２の電源Ｅ１２から印加される局部配電線Ｌ１２が設置されている。また、区間レールＬ１１は、在線状態を検出するための軌道リレーＬ１３における軌道コイルＬ１３１に接続され、局部配電線Ｌ１２は、この軌道リレーＬ１３における局部コイルＬ１３２に接続されている。

軌道回路Ｌ１では、在線時に区間レールＬ１１の電圧が「０」になることを受けて軌道リレーＬ１３が動作することで区間Ａ１１に列車が在線していることが検知される。また、軌道回路Ｌ１では、軌道コイルＬ１３１及び局部コイルＬ１３２の相互間における電圧の位相差が求められる。区間レールＬ１１の電圧が「０」ではなく、且つ、軌道コイルＬ１３１が局部コイルＬ１３２に対して遅れ位相である場合に、当該区間Ａ１１には列車が在線していないが、進行方向の前方側の区間Ａ１１に列車が在線している前方在線であることが検知される。また、区間レールＬ１１の電圧が「０」ではなく、且つ、軌道コイルＬ１３１が局部コイルＬ１３２に対して進み位相である場合に、当該区間Ａ１１にも進行方向の前方側の区間Ａ１１にも列車が在線していない非在線であることが検知される。

そして、軌道回路監視装置１は、軌道コイルＬ１３１及び局部コイルＬ１３２の電圧、即ち、区間レールＬ１１の電圧Ｖ１１及び局部配電線Ｌ１２の電圧Ｖ１２が入力され、これらの電圧Ｖ１１，Ｖ１２に基づいて軌道回路Ｌ１を監視する装置となっている。

図２は、図１に示されている軌道回路監視装置を示す概略構成図である。

軌道回路監視装置１は、図１に示された軌道回路Ｌ１を監視する装置であり、軌道電圧処理部１１と、局部電圧処理部１２と、ＭＰＵ１３と、ＲＳ４８５伝送部１４と、電源部１５と、発振子１６と、リセットＩＣ１７と、を備えている。

軌道電圧処理部１１は、図１に示された区間レールＬ１１の電圧Ｖ１１が入力され、当該電圧Ｖ１１に対する信号処理を行う。

軌道電圧処理部１１は、軌道用降圧回路１１１と、軌道用絶縁アンプ１１２と、第１の軌道用ＬＰＦ１１３と、第１の軌道用ＨＰＦ１１４と、第２の軌道用ＬＰＦ１１５と、第２の軌道用ＨＰＦ１１６と、軌道用反転増幅器１１７と、を備えている。軌道用降圧回路１１１は、入力された区間レールＬ１１の電圧Ｖ１１を０．９９倍に降圧する回路である。軌道用絶縁アンプ１１２は、降圧された電圧を、軌道用降圧回路１１１側とは電気的に絶縁しつつ後段側へと伝達する回路である。また、この軌道用絶縁アンプ１１２は、入力された電圧に所定の直流オフセットを加える。この直流オフセットは、軌道電圧処理部１１で最終的に得られる軌道電圧Ｖ１１１が常に正の値となるオフセット値に調整されている。第１の軌道用ＬＰＦ１１３は、入力された電圧について、所定周波数（例えば２１９Ｈｚ）以下を通過させるローパスフィルタである。第１の軌道用ＬＰＦ１１３の後段側に設けられた第１の軌道用ＨＰＦ１１４は、入力された電圧について、所定周波数（例えば９．９９Ｈｚ）以上を通過させるハイパスフィルタである。

また、軌道電圧処理部１１には、軌道電圧Ｖ１１１をＭＰＵ１３に伝える２つのルートが設けられている。一方は、第２の軌道用ＬＰＦ１１５、第２の軌道用ＨＰＦ１１６、及び軌道用反転増幅器１１７を介して得られる軌道電圧Ｖ１１１をＭＰＵ１３に伝えるルートとなっている。他方は、軌道用反転増幅器１１７のみを介して得られる軌道電圧Ｖ１１１をＭＰＵ１３に伝えるルートとなっている。第２の軌道用ＬＰＦ１１５は、入力された電圧について、所定周波数（例えば６６．３２Ｈｚ）以下を通過させるローパスフィルタである。第２の軌道用ＨＰＦ１１６は、入力された電圧について、所定周波数（例えば３３．６６Ｈｚ）以上を通過させるハイパスフィルタである。軌道用反転増幅器１１７は、上述の２つのルートそれぞれの最終段に設けられ、入力された電圧について、所定倍（例えば５倍）に増幅して軌道電圧Ｖ１１１を得てＭＰＵ１３に伝える反転増幅回路である。

局部電圧処理部１２は、図１に示された局部配電線Ｌ１２の電圧Ｖ１２が入力され、当該電圧Ｖ１２に対する信号処理を行う。

局部電圧処理部１２は、局部用降圧回路１２１と、局部用絶縁アンプ１２２と、局部用ＬＰＦ１２３と、局部用ＨＰＦ１２４と、局部用反転増幅器１２５と、を備えている。局部用降圧回路１２１は、入力された局部配電線Ｌ１２の電圧Ｖ１２を０．０６倍に降圧する回路である。局部用絶縁アンプ１２２は、降圧された電圧を、局部用降圧回路１２１側とは電気的に絶縁しつつ後段側へと伝達する回路である。また、この局部用絶縁アンプ１２２は、入力された電圧に所定の直流オフセットを加える。この直流オフセットは、局部電圧処理部１２で最終的に得られる局部電圧Ｖ１２１が常に正の値となるオフセット値に調整されている。局部用ＬＰＦ１２３は、入力された電圧について、所定周波数（例えば２１９Ｈｚ）以下を通過させるローパスフィルタである。局部用ＬＰＦ１２３の後段側に設けられた局部用ＨＰＦ１２４は、入力された電圧について、所定周波数（例えば９．９９Ｈｚ）以上を通過させるハイパスフィルタである。局部用反転増幅器１２５は、局部電圧処理部１２の最終段に設けられ、入力された電圧について、所定倍（例えば０，７５倍）に増幅して局部電圧Ｖ１２１を得てＭＰＵ１３に伝える反転増幅回路である。

ＭＰＵ１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有するマイクロプロセッサである。ＭＰＵ１３は、後述する各種動作等を内蔵するメモリに記憶されたプログラムにより実行する。また、ＭＰＵ１３は、ＡＤコンバータ１３１，１３２，１３３と、ＵＡＲＴ１３４，１３５と、を備えている。

ＡＤコンバータ１３１は、局部電圧処理部１２における局部用反転増幅器１２５からの局部電圧Ｖ１２１の直流オフセット付きの交流波形が入力され、アナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤコンバータ１３２は、軌道電圧処理部１１において軌道用反転増幅器１１７のみを経るルートからの軌道電圧Ｖ１１１の直流オフセット付きの交流波形が入力され、アナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤコンバータ１３３は、軌道電圧処理部１１において第２の軌道用ＬＰＦ１１５、第２の軌道用ＨＰＦ１１６、及び軌道用反転増幅器１１７を経るルートからの軌道電圧Ｖ１１１の直流オフセット付きの交流波形が入力される。ＡＤコンバータ１３３は、このように入力された交流波形のアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ＵＡＲＴ１３４は、ＲＳ４８５伝送部１４へ送信するパラレルデータをシリアルデータに変換し、ＲＳ４８５伝送部１４から受信したシリアルデータをパラレルデータに変換するインターフェース回路である。ＵＡＲＴ１３４は、ＭＰＵ１３で演算された軌道回路Ｌ１の状態を表す状態情報をシリアルデータとして出力する。また、ＵＡＲＴ１３４は、ＲＳ４８５伝送部１４が受信した軌道回路Ｌ１の監視に関する各種指示信号等が入力されパラレルデータとしてＭＰＵ１３内に出力する。ＵＡＲＴ１３５は、各種設定用のＰＣ３とシリアル通信するためにパラレルデータをシリアルデータに変換する。また、ＰＣ３から受信したシリアルデータをパラレルデータに変換する。

ＲＳ４８５伝送部１４は、ＵＡＲＴ１３４から入力された情報等を外部機器２に出力する。また、ＲＳ４８５伝送部１４は、外部機器２から入力された各種指示信号等をＵＡＲＴ１３４に出力する。本実施形態では、軌道回路監視装置１と外部機器２との間はＲＳ４８５規格により通信を行っているが、ＲＳ４８５規格に限らず、有線、無線を問わず他の通信規格であってもよい。

電源部１５は、電源４から供給された電力を軌道回路監視装置１の各ブロックが必要とする電圧等に変換して供給する。

発振子１６は、例えば水晶発振子により構成され、ＭＰＵ１３が動作するためのクロック信号を生成する。

リセットＩＣ１７は、電源４の出力電圧がＭＰＵ１３の動作電圧以上になったことを監視し、ＭＰＵ１３へのリセット信号を解除することでＭＰＵ１３を起動させる周知の回路である。

外部機器２は、軌道回路監視装置１が出力した情報を受信する。外部機器２は、ＲＳ４８５伝送部２１と、マイコン回路２２と、を備えている。ＲＳ４８５伝送部２１は、軌道回路監視装置１から出力された情報を受信する。マイコン回路２２は、マイクロプロセッサ等を備え、軌道回路監視装置１から受信した情報に基づいて、例えば内部への蓄積や監視センター等への送信等の処理を行う。

ＰＣ３は、軌道回路監視装置１の各種設定用の端末等となるコンピュータである。ＰＣ３は、設定等の必要な際に接続される。電源４は、軌道回路監視装置１へ電力（例えば直流５Ｖ）を供給する。

本実施形態では、以上に説明した軌道回路監視装置１において、以下に説明する機能ブロックが構築される。

図３は、図１に示されている軌道回路監視装置が有する機能ブロックを示す模式図である。

本実施形態の軌道回路監視装置１は、軌道電圧取得部１Ａと、軌道電圧平均部１Ｂと、局部電圧取得部１Ｃと、局部電圧平均部１Ｄと、位相差算出部１Ｅと、情報生成部１Ｆと、情報出力部１Ｇと、を備えている。

軌道電圧取得部１Ａは、軌道電圧処理部１１、及びＭＰＵ１３のＡＤコンバータ１３２，１３３によって構築される機能ブロックである。軌道電圧取得部１Ａは、区間レールＬ１１の電圧Ｖ１１に基づいて軌道電圧Ｖ１１１を取得する。この軌道電圧取得部１Ａは、機能ブロックとして、軌道オフセット部１Ａ－１と、軌道電圧受取部１Ａ－２と、を有している。軌道オフセット部１Ａ－１は、軌道電圧処理部１１によって構築される機能ブロックであり、区間レールＬ１１の電圧Ｖ１１に直流オフセットを加える。軌道電圧受取部１Ａ－２は、ＭＰＵ１３のＡＤコンバータ１３２，１３３によって構築される機能ブロックであり、軌道オフセット部１Ａ－１から処理済みの電圧を軌道電圧Ｖ１１１として受け取る。

軌道電圧平均部１Ｂは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックである。軌道電圧平均部１Ｂは、軌道電圧取得部１Ａで取得された軌道電圧Ｖ１１１を所定期間に亘って平均し、平均軌道電圧を算出する。

局部電圧取得部１Ｃは、局部電圧処理部１２、及びＭＰＵ１３のＡＤコンバータ１３１によって構築される機能ブロックである。局部電圧取得部１Ｃは、局部配電線Ｌ１２の電圧Ｖ１２に基づいて局部電圧Ｖ１２１を取得する。この局部電圧取得部１Ｃは、機能ブロックとして、局部オフセット部１Ｃ－１と、局部電圧受取部１Ｃ－２と、を有している。局部オフセット部１Ｃ－１は、局部電圧処理部１２によって構築される機能ブロックであり、局部配電線Ｌ１２の電圧Ｖ１２に直流オフセットを加える。局部電圧受取部１Ｃ－２は、ＭＰＵ１３のＡＤコンバータ１３１によって構築される機能ブロックであり、局部オフセット部１Ｃ－１から処理済みの電圧を局部電圧Ｖ１２１として受け取る。

局部電圧平均部１Ｄは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックである。局部電圧平均部１Ｄは、局部電圧取得部１Ｃで取得された局部電圧Ｖ１２１を所定期間に亘って平均し、平均局部電圧を算出する。

ここで、本実施形態では、上述したように区間レールＬ１１には、第１の電源Ｅ１１から商用周波数の第１の交流電圧が印加される。また、局部配電線Ｌ１２には、第２の電源Ｅ１２から、第１の交流電圧と同じ商用周波数の第２の交流電圧が印加される。第１の交流電圧及び第２の交流電圧の周期は、日本における２種類の商用電源の周波数の周期である１／５０秒周期と１／６０秒周期の中から選択された一の周期となる。このとき、軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃは、各々、上述した２つの周期の最小公倍数の整数倍をサンプリング時間とし、当該サンプリング時間中おける一定間隔毎のサンプリング値に基づいて、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１を取得する。具体的には、１／５０秒周期と１／６０秒周期の最小公倍数である１００ｍ秒の整数倍（ここでは１倍）である１００ｍ秒がサンプリング時間として採用されている。そして、この１００ｍ秒の間に、０．２ｍ秒間隔で得られる５００個のサンプリング値から軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１が軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃで取得される。軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃでは、ＭＰＵ１３のＡＤコンバータ１３１，１３２，１３３でデジタル値に変換された軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１が１００ｍ秒間隔で順次に取得される。尚、本実施形態では、５０Ｈｚ、６０Ｈｚの周期の最小の公倍数である１００ｍ秒をサンプリング時間に設定したが、公倍数であれば最小である必要はない。サンプリング時間の基準を１００ｍ秒の整数倍に設定することにより、５０Ｈｚ地域では５波形分の倍数、６０Ｈｚ地域では６波形分の倍数のデータを処理することができる。そのため測定データにおける波形の山欠け等がなく測定が可能となり、両者の周波数の相違による影響を除外できる。また、ここではサンプリング周期は０．２ｍ秒に設定したが、これは使用するＭＰＵの能力、必要とする測定精度、特に後述の位相差算出の為の局部交差時刻、軌道交差時刻、入力される交流電圧の周波数などから適宜選択される。短いサンプリング周期とすることにより更に分解能を上げることができるが、使用するＭＰＵ、ＡＤコンバータ等を高速動作に適したものにしなければならず、測定精度、経済性などから設定する。

軌道電圧平均部１Ｂ及び局部電圧平均部１Ｄは、各々１００ｍ秒間隔で取得される軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１を所定期間に亘って平均し、平均軌道電圧及び平均局部電圧を算出する。これらの平均軌道電圧及び平均局部電圧は、上述したように軌道オフセット部１Ａ－１及び局部オフセット部１Ｃ－１で加えられた直流オフセットに応じた、各電圧の交流変化における中心値となる。この平均電圧を求めるための所定期間とは、上述の二つの周期の最小公倍数である１００ｍ秒の整数倍、望ましくは入力する交流電圧の周波数の周期の少なくとも１周期分の整数倍とする。平均化の為の時間を長くすることにより、外乱によるノイズ、瞬時データのバラツキの影響を受けにくくなり、より安定した平均電圧とすることができる。但しあまりにも長いと、逆に周囲環境の変動に追従できなくなる上に、サンプリングするデータも多くなりメモリ容量にも制限がある為、理想的には上限１～２秒程度とし、順次更新していくことが望ましい。

位相差算出部１Ｅは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックであり、軌道電圧Ｖ１１１と局部電圧Ｖ１２１との位相差を算出する。この位相差は、軌道電圧Ｖ１１１の時間変化が描く線が平均軌道電圧と交差する軌道交差時刻と、局部電圧Ｖ１２１の時間変化が描く線が平均局部電圧と交差する局部交差時刻と、の時間差に基づいて算出される。

情報生成部１Ｆは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックであり、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差に基づいて軌道回路Ｌ１の状態を表す状態情報を生成する。また、情報生成部１Ｆは、軌道電圧Ｖ１１１及び位相差に基づいて区間レールＬ１１の在線状態を把握し、当該在線状態に基づいて軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差それぞれの異常判定閾値を決定する。その後、情報生成部１Ｆは、当該異常判定閾値を用いて軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差それぞれの異常判定を行い、当該異常判定の判定結果を含む情報を、状態情報として生成する。生成された状態情報は、ＭＰＵ１３の内部メモリにおける、上記の検出結果とは別の記憶領域に記憶される。

情報出力部１Ｇは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックであり、情報生成部１Ｆで生成された状態情報を出力する。本実施形態では、外部機器２からの指示に応じてＭＰＵ１３の内部メモリから状態情報を読み出して外部機器２へと出力する。

次に、上述した構成の軌道回路監視装置１の動作について図４～図８を参照して説明する。

図４は、図１～図３に示されている軌道回路監視装置における軌道電圧及び局部電圧の取得から軌道回路の状態情報の生成に至るまでの処理の流れを表した模式的なフローチャートである。

電源が投入されて軌道回路監視装置１が起動すると、まず、軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃによる取得処理Ｓ１１が実行されて、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１がサンプリング時間毎に取得されてＭＰＵ１３の内部メモリに記憶される。

次に、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１が所定期間に亘って内部メモリに蓄積されると、軌道電圧平均部１Ｂ及び局部電圧平均部１Ｄが、各蓄積結果を用いて平均軌道電圧及び平均局部電圧を算出する平均処理Ｓ１２を実行する。

平均軌道電圧及び平均局部電圧が算出されると、位相差算出部１Ｅが、軌道電圧Ｖ１１１と局部電圧Ｖ１２１との位相差を算出する位相差算出処理Ｓ１３を実行する。位相差算出処理Ｓ１３では、平均軌道電圧及び平均局部電圧の算出後に取得される軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１と、上記の平均軌道電圧及び平均局部電圧と、が用いられて位相差が算出される。

図５は、図４に示されている位相差算出処理において位相差が算出される様子を示す模式図である。

この図５には、０．２ｍ秒間隔で取得される軌道電圧Ｖ１１１のプロット点を結んだ、当該軌道電圧Ｖ１１１の時間変化が描く線ＧＬ１が平均軌道電圧Ｖ１１２とともに図示されている。また、局部電圧Ｖ１２１についても、０．２ｍ秒間隔で取得される局部電圧Ｖ１２１のプロット点を結んだ、当該局部電圧Ｖ１２１の時間変化が描く線ＧＬ２が平均局部電圧Ｖ１２２とともに図示されている。そして、本実施形態では、位相差が次のようにして算出される。

先ず、局部電圧Ｖ１２１の時間変化が描く線ＧＬ２が平均局部電圧Ｖ１２２と交差する局部交差時刻Ｔ１２が求められる。この局部交差時刻Ｔ１２は、局部電圧取得部１Ｃで順次に取得された局部電圧Ｖ１２１のうち平均局部電圧Ｖ１２２を相互間に挟んで取得された一対の電圧Ｖ１２３を用いた線形補間法によって算出される。

また、軌道電圧Ｖ１１１の時間変化が描く線ＧＬ１が平均軌道電圧Ｖ１１２と交差する軌道交差時刻Ｔ１１が求められる。この軌道交差時刻Ｔ１１は、軌道電圧取得部１Ａで順次に取得された軌道電圧Ｖ１１１のうち平均軌道電圧Ｖ１１２を次のように挟んで取得された一対の電圧Ｖ１１３を用いた線形補間法によって算出される。ここにいう一対の電圧Ｖ１１３とは、局部交差時刻Ｔ１２における局部電圧Ｖ１２１の増減変化と同じ方向について平均軌道電圧Ｖ１１２を相互間に挟んで取得された一対の電圧である。

図４に示されている位相差算出処理Ｓ１３では、このようにして軌道交差時刻Ｔ１１及び局部交差時刻Ｔ１２が求められると、局部交差時刻Ｔ１２に対する軌道交差時刻Ｔ１１の時間差Δｔが算出される。また、局部交差時刻Ｔ１２よりも前に、局部電圧Ｖ１２１の時間変化が描く線ＧＬ２が、当該局部交差時刻Ｔ１２における局部電圧Ｖ１２１の増減変化と同じ方向について平均局部電圧Ｖ１２２と交差する時刻が求められる。この時刻と局部交差時刻Ｔ１２との時間差から局部電圧Ｖ１２１の周期Ｔが算出される。尚、この周期Ｔは、局部電圧Ｖ１２１の元になった局部配電線Ｌ１２への印加電圧（第２の電源Ｅ１２からの第２の交流電圧）の周期と略同じとなるので、当該周期を位相差の算出に用いることとしてもよい。

局部交差時刻Ｔ１２に対する軌道交差時刻Ｔ１１の時間差Δｔ、及び局部電圧Ｖ１２１の周期Ｔ、が求められると、位相差θは、θ＝（３６０／Ｔ）×Δｔという式を用いて算出される。このようにして算出されたθが－符号の場合に、前方在線に対応した遅れ位相となり、＋符号の場合に非在線に対応した進み位相となる。また、在線時には、軌道電圧Ｖ１１１がフラットになるので位相差は算出不能となり、この場合には位相差θが「０°」とされる。

図４に示されている位相差算出処理Ｓ１３において上述のように位相差θが算出されると、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θに基づいて軌道回路Ｌ１の状態を表す状態情報を生成する情報生成処理Ｓ１４が情報生成部１Ｆによって実行される。この情報生成処理Ｓ１４では、在線状態把握処理Ｓ１４１、異常判定閾値決定処理Ｓ１４２、異常判定処理Ｓ１４３、及び生成処理Ｓ１４４、が実行される。

図６は、図４に示されている情報生成処理で在線状態が把握される様子を示す一例のチャート図であり、図７は、図６のチャート図で示されている例において生成される状態情報を示す図である。

まず、図６及び図７に示されているように、情報生成処理Ｓ１４で生成される状態情報Ｊ１１は、鉄道レールＬ１ａにおける複数の区間Ａ１１それぞれについて生成される。図６及び図７の例は、複数の区間Ａ１１のうちの一の区間Ａ１１を例に挙げ、時間経過とともに列車が進行することで在線状態が、非在線、在線、前方在線、非在線の順で変化する例である。即ち、前方側の区間Ａ１１及び一の区間Ａ１１に列車が存在していない非在線から、当該一の区間Ａ１１に列車が進入して在線となり、列車が前方側の区間Ａ１１へと移動して前方在線となり、更に列車が次の区間Ａ１１へと移動して非在線となる例が示されている。

在線状態把握処理Ｓ１４１では、上記のように変化する在線状態が、取得処理Ｓ１１で取得された軌道電圧Ｖ１１１、及び位相差算出処理Ｓ１３で算出された位相差θに基づいて把握される。

図６に示されているように、取得処理Ｓ１１で取得される軌道電圧Ｖ１１１は交流電圧である。区間Ａ１１が非在線のときには、軌道電圧Ｖ１１１は、図１に示されている第１の電源Ｅ１１からの第１の交流電圧に応じた交流電圧となる。この軌道電圧Ｖ１１１は、区間Ａ１１が在線になると区間レールＬ１１が短絡されて振幅が０Ｖとなり、前方在線になると波形が反転した交流電圧となる。そして、区間Ａ１１が前方在線から非在線に変化すると波形が更に反転して軌道電圧Ｖ１１１は元の交流電圧に戻る。取得処理Ｓ１１では、列車が進行するにつれてこのように波形が変化する軌道電圧Ｖ１１１が取得される。在線状態把握処理Ｓ１４１では、まず、このような軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが算出される。振幅Ｖ１１１ａは、非在線と前方在線では略同値（図６及び図７では一例として１．２Ｖ）となり、在線では０Ｖとなる。また、前方在線から非在線への変化時には、図１に示されている軌道リレーＬ１３での切替動作に応じて瞬間的に０Ｖとなる。

ここで、取得処理Ｓ１１で取得される局部電圧Ｖ１２１も交流電圧であるが、区間レールＬ１１とは別に設置された局部配電線Ｌ１２の電圧であるので、局部電圧Ｖ１２１は列車の進行の影響は受けず、一定の交流電圧の波形が維持される。このため、局部電圧Ｖ１２１は、図５を参照して説明したように位相差θの算出における基準として用いられる。

在線状態把握処理Ｓ１４１では、後述の状態情報の生成に供するために、この局部電圧Ｖ１２１についても、その振幅Ｖ１２１ａが算出される。波形が変化しない局部電圧Ｖ１２１の振幅Ｖ１２１ａは略一定（図６及び図７では一例として１１０Ｖ）の値となる。

このような振幅Ｖ１１１ａ，Ｖ１２１ａの算出の後、在線状態把握処理Ｓ１４１では、在線状態の把握が行われる。この把握に、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａと、位相差算出処理Ｓ１３で算出された位相差θとが用いられる。局部電圧Ｖ１２１に対する軌道電圧Ｖ１１１の位相差θは、図６に示されているように、非在線では+９０°の進み位相となり、在線では０°となり、前方在線では－９０°の遅れ位相となる。在線状態把握処理Ｓ１４１では、まず、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが０Ｖで位相差θが０°であるか否かによって、区間Ａ１１が在線であるか否かが判定される。また、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが０Ｖを超える有値で位相差θの符号が＋の進み位相であるか否かによって、区間Ａ１１が非在線であるか否かが判定される。更に、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが０Ｖを超える有値で位相差θの符号が－の遅れ位相であるか否かによって、区間Ａ１１が前方在線であるか否かが判定される。尚、在線状態把握処理Ｓ１４１では、振幅Ｖ１１１ａ及び位相差θの絶対値の評価までは行われない。

このようにして在線状態が把握されると、次に、異常判定閾値決定処理Ｓ１４２が実行される。この異常判定閾値決定処理Ｓ１４２では、把握された在線状態に基づいて軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θそれぞれの異常判定閾値が決定される。軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１については、それぞれの振幅Ｖ１１１ａ，Ｖ１２１ａに対する異常判定閾値が決定される。本実施形態では、非在線、在線、及び前方在線、の３つの在線状態それぞれについて、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θそれぞれの異常判定閾値が、予め設定されてＭＰＵ１３の内部メモリに記憶されている。異常判定閾値決定処理Ｓ１４２では、把握された在線状態に対応する軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θそれぞれの異常判定閾値を内部メモリから読み出すことで各異常判定閾値の決定が行われる。

このような異常判定閾値決定処理Ｓ１４２に続いて、異常判定処理Ｓ１４３が実行される。この異常判定処理Ｓ１４３では、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａ、局部電圧Ｖ１２１の振幅Ｖ１２１ａ、及び位相差θ、のそれぞれが、在線状態に応じて決定された異常判定閾値と比較されることで異常判定が行われる。

最後に、生成処理Ｓ１４４が実行されて、異常判定の判定結果を含む情報が、状態情報Ｊ１１として生成される。本実施形態では、状態情報Ｊ１１には、図７に示されているように、区間Ａ１１の在線状態、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａ、局部電圧Ｖ１２１の振幅Ｖ１２１ａ、及び位相差θ、のそれぞれが含まれる。これらに加えて、状態情報Ｊ１１には、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θ、のそれぞれについての異常判定の判定結果が含まれる。生成された状態情報Ｊ１１は、ＭＰＵ１３の内部メモリに記憶される。

このようにして状態情報Ｊ１１が生成されると、図４のフローチャートで表される処理では、取得処理Ｓ１１に処理が戻り、以降の処理が繰り返される。この処理により、上述のサンプリング時間（一例として１００ｍ秒）毎に状態情報Ｊ１１が生成されてＭＰＵ１３の内部メモリに記憶されていくこととなる。

本実施形態では、このように生成されて記憶される軌道回路Ｌ１の状態情報Ｊ１１が、図２に示されている外部機器２からの読出し要求に応じ、図３に示されている情報出力部１Ｇによって出力される。

図８は、図３に示されている情報出力部が読出し要求に応じて軌道回路の状態情報を出力する処理の流れを表した模式的なフローチャートである。

このフローチャートの処理は、軌道回路監視装置１に電源が投入されて起動すると開始される。すると、まず、各要素のイニシャライズＳ２１が行われ、その後、図１に示されている外部機器２から読出し要求が送られてきたか否かを判定する判定待機状態Ｓ２２となる。外部機器４からの読出し要求が無い場合（ＮＯ判定）には、判定待機状態Ｓ２２が続けられる。そして、外部機器２から読出し要求が送られてくると（ＹＥＳ判定）、情報出力処理Ｓ２３が実行される。この情報出力処理Ｓ２３では、ＭＰＵ１３の内部メモリから状態情報Ｊ１１が読み出されて出力される。

以上に説明した軌道回路監視装置１によれば、軌道回路Ｌ１の状態情報Ｊ１１のためのパラメータの１つである位相差θが、軌道交差時刻Ｔ１１と局部交差時刻Ｔ１２との時間差Δｔに基づいて算出される。このとき、軌道交差時刻Ｔ１１が、軌道電圧Ｖ１１１の時間変化が描く線ＧＬ１が平均軌道電圧Ｖ１１２と交差する時刻となっており、局部交差時刻Ｔ１２が、局部電圧Ｖ１２１の時間変化が描く線ＧＬ２が平均局部電圧Ｖ１２２と交差する時刻となっている。仮に、周囲環境の温度変化の影響によって軌道電圧Ｖ１１１や局部電圧Ｖ１２１が変動するようなことが起きたとしても、平均軌道電圧Ｖ１１２や平均局部電圧Ｖ１２２もこれに追随して変動する。このため、位相差θの算出の元となる軌道交差時刻Ｔ１１や局部交差時刻Ｔ１２は、温度変化の影響を受ける前と略同じ条件下で求められることとなる。つまり、上記の軌道回路監視装置１によれば、位相差θの算出処理が周囲環境の温度変化の影響を受け難く、このような位相差θを用いることで、軌道回路Ｌ１の状態情報Ｊ１１の生成処理について安定した処理精度を得ることができる。

ここで、本実施形態では、軌道電圧取得部１Ａにおいて、区間レールＬ１１の電圧Ｖ１１に直流オフセットが加えられて軌道電圧Ｖ１１１として受け取られる。また、局部電圧取得部１Ｃにおいて、局部配電線Ｌ１２の電圧に直流オフセットが加えられて局部電圧Ｖ１２１として受け取られる。この構成によれば、上記の直流オフセットの値を適宜に調整することで、平均軌道電圧Ｖ１１２や平均局部電圧Ｖ１２２を軌道交差時刻Ｔ１１や局部交差時刻Ｔ１２の取得に用い易い値に設定し、処理負担を抑えて位相差θの算出を行うことができる。

また、本実施形態では、軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃで加えられる直流オフセットは、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１が常に正の値となるものなっている。そして、軌道電圧取得部１Ａの軌道電圧受取部１Ａ－２、局部電圧取得部１Ｃの局部電圧受取部１Ｃ－２、位相差算出部１Ｅ、情報生成部１Ｆ、及び情報出力部１Ｇが、何れも正の電源電圧を出力する単電源で動作する。この単電源は、図２示されている電源４及び電源部１５で構築され、軌道電圧受取部１Ａ－２、局部電圧受取部１Ｃ－２、位相差算出部１Ｅ、情報生成部１Ｆ、及び情報出力部１Ｇを構築するＭＰＵ１３に供給される。この構成によれば、位相差算出部１Ｅ、情報生成部１Ｆ、及び情報出力部１Ｇが、単電源で動作するので、例えば正負の二電源で動作する構成等に比べて軌道回路監視装置１の回路構成を簡略化してコストを低減させることができる。

また、本実施形態では、位相差算出部１Ｅが、一の局部交差時刻Ｔ１２と、当該一の局部交差時刻Ｔ１２における局部電圧Ｖ１２１の増減変化と同じ方向に平均軌道電圧Ｖ１１２と交差する一の軌道交差時刻Ｔ１１と、の時間差Δｔに基づいて位相差θを算出する。この構成によれば、一の局部交差時刻Ｔ１２とともに位相差θの算出の元になる一の軌道交差時刻Ｔ１１を、局部電圧Ｖ１２１の増減変化の方向に基づいて容易に求めることができる。

また、本実施形態では、位相差算出部１Ｅが、局部交差時刻Ｔ１２を、平均局部電圧Ｖ１２２を相互間に挟んで取得された一対の電圧Ｖ１２３を用いた線形補間法によって算出する。また、位相差算出部１Ｅは、軌道交差時刻Ｔ１１を、平均軌道電圧Ｖ１２３を、局部交差時刻Ｔ１２における局部電圧Ｖ１２１の増減変化と同じ方向について相互間に挟んで取得された一対の電圧Ｖ１１３を用いた線形補間法によって算出する。この構成によれば、例えば平均軌道電圧Ｖ１１２や平均局部電圧Ｖ１２２に最も近い電圧の計測時刻を軌道交差時刻や局部交差時刻とする等といった手法と比べて、軌道交差時刻Ｔ１１や局部交差時刻Ｔ１２を線形補間法によって高精度に求めることができる。

また、本実施形態では、情報生成部１Ｆは、在線状態を把握し、当該在線状態に基づいて異常判定閾値を決定し、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θそれぞれの異常判定を行い、その判定結果を含む情報を状態情報Ｊ１１として生成する。この構成によれば、在線状態に基づいて軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θそれぞれの異常判定閾値が決定されるので、各パラメータについて高精度で異常判定を行って状態情報Ｊ１１を生成することができる。

また、本実施形態では、軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃは、各々、軌道回路Ｌ１の交流電源として想定される複数の周期の最小公倍数の整数倍をサンプリング時間とする。そして、当該サンプリング時間中おける一定間隔毎のサンプリング値に基づいて、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１を取得する。この構成によれば、１／５０秒周期及び１／６０秒周期等といった複数の周期の最小公倍数の整数倍であるサンプリング時間中おける一定間隔毎のサンプリング値に基づいて軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１が取得される。これにより、サンプリング時間が軌道回路Ｌ１の電源周波数の周期と一致するので、両者の不一致に起因する誤差等が抑えられてサンプリング精度を向上させることができる。

尚、以上に説明した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の軌道回路監視装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

例えば、上述の実施形態では、軌道回路の一例として、区間レールＬ１１と局部配電線Ｌ１２とが軌道リレーＬ１３を介して連結され、当該軌道リレーＬ１３によって在線状態を検知する軌道回路Ｌ１が例示されている。しかしながら、軌道回路はこれに限るものではなく、区間レールの電圧と局部配電線の電圧とに基づいて在線状態を検知するための回路であれば、その具体的な回路構成を問うものではない。

また、上述の実施形態では、情報生成部の一例として、軌道回路Ｌ１の状態情報Ｊ１１を生成してＭＰＵ１３の内部メモリに記憶する情報生成部１Ｆが例示されている。しかしながら、情報生成部はこれに限るものではなく、例えば内部メモリに記憶することなく、生成した状態情報を後段の情報出力部に渡すもの等であってもよい。

また、上述の実施形態では、軌道電圧取得部及び局部電圧取得部の各一例として、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１として直流オフセットを加えた交流電圧を取得する軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃが例示されている。しかしながら、軌道電圧取得部及び局部電圧取得部は、これに限るものではなく、直流オフセットを加えずに軌道電圧及び局部電圧を取得するものであってもよい。ただし、直流オフセットを加えることで、当該直流オフセットの調整により、位相差θの算出における処理負担が軽減されるような平均軌道電圧Ｖ１１２や平均局部電圧Ｖ１２２の設定が可能となることは上述した通りである。

また、上述の実施形態では、直流オフセットの一例として、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１が常に正の値となる直流オフセットが例示されている。そして、軌道電圧受取部、局部電圧受取部、位相差算出部、情報生成部、及び情報出力部の各一例として、正の電源電圧を出力する単電源で動作するものが例示されている。しかしながら、直流オフセット、軌道電圧受取部、局部電圧受取部、位相差算出部、情報生成部、及び情報出力部、はこれに限るものではない。直流オフセットは、軌道電圧及び局部電圧が一時的に正の値となるものであってもよい。また、軌道電圧受取部、局部電圧受取部、位相差算出部、情報生成部、及び情報出力部、は正負の二電源で動作するものであってもよい。ただし、上記のような直流オフセットや、単電源で動作する軌道電圧受取部、局部電圧受取部、位相差算出部、情報生成部、及び情報出力部によれば、回路構成を簡略化してコストを低減させることができる点は上述した通りである。

また、上述の実施形態では、位相差算出部の一例として、一の局部交差時刻Ｔ１２と、局部電圧Ｖ１２１と同じ方向に平均軌道電圧Ｖ１１２と交差する一の軌道交差時刻Ｔ１１と、の時間差Δｔに基づいて位相差θを算出する位相差算出部１Ｅが例示されている。しかしながら、位相差算出部は、これに限るものではない。位相差算出部は、軌道電圧の時間変化が描く線が平均軌道電圧と交差する軌道交差時刻と、局部電圧の時間変化が描く線が平均局部電圧と交差する局部交差時刻と、の時間差に基づいて位相差を算出するものであれば、その具体的な算出態様を問うものではない。ただし、局部電圧Ｖ１２１の増減変化の方向に注目することで一の軌道交差時刻Ｔ１１を容易に求めることができる点は上述した通りである。

また、上述の実施形態では、位相差算出部の一例として、局部交差時刻Ｔ１２及び軌道交差時刻Ｔ１１を線形補間法によって算出する位相差算出部１Ｅが例示されている。しかしながら、位相差算出部は、これに限るものではなく、例えば平均軌道電圧や平均局部電圧に最も近い電圧の計測時刻を軌道交差時刻や局部交差時刻とするもの等であってもよい。ただし、局部交差時刻Ｔ１２及び軌道交差時刻Ｔ１１を線形補間法によって算出することで、軌道交差時刻Ｔ１１や局部交差時刻Ｔ１２を高精度に求めることができる点は上述した通りである。

また、上述の実施形態では、情報生成部の一例として、在線状態を把握し、当該在線状態に応じた異常判定閾値を用いた異常判定の判定結果を含む状態情報Ｊ１１を生成する情報生成部１Ｆが例示されている。しかしながら、情報生成部は、これに限るものではなく、在線状態とは無関係に異常判定を行うものであってもよい。ただし、在線状態に応じた異常判定閾値を用いることにより、高精度で異常判定を行って状態情報Ｊ１１を生成することができる点は上述した通りである。また、情報生成部は、そもそも在線状態の把握や異常判定は行わず、例えばこれらの処理に用いられる軌道電圧、局部電圧、及び位相差のみを表す状態情報を生成するもの等であってもよい。この場合、在線状態の把握や異常判定は状態情報の受取り側で行われることとなる。ただし、情報生成部１Ｆにおいて在線状態の把握や異常判定を行うことで、受取り側での処理負担を抑えることができる。また設置されている現場において、状態をモニタリングすることができる。

また、本実施形態では、軌道電圧取得部及び局部電圧取得部の各一例として、商用電源の周波数の周期の最小公倍数の整数倍をサンプリング時間とし、軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１を取得する軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｃが例示されている。しかしながら、軌道電圧取得部及び局部電圧取得部は、これに限るものではなく、サンプリング時間等といった具体的な取得態様を問うものではない。ただし、上記のような周波数の周期の最小公倍数の整数倍であるサンプリング時間を用いることで、サンプリング精度を向上させることができる点は上述した通りである。尚、サンプリング時間の設定の元となる周波数の周期は、日本における２種類の商用電源の周波数の周期に限るものではなく、例えば海外の商用電源の周波数の周期等というように、信号機の設置場所等に応じて適宜に設定されるものである。

１ 軌道回路監視装置
１Ａ 軌道電圧取得部
１Ａ－１ 軌道オフセット部
１Ａ－２ 軌道電圧受取部
１Ｂ 軌道電圧平均部
１Ｃ 局部電圧取得部
１Ｃ－１ 局部オフセット部
１Ｃ－２ 局部電圧受取部
１Ｄ 局部電圧平均部
１Ｅ 位相差算出部
１Ｆ 情報生成部
１Ｇ 情報出力部
２ 外部機器
３ ＰＣ
４ 電源
１１ 軌道電圧処理部
１２ 局部電圧処理部
１３ ＭＰＵ
１４，２１ ＲＳ４８５伝送部
１５ 電源部
１６ 発振子
１７ リセットＩＣ
２２ マイコン回路
１１１ 軌道用降圧回路
１１２ 軌道用絶縁アンプ
１１３ 第１の軌道用ＬＰＦ
１１４ 第１の軌道用ＨＰＦ
１１５ 第２の軌道用ＬＰＦ
１１６ 第２の軌道用ＨＰＦ
１１７ 軌道用反転増幅器
１２１ 局部用降圧回路
１２２ 局部用絶縁アンプ
１２３ 局部用ＬＰＦ
１２４ 局部用ＨＰＦ
１２５ 局部用反転増幅器
１３１，１３２，１３３ ＡＤコンバータ
１３４，１３５ ＵＡＲＴ
Ａ１ 閉塞区間
Ａ１１ 区間
Ａ２ 場内区間
Ｅ１１ 第１の電源
Ｅ１２ 第２の電源
Ｊ１１ 状態情報
Ｌ１ 軌道回路
Ｌ１ａ 鉄道レール
Ｌ１１ 区間レール
Ｌ１２ 局部配電線
Ｌ１３ 軌道リレー
Ｌ１３１ 軌道コイル
Ｌ１３２ 局部コイル
Ｓ１１ 取得処理
Ｓ１２ 平均処理
Ｓ１４ 情報生成処理
Ｓ１４１ 在線状態把握処理
Ｓ１４２ 異常判定閾値決定処理
Ｓ１４３ 異常判定処理
Ｓ１４４ 生成処理
Ｓ２１ イニシャライズ
Ｓ２２ 判定待機状態
Ｓ２３ 情報出力処理
Ｔ 周期
Ｔ１１ 軌道交差時刻
Ｔ１２ 局部交差時刻
Ｖ１１ 区間レールの電圧
Ｖ１２ 局部配電線の電圧
Ｖ１１１ 軌道電圧
Ｖ１１１ａ，Ｖ１２１ａ 振幅
Ｖ１１２ 平均軌道電圧
Ｖ１１３，Ｖ１２３ 一対の電圧
Ｖ１２１ 局部電圧
Ｖ１２２ 平均局部電圧
ＧＬ１，ＧＬ２ 時間変化が描く線
ＳＴ１ 駅
ＳＧ１ 信号機
θ 位相差
Δｔ 時間差

Claims (7)

1. 複数の区間に電気的に分割された鉄道レールの各区間について、第１の交流電圧が印加されるとともに列車の在線時に電気的に短絡される区間レールの電圧、及び、前記区間レールの近傍に設置されるとともに第２の交流電圧が印加される局部配電線の電圧、に基づいて前記区間の在線状態を検知するための軌道回路に対し、当該軌道回路の状態を監視する軌道回路監視装置において、
   前記区間レールの電圧に基づいて軌道電圧を取得する軌道電圧取得部と、
   前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧を所定期間に亘って平均し、平均軌道電圧を算出する軌道電圧平均部と、
   前記局部配電線の電圧に基づいて局部電圧を取得する局部電圧取得部と、
   前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧を所定期間に亘って平均し、平均局部電圧を算出する局部電圧平均部と、
   前記軌道電圧の時間変化が描く線が前記平均軌道電圧と交差する軌道交差時刻と、前記局部電圧の時間変化が描く線が前記平均局部電圧と交差する局部交差時刻と、の時間差に基づいて前記軌道電圧と前記局部電圧との位相差を算出する位相差算出部と、
   前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差に基づいて前記軌道回路の状態を表す状態情報を生成する情報生成部と、
   前記情報生成部で生成された前記状態情報を出力する情報出力部と、
   を備えたことを特徴とする軌道回路監視装置。
2. 前記軌道電圧取得部が、前記区間レールの電圧に直流オフセットを加える軌道オフセット部と、当該軌道オフセット部から処理済みの電圧を前記軌道電圧として受け取る軌道電圧受取部と、を有し、
   前記局部電圧取得部が、前記局部配電線の電圧に直流オフセットを加える局部オフセット部と、当該局部オフセット部から処理済みの電圧を前記局部電圧として受け取る局部電圧受取部と、を有していることを特徴する請求項１に記載の軌道回路監視装置。
3. 前記軌道電圧取得部における前記軌道オフセット部が、前記軌道電圧が常に正の値となる直流オフセットを加え、
   前記局部電圧取得部における前記局部オフセット部が、前記局部電圧が常に正の値となる直流オフセットを加えるものであって、
   前記軌道電圧取得部における前記軌道電圧受取部、前記局部電圧取得部における前記局部電圧受取部、前記位相差算出部、前記情報生成部、及び前記情報出力部が、何れも正の電源電圧を出力する単電源で動作するものであることを特徴とする請求項２に記載の軌道回路監視装置。
4. 前記位相差算出部が、順次に算出される複数の前記局部交差時刻のうちの一の局部交差時刻と、順次に算出される複数の前記軌道交差時刻のうち前記一の局部交差時刻における前記局部電圧の増減変化と同じ方向に前記平均軌道電圧と交差する一の軌道交差時刻と、の時間差に基づいて前記軌道電圧と前記局部電圧との位相差を算出することを特徴とする請求項１～３のうち何れか一項に記載の軌道回路監視装置。
5. 前記軌道電圧取得部及び前記局部電圧取得部は、各々、前記軌道電圧及び前記局部電圧を所定の時間間隔で順次に取得するものであり、
   前記位相差算出部が、前記局部交差時刻を、前記局部電圧取得部で順次に取得された前記局部電圧のうち前記平均局部電圧を相互間に挟んで取得された一対の電圧を用いた線形補間法によって算出し、前記軌道交差時刻を、前記軌道電圧取得部で順次に取得された前記軌道電圧のうち前記平均軌道電圧を、前記局部交差時刻における前記局部電圧の増減変化と同じ方向について相互間に挟んで取得された一対の電圧を用いた線形補間法によって算出することを特徴とする請求項４に記載の軌道回路監視装置。
6. 前記情報生成部は、前記軌道電圧及び前記位相差に基づいて前記在線状態を把握し、当該在線状態に基づいて前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差それぞれの異常判定閾値を決定し、当該異常判定閾値を用いて前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差それぞれの異常判定を行い、当該異常判定の判定結果を含む情報を、前記状態情報として生成することを特徴とする請求項１～５のうち何れか一項に記載の軌道回路監視装置。
7. 前記第１の交流電圧及び前記第２の交流電圧が、予め定められた複数の周期の中から選択された一の周期を有する交流電圧であり、
   前記軌道電圧取得部及び前記局部電圧取得部は、各々、前記複数の周期の最小公倍数の整数倍をサンプリング時間とし、当該サンプリング時間中おける一定間隔毎のサンプリング値に基づいて、前記軌道電圧及び前記局部電圧を取得することを特徴とする請求項１～６のうち何れか一項に記載の軌道回路監視装置。

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