JP7538726B2 - 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

ところで、軌道回路では、在線状態の変化に際して軌道電圧が変動する場合があるが、このような電圧変動が異常と捉えられると誤検知となってしまう。他方で、このような誤検知を抑制するために、在線状態の変化時の軌道電圧の変動を考慮して例えば異常検知に関する判定閾値を緩めに設定すると、その分、検知精度が低下してしまう。

従って、本発明は、上記のような事情に着目し、検知精度の低下を抑えつつ、在線状態の変化時の軌道電圧の変動による軌道回路の異常の誤検知を抑制す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、前記軌道電圧取得部で取得される前記軌道電圧と前記局部電圧取得部で取得される前記局部電圧との位相差を算出する位相差算出部と、前記軌道電圧及び前記位相差のうち少なくとも一方に基づいて前記区間における在線状態の変化を検出する状態変化検出部と、前記状態変化検出部で検出された状態変化の発生時点に基づいて、当該状態変化に伴って前記軌道電圧が不安定となる不安定期間を設定する期間設定部と、前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、及び前記位相差算出部で算出された前記位相差について、前記不安定期間の期間中のものか否かを識別する識別処理部と、前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、前記位相差算出部で算出された前記位相差のうち前記識別処理部によって前記不安定期間の期間中のものではないと識別されたものの中で前記不安定期間の直前に得られたもの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、軌道回路における在線状態の変化の発生時点に基づいて不安定期間が設定される。そして、軌道回路の異常検知に使われる軌道電圧、局部電圧、及び位相差について不安定期間の期間中に取得されたものか否かが識別される。これにより、軌道電圧の変動が想定される不安定期間の軌道電圧、局部電圧、及び位相差を除いた異常検知等が可能となる。そして、異常検知に関する判定閾値を厳密に設定して検知精度の低下を抑えたとしても、在線状態の変化時の軌道電圧の変動による軌道回路の異常の誤検知を抑制することができる。

ここで、前記期間設定部が、一度設定した前記不安定期間の期間中に前記状態変化検出部において新たな在線状態の変化が検出された場合には、前記新たな在線状態の変化の発生時点に基づいて前記不安定期間を延長することが好適である。

軌道回路においては、見かけ上、実際の在線状態とは異なる他の在線状態へと変化した後に最終的に実際の在線状態に変化するというように、複数回の変化を経て在線状態が変化する場合がある。上記の構成によれば、在線状態の変化が繰り返される場合に不安定期間が延長されるので、複数回の変化を経て在線状態が変化する場合においても軌道回路の異常の誤検知を効果的に抑制することができる。

また、前記期間設定部が、延長後の前記不安定期間において最初の在線状態の変化が検出されてからの経過時間と所定のタイムアウト閾値との比較に基づいて、前記軌道回路において在線状態に関する信号異常が生じているか否かを判定し、前記情報生成部が、前記状態情報に加えて、前記信号異常に関する判定結果を含む情報も生成することが更に好適である。

複数回の変化を経て在線状態が変化する場合があるといっても、そのような変化が余りにも長く繰り返される場合には、軌道回路に在線状態に関する信号異常が生じている可能性が高い。上記の構成によれば、このような信号異常が判定され、その判定結果を含む情報も生成されるので、軌道回路の異常に関する検知精度を向上させることができる。

また、前記情報生成部が、前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、及び前記位相差算出部で算出された前記位相差のうち前記識別処理部によって前記不安定期間の期間中のものではないと判定された前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差に基づいて、前記軌道回路に異常が生じているか否かを判定し、前記状態情報として、前記軌道回路の異常に関する判定結果を含む情報を生成することが好適である。

この構成によれば、不安定期間の期間中のものではないと判定された軌道電圧、局部電圧、及び位相差に基づく異常判定の判定結果そのものが状態情報に反映されるので、情報の受取り側における処理負担を軽減することができる。

また、前記期間設定部が、前記状態変化の発生時点を始点とした所定長さの期間を前記不安定期間として設定することが好適である。

この構成によれば、在線状態の変化に伴う軌道電圧の変動が生じる可能性が高い在線状態の変化の発生後の一定期間が不安定期間として設定されるので、軌道電圧の変動による軌道回路の異常の誤検知を効果的に抑制することができる。

また、前記期間設定部は、前記状態変化の発生時点を終点とした所定長さの期間も前記不安定期間に加えることが更に好適である。

この構成によれば、在線状態の変化の発生前の一定期間についても、予備変動的な軌道電圧の変動が生じる可能性を考慮して不安定期間に加えられるので、軌道回路の異常の誤検知を一層効果的に抑制することができる。

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いる。そして、国内における軌道回路も、多くの場合、このような商用電源から第１の交流電圧が区間レールに印可され、第２の交流電圧が局部配電線に印可される。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軌道電圧及び局部電圧が取得される。これにより、サンプリング時間が第１の交流電圧や第２の交流電圧における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。
また、前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、前記位相差算出部で算出された前記位相差を順次に記憶するメモリを更に備え、前記情報生成部は、前記不安定期間の直前に得られた前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差を含む情報として前記状態情報を生成し、当該状態情報を、前記メモリにおいて前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差が順次に記憶される記憶領域とは別の記憶領域に格納することが好適である。
また、前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、前記位相差算出部で算出された前記位相差を順次に記憶するメモリを更に備え、前記情報出力部は、前記不安定期間の期間中の前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差についても、外部機器からの読出し要求に応じて前記状態情報と一緒に出力することが好適である。

上述の軌道回路監視装置によれば、検知精度の低下を抑えつつ、在線状態の変化時の軌道電圧の変動による軌道回路の異常の誤検知を抑制することができる。

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１～図３に示されている軌道回路の一区間における在線状態の時間変化と、それに伴う軌道電圧、局部電圧、及び位相差における時間変化の一例を示すタイムチャートである。 図４に示されている期間設定処理において不安定期間が設定される様子を示す模式図である。 軌道電圧の振幅の瞬間的な「０」への変化が複数回に亘って繰り返される場合に不安定期間が設定される様子を示す模式図である。 図４のフローチャートで表される処理によって軌道回路の状態情報が生成される様子を、図６に示されているタイムチャートに応じて示す図である。 図３に示されている情報出力部が読出し要求に応じて信号機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、局部電圧取得部１Ｂと、位相差算出部１Ｃと、状態変化検出部１Ｄと、期間設定部１Ｅと、識別処理部１Ｆと、情報生成部１Ｇと、情報出力部１Ｈ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、軌道電圧Ｖ１１１として、直流化され、増幅され、更にデジタル値に変換されたものを取得する。

局部電圧取得部１Ｂ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１Ｂ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１Ｂも、局部電圧Ｖ１２１として、直流化され、増幅され、更にデジタル値に変換されたものを取得する。

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１Ｂ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１Ｂで取得される。軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｂ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。取得された軌道電圧Ｖ１１１及び局部電圧Ｖ１２１は、ＭＰＵ１３の内部メモリに記憶される。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。

位相差算出部１Ｃ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。算出された位相差は、ＭＰＵ１３の内部メモリに記憶される。

状態変化検出部１Ｄ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及び上記の位相差に基づいて区間Ａ１１における在線状態の変化を検出する。

期間設定部１Ｅは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックであり、状態変化検出部１Ｄで検出された状態変化の発生時点に基づいて、当該状態変化に伴って軌道電圧Ｖ１１１が不安定となる不安定期間を設定する。

識別処理部１Ｆは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックである。この識別処理部１Ｆは、上述したようにＭＰＵ１３の内部メモリに記憶された軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差について、不安定期間の期間中のものか否かを識別する。

情報生成部１Ｇは、ＭＰＵ１３の動作によって構築される機能ブロックである。この情報生成部１Ｇは、上記の軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、位相差、及び識別処理部１Ｆによる識別結果、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。本実施形態では、情報生成部１Ｇが、内部メモリに記憶されている軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差のうち、不安定期間の期間中のものではないと判定されたものに基づいて、軌道回路Ｌ１に異常が生じているか否かを判定する。そして、状態情報として、軌道回路Ｌ１の異常に関する判定結果を含む情報を生成する。更に言えば、本実施形態では、内部メモリに記憶されている軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差のうち不安定期間の直前のものに基づいて異常判定が行われる。この判定は、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差を所定の判定閾値と比較すること等によって行われる。そして、情報生成部１Ｇは、状態情報として、軌道回路Ｌ１の異常に関する判定結果を含む情報を生成する。具体的には、判定に用いた不安定期間の直前の軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差と判定結果とを含む情報が軌道回路Ｌ１の状態情報として生成される。生成された状態情報は、ＭＰＵ１３の内部メモリにおける、上記の軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差とは別の記憶領域に記憶される。

情報出力部１Ｈは、ＭＰＵ１３におけるＵＡＲＴ１３４及びＲＳ４８５伝送部１４によって構築される機能ブロックであり、情報生成部１Ｇ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１Ｂ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、位相差算出部１Ｃ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Ｓ１２を実行する。位相差算出処理Ｓ１２では、位相差が次のように算出される。

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が電圧変化の中点電圧Ｖ１１２（例えば軌道電圧Ｖ１１１の振幅の中央値）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が電圧変化の中点電圧Ｖ１２２（例えば局部電圧Ｖ１２１の振幅の中央値）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が電圧変化の中点電圧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１Ｂで順次に取得された局部電圧Ｖ１２１のうち電圧変化の中点電圧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が電圧変化の中点電圧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のうち電圧変化の中点電圧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中点電圧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Ｓ１２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電圧変化の中点電圧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Ｓ１２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及び位相差θに基づいて区間Ａ１１における在線状態の変化を検出する状態変化検出処理Ｓ１３が状態変化検出部１Ｄによって実行される。

図６は、図１～図３に示されている軌道回路の一区間における在線状態の時間変化と、それに伴う軌道電圧、局部電圧、及び位相差における時間変化の一例を示すタイムチャートである。

図６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。

状態変化検出処理Ｓ１３では、上記のような在線状態の変化が、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Ｓ１２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。状態変化検出処理Ｓ１３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。

状態変化検出処理Ｓ１３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、状態変化検出処理Ｓ１３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Ｓ１２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。状態変化検出処理Ｓ１３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。

このようにして把握される在線状態が、前回の軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａと位相差θに基づいて把握された在線状態と異なっている場合に、在線状態が変化した旨が検出される。更に、在線状態の変化が検出された場合、当該変化に至るまでの軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａの変化線が、所定の閾値Ｖ１１１ｂと交差する時点が状態変化の発生時点ＳＴ１１として算出される。

図４のフローチャートでは、状態変化検出処理Ｓ１３において在線状態が変化した旨が検出されると（ＹＥＳ判定）、次に、期間設定部１Ｅによる期間設定処理Ｓ１４が実行される。期間設定処理Ｓ１４では、状態変化検出処理Ｓ１３で検出された状態変化の発生時点ＳＴ１１に基づいて、当該状態変化に伴って軌道電圧Ｖ１１１が不安定となる不安定期間Ｔ１が設定される。

図７は、図４に示されている期間設定処理において不安定期間が設定される様子を示す模式図である。この図７の例では、在線状態が非在線→在線→前方在線→非在線に変化する際に不安定期間Ｔ１が設定される様子が、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａ及び位相差θの変化とともに示されている。また、図７には、全過程を通して略一定値となる局部電圧Ｖ１２１の振幅Ｖ１２１ａも示されている。

ここで、上述した図６の例では、状態変化の発生時点ＳＴ１１の算出に用いる軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａに対する閾値Ｖ１１１ｂとして、全過程を通して略一定の閾値Ｖ１１１ｂが示されている。この図６の閾値Ｖ１１１ｂは、図示の簡略化のために模式的に示したものであり、本実施形態では、厳密には、図７に示されているように２つの閾値Ｖ１１１ｂ－１，Ｖ１１１ｂ－２が用いられる。即ち、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが有値から「０」へと変化する際には、有値寄りの閾値Ｖ１１１ｂ－１が用いられる。他方、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが「０」から有値へと変化する際には、「０」寄りの閾値Ｖ１１１ｂ－２が用いられる。

上述の状態変化検出処理Ｓ１３において軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが有値から「０」又は「０」から有値への状態変化が検出され、当該状態変化の発生時点ＳＴ１１が算出されると、期間設定処理Ｓ１４において不安定期間Ｔ１の設定が行われる。期間設定処理Ｓ１４では、状態変化の発生時点ＳＴ１１を始点とした所定長さの期間Ｔ１１が不安定期間Ｔ１として設定されるとともに、状態変化の発生時点ＳＴ１１を終点とした所定長さの期間Ｔ１２も不安定期間Ｔ１に加えられる。即ち、期間設定処理Ｓ１４では、状態変化の発生時点ＳＴ１１を挟んだ前後２つの期間Ｔ１１，Ｔ１２を合わせた期間が不安定期間Ｔ１として設定される。ここでいう不安定期間の所定長さとは、在線状態切替り最中のことであり、これは軌道リレーＬ１３の反応速度、レール～車輪間の接触抵抗、閉塞区間の長さなどにより影響されるものであり、軌道電圧Ｖ１１１の振幅変化の時定数（立上り時間、立下り時間）などを考慮し予め設定される。

ここで、在線状態の変化の際には、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが瞬間的に「０」へと変化した後に有値へと変化する場合がある。図７には、このような変化の例が図中右寄りに示されている。

この場合、まず、「０」への変化時点、即ち見かけ上の在線への状態変化の発生時点ＳＴ２１を始点とした期間Ｔ１１と、発生時点ＳＴ２１を終点とした期間Ｔ１２とを合わせた不安定期間Ｔ１が設定される。ここで、図７には、一旦設定された不安定期間Ｔ１において、最初の状態変化の発生時点ＳＴ２１以降の設定期間が延長される様子が、発生時点ＳＴ２１以降の時間経過を表すグラフＧ１１によって模式的に示されている。

グラフＧ１１に示されているように、一度設定された不安定期間Ｔ１の期間中に、「０」から有値への状態変化が新たに検出されると、この新たな状態変化の発生時点ＳＴ２２に基づいて不安定期間Ｔ１が延長される。この延長は、新たな状態変化の発生時点ＳＴ２２を始点として新たな期間Ｔ１１が設定し直されることによってなされる。これにより、最初の状態変化の発生時点ＳＴ２１以降の期間が延長され、最初の状態変化の発生時点ＳＴ２１前の期間Ｔ１２と、発生時点ＳＴ２１以降の延長された期間Ｔ２１と、を合わせた新たな不安定期間Ｔ２が設定される。

尚、図７では、非在線→在線→前方在線の状態変化についても、状態変化の発生時点ＳＴ１１以降の時間経過がグラフＧ１１において示されている。グラフＧ１１では、状態変化の発生時点ＳＴ１１に設定された期間Ｔ１１は、前方在線→非在線における状態変化の例のような延長を経ることなく満了することとなっている。

ここで、状態変化の際には、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａの瞬間的な「０」への変化が、図７に示されているように１回ではなく、複数回に亘って繰り返される場合がある。

図８は、軌道電圧の振幅の瞬間的な「０」への変化が複数回に亘って繰り返される場合に不安定期間が設定される様子を示す模式図である。この図８にも、最初の状態変化の発生時点ＳＴ３１以降の時間経過を表すグラフＧ２１が示されている。

この図８には、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａが、瞬間的な「０」への変化を４回に亘って繰り返す例が、局部電圧Ｖ１２１の振幅Ｖ１２１ａ、及び位相差θの変化とともに示されている。また、図８には、最初の状態変化の発生時点ＳＴ３１以降の時間経過を表すグラフＧ２１も示されている。

この例では、まず、有値→「０」という最初の状態変化の発生時点ＳＴ３１を始点とした期間Ｔ１１が設定される。続いて、その期間Ｔ１１の満了前の「０」→有値という状態変化の発生時点ＳＴ３２を始点として期間Ｔ１１が設定し直され、以降、同様の設定のし直しによる期間延長が繰り返される。その結果、不安定期間Ｔ３は、最初の状態変化の発生時点ＳＴ３１から最後の状態変化の発生時点ＳＴ３３の後の期間Ｔ１１の満了までの期間Ｔ３１と、最初の状態変化の発生時点ＳＴ３１前の期間Ｔ１２とを合わせた期間となる。

ここで、本実施形態では、不安定期間Ｔ３における最初の状態変化が検出されてからの経過時間、即ち当該状態変化の発生時点ＳＴ３１以降の期間Ｔ３１と所定のタイムアウト閾値との比較に基づいて、在線状態に関する信号異常が生じているか否かが判定される。図８のグラフＧ２１には、最初の状態変化の発生時点ＳＴ３１以降の期間Ｔ３１と所定のタイムアウト閾値とが比較される様子が最下段に示されている。この図８の例では、最初の状態変化の発生時点ＳＴ３１以降の期間Ｔ３１は、当該期間Ｔ３１の満了前にタイムアウト閾値に達している。これは、在線状態が落ち着くことなく状態変化が短期間に繰り返されるという信号異常が生じていることを意味しており、図４に示されている期間設定処理Ｓ１４ではこのような場合に在線状態に関する信号異常が生じている旨の判定を下す。このタイムアウト閾値は、あまりにも長くすると検出したい信号異常を検出できず、逆にあまりにも短いと通常起こり得るであろう状態変化でさえも異常と判定してしまう。その為、どこまでを許容範囲とするか、発生頻度、設置場所等に応じて予め設定することができる。

図４に示されているフローチャートの処理では、以上に説明した期間設定処理Ｓ１４が終了すると、次に図３に示されている識別処理部１Ｆによって識別処理Ｓ１５が実行される。この識別処理Ｓ１５では、取得処理Ｓ１１で取得された軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差算出処理Ｓ１２で算出された位相差θについて、期間設定処理Ｓ１４で設定された不安定期間の期間中に取得されたものか否かが識別される。このときの識別は、不安定期間が設定される前のものも含めて、ＭＰＵ１３の内部メモリに記憶されているものに対して行われる。

識別処理Ｓ１５の終了後、図３に示されている情報生成部１Ｇによって、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、位相差θ、及び識別処理部１Ｆによる識別結果、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Ｓ１６が実行される。

この情報生成処理Ｓ１６では、期間設定処理Ｓ１４で設定された不安定期間の直前の軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、位相差θと判定閾値との比較等によって軌道回路Ｌ１の異常が生じているか否かが判定される。そして、判定に用いた不安定期間の直前の軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、位相差θ、及び判定結果を含む情報が軌道回路Ｌ１の状態情報として生成される。生成された状態情報は、ＭＰＵ１３の内部メモリにおける、軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θとは別の記憶領域に記憶される。また、本実施形態では、状態変化検出処理Ｓ１３で把握された在線状態や、期間設定処理Ｓ１４でタイムアウトによる信号異常が判定された場合の当該異常を表す状態情報も記憶される。

情報生成処理Ｓ１６の終了後、処理が取得処理Ｓ１１に戻って以降の処理が繰り返される。また、状態変化検出処理Ｓ１３で状態変化が検出されなかった場合（ＮＯ判定）にも、処理が取得処理Ｓ１１に戻って以降の処理が繰り返される。図１～図３に示されている軌道回路監視装置１では、以上に説明した図４のフローチャートで表される処理が、電源が遮断されるまで実行され続ける。この処理によって、軌道回路Ｌ１の状態情報が次のように生成されることとなる。

図９は、図４のフローチャートで表される処理によって軌道回路の状態情報が生成される様子を、図６に示されているタイムチャートに応じて示す図である。

上述のように、図４のフローチャートで表される処理では、在線状態が変化する度に不安定期間が設定され、その不安定期間の直前の軌道電圧Ｖ１１１等に基づいて軌道回路Ｌ１の状態情報Ｊ１１が生成される。図９に示されているように、状態情報Ｊ１１には、在線状態Ｊ１１１、軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａ、局部電圧Ｖ１２１の振幅Ｖ１２１ａ、及び位相差θが含まれている。そして、在線状態の変化に応じて設定された不安定期間の直前の軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａ等に基づいて状態情報Ｊ１１が生成される。このときに生成された状態情報Ｊ１１は、次に在線状態が変化するまでＭＰＵ１３の内部メモリに保持される。そして、状態変化を契機に新たに状態情報Ｊ１１が生成されると、この新たな状態情報Ｊ１１によって内部メモリの記憶内容が更新される。また、本実施形態では、軌道回路Ｌ１の異常が判定された場合やタイムアウトによる信号異常が判定された場合には、当該異常を表す状態情報が生成されて記憶される。

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１Ｈによって出力される。

図１０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信号機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２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）、その時点で、ＭＰＵ１３の内部メモリに記憶されている状態情報についての情報出力処理Ｓ２３が実行される。このとき、軌道回路Ｌ１の異常や在線状態に関する信号異常を表す状態情報が生成されている場合には、この状態情報も一緒に出力される。

また、本実施形態では、不安定期間の期間中に取得されて軌道回路Ｌ１の異常判定に使われることのなかった軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａ、局部電圧Ｖ１２１の振幅Ｖ１２１ａ、及び位相差θが、状態情報とは別のメモリ領域に保管されている。そして、情報出力部１Ｈによる情報出力処理Ｓ２３では、そのような不安定期間の期間中の軌道電圧Ｖ１１１の振幅Ｖ１１１ａ等についても出力が可能となっている。外部機器２からの読出し要求において、このような情報の出力が要求されている場合には、情報出力処理Ｓ２３において、軌道回路Ｌ１の異常や在線状態に関する信号異常を表す状態情報と一緒に、要求された不安定期間の期間中の情報も出力されることとなる。

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における在線状態の変化の発生時点に基づいて不安定期間が設定される。そして、軌道回路Ｌ１の異常検知に使われる軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θについて不安定期間の期間中に取得されたものか否かが識別される。これにより、軌道電圧Ｖ１１１の変動が想定される不安定期間の軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θを除いた異常検知等が可能となる。そして、異常検知に関する判定閾値を厳密に設定して検知精度の低下を抑えたとしても、在線状態の変化時の軌道電圧Ｖ１１１の変動による軌道回路Ｌ１の異常の誤検知を抑制することができる。

ここで、本実施形態では、期間設定部１Ｅが、一度設定した不安定期間の期間中に状態変化検出部１Ｄにおいて新たな在線状態の変化が検出された場合には、その新たな在線状態の変化の発生時点に基づいて不安定期間を延長する。この構成によれば、在線状態の変化が繰り返される場合に不安定期間が延長されるので、複数回の変化を経て在線状態が変化する場合においても軌道回路Ｌ１の異常の誤検知を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、期間設定部１Ｅが、延長後の不安定期間において最初の在線状態の変化が検出されてからの経過時間と所定のタイムアウト閾値との比較に基づいて、在線状態に関する信号異常が生じているか否かを判定する。そして、情報生成部１Ｇが、状態情報に加えて、信号異常に関する判定結果を含む情報も生成する。在線状態の変化が余りにも長く続く場合には、軌道回路Ｌ１に在線状態に関する信号異常が生じている可能性が高い。上記の構成によれば、このような切替え異常が判定されて状態情報に反映されるので、軌道回路Ｌ１の異常に関する検知精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、情報生成部１Ｇが、不安定期間の期間中に取得されたものではないと判定された軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θに基づいて軌道回路Ｌ１の異常が生じているか否かを判定する。そして、状態情報として、軌道回路Ｌ１の異常に関する判定結果を含む情報を生成する。この構成によれば、不安定期間の期間中に取得されたものではないと判定された軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θに基づく異常判定の判定結果そのものが状態情報に反映されるので、情報の受取り側における処理負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、期間設定部１Ｅが、在線状態の変化の発生時点を始点とした所定長さの期間を不安定期間として設定する。この構成によれば、在線状態の変化に伴う軌道電圧Ｖ１１１の変動が生じる可能性が高い在線状態の変化の発生後の一定期間が不安定期間として設定されるので、軌道電圧Ｖ１１１の変動による軌道回路Ｌ１の異常の誤検知を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、期間設定部１Ｅは、在線状態の変化の発生時点を終点とした所定長さの期間も不安定期間に加える。この構成によれば、在線状態の変化の発生前の一定期間についても、予備変動的な軌道電圧Ｖ１１１の変動が生じる可能性を考慮して不安定期間に加えられるので、軌道回路Ｌ１の異常の誤検知を一層効果的に抑制することができる。

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１Ｂは、各々、軌道回路Ｌ１へ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している。そして、軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｂは、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、状態変化検出部の一例として、軌道電圧Ｖ１１１及び位相差θに基づいて在線状態の変化を検出する状態変化検出部１Ｄが例示されている。しかしながら、状態変化検出部はこれに限るものではない。状態変化検出部は、在線状態の変化の検出が可能であるのならば、軌道電圧Ｖ１１１及び位相差θのうちの一方のみに基づいて在線状態の変化を検出するものであってもよい。また、上述の実施形態では、在線状態の変化の検出に軌道電圧Ｖ１１１を用いるに当たって、その振幅Ｖ１１１ａを用いる手法が例示されている。しかしながら、在線状態の変化の検出に軌道電圧Ｖ１１１を用いる手法はこれに限るものではなく、例えば軌道電圧の実効値を用いるもの等であってもよい。

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の状態情報を生成してＭＰＵ１３の内部メモリに記憶するとともに、その記憶内容を適宜に更新する情報生成部１Ｇ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、内部メモリの記憶内容を更新するのではなく、生成した状態情報を内部メモリに記憶させて蓄積させるもの等であってもよい。

また、上述の実施形態では、期間設定部の一例として、不安定期間の期間中における新たな在線状態の変化の発生時点に基づいて不安定期間を延長する期間設定部１Ｅが例示されている。しかしながら、期間設定部はこれに限るものではなく、不安定期間の延長は行わないものとしてもよい。ただし、不安定期間を延長することで、複数回の途中変化を経て在線状態が変化する場合においても軌道回路Ｌ１の異常の誤検知を効果的に抑制す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、期間設定部の一例として、最初の在線状態の変化が検出されてからの経過時間と所定のタイムアウト閾値との比較に基づいて、軌道回路Ｌ１における信号異常が生じているか否かを判定する期間設定部１Ｅが例示されている。しかしながら、期間設定部はこれに限るものではなく、タイムアウトによる異常判定は行わずに不安定期間の延長を行うものであってもよい。ただし、不安定期間の延長とともにタイムアウトによる異常判定も行うことで、軌道回路Ｌ１の異常に関する検知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。

また、上述の実施形態では、情報生成部の一例として、不安定期間の期間中のものを除いた軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θに基づいて軌道回路Ｌ１に異常が生じているか否かを判定する情報生成部１Ｇが例示されている。この情報生成部１Ｇは、軌道回路Ｌ１に異常に関する判定結果を含む状態情報を生成する。しかしながら、情報生成部はこれに限るものではなく、軌道回路Ｌ１の異常判定は行わず、例えば、そのような異常判定に用いる軌道電圧Ｖ１１１、局部電圧Ｖ１２１、及び位相差θのみを含む状態情報を生成するもの等であってもよい。ただし、情報生成部において軌道回路Ｌ１の異常判定も行って、その判定結果を含む状態情報を生成することで、情報の受取り側における処理負担を軽減す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、期間設定部で設定される不安定期間の一例として、在線状態の変化の発生時点を始点とした所定長さの期間と、在線状態の変化の発生時点を終点とした所定長さの期間と、を合わせた期間が例示されている。しかしながら、不安定期間はこのような期間に限るものではなく、在線状態の変化の発生時点に基づいて設定される、当該在線状態の変化に伴って軌道電圧が不安定となる期間であれば、その具体的な期間態様を問うものではない。ただし、在線状態の変化の発生時点を始点とした所定長さの期間や在線状態の変化の発生時点を終点とした所定長さの期間を不安的期間として採用することで、状態変動による軌道回路Ｌ１の異常の誤検知を効果的に抑制す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、軌道電圧取得部及び局部電圧取得部の各一例として、次のような例示が行われている。即ち、日本における２種類の商用電源の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や局部電圧Ｖ１２１を取得する軌道電圧取得部１Ａ及び局部電圧取得部１Ｂ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、上記のような複数の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や局部電圧Ｖ１２１を取得することで、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、軌道回路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
１Ｂ 局部電圧取得部
１Ｃ 位相差算出部
１Ｄ 状態変化検出部
１Ｅ 期間設定部
１Ｆ 識別処理部
１Ｇ 情報生成部
１Ｈ 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
Ｊ１１１ 在線状態
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 位相差算出処理
Ｓ１３ 状態変化検出処理
Ｓ１４ 期間設定処理
Ｓ１５ 識別処理
Ｓ１６ 情報生成処理
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
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 不安定期間
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ３１ 期間
ＳＴ１１，ＳＴ２１，ＳＴ２２，ＳＴ３１，ＳＴ３２，ＳＴ３３ 発生時点
Ｇ１１，Ｇ２１ グラフ
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
Ｖ１１１ｂ，Ｖ１１１ｂ－１，Ｖ１１１ｂ－２ 閾値
Ｖ１１２，Ｖ１２２ 中点電圧
Ｖ１１３，Ｖ１２３ 一対の電圧
Ｖ１２１ 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 (9)

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、
   前記軌道電圧取得部で取得される前記軌道電圧と前記局部電圧取得部で取得される前記局部電圧との位相差を算出する位相差算出部と、
   前記軌道電圧及び前記位相差のうち少なくとも一方に基づいて前記区間における在線状態の変化を検出する状態変化検出部と、
   前記状態変化検出部で検出された状態変化の発生時点に基づいて、当該状態変化に伴って前記軌道電圧が不安定となる不安定期間を設定する期間設定部と、
   前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、及び前記位相差算出部で算出された前記位相差について、前記不安定期間の期間中のものか否かを識別する識別処理部と、
   前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、前記位相差算出部で算出された前記位相差のうち前記識別処理部によって前記不安定期間の期間中のものではないと識別されたものの中で前記不安定期間の直前に得られたもの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. 前記期間設定部が、一度設定した前記不安定期間の期間中に前記状態変化検出部において新たな在線状態の変化が検出された場合には、前記新たな在線状態の変化の発生時点に基づいて前記不安定期間を延長することを特徴とする請求項１に記載の軌道回路監視装置。
3. 前記期間設定部が、延長後の前記不安定期間において最初の在線状態の変化が検出されてからの経過時間と所定のタイムアウト閾値との比較に基づいて、前記軌道回路において在線状態に関する信号異常が生じているか否かを判定し、
   前記情報生成部が、前記状態情報に加えて、前記信号異常に関する判定結果を含む情報も生成す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. 前記情報生成部が、前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、及び前記位相差算出部で算出された前記位相差のうち前記識別処理部によって前記不安定期間の期間中のものではないと判定された前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差に基づいて、前記軌道回路に異常が生じているか否かを判定し、前記状態情報として、前記軌道回路の異常に関する判定結果を含む情報を生成することを特徴とする請求項１～３に記載の軌道回路監視装置。
5. 前記期間設定部が、前記状態変化の発生時点を始点とした所定長さの期間を前記不安定期間として設定することを特徴とする請求項１～４のうち何れか一項に記載の軌道回路監視装置。
6. 前記期間設定部は、前記状態変化の発生時点を終点とした所定長さの期間も前記不安定期間に加えることを特徴とする請求項５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。
8. 前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、前記位相差算出部で算出された前記位相差を順次に記憶するメモリを更に備え、
   前記情報生成部は、前記不安定期間の直前に得られた前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差を含む情報として前記状態情報を生成し、当該状態情報を、前記メモリにおいて前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差が順次に記憶される記憶領域とは別の記憶領域に格納することを特徴とする請求項１に記載の軌道回路監視装置。
9. 前記軌道電圧取得部で取得された前記軌道電圧、前記局部電圧取得部で取得された前記局部電圧、前記位相差算出部で算出された前記位相差を順次に記憶するメモリを更に備え、
   前記情報出力部は、前記不安定期間の期間中の前記軌道電圧、前記局部電圧、及び前記位相差についても、外部機器からの読出し要求に応じて前記状態情報と一緒に出力することを特徴とする請求項１に記載の軌道回路監視装置。

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