JPH1019918A - 軌道車の速度検出装置及びこれを用いた現在位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 走行する軌道車において、鉄輪等からの回転
信号の供給を受けることなく正確に且つ簡単に速度検出
を行うことができる速度検出装置を提供すること、その
速度検出装置によって移動距離を測定し軌道車の現在位
置を算出することのできる装置を提供する。 【解決手段】 軌道車の車体に二つの検出手段を車体の
走行方向に沿って所定の距離をおいて設置し、走行中に
軌道面等に配置された同一の対象物を検出する。第一の
検出手段と第二の検出手段の対象物検出時間差を検出し
て、車体速度を算出する。現在位置検出装置は速度検出
装置により算出された車体速度を所定の時間毎に積算し
て出発点からの距離を算出する移動距離算出手段と、軌
道地図情報記憶手段と、この軌道地図データを表示する
表示手段とを有して構成され、表示手段に表示された軌
道地図データ上の軌道に沿って出発点と走行軌跡を表示
して軌道車の現在位置を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道の軌道上を走行
する車両の正確な速度を検出する装置に関するものであ
り、また、この速度検出装置を用いて車両の現在位置を
検出する現在位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体の速度を検出する装置とし
て、自動車等に利用されている車輪等からの回転信号を
得る方法が一般的である。この方法は基本的に車輪の外
周距離を一回転時間で除して移動体の速度を算出する方
法である。また、自動車等の現在位置検出装置において
は、車輪からの回転信号を得て車輪の外周距離を回転数
と積算して出発地点からの距離を算出する方法が採用さ
れている。そして、実用化されているナビゲーションシ
ステムでは、このような距離センサによる移動距離の測
定のほか、ジャイロや車輪センサ等を利用した方位セン
サ，ＧＰＳ通信を利用した絶対位置センサ等によって捕
捉し、移動体の現在位置を特定して地図上に表示するよ
うに構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、軌道上
を走行する車両等の速度検出装置においては、いわゆる
鉄輪から回転信号を得て車両等の移動速度を検出する方
法では、レールと鉄輪とのスリップ等が大きく、正確な
速度情報を得ることができないという事情がある。この
ため、走行する車両等とレールとの相対的な関係を他の
手段により得る必要があり、その方法として、沿線に沿
って多数発信装置を設け、列車との間で逐次交信を行い
つつ位置検出を行う方法が考えられているが、その規模
から考えられる設置費用、並びに安全性確保のため干渉
波からの誤動作を確実にする防止する方式等の採用（例
えば、スペクトル拡散通信方式等の採用）に伴うコスト
増など、実現性はきわめて困難なものであった。

【０００４】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、走行する車両等において、鉄輪等からの回
転信号の供給を受けることなく正確に且つ簡単に速度検
出を行うことができる速度検出装置を提供しようとする
ものであり、その速度検出装置によって移動距離を測定
し軌道地図とのマッチングを図って相対的な車両等の現
在位置を算出することのできる装置を提供しようとする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的達成のため、本
発明に係る速度検出装置では、軌道車の車体に設置さ
れ、軌道に沿って配置された対象物の位置を検出する二
つの検出手段と、この二つの検出手段が同一対象物の位
置を検出する時刻を検出するとともに、同一対象物に対
する二つの検出手段の検出時刻の時間差を算出し速度を
演算する速度演算装置とから構成されている。

【０００６】このような速度検出装置では、二つの検出
手段が車体の走行方向に沿って予め決められた所定の距
離をおいて設置され、走行中に軌道面等に配置された同
一の対象物を検出する。このため、第一の検出手段が対
象物を検知する時刻と第二の検出手段がその対象物を検
出する時刻には走行速度に応じた時間差があり、この時
間差を速度演算装置において算出して、前記所定の距離
を前記時間差で除して車体速度を検出する。

【０００７】また、本発明に係る現在位置検出装置で
は、前述の速度検出装置により算出された車体速度を所
定の時間毎に積算して出発点からの距離を算出する移動
距離算出手段と、軌道車が走行する軌道地図データを記
憶した軌道地図情報記憶手段と、この軌道地図データを
表示する表示手段とを有して構成される。そして、表示
手段に表示された軌道地図データ上の軌道に沿って前記
出発点と出発点からの移動距離を表示して軌道車の現在
位置を表示する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
好ましい実施例について説明する。図１に本発明に係る
軌道車１の速度検出装置１０の構成図を示す。この速度
検出装置１０は二つの画像センサ１１、１２並びに画像
メモリ１３１と時間差演算部１３２を内蔵する速度演算
部１３とから構成されている。

【０００９】２台の画像センサ１１、１２が受光面を軌
道面方向に向けて、軌道車１の車体下部であって車幅方
向のほぼ中央部に固設されている。この画像センサ１
１、１２は軌道車１の走行に伴って、連続的に或いは離
散的に軌道面の画像を撮影することができるビデオカメ
ラ或いはディジタルストロボカメラ等によって構成する
ことができる。また、軌道車１の進行方向前部に位置す
る前部画像センサ１１と後部に位置する後部画像センサ
１２との間は予め決められた距離Ｌを有するように設置
されている。

【００１０】軌道の下に敷かれた枕木には任意の間隔を
おいて、軌道幅方向の中央部に前記画像センサ１１、１
２に取り込まれる画像データを表示する表示板が取り付
けられている。軌道車１の車体下部に取り付けられた画
像センサ１１、１２は走行中に、この表示板に表示され
た画像データを撮影し、逐次確認することができる。な
お、画像センサの検出する対象は対象物の同一性を確認
できるものであれば何でもよく、例えば前記表示板に表
示された画像データの代わりに枕木の形状、レールの
傷、地面の凹凸や風景等であってもよい。

【００１１】軌道車１の車体前部に位置する前部画像セ
ンサ１１が取り込んだ例えばデータＡ（図２参照）の画
像データは速度演算部１３に内蔵される画像メモリ１３
１にその検出時刻とともに一時記憶される。さらに、軌
道車１が進行するにつれ同一対象物（データＡ）の画像
データを後部画像センサ１２が取り込み、この画像デー
タも画像メモリ１３１にその検出時刻とともに一時記憶
される。このように取り込まれた画像データはディジタ
ルデータであり、速度演算部１３において画像データの
一致が判断され、一致したデータを検出した時刻の時間
差Δｔ(１)を時間差演算部１３２によって算出すること
ができるように構成されている。

【００１２】画像データを取り込む前部画像センサ１１
と後部画像センサ１２の距離は予め設定された距離Ｌで
固定されているため、この離間距離Ｌを時間差演算部１
３２によって算出された時間差Δｔ(１)で除算すること
により、軌道車１が検出対象物（データＡ）上を通過す
るときの速度Ｖ(１)を算出することができ、これが出力
表示部１４（例えばＣＲＴ等）に表示されるように構成
されている。さらに前部画像センサ１１が新たな対象物
（例えば図２のデータＦ）の画像データを取り込んだと
きは同様にして後部画像センサ１２が同一対象物（デー
タＦ）の画像データを取り込むまでの時間差Δｔ(２)を
時間差演算部１３２によって算出し、対象物（データ
Ｆ）を通過するときの速度Ｖ(２)を算出することができ
る。このようにして本発明に係る速度検出装置１０は軌
道車１の車体速度を順次算出していくことができる。

【００１３】以上は検出手段として枕木等に設けられた
画像若しくは形状を検出する画像センサ１１、１２を用
いた方法であるが、検出手段としてはこれに限らず光セ
ンサ等によって対象物からの反射光の濃淡を判別しても
よい。このような方法によって、例えば図３に示すよう
な反射光の明暗による検出信号が得られた場合には、検
出信号３１の各時刻ｔ3〜ｔ12の出力値を取り出して検
出信号３２との相関を検査し、検出信号３１と検出信号
３２の同一性の高い部分の検出を行いつつ両信号の同一
性を判断する。そして、その結果から両信号の最も有意
な時間差Δｔを求める。また、他の方法としては車体下
部に配設したスキャニングレーザによってレール上の傷
やつなぎ目等又は枕木、砕石等の形状や軌道外の凹凸等
を検出する方法も考えられる。

【００１４】以下に、前述した速度検出装置１０を用い
た軌道車１の現在位置検出装置２０について図面に基づ
いて説明する。図４は本発明に係る現在位置検出装置２
０の構成図を示すものである。この現在位置検出装置２
０は前記した軌道車１の速度検出装置１０と、この速度
検出装置１０の出力を受けて出発点からの積算移動距離
を算出する移動距離算出部２１と、軌道地図データ記憶
したＣＤ２６とこのＣＤ２６からの情報を入力し、必要
な軌道地図データを検索して出力する軌道地図データＥ
ＣＵ２４と、軌道車１の軌道地図上の出発点を入力する
出発点入力部２２と、この出発点入力部２２からの出発
点情報と移動距離算出部２１からの積算移動距離情報を
入力し軌道地図データ上の軌道車１の走行軌跡を算出す
るマップマッチング部２３と、軌道地図上に軌道車１の
現在位置を表示するディスプレー２５とから構成されて
いる。

【００１５】本発明に係る速度検出装置１０によって算
出された軌道車１の速度は検出対象物上を通過するとき
の軌道車１の速度であり、図２に示すように、前部画像
センサ１１が最初に検出する対象物（図２におけるデー
タＡ）と次に検出する別の対象物（図２におけるデータ
Ｆ）までの検出時間間隔Ｔ(１)と軌道車１の最初の対象
物上を通過するときの速度Ｖ(１)と積を求めることによ
り軌道車１のデータＡからデータＦまでの移動距離を測
定することができる。この方法により、移動距離算出部
２１では、速度検出装置１０から進行に従って逐次入力
される速度情報Ｖ(１)、Ｖ(２)、Ｖ(３)……と、検出時
間間隔Ｔ(１)、Ｔ(２)、Ｔ(３)……とをそれぞれ積算し
出発点からの移動距離を算出する。なお、この検出時間
間隔Ｔ(１)、Ｔ(２)、Ｔ(３)は一定の間隔であってもよ
く、また距離に応じて可変としてもよい。

【００１６】出発点入力部２２は移動距離算出部２１を
初期化するとともに、軌道車１がこれから走行する軌道
情報を入力する。この軌道情報の入力を受けた軌道地図
データＥＣＵ２４は軌道地図データを記憶したＣＤ２６
から必要な軌道地図情報を検索しマップマッチング部２
３に出力する。そして、マップマッチング部２３では、
出発点入力部２２から入力された軌道車１の出発点と移
動距離算出部２１によって積算された出発点からの移動
距離を軌道地図上の走行軌跡として算出する。軌道車１
の走行する軌道は予め設置されたものであり、軌道車１
は既定の軌道上を走行するものであるから、出発点入力
部２２によって必要な軌道が選択された後は方位等の検
出を行うことなく、出発点の位置と出発点からの移動距
離によって地図上の軌道データに軌道車１の位置の表示
を行うことができる。

【００１７】マップマッチング部２３で算出された走行
軌跡並びに現在位置情報はその軌道地図情報とともにデ
ィスプレー２５に表示され、軌道車１の現在位置が図形
情報として表示される。なお、出発点からの積算された
移動距離をディジタル表示することはもちろん可能であ
り、最も効果的な表示方法を選択することができる。

【００１８】なお、本発明に係る速度検出装置１０は軌
道車１に車載用のナビゲーションシステム４０が搭載さ
れた場合にも使用することができる。図５に軌道車に搭
載された場合のナビゲーションシステム４０を示す。ナ
ビゲーション機能は大きく分けて、推測航法部４１と、
マップマッチング部４２とＧＰＳ４３とによって構成さ
れている。推測航法部４１においては軌道車１に搭載さ
れた方位センサ４１１と速度センサ４１３と時刻判定手
段４１２（一般にＧＰＳから送信された時刻情報を利用
している）によって軌道車１の走行軌跡を求めるが、速
度センサとして本願発明に係る速度検出装置１０を使用
することができる。また、方位センサ４１１としては通
常、地磁気センサや角速度を検出して積分するジャイロ
などが用いられる。

【００１９】マップマッチング部４２は推測航法４１に
より求めた軌道車１の走行軌跡と軌道地図情報ＣＤ４４
に記憶された地図上の軌道形状を比較し通過軌道を判定
することにより軌道車１の地図上の位置を求めるところ
である。なお、このような推測航法４１で求めた軌道車
１の位置は測定誤差を含むため、マップマッチング４２
により求められた軌道車１の位置はＧＰＳＥＣＵ（ＧＰ
Ｓエレクトリックコントロールユニット）４３によって
得られる軌道車１の絶対位置（緯度、経度）情報との間
で補間しあい、より正しい精度の高い現在位置を検出す
ることができるように構成される。このような構成によ
るナビゲーションシステムでは、軌道地図を記憶した特
殊な地図情報を作る必要はなく、通常の道路地図情報Ｃ
Ｄを用いても軌道車の現在位置を表示することができる
利点がある。

【００２０】

【実施例】本発明に係る軌道車１の速度検出装置１０で
は、二つの検出手段（前部画像センサ１１と後部画像セ
ンサ１２）の離間距離Ｌを大きく取ることができる。例
として、Ｌを５．３２０メートルにし、ある速度Ｖで軌
道上を走行したとき、検出手段の検出時間差Δｔが０．
２１５秒と測定された場合には、速度Ｖは２４、７メー
トル／秒と計算される。すなわち、本発明に係る速度検
出装置１０においては有効数字３桁までの正確な速度を
検出することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る軌道車１の
速度検出装置１０によれば、既知の速度を正確な時間で
除算して軌道車の速度を求めているので、きわめて正確
な速度を算出することができ、また、検出手段の速度検
出サイクルに係る時間も短いため、きわめて精度の高い
積算移動距離を求めることができる。特に、軌道車１の
場合、車体長が長く、検出手段同士の距離Ｌを大きくす
ることが可能である。従って、第一の検出手段による検
出時から第二の検出手段による検出時までの時間も比較
的長く、しかも正確に測定できるので検出速度の精度は
極めて高いものとなる。

【００２２】また、このような速度検出装置を用いた場
合には、移動距離の算出がきわめて正確であり、さらの
軌道車の走行する軌道が予め決められているため走行方
位を検出する手段を用いることなく簡易な装置で軌道車
の正確な現在位置表示をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る速度検出装置の構成図である。

【図２】画像センサが検出するデータの一実施例に係る
模式図である。

【図３】画像センサが検出するデータの他の例を示すグ
ラフである。

【図４】本発明に係る現在位置検出装置の構成図であ
る。

【図５】本発明に係る速度検出装置を用いたナビゲーシ
ョンシステムの構成例である。

【符号の説明】

１ 軌道車 １０ 速度検出装置 １１、１２ 画像センサ １３ 速度演算部 ２０ 現在位置検出装置 ２１ 移動距離算出部 ２２ 出発点入力部 ２３ マップマッチング部 ２４ 軌道地図データＥＣＵ ２５ ディスプレー ２６ 軌道地図データＣＤ ４０ ナビゲーションシステム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道車の車体に設置され、軌道に沿って
   配置された対象物の位置を検出する第一の検出手段と、 前記軌道車の車体に、前記第一の検出手段から車体の走
   行方向に沿って所定の距離だけ離して設置され、前記対
   象物の位置を検出する第二の検出手段と、 前記第一の検出手段が前記対象物を検出した時刻と前記
   第二の検出手段が前記対象物を検出した時刻の時間差を
   算出し、前記所定の距離を前記時間差で除して車体速度
   を算出する速度演算手段とからなる軌道車の速度検出装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の速度演算手段により算
   出された車体速度を基準時間毎に積算して出発点からの
   移動距離を算出する移動距離算出手段と、 軌道車が走行する軌道地図データを記憶した軌道地図情
   報記憶手段と、 前記出発点及び前記移動距離算出手段によって算出され
   た移動距離から前記軌道地図データ上における軌道車の
   現在位置を表示する表示手段とを有してなる軌道車の現
   在位置検出装置。