TWI643775B

TWI643775B - Train position detecting device and train position detecting method

Info

Publication number: TWI643775B
Application number: TW104124859A
Authority: TW
Inventors: 浅野晃; 坪田光; 稲葉敬之; 秋田学
Original assignee: 日商京三製作所股份有限公司; 國立大學法人電氣通信大學
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2018-12-11
Also published as: TW201704068A

Abstract

提供一種技術，用來提升利用都卜勒雷達型感測器檢測列車的速度及位置的精度。

列車1為於底面2包括都卜勒雷達型感測器20。設置都卜勒雷達型感測器20為對道床90呈指定的傾斜角θ。列車1為包括速度計算部10，以都卜勒雷達型感測器20檢測之速度分量為基礎，估計列車1水平方向之速度、也就是估計行進速度。速度算出部10為以相對於斜前方照射之送出波的反射波為基準，計算出距離資訊RH_Pk及速度情報V_Pk，由設置都卜勒雷達型感測器20時的設置高度資訊h，估計列車速度RV1(主估計速度)。位置資訊部15的位置估計部16為，將於列車速度RV1方面發生有特徵點的地點，與位置資訊記錄部17的資訊進行對照，而特定出列車1的位置。

Description

列車位置檢測裝置及列車位置檢測方法

本發明為有關列車位置檢測裝置及列車位置檢測方法，特別是有關於採用列車速率計測方法的列車位置檢測裝置及列車位置檢測方法，該列車速率計測方法為利用都卜勒雷達型感測器檢測列車速度。

作為列車的速度檢測方法，已知有檢測車輪迴轉而加以計算的方法。在過去的手法中，係由速度與經過時間求出列車的移動距離，再以累加運算來確定列車位置。然而，會因為車輪的空轉、滑走等事的發生而導致在計測速度中發生誤差。此外，由於因為列車行駛而磨耗車輪的事態會造成車輪直徑的變化，因此在計測速度中會產生誤差。近年來，要求藉由搭載於列車上之車上裝置辨識自車位置，並與所賦予之列車控制訊號進行比較，從而得以確定自車的停止目標位置等技術。在此情況下藉由車上裝置正確的辨識自車位置這一點是相當重要的。因此，需要搭載於列車之全新的列車位置檢測裝置。

作為此種技術，例如提案有檢測利用都卜勒雷達型感測器檢測列車速度的列車速度檢測裝置(例如，參照非專利文獻1)。具體而言，將包括毫米波之傳送/接收天線的裝置設置在車輛底部的狀態下，朝軌道照射毫米波、取得反射波。利用都卜勒效應計算出車輛的速度。以該列車速度檢測裝置為基礎，求出自車位置。

先行技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1

笠井貴之等著「使用毫米波的非接觸式速率計之開發」，鐵路自動控制研討會論文集通號49，2012年11月。

不過，在使用相對於感測器之道床的傾斜角，校正自感測器所得之斜向速度分量的方法中，當感測器偏移而造成傾斜角不正確的情況、或是例如光束並非像是如雷射般之感測器檢測區域過廣的情況下，將會有速度估計誤差過大的問題存在。

圖1揭示在檢測區域使用無線的感測器(例如，都卜勒雷達感測器)而推測速度分量的情況下之，雷達波的擴張範圍。如圖所示，其估計速度分量中具有擴張範圍份量的誤差。實線表示的箭頭為雷達感測器的中心，其周圍以虛線所示之箭頭為表示擴張範圍。在維持這樣的狀態下，由於不清楚檢測在圖中範圍內的哪個位置所反射的反射波，而有可發產生誤差。

特別有關於列車之位置檢測，列車之速度資訊係為相當重要，當累積速度資訊有誤差的情況下，亦有對圓滑的列車運行造成不良影響之虞，因而必須要有解決對策之技術。尤其在列車運行間隔較短的情況下，由安全性的觀點來看，必須要有相當高精度的速度檢測，在導入使用藉由都卜勒雷達型感測器來檢測列車速度之列車速度檢測裝置的列車位置檢測裝置時，成為相當重要的課題。

揭示於非專利文獻1之技術中，未充分考慮到針對於與上述相同之傾斜角的偏差，而必須要尋求其他的技術。

本發明為有鑑於以上所述狀況，提供解決上述課題的技術。

本發明之車位置檢測裝置包括：都卜勒雷達型感測器，將對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；實際傾斜角算出部，根據前述感測器所算出的至反射位置為止距離、以及被設置之前述感測器的高度，計算出前述送出波之前述反射位置之方向的實際角度；列車速度算出部，根據以前述實際傾斜角算出部所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度；特徵點提取部，特定出前述列車速度算出部所算出的速度特徵點；位置資訊記錄部，預先記錄有假定出現前述特徵點的位置；位置估計部，根據前述特徵點與前述位置資訊記錄部的位置，估計列車位置。

本發明之列車位置檢測裝置，其中前述位置估計部為依據前述特徵點，檢測已反射前述送出波之道床的狀態。

本發明之列車位置檢測方法包括：實際傾斜角算出步驟，根據以都卜勒雷達型感測器所算出的至反射位置為止距離、以及被設置之前述感測器的高度，計算出前述送出波之前述反射位置之方向的實際角度，前述都卜勒雷達型感測器為對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；列車速度算出步驟，根據以前述實際傾斜角算出部所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度；特徵點提取步驟，特定出前述列車速度算出步驟所算出的速度特徵點；位置估計步驟，將前述特徵點、以及已記錄有假定表達前述特徵點的位置之資料進行對照，估計列車位置。

依據本發明，將可提供一種提升利用都卜勒雷達型感測器的列車速度檢測及特定列車位置精度的技術。

1‧‧‧列車

2‧‧‧底面

10‧‧‧速度計算部

11‧‧‧實際傾斜角算出部

12‧‧‧列車速度計算部

15‧‧‧位置資訊部

16‧‧‧位置估計部

17‧‧‧位置資訊記錄部

18‧‧‧特徵點提取部

20‧‧‧都卜勒雷達型感測器

90‧‧‧道床

91‧‧‧軌道

圖1係有關於在背景技術之，模式性地顯示使用檢測區域非線感測器，在估計速度分量的情況下，雷達波的擴張範圍狀況之圖式。

圖2係有關於本實施形態之，揭示列車1之構成的功能塊圖。

圖3係有關於本實施形態之，用以說明在列車底面設置對道床呈一傾斜角的都卜勒雷達型感測器，計測列車速度(主估計速度)的原理的圖。

圖4係有關於本實施形態之，用以說明在列車底面設置對道床呈一傾斜角的都卜勒雷達型感測器，計測列車速度(比較估計速度)的原理的圖。

圖5係有關於本實施形態之，揭示主估計速度、比較估計速度、以及GPS速度的實地操作試驗結果的圖表。

接著參照圖面，具體說明用以實施本發明之形態(以下，單稱為「實施形態」)。

圖2係有關於本實施形態之，表示列車1之構成的功能塊圖，在此所示內容為著眼於速度算出機能。

列車1為於底面2包括都卜勒雷達型感測器20。設置都卜勒雷達型感測器20為對道床90呈指定的傾斜角θ。從而，都卜勒雷達型感測器20為檢測傾斜方向的速度分量。換言之，將送出波的送出方向設為指定傾斜角θ的方向。

再者，列車1為包括：速度計算部10，以都卜勒雷達型感測器20檢測之速度分量為基礎，估計列車1水平方向之速度、也就是估計行進速度；位置資訊部15，以速度計算部10所估計之速度為基礎，特定出列車1之位置。此外，在過去，為以在軌道91上轉動車輪之車軸的迴轉數及車輪直徑為基礎，計算出速度。

速度計算部10為以後述計算手法，依據相對於斜前方照射之送出波的反射波，計算出距離資訊RH_Pk及速度資訊V_Pk，根據設置都卜勒雷達型感測器20時的設置高度資訊h，估計列車速度RV1(主估計速度)。換言之，利用都卜勒雷達型感測器20及速度計算部10而得以實現與習知的速率計相同的機能。

具體而言，速度計算部10包括實際傾斜角算出部11及列車速度計算部12。實際傾斜角算出部11根據由自都卜勒雷達型感測器20所得的距離資訊RH與設置時之都卜勒雷達型感測器20的高度(設置高度h)，計算出相對於道床90之實際的送出波及反射波之傾斜角(傾角θ_Pk)。

列車速度計算部12的作用在於，根據實際傾斜角算出部11已算出之傾角θ_Pk與雷達的速度資訊V_Pk，估計各個速度資訊之水平分量VH_Pk，再將其等的算術平均估計作為列車速度RV1。所估計之列車速度RV1為例如顯示於速率計等之上。

位置資訊部15係以速度計算部10所估計之列車速度RV1為基礎，特定出列車1的位置、亦即特定出現在地。因此，位置資訊部15包括：位置估計部16、位置資訊記錄部17、以及特徵點提取部18。

如上所述，速度計算部10係以都卜勒雷達型感測器20之高度(設置高度h)與速度資訊V_Pk為基礎，反映出實際的傾斜角(傾角θ_Pk)而檢測速度。其結果，當作為反射面之道床90在狀態上有所變化時，換言之，當道床90高度與設置高度h形成為相異時，於所估計之列車速度RV1的圖表上便產生特徵性的傾向(以下，稱之為「特徵點」。)。

例如，在平交道中，由於為了通過的車輛或人而將軌道的高度設成與道路相同高度，因此反射面(道床90)形成為略與軌道91之高度一致，故而在使用設置高度h進行檢測的速度上，顯示出特異值。此外，在鐵橋等並無道床的橋梁方面，由於反射面形成為比一般的道床還低之鐵橋或鐵橋下之河道，因此反射面(道床90)形成較低，故而在使用設置高度h進行檢測的速度上，顯示出特異值。特徵點提取部18係提取作為特徵點之特異值。另外，在後述之圖5的驗證實驗結果中，表示出有關於特徵點的具體例。另一方面，預先正確地知道平交道或鐵橋的位置。在此，位置資訊記錄部17係記錄有平交道或鐵橋之位置或長度。位置估計部16係將發生有特徵點提取部18提取之特徵點的地點與位置，藉由與資訊記錄部17進行對照，而正確地特定出列車1的位置。

參照圖3，具體說明在本實施形態中之基本的速度檢測方法(主估計速度)。在此，照射的送出波作為反射波而返回都卜勒雷達型感測器20，該送出波為由都卜勒雷達型感測器20的線中心C、以指定傾角θ_Pk照射至作為反射面的道床90。

如式(1)所示，使用檢測抽樣之各個距離資訊RH_Pk，估計各個的傾角θ_Pk。在此，為將下標Pk設為該抽樣編號。設置高度資訊h係由道床90至都卜勒雷達型感測器20之天線中心C為止的高度。

h：天線中心的設置高度

Pk：抽樣編號，0≦Pk≦TN

接著，如式(2)所示，以式(1)所求出的傾角θ _Pk與都卜勒雷達型感測器20的速度資訊V_Pk，分別估計其速度資訊V_Pk的水平分量VH_Pk。

如式(3)所示，取得以式(2)所求之水平分量VH_Pk在指定期間內的算術平均，將該算術平均設為列車速度RV1。

接著參照圖4，利用在圖1所示之背景技術所採用的計算手法，說明比較估計速度的估計方法。

在此，從以都卜勒雷達型感測器20所估計的速度資訊V_Pk、以及將都卜勒雷達型感測器20設置在底面2時所設定作為送出波之送出方向的傾角資訊θ(固定值；例如，45°)，估計列車速度RV2。

如式(4)所示，由速度資訊V_Pk與傾角資訊θ，估計各個檢測抽樣的速度資訊V_Pk之水平分量VH_Pk。且將下標Pk設為其抽樣編號。與上述式(2)的不同點在於cosθ為固定值。

其次，如式(5)所示，取得以式(4)所求出的水平分量VH_Pk之指定期間的算術平均，將其算術平均設為列車速度RV2。

在圖5中所揭示運轉試驗之比較結果，為比較有關使用本實施形態提案之校正方法所估計的列車速度(主估計速度)、以習知手法算出的比較估計速度、以及使用GPS算出的速度(GPS速度)。圖5(a)為顯示約360秒的計測結果，圖5(b)為擴大顯示圖5(a)之區域A1，圖5(c)為擴大顯示圖5(b)之區域A2。在運轉試驗中，使用24GHz的微波作為送出波。

如圖所示，比較估計速度方面，相較於GPS速度產生有4~5%的誤差。另一方面，在主估計速度方面，形成略與GPS相同，而實質上的解除上述誤差。從而，當將都卜勒雷達型感測器20適用於速率計的情況下，將可實現精度較高的速率計。

此外，如區域B1及區域B2所示，在該等區間中，主估計速度的圖表為呈現出上凸狀(山狀)。在該等地點係設置有平交道，與直到現實反射地點為止的高度相互比較之下，上述式(1)之設置高度h形成為較大值。其結果，亦增大計算出的主估計速度。此外，如區域C1及區域C2所示，在該等區間中，主估計速度之圖表為呈現出朝下凸狀(谷狀)。在該等地點係設置有鐵橋，與直到現實反射地點為止的高度相互比較之下，上述式(1)之設置高度h形成為較小值。其結果，亦減少計算出的主估計速度。

在此，參照比較估計速度之圖表後可知，雖在如鐵橋這種於道床(道床90)產生有較大變化的地點上，特徵點以較易明白的狀態下出現，但是在如平交道這種道床(道床90)變化較小的地點上，特徵點則以不易明白的狀態出現。另一方面，在主估計速度之圖表中，即便是如平交道這種變化較小的地點，仍明確出現有特徵點。其結果，可有效的活用特徵點、進行正確的位置特定。

此外，當特徵點的出現狀態與假設狀態相異的情況下，位置估計部16亦可將以其為主旨的訊息，通知至進行列車1之運行管理的輸送指令部署。當輸送指令部署由複數輛列車1接收到相同的通知時，便可判斷路線上有可能產生異常狀況，而可早期研擬處理對策。例如可例示有：當特徵點之出現期間變長的情況，或是原本不會出現特徵點的地方卻出現特徵點的情況，或是原本應該出現特徵點的地方卻沒有出現特徵點的情況。

據上所述，整理本實施形態之效果如下。

(1)即使都卜勒雷達型感測器20的傾斜角因為行駛等而偏移的情況下，由於估計有形成實際送出波(反射波)方向的傾斜角，因此可進行適當的校正。其結果，將可提升計測列車速率的精度。

(2)即使都卜勒雷達型感測器20的檢測範圍、也就是照射方向過廣，由於可以估計相較於實際反射而回的檢測波速度分量的傾斜角，因此可提升估計速度的精度。

(3)藉由比較以傾斜角校正速度分量而估計速度之方法、以及使用距離分量估計傾斜角且使用該傾斜角校正速度分量之方法，當道床90(道床)之高度發生變化之際，便可檢測該地點(特徵點)。並且，藉由將已記錄平交道或鐵橋之位置或長度的位置資訊記錄部17與特徵點進行對照，便可正確掌握列車1的位置。

(4)因應特徵點的出現狀態，便可掌握路線(軌道)狀態的變化，而可早期進行安全對策的確認作業。

以上，依據實施形態說明本發明。該實施形態僅為例示，同業者應當可理解的是，可將其等各個構成要素進行組合，以構成各式各樣的變形例，此外，該等變形例應該在本發明的範圍之中。

Claims

一種列車位置檢測裝置，其特徵在於包括：都卜勒雷達型感測器，將對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；實際傾斜角算出部，根據前述感測器所算出的至反射位置為止距離、以及被設置之前述感測器的高度，計算出前述送出波之前述反射位置之方向的實際角度；列車速度算出部，根據以前述實際傾斜角算出部所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度；特徵點提取部，特定出前述列車速度算出部所算出的速度特徵點；位置資訊記錄部，預先記錄有假定出現前述特徵點的位置；位置估計部，根據前述特徵點與前述位置資訊記錄部的位置，估計列車位置。
如申請專利範圍第1項所述之列車位置檢測裝置，其中前述位置估計部為依據前述特徵點，檢測已反射前述送出波之道床的狀態。
一種列車位置檢測方法，其特徵在於包括：實際傾斜角算出步驟，根據以都卜勒雷達型感測器所算出的至反射位置為止距離、以及被設置之前述感測器的高度，計算出送出波之前述反射位置之方向的實際角度，前述都卜勒雷達型感測器為對道床呈指定的傾斜角作為前述送出波的照射方向，設置於列車底部；列車速度算出步驟，根據以前述實際傾斜角算出步驟所算出的前述角度與前述感測器檢測出的速度資訊，計算出前述列車的速度；特徵點提取步驟，特定出前述列車速度算出步驟所算出的速度特徵點；位置估計步驟，將前述特徵點、以及已記錄有假定表達前述特徵點的位置之資料進行對照，估計列車位置。