WO2018131151A1 - レール破断検知装置及びレール破断検知システム - Google Patents

レール破断検知装置及びレール破断検知システム Download PDF

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大輔 小篠
明日香　昌
亘 辻田
知明 武輪
良次 澤
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rail breakage detection device and a rail breakage detection system.
  • Patent Literature 1 which is an example of a rail breakage detection device that detects a breakage of a rail on which a train travels, there is a rail breakage detection device with a low installation cost that can detect a rail breakage on the ground side using a return current. It is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a rail breakage detection device that can be mounted on a vehicle.
  • a rail breakage detection device includes transmission device state information indicating whether or not a rail signal transmission device that transmits a rail signal is normal, and the rail signal. Receiving device state information indicating whether or not the rail signal receiving device that receives the voltage induced by is normal, and receiving state information indicating whether or not the voltage induced by the rail signal receiving device is received. Acquired and rail breakage detection is performed based on the transmission device state information, the reception device state information, and the reception state information.
  • FIG. 1 The figure which shows the example of 1 structure of a rail fracture detection system provided with the rail fracture detection apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the state in which the some vehicle exists in one area divided by the some insulation location.
  • FIG. 1 The figure which shows the example which realized the mechanism which counts the number of vehicles with the axle counter used for substitute obstruction
  • FIG. Schematic diagram showing rail joints
  • FIG. shows an example of the general structure of the hardware which implement
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a rail breakage detection system including a rail breakage detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a rail breakage detection system 10 shown in FIG. 1 includes a rail signal transmission device 1, a rail signal reception device 2 mounted on a train vehicle 4 traveling on rails 3a and 3b, and a rail breakage detection device 5.
  • the rail signal transmission device 1 includes a transmission device power supply 11, a transmission device resistance 12, a transmission device current measurement unit 13, a transmission device power consumption calculation unit 14, a transmission device communication unit 15, and a transmission confirmation unit 16.
  • the transmitter power supply 11 is an AC power supply connected in series between the rail 3a and the rail 3b.
  • the transmitter resistance 12 is a resistor connected in series with the transmitter power supply 11.
  • the transmitter current measuring unit 13 measures the current flowing through the transmitter resistance 12.
  • the transmission device power consumption calculation unit 14 calculates the power consumption by the product of the voltage of the transmission device power supply 11 and the current measured by the transmission device current measurement unit 13.
  • the transmission device communication unit 15 receives at least one of the current value from the transmission device current measurement unit 13, the power consumption value from the transmission device power consumption calculation unit 14, and the transmission device confirmation state information from the transmission confirmation unit 16. And transmitted to the rail breakage detection device 5.
  • the transmission confirmation unit 16 confirms the operation of the rail signal transmission device 1 based on the current measured by the transmission device current measurement unit 13 or the power calculated by the transmission device power consumption calculation unit 14 and outputs transmission device state information.
  • the rail signal is a signal transmitted by the rails 3a and 3b, and may be any form of signal as long as it can be identified for the purpose of rail breakage detection, and has a predetermined amplitude or frequency. Examples thereof include a continuous wave or a modulation signal obtained by adding a predetermined modulation to the amplitude, frequency, or phase of the continuous wave.
  • the rail signal receiving device 2 shown in FIG. 1 is provided in front of the front axle of the vehicle 4, that is, on the traveling direction side so as to be arranged immediately above the rails 3a and 3b. Further, in the following description, unless otherwise specified, the rail signal receiving device 2, which is the leading vehicle of the train, includes the rail signal receiving unit 21, the reception confirmation unit 22, and the receiving device communication unit 23. With.
  • the rail signal receiving unit 21 receives a voltage induced by the rail signal and outputs reception state information based on the voltage.
  • the reception confirmation unit 22 confirms the operation of the rail signal reception unit 21 and outputs reception device state information.
  • the reception confirmation unit 22 transmits a test signal whose result is known to the rail signal reception unit 21, and confirms the operation by comparing the signal output from the rail signal reception unit 21 with the known result.
  • the reception device communication unit 23 transmits the reception state information that is the output of the rail signal reception unit 21 and the reception device state information that is the output of the reception confirmation unit 22 to the rail breakage detection device 5.
  • the rail breakage detection device communication unit 52 receives information transmitted from the transmission device communication unit 15 and the reception device communication unit 23 and outputs the information to the rail breakage detection unit 51.
  • the rail breakage detector 51 detects the breakage of the rails 3a and 3b based on information output from the rail breakage detector communication unit 52.
  • the rail breakage detection device 5 can be mounted on the vehicle 4.
  • the rail breakage detection unit 51 makes a determination according to the following Table 1 based on the transmission device state information, the reception device state information, and the reception state information. In Table 1 below, a circle is shown when normal, and a cross when abnormal.
  • the rail breakage detection device 5 has a rail breakage determination condition storage unit 53, and Table 1 is stored in advance in the rail breakage determination condition storage unit 53.
  • the rail breakage detection unit 51 stores the transmission device state information transmitted from the rail signal transmission device 1, the reception device state information and reception state information transmitted from the rail signal reception device 2, and the rail breakage determination condition storage unit 53. The rail breakage detection is determined by referring to the stored table 1.
  • the rail signal transmission device 1 and the rail signal reception device 2 are operating normally, that is, a case where the transmission device state and the reception device state are normal will be described.
  • the rail signal receiving device 2 receives the voltage induced by the rail signal from the rail signal transmitting device 1, the reception state is normal. That is, the transmission device state, the reception device state, and the reception state are normal.
  • the rail breakage detection unit 51 refers to Table 1 stored in the rail breakage determination condition storage unit 53, and when the transmission device state, the reception device state, and the reception state are all normal, that is, the state number 1 in Table 1 In the case of the above, it is determined that the rails 3a and 3b are not broken, that is, are in a healthy operation.
  • the rail signal reception device 2 receives the rail signal from the rail signal transmission device 1. If the voltage induced by is not received, the reception state is abnormal. That is, the transmission device state and the reception device state are normal, and the reception state is abnormal.
  • the rail breakage detection unit 51 refers to Table 1 stored in the rail breakage determination condition storage unit 53, and when the transmission device state and the reception device state are normal and the reception state is abnormal, that is, the state number of Table 1 When it corresponds to 2, it determines with the rails 3a and 3b having fractured.
  • the rail signal transmitter 1 is operating normally, but when the rail signal receiver 2 is not operating normally, the transmitter state is normal and the receiver state is abnormal.
  • the rail breakage detection unit 51 refers to Table 1 stored in the rail breakage determination condition storage unit 53, and when the transmission device state is normal and the reception device state is abnormal, that is, the state number 3 in Table 1 Or when it corresponds to state number 4, it determines with it being a failure irrespective of a reception state.
  • the rail signal transmitter 1 is not operating normally and the rail signal receiver 2 is operating normally, the transmitter state is abnormal and the receiver state is normal.
  • the rail breakage detection unit 51 refers to Table 1 stored in the rail breakage determination condition storage unit 53, and when the transmission device state is abnormal and the reception device state is normal, that is, the state number 5 in Table 1 Or when it corresponds to the state number 6, it determines with it being a failure irrespective of a reception state.
  • the rail breakage detection unit 51 refers to Table 1 stored in the rail breakage determination condition storage unit 53, and when the transmitter state and the receiver state are abnormal, that is, state number 7 or state number in Table 1 If it falls under 8, it is determined that there is a failure regardless of the reception state.
  • the rail breakage can be detected when the rail signal transmitting device 1 and the rail signal receiving device 2 are operating normally, but the rail signal is not received.
  • the rail breakage detection device 5 that can detect the breakage of the rail can be mounted on the vehicle 4 and can detect the breakage of the rail on the vehicle.
  • a configuration for detecting the position of the vehicle is added to the configuration shown in FIG. 1, and the vehicle at the timing when only the reception state switches from abnormal to normal or the vehicle at the timing when only the reception state switches from normal to abnormal is shown.
  • the rail break location can be specified. In this case, it is possible to detect the moment when the rail breaks due to the weight of the vehicle from the state where the rail is cracked.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the vehicle 4 and the vehicle 4a, which are a plurality of vehicles, are present in one section divided by a plurality of insulation locations.
  • the rear vehicle 4a since an insulating portion is provided between the rail signal transmission device 1 and the rail signal transmission device 1a, the rear vehicle 4a is connected to the rail signal transmission device 1 and the rail signal transmission device 1a. Rail signals cannot be received from both sides. In this case, if the transmitting device state and the receiving device state are normal, rail breakage is erroneously detected.
  • each train can recognize the position information of the insulated section where the host vehicle is present and the position information of the insulated section where the preceding vehicle is present. It should be configured.
  • the rail breakage detection unit 51 is set so as not to determine that the rail is broken even if the rail signal receiving device 2 does not receive the rail signal when the rear vehicle is in the same section as the preceding vehicle. It is good to have.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which the position information of the insulation section where the vehicle 4 is present is directly transmitted from the vehicle 4 to the rear vehicle 4a.
  • the vehicle 4 includes an on-vehicle communication unit 40, an insulation section detection unit 41, a train position detection unit 54, and a map information storage unit 55.
  • the vehicle 4a includes an on-vehicle communication unit 40a, an insulation section detection unit 41a, and a train position detection unit. 54a and a map information storage unit 55a.
  • the train position detection unit 54 of the vehicle 4 detects the position of the own train and outputs it to the insulation section detection unit 41.
  • the insulation section detection unit 41 collates the train position output from the train position detection unit 54 with the position information of the insulation section stored in the map information storage unit 55, so that the insulation section in which the vehicle 4 is present is checked.
  • the position information is detected and output to the on-vehicle communication unit 40.
  • the on-vehicle communication unit 40 transmits the position information of the insulation section to the on-vehicle communication unit 40a of the rear vehicle 4a by wireless communication.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which the position information where the vehicle 4 is present is transmitted to the vehicle 4 a behind the ground control station 7.
  • the train position detection unit 54 of the vehicle 4 detects the position of the own train and outputs it to the on-vehicle communication unit 40.
  • the on-vehicle communication unit 40 transmits the position of the own train to the ground control station 7 by wireless communication.
  • the ground control station 7 transmits the position information of the vehicle 4 to the on-vehicle communication unit 40a of the vehicle 4a.
  • the insulated section detection unit 41 of the vehicle 4a checks the train position output by the on-board communication unit 40a and the position information of the insulated section stored in the map information storage unit 55a so that the vehicle 4 is present. Detects the position information of the insulation section. With such a configuration, each vehicle can recognize the position information of the insulated section where the own train is present and the position information of the insulated section where the preceding train is present.
  • a mechanism for counting the number of vehicles existing in the insulated section is provided on the ground side, and the number of vehicles counted in the rail breakage detection unit. Should be set to send. Then, when a plurality of vehicles are present in the same section, the rail break detection unit 51 does not determine that the rail is broken even if the rail signal receiving device 2 other than the head vehicle does not receive the rail signal. It is good to be set to.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in which a mechanism for counting the number of vehicles is realized by an axle counter used for substitute blockage.
  • the axle counter 8a counts up the number of axles when the vehicle enters the insulated section, and transmits it to the rail breakage detection device communication unit 52. Further, the axle counter 8b counts down the number of axles when the vehicle passes through the insulation section, and transmits it to the rail breakage detection device communication unit 52.
  • the rail breakage detection unit 51 determines rail breakage only for a vehicle that has entered from a state where the number of axles is zero, and does not determine rail breakage for a vehicle that has entered from a state where the number of axles is a natural number.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in which a mechanism for counting the number of train cars is realized by an on-board transmitter provided on the train and a ground receiving unit provided on the ground.
  • the ground receiving unit 9a detects that the vehicle has entered the insulated section by receiving a signal from the on-board transmitter 41.
  • the ground receiving part 9b detects that the vehicle has passed through the insulation section by receiving a signal from the on-board transmitter 41.
  • the rail breakage detection unit 51 determines the rail breakage only for the vehicle that entered from the state where the number of vehicles in the insulated section is 0, and for the vehicle that entered from the state where the number of vehicles is a natural number, Not judged as rail breakage. By adopting such a configuration, it is possible to prevent erroneous detection of rail breakage that occurs when a plurality of vehicles are present in one section delimited by insulating locations.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which an insulating portion is removed from FIG. FIG. 7 differs from FIG. 2 in that the vehicle 4 is the leading vehicle, and the vehicle 4 a is the rearmost vehicle in a different organization from the vehicle 4.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which rail signal receiving devices are mounted on the first vehicle 4d and the last vehicle 4e of the train, respectively.
  • the rail signal receiving device 2d is installed in front of the head axle of the vehicle 4d
  • the rail signal receiving device 2e is installed in the rear of the rear axle of the vehicle 4e.
  • the rail signal transmitted by the rail signal transmitting device 1 and the rail signal transmitted by the rail signal transmitting device 1a can be distinguished.
  • the rail signal receiving devices 2 and 2a have a rail breakage point according to the received rail signal. Can be specified whether the vehicle is in front of or behind the vehicle 4, 4a. With such a configuration, rail breakage can be detected even when a plurality of vehicles are present in one section.
  • rail breakage can be detected by a device that can be mounted on a vehicle. Therefore, maintainability can be made higher than when a plurality of rail breakage detection devices are provided on the ground together with the rail signal transmission device.
  • the rail breakage detection device When the rail breakage detection device is mounted on a vehicle, the rail breakage detection device can be maintained in the garage.
  • the equipment used for maintenance is arranged in a garage and the vehicle is moved to the garage after the end of business and maintenance is performed, the maintenance can be performed at a lower cost than when the equipment used for maintenance is moved.
  • the rail breakage detection device of the present invention is not limited to the form mounted on the vehicle, and may be provided on the ground. That is, rail breakage may be detected on the ground side using information from the rail signal receiving device on the vehicle.
  • the rail breakage detection device is preferably not installed on the ground with the rail signal transmission device one by one but on the ground base together with the ground base device.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a rail breakage detection system including a rail breakage detection device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the rail breakage detection system 10a shown in FIG. 9 includes a rail breakage detection device 5a.
  • the rail breakage detection device 5a is mounted on the vehicle 4b, and includes a rail breakage detection unit 51a, a joint detection unit 56, and a train position detection unit. 54 and a map information storage unit 55.
  • the joint detection unit 56 detects that the vehicle 4b has passed the joint of the rails 3a and 3b, and outputs joint detection information.
  • a method for detecting the seam of the seam detection unit 56 a method for detecting the seam by using a gap sensor that measures the size of the gap that is a gap between the rail joints can be exemplified.
  • an acceleration sensor is mounted on the vehicle 4b, and the position of the vehicle 4b at a timing when the acceleration value observed by the acceleration sensor exceeds a preset threshold value is determined. It can be detected as a seam.
  • the joint detection unit 56 since the same output as the case where it passes a rail joint is obtained when passing a rail fracture location, the train position information from the train position detection part 54, and the map information from the map information storage part 55 By using, the joint detection unit 56 can also detect the passage of the rail breakage point.
  • the train position detector 54 detects the position of the vehicle 4b and outputs train position information.
  • the position of the vehicle 4b is detected by, for example, calculating the number of rotations of the axle of the vehicle 4b.
  • the position of the vehicle 4b may be detected by a satellite positioning system such as GPS (Global Positioning System).
  • GPS Global Positioning System
  • the position of the vehicle 4b may be detected by mounting an inertial navigation device on the vehicle 4b and obtaining the moving distance of the vehicle.
  • the map information storage unit 55 stores map information including information in which the kilometer of the rail and the rail joint location are linked, and outputs this map information.
  • the rail breakage detection unit 51a detects rail breakage based on the joint detection information from the joint detection unit 56, the train position information of the train position detection unit 54, and the map information from the map information storage unit 55. Specifically, when the position of the vehicle 4b at the timing when the joint detection unit 56 detects the joint is different from the rail joint location included in the map information, the rail breakage detection unit 51a determines the position at this time as the rail breakage point. To be identified.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an operation example of the rail breakage detection unit 51a shown in FIG.
  • the process shown in FIG. 10 is repeatedly performed at a constant cycle.
  • the rail breakage detection unit 51a refers to the joint detection information from the joint detection unit 56 and determines whether or not a joint has been detected (S1).
  • the rail break detection unit 51a determines that there is no break (S5) and ends the process.
  • the rail breakage detection unit 51a determines whether or not the location where the joint is detected matches the rail joint location included in the map information from the map information storage unit 55 ( S2).
  • the rail breakage detection unit 51a determines that there is a break (S4) and ends the process.
  • the rail breakage detection unit 51a determines that the rail joint has passed (S3) and ends the process.
  • FIG. FIG. 11 is a figure which shows the example of 1 structure of a rail fracture detection system provided with the rail fracture detection apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • a rail breakage detection system 10b shown in FIG. 11 includes a rail signal transmission device 1, a rail breakage detection device 5b, and an on-board device 6 mounted on the vehicle 4c. Since the rail signal transmission device 1 has been described in the first embodiment, a description thereof will be omitted.
  • the rail breakage detection device 5b detects a rail breakage based on information from the on-vehicle device 6.
  • the on-board device 6 includes a rail signal receiving unit 21, a reception confirmation unit 22, a joint detection unit 56, a train position detection unit 54, a map information storage unit 55, and an on-board communication unit 61. Since the rail signal reception unit 21, the reception confirmation unit 22, the joint detection unit 56, the train position detection unit 54, and the map information storage unit 55 have been described in the first and second embodiments, description thereof will be omitted.
  • the on-vehicle communication unit 61 includes reception state information from the rail signal reception unit 21, reception device state information from the reception confirmation unit 22, joint detection information from the joint detection unit 56, train position information from the train position detection unit 54, and The map information from the map information storage unit 55 is transmitted to the rail breakage detection device 5b.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a rail joint.
  • a rail bond in which the rail 71 and the rail 72 are electrically connected by a cable 73 on the rail side surface is employed.
  • the cable 73 is cut, it is difficult to ensure electrical continuity between the rail 71 and the rail 72.
  • the rail breakage detection device 5 determines that the rail is broken.
  • the rail breakage detection device 5a determines that the rail joint has been passed.
  • the position where the rail joint is detected the position where the voltage induced by the rail signal crosses the preset voltage threshold is specified as the cable cut portion of the rail joint. be able to. Therefore, according to the present embodiment, it is also possible to detect a rail bond cable cut which is difficult in the first and second embodiments.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a general configuration of hardware that realizes the rail breakage detection device 5 illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 13 illustrates hardware 100 including a processor 101, a storage circuit 102, and an IF 103 that is an interface.
  • the processor 101 is typically a CPU (Central Processing Unit) and executes programs and performs calculations.
  • the storage circuit 102 stores a program executed by the processor 101, and stores data necessary for the processor 101 to execute and execute the program.
  • the rail break detecting unit 51 is realized by the processor 101 and the storage circuit 102.
  • the IF 103 is configured to realize external input / output of the rail breakage detection device 5, and the rail breakage detection device communication unit 52 is realized by the IF 103. Note that a plurality of processors 101, storage circuits 102, and IFs 103 may be provided.
  • the rail breakage detection system 10, 10a, 10b may include a train speed control device.
  • a train speed control device controls to limit the speed of the train at the rail break point. With such a configuration, it is possible to quickly limit the speed of the train at the location where the rail breakage is detected.
  • the train speed control device may be mounted on the vehicle in the same manner as the rail breakage detection devices 5, 5a, 5b, but is not limited to this, and is provided on the ground side together with the ground base device. May be.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

車上にも搭載可能なレール破断検知装置を得ることを目的とし、レール信号を送信するレール信号送信装置（１）が正常であるか否かを示す送信装置状態情報と、レール信号により誘起された電圧を受信するレール信号受信装置（２）が正常であるか否かを示す受信装置状態情報と、レール信号受信装置（２）で誘起された電圧を受信したか否かを示す受信状態情報とを取得し、前記送信装置状態情報、受信装置状態情報及び前記受信状態情報に基づいて、レール破断検知を行うレール破断検知装置（５）とする。

Description

レール破断検知装置及びレール破断検知システム
　本発明は、レール破断検知装置及びレール破断検知システムに関するものである。
　従来、列車が走行するレールの破断を検知するレール破断検知装置の一例である特許文献１には、帰線電流を用いて地上側でレール破断を検知し得る設置コストの低いレール破断検知装置が開示されている。
特開２０１２－９１６７１号公報
　しかしながら、上記の従来技術によれば、レール破断の検知は地上で行われ、車上でレール破断を検知することは実現できていない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車上にも搭載可能なレール破断検知装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレール破断検知装置は、レール信号を送信するレール信号送信装置が正常であるか否かを示す送信装置状態情報と、前記レール信号により誘起された電圧を受信するレール信号受信装置が正常であるか否かを示す受信装置状態情報と、前記レール信号受信装置で誘起された電圧を受信したか否かを示す受信状態情報とを取得し、前記送信装置状態情報、受信装置状態情報及び前記受信状態情報に基づいて、レール破断検知を行うことを特徴とする。
　本発明によれば、車上にも搭載可能なレール破断検知装置を得ることができる、という効果を奏する。
実施の形態１に係るレール破断検知装置を備えるレール破断検知システムの一構成例を示す図 複数の絶縁箇所によって区切られた１つの区間内に複数の車両が在線している状態を示す図 車両が在線している絶縁区間の位置情報を、車両から後方の車両に直接送信している例を示す図 車両が在線している位置情報を、地上制御局を通じて後方の車両に送信する例を示す図 車両数をカウントする機構を、代用閉塞に用いられるアクスルカウンタで実現した例を示す図 列車の車両数をカウントする機構を、列車に設けた車上発信器と地上に設けた地上受信部によって実現した例を示す図 図２から絶縁箇所を除いた状態を示す図 列車の先頭車両と最後尾の車両に各々レール信号受信装置を搭載した様子を示す図 実施の形態２に係るレール破断検知装置を備えるレール破断検知システムの一構成例を示す図 図９に示すレール破断検知部の一動作例を示すフローチャート 実施の形態３に係るレール破断検知装置を備えるレール破断検知システムの一構成例を示す図 レール継目を示す模式図 図１に示すレール破断検知装置を実現するハードウェアの一般的な構成の一例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態に係るレール破断検知装置及びレール破断検知システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るレール破断検知装置を備えるレール破断検知システムの一構成例を示す図である。図１に示すレール破断検知システム１０は、レール信号送信装置１と、レール３ａ，３ｂ上を走行する列車の車両４に搭載されたレール信号受信装置２と、レール破断検知装置５とを備える。
　図１に示すレール信号送信装置１は、地上に設置されてレール３ａ，３ｂにレール信号を送信する。レール信号送信装置１は、送信装置電源１１と、送信装置抵抗１２と、送信装置電流計測部１３と、送信装置消費電力算出部１４と、送信装置通信部１５と、送信確認部１６とを備える。送信装置電源１１は、レール３ａとレール３ｂとの間に直列接続された交流電源である。送信装置抵抗１２は、送信装置電源１１に直列接続された抵抗である。送信装置電流計測部１３は、送信装置抵抗１２に流れる電流を計測する。送信装置消費電力算出部１４は、送信装置電源１１の電圧と、送信装置電流計測部１３が計測した電流との積により消費電力を算出する。送信装置通信部１５は、送信装置電流計測部１３からの電流値と、送信装置消費電力算出部１４からの消費電力値及び送信確認部１６からの送信装置確認状態情報の少なくともいずれか一方とを、レール破断検知装置５へ送信する。送信確認部１６は、送信装置電流計測部１３が計測した電流又は送信装置消費電力算出部１４が算出した電力によってレール信号送信装置１の動作を確認して送信装置状態情報を出力する。なお、レール信号は、レール３ａ，３ｂで伝送される信号であり、レール破断検知の用途に識別することが可能な信号であればいかなる形態の信号であってもよく、所定の振幅若しくは周波数を有する連続波、又は連続波の振幅、周波数若しくは位相に所定の変調を加えた変調信号を例示することができる。
　図１に示すレール信号受信装置２は、レール３ａ，３ｂの直上に配されるように車両４の先頭の車軸より前方、すなわち進行方向側に設けられている。また、以下の説明において、特に断りがない場合には、車両は列車の先頭車両のことであるレール信号受信装置２は、レール信号受信部２１と、受信確認部２２と、受信装置通信部２３とを備える。レール信号受信部２１は、レール信号によって誘起された電圧を受信し、この電圧に基づいて受信状態情報を出力する。受信確認部２２は、レール信号受信部２１の動作を確認して受信装置状態情報を出力する。ここで、受信確認部２２は、レール信号受信部２１に結果が既知であるテスト信号を送信し、レール信号受信部２１が出力する信号を既知の結果と比較することで動作を確認する。受信装置通信部２３は、レール信号受信部２１の出力である受信状態情報及び受信確認部２２の出力である受信装置状態情報を、レール破断検知装置５へ送信する。
　図１に示すレール破断検知装置５は、レール破断検知部５１と、レール破断検知装置通信部５２とを備える。レール破断検知装置通信部５２は、送信装置通信部１５及び受信装置通信部２３から送信された情報を受信してレール破断検知部５１に出力する。レール破断検知部５１は、レール破断検知装置通信部５２から出力される情報に基づいてレール３ａ，３ｂの破断を検知する。なお、レール破断検知装置５は車両４に搭載することが可能である。
　レール破断検知部５１は、送信装置状態情報、受信装置状態情報及び受信状態情報に基づいて、下記の表１に従って判定を行う。なお、下記の表１において正常である場合には丸を示し、異常である場合にはバツを示す。レール破断検知装置５はレール破断判定条件記憶部５３を有し、表１は、レール破断判定条件記憶部５３に予め記憶されている。レール破断検知部５１は、レール信号送信装置１から送られてきた送信装置状態情報、レール信号受信装置２から送られてきた受信装置状態情報及び受信状態情報と、レール破断判定条件記憶部５３に記憶されている表１とを参照することで、レール破断検知を判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ここで、レール信号送信装置１及びレール信号受信装置２が正常に動作している場合、すなわち送信装置状態及び受信装置状態が正常な場合について説明する。そのような場合において、レール信号受信装置２が、レール信号送信装置１からのレール信号により誘起された電圧を受信した場合、受信状態は正常である。すなわち、送信装置状態、受信装置状態及び受信状態は正常である。レール破断検知部５１は、レール破断判定条件記憶部５３に記憶されている表１を参照し、送信装置状態、受信装置状態及び受信状態のいずれも正常である場合、すなわち表１の状態番号１に該当する場合には、レール３ａ，３ｂには破断は生じていない、すなわち健全動作をしていると判定する。　
　レール信号送信装置１及びレール信号受信装置２が正常に動作しており、送信装置状態及び受信装置状態が正常な場合であって、レール信号受信装置２が、レール信号送信装置１からのレール信号により誘起された電圧を受信していない場合、受信状態は異常である。すなわち、送信装置状態及び受信装置状態は正常で、受信状態は異常となる。レール破断検知部５１は、レール破断判定条件記憶部５３に記憶されている表１を参照し、送信装置状態及び受信装置状態が正常で、受信状態が異常である場合、すなわち表１の状態番号２に該当する場合には、レール３ａ，３ｂには破断が生じていると判定する。
　レール信号送信装置１は正常に動作しているが、レール信号受信装置２が正常に動作していない場合、送信装置状態は正常で、受信装置状態は異常となる。この場合、レール破断検知部５１は、レール破断判定条件記憶部５３に記憶されている表１を参照し、送信装置状態は正常で、受信装置状態は異常な場合、すなわち表１の状態番号３又は状態番号４に該当する場合には、受信状態に関わらず、故障であると判定する。レール信号送信装置１が正常に動作しておらず、レール信号受信装置２は正常に動作している場合、送信装置状態は異常で、受信装置状態は正常となる。この場合、レール破断検知部５１は、レール破断判定条件記憶部５３に記憶されている表１を参照し、送信装置状態は異常で、受信装置状態は正常な場合、すなわち表１の状態番号５又は状態番号６に該当する場合には、受信状態に関わらず、故障であると判定する。レール信号送信装置１及びレール信号受信装置２が正常に動作していない場合、送信装置状態及び受信装置状態は異常となる。この場合、レール破断検知部５１は、レール破断判定条件記憶部５３に記憶されている表１を参照し、送信装置状態及び受信装置状態が異常な場合、すなわち表１の状態番号７又は状態番号８に該当する場合には、受信状態に関わらず、故障であると判定する。
　上記のように、レール信号送信装置１及びレール信号受信装置２が正常に動作しているにも関わらず、レール信号を受信できていない場合にレール破断を検知することができる。レールの破断を検知することができるレール破断検知装置５は、車両４に搭載することが可能であり、車上においてレールの破断を検知することができる。
　なお、図示しないが、図１に示す構成に車両の位置を検知する構成を追加し、受信状態のみが異常から正常に切り替わるタイミングの車両の位置又は受信状態のみが正常から異常に切り替わるタイミングの車両の位置を特定することで、レール破断箇所を特定することができる。
　なお、レール破断箇所では、レール信号受信部２１で受信される電圧が急激に変化する。そのため、レール信号受信部２１で受信される電圧が予め設定した電圧しきい値をクロスした位置を特定すると、レール破断箇所を特定することができる。なお、この場合には、レールに亀裂が生じている状態から、車両の重さによってレールが破断する瞬間を検知することができる。
　図２は、複数の絶縁箇所によって区切られた１つの区間内に複数の車両である車両４及び車両４ａが在線している状態を示す図である。図２に示すように、レール信号送信装置１とレール信号送信装置１ａとの間には絶縁箇所が設けられているため、後方の車両４ａは、レール信号送信装置１及びレール信号送信装置１ａの双方からレール信号を受信することができない。この場合において、送信装置状態及び受信装置状態が正常であれば、レール破断を誤検知してしまう。
　そこで、このような誤検知を防止するために、各列車が、自車両が在線している絶縁区間の位置情報と、前方の車両が在線している絶縁区間の位置情報とを認識出来るような構成になっているとよい。そして、レール破断検知部５１は、後方車両が前方車両と同一区間に在線している場合には、レール信号受信装置２がレール信号を受信していなくてもレール破断と判定しないように設定されているとよい。
　図３は、車両４が在線している絶縁区間の位置情報を、車両４から後方の車両４ａに直接送信している例を示す図である。車両４は、車上通信部４０、絶縁区間検知部４１、列車位置検知部５４及び地図情報記憶部５５を備え、車両４ａは、車上通信部４０ａ、絶縁区間検知部４１ａ、列車位置検知部５４ａ及び地図情報記憶部５５ａを備える。車両４の列車位置検知部５４は、自列車の位置を検知して絶縁区間検知部４１に出力する。絶縁区間検知部４１は、列車位置検知部５４が出力した列車位置と、地図情報記憶部５５に格納されている絶縁区間の位置情報とを照合することで車両４が在線している絶縁区間の位置情報を検知して車上通信部４０に出力する。車上通信部４０は、絶縁区間の位置情報を後方の車両４ａの車上通信部４０ａに無線通信によって送信する。このような構成にすることで、各車両は、自列車が在線している絶縁区間の位置情報と、前方の列車が在線している絶縁区間の位置情報とを認識することができる。
　図４は、車両４が在線している位置情報を、地上制御局７を通じて後方の車両４ａに送信する例を示す図である。車両４の列車位置検知部５４は、自列車の位置を検知して車上通信部４０に出力する。車上通信部４０は、自列車の位置を地上制御局７に無線通信によって送信する。地上制御局７は、車両４の位置情報を車両４ａの車上通信部４０ａに送信する。車両４ａの絶縁区間検知部４１は、車上通信部４０ａが出力した列車位置と、地図情報記憶部５５ａに格納されている絶縁区間の位置情報とを照合することで車両４が在線している絶縁区間の位置情報を検知する。このような構成にすることで、各車両は、自列車が在線している絶縁区間の位置情報と、前方の列車が在線している絶縁区間の位置情報とを認識することができる。
　また、次に説明するように、誤検知を防止するための別の方法として、絶縁区間内に在線している車両数をカウントする機構を地上側に設け、レール破断検知部にカウントした車両数を送信するように設定されているとよい。そして、レール破断検知部５１は、複数の車両が同一区間に在線している場合には、先頭の車両以外のレール信号受信装置２がレール信号を受信していなくてもレール破断と判定しないように設定されているとよい。
　図５は、車両数をカウントする機構を、代用閉塞に用いられるアクスルカウンタで実現した例を示す図である。アクスルカウンタ８ａは、車両が絶縁区間に侵入する際の車軸数をカウントアップしてレール破断検知装置通信部５２に送信する。また、アクスルカウンタ８ｂは、車両が絶縁区間を通過する際の車軸数をカウントダウンしてレール破断検知装置通信部５２に送信する。レール破断検知部５１は、車軸数が０の状態から進入した車両に対してのみレール破断の判定を行い、車軸数が自然数の状態から進入した車両に対しては、レール破断と判定しない。
　図６は、列車の車両数をカウントする機構を、列車に設けた車上発信器と地上に設けた地上受信部によって実現した例を示す図である。地上受信部９ａは、車上発信器４１からの信号を受信することで車両が絶縁区間に侵入したことを検知する。また地上受信部９ｂは、車上発信器４１からの信号を受信することで車両が絶縁区間を通過したことを検知する。レール破断検知部５１は、絶縁区間に在線している車両数が０の状態から進入した車両に対してのみレール破断の判定を行い、車両数が自然数の状態から進入した車両に対しては、レール破断と判定しない。このような構成とすることで、絶縁箇所によって区切られた１つの区間内に複数の車両が在線している場合に生じるレール破断の誤検知を防止することができる。
　図７は、図２から絶縁箇所を除いた状態を示す図である。また図７は図２と異なり、車両４は先頭車両、車両４ａは車両４と別の編成の最後尾の車両を示している。図８は、列車の先頭車両４ｄと最後尾の車両４ｅに各々レール信号受信装置を搭載した様子を示す図である。レール信号受信装置２ｄは車両４ｄの先頭の車軸より前方に、レール信号受信装置２ｅは車両４ｅの最後尾の車軸より後方に設置されている。このような構成とすると、図７では、レール信号送信装置１とレール信号送信装置１ａとの間のレール３ａ，３ｂには電気的に絶縁されている箇所が存在しない。このときには、レール信号受信装置２，２ａにおいて、レール信号送信装置１が送信するレール信号と、レール信号送信装置１ａが送信するレール信号とを区別可能にする。一例として、レール信号送信装置１が送信するレール信号とレール信号送信装置１ａが送信するレール信号とを異なる周波数とすると、レール信号受信装置２，２ａは、受信したレール信号に応じてレール破断箇所が車両４，４ａの前方であるか又は後方であるかを特定することができる。このような構成とすると、１つの区間内に複数の車両が在線している場合でもレール破断を検知することができる。
　本実施の形態によれば、車両に搭載可能な装置でレール破断を検知することができる。そのため、レール信号送信装置とともに地上にレール破断検知装置を複数設ける場合よりもメンテナンス性を高くすることができる。レール破断検知装置が車両に搭載された場合には、レール破断検知装置を車庫でメンテナンスすることが可能になる。一例として、メンテナンスに用いる設備を車庫に配し、営業終了後に車両を車庫に移動させてメンテナンスを行うと、メンテナンスに用いる設備を移動させる場合よりも低いコストでメンテナンスを行うことができる。
　ただし、本発明のレール破断検知装置は車両に搭載される形態に限定されるものではなく、地上に設けられていてもよい。すなわち、車上のレール信号受信装置からの情報を用いて地上側でレール破断の検知を行ってもよい。この場合、レール破断検知装置はレール信号送信装置とともに地上に逐一設置されるのではなく、地上拠点装置とともに地上の拠点に設けられているとよい。
実施の形態２．
　図９は、本発明の実施の形態２に係るレール破断検知装置を備えるレール破断検知システムの一構成例を示す図である。図９に示すレール破断検知システム１０ａはレール破断検知装置５ａを備え、レール破断検知装置５ａは、車両４ｂに搭載されており、レール破断検知部５１ａと、継目検出部５６と、列車位置検知部５４と、地図情報記憶部５５とを備える。
　継目検出部５６は、車両４ｂがレール３ａ，３ｂの継目を通過したことを検出して、継目検出情報を出力する。継目検出部５６の継目の検出方法としては、レール継目の隙間である遊間の大きさを計測する遊間センサを用いて継目を検出する方法を例示することができる。又は、継目検出部５６の継目の検出方法としては、車両４ｂに加速度センサを搭載し、この加速度センサにより観測された加速度の値が予め設定したしきい値を超えたタイミングの車両４ｂの位置を継目であるとして検出することができる。そして、継目検出部５６では、レール破断箇所を通過する場合にレール継目を通過する場合と同じ出力が得られるので、列車位置検知部５４からの列車位置情報及び地図情報記憶部５５からの地図情報を用いることにより、継目検出部５６はレール破断箇所の通過も検出することができる。
　列車位置検知部５４は、車両４ｂの位置を検知して列車位置情報を出力する。車両４ｂの位置は、例えば、車両４ｂの車軸の回転数を積算して算出することで検知される。またＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）をはじめとする衛星測位システムにより、車両４ｂの位置を検知してもよい。また車両４ｂに慣性航法装置を搭載して車両の移動距離を求めることで、車両４ｂの位置を検知してもよい。地図情報記憶部５５は、レールのキロ程とレール継目箇所とが紐づけられた情報を含む地図情報を記憶しており、この地図情報を出力する。
　レール破断検知部５１ａは、継目検出部５６からの継目検出情報、列車位置検知部５４の列車位置情報及び地図情報記憶部５５からの地図情報に基づき、レール破断を検知する。レール破断検知部５１ａは、具体的には、継目検出部５６が継目を検出したタイミングにおける車両４ｂの位置が、地図情報に含まれるレール継目箇所と異なる場合に、このときの位置がレール破断箇所であると特定する。
　図１０は、図９に示すレール破断検知部５１ａの一動作例を示すフローチャートである。なお、図１０に示す処理は一定の周期で繰り返し行うものである。まず、処理をスタートし、レール破断検知部５１ａは、継目検出部５６からの継目検出情報を参照して、継目を検出したか否かの判定を行う（Ｓ１）。継目を検出していない場合（Ｓ１：Ｎｏ）には、レール破断検知部５１ａは、破断なしと判定して（Ｓ５）処理をエンドする。継目を検出した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）には、レール破断検知部５１ａは、継目を検出した箇所が地図情報記憶部５５からの地図情報が含むレール継目箇所と一致するか否かを判定する（Ｓ２）。継目を検出した箇所が地図情報と一致していない場合（Ｓ２：Ｎｏ）には、レール破断検知部５１ａは、破断ありと判定して（Ｓ４）処理をエンドする。継目を検出した箇所が地図情報と一致している場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）には、レール破断検知部５１ａは、レール継目を通過と判定して（Ｓ３）処理をエンドする。
　本実施の形態によれば、車両に搭載された装置のみでレール破断の有無を判定することができる。
実施の形態３．
　図１１は、本発明の実施の形態３に係るレール破断検知装置を備えるレール破断検知システムの一構成例を示す図である。図１１に示すレール破断検知システム１０ｂは、レール信号送信装置１と、レール破断検知装置５ｂと、車両４ｃに搭載された車上装置６とを備える。レール信号送信装置１は、実施の形態１にて説明したため説明を省略する。レール破断検知装置５ｂは、車上装置６からの情報によりレール破断を検知する。
　車上装置６は、レール信号受信部２１と、受信確認部２２と、継目検出部５６と、列車位置検知部５４と、地図情報記憶部５５と、車上通信部６１とを備える。レール信号受信部２１、受信確認部２２、継目検出部５６、列車位置検知部５４及び地図情報記憶部５５は、実施の形態１，２にて説明したため説明を省略する。車上通信部６１は、レール信号受信部２１からの受信状態情報、受信確認部２２からの受信装置状態情報、継目検出部５６からの継目検出情報、列車位置検知部５４からの列車位置情報及び地図情報記憶部５５からの地図情報をレール破断検知装置５ｂに送信する。
　図１２は、レール継目を示す模式図である。図１２に示すレール継目では、レール７１とレール７２とが、レール側面においてケーブル７３によって電気的に接続されたレールボンドが採用されている。図１２に示す構成では、ケーブル７３が切断されると、レール７１とレール７２との間の導通を確保することが困難となる。
　実施の形態１にて説明した車両４がケーブル７３の切断箇所を通過すると、レール破断検知装置５はレール破断と判定する。他方で、実施の形態２にて説明した車両４ｂがケーブル７３の切断箇所を通過すると、レール破断検知装置５ａはレール継目を通過したと判定する。しかしながら、本実施の形態によれば、レール継目を検出した位置において、レール信号によって誘起された電圧が予め設定した電圧しきい値をクロスした位置は、レール継目のケーブル切断箇所であると特定することができる。そのため、本実施の形態によれば、実施の形態１，２では困難であるレールボンドのケーブル切断を検知することも可能である。
　ここで、実施の形態１から３に係るレール破断検知装置を実現するためのハードウェア構成について説明する。図１３は、図１に示すレール破断検知装置５を実現するハードウェアの一般的な構成の一例を示す図である。図１３には、プロセッサ１０１、記憶回路１０２及びインターフェイスであるＩＦ１０３を備えるハードウェア１００が示されている。プロセッサ１０１は、代表的にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であり、プログラムの実行及び演算を行う。記憶回路１０２は、プロセッサ１０１が実行するプログラムを記憶し、且つプロセッサ１０１がプログラムの実行及び演算を行うに際して必要なデータの記憶を行う。プロセッサ１０１及び記憶回路１０２によりレール破断検知部５１が実現される。ＩＦ１０３は、レール破断検知装置５の外部入出力を実現する構成であり、ＩＦ１０３によりレール破断検知装置通信部５２が実現される。なお、プロセッサ１０１、記憶回路１０２及びＩＦ１０３は、各々複数設けられていてもよい。
　なお、図示していないが、レール破断検知システム１０，１０ａ，１０ｂが列車速度制御装置を含んでいてもよい。このときには、レール破断検知システム１０，１０ａ，１０ｂ内にてレール破断検知装置５，５ａ，５ｂがレールの破断を検知するとレール破断検知信号を出力し、このレール破断検知信号が入力された列車速度制御装置がレール破断箇所において列車の速度を制限するように制御する。このような構成とすると、レール破断の検知箇所における列車の速度を速やかに制限することができる。なお、列車速度制御装置は、レール破断検知装置５、５ａ、５ｂと同様に、車両に搭載されていてもよいが、これに限定されるものではなく、地上拠点装置とともに地上側に設けられていてもよい。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１，１ａ　レール信号送信装置、２，２ａ，２ｄ，２ｅ　レール信号受信装置、３ａ，３ｂ　レール、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ　車両、５，５ａ，５ｂ　レール破断検知装置、６　車上装置、７　地上制御局、８ａ，８ｂ　アクスルカウンタ、９ａ，９ｂ　地上受信部、１０，１０ａ，１０ｂ　レール破断検知システム、１１　送信装置電源、１２　送信装置抵抗、１３　送信装置電流計測部、１４　送信装置消費電力算出部、１５　送信装置通信部、１６　送信確認部、２１　レール信号受信部、２２　受信確認部、２３　受信装置通信部、５１，５１ａ　レール破断検知部、５２　レール破断検知装置通信部、５３　レール破断判定条件記憶部、５４　列車位置検知部、５５　地図情報記憶部、５６　継目検出部、６１　車上通信部、７１，７２　レール、７３　ケーブル、１００　ハードウェア、１０１　プロセッサ、１０２　記憶回路、１０３　ＩＦ。

Claims (9)

  1. 　レール信号を送信するレール信号送信装置が正常であるか否かを示す送信装置状態情報と、
    　前記レール信号により誘起された電圧を受信するレール信号受信装置が正常であるか否かを示す受信装置状態情報と、
    　前記レール信号受信装置で誘起された電圧を受信したか否かを示す受信状態情報とを取得し、
    　前記送信装置状態情報、受信装置状態情報及び前記受信状態情報に基づいて、レール破断検知を行うことを特徴とするレール破断検知装置。
  2. 　前記送信装置状態情報、受信装置状態情報が正常であり、前記受信状態情報が異常である場合にレール破断と判定することを特徴とする請求項１に記載のレール破断検知装置。
  3. 　前記受信状態情報が異常である場合に、レール信号受信装置で誘起された電圧を受信しなくなったタイミングの車両位置をレール破断箇所と特定することを特徴とする請求項２に記載のレール破断検知装置。
  4. 　レール信号が正常に送信され、このレール信号が正常に受信されている場合に、前記レール信号により誘起された電圧が予め設定した電圧しきい値をクロスした位置をレール破断箇所と特定することを特徴とするレール破断検知装置。
  5. 　レールの継目の通過を検出して継目検出情報を出力する継目検出部と、
    　車両の位置を検知して列車位置情報を出力する列車位置検知部と、
    　レールのキロ程とレール継目箇所とが紐づけられた情報を含む地図情報を記憶しており、この地図情報を出力する地図情報記憶部と、
    　前記継目検出情報及び前記列車位置情報による継目検出位置と、前記地図情報による継目位置とを比較し、前記継目検出位置が前記継目位置でない場合には前記継目検出位置をレール破断箇所と特定するレール破断検知部とを備えることを特徴とするレール破断検知装置。
  6. 　レールの継目の通過を検出して継目検出情報を出力する継目検出部と、
    　車両の位置を検知して列車位置情報を出力する列車位置検知部と、
    　レールのキロ程とレール継目箇所とが紐づけられた情報を含む地図情報を記憶しており、この地図情報を出力する地図情報記憶部と、
    　レール信号を送信するレール信号送信装置が正常であるか否かを示す送信装置状態情報と、前記レール信号により誘起された電圧を受信するレール信号受信装置が正常であるか否かを示す受信装置状態情報と、前記レール信号受信装置で誘起された電圧を受信したか否かを示す受信状態情報とを取得し、前記レール信号送信装置及びレール信号受信装置が正常であり、前記レール信号受信装置で誘起された電圧を受信しなくなったタイミングの車両位置が、前記継目検出情報及び前記列車位置情報による継目検出位置とが一致しない位置である場合には、レールボンドのケーブルが切断されていると判定することを特徴とするレール破断検知装置。
  7. 　自装置の動作を確認して送信装置状態情報を出力しつつレール信号を送信するレール信号送信装置と、
    　自装置の動作を確認して受信装置状態情報を出力しつつ前記レール信号により誘起された電圧を受信して受信状態情報を出力するレール信号受信装置と、
    　前記送信装置状態情報、前記受信装置状態情報及び前記受信状態情報に基づいてレールの破断を検知するレール破断検知装置とを備えることを特徴とするレール破断検知システム。
  8. 　前記レール信号受信装置及びレール破断検知装置は列車の車両に搭載されることを特徴とする請求項７に記載のレール破断検知システム。
  9. 　前記レールの破断箇所で列車の速度を制限する列車速度制御装置を地上又は車上に備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のレール破断検知システム。
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