WO2019163888A1 - 軌道回路状態判定装置 - Google Patents

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WO2019163888A1
WO2019163888A1 PCT/JP2019/006545 JP2019006545W WO2019163888A1 WO 2019163888 A1 WO2019163888 A1 WO 2019163888A1 JP 2019006545 W JP2019006545 W JP 2019006545W WO 2019163888 A1 WO2019163888 A1 WO 2019163888A1
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WO
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track circuit
vector
current
current vector
locus
Prior art date
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PCT/JP2019/006545
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English (en)
French (fr)
Inventor
村上　洋一
寿央 北島
Original Assignee
株式会社京三製作所
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/18—Railway track circuits
    • B61L1/181—Details
    • B61L1/187—Use of alternating current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/20—Safety arrangements for preventing or indicating malfunction of the device, e.g. by leakage current, by lightning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions

Definitions

  • the present invention relates to a track circuit state determination device that determines the state of an AC track circuit.
  • a track circuit in rail traffic is a device that detects the presence or absence of a train using a rail as a part of an electric circuit, transmits a signal from one end of the rail, and shorts between the rails on the train axle The presence / absence of a received signal is detected by a track relay provided on the other end of the rail. Since the track circuit is installed outdoors, there is a problem that the track relay may be abnormally dropped due to the influence of the natural environment such as rain or snow. For this reason, various techniques for detecting an abnormal state of the AC track circuit are known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Conventional track circuit state monitoring is performed by comparing the transition of a signal on the transmitting side or the receiving side (for example, a voltage value, a current value, a phase difference, etc.) with a predetermined threshold value. The state is determined.
  • each track circuit has different circuit length (rail length), distance between the transceiver and the rail (cable length), and parameters of the circuit components including the rail and the roadbed.
  • it is necessary to set appropriate thresholds one by one based on their own experience and knowledge. Therefore, there is a need for a new technique for mechanically realizing the state determination of the track circuit without depending on the knowledge of a maintenance person (user).
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a new technique for determining the state of an AC track circuit.
  • the first invention for solving the above-described problems is A track circuit state determination device for determining the state of an AC track circuit, A storage unit for storing a reference vector locus of a current vector with respect to a voltage transmitted to the AC track circuit; A calculation unit that calculates a current vector of the transmission current with respect to the transmission voltage, based on measurement values measured by a transmission-side measuring instrument for the transmission voltage and transmission current of the transmitter of the AC track circuit; A determination unit that calculates a vector locus from a locus of a predetermined period of the current vector calculated by the calculation unit and compares the vector locus with the reference vector locus, and determines a state of the AC orbit circuit; Is a track circuit state determination device.
  • the first invention it is possible to determine the state of the AC orbit circuit including at least the normal state or the abnormal state by a new method of comparing the current vector locus with respect to the transmission voltage with the reference vector locus.
  • a second invention is a track circuit state determination device according to the first invention,
  • the storage unit stores an on-line reference vector locus that is the reference vector locus when a train is on the AC track circuit,
  • the determination unit calculates a vector locus from the current vector calculated by the calculation unit when a train is on the AC track circuit, and compares the vector locus with the on-line reference vector locus. This is a track circuit state determination device.
  • the state of the track circuit can be determined with respect to the current vector locus when the train is present.
  • 3rd invention is the track circuit state determination apparatus of 1st or 2nd invention, Comprising:
  • the storage unit stores a reference vector trajectory when the train is not present in the AC track circuit, which is the reference vector trajectory when the train is not present,
  • the determination unit calculates a vector locus from the current vector calculated by the calculation unit when a train is not present in the AC track circuit, and compares the vector locus with the reference vector locus when not present. This is a track circuit state determination device.
  • the state of the track circuit can be determined for the current vector track when the train is not present.
  • 4th invention is the track circuit state determination apparatus of 2nd or 3rd invention, Comprising: When the current vector calculated by the calculation unit satisfies a predetermined steep change condition, the current vector from when it is satisfied until it returns to the current vector before satisfying the steep change condition is defined as the current vector at the time of train presence, and otherwise Classifying part as a current vector when there is no train Is a track circuit state determination device.
  • the current vector When the train is not present, the current vector hardly changes, but when the train passes, the current vector changes sharply and then returns to the vicinity of the original current vector. For this reason, as in the fourth aspect of the invention, it is possible to discriminate between when the train is present and when the train is absent every time the train passes through the track circuit based on the change in the current vector.
  • a fifth invention is a track circuit state determination device according to any one of the first to fourth inventions,
  • the storage unit stores a plurality of reference vector trajectories in association with accompanying information indicating at least one situation among a season, a time zone, and a weather condition in which the AC trajectory circuit was operating,
  • the determination unit selects the reference vector locus satisfying a predetermined approximate condition as the situation when the measurement is performed, and performs the comparison. This is a track circuit state determination device.
  • the transmission current changes depending on the external environment such as rain and temperature, and as a result, the current vector locus changes. For this reason, as in the fifth aspect, by selecting and comparing the reference vector trajectories that approximate the situation when the transmission voltage and transmission current such as the season, time zone, and weather conditions are measured, it is possible to obtain more accurate results. It is possible to determine the state of a high track circuit.
  • a sixth invention is a track circuit state determination device according to any one of the first to fifth inventions,
  • the reference vector trajectory is data created as an expression probability distribution for each trajectory position based on a vector trajectory of a past current vector calculated by the calculation unit,
  • the determination unit calculates an evaluation value related to the vector trajectory of the determination target based on the expression probability on the expression probability distribution followed by the vector trajectory of the determination target, and determines the state of the AC trajectory circuit based on the evaluation value. judge, This is a track circuit state determination device.
  • the reference vector locus is an expression probability distribution of each locus position based on the past current vector locus, it matches the past current vector locus as the evaluation value regarding the current vector locus to be determined. It is possible to obtain the degree of expression as an expression probability.
  • Track circuit state determination device Explanatory drawing of an electric current vector.
  • Explanatory drawing of an electric current vector locus Explanatory drawing of an electric current vector locus.
  • Explanatory drawing of creation of expression probability distribution Explanatory drawing of creation of expression probability distribution.
  • the functional block diagram of a track circuit state determination apparatus An example of current vector locus data. An example of determination result data. An example of reference vector locus data.
  • FIG. 1 is an application example of the track circuit state determination device 100 of the present embodiment.
  • the track is provided with track circuits 1T, 2T, 3T,... For each section obtained by dividing the left and right rails R into a predetermined length.
  • the track circuit is a device that detects the presence line by utilizing the fact that the left and right rails R are electrically short-circuited by the train axle.
  • the track rail 1 is a multi-rail track circuit in which the left and right rails R are provided with track insulation 1 at the section boundary of the track circuit, and two sets of impedance bonds 3 sandwich the track insulation 1 at the track circuit boundary. Is provided.
  • a transmission transformer 7 as a transmitter is connected between the rail R on one end side (transmission side) of the track circuit via an impedance bond 3 and a current reducing resistor 5, and between the rails on the other end side (reception side).
  • the track relay 11 is connected via the impedance bond 3 and the phase adjuster 9.
  • the current reducing resistor 5 is provided to limit the current and prevent the device from burning out.
  • the transmission transformer 7 transforms AC power supplied from a power source 21 such as a commercial power source to generate a track signal (train detection signal) and transmits it between the rails R on the transmission side of the track circuit. That is, the track circuit of this embodiment is an AC track circuit.
  • the track relay 11 is a two-way track relay that has two coils, a track coil and a local coil, and drives a contact by a voltage applied to each coil and its phase difference.
  • the track coil is connected between the rails R on the receiving side of the track circuit, and the voltage of the track signal flowing through the track circuit is applied.
  • the AC voltage supplied from the power source 21 is applied to the local coil. Since the phase applied to the local coil (hereinafter referred to as “local voltage”) has a stable phase (also referred to as a period), the phase of the local voltage is used as a reference.
  • the rails R are short-circuited by the train axle so that a voltage applied to the track coil of the track relay 11 (hereinafter referred to as “received voltage”, also referred to as “arrival voltage”).
  • received voltage also referred to as “arrival voltage”.
  • arrival voltage a voltage applied to the track coil of the track relay 11
  • the phase difference between the received voltage and the local voltage becomes small, and the track relay 11 changes from the hoisting state to the falling state, thereby detecting the entry of the train into the track circuit.
  • the phase adjuster 9 is provided to adjust the phase of the received voltage so that the phase difference between the received voltage and the local voltage when there is no line is set to an optimal value for the track relay 11 to maintain the hoisting state.
  • the track circuit state determination device 100 is configured by a plurality of measurement terminals 200 and a processing device 300 being connected to each other via a transmission line 102, and individually determines the state of each track circuit to be determined.
  • the measurement terminal 200 is provided for each section boundary of the track circuit, and the voltage (transmission voltage) of the track signal generated by the transmission transformer 7 and the current (transmission) are measured values related to one track circuit adjacent to the track circuit. Current) is input, and the contact condition of the track relay 11 is input as a measured value related to the other track circuit adjacent at the boundary. Then, the measurement terminal 200 calculates a phase difference (transmission current phase difference) of the transmission current with respect to the transmission voltage, and outputs it to the processing device 300 via the transmission line 102 together with the input measurement value.
  • the transmission voltage is measured by a voltage detector (PT: Potential Transformer) 13 which is a transmission side measuring instrument connected to the secondary side of the transmission transformer 7.
  • the transmission current is measured by a current detector (CT: Current Transformer) 15 which is a transmission side measuring instrument inserted between the secondary side of the transmission transformer 7 and the rail R. Note that the transmission current may be calculated by detecting the voltage across the current reducing resistor 5.
  • the processing device 300 is a kind of computer configured to include an electronic circuit that performs arithmetic control. Based on the measurement value input from each measurement terminal 200, the processing device 300 determines whether the track circuit is in a normal state or an abnormal state. The state of the track circuit including at least is determined.
  • the processing device 300 calculates the current vector of the track circuit from the measurement value input from the measurement terminal 200 related to the track circuit to be determined, and compares the current vector locus with the reference vector locus to thereby determine the determination target. The state of the track circuit is determined.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a current vector.
  • the current vector is a vector starting from the origin O in the XY orthogonal coordinate system in which the direction of the voltage vector is the X-axis positive direction, and the phase difference ⁇ with respect to the X-axis is the transmission current phase difference, large.
  • This is a vector (x, y) with the transmission current value as the value.
  • the measurement value including the transmission current and the transmission current phase difference input from the measurement terminal 200 is associated with the measurement time. For this reason, the current vector at the measurement time can be calculated from the transmission current and the transmission current phase difference at each measurement time. Then, a time-series change of the current vector (x, y) at successive measurement times is used as a current vector locus.
  • FIG. 3A shows a current vector trajectory during a certain period of time when the train is not present
  • FIG. 3B shows a current vector during the train present for one time from when the train enters the relevant track circuit until it advances. The trajectory is shown.
  • 3B shows a current vector locus by one pass from the entry of the train to the corresponding track circuit to the advance, and the current phase difference is reduced by the entry of the train from the current vector when the train is not present.
  • the current vector locus when the current phase difference is changed again so that it returns to the vicinity of the current vector before entering (that is, the current vector when the train is not present). It has become. Note that the current vector locus differs for each track circuit, but if the track circuit is in the same state, the current vector locus has almost the same shape.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the division of the current vector locus.
  • FIG. 4 shows a three-dimensional outline of a time-series change of a current vector for a certain track circuit with the XY plane in the depth direction and the vertical direction as a vector plane and the right direction as time.
  • the XY axis is the same as in FIGS. 3A and 3B, and the positive direction of the X axis is the direction of the voltage vector.
  • the division boundary of the determination period can be determined depending on whether the current vector satisfies a predetermined steep change condition.
  • the steep change condition is a condition in which the current vector can be considered to have changed steeply. For example, during a predetermined unit time, 1) the magnitude of the current vector changes by more than the first change amount, and the current vector
  • the OR condition is that the direction has changed more than the first change angle, 2) the magnitude of the current vector has changed more than the second change amount, and 3) the direction of the current vector has changed more than the second change angle. Can do.
  • the current vector when the train is not present, the current vector hardly changes (see FIG. 3A), so the steep change condition is not satisfied.
  • the current vector changes greatly during a unit time, so that the steep change condition is satisfied.
  • the state that satisfies the steep change condition is continued.
  • the steep change condition is not satisfied (see FIG. 3B). Therefore, the time point when the state of change from the state not satisfying the steep change condition is satisfied is regarded as the time when the train enters the track circuit, and the current vector returns to the vicinity of the current vector immediately before the condition for satisfying the steep change condition from that point.
  • the period up to the point in time is the period when the train is on line.
  • the period other than this is set as the period when the train is not present.
  • “returning to the vicinity” of the immediately preceding current vector means that a current vector having a coordinate value that can be regarded as being substantially equivalent to the coordinate value indicated by the immediately preceding current vector has been reached. Can be set.
  • “returning to the vicinity” of the immediately preceding current vector can be referred to as “returning” to the immediately preceding current vector, and is also referred to as “returning” as appropriate in the present embodiment.
  • the current vector locus is divided into a determination period that is a train standing time period and a train non-staying time period, and each determination period is compared with a reference vector locus based on a past current vector locus. Determine the state of the track circuit.
  • the current vector trajectory between trains is compared with the reference vector trajectory based on the current vector trajectory during the previous train on-time period. Compare with the reference vector trajectory based on the current vector trajectory in the period.
  • the reference vector locus is used as an expression probability distribution expressed as an expression probability for each locus position, thereby realizing a comparison operation with the reference vector locus.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining a method of creating an expression probability distribution.
  • FIG. 5A shows the expression probability distribution related to the reference vector trajectory when the train is not present
  • FIG. 5B shows the expression probability distribution related to the reference vector trajectory when the train is present.
  • the expression probability distribution related to the reference vector trajectory is created based on a plurality of past current vector trajectories, with the vector trajectory for one determination period as one vector trajectory.
  • the X and Y axes in FIGS. 5A and 5B are the same as the X and Y axes in FIGS. 3A, 3B and 4.
  • the current vector locus is actually a collection of time series data, it is a collection of a plurality of current vectors (values) which are discrete data. In FIG. 5A and FIG. 5B, this is shown with a small number of plots for the sake of clarity, but actually it is configured with a larger number of plots than the number of plots shown.
  • each current vector constituting each current vector locus By plotting each current vector constituting each current vector locus for multiple times, it becomes a high-density plot group at a place where the possibility of being taken as a locus position is high, and at a place where the possibility of being taken as a locus position is low. There is no plot or only a few plots.
  • a frequency distribution of trajectory positions that can be taken as vector trajectories can be obtained by superimposing plots of a plurality of current vector trajectories.
  • the ratio of the number of current vectors plotted in the region to the total number of plotted current vectors is determined as the expression probability p of the region.
  • the method of determining the expression probability p may be as follows without using the number of plots as a reference. That is, each plot relating to the current vector locus for one time is collected as a binary value indicating whether or not each plot is obtained by dividing the XY plane into a predetermined size. If there are one or more plots in the area, the number of plots in the area is set to 1. As a result, the expression probability distribution obtained as a result of superimposing past current vector trajectories is based on the number of current vector trajectories that have passed through the region for each region. Is the rate at which the current vector locus passes.
  • the past current vector locus used for creating the reference vector locus is a current vector locus for a predetermined number of times retroactively from the determination target time (or the measurement time of measurement data of the determination target). .
  • the transmission current phase difference from time to time may differ due to the influence of the natural environment such as rainfall, snowfall, and temperature.
  • the current vector trajectory of each judgment period is classified according to the situation at the time of measurement such as season, time zone, and weather conditions such as rain and fine weather, and matches the situation at the time of measurement of the current vector trajectory to be judged. Or you may decide to produce the expression probability distribution which concerns on a reference vector locus
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the calculation of the degree of abnormality a.
  • the X and Y axes are the same as the other figures.
  • the degree of abnormality a for one current vector locus is calculated from the following equation (1).
  • Normality N ⁇ p (i) / n
  • Abnormality a 1-N (1)
  • P (i) is an expression probability in a region including the current vector i representing each locus position of the current vector locus, and “n” is a current representing each locus position of the current vector locus. The number of vectors.
  • the normality N is an average value of the expression probabilities p (i) corresponding to each current vector i constituting the current vector locus, and represents the degree of coincidence with the reference vector locus. Further, since the normality N is an average value of the expression probability, the normality N is a value within the range of 0.0 ⁇ N ⁇ 1.0, and the abnormality degree a is also within the range of 0.0 ⁇ a ⁇ 1.0. It becomes the value in.
  • the state of the corresponding track circuit is determined by comparing the calculated degree of abnormality a with a predetermined threshold value. For example, if the degree of abnormality a exceeds a threshold value, it is determined as an abnormal state, and if not, it is determined as a normal state.
  • the threshold value can be determined in stages and determined as an abnormal level in stages. In this case, if the level is low, it can be determined that an abnormality sign has occurred.
  • FIG. 7 is a functional configuration diagram of the track circuit state determination device 100.
  • the track circuit state determination device 100 is configured by connecting a plurality of measurement terminals 200 provided for each section boundary of an AC track circuit and a processing device 300 to each other.
  • the measurement terminal 200 receives the transmission voltage and transmission current of the transmission-side track circuit at the section boundary of the track circuit provided with the measurement terminal 200, and the contact condition of the track relay 11 of the reception-side track circuit. .
  • the measurement terminal 200 includes a phase difference calculation unit 202 and a transmission control unit 204.
  • the phase difference calculation unit 202 calculates the phase difference of the transmission current with respect to the transmission voltage, based on the measurement value measured by the transmission voltage of the transmitter of the track circuit and the transmission side measuring instrument of the transmission current. That is, the phase difference calculation unit 202 calculates the phase difference of the transmission current with respect to the input transmission voltage.
  • the transmission control unit 204 relates to each value of the input transmission voltage and transmission current and the phase difference calculated by the phase difference calculation unit 202 as measurement values related to the transmission side track circuit, and relates to the reception side track circuit.
  • the input contact condition value is transmitted to the processing device 300 as measurement data in association with the measurement date and time or the identification information of the track circuit.
  • the processing apparatus 300 includes an input unit 302, a display unit 304, a communication unit 306, a processing unit 310, and a storage unit 330, and can be configured as a kind of computer.
  • the input unit 302 is realized by an input device such as a button switch, a touch panel, or a keyboard, for example, and outputs an operation signal corresponding to the performed operation to the processing unit 310.
  • the display unit 304 is realized by a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or a touch panel, for example, and performs various displays according to display signals from the processing unit 310.
  • the communication unit 306 is realized by a wired or wireless communication device, for example, and communicates with each measuring terminal 200 via a transmission line.
  • the processing unit 310 is implemented by an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit), for example, and performs instructions and data transfer to each unit constituting the processing device 300 based on programs, data, and the like stored in the storage unit 330. The entire control of the processing apparatus 300 is performed.
  • the processing unit 310 executes the track circuit state determination program 332 stored in the storage unit 330, whereby the current vector calculation unit 312, the current vector classification unit 314, the state determination unit 316, the notification unit 318, the reference vector locus It functions as each functional block of the creation unit 320.
  • these functional blocks can also be configured as independent arithmetic circuits by ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like.
  • the current vector calculation unit 312 calculates the current vector of the transmission current with respect to the transmission voltage based on the measurement value input from the measurement terminal 200. That is, in the XY orthogonal coordinate system, a current vector (x, y) is calculated in which the phase difference ⁇ with respect to the X axis with the voltage vector as the X axis positive direction is the transmission current phase difference and the magnitude is the transmission current value. Since each measurement value including the transmission current and the transmission current phase difference input from the measurement terminal 200 is associated with the measurement time, the current vector at the measurement time is calculated from the transmission current and the transmission current phase difference at each measurement time. Can be calculated (see FIG. 2). A current vector locus is obtained by making the current vector at each measurement time a time series.
  • the current vector classification unit 314 classifies the current vector calculated by the current vector calculation unit 312 according to whether the train is present or not.
  • the time point at which the steep change condition is satisfied for the time-series current vector according to the measurement time is defined as the time when the train enters the corresponding track circuit, and from this point, the current vector satisfies the steep change condition.
  • the time until the train returns to the vicinity of the current vector before filling is defined as the train on-line period for one train pass.
  • a period other than the train presence time period is defined as the train non-line presence time period (see FIGS. 3A and 3B).
  • the state determination unit 316 sets each period between the train standing time and the train non-tracking time divided by the current vector sorting unit 314 as one determination period, and for each determination period, from the current vector locus, A state including a normal state and an abnormal state is determined. That is, for each determination period, the current vector locus of the determination period is compared with the reference vector locus to calculate the degree of abnormality a, and this is compared with a predetermined threshold value to determine the state of the corresponding track circuit. To do.
  • the determination period is a train on-line period, it is compared with a reference vector locus at the time of a train on-line, and if it is a non-train on-line period, it is compared with a reference vector locus at the time of a train non-line.
  • the reference vector locus is distribution data of the expression probability p at each position, the average value of the expression probability p at the position corresponding to each current vector constituting the current vector locus is calculated as the normality N, Further, a value obtained by subtracting the normality N from “1.0” is calculated as the abnormality degree a (see FIG. 6).
  • the notification unit 318 performs predetermined notification according to the determination result by the state determination unit 316. For example, when the state determination unit 316 determines an abnormal state, a message indicating abnormality of the corresponding track circuit is displayed on the display unit 304, and the message is output from the voice output unit. Notification such as turning on the lamp can be employed. Furthermore, when a plurality of threshold values are set in stages when determining the state, an abnormality level is notified depending on which threshold is exceeded, or a threshold condition of a level indicating a sign of abnormality When satisfying, it may be notified that an abnormality sign has occurred.
  • the reference vector locus creating unit 320 creates a reference vector locus for comparison with the current vector locus.
  • the reference vector trajectory creation unit 320 creates an expression probability distribution related to the reference vector.
  • Past current vector trajectories are classified into when trains are present and when trains are not present, and using the current vector trajectories when trains are present, an expression probability distribution related to reference vector trajectories when trains are present is created (see FIG. 5B). ).
  • trajectory at the time of a train absent line is created using the current vector locus at the time of a train absent line (refer FIG. 5A).
  • an expression probability distribution related to the reference vector locus is created using a predetermined number of current vector locuses in the past from the measurement date and time.
  • multiple classification conditions that are combinations of situations such as seasons, time zones, and weather are set, and for each classification condition, a past current vector locus that satisfies the classification condition is used to relate to the reference vector locus.
  • An expression probability distribution may be created.
  • the current vector trajectory may change before and after the track circuit maintenance work. For this reason, you may decide to produce the expression probability distribution which concerns on a reference vector locus
  • the storage unit 330 is realized by a storage device such as a hard disk, a ROM (Read Only Memory), or a RAM (Random Access Memory), and stores a program, data, and the like for the processing unit 310 to control the processing device 300 in an integrated manner. At the same time, it is used as a work area for the processing unit 310, and temporarily stores calculation results executed by the processing unit 310 according to various programs, input data via the input unit 302 and the communication unit 306, and the like. In the present embodiment, the storage unit 330 stores a track circuit state determination program 332 and track circuit data 340.
  • the track circuit data 340 is generated for each track circuit, and is associated with the track circuit ID 342 for identifying the track circuit.
  • the track data 340, the current vector track data 346, the determination result data 348, and the reference vector track data 350 And threshold data 352 and maintenance work history data 354 are stored.
  • the measurement data 344 is measurement value data input from the corresponding measurement terminal 200, and specifically, the transmission voltage, the transmission current, the contact condition of the track relay 11, the transmission voltage, and the transmission associated with the measurement time. It is data of each measured value of the phase difference (transmission current phase difference) with the current.
  • the current vector trajectory data 346 is current vector trajectory data for each determination period, which is a train standing time period or a train non-working time period. As shown in an example in FIG. In-line data 346a and non-in-line data 346b relating to the current vector locus in the non-in-train period are included. In either case, the trajectory No. for identifying the current vector trajectory. Are stored in association with the measurement date, which is the accompanying information indicating the situation when the measurement is performed, the measurement time zone corresponding to the determination period, the weather, and the current vector locus. The current vector locus is time-series data of current vectors at each measurement time in the measurement time zone.
  • the determination result data 348 is data related to the state determination result for the current vector locus for each determination period. As shown in FIG. 9, for example, the train presence time data 348a regarding the current vector locus in the train presence time period, Train non-tracking time data 348b related to the current vector trajectory during the tracked time period. In either case, the corresponding current vector locus locus No.
  • the reference No. of the reference vector locus used for the state determination is associated with And the degree of abnormality and a determination result such as a normal state or an abnormal state are stored in association with each other.
  • the reference vector trajectory data 350 is reference vector trajectory data used for state determination. As shown in an example in FIG. 10, the train on-line data 350a regarding the current vector trajectory when the train is present and the current when the train is not present Train non-line-related data 350b related to the vector trajectory. In either case, the reference No. for identifying the reference vector locus is used.
  • the classification condition, the adopted current vector locus list, and the expression probability distribution data are stored in association with each other.
  • the classification conditions are the conditions of the current vector trajectory used to create the reference vector trajectory. Conditions related to the measurement conditions such as seasons such as spring, summer, autumn and winter, time zones such as daytime and nighttime, weather conditions such as sunny, rainy and snowy. It is a combination.
  • the adopted current vector locus list includes the locus No.
  • the expression probability distribution data is data representing the reference vector locus, and distribution data of the expression probability p (0.0 ⁇ p ⁇ 1.0) at each position (each region in the present embodiment) on the XY plane.
  • Threshold value data 352 is threshold value data used for determining the state of the track circuit.
  • the maintenance work history data 354 is a history of maintenance work performed on the track circuit, for example, the date and time of the maintenance work, the track circuit ID of the track circuit related to the performed maintenance work, and the maintenance work performed. Are stored in association with each other.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining the flow of the track circuit state determination process. This processing is executed in parallel by the processing unit 310 for each track circuit.
  • the current vector calculation unit 312 calculates a current vector from time to time based on the measurement value input from the measurement terminal 200 (step S1).
  • the current vector classification unit 314 determines the boundary of the classification between when the train is present and when it is not present, depending on whether the change in the current vector satisfies the steep change condition. If the boundary of the division is determined (step S3: YES), the state determination unit 316 calculates a current vector locus from each current vector in the determination period, with one determination period from the immediately preceding classification to the current classification. (Step S5). Further, it is specified whether the determination period is when the train is present or not (step S7).
  • the calculated current vector locus is stored in association with the situation when measurement such as measurement date / time, time zone, and weather is performed (step S9). Further, the reference vector trajectory creation unit 320 identifies the classification condition of the current vector trajectory from the situation when the measurement is performed, and creates the reference vector trajectory using the past current vector trajectory satisfying the classification condition (step S11). .
  • the state determination unit 316 compares the current vector locus with the created reference vector locus to calculate the degree of abnormality a (step S13). Then, the calculated degree of abnormality a is compared with a threshold value to determine the state of the track circuit (step S15). Thereafter, the notification unit 318 performs predetermined notification such as a track circuit and a display output of the determination result (step S17). If the above process is performed, it will return to step S1 and the same process will be repeated.
  • the state of the AC circuit including at least the normal state or the abnormal state can be determined by a new method of comparing the current vector locus with respect to the transmission voltage with the reference vector locus. .
  • the way of changing the current vector locus is different between when the train is present and when the train is not present, it is possible to make a highly accurate determination by distinguishing this.
  • the current vector locus is different for each track circuit, by creating a reference vector locus using the past current vector locus of the track circuit, data representing features unique to the track circuit can be obtained.
  • the track circuit is installed outdoors, measured values such as transmission current are easily affected by the external environment. Therefore, past current vector trajectories are classified according to the situation at the time of measurement, a reference vector trajectory is created for each classification, and the current vector trajectory to be determined is classified according to the situation at the time of measurement. By comparing with the reference vector trajectory, more accurate determination is possible.
  • a threshold value to be compared with the degree of abnormality a based on the current vector locus is set based on, for example, a time series transition of the past degree of abnormality a.
  • the threshold value is set by dividing the past current vector trajectory when the train is present and when the train is not present.
  • the threshold value may be set by presenting the transition of the degree of abnormality a in the past to the user, for example, by displaying it on the display unit 304, and following the user's operation instruction from the input unit 302.
  • past current vector trajectories are classified according to classification conditions such as seasons, time zones, and weather conditions, and a threshold value is set for each classification condition from the transition of the degree of abnormality a for the corresponding current vector trajectory. Also good.
  • (B) Reference vector trajectory In addition, a reference vector trajectory corresponding to each of a plurality of classification conditions is created in advance, instead of creating a reference vector trajectory for each determination. Then, the current vector locus to be determined may be selected and compared from the reference vector locus of the classification condition that satisfies the situation when the measurement is performed.

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Abstract

軌道回路状態判定装置（１００）は、軌道回路の区間境界に設置された計測端末（２００）と、処理装置（３００）とを備える。処理装置（３００）は、軌道回路毎に、送信電圧に対する送信電流の電流ベクトルを算出し、算出した電流ベクトルを、列車在線時の期間と列車非在線時の期間とに区分する。そして、各期間の電流ベクトル軌跡を、当該軌道回路についての過去の電流ベクトル軌跡に基づく参照ベクトル軌跡と比較することで、正常状態か異常状態かを少なくとも含む軌道回路の状態を判定する。

Description

軌道回路状態判定装置
　本発明は、交流軌道回路の状態を判定する軌道回路状態判定装置に関する。
　鉄道交通における軌道回路は、レールを電気回路の一部として用いて列車の在線の有無を検知する装置であり、レールの一端側から信号を送信し、列車の車軸でレール間が短絡されることによる受信信号の有無を、レールの他端側に設けた軌道リレーで検出するように構成されている。軌道回路は屋外に設置されることから、降雨や積雪等の自然環境の影響を受けて軌道リレーが不正落下するといった異常が発生し得るという問題がある。このため、交流軌道回路の異常状態を検知する様々な技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平４－１１３９４１号公報 特開平１１－２７８２６９号公報
　従来の軌道回路の状態監視は、送信側或いは受信側の信号（例えば、電圧値や電流値、位相差など）の推移を所定のしきい値と比較することで、軌道回路の正常／異常といった状態を判定するものである。しかしながら、軌道回路毎に、回路長（レールの長さ）や、送受信機とレールとの距離（ケーブル長）、レール及び道床を含む回路の構成要素のパラメータが異なることから、保守担当者（ユーザ）が自身の経験や知見を頼りに１台ずつ適切なしきい値を設定する必要がある。そこで、保守担当者（ユーザ）の知見等に頼らずに、軌道回路の状態判定を機械的に実現するための新たな技術が求められている。
　本発明が解決しようとする課題は、交流軌道回路の状態を判定する新たな技術を提供することである。
　上記課題を解決するための第１の発明は、
　交流軌道回路の状態を判定する軌道回路状態判定装置であって、
　前記交流軌道回路に送信された電圧に対する電流ベクトルの参照ベクトル軌跡を記憶する記憶部と、
　前記交流軌道回路の送信機の送信電圧及び送信電流について送信側計測器が計測した計測値に基づいて、前記送信電圧に対する前記送信電流の電流ベクトルを算出する算出部と、
　前記算出部により算出された電流ベクトルの所定期間の軌跡からベクトル軌跡を算出し、当該ベクトル軌跡を前記参照ベクトル軌跡と比較することで、前記交流軌道回路の状態を判定する判定部と、
　を備えた軌道回路状態判定装置である。
　第１の発明によれば、送信電圧に対する電流ベクトル軌跡を参照ベクトル軌跡と比較するといった新たな手法によって、正常状態か異常状態かを少なくとも含む交流軌道回路の状態を判定することができる。
　第２の発明は、第１の発明の軌道回路状態判定装置であって、
　前記記憶部は、前記交流軌道回路に列車が在線した時の前記参照ベクトル軌跡である在線時参照ベクトル軌跡を記憶し、
　前記判定部は、前記交流軌道回路に列車が在線した時に前記算出部が算出した電流ベクトルからベクトル軌跡を算出し、当該ベクトル軌跡を前記在線時参照ベクトル軌跡と比較する、
　軌道回路状態判定装置である。
　第２の発明によれば、列車在線時の電流ベクトル軌跡を対象として、軌道回路の状態を判定することができる。
　第３の発明は、第１又は第２の発明の軌道回路状態判定装置であって、
　前記記憶部は、前記交流軌道回路に列車が在線していない時の前記参照ベクトル軌跡である非在線時参照ベクトル軌跡を記憶し、
　前記判定部は、前記交流軌道回路に列車が在線していない時に前記算出部が算出した電流ベクトルからベクトル軌跡を算出し、当該ベクトル軌跡を前記非在線時参照ベクトル軌跡と比較する、
　軌道回路状態判定装置である。
　第３の発明によれば、列車非在線時の電流ベクトル軌跡を対象として、軌道回路の状態を判定することができる。
　第４の発明は、第２又は第３の発明の軌道回路状態判定装置であって、
　前記算出部により算出された電流ベクトルが所定の急峻変化条件を満たした場合に、満たしたときから、当該急峻変化条件を満たす前の電流ベクトルに戻る迄を列車在線時の電流ベクトルとし、それ以外を列車非在線時の電流ベクトルとして区分する区分部、
　を更に備えた軌道回路状態判定装置である。
　列車の非在線時は電流ベクトルは殆ど変化しないが、列車が通過すると、電流ベクトルは急峻に変化した後に元の電流ベクトルの付近に復帰する、といった変化をする。このため、第４の発明のように、電流ベクトルの変化から、軌道回路への１回の列車の通過毎に列車在線時と列車非在線時とに区分することができる。
　第５の発明は、第１～第４の何れかの発明の軌道回路状態判定装置であって、
　前記記憶部は、前記参照ベクトル軌跡を、前記交流軌道回路が動作していた季節、時間帯及び気象条件のうちの少なくとも１つの状況を示す付随情報と対応付けて複数記憶し、
　前記判定部は、前記計測が行われたときの前記状況と所定の近似条件を満たす前記参照ベクトル軌跡を比較対象として選択して前記比較を行う、
　軌道回路状態判定装置である。
　軌道回路は屋外に設置されるため、雨や温度といった外部環境によって送信電流が変化し、その結果、電流ベクトル軌跡に変化が生じる。このため、第５の発明のように、季節や時間帯、気象条件といった送信電圧及び送信電流の計測を行ったときの状況が近似する参照ベクトル軌跡を選択して比較することで、より精度の高い軌道回路の状態判定が可能となる。
　第６の発明は、第１～第５の何れかの発明の軌道回路状態判定装置であって、
　前記参照ベクトル軌跡は、前記算出部により算出された過去の電流ベクトルのベクトル軌跡に基づいて、軌跡位置それぞれに対する発現確率分布として作成されたデータであり、
　前記判定部は、判定対象のベクトル軌跡が辿る前記発現確率分布上の発現確率に基づいて、当該判定対象のベクトル軌跡に関する評価値を算出し、当該評価値に基づいて前記交流軌道回路の状態を判定する、
　軌道回路状態判定装置である。
　第６の発明によれば、参照ベクトル軌跡は、過去の電流ベクトル軌跡に基づく各軌跡位置の発現確率分布であることから、判定対象の電流ベクトル軌跡に関する評価値として、過去の電流ベクトル軌跡に一致する度合を発現確率として求めることができる。
軌道回路状態判定装置の適用例。 電流ベクトルの説明図。 電流ベクトル軌跡の説明図。 電流ベクトル軌跡の説明図。 電流ベクトルの区分の説明図。 発現確率分布の作成の説明図。 発現確率分布の作成の説明図。 異常度の算出の説明図。 軌道回路状態判定装置の機能構成図。 電流ベクトル軌跡データの一例。 判定結果データの一例。 参照ベクトル軌跡データの一例。 軌道回路状態判定処理のフローチャート。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。
［システム構成］
　図１は、本実施形態の軌道回路状態判定装置１００の適用例である。図１に示すように、軌道には、左右のレールＲを所定長さに区切った区間毎に軌道回路１Ｔ，２Ｔ，３Ｔ，・・・が設けられている。軌道回路は、左右のレールＲが列車の輪軸によって電気的に短絡されることを利用して在線検知を行う装置である。本実施形態では、軌道回路の区間境界において左右の各レールＲに軌道絶縁１が設けられた複軌条軌道回路であり、軌道回路の境界には軌道絶縁１を挟んで２組のインピーダンスボンド３が設けられている。
　軌道回路の一端側（送信側）のレールＲ間には、インピーダンスボンド３及び減流抵抗５を介して送信機である送信トランス７が接続され、他端側（受信側）のレール間には、インピーダンスボンド３及び位相調整器９を介して軌道リレー１１が接続されている。減流抵抗５は、電流を制限して機器が焼損することを防止するために設けられる。
　送信トランス７は、商用電源等の電源２１から供給される交流電力を変圧して軌道信号（列車検知信号）を生成して軌道回路の送信側のレールＲ間に送信する。つまり、本実施形態の軌道回路は交流軌道回路である。
　軌道リレー１１は、軌道コイル及び局部コイルの２つのコイルを有し、各コイルに印加される電圧とその位相差によって接点を駆動する２元式軌道リレーである。軌道コイルは、軌道回路の受信側のレールＲ間に接続されて軌道回路を流れる軌道信号の電圧が印加され、局部コイルには、電源２１から供給される交流電圧が印加される。局部コイルに印加される電圧（以下、「局部電圧」）は位相（周期ともいえる）が安定していることから、局部電圧の位相が基準とされる。
　軌道回路に列車が進入すると、この列車の車軸によってレールＲ間が短絡されることで、軌道リレー１１の軌道コイルに印加される電圧（以下、「受信電圧」。「着電圧」ともいう）が低下するとともに、この受信電圧と局部電圧との位相差が小さくなり、軌道リレー１１が扛上状態から落下状態に変化することで、列車の軌道回路への進入が検知される。位相調整器９は、受信電圧の位相を調整して、非在線時における受信電圧と局部電圧との位相差を軌道リレー１１が扛上状態を保つのに最適な値とするために設けられる。
　軌道回路状態判定装置１００は、複数の計測端末２００と、処理装置３００とが伝送ライン１０２によって通信接続されて構成され、判定対象の軌道回路１つ１つの状態を個別に判定する。
　計測端末２００は、軌道回路の区間境界毎に設けられ、当該境界で隣り合う一方の軌道回路に係る計測値として、送信トランス７が生成する軌道信号の電圧（送信電圧）、及び、電流（送信電流）が入力されるとともに、当該境界で隣り合う他方の軌道回路に係る計測値として、軌道リレー１１の接点条件が入力される。そして、計測端末２００は、送信電圧に対する送信電流の位相差（送信電流位相差）を算出し、入力された計測値とともに、伝送ライン１０２を介して処理装置３００に出力する。
　送信電圧は、送信トランス７の二次側に接続された送信側計測器である電圧検出器（ＰＴ：Potential Transformer）１３によって計測される。送信電流は、送信トランス７の二次側とレールＲとの間に挿入された送信側計測器である電流検出器（ＣＴ：Current Transformer）１５によって計測される。なお、減流抵抗５の両端電圧を検出することで送信電流を算出することにしても良い。
　処理装置３００は、演算制御を行う電子回路を備えて構成される一種のコンピュータであり、各計測端末２００から入力される計測値をもとに、軌道回路毎に、正常状態か異常状態かを少なくとも含む当該軌道回路の状態を判定する。
［判定原理］
　処理装置３００による軌道回路の状態判定の原理を説明する。処理装置３００は、判定対象の軌道回路に係る計測端末２００から入力される計測値から、当該軌道回路の電流ベクトルを算出し、この電流ベクトルの軌跡を参照ベクトル軌跡と比較することで、判定対象の軌道回路の状態を判定する。
　図２は、電流ベクトルを説明する図である。図２に示すように、電流ベクトルは、電圧ベクトルの向きをＸ軸正方向としたＸＹ直交座標系において原点Ｏを始点とするベクトルであり、Ｘ軸に対する位相差θを送信電流位相差、大きさを送信電流値としたベクトル（ｘ，ｙ）である。計測端末２００から入力される送信電流や送信電流位相差を含む計測値は、計測時刻に対応付けられている。このため、各計測時刻における送信電流及び送信電流位相差から、当該計測時刻における電流ベクトルを算出することができる。そして、連続する計測時刻における電流ベクトル（ｘ，ｙ）の時系列変化を、電流ベクトルの軌跡とする。
　電流ベクトルの軌跡の形状は、該当する軌道回路に列車が進入しているか（在線時）否か（非在線時）で異なる。図３Ａおよび図３Ｂは、電流ベクトル軌跡の一例を模式的に示した図である。図３Ａは、列車非在線時の一定時間の間の電流ベクトル軌跡を示し、図３Ｂは、該当する軌道回路に列車が進入してから進出するまでの間の１回分の列車在線時の電流ベクトル軌跡を示している。
　図３Ａに示すように、列車非在線時は、送信電流及び送信電圧はともにほぼ一定であり、従って、電流ベクトルは殆ど変化せず、電流ベクトル軌跡はほぼ一点に集まる。
　一方、列車在線時には、図３Ｂに示すように、送信電圧はほぼ一定であるが、走行する列車の車軸によるレールの短絡位置によってインピーダンスが変化することから、送信電流が大きく変化する。つまり、送信電流値や送信電流位相差が大きく変化することから、電流ベクトルは大きく変化し、列車非在線時と比較して広範囲に変化する電流ベクトル軌跡となる。また、電流ベクトルの変化は、列車非在線時と比較して急峻である。具体的な電流ベクトル軌跡としては、該当する軌道回路への１回の列車の通過に対して、三日月形のような１つの閉路を描く形状となる。図３Ｂは、該当する軌道回路への列車の進入から進出までの１回の通過による電流ベクトル軌跡を示しており、列車非在線時の電流ベクトルから、列車の進入によって、電流位相差が小さくなるように変化した後、再度、電流位相差が大きくなるように変化して、進入前の電流ベクトル（つまり、列車非在線時の電流ベクトル）の付近に復帰するように変化した場合の電流ベクトル軌跡となっている。なお、電流ベクトル軌跡は軌道回路毎に異なるが、同じ状態の同一の軌道回路であればほぼ同じような形状となる。
　このように、電流ベクトル軌跡は列車在線時と列車非在線時とでは大きく異なるので、これを区分して軌道回路の状態判定を行うことにする。図４は、電流ベクトル軌跡の区分を説明する図であり、模式図である。図４では、奥行き方向及び縦方向でなるＸＹ平面をベクトル平面として、右方向を時刻とした、ある軌道回路についての電流ベクトルの時系列変化の概要を３次元的に示している。ＸＹ軸は、図３Ａ，図３Ｂと同じであり、Ｘ軸正方向が電圧ベクトルの向きとなる。
　軌道回路を列車が断続的に通過することで、列車在線時の期間と、列車非在線時の期間とが繰り返される。このため、列車の在線時期間及び非在線時期間の各期間を一つの判定期間として区分する。判定期間の区分境界は、電流ベクトルが所定の急峻変化条件を満たすかによって判定することができる。急峻変化条件とは、電流ベクトルが急峻に変化したとみなせる条件であり、例えば、所定の単位時間の間に、１）電流ベクトルの大きさが第１変化量以上変化し、且つ、電流ベクトルの向きが第１変化角度以上変化したこと、２）電流ベクトルの大きさが第２変化量以上変化したこと、３）電流ベクトルの向きが第２変化角度以上変化したこと、のＯＲ条件に定めることができる。
　つまり、列車非在線時には、電流ベクトルは殆ど変化しないため（図３Ａ参照）、急峻変化条件は満たさない。軌道回路に列車が進入すると、単位時間の間に電流ベクトルが大きく変化する状態となることから、急峻変化条件を満たすようになる。列車が軌道回路を走行中は、急峻変化条件を満たす状態が継続される。そして、軌道回路から列車が進出して進入前の電流ベクトルの付近に復帰すると、急峻変化条件を満たさなくなる（図３Ｂ参照）。従って、急峻変化条件を満たさない状態から満たす状態に変化した時点を軌道回路への列車の進入時点とみなして、当該時点から、電流ベクトルが急峻変化条件を満たす直前の電流ベクトルの付近に復帰した時点までを、列車在線時期間とする。そして、これ以外の期間を、列車非在線時期間とする。なお、直前の電流ベクトルの“付近に復帰”とは、当該直前の電流ベクトルが示す座標値と略同等とみなせる座標値を示す電流ベクトルに至ったことを意味し、略同等とみなせる範囲は適宜設定することができる。要は、直前の電流ベクトルの“付近に復帰”とは、直前の電流ベクトルに“戻る”ということができるため、本実施形態では適宜“戻る”とも言う。
　このように、電流ベクトル軌跡を、列車在線時期間及び列車非在線時期間である判定期間に区分し、判定期間毎に、過去の電流ベクトル軌跡に基づく参照ベクトル軌跡と比較することで、該当する軌道回路の状態を判定する。つまり、列車在線時期間の電流ベクトル軌跡については、過去の列車在線時期間における電流ベクトル軌跡に基づく参照ベクトル軌跡と比較し、列車非在線時期間の電流ベクトル軌跡については、過去の列車非在線時期間における電流ベクトル軌跡に基づく参照ベクトル軌跡と比較する。本実施形態では、参照ベクトル軌跡を、軌跡位置それぞれに対する発現確率として表した発現確率分布として用いることで、参照ベクトル軌跡との比較演算を実現する。
　図５Ａおよび図５Ｂは、発現確率分布を作成する方法を説明する図である。図５Ａは、列車非在線時の参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を示し、図５Ｂは、列車在線時の参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を示している。参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布は、１つの判定期間のベクトル軌跡を１回分のベクトル軌跡として、過去の複数回分の電流ベクトル軌跡に基づいて作成する。図５Ａおよび図５ＢにおけるＸ，Ｙ軸は、図３Ａ、図３Ｂや図４のＸ，Ｙ軸と同じである。
　電流ベクトル軌跡は、実際には時系列なデータの集合となるため、離散データである複数の電流ベクトル（値）の集合である。図５Ａおよび図５Ｂでは、分かり易く示すためにこれを少ないプロット数で示しているが、実際には図示したプロット数よりも数多くのプロットで構成される。複数回分の電流ベクトル軌跡それぞれを構成する各電流ベクトルをプロットすることで、軌跡位置として取り得る可能性が高い所には高密度なプロット群となり、軌跡位置として取り得る可能性が低い所にはプロットが無い或いは少数のプロットのみとなる。結果、複数の電流ベクトル軌跡のプロットを重畳することで、ベクトル軌跡として取り得る軌跡位置の頻度分布が得られることとなる。本実施形態では、ＸＹ平面を所定サイズに分割した領域毎に、プロットした電流ベクトルの総数に対する、当該領域にプロットした電流ベクトルの数の割合を、当該領域の発現確率ｐとして定める。
　但し、発現確率ｐの定め方としてプロットの数を基準とせず、次のようにしてもよい。すなわち、１回分の電流ベクトル軌跡に関する各プロットを、ＸＹ平面を所定サイズに分割した領域毎に有るか無いかの２値として集約する。当該領域に１以上のプロットがあれば、当該領域のプロット数を１とするのである。これにより、過去の電流ベクトル軌跡を重畳した結果得られる発現確率分布は、各領域について、当該領域を通った電流ベクトル軌跡が幾つあったかの回数に基づくものとなり、各領域の発現確率は、当該領域を電流ベクトル軌跡が通る割合となる。
　また、本実施形態では、参照ベクトル軌跡の作成に用いる過去の電流ベクトル軌跡は、判定対象の時点（或いは、判定対象の計測データの計測時点）から遡って直近所定回数分の電流ベクトル軌跡とする。しかし、次のようにしてもよい。すなわち、軌道回路は屋外に設置されるため、降雨や積雪、温度等の自然環境の影響によって、その時々の送信電流位相差が異なり得る。このため、例えば、各判定期間の電流ベクトル軌跡を、季節や時間帯、雨や晴れ等の気象条件、といった計測時の状況で分類し、判定対象とする電流ベクトル軌跡の計測時の状況と合致或いは近似する過去の電流ベクトル軌跡を用いて、参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を作成することにしても良い。
　このようにして作成した参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布と比較することで、１回分の電流ベクトル軌跡に対する評価値として異常度ａを算出する。図６は、異常度ａの算出を説明する図である。Ｘ，Ｙ軸は、他の図と同様である。図６では、列車在線時の電流ベクトル軌跡の例を示している。１回分の電流ベクトル軌跡に対する異常度ａは、次式（１）から算出する。
　　正常度Ｎ＝Σｐ（ｉ）／ｎ
　　異常度ａ＝１－Ｎ　　　・・（１）
　「ｐ（ｉ）」は、電流ベクトル軌跡の軌跡位置１つ１つを表す電流ベクトルｉを含む領域における発現確率であり、「ｎ」は、電流ベクトル軌跡の軌跡位置１つ１つを表す電流ベクトルの数である。
　つまり、正常度Ｎは、電流ベクトル軌跡を構成する各電流ベクトルｉに相当する発現確率ｐ（ｉ）の平均値であり、参照ベクトル軌跡との合致度合いを表す。また、正常度Ｎは、発現確率の平均値であるから、０．０≦Ｎ≦１．０、の範囲内の値となり、異常度ａも、０．０≦ａ≦１．０、の範囲内の値となる。
　そして、算出した異常度ａを所定のしきい値と比較することで、該当する軌道回路の状態を判定する。例えば、異常度ａがしきい値を超えるならば異常状態と判定し、そうでないならば正常状態と判定する。なお、しきい値を段階的に定めておき、異常のレベルとして段階的に判定することもできる。またその場合、レベルが低い場合には、異常の予兆が生じていると判定することができる。
［機能構成］
　図７は、軌道回路状態判定装置１００の機能構成図である。軌道回路状態判定装置１００は、交流軌道回路の区間境界毎に設けられた複数の計測端末２００と、処理装置３００とが通信接続されて構成される。
　計測端末２００は、当該計測端末２００が設けられた軌道回路の区間境界において送信側の軌道回路の送信電圧及び送信電流が入力され、受信側の軌道回路の軌道リレー１１の接点条件が入力される。計測端末２００は、位相差算出部２０２と、送信制御部２０４とを有する。
　位相差算出部２０２は、軌道回路の送信機の送信電圧及び送信電流の送信側計測器によって計測された計測値に基づいて、送信電圧に対する送信電流の位相差を算出する。すなわち、位相差算出部２０２は、入力される送信電圧に対する送信電流の位相差を算出する。
　送信制御部２０４は、送信側の軌道回路に係る計測値として、入力された送信電圧及び送信電流と、位相差算出部２０２が算出した位相差との各値と、受信側の軌道回路に係る計測値として、入力された接点条件の値とを、計測日時や軌道回路の識別情報と対応付けて計測データとして処理装置３００に送信する。
　処理装置３００は、入力部３０２と、表示部３０４と、通信部３０６と、処理部３１０と、記憶部３３０とを備え、一種のコンピュータとして構成することができる。
　入力部３０２は、例えばボタンスイッチやタッチパネル、キーボード等の入力装置で実現され、なされた操作に応じた操作信号を処理部３１０に出力する。表示部３０４は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やタッチパネル等の表示装置で実現され、処理部３１０からの表示信号に応じた各種表示を行う。通信部３０６は、例えば有線或いは無線による通信装置で実現され、伝送ラインを介して各計測端末２００と通信を行う。
　処理部３１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置で実現され、記憶部３３０に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて、処理装置３００を構成する各部への指示やデータ転送を行い、処理装置３００の全体制御を行う。また、処理部３１０は、記憶部３３０に記憶された軌道回路状態判定プログラム３３２を実行することで、電流ベクトル算出部３１２、電流ベクトル区分部３１４、状態判定部３１６、報知部３１８、参照ベクトル軌跡作成部３２０、の各機能ブロックとして機能する。但し、これらの機能ブロックは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等によってそれぞれ独立した演算回路として構成することも可能である。
　電流ベクトル算出部３１２は、計測端末２００から入力された計測値をもとに、送信電圧に対する送信電流の電流ベクトルを算出する。すなわち、ＸＹ直交座標系において、電圧ベクトルをＸ軸正方向としたＸ軸に対する位相差θを送信電流位相差、大きさを送信電流値とした電流ベクトル（ｘ，ｙ）を算出する。計測端末２００から入力される送信電流や送信電流位相差を含む各計測値は、計測時刻に対応付けられているため、各計測時刻における送信電流及び送信電流位相差から、当該計測時刻における電流ベクトルを算出することができる（図２参照）。各計測時刻の電流ベクトルを時系列とすることで電流ベクトル軌跡が得られる。
　電流ベクトル区分部３１４は、電流ベクトル算出部３１２によって算出された電流ベクトルを、列車在線時と列車非在線時とに区分する。すなわち、計測時刻に従った時系列の電流ベクトルに対して、急峻変化条件を満たすようになった時点を該当する軌道回路への列車の進入時点とし、当該時点から、電流ベクトルが急峻変化条件を満たす前の電流ベクトルの付近に復帰した時点までを、１回の列車の通過にかかる列車在線時期間とする。そして、列車在線時期間以外の期間を、列車非在線時期間とする（図３Ａ，図３Ｂ参照）。
　状態判定部３１６は、電流ベクトル区分部３１４によって区分された列車在線時期間及び列車非在線時期間の各期間を１つの判定期間とし、判定期間毎に、電流ベクトル軌跡から、該当する軌道回路の正常状態及び異常状態を含む状態を判定する。すなわち、判定期間毎に、当該判定期間の電流ベクトル軌跡を参照ベクトル軌跡と比較して異常度ａを算出し、これを所定のしきい値と比較することで、該当する軌道回路の状態を判定する。このとき、判定期間が列車在線時期間ならば、列車在線時の参照ベクトル軌跡と比較し、列車非在線時期間ならば、列車非在線時の参照ベクトル軌跡と比較する。本実施形態では、参照ベクトル軌跡は各位置の発現確率ｐの分布データであるので、電流ベクトル軌跡を構成する各電流ベクトルに該当する位置の発現確率ｐの平均値を正常度Ｎとして算出し、更に、「１．０」から正常度Ｎを引いた値を異常度ａとして算出する（図６参照）。
　報知部３１８は、状態判定部３１６による判定結果に応じた所定の報知を行う。例えば、状態判定部３１６が異常状態を判定した場合に、該当する軌道回路の異常を示すメッセージを表示部３０４に表示させる、当該メッセージを音声出力部から音声出力させる、当該軌道回路に対応させたランプを点灯させる、といった報知を採用することができる。更に、状態判定に際して段階的な複数のしきい値が定められている場合には、何れのしきい値を超えたかによって異常のレベルを報知したり、異常の予兆を示すレベルのしきい値条件を満たす場合に異常の予兆が生じたとして報知することにしても良い。
　参照ベクトル軌跡作成部３２０は、電流ベクトル軌跡と比較するための参照ベクトル軌跡を作成する。具体的には、本実施形態では、参照ベクトルを発現確率分布として表すことから、参照ベクトル軌跡作成部３２０は、参照ベクトルに係る発現確率分布を作成する。過去の電流ベクトル軌跡を、列車在線時と列車非在線時とに分類し、列車在線時の電流ベクトル軌跡を用いて、列車在線時の参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を作成する（図５Ｂ参照）。また、列車非在線時の電流ベクトル軌跡を用いて、列車非在線時の参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を作成する（図５Ａ参照）。
　このとき、計測日時からみて過去直近の所定数の電流ベクトル軌跡を用いて参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を作成することとする。なお、季節や時間帯、気象といった計測を行ったときの状況の組み合わせである分類条件を複数設定し、分類条件毎に、当該分類条件を満たす過去の電流ベクトル軌跡を用いて参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を作成することにしても良い。また、電流ベクトル軌跡は、軌道回路の保守作業の前後で変化し得る。このため、計測日時が、過去直近の保守作業の実施日時以降の電流ベクトル軌跡を用いて、参照ベクトル軌跡に係る発現確率分布を作成することにしても良い。
　記憶部３３０は、ハードディスクやＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置で実現され、処理部３１０が処理装置３００を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部３１０の作業領域として用いられ、処理部３１０が各種プログラムに従って実行した演算結果や、入力部３０２や通信部３０６を介した入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部３３０には、軌道回路状態判定プログラム３３２と、軌道回路データ３４０と、が記憶される。
　軌道回路データ３４０は、軌道回路毎に生成され、当該軌道回路を識別する軌道回路ＩＤ３４２に対応付けて、計測データ３４４と、電流ベクトル軌跡データ３４６と、判定結果データ３４８と、参照ベクトル軌跡データ３５０と、しきい値データ３５２と、保守作業履歴データ３５４と、を格納している。
　計測データ３４４は、該当する計測端末２００から入力された計測値のデータであり具体的には、計測時刻に対応付けられた、送信電圧、送信電流、軌道リレー１１の接点条件、送信電圧と送信電流との位相差（送信電流位相差）の各計測値のデータである。
　電流ベクトル軌跡データ３４６は、列車在線時期間又は列車非在線時期間である判定期間毎の電流ベクトル軌跡のデータであり、図８に一例を示すように、列車在線時期間における電流ベクトル軌跡に関する列車在線時データ３４６ａと、列車非在線時期間における電流ベクトル軌跡に関する列車非在線時データ３４６ｂと、を含む。何れも、当該電流ベクトル軌跡を識別する軌跡Ｎｏ．に対応付けて、計測が行われたときの状況を表す付随情報である計測日、判定期間に相当する計測時間帯、及び、気象と、当該電流ベクトル軌跡と、を格納している。電流ベクトル軌跡は、計測時間帯の各計測時刻における電流ベクトルの時系列データである。
　判定結果データ３４８は、判定期間毎の電流ベクトル軌跡に対する状態判定の結果に関するデータであり、図９に一例を示すように、列車在線時期間における電流ベクトル軌跡に関する列車在線時データ３４８ａと、列車非在線時期間における電流ベクトル軌跡に関する列車非在線時データ３４８ｂと、を含む。何れも、該当する電流ベクトル軌跡の軌跡Ｎｏ．に対応付けて、状態判定に用いた参照ベクトル軌跡の参照Ｎｏ．と、異常度と、正常状態や異常状態といった判定結果と、を対応付けて格納している。
　参照ベクトル軌跡データ３５０は、状態判定に用いられる参照ベクトル軌跡のデータであり、図１０に一例を示すように、列車在線時の電流ベクトル軌跡に関する列車在線時データ３５０ａと、列車非在線時の電流ベクトル軌跡に関する列車非在線時データ３５０ｂと、を含む。何れも、当該参照ベクトル軌跡を識別する参照Ｎｏ．に対応付けて、分類条件と、採用電流ベクトル軌跡リストと、発現確率分布データと、を対応付けて格納している。分類条件は、当該参照ベクトル軌跡の作成に用いる電流ベクトル軌跡の条件であり、春夏秋冬といった季節、昼間や夜間といった時間帯、晴れや雨、雪といった気象条件等の計測を行った状況に関する条件の組み合わせである。採用電流ベクトル軌跡リストは、当該参照ベクトル軌跡の作成に用いた過去の電流ベクトル軌跡の軌跡Ｎｏ．のリストであり、上述の分類条件を満たす過去の電流ベクトル軌跡のうちから選ばれる。発現確率分布データは、当該参照ベクトル軌跡を表すデータであり、ＸＹ平面における各位置（本実施形態では各領域）の発現確率ｐ（０．０≦ｐ≦１．０）の分布データである。
　しきい値データ３５２は、当該軌道回路に対する状態判定に用いるしきい値のデータである。
　保守作業履歴データ３５４は、当該軌道回路に対して実施された保守作業の履歴であり、例えば、保守作業の実施日時と、実施した保守作業に関わる軌道回路の軌道回路ＩＤと、実施した保守作業の内容とを対応付けて格納している。
［処理の流れ］
　図１１は、軌道回路状態判定処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、処理部３１０が、軌道回路それぞれを対象として並列的に実行する。
　先ず、電流ベクトル算出部３１２が、随時、計測端末２００から入力される計測値に基づいて、電流ベクトルを算出する（ステップＳ１）。次いで、電流ベクトル区分部３１４が、電流ベクトルの変化が急峻変化条件を満たすかによって、列車在線時と非在線時との区分の境界を判定する。そして、区分の境界を判定したならば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、状態判定部３１６が、直前の区分から今回の区分までを１つの判定期間とし、判定期間の各電流ベクトルから電流ベクトル軌跡を算出する（ステップＳ５）。また、判定期間が列車在線時であるか列車非在線時であるかを特定する（ステップＳ７）。そして、算出した電流ベクトル軌跡を、計測日時や時間帯、気象といった計測が行われたときの状況と対応付けて記憶する（ステップＳ９）。また、参照ベクトル軌跡作成部３２０が、計測を行ったときの状況から電流ベクトル軌跡の分類条件を特定し、分類条件を満たす過去の電流ベクトル軌跡を用いて参照ベクトル軌跡を作成する（ステップＳ１１）。
　次いで、状態判定部３１６が、電流ベクトル軌跡を、作成された参照ベクトル軌跡と比較して、異常度ａを算出する（ステップＳ１３）。そして、算出した異常度ａをしきい値と比較して、軌道回路の状態を判定する（ステップＳ１５）。その後、報知部３１８が、軌道回路や判定結果の表示出力といった所定の報知を行う（ステップＳ１７）。以上の処理を行うと、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。
［作用効果］
　このように、本実施形態によれば、送信電圧に対する電流ベクトル軌跡を参照ベクトル軌跡と比較するといった新たな手法によって、正常状態か異常状態かを少なくとも含む交流軌道回路の状態を判定することができる。また、列車在線時と列車非在線時とでは電流ベクトル軌跡の変化の仕方が異なるので、これを区別することで、精度の高い判定が可能となる。また、軌道回路毎に電流ベクトル軌跡が異なるため、当該軌道回路の過去の電流ベクトル軌跡を用いて参照ベクトル軌跡を作成することで、当該軌道回路に固有の特徴を表すデータとすることができる。
　更に、軌道回路は屋外に設置されるため、送信電流等の計測値は外部環境の影響を受け易い。このため、計測を行ったときの状況によって過去の電流ベクトル軌跡を分類し、分類毎に参照ベクトル軌跡を作成し、判定対象の電流ベクトル軌跡を、計測を行ったときの状況に応じた分類の参照ベクトル軌跡と比較することで、より精度の高い判定が可能となる。
　なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
（Ａ）しきい値の設定
　軌道回路の状態判定のため、電流ベクトル軌跡に基づく異常度ａと比較するしきい値を、例えば、過去の異常度ａの時系列の推移に基づいて設定することにしても良い。この場合、過去の電流ベクトル軌跡を列車在線時と列車非在線時とに分けてしきい値を設定する。このしきい値の設定は、過去の異常度ａの推移を、例えば表示部３０４に表示する等によってユーザに提示し、入力部３０２によるユーザの操作指示に従って行うことにしても良い。更に、過去の電流ベクトル軌跡を、季節や時間帯、気象条件といった分類条件で分類し、分類条件毎に、該当する電流ベクトル軌跡についての異常度ａの推移からしきい値を設定することにしても良い。
（Ｂ）参照ベクトル軌跡
　また、判定毎に参照ベクトル軌跡を作成するのではなく、予め、複数の分類条件それぞれに対応する参照ベクトル軌跡を作成しておく。そして、判定対象の電流ベクトル軌跡を、計測を行ったときの状況を満たす分類条件の参照ベクトル軌跡から選択して比較することにしても良い。
１００…軌道回路状態判定装置
　２００…計測端末
　　２０２…位相差算出部、２０４…送信制御部
　３００…処理装置
　　３１０…処理部
　　　３１２…電流ベクトル算出部、３１４…電流ベクトル区分部
　　　３１６…状態判定部、３１８…報知部
　　　３２０…参照ベクトル軌跡作成部
　　３３０…記憶部
　　３３２…軌道回路状態判定プログラム
　　３４０…軌道回路データ
　　　３４２…軌道回路ＩＤ、３４４…計測データ
　　　３４６…電流ベクトル軌跡データ、３４８…判定結果データ
　　　３５０…参照ベクトル軌跡データ、３５２…しきい値データ
　　　３５４…保守作業履歴データ

Claims (6)

  1. 　交流軌道回路の状態を判定する軌道回路状態判定装置であって、
    　前記交流軌道回路に送信された電圧に対する電流ベクトルの参照ベクトル軌跡を記憶する記憶部と、
    　前記交流軌道回路の送信機の送信電圧及び送信電流について送信側計測器が計測した計測値に基づいて、前記送信電圧に対する前記送信電流の電流ベクトルを算出する算出部と、
    　前記算出部により算出された電流ベクトルの所定期間の軌跡からベクトル軌跡を算出し、当該ベクトル軌跡を前記参照ベクトル軌跡と比較することで、前記交流軌道回路の状態を判定する判定部と、
    　を備えた軌道回路状態判定装置。
  2. 　前記記憶部は、前記交流軌道回路に列車が在線した時の前記参照ベクトル軌跡である在線時参照ベクトル軌跡を記憶し、
    　前記判定部は、前記交流軌道回路に列車が在線した時に前記算出部が算出した電流ベクトルからベクトル軌跡を算出し、当該ベクトル軌跡を前記在線時参照ベクトル軌跡と比較する、
    　請求項１に記載の軌道回路状態判定装置。
  3. 　前記記憶部は、前記交流軌道回路に列車が在線していない時の前記参照ベクトル軌跡である非在線時参照ベクトル軌跡を記憶し、
    　前記判定部は、前記交流軌道回路に列車が在線していない時に前記算出部が算出した電流ベクトルからベクトル軌跡を算出し、当該ベクトル軌跡を前記非在線時参照ベクトル軌跡と比較する、
    　請求項１又は２に記載の軌道回路状態判定装置。
  4. 　前記算出部により算出された電流ベクトルが所定の急峻変化条件を満たした場合に、満たしたときから、当該急峻変化条件を満たす前の電流ベクトルに戻る迄を列車在線時の電流ベクトルとし、それ以外を列車非在線時の電流ベクトルとして区分する区分部、
    　を更に備えた請求項２又は３に記載の軌道回路状態判定装置。
  5. 　前記記憶部は、前記参照ベクトル軌跡を、前記交流軌道回路が動作していた季節、時間帯及び気象条件のうちの少なくとも１つの状況を示す付随情報と対応付けて複数記憶し、
    　前記判定部は、前記計測が行われたときの前記状況と所定の近似条件を満たす前記参照ベクトル軌跡を比較対象として選択して前記比較を行う、
    　請求項１～４の何れか一項に記載の軌道回路状態判定装置。
  6. 　前記参照ベクトル軌跡は、前記算出部により算出された過去の電流ベクトルのベクトル軌跡に基づいて、軌跡位置それぞれに対する発現確率分布として作成されたデータであり、
    　前記判定部は、判定対象のベクトル軌跡が辿る前記発現確率分布上の発現確率に基づいて、当該判定対象のベクトル軌跡に関する評価値を算出し、当該評価値に基づいて前記交流軌道回路の状態を判定する、
    　請求項１～５の何れか一項に記載の軌道回路状態判定装置。
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