WO2022003958A1 - 前方監視装置および前方監視方法 - Google Patents

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WO2022003958A1
WO2022003958A1 PCT/JP2020/026225 JP2020026225W WO2022003958A1 WO 2022003958 A1 WO2022003958 A1 WO 2022003958A1 JP 2020026225 W JP2020026225 W JP 2020026225W WO 2022003958 A1 WO2022003958 A1 WO 2022003958A1
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WO
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train
shield
information
monitoring
determination unit
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Application number
PCT/JP2020/026225
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English (en)
French (fr)
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将司 冨田
行俊 稲葉
克之 亀井
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains
    • B61L23/34—Control, warnings or like safety means indicating the distance between vehicles or vehicle trains by the transmission of signals therebetween
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains
    • B61L23/04—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/041—Obstacle detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
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    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer

Definitions

  • This disclosure relates to a forward monitoring device and a forward monitoring method for monitoring the traveling direction of a train.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a vehicle radar system emits radio waves from a train and measures reflected waves to detect obstacles existing on and around the railroad track.
  • the reflected wave changes due to the influence of the structure along the line even if the state on the line in the traveling direction does not change. Therefore, when there is a change in the reflected wave, it is not possible to distinguish whether the cause of the change is the influence of an obstacle on the track or a structure along the line, and the recognition rate of the obstacle is not good, that is, it is possible to misrecognize the obstacle. There was a problem that there was sex.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a forward monitoring device capable of suppressing erroneous recognition of obstacles when monitoring the traveling direction of a train.
  • the forward monitoring device includes a map information storage unit that stores line information indicating the position and alignment of the line on which the train travels, a train information acquisition unit that acquires train position information of the train, and line information, train position information, and a train.
  • a map information storage unit that stores line information indicating the position and alignment of the line on which the train travels
  • a train information acquisition unit that acquires train position information of the train, and line information, train position information, and a train.
  • an obstruction presence / absence determination unit that determines whether or not there is an obstruction between the train and the first monitoring range that obstructs the line of sight of the first monitoring range from a non-obstacle train.
  • the forward monitoring device has the effect of suppressing erroneous recognition of obstacles when monitoring the traveling direction of the train.
  • FIG. 3 shows an example of the operation of the forward monitoring device according to the first embodiment.
  • the figure which shows the example of the case where the processing circuit provided in the forward monitoring apparatus which concerns on Embodiment 1 is configured by a processor and a memory.
  • the figure which shows the example of the case where the processing circuit provided in the forward monitoring apparatus which concerns on Embodiment 1 is configured by the dedicated hardware.
  • FIG. 3 shows an example of the operation of the forward monitoring device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the forward monitoring device 12 according to the first embodiment.
  • the forward monitoring device 12 is mounted on the train 10. When the train 10 travels on the track 20, the front monitoring device 12 is used to monitor whether or not there is an obstacle on the track 20 in the traveling direction.
  • the train 10 includes a train control device 11, a forward monitoring device 12, and an output device 19.
  • the forward monitoring device 12 is connected to the train control device 11 and the output device 19.
  • the forward monitoring device 12 includes a map information storage unit 13, a train information acquisition unit 14, a shield presence / absence determination unit 15, a monitoring range determination unit 16, a monitoring unit 17, and an obstacle determination unit 18.
  • the train control device 11 detects the position and speed of the train 10 by using a ground element (not shown) installed on the ground, an on-board element (not shown) mounted on the train 10, a speed generator, and the like.
  • the train control device 11 outputs the train position information indicating the position of the detected train 10 and the train speed information indicating the speed of the detected train 10 to the forward monitoring device 12.
  • the method of detecting the position of the train 10 in the train control device 11 is the same as the conventional method.
  • the map information storage unit 13 stores track information indicating the position and alignment of the track 20 on which the train 10 travels. Further, the map information storage unit 13 stores the position information of the traffic lights, structures such as buildings along the railroad track 20, and the location information of the features along the railroad track including natural objects such as trees and cliffs along the railroad track 20. The map information storage unit 13 collectively stores track information and location information of features along the railway line as map information.
  • the track information may be expressed in kilometers from the starting point, in latitude and longitude, or in coordinates using a three-dimensionally measured point cloud, and these may be used in combination.
  • the map information can be created by using, for example, MMS (Mobile Mapping System) when the track information and the position information of the features along the railway line are represented by three-dimensional coordinate values.
  • MMS Mobile Mapping System
  • a railway line feature measured three-dimensionally using MMS can be represented by the coordinates of the points constituting each railway line feature, but the coordinates of one of the points constituting each line feature are used as a representative value. You may use it.
  • a three-dimensional shape model that approximates the outer shape of each feature from the points constituting each feature along the railway line may be obtained and used as the position information of the feature along the railway line.
  • One point P i that constitutes a three-dimensionally measured feature along the railway line is a three-dimensional coordinate value P i (x i , y i) using the coordinate values of the three axes in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. it can be expressed as z i).
  • the map information storage unit 13 stores data of coordinate values of three axes in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, which represent, for example, a representative value of each feature along the railway line, a three-dimensional shape model, or the point itself.
  • the map information storage unit 13 stores data of coordinate values of three axes in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, for example, as positions at predetermined intervals on the line 20 by about a kilometer. ..
  • the x-axis direction for example, using the plane rectangular coordinate system used in Japan by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism
  • the xy axis is on the horizontal plane and the z axis is in the height direction.
  • a coordinate system may be used in which an arbitrary point is set as the origin, for example, the starting point of about a kilometer is set as the origin, the eastward direction is the x-axis direction, the northward direction is the y-axis direction, and the vertically upward direction is the z-axis direction.
  • the map information storage unit 13 can hold the position coordinates of the line 20 represented by the three-dimensional coordinate values by holding the three-dimensional coordinate values for each kilometer on the line 20, for example, for each meter.
  • the map information storage unit 13 stores track information and position information of features along the railway line as a combination of kilometers and three-dimensional coordinate values.
  • the map information storage unit 13 may store map information in the process of traveling by the train 10, may store what has been measured in advance, or may be a combination of both.
  • the design information when laying the track 20 may be used.
  • the train information acquisition unit 14 acquires train position information indicating the position of the train 10 and train speed information indicating the speed of the train 10 from the train control device 11.
  • the train information acquisition unit 14 outputs the train position information and the train speed information of the train 10 to the shield presence / absence determination unit 15.
  • the train information acquisition unit 14 may acquire only the train position information and output it to the shield presence / absence determination unit 15.
  • the shield presence / absence determination unit 15 acquires track information from the map information storage unit 13, and acquires train position information and train speed information from the train information acquisition unit 14. Further, in the present embodiment, the shield presence / absence determination unit 15 acquires the position information of the feature along the railway line from the map information storage unit 13 as the shield candidate information indicating the candidate of the shield that blocks the line of sight from the train 10. ..
  • the shield presence / absence determination unit 15 is a first distance L1 along the track on the track 20 in the traveling direction from the train 10 to the train 10 based on the track information, the train position information, the train speed information, and the shield candidate information. When monitoring an obstacle on the track 20 in the first monitoring range including the point, it is determined whether or not there is an obstacle between the train 10 and the first monitoring range.
  • the obstruction is an object that obstructs the line of sight of the first monitoring range from the train 10 and is not on the track 20 and is not an obstacle.
  • the shield presence / absence determination unit 15 determines whether or not the feature along the railway line becomes a shield. When it is determined that there is a shield, the shield presence / absence determination unit 15 outputs shield information indicating that there is a shield. For example, the shield presence / absence determination unit 15 outputs the shield position information indicating the position of the shield to the monitoring range determination unit 16 as the shield information.
  • the shield presence / absence determination unit 15 does not use the train speed information, and based on the track information, the train position information, and the shield candidate information, is there a shield between the train 10 and the first monitoring range? It may be determined whether or not.
  • the monitoring range determination unit 16 acquires shield position information as shield information from the shield presence / absence determination unit 15. Further, the monitoring range determination unit 16 acquires track information, train position information, and train speed information from the shield presence / absence determination unit 15. The monitoring range determination unit 16 may directly acquire the track information from the map information storage unit 13, or may directly acquire the train position information and the train speed information from the train information acquisition unit 14. The monitoring range determination unit 16 calculates a second distance L2 in which the line of sight from the train 10 is not blocked by the shield based on the shield position information, the track information, the train position information, and the train speed information. The second distance L2 is a distance along the track 20 on the track 20 in the traveling direction from the train 10 to the train 10, which is shorter than the first distance L1.
  • the monitoring range determination unit 16 determines the second monitoring range including the point of the second distance L2 as the monitoring range of the obstacle. Further, when the monitoring range determination unit 16 no longer acquires the obstacle position information from the obstacle presence / absence determination unit 15, the monitoring range of the obstacle is returned from the second monitoring range to the first monitoring range. The monitoring range determination unit 16 outputs information on the determined monitoring range to the monitoring unit 17.
  • the monitoring unit 17 monitors the monitoring range acquired from the monitoring range determination unit 16 and detects an object.
  • the objects include traffic lights, structures such as buildings along the track 20, and natural features such as trees and cliffs along the track 20. Further, the object includes an obstacle that hinders the running of the train 10 on the track 20. Obstacles include, for example, cars or people who entered the track 20 while the railroad crossing was blocked, rockfalls from cliffs, passengers who fell from the platform of a station, and people in wheelchairs left behind at railroad crossings.
  • the monitoring unit 17 is a device capable of detecting these features and obstacles along the railway line, for example, a stereo camera equipped with two or more cameras, LIDAR (Light Detection And Ringing), RADAR (Radio Detection And Ringing), and the like. Is.
  • the monitoring unit 17 may be configured to include two or more devices.
  • the monitoring unit 17 generates a distance image from the data obtained by monitoring the monitoring range, and outputs the generated distance image to the obstacle determination unit 18.
  • the distance image is a monitoring result in which the monitoring unit 17 monitors the surroundings of the train 10, and includes one or both of the two-dimensional image and the three-dimensional image including the distance information.
  • the monitoring unit 17 is mounted on the leading car of the train 10.
  • the leading vehicle is changed according to the traveling direction, so that the monitoring unit 17 is mounted on the vehicles at both ends.
  • the monitoring unit 17 is installed in the first car and the tenth car of the train 10.
  • the forward monitoring device 12 uses a monitoring unit 17 installed in the leading car in the traveling direction of the train 10.
  • the obstacle determination unit 18 determines the presence or absence of an obstacle in the traveling direction of the train 10 based on the distance image acquired from the monitoring unit 17. When the obstacle determination unit 18 determines that the distance image contains an obstacle, the obstacle determination unit 18 generates obstacle detection information which is information indicating that the obstacle is detected, and outputs the generated obstacle detection information to the output device 19. Output to.
  • the obstacle detection information may be information that merely indicates that the obstacle has been detected, or may include information on the position where the obstacle is detected.
  • the output device 19 When the output device 19 acquires obstacle detection information from the obstacle determination unit 18, it outputs information indicating that an obstacle has been detected to the driver of the train 10 or the like.
  • the output device 19 may indicate to the driver of the train 10 that an obstacle has been detected via a monitor or the like, or may indicate by voice that an obstacle has been detected via a speaker or the like. It may be output.
  • FIG. 2 is a first diagram showing an example of the operation of the forward monitoring device 12 according to the first embodiment.
  • the traveling direction of the train 10 is from the left side to the right side of FIG. 2, as indicated by the arrow on the upper side of the train 10 in FIG.
  • FIG. 2 shows a state in which a train 10 traveling on a track 20 is trying to detect an obstacle 31 on the track 20 in the traveling direction of the train 10.
  • the train 10 does not monitor the entire range on the track 20 from the train 10 to the first distance L1 which is the specified distance, but from the train 10.
  • the train 10 is the range of the first distance L1 between the train 10 and the monitoring range 30 before the train 10 arrives at the position shown in FIG. 2, that is, the train 10 is on the left side of the train 10 (not shown in FIG. 2). It was monitored when I was driving.
  • the position of the first distance L1 on the track 20 from the train 10 may be the center of the first monitoring range or the train 10 side of the first monitoring range.
  • the alignment of the track 20 on which the train 10 travels is not necessarily a straight line, but may be curved to the right or to the left. Further, the line 20 may also have a gradient in the vertical direction.
  • the train 10 cannot see through the monitoring range 30 in front of the first distance L1 of the track 20 in the traveling direction from the train 10 because it is shielded by the natural objects 22 along the track 20.
  • the monitoring unit 17 is shielded by the natural object 22 and cannot detect the obstacle 31 in the monitoring range 30.
  • the train 10 has a track for a monitoring range 30 in front of the first distance L1 of the track 20 in the traveling direction from the train 10. It may not be possible to see through because it is shielded by the structure 21 along the line of 20. In this case, in the forward monitoring device 12, the monitoring unit 17 may be shielded by the structure 21 and may not be able to detect the obstacle 31 in the monitoring range 30.
  • FIG. 3 is a second diagram showing an example of the operation of the forward monitoring device 12 according to the first embodiment.
  • the distance to the monitoring range 30 in which the train 10 traveling on the track 20 monitors the obstacle 31 on the track 20 in the traveling direction of the train 10 is shortened from the first distance L1 to the second distance L2. It shows the state.
  • the second distance L2 is the distance on the track 20 from the train 10 in which the distance between the train 10 and the monitoring range 30 is not shielded by a shield such as a structure 21 or a natural object 22 in FIG. That is, the forward monitoring device 12 monitors the obstacle 31 with the monitoring range 30 as the second monitoring range including the second distance L2 shorter than the first distance L1.
  • the monitored range 32 is a range that has been monitored by the time the train 10 comes to the position shown in FIG. In the train 10, the forward monitoring device 12 shortens the distance to the monitoring range 30 to the second distance L2, so that the obstacle 31 is placed on the track 20 in the monitoring range 30 in front of the second distance L2 from the train 10. You can check if it exists.
  • the position of the second distance L2 on the track 20 from the train 10 may be the center of the second monitoring range or may be on the train 10 side of the second monitoring range.
  • FIG. 4 is a third diagram showing an example of the operation of the forward monitoring device 12 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 shows that the train 10 travels in the traveling direction, in the example of FIG. 4, from the left to the right in the figure, and passes through the natural object 22 which is a shield so that the train 10 can see up to the first distance L1. It shows that it has become.
  • the forward monitoring device 12 can avoid a situation in which a monitoring omission range occurs by gradually extending the distance to the monitoring range 30 from the second distance L2 and returning it to the first distance L1. ..
  • the forward monitoring device 12 monitors the presence or absence of an obstacle 31 on the track 20 in the monitoring range 30 in front of the first distance L1
  • the front features such as the structure 21 and the natural object 22 are used.
  • the distance to the monitoring range 30 is shortened to the second distance L2.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the forward monitoring device 12 according to the first embodiment.
  • the shield presence / absence determination unit 15 acquires track information from the map information storage unit 13 (step S101).
  • the shield presence / absence determination unit 15 acquires train position information and train speed information of the train 10 from the train information acquisition unit 14 (step S102).
  • the shield presence / absence determination unit 15 acquires the position information of the features along the railway line from the map information storage unit 13 as the shield candidate information (step S103).
  • the shield presence / absence determination unit 15 may simultaneously acquire track information and position information of features along the railway line from the map information storage unit 13.
  • the shield presence / absence determination unit 15 may acquire all the position information of the features along the railway line held by the map information storage unit 13, and may include the train position information of the train 10 and the first monitoring range. You may acquire only the location information of the features along the railway line.
  • the shield presence / absence determination unit 15 determines whether or not there is a shield that blocks the line of sight from the train 10 to the first monitoring range including the first distance L1 in the traveling direction of the track 20 (step S104). ).
  • the shield presence / absence determination unit 15 determines whether or not there is a shield in step S104 as follows. Consider a line-of-sight vector starting from the train position obtained from the train position information and ending at the point of the first distance L1 in the traveling direction of the track 20. If there is a structure 21 or a natural object 22 that intersects with this line-of-sight vector, it is determined that there is a shield that blocks the line of sight, and if not, it is determined that there is no shield. When the position information of the feature along the line is given by the three-dimensional shape model, the intersection with the line-of-sight vector is determined based on whether or not the surface of the three-dimensional shape model intersects with the line-of-sight vector.
  • the shield exists, for example, when there is a point constituting the feature along the railway line in the vicinity of the line-of-sight vector, for example, within 5 cm.
  • the position information of the feature along the railway line is given as a representative point, it is determined that the shield exists, for example, when the representative point constituting the feature along the railway line exists in the vicinity of the line-of-sight vector, for example, within 1 m.
  • the height of the starting point of the line-of-sight vector may be on the railroad track or may be the height of the cab of the train 10.
  • the height of the end point of the line-of-sight vector may be on the line, or may be a constant height above the line, for example, a height of 1 m.
  • the shield presence / absence determination unit 15 does not output the shield information (step S105).
  • the shield presence / absence determination unit 15 may output information indicating that there is no shield to the monitoring range determination unit 16. Further, the shield presence / absence determination unit 15 outputs track information, train position information of the train 10, and train speed information to the monitoring range determination unit 16.
  • the monitoring range determination unit 16 includes the first distance L1 as the monitoring range 30 for monitoring the obstacle 31 by the monitoring unit 17 based on the track information, the train position information of the train 10, and the train speed information.
  • the monitoring range of is determined as the monitoring range 30 (step S106).
  • the monitoring range determination unit 16 determines the first monitoring range including the first distance L1 as the monitoring range 30 as an initial setting.
  • the monitoring range determination unit 16 outputs the information of the first monitoring range to the monitoring unit 17 as the monitoring range 30.
  • the monitoring unit 17 monitors the monitoring range 30 in the first monitoring range (step S107).
  • the obstacle determination unit 18 determines the presence or absence of the obstacle 31 based on the monitoring result of the monitoring unit 17 (step S108).
  • the shield presence / absence determination unit 15 When there is a shield (step S104: Yes), the shield presence / absence determination unit 15 outputs shield information indicating that there is a shield (step S109).
  • the shield information is, for example, an alarm for a driver (not shown) of the train 10. Alarms for drivers include alarms and displays. Similar to the output device 19, the shield presence / absence determination unit 15 may indicate that there is a shield via a monitor or the like, or may output by voice that there is a shield via a speaker or the like. ..
  • the shield presence / absence determination unit 15 further outputs the shield position information indicating the position of the shield to the monitoring range determination unit 16 as the shield information.
  • the shield presence / absence determination unit 15 outputs track information, train position information of the train 10, and train speed information to the monitoring range determination unit 16.
  • the monitoring range determination unit 16 shields the obstacle 31 as a distance to the monitoring range 30 for monitoring the obstacle 31 by the monitoring unit 17 based on the shield position information, the track information, the train position information of the train 10, and the train speed information.
  • a second distance L2 on the track 20 is calculated from the train 10 that is not shielded by an object (step S110).
  • the monitoring range determination unit 16 determines the second monitoring range including the second distance L2 as the monitoring range 30 (step S111).
  • the monitoring range determination unit 16 outputs the information of the second monitoring range to the monitoring unit 17 as the monitoring range 30.
  • the monitoring unit 17 monitors the monitoring range 30 in the second monitoring range (step S112).
  • the obstacle determination unit 18 determines the presence or absence of the obstacle 31 based on the monitoring result of the monitoring unit 17 (step S108).
  • step S113: Yes the obstacle determination unit 18 determines that there is an obstacle
  • step S113: No the obstacle determination unit 18 generates obstacle detection information which is information indicating that the obstacle has been detected, and outputs the generated obstacle detection information. Output to the device 19 (step S114).
  • step S113: No the operation of step S114 is omitted.
  • the forward monitoring device 12 periodically repeats the above operation. As a result, the forward monitoring device 12 makes the distance to the monitoring range 30 shorter than the first distance L1 even when there is a shield between the train 10 and the monitoring range 30 in front of the first distance L1. By shortening the distance to L2, the monitoring of the obstacle 31 can be continued. Further, the forward monitoring device 12 sets the distance to the monitoring range 30 to the first distance L1 when there is no obstacle between the train 10 and the monitoring range 30 in front of the first distance L1. , The original monitoring state of the obstacle 31 can be returned.
  • the map information storage unit 13 is a memory.
  • the monitoring unit 17 is a sensor such as a stereo camera or LIDAR.
  • the train information acquisition unit 14, the obstruction presence / absence determination unit 15, the monitoring range determination unit 16, and the obstacle determination unit 18 are realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processor and memory for executing a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in which the processing circuit included in the forward monitoring device 12 according to the first embodiment is configured by a processor and a memory.
  • the processing circuit is composed of the processor 91 and the memory 92, each function of the processing circuit of the forward monitoring device 12 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is written as a program and stored in the memory 92.
  • each function is realized by the processor 91 reading and executing the program stored in the memory 92. That is, the processing circuit includes a memory 92 for storing a program in which the processing of the forward monitoring device 12 is eventually executed. It can also be said that these programs cause the computer to execute the procedure and method of the forward monitoring device 12.
  • the processor 91 may be a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
  • the memory 92 includes, for example, non-volatile or volatile such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), and EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM). This includes semiconductor memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which the processing circuit included in the front monitoring device 12 according to the first embodiment is configured with dedicated hardware.
  • the processing circuit is composed of dedicated hardware
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 7 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like. FPGA (Field Programmable Gate Array) or a combination of these is applicable.
  • Each function of the front monitoring device 12 may be realized by the processing circuit 93 for each function, or each function may be collectively realized by the processing circuit 93.
  • the forward monitoring device 12 may be realized by dedicated hardware, and some may be realized by software or firmware.
  • the processing circuit can realize each of the above-mentioned functions by the dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the shield presence / absence determination unit 15 is a feature along the railway line such as the structure 21 and the natural object 22 stored in the map information storage unit 13.
  • the position information is acquired as shield candidate information, and it is determined whether or not there is a shield that blocks the line of sight between the train 10 and the monitoring range 30 which is the first monitoring range.
  • the forward monitoring device 12 can prevent the obstruction between the train 10 and the monitoring range 30 from being erroneously recognized as an obstacle 31.
  • the distance from the train 10 to the monitoring range 30 is set to the second distance L2 which is shorter than the first distance L1. do.
  • the forward monitoring device 12 shortens the distance to the monitoring range 30, so that the obstacle 31 can be continuously monitored, and the shielded range that cannot be directly monitored is not monitored, which is useless monitoring. The operation can be avoided.
  • the forward monitoring device 12 gradually extends the distance to the monitoring range 30 from the second distance L2.
  • the first distance L1 in the present embodiment is not particularly limited, but the distance until the train 10 is stopped by applying the brake can be, for example, 300 m or the like. Further, in the present embodiment, the first distance L1 has been described as a fixed value, but it may be configured to be changed according to the train speed information or the running position of the train 10.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, it is assumed that the structures 21 along the railroad track 20 and the features along the railroad track such as the natural objects 22 serve as shields. In the second embodiment, a case where another train traveling on parallel tracks becomes a shield will be described.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the forward monitoring device 12a according to the second embodiment.
  • the forward monitoring device 12a is mounted on the train 10a.
  • the front monitoring device 12a is used to monitor whether or not there is an obstacle 31 on the track 20a in the traveling direction.
  • the train 10a is connected to the train operation management device 50 by wireless communication.
  • the train 10a is the train 10 of the first embodiment in which the front monitoring device 12 is replaced with the front monitoring device 12a.
  • the front monitoring device 12a replaces the shield presence / absence determination unit 15 with the shield presence / absence determination unit 15a with respect to the front monitoring device 12 of the first embodiment.
  • the shield presence / absence determination unit 15a acquires track information from the map information storage unit 13, and train position information and train speed information of the train 10 from the train information acquisition unit 14. To get. Further, in the present embodiment, the shield presence / absence determination unit 15a travels on the track parallel to the track 20a from the train operation management device 50 as the shield candidate information indicating the candidate of the shield that blocks the line of sight from the train 10a. Get the location information of other trains.
  • the first shield presence / absence determination unit 15a includes a first distance L1 on the track 20a in the traveling direction from the train 10a to the train 10a based on the track information, the train position information, the train speed information, and the shield candidate information.
  • the shield presence / absence determination unit 15a determines whether or not another train becomes a shield. When it is determined that there is a shield, the shield presence / absence determination unit 15a outputs shield information indicating that there is a shield. For example, the shield presence / absence determination unit 15a outputs the shield position information to the monitoring range determination unit 16 as the shield information.
  • the train operation management device 50 collects the position information of each train from the train 10a and other trains (not shown), and manages the operation of the train 10a and other trains.
  • FIG. 9 is a first diagram showing an example of the operation of the forward monitoring device 12a according to the second embodiment.
  • the traveling direction of the train 10a is from the left side to the right side of FIG. 9, as indicated by the arrow on the upper side of the train 10a of FIG.
  • the train 10a travels on the track 20a from the left to the right in FIG. 9, while the other trains 40 travel on the parallel track 20b from the right to the left in FIG. 9, that is, in the opposite direction. It is assumed that there is. The same shall apply in the following figures. In the state shown in FIG.
  • FIG. 10 is a second diagram showing an example of the operation of the forward monitoring device 12a according to the second embodiment.
  • the other train 40 is a shield that blocks the line of sight between the train 10a and the monitoring range 30.
  • the forward monitoring device 12a shortens the distance from the train 10a to the monitoring range 30 monitored by the train 10a. That is, the forward monitoring device 12a shortens the distance to the monitoring range 30 until the monitoring unit 17 can detect the obstacle 31.
  • the forward monitoring device 12a acquires the position information of another train 40 traveling on the parallel line 20b from the train operation management device 50, the other train 40 is included in the monitoring range 30, or the other train 40 is a shield. In this case, the distance to the monitoring range 30 is shortened to the point where the monitoring unit 17 can detect the obstacle 31.
  • FIG. 11 is a third diagram showing an example of the operation of the forward monitoring device 12a according to the second embodiment.
  • the train 10a is a shield when another train 40 is included in the monitoring range 30 as shown in FIG. 9, or another train 40 enters between the train 10a and the monitoring range 30 as shown in FIG. If so, the first distance L1 up to the monitoring range 30 is shortened to the second distance L2, and the monitoring of the obstacle 31 is continued. Although not shown, the train 10a changes the distance to the monitoring range 30 from the second distance L2 to the first distance L1 after the other trains 40 have passed, as in the train 10 of the first embodiment. return.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the forward monitoring device 12a according to the second embodiment.
  • the shield presence / absence determination unit 15a acquires track information from the map information storage unit 13 (step S101).
  • the shield presence / absence determination unit 15a acquires train position information and train speed information of the train 10 from the train information acquisition unit 14 (step S102).
  • the shield presence / absence determination unit 15a acquires the position information of another train 40 from the train operation management device 50 as the shield candidate information (step S201).
  • the shield presence / absence determination unit 15a determines whether or not there is a shield in step S104 as follows.
  • the intersection determination with the position information of the other train 40 determines that a shield exists, for example, when the line-of-sight vector passes in the vicinity of the position information of the other train 40, for example, within 1 m. If the formation of another train 40 is known, a solid representing the outer shape of the other train 40 is placed in the position information of the other train 40, and there is a shield when the solid has an intersection with the line-of-sight vector. Is determined.
  • a range in which another train 40 exists on the parallel lines may be determined, and it may be determined that there is a shield when the line-of-sight vector passes through the range of the parallel lines. Subsequent operations are the same as the operations of the forward monitoring device 12 in the first embodiment shown in FIG.
  • FIGS. 9 to 11 it is assumed that another train 40 travels from the opposite direction to the train 10a, but the present invention is not limited to this.
  • the train 10a in a double-track line, when there is a parallel line on the left side of the traveling direction of the train 10a in which trains in the same traveling direction travel, the train 10a is a train in the same traveling direction as shield candidate information from the train operation management device 50. You may also acquire the position information about.
  • the forward monitoring device 12a acquires the information of the other train 40 traveling on the parallel line 20b as the shield candidate information, and the train 10a and the first monitoring range. It is determined whether or not there is a shield obstructing the line of sight between the monitoring range 30 and the monitoring range 30. Even in this case, the front monitoring device 12a can obtain the same effect as the front monitoring device 12 of the first embodiment.
  • the forward monitoring device 12a uses the position information of the other train 40 as the shield candidate information, but may further use the position information of the features along the railway line. Specifically, the forward monitoring device 12a may perform the operation of step S201 shown in FIG. 12 before or after the operation of step S103 shown in FIG. As a result, the forward monitoring device 12a can further prevent the obstacle between the train 10a and the monitoring range 30 from being erroneously recognized as an obstacle 31.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.

Abstract

列車（１０）に搭載される前方監視装置（１２）であって、列車（１０）が走行する線路（２０）の位置および線形を示す線路情報を記憶する地図情報記憶部（１３）と、列車（１０）の列車位置情報を取得する列車情報取得部（１４）と、線路情報、列車位置情報、および列車（１０）からの見通しを遮る遮蔽物の候補を示す遮蔽物候補情報に基づいて、列車（１０）から列車（１０）の進行方向の線路（２０）上の線路（２０）に沿った第１の距離の地点を含む第１の監視範囲において線路（２０）上の障害物を監視する際、列車（１０）と第１の監視範囲との間に、障害物ではない列車（１０）から第１の監視範囲の見通しを遮る遮蔽物があるか否かを判定する遮蔽物有無判定部（１５）と、を備える。

Description

前方監視装置および前方監視方法
　本開示は、列車の進行方向を監視する前方監視装置および前方監視方法に関する。
　従来、列車が、進行方向の線路上を監視し、障害物を検出することが行われている。特許文献１には、車両レーダシステムが、列車から電波を発射し、反射波を測定することで、線路上および周辺に存在する障害物を検出する技術が開示されている。
特開２００１－１１６８４０号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、反射波は、進行方向の線路上の状態が変化しなくても、線路の沿線の構造物などの影響によって変化する。そのため、反射波に変化があった場合、変化の原因が線路上の障害物または沿線の構造物の影響か区別できず、障害物の認識率が良好ではない、すなわち障害物を誤認識する可能性がある、という問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、列車の進行方向を監視する際の障害物の誤認識を抑制可能な前方監視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、本開示は、列車に搭載される前方監視装置である。前方監視装置は、列車が走行する線路の位置および線形を示す線路情報を記憶する地図情報記憶部と、列車の列車位置情報を取得する列車情報取得部と、線路情報、列車位置情報、および列車からの見通しを遮る遮蔽物の候補を示す遮蔽物候補情報に基づいて、列車から列車の進行方向の線路上の線路に沿った第１の距離の地点を含む第１の監視範囲において線路上の障害物を監視する際、列車と第１の監視範囲との間に、障害物ではない列車から第１の監視範囲の見通しを遮る遮蔽物があるか否かを判定する遮蔽物有無判定部と、を備えることを特徴とする。
　本開示によれば、前方監視装置は、列車の進行方向を監視する際の障害物の誤認識を抑制できる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る前方監視装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る前方監視装置の動作の例を示す第１の図 実施の形態１に係る前方監視装置の動作の例を示す第２の図 実施の形態１に係る前方監視装置の動作の例を示す第３の図 実施の形態１に係る前方監視装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る前方監視装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１に係る前方監視装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態２に係る前方監視装置の構成例を示す図 実施の形態２に係る前方監視装置の動作の例を示す第１の図 実施の形態２に係る前方監視装置の動作の例を示す第２の図 実施の形態２に係る前方監視装置の動作の例を示す第３の図 実施の形態２に係る前方監視装置の動作を示すフローチャート
　以下に、本開示の実施の形態に係る前方監視装置および前方監視方法を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る前方監視装置１２の構成例を示す図である。前方監視装置１２は、列車１０に搭載される。列車１０は、線路２０を走行する際、前方監視装置１２を用いて進行方向の線路２０上に障害物があるか否かを監視する。列車１０は、列車制御装置１１と、前方監視装置１２と、出力装置１９と、を備える。前方監視装置１２は、列車制御装置１１および出力装置１９に接続される。前方監視装置１２は、地図情報記憶部１３と、列車情報取得部１４と、遮蔽物有無判定部１５と、監視範囲決定部１６と、監視部１７と、障害物判定部１８と、を備える。
　列車制御装置１１は、地上に設置された図示しない地上子、列車１０に搭載された図示しない車上子および速度発電機などを用いて、列車１０の位置および速度を検出する。列車制御装置１１は、検出した列車１０の位置を示す列車位置情報、および検出した列車１０の速度を示す列車速度情報を前方監視装置１２に出力する。列車制御装置１１における列車１０の位置検出方法は、従来同様の一般的なものである。
　地図情報記憶部１３は、列車１０が走行する線路２０の位置および線形を示す線路情報を記憶している。また、地図情報記憶部１３は、線路２０の沿線にある信号機、建物などの構造物、および線路２０の沿線にある樹木、崖などの自然物を含む沿線地物の位置情報を記憶している。地図情報記憶部１３は、線路情報および沿線地物の位置情報をまとめて地図情報として記憶している。線路情報は、起点となる位置からのキロ程で表す方法、緯度および経度で表す方法、３次元計測された点群による座標で表す方法などがあり、これらを組み合わせて用いてもよい。沿線地物は、緯度および経度で表す方法、３次元計測された点群による座標で表す方法、１つ手前の駅の位置情報とキロ程とを組み合わせて表す方法などがあり、これらを組み合わせて用いてもよい。地図情報については、例えば、線路情報および沿線地物の位置情報を３次元座標値で表す場合、ＭＭＳ（Mobile　Mapping　System）などを用いて作成することが可能である。ＭＭＳを用いて３次元計測された沿線地物は、各沿線地物を構成する点の座標によって表すことができるが、各沿線地物を構成する点のうちの１点の座標を代表値として用いてもよい。あるいは、各沿線地物を構成する点から各地物の外形を近似して表した立体の形状モデルを求めて、これを沿線地物の位置情報としてもよい。３次元計測された沿線地物を構成する１つの点Ｐiはｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の３軸の座標値を用いて３次元座標値Ｐi（ｘi，ｙi，ｚi）と表すことができる。
　地図情報記憶部１３は、例えば、各沿線地物の代表値として、あるいは立体の形状モデル、または点そのものを表すｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の３軸の座標値のデータを記憶する。また、地図情報記憶部１３は、例えば、キロ程による線路２０上の規定された間隔毎の位置として、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の３軸の座標値のデータを記憶する。なお、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向については、例えば、日本で用いられる国土交通省告示による平面直角座標系を用いて、ｘｙ軸を水平面上にとり、ｚ軸を高さ方向にとることができる。または、任意の点を原点として、例えば、キロ程の起点を原点として、東向き方向をｘ軸方向、北向き方向をｙ軸方向、鉛直上向き方向をｚ軸方向とする座標系でもよい。各点の座標値を示すデータの単位については、メートル（ｍ）などを使用することができるが、これに限定されるものではない。地図情報記憶部１３は、線路２０上のキロ程ごと、例えば１メートルごとの３次元座標値を保持することで、３次元座標値で表される線路２０の位置座標を保持することができる。本実施の形態では、地図情報記憶部１３は、線路情報および沿線地物の位置情報を、キロ程および３次元座標値の組み合わせで記憶している。地図情報記憶部１３は、地図情報を、列車１０が走行する過程で記憶してもよいし、事前に計測されたものを記憶していてもよいし、両方の組み合せでもよい。なお、線路情報については、線路２０を敷設する際の設計情報を用いてもよい。
　列車情報取得部１４は、列車制御装置１１から列車１０の位置を示す列車位置情報、および列車１０の速度を示す列車速度情報を取得する。列車情報取得部１４は、列車１０の列車位置情報および列車速度情報を遮蔽物有無判定部１５に出力する。なお、列車情報取得部１４は、列車位置情報のみを取得して、遮蔽物有無判定部１５に出力してもよい。
　遮蔽物有無判定部１５は、地図情報記憶部１３から線路情報を取得し、列車情報取得部１４から列車位置情報および列車速度情報を取得する。また、本実施の形態では、遮蔽物有無判定部１５は、列車１０からの見通しを遮る遮蔽物の候補を示す遮蔽物候補情報として、地図情報記憶部１３から沿線地物の位置情報を取得する。遮蔽物有無判定部１５は、線路情報、列車位置情報、列車速度情報、および遮蔽物候補情報に基づいて、列車１０から列車１０の進行方向の線路２０上の線路に沿った第１の距離Ｌ１の地点を含む第１の監視範囲において線路２０上の障害物を監視する際、列車１０と第１の監視範囲との間に遮蔽物があるか否かを判定する。遮蔽物は、列車１０から第１の監視範囲の見通しを遮る物であって、線路２０上にはなく、障害物ではない物である。本実施の形態では、遮蔽物有無判定部１５は、沿線地物が遮蔽物になるか否かを判定する。遮蔽物有無判定部１５は、遮蔽物があると判定した場合、遮蔽物があることを示す遮蔽物情報を出力する。例えば、遮蔽物有無判定部１５は、遮蔽物情報として、遮蔽物の位置を示す遮蔽物位置情報を監視範囲決定部１６に出力する。なお、遮蔽物有無判定部１５は、列車速度情報を用いず、線路情報、列車位置情報、および遮蔽物候補情報に基づいて、列車１０と第１の監視範囲との間に遮蔽物があるか否かを判定してもよい。
　監視範囲決定部１６は、遮蔽物有無判定部１５から、遮蔽物情報として、遮蔽物位置情報を取得する。また、監視範囲決定部１６は、遮蔽物有無判定部１５から、線路情報、列車位置情報、および列車速度情報を取得する。なお、監視範囲決定部１６は、線路情報を地図情報記憶部１３から直接取得してもよいし、列車位置情報および列車速度情報を列車情報取得部１４から直接取得してもよい。監視範囲決定部１６は、遮蔽物位置情報、線路情報、列車位置情報、および列車速度情報に基づいて、遮蔽物によって列車１０からの見通しが遮られない、第２の距離Ｌ２を算出する。第２の距離Ｌ２は、第１の距離Ｌ１より短い、列車１０から列車１０の進行方向の線路２０上の線路に沿った距離である。監視範囲決定部１６は、第２の距離Ｌ２の地点を含む第２の監視範囲を、障害物の監視範囲と決定する。また、監視範囲決定部１６は、遮蔽物有無判定部１５から遮蔽物位置情報を取得しなくなった場合、障害物の監視範囲を第２の監視範囲から第１の監視範囲に戻す。監視範囲決定部１６は、決定した監視範囲の情報を監視部１７に出力する。
　監視部１７は、監視範囲決定部１６から取得した監視範囲において監視を行い、物体を検出する。物体には、前述のように、線路２０の沿線にある信号機、建物などの構造物、および線路２０の沿線にある樹木、崖などの自然物である沿線地物が含まれる。また、物体には、線路２０上で列車１０の走行の障害となる障害物が含まれる。障害物とは、例えば、踏切の遮断中に線路２０内に入り込んだ自動車または人、崖からの落石、駅のホームから転落した乗客、踏切で取り残された車椅子に乗った人などである。監視部１７は、これらの沿線地物および障害物を検出可能な機器であり、例えば、２つ以上のカメラを備えたステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ（Light　Detection　And　Ranging）、ＲＡＤＡＲ（Radio　Detection　And　Ranging）などである。監視部１７は、２つ以上の機器を備える構成であってもよい。
　監視部１７は、監視範囲を監視して得られたデータから距離画像を生成し、生成した距離画像を障害物判定部１８に出力する。距離画像は、監視部１７が列車１０の周囲を監視した監視結果であり、２次元画像および距離情報を含んだ３次元画像の片方または両方を含む。監視部１７は、列車１０の先頭車両に搭載される。列車１０が複数の車両で構成される場合、進行方向に応じて先頭車両が変更になるため、監視部１７は両端の車両に搭載される。例えば、列車１０が１号車から１０号車で構成される１０両編成の場合、進行方向に応じて１号車または１０号車が先頭車両となる。この場合、監視部１７は、列車１０の１号車および１０号車に設置される。前方監視装置１２は、列車１０の進行方向の先頭車両に設置された監視部１７を使用する。
　障害物判定部１８は、監視部１７から取得した距離画像に基づいて、列車１０の進行方向における障害物の有無を判定する。障害物判定部１８は、距離画像に障害物が含まれると判定した場合、障害物が検出されたことを示す情報である障害物検出情報を生成し、生成した障害物検出情報を出力装置１９に出力する。障害物検出情報は、単に障害物が検出されたことを示すのみの情報であってもよいし、障害物が検出された位置の情報を含めてもよい。
　出力装置１９は、障害物判定部１８から障害物検出情報を取得した場合、列車１０の運転士などに対して障害物が検出されたことを示す情報を出力する。出力装置１９は、列車１０の運転士などに対して、モニタなどを介して障害物が検出されたことを表示してもよいし、スピーカーなどを介して障害物が検出されたことを音声で出力してもよい。
　つづいて、前方監視装置１２の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る前方監視装置１２の動作の例を示す第１の図である。図２において、列車１０の進行方向は、図２の列車１０の上側にある矢印が示すように、図２の左側から右側の方向とする。以降の図についても同様とする。図２は、線路２０を走行する列車１０が、列車１０の進行方向の線路２０上の障害物３１の検出を試みようとしている状態を示している。列車１０は、線路２０上の障害物３１を検出しようとする際、列車１０から規定された距離である第１の距離Ｌ１までの線路２０上の範囲を全て監視するのではなく、列車１０から第１の距離Ｌ１を含む第１の監視範囲を監視範囲３０として監視を行う。これは、列車１０において、前方監視装置１２は、監視部１７としてステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、ＲＡＤＡＲなどを用いるため、焦点を合わせた監視範囲３０以外では得られた画像が鮮明ではない可能性があるためである。列車１０は、列車１０と監視範囲３０との間の第１の距離Ｌ１の範囲について、図２に示す位置に列車１０が来る前までに、すなわち列車１０が図２において図示しない列車１０の左側を走行していたときに監視済みである。なお、列車１０から線路２０上の第１の距離Ｌ１の位置は、第１の監視範囲の中心であってもよいし、第１の監視範囲の列車１０側であってもよい。
　ここで、図２に示すように、列車１０が走行する線路２０の線形は、必ずしも直線ではなく、右方向または左方向にカーブしていることもある。また、線路２０は、上下方向に勾配も持つこともある。図２の例では、列車１０は、列車１０から進行方向の線路２０の第１の距離Ｌ１前方にある監視範囲３０について、線路２０の沿線にある自然物２２によって遮蔽され、見通すことができない。この場合、前方監視装置１２において、監視部１７は、自然物２２によって遮蔽され、監視範囲３０の障害物３１を検出できない。図２とは反対に線路２０が列車１０の進行方向の左側にカーブしている場合、列車１０は、列車１０から進行方向の線路２０の第１の距離Ｌ１前方にある監視範囲３０について、線路２０の沿線にある構造物２１によって遮蔽され、見通すことができない可能性がある。この場合、前方監視装置１２において、監視部１７は、構造物２１によって遮蔽され、監視範囲３０の障害物３１を検出できない可能性がある。
　そのため、本実施の形態では、列車１０において、前方監視装置１２は、列車１０から見通せるところまで、列車１０が監視する監視範囲３０までの距離を短縮する。すなわち、前方監視装置１２は、監視部１７が障害物３１を検出できるところまで、監視範囲３０までの距離を短縮する。図３は、実施の形態１に係る前方監視装置１２の動作の例を示す第２の図である。図３は、線路２０を走行する列車１０が、列車１０の進行方向の線路２０上の障害物３１を監視する監視範囲３０までの距離を第１の距離Ｌ１から第２の距離Ｌ２に短縮した状態を示している。第２の距離Ｌ２は、図３において、列車１０と監視範囲３０との間が構造物２１、自然物２２などの遮蔽物によって遮蔽されない、列車１０からの線路２０上の距離である。すなわち、前方監視装置１２は、第１の距離Ｌ１よりも短い第２の距離Ｌ２を含む第２の監視範囲を監視範囲３０として障害物３１の監視を行う。なお、図３において、監視済範囲３２は、列車１０が図３に示す位置に来るまでに監視済みの範囲である。列車１０において、前方監視装置１２は、監視範囲３０までの距離を第２の距離Ｌ２に短縮することによって、列車１０から第２の距離Ｌ２前方の監視範囲３０において線路２０上に障害物３１があるか否かを確認することができる。なお、列車１０から線路２０上の第２の距離Ｌ２の位置は、第２の監視範囲の中心であってもよいし、第２の監視範囲の列車１０側であってもよい。
　列車１０は、走行を継続すると、遮蔽物である自然物２２を通過して線路２０上の第１の距離Ｌ１まで見通せるようになる。この場合、列車１０において、前方監視装置１２は、障害物３１を監視する監視範囲３０までの距離を、第２の距離Ｌ２から第１の距離Ｌ１に戻す。図４は、実施の形態１に係る前方監視装置１２の動作の例を示す第３の図である。図４は、列車１０が、進行方向、図４の例では、図の左から右の方向に走行し、遮蔽物である自然物２２を通過することによって、第１の距離Ｌ１までを見通せるようになったことを示している。このとき、前方監視装置１２は、監視範囲３０までの距離を第２の距離Ｌ２から徐々に伸ばして第１の距離Ｌ１に戻すことによって、監視漏れの範囲が発生する事態を回避することができる。このように、列車１０において、前方監視装置１２は、第１の距離Ｌ１前方の監視範囲３０において線路２０上の障害物３１の有無を監視する際、構造物２１、自然物２２などの沿線地物が遮蔽物となって第１の距離Ｌ１の地点を見通せなくなった場合、監視範囲３０までの距離を第２の距離Ｌ２まで短縮する。
　前方監視装置１２の動作を、フローチャートを用いて説明する。図５は、実施の形態１に係る前方監視装置１２の動作を示すフローチャートである。前方監視装置１２において、遮蔽物有無判定部１５は、地図情報記憶部１３から線路情報を取得する（ステップＳ１０１）。遮蔽物有無判定部１５は、列車情報取得部１４から列車１０の列車位置情報および列車速度情報を取得する（ステップＳ１０２）。遮蔽物有無判定部１５は、遮蔽物候補情報として、地図情報記憶部１３から沿線地物の位置情報を取得する（ステップＳ１０３）。なお、遮蔽物有無判定部１５は、地図情報記憶部１３から線路情報および沿線地物の位置情報を同時に取得してもよい。また、遮蔽物有無判定部１５は、地図情報記憶部１３が保持している沿線地物の位置情報を全て取得してもよいし、列車１０の列車位置情報と第１の監視範囲を含む領域内の沿線地物の位置情報に限って取得してもよい。遮蔽物有無判定部１５は、列車１０から、線路２０の進行方向の第１の距離Ｌ１を含む第１の監視範囲までの間に見通しを遮る遮蔽物があるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
　遮蔽物有無判定部１５は、ステップＳ１０４の遮蔽物があるか否かの判定を次のように行う。列車位置情報で得られる列車位置を始点とし、線路２０の進行方向の第１の距離Ｌ１の地点を終点とする視線ベクトルを考える。この視線ベクトルと交差する構造物２１あるいは自然物２２が存在する場合、見通しを遮る遮蔽物があると判定し、そうでない場合、遮蔽物がないと判定する。視線ベクトルとの交差判定は、沿線地物の位置情報が立体の形状モデルで与えられている場合は、その立体の形状モデルの面と視線ベクトルとが交差するかどうかで判定する。沿線地物の位置情報が点として与えられている場合は、例えば、視線ベクトルの近傍、例えば、５ｃｍ以内に沿線地物を構成する点が存在する場合に遮蔽物が存在すると判定する。沿線地物の位置情報が代表点として与えられている場合は、例えば、視線ベクトルの近傍、例えば、１ｍ以内に沿線地物を構成する代表点が存在する場合に遮蔽物が存在すると判定する。視線ベクトルの始点の高さは線路上としてもよいし、列車１０の運転台の高さにしてもよい。同様に、視線ベクトルの終点の高さは線路上としてもよいし、線路上方一定の高さ、例えば、１ｍの高さにしてもよい。
　遮蔽物がない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、遮蔽物有無判定部１５は、遮蔽物情報を出力しない（ステップＳ１０５）。なお、遮蔽物有無判定部１５は、遮蔽物がないことを示す情報を監視範囲決定部１６に出力してもよい。また、遮蔽物有無判定部１５は、監視範囲決定部１６に対して、線路情報、列車１０の列車位置情報および列車速度情報を出力する。監視範囲決定部１６は、線路情報、列車１０の列車位置情報および列車速度情報に基づいて、監視部１７によって障害物３１を監視するための監視範囲３０として、第１の距離Ｌ１を含む第１の監視範囲を監視範囲３０として決定する（ステップＳ１０６）。監視範囲決定部１６は、遮蔽物有無判定部１５から遮蔽物情報を取得しない場合、初期設定として、第１の距離Ｌ１を含む第１の監視範囲を監視範囲３０に決定する。監視範囲決定部１６は、監視範囲３０として、第１の監視範囲の情報を監視部１７に出力する。監視部１７は、監視範囲３０として、第１の監視範囲で監視を行う（ステップＳ１０７）。障害物判定部１８は、監視部１７の監視結果に基づいて障害物３１の有無を判定する（ステップＳ１０８）。
　遮蔽物がある場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、遮蔽物有無判定部１５は、遮蔽物があることを示す遮蔽物情報を出力する（ステップＳ１０９）。遮蔽物情報とは、例えば、列車１０の図示しない運転士に対する警報である。運転士に対する警報は、アラーム、表示などである。遮蔽物有無判定部１５は、出力装置１９と同様、モニタなどを介して遮蔽物があることを表示してもよいし、スピーカーなどを介して遮蔽物があることを音声で出力してもよい。遮蔽物有無判定部１５は、遮蔽物情報として、さらに、遮蔽物の位置を示す遮蔽物位置情報を監視範囲決定部１６に出力する。また、遮蔽物有無判定部１５は、監視範囲決定部１６に対して、線路情報、列車１０の列車位置情報および列車速度情報を出力する。監視範囲決定部１６は、遮蔽物位置情報、線路情報、列車１０の列車位置情報および列車速度情報に基づいて、監視部１７によって障害物３１を監視するための監視範囲３０までの距離として、遮蔽物によって遮蔽されない列車１０から線路２０上の第２の距離Ｌ２を算出する（ステップＳ１１０）。監視範囲決定部１６は、第２の距離Ｌ２を含む第２の監視範囲を監視範囲３０として決定する（ステップＳ１１１）。監視範囲決定部１６は、監視範囲３０として、第２の監視範囲の情報を監視部１７に出力する。監視部１７は、監視範囲３０として、第２の監視範囲で監視を行う（ステップＳ１１２）。障害物判定部１８は、監視部１７の監視結果に基づいて障害物３１の有無を判定する（ステップＳ１０８）。
　障害物判定部１８は、障害物が有ると判定した場合（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、障害物が検出されたことを示す情報である障害物検出情報を生成し、生成した障害物検出情報を出力装置１９に出力する（ステップＳ１１４）。障害物判定部１８は、障害物が無いと判定した場合（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、ステップＳ１１４の動作を省略する。
　前方監視装置１２は、上記動作を周期的に繰り返し実施する。これにより、前方監視装置１２は、列車１０と第１の距離Ｌ１前方の監視範囲３０との間に遮蔽物が存在する場合でも、監視範囲３０までの距離を第１の距離Ｌ１より短い第２の距離Ｌ２に短縮することで、障害物３１の監視を継続することができる。また、前方監視装置１２は、列車１０と第１の距離Ｌ１前方の監視範囲３０との間に遮蔽物が存在しなくなった場合、監視範囲３０までの距離を第１の距離Ｌ１にすることで、本来の障害物３１の監視状態に戻すことができる。
　つづいて、前方監視装置１２のハードウェア構成について説明する。前方監視装置１２において、地図情報記憶部１３はメモリである。監視部１７は前述のようにステレオカメラ、ＬＩＤＡＲなどのセンサである。列車情報取得部１４、遮蔽物有無判定部１５、監視範囲決定部１６、および障害物判定部１８は、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　図６は、実施の形態１に係る前方監視装置１２が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、前方監視装置１２の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、前方監視装置１２の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、前方監視装置１２の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
　ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。
　図７は、実施の形態１に係る前方監視装置１２が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図７に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。前方監視装置１２の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。
　なお、前方監視装置１２の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、前方監視装置１２において、遮蔽物有無判定部１５は、地図情報記憶部１３が記憶している構造物２１、自然物２２などの沿線地物の位置情報を遮蔽物候補情報として取得し、列車１０と第１の監視範囲である監視範囲３０との間に見通しを遮る遮蔽物があるか否かを判定する。これにより、前方監視装置１２は、列車１０と監視範囲３０との間にある遮蔽物を障害物３１と誤認識することを抑制することができる。また、前方監視装置１２は、遮蔽物によって第１の監視範囲である監視範囲３０を見通しできない場合、列車１０から監視範囲３０までの距離を第１の距離Ｌ１よりも短い第２の距離Ｌ２にする。これにより、前方監視装置１２は、監視範囲３０までの距離を短くすることで、障害物３１の監視を継続しつつ、遮蔽されていて直接監視できない範囲に対する監視を行わないことで、無駄な監視動作を回避することができる。
　さらに、遮蔽物である自然物２２を通過することによって、第１の距離Ｌ１までを見通せるようになったとき、前方監視装置１２は、監視範囲３０までの距離を第２の距離Ｌ２から徐々に伸ばして第１の距離Ｌ１に戻すようにすることで、監視漏れの範囲が発生する事態を回避することができる。なお、本実施の形態での第１の距離Ｌ１は、特に限定されるものではないが、ブレーキをかけて列車１０が停止するまでの距離として、例えば、３００ｍ等とすることができる。また、本実施の形態では、第１の距離Ｌ１を固定の値として説明したが、列車速度情報あるいは列車１０の走行位置に合わせて変更するように構成してもよい。
実施の形態２．
　実施の形態１では、線路２０の沿線の構造物２１、自然物２２などの沿線地物が遮蔽物になることを想定していた。実施の形態２では、並行する線路を走行する他の列車が遮蔽物になる場合について説明する。
　図８は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの構成例を示す図である。前方監視装置１２ａは、列車１０ａに搭載される。列車１０ａは、線路２０ａを走行する際、前方監視装置１２ａを用いて進行方向の線路２０ａ上に障害物３１があるか否かを監視する。本実施の形態において、列車１０ａは、無線通信によって列車運行管理装置５０と接続する。列車１０ａは、実施の形態１の列車１０に対して、前方監視装置１２を前方監視装置１２ａに置き換えたものである。前方監視装置１２ａは、実施の形態１の前方監視装置１２に対して、遮蔽物有無判定部１５を遮蔽物有無判定部１５ａに置き換えたものである。
　遮蔽物有無判定部１５ａは、実施の形態１の遮蔽物有無判定部１５と同様、地図情報記憶部１３から線路情報を取得し、列車情報取得部１４から列車１０の列車位置情報および列車速度情報を取得する。また、本実施の形態では、遮蔽物有無判定部１５ａは、列車１０ａからの見通しを遮る遮蔽物の候補を示す遮蔽物候補情報として、列車運行管理装置５０から、線路２０ａに並行する線路を走行する他の列車の位置情報を取得する。遮蔽物有無判定部１５ａは、線路情報、列車位置情報、列車速度情報、および遮蔽物候補情報に基づいて、列車１０ａから列車１０ａの進行方向の線路２０ａ上の第１の距離Ｌ１を含む第１の監視範囲において線路２０ａ上の障害物３１を監視する際、列車１０ａと第１の監視範囲との間に、障害物３１ではない列車１０ａから第１の監視範囲の見通しを遮る遮蔽物があるか否かを判定する。本実施の形態では、遮蔽物有無判定部１５ａは、他の列車が遮蔽物になるか否かを判定する。遮蔽物有無判定部１５ａは、遮蔽物があると判定した場合、遮蔽物があることを示す遮蔽物情報を出力する。例えば、遮蔽物有無判定部１５ａは、遮蔽物情報として、遮蔽物位置情報を監視範囲決定部１６に出力する。
　列車運行管理装置５０は、列車１０ａおよび図示しない他の列車から各列車の位置情報を収集して、列車１０ａおよび他の列車の運行を管理する。
　つづいて、前方監視装置１２ａの動作について説明する。図９は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの動作の例を示す第１の図である。図９において、列車１０ａの進行方向は、図９の列車１０ａの上側にある矢印が示すように、図９の左側から右側の方向とする。図９では、列車１０ａが線路２０ａを図９の左から右向きに走行しているのに対して、他の列車４０が並行する線路２０ｂを図９の右から左向き、すなわち反対方向に走行しているものとする。以降の図においても同様とする。図９に示す状態では、列車１０ａが監視範囲３０を監視することによって、監視範囲３０にある他の列車４０を障害物３１と誤認識する可能性がある。図１０は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの動作の例を示す第２の図である。図１０に示す状態では、列車１０ａにとって、他の列車４０は、列車１０ａと監視範囲３０との見通しを遮る遮蔽物となる。
　そのため、本実施の形態では、列車１０ａにおいて、前方監視装置１２ａは、列車１０ａから見通せるところまで、列車１０ａが監視する監視範囲３０までの距離を短縮する。すなわち、前方監視装置１２ａは、監視部１７が障害物３１を検出できるところまで、監視範囲３０までの距離を短縮する。前方監視装置１２ａは、列車運行管理装置５０から並行する線路２０ｂを走行する他の列車４０の位置情報を取得し、他の列車４０が監視範囲３０に含まれる、または他の列車４０が遮蔽物になる場合、監視部１７が障害物３１を検出できるところまで、監視範囲３０までの距離を短縮する。図１１は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの動作の例を示す第３の図である。列車１０ａは、図９に示すように他の列車４０が監視範囲３０に含まれる場合、または図１０に示すように他の列車４０が列車１０ａと監視範囲３０との間に入って遮蔽物になる場合、監視範囲３０までの第１の距離Ｌ１を第２の距離Ｌ２まで短縮して、障害物３１の監視を継続する。なお、図示は省略するが、列車１０ａは、他の列車４０が通り過ぎた後、実施の形態１の列車１０と同様、監視範囲３０までの距離を第２の距離Ｌ２から第１の距離Ｌ１に戻す。
　前方監視装置１２ａの動作を、フローチャートを用いて説明する。図１２は、実施の形態２に係る前方監視装置１２ａの動作を示すフローチャートである。前方監視装置１２ａにおいて、遮蔽物有無判定部１５ａは、地図情報記憶部１３から線路情報を取得する（ステップＳ１０１）。遮蔽物有無判定部１５ａは、列車情報取得部１４から列車１０の列車位置情報および列車速度情報を取得する（ステップＳ１０２）。遮蔽物有無判定部１５ａは、遮蔽物候補情報として、列車運行管理装置５０から他の列車４０の位置情報を取得する（ステップＳ２０１）。遮蔽物有無判定部１５ａは、ステップＳ１０４の遮蔽物があるか否かの判定を次のように行う。視線ベクトルが他の列車４０の位置情報と交差する場合、遮蔽物があると判定し、そうでない場合、遮蔽物がないと判定する。他の列車４０の位置情報との交差判定は、例えば、視線ベクトルが他の列車４０の位置情報の近傍、例えば、１ｍ以内を通過する場合に遮蔽物が存在すると判定する。他の列車４０の編成がわかっている場合には、他の列車４０の位置情報に他の列車４０の外形を表す立体を配置し、その立体が視線ベクトルと交点をもつ場合に遮蔽物があると判定する。あるいは、並行する線路上で他の列車４０が存在する範囲を定め、並行する線路のその範囲を視線ベクトルが通過する場合に遮蔽物があると判定してもよい。以降の動作は、図５に示す実施の形態１のときの前方監視装置１２の動作と同様である。
　なお、図９から図１１では、列車１０ａに対して他の列車４０が反対方向から走行してくる列車として想定していたが、これに限定されない。例えば、複々線において、列車１０ａの進行方向の左側に同一進行方向の列車が走行する並行する線路がある場合、列車１０ａは、列車運行管理装置５０から、遮蔽物候補情報として、同一進行方向の列車についても位置情報を取得してもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、前方監視装置１２ａは、並行する線路２０ｂを走行する他の列車４０の情報を遮蔽物候補情報として取得し、列車１０ａと第１の監視範囲である監視範囲３０との間に見通しを遮る遮蔽物があるか否かを判定する。この場合においても、前方監視装置１２ａは、実施の形態１の前方監視装置１２と同様の効果を得ることができる。
　なお、本実施の形態では、前方監視装置１２ａは、遮蔽物候補情報として、他の列車４０の位置情報を用いたが、さらに、沿線地物の位置情報を用いてもよい。具体的には、前方監視装置１２ａは、図５に示すステップＳ１０３の動作前または動作後に、図１２に示すステップＳ２０１の動作を行ってもよい。これにより、前方監視装置１２ａは、さらに、列車１０ａと監視範囲３０との間にある遮蔽物を障害物３１と誤認識することを抑制することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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。
　１０，１０ａ　列車、１１　列車制御装置、１２，１２ａ　前方監視装置、１３　地図情報記憶部、１４　列車情報取得部、１５，１５ａ　遮蔽物有無判定部、１６　監視範囲決定部、１７　監視部、１８　障害物判定部、１９　出力装置、２０，２０ａ，２０ｂ　線路、２１　構造物、２２　自然物、３０　監視範囲、３１　障害物、３２　監視済範囲、４０　他の列車、５０　列車運行管理装置。

Claims (14)

  1. 　列車に搭載される前方監視装置であって、
    　前記列車が走行する線路の位置および線形を示す線路情報を記憶する地図情報記憶部と、
    　前記列車の列車位置情報を取得する列車情報取得部と、
    　前記線路情報、前記列車位置情報、および前記列車からの見通しを遮る遮蔽物の候補を示す遮蔽物候補情報に基づいて、前記列車から前記列車の進行方向の前記線路上の前記線路に沿った第１の距離の地点を含む第１の監視範囲において前記線路上の障害物を監視する際、前記列車と前記第１の監視範囲との間に、前記障害物ではない前記列車から前記第１の監視範囲の見通しを遮る前記遮蔽物があるか否かを判定する遮蔽物有無判定部と、
    　を備えることを特徴とする前方監視装置。
  2. 　前記地図情報記憶部は、前記線路の沿線の構造物および自然物を含む沿線地物の位置情報を記憶し、
    　前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物候補情報として、前記地図情報記憶部から前記沿線地物の位置情報を取得し、前記沿線地物が前記遮蔽物になるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の前方監視装置。
  3. 　前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物候補情報として、前記列車の位置情報を収集し前記列車の運行を管理する列車運行管理装置から並行する線路を走行する他の列車の位置情報を取得し、前記他の列車が前記遮蔽物になるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の前方監視装置。
  4. 　前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物があると判定した場合、前記遮蔽物があることを示す遮蔽物情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の前方監視装置。
  5. 　前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物情報として、遮蔽物位置情報を出力し、
    　さらに、
    　前記遮蔽物有無判定部から前記遮蔽物位置情報を取得し、前記遮蔽物によって前記列車からの見通しが遮られない、前記第１の距離より短い前記列車から前記列車の進行方向の前記線路上の前記線路に沿った第２の距離の地点を含む第２の監視範囲を、前記障害物の監視範囲と決定する監視範囲決定部、
    　を備えることを特徴とする請求項４に記載の前方監視装置。
  6. 　前記監視範囲決定部は、前記遮蔽物有無判定部から前記遮蔽物位置情報を取得しなくなった場合、前記障害物の監視範囲を前記第１の監視範囲に戻す、
    　ことを特徴とする請求項５に記載の前方監視装置。
  7. 　前記列車情報取得部は、さらに前記列車の列車速度情報を取得し、
    　前記遮蔽物有無判定部は、さらに前記列車速度情報を用いて、前記遮蔽物があるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の前方監視装置。
  8. 　列車に搭載される前方監視装置の前方監視方法であって、
    　列車情報取得部が、前記列車の列車位置情報を取得する第１のステップと、
    　遮蔽物有無判定部が、前記列車が走行する線路の位置および線形を示す線路情報、前記列車位置情報、および前記列車からの見通しを遮る遮蔽物の候補を示す遮蔽物候補情報に基づいて、前記列車から前記列車の進行方向の前記線路上の前記線路に沿った第１の距離の地点を含む第１の監視範囲において前記線路上の障害物を監視する際、前記列車と前記第１の監視範囲との間に、前記障害物ではない前記列車から前記第１の監視範囲の見通しを遮る前記遮蔽物があるか否かを判定する第２のステップと、
    　を含むことを特徴とする前方監視方法。
  9. 　前記第２のステップにおいて、前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物候補情報として、前記線路の沿線の構造物および自然物を含む沿線地物の位置情報を取得し、前記沿線地物が前記遮蔽物になるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の前方監視方法。
  10. 　前記第２のステップにおいて、前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物候補情報として、前記列車の位置情報を収集し前記列車の運行を管理する列車運行管理装置から並行する線路を走行する他の列車の位置情報を取得し、前記他の列車が前記遮蔽物になるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項８または９に記載の前方監視方法。
  11. 　前記第２のステップにおいて、前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物があると判定した場合、前記遮蔽物があることを示す遮蔽物情報を出力する、
    　ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１つに記載の前方監視方法。
  12. 　前記第２のステップにおいて、前記遮蔽物有無判定部は、前記遮蔽物情報として、遮蔽物位置情報を出力し、
    　さらに、
    　監視範囲決定部が、前記遮蔽物有無判定部から前記遮蔽物位置情報を取得し、前記遮蔽物によって前記列車からの見通しが遮られない、前記第１の距離より短い前記列車から前記列車の進行方向の前記線路上の前記線路に沿った第２の距離の地点を含む第２の監視範囲を、前記障害物の監視範囲と決定する第３のステップ、
    　を含むことを特徴とする請求項１１に記載の前方監視方法。
  13. 　前記第３のステップにおいて、前記監視範囲決定部は、前記遮蔽物有無判定部から前記遮蔽物位置情報を取得しなくなった場合、前記障害物の監視範囲を前記第１の監視範囲に戻す、
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の前方監視方法。
  14. 　前記第１のステップにおいて、前記列車情報取得部は、さらに前記列車の列車速度情報を取得し、
    　前記第２のステップにおいて、前記遮蔽物有無判定部は、さらに前記列車速度情報を用いて、前記遮蔽物があるか否かを判定する、
    　ことを特徴とする請求項８から１３のいずれか１つに記載の前方監視方法。
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