WO2024062530A1

WO2024062530A1 - 車上測距装置、列車無線車上局、列車無線システム、制御回路、記憶媒体および通信モード切替判定方法

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Publication number: WO2024062530A1
Application number: PCT/JP2022/035004
Authority: WO
Inventors: 明栗田; 周作梅田; 裕康佐野; 敏生三瀬
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-28
Also published as: JPWO2024062530A1; JP7500002B1

Abstract

車上測距装置（２０）は、無線通信の伝搬遅延時間に基づいて車上測距装置（２０）と地上測距装置との間の相対距離を算出する地上測距装置相対距離算出部（２５）と、ビーコン情報を解析し、地上測距装置の絶対位置情報、地上測距装置のエリア情報、および列車無線車上局の通信モード切替のための通信モード切替方法情報を取得するビーコン情報解析部（２６）と、相対距離と絶対位置情報とに基づいて車上測距装置（２０）の位置を算出する位置算出部（２７）と、車上測距装置（２０）の位置とエリア情報とに基づいて車上測距装置（２０）がエリアに到達したか否かを判定するエリア到達判定部（２８）と、車上測距装置（２０）が規定されたエリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成する通信モード切替判定部（２９）と、を備え、列車無線車上局に対して通信モード切替方法情報および通信モード切替指示信号を出力する。

Description

車上測距装置、列車無線車上局、列車無線システム、制御回路、記憶媒体および通信モード切替判定方法

　本開示は、列車に搭載される車上測距装置、列車無線車上局、列車無線システム、制御回路、記憶媒体および通信モード切替判定方法に関する。

　列車無線システムは、地上の指令員と列車内にいる乗務員との間で音声通話を行うこと、地上と列車との間で運行に関わるデータ通信を行うことなどを目的として、線路沿線に設置される地上局と、列車に搭載される車上局との間で無線通信を行うシステムである。地上局は一般的に数ｋｍ間隔で設置され、ある複数の地上局で構成される通信エリアをゾーンと呼ぶ。同じゾーン内に存在する地上局からは、同一の周波数チャネルを用いて同一の音声、データなどの送信が行われる。また、他の複数の地上局で構成される通信エリアである隣のゾーンにおいては、同ゾーンの列車運行で必要となる別の音声、データなどが地上局から送信される。そのため、現在列車が走行しているゾーンＡから次に走行する隣のゾーンＢへと列車が移動する際、車上局は、ゾーンＡの地上局からの信号を受信するための通信モードから、ゾーンＢの地上局からの信号を受信するための通信モードに設定を切り替える必要がある。このとき、切り替える通信モードとしては、例えば、周波数チャネルの切替などがある。

　通信モードを切り替える位置であるゾーン切替位置の判定を列車無線システムで通常の列車無線と同じ周波数の電波を用いて実現するため、特許文献１には、周波数チャネルの切替を指示するための専用の列車無線地上局を規定された位置に設置し、専用の列車無線地上局が周波数チャネル切替指示信号を送信することで、当該周波数チャネル切替指示信号を受信した列車が通信モードの一種である周波数チャネルの切替を行う技術が開示されている。

特許第６１０９１００号公報

　しかしながら、上記従来の技術によれば、周波数チャネル切替指示信号の送信のために通常の列車無線と同じ周波数の電波を用いることから、通常の列車無線と周波数チャネル切替指示信号との間の電波干渉を防ぐため、専用の列車無線地上局は、周波数チャネル切替指示信号を送信するために設けられた無送信時間帯を用いて周波数チャネル切替指示信号を送信する。そのため、周波数チャネル切替指示信号を送信するために設けられた無送信時間帯によって、通常の列車無線で送信可能なデータ量が削減されてしまう、という問題があった。

　また、列車無線で用いられる電波の周波数帯は、比較的遠方まで届く周波数帯であることから、所望の通信エリア外まで周波数チャネル切替指示信号が到達してしまう可能性がある。列車は、本来の切替位置とは異なる場所で周波数チャネル切替指示信号を受信してしまうと、想定外の位置で通信モードを切り替えてしまう可能性がある。そこで、上記従来の技術では、車上局は、受信した切替指示信号に対する誤り率測定、Ｄ／Ｕ（Desired　to　Undesired　signal　ratio）比計算などを行い、周波数チャネル切替指示信号が本来受信すべき場所で受信されたものかどうかを確認するための複雑な検定処理を実施している。さらに、周波数チャネル切替指示信号を誤って１度受け入れてしまった場合にも備えるため、上記従来の技術では、周波数チャネル切替指示信号を車上局側でキャンセルさせるための指示信号を送信する周波数チャネル誤切替防止用の地上局を追加で設置するなどの対策も行っている。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、通信エリアによって列車無線車上局が通信モードを切り替えて列車無線地上局との間で無線通信を行う列車無線システムにおいて、通常の列車無線のデータ量を削減することなく高精度な通信モードの切替が可能な車上測距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、列車に搭載される車上測距装置である。車上測距装置は、車上測距装置と複数の地上測距装置との間の無線通信の伝搬遅延時間に基づいて、車上測距装置と複数の地上測距装置との間の相対距離を算出する地上測距装置相対距離算出部と、複数の地上測距装置から送信される報知情報であるビーコン情報を解析し、複数の地上測距装置の絶対位置情報、複数の地上測距装置が設置されるエリアを示すエリア情報、および列車が走行する通信エリアによって列車に搭載される列車無線車上局が通信モードを切り替えるための通信モード切替方法情報を取得するビーコン情報解析部と、相対距離と絶対位置情報とに基づいて、車上測距装置の位置を算出する位置算出部と、車上測距装置の位置とエリア情報とに基づいて、車上測距装置がエリアに到達したか否かを判定するエリア到達判定部と、エリア到達判定部で車上測距装置が規定されたエリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成する通信モード切替判定部と、を備える。車上測距装置は、列車無線車上局に対して通信モード切替方法情報および通信モード切替指示信号を出力することを特徴とする。

　本開示に係る車上測距装置は、通信エリアによって列車無線車上局が通信モードを切り替えて列車無線地上局との間で無線通信を行う列車無線システムにおいて、通常の列車無線のデータ量を削減することなく高精度な通信モードの切替が可能である、という効果を奏する。

実施の形態１の列車無線システムに適用可能な列車の位置測定を行う無線測距システムの例を示す図移動装置と固定装置との間の距離を算出することで移動装置の位置を推定できることを説明するための図移動装置による移動装置と固定装置との間の距離の算出方法の例を示す図実施の形態１に係る列車無線システムの構成例を示す図実施の形態１に係る地上測距装置の構成例を示す図実施の形態１に係る車上測距装置の構成例を示す図実施の形態１に係る列車無線システムにおける列車の通信モードの切替位置の例を示す第１の図実施の形態１に係る列車無線システムにおける列車の通信モードの切替位置の例を示す第２の図実施の形態１に係る車上測距装置の動作を示すフローチャート実施の形態１に係る車上測距装置を実現す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処理回路の構成例を示す図実施の形態１に係る車上測距装置を実現する処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図実施の形態２に係る列車無線システムの構成例を示す図実施の形態２に係る車上測距装置の構成例を示す図実施の形態２に係る列車無線システムにおける列車の通信モードの切替位置の例を示す第１の図実施の形態２に係る列車無線システムにおける列車の通信モードの切替位置の例を示す第２の図実施の形態２に係る車上測距装置の動作を示す第１のフローチャート実施の形態２に係る車上測距装置の動作を示す第２のフローチャート実施の形態２の列車無線システムで想定している地上測距装置群の設置例を示す図実施の形態３の列車無線システムで想定している地上測距装置群の設置例を示す図実施の形態３に係る列車の車上測距装置で測距される車上測距装置と地上測距装置との間の相対距離の推移の例を示す第１の図実施の形態３に係る列車の車上測距装置で測距される車上測距装置と地上測距装置との間の相対距離の推移の例を示す第２の図

　以下に、本開示の実施の形態に係る車上測距装置、列車無線車上局、列車無線システム、制御回路、記憶媒体および通信モード切替判定方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　まず、走行するゾーンによって列車に搭載される車上局が通信モードを切り替える一般的な列車無線システムについて簡単に説明する。背景技術などでも説明したように、列車無線システムにおいて、列車が現在走行しているゾーンＡから次に走行する隣のゾーンＢへと移動する際、車上局は、ゾーンＡの地上局からの信号を受信するための通信モードから、ゾーンＢの地上局からの信号を受信するための通信モードへと設定を切り替える必要がある。

　このとき、車上局が切り替える通信モードとしては、様々な種類が考えられる。例えば、ゾーンＡの地上局とゾーンＢの地上局とが異なる周波数チャネルを用いて送信を行っている場合、車上局は、ゾーン境界を通過する際に受信対象とする周波数チャネルを切り替える必要がある。他にも、ゾーンＡの地上局とゾーンＢの地上局との間で、同一周波数を用いているものの、無線通信の同期を行うためのシンクワードを変えている場合、車上局は、ゾーン境界を通過する際に受信処理に用いるシンクワードを切り替える必要がある。シンクワードとは、受信信号を復調するため、時間、周波数などの同期を行うとき、通信のデータフレームの区切りを検出するときなどに使用される既知の信号系列である。

　このように、列車無線システムにおいて列車がゾーン境界を通過する際、車上局は、何らかの形で通信モードを切り替える必要がある。車上局が通信モードの切替位置を把握するためには、例えば、位置情報が書き込まれた信号を送信可能な地上子と呼ばれる装置を線路上のゾーン切替位置に設置しておき、列車が、地上子の上を通過して地上子からの信号を読み取った際に車上局の通信モードを切り替える方法も考えられる。しかしながら、地上子は、高コストであり、かつ設置、メンテナンスなどにも多大なる労力を要する。そのため、車上局による通信モードの切替位置の判定は、地上子を用いることなく、地上と列車との間の無線通信によって実現できることが望ましい。

　地上と列車との間の無線通信によって車上局の通信モードの切替を行う方法として、列車無線そのものの受信電力の状況を監視しながら通信モードを切り替える方法が考えられる。例えば、現在列車が走行しているゾーンＡの地上局が送信している信号の周波数チャネルをｆ_Ａとし、ゾーンＢの地上局が送信している信号の周波数チャネルをｆ_Ｂとする。最初、地上局は、列車がゾーンＡを走行しているため周波数チャネルｆ_Ａで信号の受信を行うが、列車がゾーン境界に近づくにつれて、徐々に周波数チャネルｆ_Ａの信号の電波が弱くなり、周波数チャネルｆ_Ｂの信号の電波が強くなってくる。そのため、車上局は、このような受信信号の受信電力の傾向を観測することによって、周波数チャネルｆ_Ａから周波数チャネルｆ_Ｂへの通信モードの切替タイミングを判定することができる。しかしながら、地上局から離れたエリアにおいては、周囲にあるビル、山などからの反射波などの影響が顕著となり、車上局での受信信号の受信電力が複雑に弱め合ったり強め合ったりして上下する。受信信号の受信電力が上下してしまうと、車上局での切替タイミングの判定が困難になる。車上局が本来の切替位置よりも大幅に手前の位置で周波数チャネルｆ_Ａから周波数チャネルｆ_Ｂに誤切替してしまうような事象が発生すると、列車無線システムにおいて、大きな障害に発展するおそれがある。

　また、列車無線システムにおいては、ゾーン毎に異なる音声、データなどの通信が行われることが多い。例えば、ゾーンＡのある線路から２つの線路に分岐して、一方の線路は同じゾーンＡの配下で列車無線を継続するものの、他方の線路は別の異なるゾーンＢの配下で列車無線を行うようなケースの場合、線路分岐後、一方の線路では通信モードを切り替えず、他方の線路では通信モードを切り替える必要が生じる。しかしながら、車上局が、周波数チャネルｆ_Ａの信号および周波数チャネルｆ_Ｂの信号の受信電力の状況のみから、分岐後それほど距離が離れていない２つの線路上を走行している列車の走行位置を明確に区別して通信モードを切り替えることは困難である。このような場合においても、車上局が適切に通信モードを切り替えられる列車無線システムを実現できることが望ましい。

　図１は、実施の形態１の列車無線システムに適用可能な列車の位置測定を行う無線測距システムの例を示す図である。ここでは、後述する列車に搭載される車上測距装置を移動装置１とし、後述する地上測距装置を固定装置２ａ，２ｂ，２ｃとして説明する。以降の説明において、固定装置２ａ，２ｂ，２ｃを区別しない場合は固定装置２と称することがある。移動装置１は、固定装置２ａ，２ｂ，２ｃと無線で信号をやり取りすることで移動装置１の位置を推定する。なお、図１の例では、固定装置２が３台の場合を示しているが、固定装置２の数は３台である必要はない。

　図２は、移動装置１と固定装置２ａ，２ｂ，２ｃとの間の距離を算出することで移動装置１の位置を推定できることを説明するための図である。移動装置１と固定装置２ａとの間の距離が推定できると、移動装置１が固定装置２ａを中心とした円周３ａ上に存在することが分かる。同様に、移動装置１と固定装置２ｂとの間の距離が推定できると、移動装置１が固定装置２ｂを中心とした円周３ｂ上に存在し、移動装置１と固定装置２ｃとの間の距離が推定できると、移動装置１が固定装置２ｃを中心とした円周３ｃ上に存在することが分かる。これらを踏まえると、円周３ａ，３ｂ，３ｃの交点に移動装置１が存在することが分かり、結果的に、移動装置１の位置を推定することができる。すなわち、移動装置１は、移動装置１と３台の固定装置２との間の距離を算出することで、各固定装置２との距離から移動装置１の位置を推定することができる。

　ここで、距離算出のための手法例として、ＴＷＲ（Two　Way　Ranging）方式について説明する。図３は、移動装置１による移動装置１と固定装置２との間の距離の算出方法の例を示す図である。移動装置１は、移動装置１の送信時刻データとして送信時刻Ｔ１を信号に付加して固定装置２に送信する。固定装置２は、移動装置１からの信号を受信した時刻データである受信時刻Ｒ１に加えて、移動装置１に応答を送信するときの送信時刻データである送信時刻Ｔ２を応答に付加して送信する。移動装置１は、固定装置２からの応答を受信した時刻データである受信時刻Ｒ２を把握することができるので、結果的に、送信時刻Ｔ１、受信時刻Ｒ１、送信時刻Ｔ２、および受信時刻Ｒ２の時刻データを把握することができる。

　移動装置１と固定装置２との間の距離は、移動装置１と固定装置２との間の伝搬遅延時間から算出することができる。伝搬遅延時間は、（Ｒ１－Ｔ１）および（Ｒ２－Ｔ２）の２通りの方法で算出できる。これらの２つの伝搬遅延時間を平均化したものを平均伝搬遅延時間ＴＤとすると、平均伝搬遅延時間ＴＤは以下の式（１）で算出できる。

　ＴＤ＝｛（Ｒ１－Ｔ１）＋（Ｒ２－Ｔ２）｝÷２　…（１）

　ここで、移動装置１と固定装置２との間で完全時刻同期がとられていない場合、移動装置１の時刻と固定装置２の時刻との間にはずれが存在する可能性がある。固定装置２の時刻が移動装置１の時刻と比較して時刻差αだけずれているとすると、Ｒ１→Ｒ１＋αと変換し、Ｔ２→Ｔ２＋αと変換し、前述の式（１）は以下の式（２）のように変換できる。

　ＴＤ＝［｛（Ｒ１＋α）－Ｔ１｝＋｛Ｒ２－（Ｔ２＋α）｝］÷２
　　　＝｛（Ｒ１－Ｔ１）＋（Ｒ２－Ｔ２）｝÷２　…（２）

　すなわち、固定装置２の時刻と移動装置１の時刻との間に時刻差αが存在していたとしても、時刻差αは打ち消しあうので、平均伝搬遅延時間ＴＤを求める式は式（１）と同一となる。そのため、時刻差αの値によらず、式（１）によって移動装置１と固定装置２との間の伝搬遅延時間を正しく算出でき、その結果から移動装置１と固定装置２との間の距離を算出可能であることが分かる。

　なお、移動装置１と固定装置２との間で完全時刻同期がとられているシステム、すなわち時刻差α＝０のシステムにおいては、そもそも上述のように受信時刻および送信時刻のデータのやり取りを通信で行わなくても、移動装置１と固定装置２との間の距離を算出することができる。例えば、固定装置２からある定められた時刻に定期的に移動装置１に対して信号を送信するシステムの場合、移動装置１は、定期的に送信される信号の受信時刻を観測することによって、移動装置１と固定装置２との間の伝搬遅延時間を容易に算出することができ、結果的に移動装置１と固定装置２との間の距離を算出することができる。

　このように、通信の伝搬遅延時間によって測距を行う方が、受信電力によって測距を行うよりも高精度に距離を算出できる。実施の形態１においては、列車無線とは異なる周波数帯を用いて、移動装置１と固定装置２との間の伝搬遅延時間から測距を行う場合を対象とする。なお、移動装置１と固定装置２との間ではどのような無線信号を用いてもよいが、例えば、超広域無線信号、すなわちＵＷＢ（Ultra-Wide　Band）信号を用いることが望ましい。ＵＷＢ信号は、時間領域でみると超短パルス信号であり、ＵＷＢ信号を用いることで通信の送受信タイミングを高精度に把握することができるため、高精度な測距が可能になる。また、ＵＷＢ信号では、高精度な測距のみならず、データ通信も並行して実施できるという特長を有している。

　以降の説明においては、地上の線路沿線に複数の固定装置２を設置し、列車に移動装置１を搭載して、列車すなわち移動装置１の位置検知を行うシステムを仮定する。地上に設置される固定装置２を地上測距装置とし、列車に搭載される移動装置１を車上測距装置とする。また、車上測距装置の位置推定のために同時に測距する複数の地上測距装置のことを、地上測距装置群とする。

　図４は、実施の形態１に係る列車無線システム７０の構成例を示す図である。列車無線システム７０は、車上測距装置２０と、列車無線地上局３０Ａ，３０Ｂと、列車無線車上局４０と、ゾーン境界地上測距装置群５０と、を備える。列車無線地上局３０Ａ，３０Ｂおよびゾーン境界地上測距装置群５０は、地上に設置される。車上測距装置２０および列車無線車上局４０は、列車６０に搭載される。ゾーン境界地上測距装置群５０は、地上測距装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備える。以降の説明において、地上測距装置１０ａ～１０ｃを区別しない場合は地上測距装置１０と称することがある。なお、列車６０の進行方向は、図４に示すように、図の右方向、すなわちゾーンＡからゾーンＢの方向である。列車６０は、現時点ではゾーンＡ内を走行中である。以降の説明において、ゾーンＡを第１のゾーンと称し、ゾーンＢを第２のゾーンと称することがある。

　実施の形態１において、車上測距装置２０および地上測距装置１０は、列車無線車上局４０および列車無線地上局３０Ａ，３０Ｂが行う列車無線の無線通信とは異なる通信方式の無線通信を行う。また、車上測距装置２０は、車上測距装置２０と地上測距装置１０との間の距離を算出する測距処理において、前述のような、車上測距装置２０と地上測距装置１０との間の伝搬遅延時間を用いて算出する方式を用いる。

　列車無線地上局３０Ａは、列車６０が走行する通信エリアのうちゾーンＡの通信エリアにおいて、ゾーンＡを走行中の列車６０の列車無線車上局４０との間で、ゾーンＡに対応する通信モードで無線通信を行う。列車無線地上局３０Ｂは、列車６０が走行する通信エリアのうちゾーンＢの通信エリアにおいて、ゾーンＢを走行中の列車６０の列車無線車上局４０との間で、ゾーンＢに対応する通信モードで無線通信を行う。図４の例では、列車無線地上局３０Ａが、ゾーンＡを走行中の列車６０の列車無線車上局４０との間で無線通信を行っている状態を示している。

　列車無線車上局４０は、列車６０がゾーンＡを走行中はゾーンＡに対応する通信モードで列車無線地上局３０Ａとの間で列車無線の無線通信を行い、列車６０がゾーンＢを走行中はゾーンＢに対応する通信モードで列車無線地上局３０Ｂとの間で列車無線の無線通信を行う。列車無線車上局４０は、図４の例では、列車６０がゾーンＡを走行中のためゾーンＡに対応する通信モードで列車無線地上局３０Ａとの間で列車無線の無線通信を行っているが、列車６０がゾーンＡとゾーンＢとの間のゾーン境界に到達したとき、車上測距装置２０からの指示に基づいて、通信モードを切り替える。

　ゾーン境界地上測距装置群５０において、地上測距装置１０ａ～１０ｃは、ゾーンＡとゾーンＢとの間のゾーン境界付近に設置され、列車６０の車上測距装置２０との間で測距処理を実施する。地上測距装置１０ａ～１０ｃは、車上測距装置２０の位置を算出するために車上測距装置２０が信号の送受信を行う装置である。地上測距装置１０ａ～１０ｃが設置されている範囲は、ゾーンＡとゾーンＢとの間のゾーン境界を含んでいる必要はなく、ゾーン境界に対してゾーンＡまたはゾーンＢのどちらかに寄っていてもよい。ゾーン境界地上測距装置群５０は、列車無線車上局４０が異なる通信モードで通信を行うゾーンＡとゾーンＢとのゾーン境界に対して規定された範囲に設置されているとも言える。以降の説明において、ゾーン境界を単に境界と称することがある。なお、ゾーン境界地上測距装置群５０は、３台の地上測距装置１０を備えているが、これに限定されず、４台以上の地上測距装置１０を備えていてもよい。

　車上測距装置２０は、線路沿線に設置されるゾーン境界地上測距装置群５０に含まれる地上測距装置１０ａ～１０ｃ、すなわち複数の地上測距装置１０との間で測距処理を実施する。車上測距装置２０は、図４の例では、列車６０がゾーンＡとゾーンＢとの間のゾーン境界に到達したとき、列車無線車上局４０に対して、ゾーンＡに対応する通信モードからゾーンＢに対応する通信モードに切り替えるように指示する。

　図５は、実施の形態１に係る地上測距装置１０の構成例を示す図である。地上測距装置１０は、アンテナ１１と、サーキュレータ１２と、地上測距装置送信部１３と、地上測距装置受信部１４と、を備える。なお、図５の例では、アンテナ１１が地上測距装置１０の外部にあるが、アンテナ１１も地上測距装置１０に含まれるものとする。

　アンテナ１１は、車上測距装置２０から送信された信号を受信するとともに、車上測距装置２０に対して信号を送信する。

　サーキュレータ１２は、アンテナ１１に接続されており、アンテナ１１から送信される送信信号とアンテナ１１で受信された受信信号とを分波する。

　地上測距装置送信部１３は、サーキュレータ１２およびアンテナ１１を介して、車上測距装置２０に対して信号を送信する。地上測距装置送信部１３は、車上測距装置２０に対して、地上測距装置１０と車上測距装置２０との間の距離を算出するために必要な信号を送信するだけでなく、ビーコン情報と呼ばれる報知情報において、地上測距装置１０を識別可能なＩＤ（Identification）も送信する。列車無線システム７０では、列車無線システム７０の管理者などによって、各地上測距装置１０のＩＤと各地上測距装置１０の絶対位置情報とを予め紐付けておき、紐付けられた情報を車上測距装置２０が保持する。これにより、地上測距装置１０がＩＤを送信することで、車上測距装置２０は、ＩＤに基づいて、ＩＤの送信元の地上測距装置１０の絶対位置情報を把握することが可能である。なお、地上測距装置１０は、絶対位置情報そのものを直接車上測距装置２０に対して送信してもよい。

　実施の形態１において、地上測距装置送信部１３は、ビーコン情報として、ゾーン切替情報、通信モード切替方法情報、および通信モード切替エリア情報を送信する。ゾーン切替情報は、例えば、列車６０が現在走行しているゾーンがゾーンＡであり、次に走行するゾーンがゾーンＢであるといった情報である。列車６０の走行線区が変わる場合などには、ゾーン切替情報に走行線区に関する情報を含めてもよい。通信モード切替方法情報は、例えば、ゾーンＡでは周波数チャネルｆ_Ａを用いるのに対してゾーンＢでは周波数チャネルｆ_Ｂを用いるといった情報、ゾーンＡおよびゾーンＢでは同一の周波数チャネルが使用されるが、ゾーンＡではシンクワードＳＷ_Ａを用いるのに対してゾーンＢではシンクワードＳＷ_Ｂを用いるといった情報など、具体的な通信モードの切替方法に関する情報である。通信モード切替方法情報は、列車６０が走行する通信エリアによって列車６０に搭載される列車無線車上局４０が通信モードを切り替えるための情報とも言える。通信モード切替エリア情報は、ゾーン境界地上測距装置群５０の配下エリアの位置座標の範囲であり、列車無線車上局４０が通信モードの切替を実施するエリアである通信モード切替エリアに関する情報である。通信モード切替エリア情報は、ゾーン境界地上測距装置群５０に含まれる複数の地上測距装置１０が設置されるエリアを示すエリア情報とも言える。車上測距装置２０は、通信モード切替エリア情報と推定された車上測距装置２０の位置座標とを比較することによって、車上測距装置２０が通信モード切替エリアに到達したか否かを判定することができる。

　地上測距装置受信部１４は、アンテナ１１およびサーキュレータ１２を介して、車上測距装置２０から送信された無線信号を受信する。

　図６は、実施の形態１に係る車上測距装置２０の構成例を示す図である。車上測距装置２０は、アンテナ２１と、サーキュレータ２２と、車上測距装置送信部２３と、車上測距装置受信部２４と、を備える。車上測距装置受信部２４は、地上測距装置相対距離算出部２５と、ビーコン情報解析部２６と、位置算出部２７と、エリア到達判定部２８と、通信モード切替判定部２９と、を備える。なお、図６の例では、アンテナ２１が車上測距装置２０の外部にあるが、アンテナ２１も車上測距装置２０に含まれるものとする。

　アンテナ２１は、地上測距装置１０から送信された信号を受信するとともに、地上測距装置１０に対して信号を送信する。

　サーキュレータ２２は、アンテナ２１に接続されており、アンテナ２１から送信される送信信号とアンテナ２１で受信された受信信号とを分波する。

　車上測距装置送信部２３は、サーキュレータ２２およびアンテナ２１を介して、地上測距装置１０に対して信号を送信する。

　車上測距装置受信部２４は、アンテナ２１およびサーキュレータ２２を介して、地上測距装置１０から送信された無線信号を受信し、列車無線車上局４０の通信モードを切り替えるか否かを判定する。

　車上測距装置受信部２４において、地上測距装置相対距離算出部２５は、車上測距装置２０と複数の地上測距装置１０との間の無線通信の伝搬遅延時間に基づいて、車上測距装置２０と複数の地上測距装置１０との間の相対距離を算出する。具体的には、地上測距装置相対距離算出部２５は、相対距離算出部２５１－１と、相対距離算出部２５１－２と、…、相対距離算出部２５１－Ｎと、を備える。Ｎは、列車無線システム７０において最も多くの地上測距装置１０を含むゾーン境界地上測距装置群５０に含まれる地上測距装置１０の数以上の値とする。列車無線システム７０が備える全てのゾーン境界地上測距装置群５０に含まれる地上測距装置１０の数が図４に示すように３つの場合、Ｎ＝３でよい。Ｎ＝３の場合、例えば、相対距離算出部２５１－１は車上測距装置２０と地上測距装置１０ａとの間の相対距離を算出し、相対距離算出部２５１－２は車上測距装置２０と地上測距装置１０ｂとの間の相対距離を算出し、相対距離算出部２５１－３は車上測距装置２０と地上測距装置１０ｃとの間の相対距離を算出する。

　ビーコン情報解析部２６は、複数の地上測距装置１０から送信された報知情報であるビーコン情報を解析し、複数の地上測距装置１０の絶対位置情報を取得する。ビーコン情報解析部２６は、ビーコン情報に含まれるＩＤに基づいて、予め紐付けられているＩＤと地上測距装置１０の絶対位置情報との関係から地上測距装置１０の絶対位置情報を取得してもよいし、地上測距装置１０から地上測距装置１０の絶対位置情報そのものが送信されている場合はビーコン情報から地上測距装置１０の絶対位置情報を抽出してもよい。ビーコン情報解析部２６は、取得した複数の地上測距装置１０の絶対位置情報を位置算出部２７に出力する。また、ビーコン情報解析部２６は、ビーコン情報から通信モード切替エリア情報を取得してエリア到達判定部２８に出力し、ビーコン情報から通信モード切替方法情報を取得して列車無線車上局４０に出力する。

　位置算出部２７は、地上測距装置相対距離算出部２５で算出された車上測距装置２０と複数の地上測距装置１０との間の相対距離と、ビーコン情報解析部２６から取得した地上測距装置１０の絶対位置情報とに基づいて、車上測距装置２０の位置を算出する。

　エリア到達判定部２８は、位置算出部２７で算出された車上測距装置２０の位置と、ビーコン情報解析部２６から取得したエリア情報である通信モード切替エリア情報とに基づいて、車上測距装置２０がゾーン境界地上測距装置群５０の配下のエリアである通信モード切替エリアに到達したか否かを判定する。

　通信モード切替判定部２９は、エリア到達判定部２８で車上測距装置２０が規定されたエリアに到達したと判定された場合、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示する通信モード切替指示信号を生成する。実施の形態１において、通信モード切替判定部２９は、エリア到達判定部２８において車上測距装置２０が通信モード切替エリアに到達したと判定された場合、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示する通信モード切替指示信号を生成して出力する。

　車上測距装置２０は、エリア到達判定部２８で車上測距装置２０が通信モード切替エリアに到達したと判定され、通信モード切替判定部２９で通信モード切替指示信号が生成された場合、列車無線車上局４０に対して通信モード切替指示信号を出力する。また、車上測距装置２０は、列車無線車上局４０に対して通信モード切替方法情報を出力する。なお、車上測距装置２０は、図６の例では、ビーコン情報解析部２６から列車無線車上局４０に対して通信モード切替方法情報を常時出力可能であるが、これに限定されない。車上測距装置２０は、エリア到達判定部２８で車上測距装置２０が通信モード切替エリアに到達したと判定された場合、または通信モード切替判定部２９で通信モード切替指示信号が生成された場合、列車無線車上局４０に対して通信モード切替方法情報を出力してもよい。または、通信モード切替判定部２９が、図示は省略するが、ビーコン情報解析部２６から通信モード切替方法情報を取得し、列車無線車上局４０に対して通信モード切替指示信号を出力するときに、併せて列車無線車上局４０に対して通信モード切替方法情報を出力するようにしてもよい。

　これにより、列車無線車上局４０は、車上測距装置２０から取得した通信モード切替指示信号および通信モード切替方法情報に基づいて、周波数チャネル、シンクワードなどの列車無線の通信モードの切替を実施することができる。

　なお、エリア到達判定部２８および通信モード切替判定部２９については、車上測距装置２０ではなく列車無線車上局４０が備える構成であってもよいし、車上測距装置２０でも列車無線車上局４０でもない別の装置が備え、当該別の装置が車上測距装置２０および列車無線車上局４０に接続される構成であってもよい。

　図７は、実施の形態１に係る列車無線システム７０における列車６０の通信モードの切替位置の例を示す第１の図である。最初、列車６０は、ゾーンＡを走行しており、車上測距装置２０がゾーン境界地上測距装置群５０の配下のエリア、すなわち通信モード切替エリアに到達したと車上測距装置２０の位置推定結果に基づいて判定した場合、列車無線車上局４０の通信モードをゾーンＡ用からゾーンＢ用に切り替える。

　図８は、実施の形態１に係る列車無線システム７０における列車６０の通信モードの切替位置の例を示す第２の図である。図８は、ゾーンＡのある線路から２つの線路に分岐して、一方の線路では同じゾーンＡの配下で列車無線を継続し、他方の線路では異なるゾーンＢの配下で列車無線を行う場合の通信モード切替位置の例を示している。このような場合、ゾーン境界地上測距装置群５０は、ゾーンＢに分かれた後の線路沿線に設置される。列車６０において、車上測距装置２０は、伝搬遅延時間によって高精度に位置測定を行うことで、２つの線路を区別することができる。列車６０は、線路の分岐位置からゾーンＢでの走行を開始し、車上測距装置２０がゾーン境界地上測距装置群５０の配下のエリア、すなわち通信モード切替エリアに到達したと車上測距装置２０の位置推定結果に基づいて判定した場合、列車無線車上局４０の通信モードをゾーンＡ用からゾーンＢ用に切り替える。

　図９は、実施の形態１に係る車上測距装置２０の動作を示すフローチャートである。まず、車上測距装置２０は、ゾーン境界地上測距装置群５０の地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信していない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ビーコン情報を受信するまで待機する。車上測距装置２０は、ゾーン境界地上測距装置群５０の地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、車上測距装置２０に対して測距処理で応答してほしい複数の地上測距装置１０を指定する（ステップＳ１０２）。指定された地上測距装置１０は、車上測距装置２０に対して応答を行う。車上測距装置２０は、各地上測距装置１０からの応答信号をもとに車上測距装置２０と各地上測距装置１０との間の伝搬遅延時間を推定し、推定した伝搬遅延時間から車上測距装置２０と各地上測距装置１０との間の距離を算出する（ステップＳ１０３）。

　車上測距装置２０は、算出した３台以上の地上測距装置１０との測距結果から測位計算を行い、車上測距装置２０の位置、すなわち列車６０の位置を算出する（ステップＳ１０４）。車上測距装置２０は、算出した列車６０の位置がビーコン情報によって通知される通信モード切替エリアに到達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。車上測距装置２０は、列車６０の位置が通信モード切替エリアに到達していないと判定した場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０２の動作に戻る。車上測距装置２０は、列車６０の位置が通信モード切替エリアに到達したと判定した場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、列車無線車上局４０の通信モードを切り替えると判定し、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示する（ステップＳ１０６）。

　なお、実施の形態１では、車上測距装置２０に複数の距離情報を集約して、車上測距装置２０すなわち列車６０の位置を推定する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、各地上測距装置１０が車上測距装置２０からの応答信号に基づいて伝搬遅延時間から地上測距装置１０と車上測距装置２０との間の距離を推定し、距離情報を地上測距装置１０に集約することで、地上測距装置１０が車上測距装置２０の位置を推定してもよい。この場合、地上測距装置１０で推定された車上測距装置２０の位置情報を地上測距装置１０から車上測距装置２０にフィードバックすることで、車上測距装置２０は、地上測距装置１０で推定された車上測距装置２０の位置情報に基づいて、通信モードを切り替えることができる。

　また、実施の形態１では、地上測距装置１０から、常時、定期的にビーコン情報を送信し、車上測距装置２０が、ビーコン情報を受信次第、応答して測距処理を開始する地上主導型の測距方法の例について説明したが、これに限定されない。例えば、車上測距装置２０が、常時、定期的に車上測距装置２０が搭載される列車６０の車両ＩＤなどの報知情報を送信し、地上測距装置１０が、車上測距装置２０からの報知情報を受信次第、応答して測距処理を開始する車上主導型の測距方法であってもよい。すなわち、列車無線システム７０では、地上測距装置１０が、常時、定期的に報知情報を送信し、車上測距装置２０が報知情報を受信して地上測距装置１０に対して応答を返信することによって、車上測距装置２０が列車無線車上局４０の通信モードを切り替えるための処理が開始されてもよい。地上測距装置１０が送信する報知情報については、前述のビーコン情報であってもよいし、前述のビーコン情報とは異なって前述のビーコン情報よりもデータサイズの小さい報知情報であってもよい。または、列車無線システム７０では、車上測距装置２０が、常時、定期的に報知情報を送信し、地上測距装置１０が報知情報を受信して車上測距装置２０に対して応答を返信することによって、車上測距装置２０が列車無線車上局４０の通信モードを切り替えるための処理が開始されてもよい。

　また、実施の形態１では、３台以上の地上測距装置１０を１つのゾーン境界地上測距装置群５０と定義して説明したが、これに限定されない。列車６０は一次元の線路上を走行するため、車上測距装置２０は、１台または２台の地上測距装置１０を用いた測距結果のみでも、十分な精度で車上測距装置２０すなわち列車６０の位置を判定できる可能性がある。このような場合、ゾーン境界地上測距装置群５０は、１台または２台の地上測距装置１０を備える構成であってもよい。

　つづいて、車上測距装置２０のハードウェア構成について説明する。車上測距装置２０において、アンテナ２１はアンテナ素子である。車上測距装置２０において、その他の構成は、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。処理回路は制御回路とも呼ばれる。

　図１０は、実施の形態１に係る車上測距装置２０を実現する処理回路をプロセッサ９１およびメモリ９２で構成する場合の処理回路９０の構成例を示す図である。図１０に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備える。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０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９０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９０は、車上測距装置２０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。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能を車上測距装置２０に実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。

　上記プログラムは、地上測距装置相対距離算出部２５が、車上測距装置２０と複数の地上測距装置１０との間の無線通信の伝搬遅延時間に基づいて、車上測距装置２０と複数の地上測距装置１０との間の相対距離を算出する第１のステップと、ビーコン情報解析部２６が、複数の地上測距装置１０から送信される報知情報であるビーコン情報を解析し、複数の地上測距装置１０の絶対位置情報、複数の地上測距装置１０が設置されるエリアを示すエリア情報、および列車６０が走行する通信エリアによって列車６０に搭載される列車無線車上局４０が通信モードを切り替えるための通信モード切替方法情報を取得する第２のステップと、位置算出部２７が、相対距離と絶対位置情報とに基づいて、車上測距装置２０の位置を算出する第３のステップと、エリア到達判定部２８が、車上測距装置２０の位置とエリア情報とに基づいて、車上測距装置２０がエリアに到達したか否かを判定する第４のステップと、通信モード切替判定部２９が、エリア到達判定部２８で車上測距装置２０が規定されたエリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成する第５のステップと、車上測距装置２０が、列車無線車上局４０に対して通信モード切替方法情報および通信モード切替指示信号を出力する第６のステップと、を車上測距装置２０に実行させるプログラムであるとも言える。

　ここで、プロセッサ９１は、例えば、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）などである。また、メモリ９２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１１は、実施の形態１に係る車上測距装置２０を実現する処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路９３の例を示す図である。図１１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。処理回路については、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。

　車上測距装置２０のハードウェア構成について説明したが、地上測距装置１０のハードウェア構成も同様である。地上測距装置１０において、アンテナ１１はアンテナ素子である。地上測距装置１０において、その他の構成は、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。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、列車無線システム７０において、車上測距装置２０は、車上測距装置２０と地上測距装置１０との間の伝搬遅延時間から車上測距装置２０と地上測距装置１０との間の距離を算出し、算出した車上測距装置２０と地上測距装置１０との間の距離に基づいて車上測距装置２０すなわち列車６０の位置推定を行い、地上測距装置１０からビーコン情報によって通知される通信モード切替エリアに列車６０が到達したと判定した場合、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示する。列車無線車上局４０は、地上測距装置１０からビーコン情報によって通知される通信モード切替方法に基づいて、通信モードの切替を実施する。これにより、車上測距装置２０は、列車無線の通信モード切替位置の判定を、列車無線の送信データ量を削減することなく、また列車無線車上局４０における複雑な検定処理の導入、大規模な設置工事を必要とする列車無線地上局の追加設置を必要とすることなく、高精度に実現できる。

実施の形態２．
　実施の形態１では、車上測距装置２０は、ゾーン境界付近に設置された単一のゾーン境界地上測距装置群５０との間で測距処理に失敗した場合、通信モードのゾーン切替を実施できなかった。実施の形態２では、地上測距装置群を複数設置することで、車上測距装置が、１つの地上測距装置群との間で測距処理に失敗した場合でも、通信モードのゾーン切替を実施できる場合について説明する。

　図１２は、実施の形態２に係る列車無線システム７０ａの構成例を示す図である。列車無線システム７０ａは、車上測距装置２０ａと、列車無線地上局３０Ａ，３０Ｂと、列車無線車上局４０と、ゾーン境界地上測距装置群５０と、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａと、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂと、を備える。列車無線地上局３０Ａ，３０Ｂ、ゾーン境界地上測距装置群５０、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａ、およびゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂは地上に設置される。車上測距装置２０ａおよび列車無線車上局４０は、列車６０ａに搭載される。ゾーン境界地上測距装置群５０は、地上測距装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備える。ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａは、地上測距装置１０ｄ，１０ｅ，１０ｆを備える。ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂは、地上測距装置１０ｇ，１０ｈ，１０ｉを備える。以降の説明において、地上測距装置１０ａ～１０ｉを区別しない場合は地上測距装置１０と称することがある。また、ゾーン境界地上測距装置群５０、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａ、およびゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂについて、単に地上測距装置群と称することがある。なお、列車６０ａの進行方向は、図１２に示すように、図の右方向、すなわちゾーンＡからゾーンＢの方向である。列車６０ａは、現時点ではゾーンＡ内を走行中である。

　実施の形態２において、列車無線地上局３０Ａ，３０Ｂ、および列車無線車上局４０は、実施の形態１のときの動作と同様の動作を行う。

　実施の形態２では、実施の形態１と同様、ゾーン境界付近にゾーン境界地上測距装置群５０が設置されているが、さらに、ゾーン境界からある程度ゾーンＡ側に離れた場所にゾーンＡ地上測距装置群５０Ａが設置され、ゾーン境界からある程度ゾーンＢ側に離れた場所にゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂが設置されている。すなわち、実施の形態２では、３つの地上測距装置群が線路沿線に設置されている。このとき、列車６０ａがゾーンＡからゾーンＢへと移動する進行方向の線路沿線においては、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａを切替予告用として定義し、ゾーン境界地上測距装置群５０を切替確定用として定義し、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂを強制切替用として定義する。なお、ゾーンＡ地上測距装置群５０ＡおよびゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂは、３台の地上測距装置１０を備えているが、これに限定されず、４台以上の地上測距装置１０を備えていてもよい。

　実施の形態２において、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａは、地上測距装置１０ｄ～１０ｆを備え、列車無線車上局４０が異なる通信モードで通信を行うゾーンＡとゾーンＢとのゾーン境界から規定された距離を有するゾーンＡ内に設置された第１の地上測距装置群である。また、ゾーン境界地上測距装置群５０は、地上測距装置１０ａ～１０ｃを備え、ゾーン境界に対して規定された範囲に設置された第２の地上測距装置群である。また、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂは、地上測距装置１０ｇ～１０ｉを備え、ゾーン境界から規定された距離を有するゾーンＢ内に設置された第３の地上測距装置群である。

　列車無線システム７０ａにおいて、列車６０ａは、切替予告用のゾーンＡ地上測距装置群５０Ａとの間で測距処理を実施し、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの配下のエリアに到達したと判定し、さらにその後、切替確定用のゾーン境界地上測距装置群５０との間で測距処理を実施し、ゾーン境界地上測距装置群５０の配下のエリアに到達したと判定した場合、列車無線車上局４０の通信モードの切替を実施する。このように、列車６０ａは、２回の測距処理に成功した場合に列車無線車上局４０の通信モードの切替処理を実施するので、通信モード切替の判定の信頼性をより高めることができ、通信モード誤切替の確率を低減することができる。

　また、列車６０ａは、前述の一連の処理の過程で何かしらの不具合が発生し、通信モードを切り替えられないままゾーンＢに進入してしまった場合でも、ゾーンＢに設置される強制切替用のゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂとの間で測距処理を実施し、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの配下のエリアに到達したと判定した場合、強制的に列車無線車上局４０の通信モードの切替を実施する。これにより、列車６０ａは、本来の通信モード切替位置よりは時間的に遅れて通信モードを切り替える形になってしまうものの、切替予告用のゾーンＡ地上測距装置群５０Ａおよび切替確定用のゾーン境界地上測距装置群５０のうち少なくとも１つの地上測距装置群との間で測距処理が失敗した場合でも、最終的には通信モードの切替を実施することができる。

　車上測距装置２０ａは、線路沿線に設置されるゾーン境界地上測距装置群５０に含まれる地上測距装置１０ａ～１０ｃ、線路沿線に設置されるゾーンＡ地上測距装置群５０Ａに含まれる地上測距装置１０ｄ～１０ｆ、および線路沿線に設置されるゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂに含まれる地上測距装置１０ｇ～１０ｉ、すなわち複数の地上測距装置１０との間で測距処理を実施する。車上測距装置２０ａは、前述のように、切替予告用のゾーンＡ地上測距装置群５０Ａおよび切替確定用のゾーン境界地上測距装置群５０との間の測距処理、または強制切替用のゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂとの間の測距処理によって、列車無線車上局４０に対して、ゾーンＡに対応する通信モードからゾーンＢに対応する通信モードに切り替えるように指示する。

　実施の形態２において、地上測距装置１０の構成は、図５に示す実施の形態１のときの地上測距装置１０の構成と同様である。ただし、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａに含まれる地上測距装置１０ｄ～１０ｆにおいて、地上測距装置送信部１３は、報知情報であるビーコン情報に、通信モード切替エリア情報ではなく、切替予告エリア情報を含ませる。切替予告エリア情報は、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの配下エリアの位置座標の範囲であり、車上測距装置２０ａに対して列車無線車上局４０の通信モードの切替を予告するエリアである切替予告エリアに関する情報である。切替予告エリア情報は、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａに含まれる複数の地上測距装置１０が設置されるエリアを示すエリア情報とも言える。

　また、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂに含まれる地上測距装置１０ｇ～１０ｉにおいて、地上測距装置送信部１３は、報知情報であるビーコン情報に、通信モード切替エリア情報ではなく、強制切替エリア情報を含ませる。強制切替エリア情報は、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの配下エリアの位置座標の範囲であり、車上測距装置２０ａに対して列車無線車上局４０の通信モードの切替を強制するエリアである強制切替エリアに関する情報である。強制切替エリア情報は、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂに含まれる複数の地上測距装置１０が設置されるエリアを示すエリア情報とも言える。

　実施の形態２では、ゾーン境界地上測距装置群５０に含まれる地上測距装置１０ａ～１０ｃにおいて、地上測距装置送信部１３は、報知情報であるビーコン情報に、通信モード切替エリア情報ではなく、切替確定エリア情報を含ませる。切替確定エリア情報は、ゾーン境界地上測距装置群５０の配下エリアの位置座標の範囲であり、車上測距装置２０ａに対して列車無線車上局４０の通信モードの切替を確定するエリアである切替確定エリアに関する情報である。切替確定エリア情報は、ゾーン境界地上測距装置群５０に含まれる複数の地上測距装置１０が設置されるエリアを示すエリア情報とも言える。

　図１３は、実施の形態２に係る車上測距装置２０ａの構成例を示す図である。車上測距装置２０ａは、図６に示す実施の形態１のときの車上測距装置２０に対して、車上測距装置受信部２４を車上測距装置受信部２４ａに置き換えたものである。車上測距装置受信部２４ａは、図６に示す実施の形態１のときの車上測距装置受信部２４に対して、ビーコン情報解析部２６、エリア到達判定部２８、および通信モード切替判定部２９を、ビーコン情報解析部２６ａ、エリア到達判定部２８ａ、および通信モード切替判定部２９ａに置き換えたものである。

　ビーコン情報解析部２６ａは、ゾーン境界地上測距装置群５０の地上測距装置１０ａ～１０ｃから受信したビーコン情報から、切替確定エリア情報を取得してエリア到達判定部２８ａに出力する。また、ビーコン情報解析部２６ａは、ゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの地上測距装置１０ｄ～１０ｆから受信したビーコン情報から、切替予告エリア情報を取得してエリア到達判定部２８ａに出力する。また、ビーコン情報解析部２６ａは、ゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの地上測距装置１０ｇ～１０ｉから受信したビーコン情報から、強制切替エリア情報を取得してエリア到達判定部２８ａに出力する。

　エリア到達判定部２８ａは、位置算出部２７で算出された車上測距装置２０ａの位置と、ビーコン情報解析部２６ａから取得した切替予告エリア情報とに基づいて、車上測距装置２０ａがゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの配下のエリアである切替予告エリアに到達したか否かを判定する。また、エリア到達判定部２８ａは、位置算出部２７で算出された車上測距装置２０ａの位置と、ビーコン情報解析部２６ａから取得した切替確定エリア情報とに基づいて、車上測距装置２０ａがゾーン境界地上測距装置群５０の配下のエリアである切替確定エリアに到達したか否かを判定する。また、エリア到達判定部２８ａは、位置算出部２７で算出された車上測距装置２０ａの位置と、ビーコン情報解析部２６ａから取得した強制切替エリア情報とに基づいて、車上測距装置２０ａがゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの配下のエリアである強制切替エリアに到達したか否かを判定する。すなわち、エリア到達判定部２８ａは、位置算出部２７で算出された車上測距装置２０ａの位置と、ビーコン情報解析部２６ａから取得した切替予告エリア情報と切替確定エリア情報と強制切替エリア情報とに基づいて、車上測距装置２０ａが切替予告エリアまたは切替確定エリアまたは強制切替エリアに到達したか否かを判定する。

　通信モード切替判定部２９ａは、エリア到達判定部２８ａでの判定結果に基づいて、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示するか否かを判定し、通信モードの切替を指示すると判定した場合、通信モード切替指示信号を生成する。すなわち、通信モード切替判定部２９ａは、エリア到達判定部２８ａで車上測距装置２０ａが規定されたエリアに到達したと判定された場合、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示する通信モード切替指示信号を生成する。具体的には、通信モード切替判定部２９ａは、エリア到達判定部２８ａにおいて、車上測距装置２０ａが切替予告エリアに到達したと判定され、その後車上測距装置２０ａが切替確定エリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成して出力する。または、通信モード切替判定部２９ａは、車上測距装置２０ａが切替予告エリアおよび切替確定エリアのうち少なくとも１つに到達したと判定されず、車上測距装置２０ａが強制切替エリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成して出力する。

　なお、エリア到達判定部２８ａおよび通信モード切替判定部２９ａについては、車上測距装置２０ａではなく列車無線車上局４０が備える構成であってもよいし、車上測距装置２０ａでも列車無線車上局４０でもない別の装置が備え、当該別の装置が車上測距装置２０ａおよび列車無線車上局４０に接続される構成であってもよい。

　図１４は、実施の形態２に係る列車無線システム７０ａにおける列車６０ａの通信モードの切替位置の例を示す第１の図である。最初、列車６０ａは、ゾーンＡを走行しており、車上測距装置２０ａが切替予告用のゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの配下の切替予告エリアに到達したと車上測距装置２０ａの位置検知結果に基づいて判定し、その後に車上測距装置２０ａが切替確定用のゾーン境界地上測距装置群５０の配下の切替確定エリアに到達したと判定した場合、列車無線車上局４０の通信モードをゾーンＢ用に切り替える。または、列車６０ａは、強制切替用のゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの配下の強制切替エリアへの到達を確認したにもかかわらず、その時点でまだ通信モードの切替を実施していない場合、列車無線車上局４０の通信モードをゾーンＢ用に切り替える。

　図１５は、実施の形態２に係る列車無線システム７０ａにおける列車６０ａの通信モードの切替位置の例を示す第２の図である。図１５は、ゾーンＡのある線路から２つの線路に分岐して、一方の線路では同じゾーンＡの配下で列車無線を継続し、他方の線路では別の異なるゾーンＢの配下で列車無線を行う場合の通信モード切替位置の例を示している。このような場合、ゾーン境界地上測距装置群５０は、ゾーンＢに分かれた後の線路沿線に設置される。列車６０ａにおいて、車上測距装置２０ａは、伝搬遅延時間によって高精度に位置測定を行うことで、２つの線路を区別することができる。最初、列車６０ａは、ゾーンＡを走行しており、車上測距装置２０ａが切替予告用のゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの配下の切替予告エリアに到達したと車上測距装置２０ａの位置検知結果に基づいて判定し、その後に線路の分岐位置からゾーンＢでの走行を開始し、車上測距装置２０ａが切替確定用のゾーン境界地上測距装置群５０の配下の切替確定エリアに到達したと判定した場合、列車無線車上局４０の通信モードをゾーンＢ用に切り替える。または、列車６０ａは、強制切替用のゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの配下の強制切替エリアへの到達を確認したにもかかわらず、その時点でまだ通信モードの切替を実施していない場合、列車無線車上局４０の通信モードをゾーンＢ用に切り替える。

　図１６は、実施の形態２に係る車上測距装置２０ａの動作を示す第１のフローチャートである。また、図１７は、実施の形態２に係る車上測距装置２０ａの動作を示す第２のフローチャートである。図１６は、切替予告用のゾーンＡ地上測距装置群５０Ａおよび切替確定用のゾーン境界地上測距装置群５０との測距処理に関するフローチャートである。図１７は、切替予告用のゾーンＡ地上測距装置群５０Ａおよび切替確定用のゾーン境界地上測距装置群５０のうち少なくとも１つとの測距処理に失敗した場合に必要となる強制切替用のゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂとの測距処理に関するフローチャートである。車上測距装置２０ａは、図１６のフローチャートの動作も図１７のフローチャートの動作も必要であることから、２つのフローチャートの動作を並行して行う。

　図１６のフローチャートの動作について、まず、車上測距装置２０ａは、切替予告用の地上測距装置群、ここではゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信していない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ビーコン情報を受信するまで待機する。車上測距装置２０ａは、切替予告用の地上測距装置群であるゾーンＡ地上測距装置群５０Ａの地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信した場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、車上測距装置２０ａに対して測距処理で応答してほしい複数の切替予告用の地上測距装置１０を指定する（ステップＳ２０２）。指定された切替予告用の地上測距装置１０は、車上測距装置２０ａに対して応答を行う。車上測距装置２０ａは、切替予告用の各地上測距装置１０からの応答信号をもとに車上測距装置２０ａと切替予告用の各地上測距装置１０との間の伝搬遅延時間を推定し、推定した伝搬遅延時間から車上測距装置２０ａと切替予告用の各地上測距装置１０との間の距離を算出する（ステップＳ２０３）。

　車上測距装置２０ａは、算出した３台以上の切替予告用の地上測距装置１０との測距結果から測位計算を行い、車上測距装置２０ａの位置、すなわち列車６０ａの位置を算出する（ステップＳ２０４）。車上測距装置２０ａは、算出した列車６０ａの位置がビーコン情報によって通知される切替予告用の切替予告エリアに到達したか否かを判定する（ステップＳ２０５）。車上測距装置２０ａは、列車６０ａの位置が切替予告エリアに到達していないと判定した場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、ステップＳ２０２の動作に戻る。車上測距装置２０ａは、列車６０ａの位置が切替予告エリアに到達したと判定した場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、切替予告用の地上測距装置群であるゾーンＡ地上測距装置群５０Ａとの測距処理を問題なく完了したと判定し、つぎに、切替確定用の地上測距装置群、ここではゾーン境界地上測距装置群５０の地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信したか否かを判定する（ステップＳ２０６）。

　車上測距装置２０ａは、切替確定用の地上測距装置群であるゾーン境界地上測距装置群５０の地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信していない場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、ビーコン情報を受信するまで待機する。車上測距装置２０ａは、切替確定用の地上測距装置群であるゾーン境界地上測距装置群５０の地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信した場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、車上測距装置２０ａに対して測距処理で応答してほしい複数の切替確定用の地上測距装置１０を指定する（ステップＳ２０７）。指定された切替確定用の地上測距装置１０は、車上測距装置２０ａに対して応答を行う。車上測距装置２０ａは、切替確定用の各地上測距装置１０からの応答信号をもとに車上測距装置２０ａと切替確定用の各地上測距装置１０との間の伝搬遅延時間を推定し、推定した伝搬遅延時間から車上測距装置２０ａと切替確定用の各地上測距装置１０との間の距離を算出する（ステップＳ２０８）。

　車上測距装置２０ａは、算出した３台以上の切替確定用の地上測距装置１０との測距結果から測位計算を行い、車上測距装置２０ａの位置、すなわち列車６０ａの位置を算出する（ステップＳ２０９）。車上測距装置２０ａは、算出した列車６０ａの位置がビーコン情報によって通知される切替確定用の切替確定エリアに到達したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。車上測距装置２０ａは、列車６０ａの位置が切替確定エリアに到達していないと判定した場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、ステップＳ２０７の動作に戻る。車上測距装置２０ａは、列車６０ａの位置が切替確定エリアに到達したと判定した場合（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、列車無線車上局４０の通信モードを切り替えると判定し、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示する（ステップＳ２１１）。

　図１７のフローチャートの動作について、まず、車上測距装置２０ａは、強制切替用の地上測距装置群、ここではゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信していない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、ビーコン情報を受信するまで待機する。車上測距装置２０ａは、強制切替用の地上測距装置群であるゾーンＢ地上測距装置群５０Ｂの地上測距装置１０から報知情報であるビーコン情報を受信した場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、車上測距装置２０ａに対して測距処理で応答してほしい複数の強制切替用の地上測距装置１０を指定する（ステップＳ３０２）。指定された強制切替用の地上測距装置１０は、車上測距装置２０ａに対して応答を行う。車上測距装置２０ａは、強制切替用の各地上測距装置１０からの応答信号をもとに車上測距装置２０ａと各地上測距装置１０との間の伝搬遅延時間を推定し、推定した伝搬遅延時間から車上測距装置２０ａと強制切替用の各地上測距装置１０との間の距離を算出する（ステップＳ３０３）。

　車上測距装置２０ａは、算出した３台以上の強制切替用の地上測距装置１０との測距結果から測位計算を行い、車上測距装置２０ａの位置、すなわち列車６０ａの位置を算出する（ステップＳ３０４）。車上測距装置２０ａは、算出した列車６０ａの位置がビーコン情報によって通知される強制切替用の強制切替エリアに到達したか否かを判定する（ステップＳ３０５）。車上測距装置２０ａは、列車６０ａの位置が強制切替エリアに到達していないと判定した場合（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、ステップＳ３０２の動作に戻る。車上測距装置２０ａは、列車６０ａの位置が強制切替エリアに到達したと判定した場合（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、列車無線車上局４０の通信モードの切替が実施されているか否かを判定する（ステップＳ３０６）。車上測距装置２０ａは、列車無線車上局４０の通信モードの切替が未実施の場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、列車無線車上局４０の通信モードを切り替えると判定し、列車無線車上局４０に対して通信モードの切替を指示する（ステップＳ３０７）。車上測距装置２０ａは、列車無線車上局４０の通信モードの切替が実施されていた場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、ステップＳ３０７の動作を省略する。

　なお、実施の形態２では、車上測距装置２０ａに複数の距離情報を集約して車上測距装置２０ａすなわち列車６０ａの位置を推定する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、各地上測距装置１０が車上測距装置２０ａからの応答信号に基づいて伝搬遅延時間から地上測距装置１０と車上測距装置２０ａとの間の距離を推定し、距離情報を地上測距装置１０に集約することで、地上測距装置１０が車上測距装置２０ａの位置を推定してもよい。この場合、地上測距装置１０で推定された車上測距装置２０ａの位置情報を地上測距装置１０から車上測距装置２０ａにフィードバックすることで、車上測距装置２０ａは、地上測距装置１０で推定された車上測距装置２０ａの位置情報に基づいて、通信モードを切り替えることができる。

　また、実施の形態２では、地上測距装置１０から、常時、定期的にビーコン情報を送信し、車上測距装置２０ａが、ビーコン情報を受信次第、応答して測距処理を開始する地上主導型の測距方法の例について説明したが、これに限定されない。例えば、車上測距装置２０ａが、常時、定期的に車上測距装置２０ａが搭載される列車６０ａの車両ＩＤなどの報知情報を送信し、地上測距装置１０が、車上測距装置２０ａからの報知情報を受信次第、応答して測距処理を開始する車上主導型の測距方法であってもよい。

　また、実施の形態２では、３台以上の地上測距装置１０を１つの地上測距装置群と定義して説明したが、これに限定されない。列車６０ａは一次元の線路上を走行するため、車上測距装置２０ａは、１台または２台の地上測距装置１０を用いた測距結果のみでも、十分な精度で列車６０ａの位置を判定できる可能性がある。このような場合、各地上測距装置群は、１台または２台の地上測距装置１０を備える構成であってもよい。

　なお、車上測距装置２０ａのハードウェア構成は、実施の形態１で説明した車上測距装置２０のハードウェア構成と同様である。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、列車無線システム７０ａは、複数の地上測距装置群を備えることとした。これにより、車上測距装置２０ａは、通信モードの誤切替の確率を低減し、通信モード切替の信頼性をより高めることができる。また、車上測距装置２０ａは、通信モードの切替を実施しないまま列車６０ａが次のゾーンに進入してしまった場合でも、次のゾーンに進入後に通信モードの切替を実施することができる。

実施の形態３．
　実施の形態２において、列車無線システム７０ａは、ゾーンごと、およびゾーン境界ごとに地上測距装置群を備えている。列車無線システム７０ａが備える地上測距装置群の数を削減するためには、例えば、列車６０ａが走行する上り線および下り線のように進行方向は異なるが並走している複数の線路に対して、同一の地上測距装置群で通信エリアをカバーできるようにすることが望ましい。実施の形態３では、列車無線システムが備える地上測距装置群の数を削減する場合について説明する。

　図１８は、実施の形態２の列車無線システム７０ａで想定している地上測距装置群の設置例を示す図である。図１８では、上り線および下り線のそれぞれに対して異なる地上測距装置群が設置されている状態を示している。上り線においては、ゾーンＡ地上測距装置群５２が切替予告用の役割を担い、ゾーン境界地上測距装置群５１が切替確定用の役割を担い、ゾーンＢ地上測距装置群５３が強制切替用の役割を担う。また、下り線においては、ゾーンＢ地上測距装置群５６が切替予告用の役割を担い、ゾーン境界地上測距装置群５４が切替確定用の役割を担い、ゾーンＡ地上測距装置群５５が強制切替用の役割を担う。図１８に示すように、ゾーン境界地上測距装置群５１は地上測距装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃを備え、ゾーンＡ地上測距装置群５２は地上測距装置５２ａ，５２ｂ，５２ｃを備え、ゾーンＢ地上測距装置群５３は地上測距装置５３ａ，５３ｂ，５３ｃを備える。また、ゾーン境界地上測距装置群５４は地上測距装置５４ａ，５４ｂ，５４ｃを備え、ゾーンＡ地上測距装置群５５は地上測距装置５５ａ，５５ｂ，５５ｃを備え、ゾーンＢ地上測距装置群５６は地上測距装置５６ａ，５６ｂ，５６ｃを備える。実施の形態２では、各地上測距装置群の地上測距装置１０から地上測距装置１０の役割情報をビーコン情報に含めて列車６０ａに送信することによって、列車６０ａは、図１６および図１７に示すフローチャートの動作に基づいて、通信モード切替の処理を実現することが可能であった。

　図１９は、実施の形態３の列車無線システム７０ｂで想定している地上測距装置群の設置例を示す図である。図１９では、上り線および下り線で共用の地上測距装置群が設置されている状態を示している。すなわち、列車無線システム７０ｂでは、地上測距装置群の通信エリアが上り線および下り線に跨って形成されている。図１９に示すように、ゾーン境界地上測距装置群５７は地上測距装置５７ａ，５７ｂ，５７ｃを備え、ゾーンＡ地上測距装置群５８は地上測距装置５８ａ，５８ｂ，５８ｃを備え、ゾーンＢ地上測距装置群５９は地上測距装置５９ａ，５９ｂ，５９ｃを備える。

　図１９に示すような列車無線システム７０ｂの構成の場合、列車６０ａの進行方向によって、各地上測距装置群で担当すべき役割が異なってくる。各地上測距装置群で担当すべき役割とは、切替予告用の役割を担うのか、または切替確定用の役割を担うのか、または強制切替用の役割を担うのかである。そのため、列車６０ａは、列車６０ａの進行方向を把握し、各地上測距装置群の役割を正しく把握する必要がある。列車６０ａが列車６０ａの進行方向を把握する方法については、例えば、列車６０ａの車上測距装置２０ａにおいて、車上測距装置２０ａと地上測距装置群との間の測距処理を時間的にある程度密に行う。１つの地上測距装置群の配下のエリアを列車６０ａが通過する間に車上測距装置２０ａが測距処理を複数回実行できるようにすれば、列車６０ａは、車上測距装置２０ａの測距結果の時間的な遷移を観測することによって、列車６０ａの進行方向を正しく把握することができる。

　図２０は、実施の形態３に係る列車６０ａの車上測距装置２０ａで測距される車上測距装置２０ａと地上測距装置１０との間の相対距離の推移の例を示す第１の図である。図２１は、実施の形態３に係る列車６０ａの車上測距装置２０ａで測距される車上測距装置２０ａと地上測距装置１０との間の相対距離の推移の例を示す第２の図である。列車６０ａは、例えば、時刻１→時刻２→時刻３→時刻４という時刻変化に伴って観測された測距結果の時間遷移が図２０に示すようなものであった場合、列車６０ａが上り線を走行していることが把握できる。列車６０ａは、図２０の内容から、地上測距装置５８ａ，５８ｂ，５８ｃに接近しつつ、地上測距装置５８ｃよりも地上測距装置５８ａの近くにいることが分かるためである。また、列車６０ａは、例えば、時刻１→時刻２→時刻３→時刻４という時刻変化に伴って観測された測距結果の時間遷移が図２１に示すようなものであった場合、列車６０ａが下り線を走行していることが把握できる。列車６０ａは、図２１の内容から、地上測距装置５９ａ，５９ｂ，５９ｃに接近しつつ、地上測距装置５９ａよりも地上測距装置５９ｃの近くにいることが分かるためである。

　ここで、列車６０ａは、上り線を走行しているのか、または下り線を走行しているのかによって、通信モードの切替方法が変わってくることになる。例えば、列車６０ａは、上り線を走行中の場合、前述したような周波数チャネル、シンクワードなどの通信モードを、ゾーンＡ用の通信モードからゾーンＢ用の通信モードに切り替える。これに対して、列車６０ａは、下り線を走行中の場合、前述したような周波数チャネル、シンクワードなどの通信モードを、ゾーンＢ用の通信モードからゾーンＡ用の通信モードに切り替える。この点に関して、例えば、上り線のときの通信モードの切替方法および下り線のときの通信モードの切替方法の双方の情報を、地上測距装置群から車上測距装置２０ａに対して常時ビーコン情報によって送信しておく。これにより、列車６０ａは、前述のような方法で列車６０ａの進行方向を把握できれば、列車６０ａの列車無線の通信モードの切替方法を正しく選択し、通信モードを切り替えることが可能となる。

　なお、実施の形態３では、車上測距装置２０ａに複数の距離情報を集約して車上測距装置２０ａすなわち列車６０ａの位置を推定する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、各地上測距装置が車上測距装置２０ａからの応答信号に基づいて伝搬遅延時間から地上測距装置と車上測距装置２０ａとの間の距離を推定し、距離情報を地上測距装置に集約することで、地上測距装置が車上測距装置２０ａの位置を推定してもよい。この場合、地上測距装置で推定された車上測距装置２０ａの位置情報を地上測距装置から車上測距装置２０ａにフィードバックすることで、車上測距装置２０ａは、地上測距装置で推定された車上測距装置２０ａの位置情報に基づいて、通信モードを切り替えることができる。

　また、実施の形態３では、地上測距装置から、常時、定期的にビーコン情報を送信し、車上測距装置２０ａが、ビーコン情報を受信次第、応答して測距処理を開始する地上主導型の測距方法の例について説明したが、これに限定されない。例えば、車上測距装置２０ａが、常時、定期的に車上測距装置２０ａが搭載される列車６０ａの車両ＩＤなどの報知情報を送信し、地上測距装置が、車上測距装置２０ａからの報知情報を受信次第、応答して測距処理を開始する車上主導型の測距方法であってもよい。

　また、実施の形態３では、３台以上の地上測距装置を１つの地上測距装置群と定義して説明したが、これに限定されない。列車６０ａは一次元の線路上を走行するため、１台または２台の地上測距装置を用いた測距結果のみでも、車上測距装置２０ａは、十分な精度で列車６０ａの位置を判定できる可能性がある。このような場合、各地上測距装置群は、１台または２台の地上測距装置を備える構成であってもよい。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、列車６０ａは、地上測距装置群と車上測距装置２０ａとの間の測距結果の時間遷移を観測することで、列車６０ａの進行方向を把握することができる。これにより、列車無線システム７０ｂは、列車６０ａが走行する上り線および下り線のように進行方向は異なるが並走している複数の線路に対して、同一の地上測距装置群で通信エリアをカバーできる。この結果、列車無線システム７０ｂは、実施の形態２の列車無線システム７０ａと比較して、地上測距装置群の数を削減することができる。

実施の形態４．
　実施の形態１から実施の形態３において、地上測距装置から常時、定期的にビーコン情報を送信し、当該情報を受信次第、車上測距装置が応答して測距処理を開始する地上主導型の測距方法、および車上測距装置が常時、定期的に車上測距装置が搭載される列車の車両ＩＤなどの報知情報を送信し、当該情報を受信次第、地上測距装置が応答して測距処理を開始する車上主導型の測距方法について説明した。しかしながら、特に実施の形態１および実施の形態２において、地上主導型の測距方法を選択した場合、並走している複数の線路に対して、それぞれ異なる地上測距装置群を比較的近い位置に設置することから、地上測距装置から送信されるビーコン信号をはじめとした無線信号が複数線路間で干渉してしまう可能性がある。

　これらの無線信号が互いに干渉とならないようにするための対策の一例として、以下のような方法が考えられる。例えば、地上測距装置と車上測距装置との間で通信が必要となる時間帯は、地上測距装置の配下を車上測距装置が走行する時間帯に限られる。そのため、地上測距装置は、地上測距装置の配下のエリアを車上測距装置、すなわち列車が走行する時間帯をダイヤ情報などから予め把握しておくことで、配下のエリアを車上測距装置、すなわち列車が走行しない時間帯ではビーコン信号の送信を停止することができる。これにより、干渉が発生する確率を低減することが可能となる。

　さらに、異なる地上測距装置群の間で細かくタイムスロットを区切って適切に送信時間の割り当てを行うことによって、地上測距装置群は、互いが送信する信号による干渉を回避することが可能となる。また、当然のことながら、異なる地上測距装置群から送信される信号による干渉を回避するため、各地上測距装置群の間で周波数チャネルを分けるという手法を用いてもよい。上記の例以外にも、各地上測距装置群に対して異なる拡散符号を割り当てることで、各地上測距装置群の間で同一時間、同一周波数で符号多重するという手法も考えられる。すなわち、列車無線システム７０，７０ａ，７０ｂでは、車上測距装置と複数の地上測距装置の各々との間の通信に対して、異なる送信タイムスロットが割り当てられ、複数の通信が時分割で共存していてもよいし、異なる周波数チャネルが割り当てられ、複数の通信が周波数別に共存していてもよいし、異なる拡散符号が割り振られ、複数の通信が符号多重して共存していてもよい。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態１から実施の形態３に対して干渉を回避するような手法を行うことによって、複数の線路が近接して並走するような環境においても、干渉の影響を回避し、地上測距装置群と車上測距装置との間で安定した測距通信が行えるようになり、結果として安定した列車無線の通信モードの切替を実現できる。

　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。

　１　移動装置、２，２ａ～２ｃ　固定装置、３ａ～３ｃ　円周、１０，１０ａ～１０ｉ，５１ａ～５１ｃ，５２ａ～５２ｃ，５３ａ～５３ｃ，５４ａ～５４ｃ，５５ａ～５５ｃ，５６ａ～５６ｃ，５７ａ～５７ｃ，５８ａ～５８ｃ，５９ａ～５９ｃ　地上測距装置、１１，２１　アンテナ、１２，２２　サーキュレータ、１３　地上測距装置送信部、１４　地上測距装置受信部、２０，２０ａ　車上測距装置、２３　車上測距装置送信部、２４，２４ａ　車上測距装置受信部、２５　地上測距装置相対距離算出部、２６，２６ａ　ビーコン情報解析部、２７　位置算出部、２８，２８ａ　エリア到達判定部、２９，２９ａ　通信モード切替判定部、３０Ａ，３０Ｂ　列車無線地上局、４０　列車無線車上局、５０，５１，５４，５７　ゾーン境界地上測距装置群、５０Ａ，５２，５５，５８　ゾーンＡ地上測距装置群、５０Ｂ，５３，５６，５９　ゾーンＢ地上測距装置群、６０，６０ａ　列車、７０，７０ａ，７０ｂ　列車無線システム、９０，９３　処理回路、９１　プロセッサ、９２　メモリ、２５１－１～２５１－Ｎ　相対距離算出部。

Claims

　列車に搭載される車上測距装置であって、
　前記車上測距装置と複数の地上測距装置との間の無線通信の伝搬遅延時間に基づいて、前記車上測距装置と前記複数の地上測距装置との間の相対距離を算出する地上測距装置相対距離算出部と、
　前記複数の地上測距装置から送信される報知情報であるビーコン情報を解析し、前記複数の地上測距装置の絶対位置情報、前記複数の地上測距装置が設置されるエリアを示すエリア情報、および前記列車が走行する通信エリアによって前記列車に搭載される列車無線車上局が通信モードを切り替えるための通信モード切替方法情報を取得するビーコン情報解析部と、
　前記相対距離と前記絶対位置情報とに基づいて、前記車上測距装置の位置を算出する位置算出部と、
　前記車上測距装置の位置と前記エリア情報とに基づいて、前記車上測距装置が前記エリアに到達したか否かを判定するエリア到達判定部と、
　前記エリア到達判定部で前記車上測距装置が規定された前記エリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成する通信モード切替判定部と、
　を備え、
　前記列車無線車上局に対して前記通信モード切替方法情報および前記通信モード切替指示信号を出力することを特徴とする車上測距装置。
　前記複数の地上測距装置からなる地上測距装置群が、前記列車無線車上局が異なる通信モードで通信を行う第１のゾーンと第２のゾーンとの境界に対して規定された範囲に設置され、
　前記ビーコン情報解析部は、前記エリア情報として、前記列車無線車上局が通信モードの切替を実施する前記エリアである通信モード切替エリアを示す通信モード切替エリア情報を取得し、
　前記エリア到達判定部は、前記車上測距装置の位置と前記通信モード切替エリア情報とに基づいて、前記車上測距装置が前記通信モード切替エリアに到達したか否かを判定し、
　前記通信モード切替判定部は、前記エリア到達判定部において前記車上測距装置が前記通信モード切替エリアに到達したと判定された場合、前記通信モード切替指示信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の車上測距装置。
　前記複数の地上測距装置からなる第１の地上測距装置群が、前記列車無線車上局が異なる通信モードで通信を行う第１のゾーンと第２のゾーンとの境界から規定された距離を有する前記第１のゾーン内に設置され、
　前記複数の地上測距装置からなる第２の地上測距装置群が、前記境界に対して規定された範囲に設置され、
　前記複数の地上測距装置からなる第３の地上測距装置群が、前記境界から規定された距離を有する前記第２のゾーン内に設置され、
　前記列車が前記第１のゾーン内を前記第２のゾーンに向かって走行中であり、
　前記ビーコン情報解析部は、前記エリア情報として、前記列車無線車上局の通信モードの切替を予告する前記エリアである切替予告エリアを示す切替予告エリア情報、前記列車無線車上局の通信モードの切替を確定する前記エリアである切替確定エリアを示す切替確定エリア情報、および前記列車無線車上局の通信モードの切替を強制する前記エリアである強制切替エリアを示す強制切替エリア情報を取得し、
　前記エリア到達判定部は、前記車上測距装置の位置と、前記切替予告エリア情報と、前記切替確定エリア情報と、前記強制切替エリア情報とに基づいて、前記車上測距装置が前記切替予告エリアまたは前記切替確定エリアまたは前記強制切替エリアに到達したか否かを判定し、
　前記通信モード切替判定部は、前記エリア到達判定部において、前記車上測距装置が前記切替予告エリアに到達したと判定され、その後前記車上測距装置が前記切替確定エリアに到達したと判定された場合、または、前記車上測距装置が前記切替予告エリアおよび前記切替確定エリアのうち少なくとも１つに到達したと判定されず、前記車上測距装置が前記強制切替エリアに到達したと判定された場合、前記通信モード切替指示信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の車上測距装置。
　請求項１から３のいずれか１つに記載の車上測距装置から出力される通信モード切替指示信号および通信モード切替方法情報に基づいて、列車無線の通信モードの切替を実施することを特徴とする列車無線車上局。
　請求項１から３のいずれか１つに記載の車上測距装置と、
　請求項４に記載の列車無線車上局と、
　を備えることを特徴とする列車無線システム。
　前記車上測距装置の位置を算出するために前記車上測距装置が信号の送受信を行う複数の地上測距装置、
　を備え、
　前記地上測距装置が、常時、定期的に報知情報を送信し、前記車上測距装置が前記報知情報を受信して前記地上測距装置に対して応答を返信することによって、前記車上測距装置が前記列車無線車上局の通信モードを切り替えるための処理が開始される、
　ことを特徴とする請求項５に記載の列車無線システム。
　前記車上測距装置の位置を算出するために前記車上測距装置が信号の送受信を行う複数の地上測距装置、
　を備え、
　前記車上測距装置が、常時、定期的に報知情報を送信し、前記地上測距装置が前記報知情報を受信して前記車上測距装置に対して応答を返信することによって、前記車上測距装置が前記列車無線車上局の通信モードを切り替えるための処理が開始される、
　ことを特徴とする請求項５に記載の列車無線システム。
　前記車上測距装置と前記複数の地上測距装置の各々との間の通信に対して、異なる送信タイムスロットが割り当てられ、複数の前記通信が時分割で共存している、
　ことを特徴とする請求項６または７に記載の列車無線システム。
　前記車上測距装置と前記複数の地上測距装置の各々との間の通信に対して、異なる周波数チャネルが割り当てられ、複数の前記通信が周波数別に共存している、
　ことを特徴とする請求項６または７に記載の列車無線システム。
　前記車上測距装置と前記複数の地上測距装置の各々との間の通信に対して、異なる拡散符号が割り振られ、複数の前記通信が符号多重して共存している、
　ことを特徴とする請求項６または７に記載の列車無線システム。
　列車に搭載される車上測距装置を制御するための制御回路であって、
　前記車上測距装置と複数の地上測距装置との間の無線通信の伝搬遅延時間に基づいて、前記車上測距装置と前記複数の地上測距装置との間の相対距離を算出、
　前記複数の地上測距装置から送信される報知情報であるビーコン情報を解析し、前記複数の地上測距装置の絶対位置情報、前記複数の地上測距装置が設置されるエリアを示すエリア情報、および前記列車が走行する通信エリアによって前記列車に搭載される列車無線車上局が通信モードを切り替えるための通信モード切替方法情報を取得、
　前記相対距離と前記絶対位置情報とに基づいて、前記車上測距装置の位置を算出、
　前記車上測距装置の位置と前記エリア情報とに基づいて、前記車上測距装置が前記エリアに到達したか否かを判定、
　前記車上測距装置が規定された前記エリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成、
　前記列車無線車上局に対して前記通信モード切替方法情報および前記通信モード切替指示信号を出力、
　を前記車上測距装置に実施させることを特徴とする制御回路。
　列車に搭載される車上測距装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、
　前記プログラムは、
　前記車上測距装置と複数の地上測距装置との間の無線通信の伝搬遅延時間に基づいて、前記車上測距装置と前記複数の地上測距装置との間の相対距離を算出、
　前記複数の地上測距装置から送信される報知情報であるビーコン情報を解析し、前記複数の地上測距装置の絶対位置情報、前記複数の地上測距装置が設置されるエリアを示すエリア情報、および前記列車が走行する通信エリアによって前記列車に搭載される列車無線車上局が通信モードを切り替えるための通信モード切替方法情報を取得、
　前記相対距離と前記絶対位置情報とに基づいて、前記車上測距装置の位置を算出、
　前記車上測距装置の位置と前記エリア情報とに基づいて、前記車上測距装置が前記エリアに到達したか否かを判定、
　前記車上測距装置が規定された前記エリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成、
　前記列車無線車上局に対して前記通信モード切替方法情報および前記通信モード切替指示信号を出力、
　を前記車上測距装置に実施させることを特徴とする記憶媒体。
　列車に搭載される車上測距装置の通信モード切替判定方法であって、
　地上測距装置相対距離算出部が、前記車上測距装置と複数の地上測距装置との間の無線通信の伝搬遅延時間に基づいて、前記車上測距装置と前記複数の地上測距装置との間の相対距離を算出する第１のステップと、
　ビーコン情報解析部が、前記複数の地上測距装置から送信される報知情報であるビーコン情報を解析し、前記複数の地上測距装置の絶対位置情報、前記複数の地上測距装置が設置されるエリアを示すエリア情報、および前記列車が走行する通信エリアによって前記列車に搭載される列車無線車上局が通信モードを切り替えるための通信モード切替方法情報を取得する第２のステップと、
　位置算出部が、前記相対距離と前記絶対位置情報とに基づいて、前記車上測距装置の位置を算出する第３のステップと、
　エリア到達判定部が、前記車上測距装置の位置と前記エリア情報とに基づいて、前記車上測距装置が前記エリアに到達したか否かを判定する第４のステップと、
　通信モード切替判定部が、前記エリア到達判定部で前記車上測距装置が規定された前記エリアに到達したと判定された場合、通信モード切替指示信号を生成する第５のステップと、
　前記車上測距装置が、前記列車無線車上局に対して前記通信モード切替方法情報および前記通信モード切替指示信号を出力する第６のステップと、
　を含むことを特徴とする通信モード切替判定方法。