JP2010120484A - 列車停止制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】安全限界位置の手前に置かれて停止限界を設定する安全余裕距離を、列車の走行状態に応じて動的に変化させて設定することにより、トランスポンダの設置数を少なくしてシステム構成のコストを低減することを可能にする列車停止制御システムを提供する。
【解決手段】安全余裕距離２０６を位置誤差の補正状況に応じて動的に変化させる。トランスポンダ２０４の設置位置を予め格納したデータベースを有し、トランスポンダ２０４による補正が行われたどうかを監視して、補正が行われなかった場合は、安全余裕距離２０６を一定量（次のトランスポンダ２０４までに発生する誤差分）だけ増加させる。または、走行距離等に応じて連続的に安全余裕距離を増加させ、トランスポンダにより補正された場合は、安全余裕距離２０６を一定値にリセットする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動列車制御装置を有する列車停止制御システムに係わり、特に安全上支障のある地点より、安全余裕距離を設けて、支障位置より手前に列車を停車させる鉄道保安システムにおける列車停止制御システムに関するものである。

鉄道信号システムを含む鉄道保安システムにおいては、コスト削減や列車制御の高機能化という観点から、軌道回路によらずに列車の位置を検知し列車に対して安全確保のための制御情報を伝送する方式として、無線信号方式が検討されている。無線信号方式では、一般に、車上で検知した自列車位置を無線によって地上側制御装置に伝送し、地上側ではその列車が安全に進行できる限界位置を求め列車に伝送する。この限界を示す位置を停止限界として、各列車は停止限界までに安全に停止できるように自列車の制御を行う。

このとき、停止限界は実際に安全上支障となる位置である安全限界位置より安全余裕距離を持って手前に設定される。列車位置検知には誤差があるため、余裕距離無しでは、与えられた停止限界に従って停止制御を行っても、列車停車位置が安全限界位置を超える可能性があるからである。安全限界位置に対して安全余裕距離を設けることで、安全限界位置から手前の位置に停車させることを図っている。

また、車輪の空転や車輪径の変化等に起因して位置検知誤差は列車の走行に伴って蓄積される。蓄積される位置検知誤差を補正するために、位置補正用のトランスポンダが線路に沿って一定間隔で設置されている。十分な安全性を確保するため、トランスポンダの設置間隔から発生しうる位置誤差を想定し、安全停止限界位置と停止限界の間に安全余裕距離が固定的に設定されている。

トランスポンダの数が少なく間隔が広いと位置誤差が大きくなり、安全余裕距離も大きくなる。安全余裕距離が大きいと列車間隔の拡大や、駅停車を困難にするなどの課題が発生する。そのため、必要に応じてトランスポンダの設置間隔を密にする必要があった。また、トランスポンダによる補正情報を取りこぼした場合、位置誤差が大きくなり、設定された安全余裕距離では安全が保障されないため、取りこぼしを考慮して、予め安全余裕距離をトランスポンダ２個分の走行を許容する値に設定し、２個連続で取りこぼした場合は、緊急停車により安全を確保していた。

そのため、必要以上に安全余裕距離を長く設定する必要があったり、トランスポンダの異常で列車が停車したり、安全余裕距離を短くするためにトランスポンダの設置数が増加してコスト増を招くという問題があった。
特許第３５７４９１７号公報

そこで、安全限界位置の手前に安全余裕距離を置いて停止限界を設定する列車停止制御システムにおいて、安全余裕距離を列車の走行状態に応じて動的に変化させる点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、安全限界位置の手前に置かれて停止限界を設定する安全余裕距離を、列車の走行状態に応じて動的に変化させることにより、安全余裕距離を変化させて設定することを可能にし、或いはトランスポンダの設置数を少なくしてシステム構成のコストを低減することを可能にする列車停止制御システムを提供することである。

この発明による列車停車制御システムは、列車が安全に走行することができる限界位置としての安全限界位置から安全余裕距離だけ手前の線路上に前記列車の停止限界が設定される列車停車制御システムにおいて、前記列車の走行状態に基づいて前記列車の位置検知誤差を推定し、推定された前記位置検知誤差に応じて前記安全余裕距離を変化させることを特徴としている。

この列車停車制御システムによれば、列車の走行状態に基づいて列車の位置検知誤差を推定し、その推定された位置検知誤差に応じて安全余裕距離を変化させるので、例えば、列車の位置検知誤差が大きくなったと推定されれば、安全余裕距離を長くなるように増加させることで、停止限界が安全限界位置から大きく手前に設定されることになり、列車が安全限界位置を超えて走行することを防止することができる。

この列車停車制御システムにおいて、列車の位置は線路に沿って配置されたトランスポンダを認識することで誤差をゼロにクリアする補正を行うことができるが、前記列車が前記トランスポンダを認識することなく通過したことに応じて、又は前記列車が最後に認識した前記トランスポンダから走行した距離に比例して、或いは前記列車の車輪が空転又は滑走したときの当該空転又は滑走の発生に応じて、前記位置検知誤差が大きくなったと推定し、前記安全余裕距離を増加させることができる。

また、この列車停車制御システムにおいて、前記安全限界位置を参照して前記安全限界位置の手前に設定されている前停止限界に前記列車を制御する車上装置を備えることができ、前記車上装置は前記安全余裕距離を決定することができる。また、前記安全限界位置を算出する地上装置を備え、地上装置は算出した前記安全限界位置を前記列車に伝送することができる。

本発明である列車停車制御システムによれば、特別な装置を用いることなく、安全限界位置の手前に置かれて停止限界を設定する安全余裕距離を、列車の走行状態に応じて動的に変化させて適切に設定することができる。トランスポンダが設置される場合には、トランスポンダの設置数を少なくしてシステム構成のコストを低減することができる。即ち、従来と同じ間隔にトランスポンダを設置した場合、位置検知誤差はトランスポンダ間の一つの区間分の誤差のみ考慮すればよくなるため、安全余裕距離を減少（半減）させることが可能となる。逆に言えば、安全余裕距離を従来と同じ水準で設定した場合、トランスポンダの設置数を低減（半減）することが可能となる。また、走行する列車がトランスポンダによる補正情報をとりこぼしても、安全余裕距離を動的に増加させることで安全が確保できるため、緊急停止する必要がなく、トランスポンダ故障による不要な緊急停止を回避可能となる。

以下、図面に基づいて本発明による列車停止制御システムの実施例を説明する。

図２に本発明による列車停止制御システムの実施例１におけるシステム構成を示し、図２（ａ）は安全余裕距離が伸長されない通常の状態を示す。
このシステム構成によれば、列車２０３は、地上信号システムより与えられた安全限界位置２０１に従って自列車の制御を行う。安全限界位置２０１を地上信号システムから列車２０３に伝送する手段が必要であるが、この伝送手段については無線伝送やレールに信号を流す等の、システムの構成に応じた適宜の手段を採用することができる。しかしながら、この伝送手段は、本発明の範囲外であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。

列車２０３は、自列車の制御において、安全限界位置２０１から安全余裕距離２０６（例えば、５０ｍ程度）だけ手前を停止限界２０２としており、停止限界２０２を起点として安全速度パターン２０５を算出し、安全速度パターン２０５に従って速度制御を行う。これにより、列車２０３は、停止限界２０２で安全に停止することができる。安全速度パターン２０５は、自列車性能や、勾配、曲線、速度制限等を考慮して算出すれば良い。また、速度制御については安全速度パターン２０５を超えないように列車２０３のブレーキ制御を行えばよい。安全速度パターン２０５の算出とそれに基づく速度制御方法については、本発明の範囲外であり且つ良く知られた事項であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。

安全余裕距離２０６は位置検知の精度に応じて決定される。位置検知誤差は列車の走行によって車輪が滑る・空転する等に起因して蓄積される。通常の列車走行においては、約０．３％の誤差を生じることが経験的に判明している。列車が線路に沿って適宜間隔で配置されている位置補正用のトランスポンダ２０４上を通過し、トランスポンダ２０４から情報を入手することで、当該位置検知誤差は補正される。安全限界位置２０１を超えて列車が走行しないように、安全余裕距離２０６は位置検知誤差が大きいときには大きく設定しなければならない。そこで、本発明では、位置検知の状況に応じて安全余裕距離２０６を動的に変化させている。

位置補正用のトランスポンダ２０４，２０４…の間隔は一定になるように設置されており、トランスポンダ２０４，２０４間である一つのトランスポンダ区間で生じる位置検知誤差を想定することが可能である。安全余裕距離２０６を、この想定される位置検知誤差以上に設定することで、安全性、即ち、誤差無しとしたときに設定される安全余裕距離２０６に基づく停止限界２０２で列車２０３を停止させることを保証することができる。

そこで、安全余裕距離２０６を一つのトランスポンダ区間で生じる位置検知誤差を元に設定する。すべてのトランスポンダ２０４を正常に認識できていれば、同じ安全余裕距離２０６を保持し続けることで、安全性は維持される。トランスポンダ２０４を認識できなかった場合は、位置検知誤差が想定以上になる恐れがあるので、安全余裕距離２０６を倍の長さに増やして設定する。このように、トランスポンダ２０４の認識に失敗するたびに安全余裕距離２０６を増加させることで、安全性を維持することが可能となる。トランスポンダ２０４の認識失敗の検知方法については後述する。

図１に車上装置１０１の構成を示す。図１を用いてデータの入力から安全余裕距離２０６決定までの処理を順に説明する。なお、本来、安全速度パターンの作成や速度制御も車上装置１０１の機能であるが、本発明の範囲外であるため省略している。

位置検知手段１０５はまず、初期位置を確定する。初期位置の確定にはトランスポンダ２０４の認識が必要である。トランスポンダ受信手段１０８はトランスポンダ情報１０３を受信する。トランスポンダ情報１０３はトランスポンダ受信機等、外部の装置で生成すれば良い。トランスポンダ情報１０３を受信したトランスポンダ受信手段１０８は、その情報を位置検知手段１０５に伝送する。トランスポンダ情報１０３を受信した位置検知手段１０５は、トランスポンダ位置記憶媒体１０４を参照し、当該トランスポンダ２０４の位置を確認し、列車位置を当該トランスポンダ位置に補正する。トランスポンダ位置記憶媒体１０４は、トランスポンダ２０４の設置位置等を予め格納したデータベースである。安全余裕距離算出手段１０７は、安全余裕距離２０６を一つのトランスポンダ区間で想定される位置検知誤差を元に決定し、安全余裕距離記憶媒体１０６に格納する。

位置検知手段１０５はセンサ１０２からの情報を受信して位置の更新を行う。センサ１０２としては、速度発電機等の速度を検知できるセンサを用いても良いし、ＧＰＳ等の位置を検知できるセンサを用いても良い。本発明はセンサの具体的な内容に依らない。

トランスポンダ受信手段１０８は列車２０３が次のトランスポンダ２０４を通過した際に、当該次のトランスポンダ情報１０３を受信する。このトランスポンダ情報１０３を受信したときに、その情報を位置検知手段１０５に伝送し、位置検知手段１０５はトランスポンダ位置記憶媒体１０４を参照し、列車位置を補正する。正しくトランスポンダ２０４を認識できれば、安全余裕距離記憶媒体１０６に格納されている安全余裕距離２０６は一定値にリセットされる（変更ない場合には変更されない）。

位置検知手段１０５はトランスポンダ位置記憶媒体１０４を参照し、位置検知誤差を考慮した上で、次のトランスポンダ２０４があるべき位置を列車が通過しても、トランスポンダ情報１０３を受信しなかった場合、トランスポンダ２０４の認識に失敗したと判断して、安全余裕距離２０６を変更する。即ち、位置検知手段１０５はトランスポンダ２０４による補正が行われたどうかを監視する機能がある。列車２０３がトランスポンダ２０４を認識することなく通過したことに応じて、位置検知誤差が大きくなったと推定される。安全余裕距離２０６の変更は、一定量（次のトランスポンダまでに発生する誤差分）増加によって行われる。具体的には、トランスポンダ２０４の設置間隔が一定であれば、安全余裕距離２０６を倍の長さに設定する（この安全余裕距離２０６が伸長されたときの様子が図２（ｂ）に示されている）。次のトランスポンダ２０４の認識にも失敗した場合には、更に安全余裕距離２０６を増加させる。トランスポンダ２０４の認識したときに、列車の位置を補正し、安全余裕距離２０６も初期値に戻す。

以上のような処理を行うことにより、トランスポンダ２０４の認識に失敗し、位置検知誤差が大きくなったときにでも、安全に列車２０３の走行を続けることが可能となる。また、安全余裕距離の初期値を一つのトランスポンダ区間で想定される位置検知誤差で設定できるため、従来と比較して、より安全余裕距離２０６を小さくする、又は初期値としての安全余裕距離２０６を変えないのであれば、設置されるトランスポンダ２０４の数を減らしてトランスポンダ区間を長く取ることが可能となる。

図３は図１に示す車上装置１０１の安全余裕距離変更フローを表す。
ステップ３０１：トランスポンダを認識することで、列車の初期位置を確定し、ステップ３０２へ進む。
ステップ３０２：安全余裕距離２０６の初期値を設定する。初期値は一つのトランスポンダ区間の走行で想定される位置検知誤差により決定される。ステップ３０３へ進む。
ステップ３０３：列車の走行中、ステップ３０４からステップ３０９の処理を繰り返すことにより、列車位置の更新と安全余裕距離２０６の更新を行う。

ステップ３０４：センサ１０２からの入力に従って列車位置を更新する。ステップ３０５へ進む。
ステップ３０５：トランスポンダを認識したか判断する。その判断はトランスポンダ情報１０３の受信の有無で判断し、受信があれば認識したと判断する。トランスポンダを認識すればステップ３０６へ進む。認識していない場合は、ステップ３０８へ進む。
ステップ３０６：認識したトランスポンダの位置を、トランスポンダ位置記憶媒体１０４を参照して検索し、認識したトランスポンダ位置に列車位置を補正し、ステップ３０７へ進む。
ステップ３０７：安全余裕距離２０６を初期値にリセットする。したがって、トランスポンダを連続で正しく認識できていれば、安全余裕距離２０６は変更なく初期値のまま保持される。ステップ３０８へ進む。

ステップ３０８：トランスポンダの認識に失敗したかどうか判断する。その判断はトランスポンダ位置記憶媒体１０４から次に認識されるべきトランスポンダの位置を参照し、現在の列車位置と比較して、位置検知誤差も考慮した上で、列車位置が次のトランスポンダの位置を超えていれば、認識に失敗したと判断する。トランスポンダの認識に失敗した場合はステップ３０９へ進む。
ステップ３０９：トランスポンダの認識に失敗した場合は、正しく列車位置の補正が行えないため、位置検知誤差が大きくなる恐れがある。そこで、安全余裕距離２０６を変更する。具体的には安全余裕距離２０６を初期値分増加させる。したがって、続けてトランスポンダの認識に失敗した場合は、その失敗した数に応じて、安全余裕距離２０６は増加することになる。

本実施例１のように列車停止制御システムを構成することにより、トランスポンダの認識に失敗しても安全性を保てるように安全余裕距離を適切に変更することが可能となる。また、安全余裕距離の初期値をトランスポンダの認識の失敗を想定せずに設定することが可能となるため、従来と比較して、安全余裕距離の初期値を小さくする、又は、安全余裕距離の初期値を変更しない場合には、線路に沿って設置されるトランスポンダの数を減らすことが可能となる。

上記の実施例１では、安全余裕距離２０６はトランスポンダ２０４の認識に失敗したときにのみ変更する構成としたが、より自由度を高くして、列車の走行に合わせて安全余裕距離を変更する構成も可能であり、この構成例を実施例２として説明する。

実施例２の構成については実施例１の図１と図２と略同一である。実施例２の構成が実施例１の構成と異なるのは、図１において、実施例１では位置検知手段１０５がトランスポンダの認識に失敗したときのみ安全余裕距離２０６を変更していたのに対して、本実施例２では、列車の走行に応じて常に安全余裕距離２０６を変更する点である。また、安全余裕距離の初期値も実施例１に比べて小さく設定する。これは実施例２ではトランスポンダ２０４を認識した時点で、位置検知誤差はほぼ０と想定され、その場合、安全余裕距離２０６は小さくでも安全上問題ないからである。

図４は前記車上装置１０１の安全余裕距離変更フローを表す。
ステップ４０１〜４０４はステップ３０１〜３０４と同じであり、ステップ４０６〜４０８はステップ３０５〜３０７と同じであるため、それらのステップについての説明を省略する。異なるのはステップ３０８〜３０９に相当する処理がなく、ステップ４０５が追加となっている点である。

ステップ４０５：列車の走行に合わせて安全余裕距離２０６を変更する。具体的には位置検知誤差は列車の走行に合わせて蓄積するため、列車走行により想定される位置検知誤差を算出し、想定される位置検知誤差で安全性が保たれるように安全余裕距離２０６を設定する。想定される位置検知誤差は、最後のトランスポンダを認識してからの移動距離に比例して大きくなると推定（算出）させても良いし、空転や滑走を検知して算出して、空転又は滑走の発生に応じて、位置検知誤差が大きくなったと推定しても良く、その算出方法は種々考えられ、本発明はその算出方法に依らない。安全余裕距離２０６についても、列車２０３が最後に認識したトランスポンダ２０４からの走行距離等に応じて増加させ、好ましくは連続的に増加させることができる。その後、ステップ４０６へ進む。

本実施例２のように列車停止制御システムを構成することにより、実施例１の効果に加えて、より細かく安全余裕距離２０６を設定することが可能となり、列車運行の自由度が高くなる。また、トランスポンダの間隔を仮定する必要がないため、トランスポンダの設置位置の自由度も高くなり、システム構築が楽になる。

上記のように、実施例１と実施例２では、安全余裕距離の算出は車上装置で行っているが、安全余裕距離の算出を地上装置で行うことも可能である。列車の走行状態は必要な情報を無線等の伝送手段を用いて、地上装置に伝送することで、地上装置でも同じように把握することが可能である。地上側で安全余裕距離を考慮した停止限界を算出し、車上装置に伝送することで、車上装置は安全余裕距離を意識することなく処理を行うことができ、車上装置の処理を単純化することが可能となる。具体的には安全余裕距離算出手段１０７を地上装置に実装すればよい。

実施例１における車上装置１０１の構成を示すブロック図。 実施例１における列車停止制御システムの構成例を示すブロック図。 実施例１における車上装置１０１の安全余裕距離変更の処理フロー。 実施例２における車上装置１０１の安全余裕距離変更の処理フロー。

符号の説明

１０１…車上装置 １０２…センサ
１０３…トランスポンダ情報 １０４…トランスポンダ位置記憶媒体
１０５…位置検知手段 １０６…安全余裕距離記憶媒体
１０７…安全余裕距離算出手段 １０８…トランスポンダ受信手段
１１０…カテゴリ記憶媒体
２０１…安全限界位置 ２０２…停止限界
２０３…列車 ２０４…位置補正トランスポンダ
２０５…安全速度パターン ２０６…安全余裕距離

Claims (7)

1. 列車が安全に走行することができる限界位置としての安全限界位置から安全余裕距離だけ手前の線路上に前記列車の停止限界が設定される列車停車制御システムにおいて、前記列車の走行状態に基づいて前記列車の位置検知誤差を推定し、推定された前記位置検知誤差に応じて前記安全余裕距離を変化させることを特徴とする列車停車制御システム。
2. 前記列車の位置は前記線路に沿って配置されたトランスポンダを認識することで補正され、前記列車が前記トランスポンダを認識することなく通過したことに応じて、前記位置検知誤差が大きくなったと推定し、前記安全余裕距離を増加させることを特徴とする請求項１記載の列車停車制御システム。
3. 前記列車の位置は前記線路に沿って配置されたトランスポンダを認識することで補正され、前記列車が最後に認識した前記トランスポンダから走行した距離に比例して前記位置検知誤差が大きくなったと推定し、前記安全余裕距離を増加させることを特徴とする請求項１記載の列車停車制御システム。
4. 前記列車の車輪が空転又は滑走したときの当該空転又は滑走の発生に応じて、前記位置検知誤差が大きくなったと推定し、前記安全余裕距離を増加させることを特徴とする請求項１記載の列車停車制御システム。
5. 前記安全限界位置を参照して前記安全限界位置の手前に設定されている前停止限界に前記列車を制御する車上装置を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の列車停車制御システム。
6. 前記安全余裕距離を前記車上装置で決定することを特徴とする請求項５に記載の列車停車制御システム。
7. 前記安全限界位置を算出し、算出した前記安全限界位置を前記列車に伝送することができる地上装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の列車停車制御システム。

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