JP2013100111A - 異常原因特定装置、異常原因特定システム、および異常原因特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体で発生した異常を即座に検知し、異常原因を特定することが可能な異常原因特定装置、異常原因特定システム、および異常原因特定方法を得る。
【解決手段】列車に適用され、車両１に搭載される複数の機器から測定値１０を入力として、機器にて発生した異常原因を特定する異常原因特定装置４であって、基準値２０と測定値１０とを照合し、機器毎に測定値１０が正常であるか否かを判定する異常判定部１２と、車両１毎に、測定値１０が異常と判定された異常機器の車両１における取付位置の分布状態に応じて、異常発生原因が、機器固有の要因に起因するか他の要因に起因するかを特定し、異常原因を示す情報１４として出力する異常原因特定部１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行中の移動体、特に電車において測定された値に対して異常検知を実施し、その原因を特定する異常原因特定装置、異常原因特定システム、および異常原因特定方法に関するものである。

下記特許文献１に示される従来技術は、移動体内での処理負荷を軽減するために、異常を検出するための条件を地上側で解析および抽出し、無線を通じて移動体に当該条件を送信することにより、移動体での異常を検出するための条件を更新する。このように、従来技術は、抽出された条件に従って、移動体内部で処理を行い、異常検知を実施している。

特許第４１７７１５４号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術は、予め地上側で抽出した条件に基づいて異常検知を実施しているため、抽出した条件以外の異常が発生した場合には、異常を検知することができないという問題があった。また、上記特許文献１に示される従来技術は、異常検知を実施するのみであり、検知された異常の原因を特定することができないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、移動体で発生した異常を即座に検知し、異常原因を特定することが可能な異常原因特定装置、異常原因特定システム、および異常原因特定方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車に適用され、車両に搭載される複数の機器からの動態値を入力として、前記機器にて発生した異常原因を特定する異常原因特定装置であって、所定の基準値と前記動態値とを照合し、前記機器毎に前記動態値が正常であるか否かを判定する異常判定部と、前記車両毎に、前記動態値が異常と判定された異常機器の車両における取付位置の分布状態に基づいて、異常発生原因が、前記機器固有の要因に起因するかまたは他の要因に起因するかを特定し、異常原因を示す情報として出力する異常原因特定部と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、走行時の移動体において複数のセンサで測定された値と基準値とを比較し、異常であると判定されたセンサの値と他のセンサの値とを用いて異常が測定された範囲を特定するようにしたので、移動体で発生した異常を即座に検知し、異常原因を特定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる異常原因特定装置の構成を示す図である。 図２は、異常検知処理を説明するためのフローチャートである。 図３は、異常原因特定処理を説明するためのフローチャートである。 図４は、車軸部分に異常が発生していること示す図である。 図５は、特定区間のレールに異常が発生していること示す図である。 図６は、路線環境による異常が発生していること示す図である。 図７は、実施の形態２にかかる異常原因特定システムによる異常原因特定処理を説明するためのフローチャートである。 図８は、特有の列車で発生した異常の具体例を説明するための図である。 図９は、運転操作ミスなどで発生した異常の具体例を説明するための図である。 図１０は、路線環境などで発生した異常の具体例を説明するための図である。 図１１は、実施の形態３にかかる異常原因特定装置による異常原因特定処理を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明にかかる異常原因特定装置、異常原因特定システム、および異常原因特定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各実施の形態を組み合わせて同時に実施してもよい。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる異常原因特定装置の構成を示す図である。ここでは、移動体として電車を例にして説明する。図１（ａ）において、電車の各車両１には、センサ２と異常原因特定装置４とが設置されている。

図１（ｂ）において、異常原因特定装置４は、主たる構成として、各車両１のセンサ２から送出された測定値（動態値）１０を保存する記憶部１１と、測定値１０を用いて各センサ２が配設された車軸部分で異常が発生しているか否かを判定する異常判定部１２と、異常が測定された範囲を特定する異常原因特定部１３とを有して構成されている。測定値１０は、車両が路線上にある際（走行時、駅等での停車時の両者を含む）の車両の状態を示す値である。

上述したセンサ２は、全ての車両１もしくは複数の車両１に配設され、車両１の一または複数の台車または機器に取り付けられており、図１（ａ）では車両１の全台車の左側および右側の車軸８箇所に分散して配設されている。そして、センサ２は、台車の振動を測定し、測定値１０として異常原因特定装置４に送信する。センサ２が振動を測定する周期は、例えば、１秒単位や５００ミリ秒単位とするが、当該周期に限定されるものではなく、これ以上の周囲あるいはこれ以下の周期でもよい。

センサ２から出力された測定値１０は、例えば、列車内のネットワークを介して、記憶部１１に保存される。測定値１０の送信周期は、例えば、０秒単位や５秒単位とするが、当該送信周期に限定されるものではなく、センサ２の処理能力や移動体のネットワーク速度を考慮して決めてもよい。

記憶部１１には、大容量の測定値１０を蓄積可能なハードディスクなどを使用するとよい。また、測定値１０を記憶部１１に保存する際、列車内のネットワークを介して、同時刻における列車情報９を入手し、記憶部１４に保存を行う。ここでいう列車情報９とは、キロ程情報、速度、ノッチ情報、駅名、線区名、列車番号、架線電圧、時刻、空調機器の設定温度、戸閉装置のドア開閉指令情報などを指す。なお、記憶部１１は、異常原因特定装置４内に１つ搭載されているが、複数の車両１に設置してもよい。

（異常検知動作）
次に、異常原因特定装置４の動作について説明する。図２は、異常検知処理を説明するためのフローチャートである。異常判定部１２は、まず、記憶部１１に保存された測定値１０と、記憶部１１に保存されているデータであって過去の測定値１０から導出された基準値（第１の基準値）とを読込む。そして、読込んだ測定値１０と第１の基準値とに基づいて、新たな基準値（第２の基準値）を算出する（ステップＳ１０）。第２の基準値を導出する手法は、測定値１０がどのように分布しているかを表わす平均値や標準偏差などを使用する。このように、第１の基準値を利用することにより、列車内における演算処理の負担を軽減することが可能である。

異常判定部１２は、導出した第２の基準値を、第１の基準値に上書きすることにより常に最新の基準値（第３の基準値）２０を得る（ステップＳ１１)。その後、異常判定部１２は、導出された基準値２０と測定値１０との比較を実施する（ステップＳ１３)。

最後に、異常判定部１２は、基準値２０と測定値１０とが略同様の値である場合（ステップＳ１３，Ｙｅｓ）、測定値１０が正常であると判定し（ステップＳ１４）、測定データと基準値２０が異なる場合（ステップＳ１３，Ｎｏ）、測定値１０が異常であると判定する（ステップＳ１５）。

異常判定部１２は、各センサ２で測定された個々の測定値１０に対して、上述した処理を実施する。そして、車両１に設置された全てのセンサ２の測定値１０が正常と判定された場合には、異常検知処理を終了とする。また、車両１に設置されたセンサ２の中に、１つでも測定値１０が異常と判定されたものがある場合には、異常原因特定部１３において異常原因特定処理を実施する。

次に、本実施の形態による異常原因特定処理について説明する。図３は、異常原因特定処理を説明するためのフローチャートであり、図４は、車軸部分に異常が発生していること示す図であり、図５は、特定区間のレールに異常が発生していること示す図であり、図６は、路線環境による異常が発生していること示す図である。

図３において、異常原因特定部１３は、図２のステップＳ１５で、測定値１０が異常と判定されたセンサが存在する場合、その周囲のセンサ２に着目し、周囲のセンサ２の測定値１０が正常であるとき（ステップＳ２０，Ｙｅｓ）、測定値１０が異常と判定されたセンサ２が取り付けられている車軸部に異常、故障、あるいは劣化があると判定する(ステップ２１）。判定結果は、異常原因を示す情報１４として、例えば、運転台の表示器に対して出力される。

以下、具体的に説明すると、図４において、車両１には、複数のセンサ２ａ〜２ｈが配設され、各センサ２ａ〜２ｈで測定された測定値１０は、異常原因特定装置４に送信される。ここで、センサ２ｄで測定された測定値１０が異常値を示した場合、異常原因特定部１３は、周囲のセンサの測定値１０が２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、および２ｈの測定値１０が異常値を示しているか否かを判別する。これらの測定値１０が正常である場合、異常原因特定部１３は、センサ２ｄが取り付けられている車軸部分に異常などが発生していると判定する。

また、ステップＳ２０において、周囲のセンサ２の測定値１０が正常ではない場合（ステップＳ２０，Ｎｏ）、異常原因特定部１３は、車両１における異常値を示すセンサ２の取付位置の分布状態を調べ、異常値が車両全体で発生している場合（ステップＳ２２，Ｙｅｓ）、路線環境による異常と判定する（ステップＳ２３)。路線環境による異常は、例えば、橋の上を走行中であった場合などが考えられる。

以下、具体的に説明すると、図６において、上述同様に、車両１には、複数のセンサ２ａ〜２ｈが配設されている。センサ２ｄで測定された測定値１０が異常値を示しているだけでなく、周囲の２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、および２ｈの測定値１０の異常値を示している。この場合、異常原因特定部１３は、路線環境による異常と判定する。

また、ステップＳ２２において、異常値が車両１の全体で発生していない場合（ステップＳ２２，Ｎｏ）、異常原因特定部１３は、異常値が車両の片側のみで発生しているのかを調べる。異常値が車両１の片側のみで発生している場合（ステップＳ２４，Ｙｅｓ）、異常原因特定部１３は、特定区間のレールの異常と判定する（ステップＳ２５)。特定区間のレールの異常は、例えば、レールに亀裂が発生している場合や、レールの一部が欠けている場合などが考えられる。

以下、具体的に説明すると、図５において、上述同様に、車両１には、センサ２ａ、２ｂ、２ｃ、および２ｄで測定された測定値１０が異常値を示しているが、センサ２ｅ、２ｆ、２ｇ、および２ｈで測定された測定値１０は正常である。この場合、異常原因特定部１３は、特定区間のレールの異常と判定する。

また、ステップＳ２４において、異常値が車両１の片側のみで発生していない場合（ステップＳ２４，Ｎｏ）、異常原因特定部１３は、列車情報９を参照し、列車情報９に異常がある場合（ステップＳ２６，Ｙｅｓ）、運転手による操作ミス、例えば、急激な力行やブレーキ操作などであると判定する（ステップＳ２７）。また、列車情報９に異常がない場合（ステップＳ２６，Ｎｏ）、上述したステップＳ２３、ステップＳ２５、またはステップＳ２７以外の要因であると判定する（ステップＳ２８）。

なお、実施の形態１では、車軸の振動について異常検知および異常原因の特定を実施する態様を一例として示したが、他の要素、例えば、温度を測定するセンサや、異音を検知するセンサなどを車軸に搭載して同様の分析を行う態様であってもよい。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる異常原因特定装置４は、移動体である列車の各車両１に搭載されたセンサ２によって機器の振動を測定し、列車内で基準値２０と測定値１０とを比較を行うことにより異常を検知し、異常値が測定された範囲を特定するようにしたので、走行中に即座に異常原因を特定することが可能である。その結果、例えば、乗務員は、車両内で発生した異常なのか、あるいは路線環境やレールなどの外的要因による異常なのかを知ることができるため、異常原因に応じて冷静な対応をとることが可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、１つの列車内の複数のセンサ２を用いて異常検知および異常原因の特定を実施したが、実施の形態２では、複数の列車間の異常検知および異常原因の特定を行うことが可能である。

本実施の形態は、異常判定部１２を有する車上装置７と、異常原因特定部１３を有する地上装置３０とによって、異常原因特定システムを構成し、異常判定部１２にて検知された異常値は、異常原因特定部１３に送信され、異常原因特定部１３は、同一のキロ程を走行した列車（例えば、図８に示される列車Ａ、Ｂ、Ｃ）の間にて、異常特定処理を実施する。なお、実施の形態１に示した記憶部１１は、車上装置７が有するものとして、以下その説明を省略する。以下、実施の形態１と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。

図７は、実施の形態２にかかる異常原因特定システムによる異常原因特定処理を説明するためのフローチャートであり、図８は、特有の列車で発生した異常の具体例を説明するための図であり、図９は、運転操作ミスなどで発生した異常の具体例を説明するための図であり、図１０は、路線環境などで発生した異常の具体例を説明するための図である。

異常判定部１２は、センサ２で得られた測定値１０に対し、実施の形態１における異常検知処理を実施し、検知された異常値は、地上装置３０に送信され、異常原因特定部１３は、検知された異常値に対し、同一のキロ程を走行した列車Ａ、Ｂ、Ｃの間で、異常特定処理を実施する。すなわち、異常原因特定部１３は、各列車（編成）のセンサ２の測定値をキロ程と対応付けて分析し、同一のキロ程において、各列車の各センサ２の測定値を比較して異常を判定する。

図７において、異常原因特定部１３は、異常が測定されたセンサ２の箇所に着目し、異なる列車間（編成間）Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、同一のキロ程における同一位置のセンサ２の測定値が正常である場合（ステップＳ３０，Ｙｅｓ）、異常が測定された列車（編成）特有の異常であると判定し（ステップＳ３１）、図３のステップＳ２０の工程に移行する（ステップＳ３３）。

以下、具体的に説明すると、図８において、列車Ａ、Ｂ、Ｃの各車両（１〜ｎ号車）には、実施の形態１に示されたセンサ２が配設されている。ここで、列車Ｂの３号車（異常車両）において異常値が検出された場合、異常原因特定部１３は、列車Ａの３号車における測定値１０と、列車Ｃの３号車における測定値１０とが正常である場合（ステップＳ３０，Ｙｅｓに相当）、列車Ｂの特有の異常であると判定し、列車（編成）内のセンサ２の値の分析（ステップＳ２０）に移行する。列車Ｂの特有の異常は、例えば、列車Ｂの３号車に配設されたセンサ２が取付られている機器の取付不良などが考えられる。

また、ステップＳ３０において、同一位置のセンサ２の測定値が正常ではない場合（ステップＳ３０，Ｎｏ）、異常原因特定部１３は、複数列車に跨がる異常であると判定する。さらに、異常原因特定部１３は、周囲の異常値の分布が一致しているかを判定する。周囲のセンサの判定が異なる列車間（編成間）で同一ではない場合（ステップＳ３４，Ｎｏ）、異常原因特定部１３は、運転操作ミスかその他の要因と判定する（ステップＳ３５）。

以下、具体的に説明すると、図９において、例えば、列車Ｂおよび列車Ｃの３号車の測定値１０が異常の場合において（ステップＳ３０，Ｎｏに相当）、異常原因特定部１３は、３号車の周囲の車両（例えば、２号車）の測定値１０が正常であるか否かによって、異常原因を特定する。すなわち、列車Ｃの２号車の測定値１０は正常であるが、列車Ｂの２号車の測定値１０が異常であるとき（ステップＳ３４，Ｎｏに相当）、異常原因特定部１３は、列車Ｂの運転操作ミスかその他の要因と判定する。

また、ステップＳ３４において、周囲のセンサの判定が、異なる列車間（編成間）で同一である場合（ステップＳ３４，Ｙｅｓ）、異常原因特定部１３は、路線環境やレールなどの外的要因による異常であると判定し（ステップＳ３６）、図３のステップＳ２２の工程に移行する（ステップＳ３７）。

以下、具体的に説明すると、図１０において、例えば、列車Ｂおよび列車Ｃの３号車の測定値１０が異常の場合において（ステップＳ３０，Ｎｏに相当）、異常原因特定部１３は、３号車の周囲の車両（例えば、２号車）の測定値１０が正常であるか否かによって、異常原因を特定する。すなわち、列車Ｂ、Ｃの２号車の測定値１０が何れも正常（または異常）であるとき（ステップＳ３４，Ｎｏに相当）、異常原因特定部１３は、路線環境やレールなどの外的要因による異常であると判定する。

なお、上記説明では、３つの列車を用いて異常原因特定システムの動作を説明したが、列車の数はこれに限定されるものではない。また、ステップＳ３４において、周囲のセンサの値として２号車の測定値１０を用いているが、２号車以外の車両から得られた測定値１０を用いることができるのは無論である。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる異常原因特定システムは、同一のキロ程を走行した列車間で異常特定処理を実施するようにしたので、走行中の列車で発生した異常原因を即座に特定することが可能である。その結果、例えば、地上側の管理者は、異常が発生した列車特有の異常であるのか、路線環境やレールなどの外的要因による異常であるのかを知ることができるため、それらの異常原因の種類に応じた対応を即座にとることが可能である。

実施の形態３．
実施の形態１、２では、車軸の異常検知および原因特定を実施するようにしたが、実施の形態３では、車内に搭載されている冷房、暖房装置などの温度や戸閉装置の振動を測定し、上述同様の分析を行うことによって、これらの機器の異常検知および異常原因の特定を行うことが可能である。以下、実施の形態１、２と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。

図１１は、実施の形態３にかかる異常原因特定装置による異常原因特定処理を説明するためのフローチャートである。以下、図１に示された異常原因特定装置４を用いて説明する。異常原因特定部１３は、測定値１０が異常と判定されたセンサ２が存在する場合、周囲のセンサ２に着目し、この周囲のセンサ２の測定値１０が正常であるとき（ステップＳ４０，Ｙｅｓ）、測定値１０が異常と判定されたセンサ２が取り付けられている箇所の異常、故障、あるいは劣化があると判定する(ステップＳ４１）。

以下、具体的に説明すると、例えば列車内の冷房装置に温度異常センサが設置されている場合において、一の冷房装置にかかる温度センサの測定値１０が異常値を示したとき、異常原因特定部１３は、周囲の温度センサ（他の冷房装置にかかる温度センサ）の測定値１０が異常値を示しているか否かを判別する。これらの測定値１０が正常である場合、異常原因特定部１３は、一の冷房装置に異常などが発生していると判定する。

次に、ステップＳ４０において、周囲のセンサ２の測定値１０が正常ではない場合（ステップＳ４０，Ｎｏ）、異常原因特定部１３は、車両１における異常値の分布を調べ、異常値が車両全体で発生している場合（ステップＳ４２，Ｙｅｓ）、指令伝搬装置の異常と判定する（ステップＳ４３)。

次に、ステップＳ４２において、異常値が車両全体で発生していない場合（ステップＳ４２，Ｎｏ）、異常原因特定部１３は、列車情報９を参照し、列車情報９に異常がある場合（ステップＳ４４，Ｙｅｓ）、運転手による操作ミス、例えば、冷暖房装置の温度設定の間違いなどであると判定する（ステップＳ４５）。また、列車情報９に異常がない場合（ステップＳ４４，Ｎｏ）、上述したステップＳ４１、ステップＳ４３、またはステップＳ４５以外の要因であると判定する（ステップＳ４６）。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる異常原因特定装置４は、様々な機器の測定値１０に対して異常原因を特定するようにしたので、列車に搭載された冷房、暖房装置、および戸閉装置などの機器で異常が発生しているのか、これらの機器に指令を伝搬する装置で異常が発生しているのか、あるいは他の要因によるものなのかを特定することが可能である。その結果、列車の運用者は、迅速な復旧作業を行うことが可能である。

以上のように、本発明は、走行中の移動体で測定された測定値を用いて機器の異常を検出する異常原因特定装置、異常原因特定システム、および異常原因特定方法に適用可能であり、特に、走行中の移動体で発生した異常の原因を即座に特定することができる発明として有用である。

１ 車両、２ センサ、４ 異常原因特定装置、５ ネットワーク、７ 車上装置、９ 列車情報、１０ 測定値（動態値）、１１ 記憶部、１２ 異常判定部、１３ 異常原因特定部、１４ 異常原因を示す情報、２０ 基準値、３０ 地上装置、Ａ，Ｂ，Ｃ 列車。

Claims (5)

1. 列車に適用され、各車両内の機器から検出された動態値を管理する車上装置と、前記車上装置から送信された前記動態値を受信する地上装置とを備え、前記機器にて発生した異常の原因を特定する異常原因特定システムであって、
   前記車上装置は、
   所定の基準値と前記動態値とを照合し、前記機器毎に前記動態値が正常であるか否かを判定する異常判定部を有し、
   前記地上装置は、
   前記列車毎に、相対位置が同じ位置の車両同士の前記動態値を比較し、前記動態値が異常と判定された機器を備えた車両の分布状態に応じて、異常発生原因が、この車両を有する列車固有の要因に起因するかこの列車以外の要因に起因するかを特定し、異常原因を示す情報として出力する異常原因特定部を有すること、
   を特徴とする異常原因特定システム。
2. 前記異常原因特定部は、
   第１の列車の車両内機器の動態値が異常を示し、かつ、前記第１の列車とは異なる２以上の第２の列車の車両であって動態値が異常と判定された前記車両内機器を搭載する車両と相対位置が同じ車両の車両内機器の動態値が正常と判定された場合、異常発生原因が前記第１の列車固有の要因に起因すると特定することを特徴とする請求項１に記載の異常原因特定システム。
3. 前記異常原因特定部は、
   第１の列車の車両内機器の動態値が異常を示し、かつ、前記第１の列車とは異なる第２の列車の車両であって動態値が異常と判定された前記車両内機器を搭載する車両と相対位置が同じ車両の車両内機器の動態値が異常と判定された場合、異常発生原因が前記第１の列車以外の要因に起因すると特定することを特徴とする請求項１に記載の異常原因特定システム。
4. 前記動態値は、
   台車に配設された車軸の振動を測定して得られた値と、前記台車に配設された車軸の温度を測定して得られた値と、空調装置の吹き出し口の温度を測定して得られた値と、戸閉装置の開閉時における振動を測定して得られた値と、の何れかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の異常原因特定システム。
5. 列車に適用され、各車両内の機器から検出された動態値を管理する車上装置と、前記車上装置から送信された前記動態値を受信する地上装置とを備え、前記機器にて発生した異常の原因を特定する異常原因特定システムに適用可能な異常原因特定方法であって、
   前記動態値と所定の基準値とを記憶する記憶ステップと、
   前記記憶ステップにて記憶された前記基準値と前記動態値とを照合し、前記車両毎に前記動態値が正常であるか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップの後に、前記列車毎に、相対位置が同じ位置の車両同士の前記動態値を比較し、前記動態値が異常と判定された機器を備えた車両の分布状態に応じて、異常発生原因が、この車両を有する列車固有の要因に起因するかこの列車以外の要因に起因するかを特定する特定ステップと、
   前記特定ステップにて特定された異常原因を示す情報として出力する出力ステップと、
   を含むことを特徴とする異常原因特定方法。

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