JP2018188094A - 異常検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道システムにおいて、既存の現場機器および機器異常検出システムを用いて、鉄道沿線におけるエリア異常を早期かつ高精度に検出するシステムを提供する。【解決手段】機器異常検出システム３０１は、現場機器１０１に異常が発生したことを検出すると、現場機器の異常についての情報である異常発生情報をエリア異常検出システム４０１に送信する。エリア異常検出システムは、受信した異常発生情報を、データベース５０１の異常発生履歴に記録する。エリア異常検出システムはまた、複数の現場機器のうち第１の現場機器の異常発生情報を機器異常検出システムから受信すると、異常発生履歴を検索することで、過去の所定の時間帯に第１の現場機器の関連機器に異常が発生したか判定し、関連機器に異常が発生していた場合、警報装置６０１を介して、ユーザにエリア異常が発生した旨を通知する。【選択図】図１

Description

本発明は、異常検出システムに関する。

鉄道システムは、信号機や軌道回路、転てつ器等、沿線に多数設置される現場機器から構成されている。鉄道を安全かつ円滑に運行するため、各現場機器は高い信頼性と安全性を備える。現場機器の不具合は鉄道運行へ支障をきたすため、各機器の動作状態を常時確認することで故障や異常を検出する機器異常検出システムが設けられている。機器異常検出システムと現場機器はネットワークで接続されており、機器異常検出システムが現場機器の異常動作を検出した場合、保守作業等により当該機器の補修や置換えが実施される。

各現場機器単体が異常動作した場合は機器異常検出システムで検知する事が可能である。一方、ある一定範囲内に設置された複数の現場機器の挙動に影響が及ぶような異常事象（沿線火災、地震、電源異常、地絡発生等）が発生した場合、対応が遅れることで更なる被害拡大へ繋がる可能性があり、機器単体の異常発生時よりも早急な対応が必要となる場合がある。例えば地絡が発生した場合、早急に周辺変電所からの給電を停止し、近隣を走行する列車を停止させる必要がある。そのため、鉄道沿線におけるエリア異常有無や発生場所、要因、解決手段を特定する事が必要となる。しかし鉄道沿線は非常に広範囲に渡るため、エリア異常用に新たな検出用センサを導入する場合、センサ設置や運用に掛かるコストが膨大となる。以下の説明では、ある一定範囲内に設置された複数現場機器の挙動に影響が及ぶような異常事象を「エリア異常」と呼び、その影響範囲を「エリア」と呼ぶ。

たとえば特許文献１には、異常事象が発生したエリアを特定する共通故障要因検知システムが考案されている。特許文献１に開示されているシステムは、原子力プラント内の各エリアにおける火災や溢水事故の発生を検出する事を目的とする。各エリアには複数機器が設置されており、各機器は共通故障要因検知システムとケーブルで接続されている。共通故障要因検知システムは、同一エリアに設置された複数機器から機器故障信号を同時に受け取った場合、当該エリアでエリア異常が発生したと判定する。

特開２０１５−２２８０５１号公報

特許文献１に開示の技術では、エリア異常の発生の判定に単一の手法（複数機器から機器故障信号を同時に受け取ったか否か）が用いられる。しかしエリア異常として想定される異常事象が複数ある場合、想定されるエリア異常の種類によって判断基準は異なり得る。よって、想定されるエリア異常の種類に応じた判定を可能にする必要がある。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る異常検出システムは、複数の現場機器とネットワークを介して接続された機器異常検出システムと、複数の現場機器の挙動に影響を及ぼす異常事象であるエリア異常の検出を行う、エリア異常検出システムと、データベースと、警報装置と、を有する。機器異常検出システムは、現場機器に異常が発生したことを検出すると、現場機器の異常についての情報である異常発生情報をエリア異常検出システムに送信し、エリア異常検出システムは受信した異常発生情報を、データベースの異常発生履歴に記録するよう構成されている。エリア異常検出システムはまた、複数の現場機器のうち第１の現場機器の異常発生情報を機器異常検出システムから受信すると、異常発生履歴を検索することで、過去の所定の時間帯に第１の現場機器の関連機器に異常が発生したか判定し、関連機器に異常が発生していた場合、警報装置を介して、ユーザにエリア異常が発生した旨を通知する。

本発明によれば、エリア異常を早期かつ高精度に検出できる。

本発明の一実施形態に係る異常検出システムの構成図である。 異常発生履歴の例である。 関連機器リストの例である。 確認時間リストの例である。 異常検出処理の流れ図である。 警報画面の例である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、先にも述べたが、以下の説明において「エリア異常」とは、複数現場機器の挙動に影響を及ぼす（つまり複数の現場機器が異常をきたす）異常事象のことを意味し、機器そのものの故障というよりはむしろ、たとえば火災、地震、または地絡などの、災害を意味する。エリア異常が発生した時に影響を受ける複数の機器は、必ずしも同一地点（拠点）に設置されている機器には限定されず、所定の範囲（エリア）内に離散的に設置された機器であることもある。

図１は、本発明の一実施例に係る異常検出システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施例で説明する異常検出システムは、鉄道システムにおいて機器の異常やエリア異常を検出するものとする。

異常検出システムは、複数の現場機器１０１と、現場機器１０１で異常が発生したことを検出する機器異常検出システム３０１と、エリア異常発生を判定するエリア異常検出システム４０１と、関連機器リストおよび異常発生情報を記録するデータベース５０１と、警報装置６０１を有する。なお、図１では２つの現場機器１０１だけが示されているが、異常検出システム内に現場機器１０１が３つ以上存在していてもよい。

各現場機器１０１は、ネットワーク２０１を介して機器異常検出システム３０１と接続されており、またエリア異常検出システム４０１には、機器異常検出システム３０１とデータベース５０１と警報装置６０１が接続されている。機器異常検出システム３０１とデータベース５０１と警報装置６０１は、ネットワーク２０１を介してエリア異常検出システム４０１に接続されるように構成されていてもよいし、あるいは図１に示されるように、ネットワーク２０１とは異なる伝送線でエリア異常検出システム４０１に接続されていてもよい。

現場機器１０１はたとえば、信号機、軌道回路、転てつ器等の、鉄道施設（鉄道システム）で用いられる機器である。なお、複数の現場機器１０１はそれぞれ異なる種類の機器であってもよいし、同じ種類の機器であってもよい。また各現場機器１０１は、地理的に異なる位置に設置されていてよい（もちろん一部の現場機器１０１が同じ位置に設置されていることを妨げるものではない）。

本実施例において、各現場機器１０１はネットワーク２０１を介して機器異常検出システム３０１と通信可能に構成されている。機器異常検出システム３０１は現場機器１０１からネットワーク２０１経由で送信されてくる情報をもとに、現場機器１０１の異常の有無を判定する。現場機器１０１に異常が発生したことを検知すると、機器異常検出システム３０１はその旨をエリア異常検出システム４０１に送信する。

エリア異常検出システム４０１は、機器異常検出システム３０１から受領した情報やデータベース５０１に記録された情報をもとに、鉄道システム内で発生した異常の種類を判定し、判定結果を警報装置６０１に送信する。またエリア異常検出システム４０１は、異常検出システムのユーザ（これは例えば鉄道システムの管理者や作業者である。以下では単に「ユーザ」と略記することもある）がデータベース５０１に情報（後述する関連機器リスト等）を記録するための、キーボードなどの入力デバイスを備えている。

警報装置６０１は、現場機器１０１の異常や、エリア異常が発生した旨の警報を、鉄道システムの作業者に通知するための装置であり、ディスプレイ画面やスピーカー等の、作業者に警報を通知するための出力デバイスを有する。

エリア異常検出システム４０１、機器異常検出システム３０１、そして警報装置６０１はそれぞれ、少なくともＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリを有するコンピュータであり、たとえば公知のパーソナルコンピュータ（PC）やサーバコンピュータ等の、汎用的なコンピュータであってよい。そして本実施例では、以下で説明するエリア異常検出システム４０１、機器異常検出システム３０１、そして警報装置６０１の機能は、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって実装されているものとする。たとえばエリア異常検出システム４０１のＣＰＵがプログラムを実行することにより、エリア異常検出システム４０１は以下で説明する各種処理を行う装置として動作する。同様に、機器異常検出システム３０１や警報装置６０１でも、ＣＰＵがプログラムを実行することによって、以下に説明する機能が実現される。

ただし、エリア異常検出システム４０１、機器異常検出システム３０１、そして警報装置６０１は必ずしもＰＣ等の汎用的なコンピュータでなくてもよい。別の実施形態として、これらのうち少なくとも１つ（たとえば警報装置６０１）が、携帯電話などの端末装置であってもよい。あるいはこれらの少なくとも１つが、専用のハードウェアによって構成されていてもよい。また、エリア異常検出システム４０１、機器異常検出システム３０１、そして警報装置６０１の機能が必ずしもソフトウェアによって実装されている必要はなく、これらの機能の一部または全部が、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアによって実装されていてもよい。

データベース５０１は、磁気ディスク等の不揮発性の記憶媒体を有する記憶装置（記憶手段）で、異常検出システムで用いられる情報（後述する、関連機器リストや異常発生情報等）が記録される。データベース５０１に記録される情報の詳細については後述する。データベース５０１は、たとえば単体の磁気ディスクでよい。あるいはファイルサーバ等の装置、またはデータベース管理システム（ＤＢＭＳ）等のデータ管理用のソフトウェアが実装されたコンピュータが、データベース５０１として用いられてもよい。

なお、異常検出システムの信頼性や可用性を確保するため、異常検出システムは、機器異常検出システム３０１やエリア異常検出システム４０１のそれぞれを複数台有していてもよい。逆に、システム構成を簡素化するため、たとえば以下で説明するエリア異常検出システム４０１、機器異常検出システム３０１、警報装置６０１、データベース５０１の機能のうち、２つ以上の機能が物理的に一つの装置（ＰＣ、サーバ等）で実現されていてもよい。たとえば１つのＰＣに、エリア異常検出システム４０１、機器異常検出システム３０１、警報装置６０１、そしてデータベース５０１の機能の全てが実装されるように構成されていてもよい。

以下では、この異常検出システムにおける異常検出方法、主にエリア異常の検出方法について説明する。まず異常検出方法の概要、及び異常検出で使用される情報について説明する。

機器異常検出システム３０１は各現場機器１０１から、現場機器１０１の状態についての情報をネットワーク２０１経由で取得し、その情報を用いて現場機器１０１の異常の有無を判定している。現場機器１０１に異常が発生した場合、現場機器１０１は異常が発生したことを示す情報を機器異常検出システム３０１に送信する。本実施例では、現場機器１０１が機器異常検出システム３０１に送信するこの情報のことを「異常発生情報」と呼ぶ。異常発生情報は機器異常検出システム３０１からエリア異常検出システム４０１に送られ、データベース５０１に蓄積される。

異常発生情報は、データベース５０１内に設けられる、異常発生履歴と呼ばれる一種のテーブルに格納される。図２に、異常発生履歴３０００の構成例と、異常発生履歴３０００に蓄積される異常発生情報の例を示す。異常発生履歴３０００の各行に記録されている情報が、異常発生情報である。異常発生情報は図２に示されるように、日時３００１、機器ＩＤ３００２、内容３００３を含む情報である。機器ＩＤ３００２は、異常が発生した現場機器１０１の識別情報を表す（以下では、現場機器１０１の識別情報のことを単に「機器ＩＤ」と呼ぶ）。日時３００１は、機器ＩＤ３００２で特定される現場機器１０１に異常が発生した日時を表し、内容３００３は、現場機器１０１で発生した異常の内容に関する情報で、例えば現場機器１０１から送信されてくるエラーコード等である。

エリア異常検出システム４０１は、機器異常検出システム３０１から送信されてくる複数の異常発生情報を、日時３００１に基づいてソートして、異常発生履歴３０００に格納する（たとえば日時の古い順に異常発生情報がソートされて格納されるとよい）。またエリア異常検出システム４０１は、機器異常検出システム３０１から異常発生情報を受信する度に、受信した異常発生情報と異常発生履歴３０００とを参照することで、現場機器１０１から送られてきた異常発生情報が、エリア異常に起因するものか判定（推定）する。この判定の際、エリア異常検出システム４０１は、後述する関連機器リストと確認時間リストを用いる。

続いて、関連機器リストと確認時間リストについて説明する。関連機器リストと確認時間リストは異常検出システムの運用開始前に準備されている必要がある。なお、以下の説明では、機器異常検出システム３０１によって異常が発生したと判定された現場機器１０１を「異常機器」と呼ぶ。そして、エリア異常が発生した場合に異常機器と同様の影響が及ぶことが想定される現場機器を「関連機器」と呼ぶ。

運用前に必要となる準備段階において、異常検出システムのユーザは運用時に必要となる関連機器リストと確認時間リストを作成し、データベース５０１へ記録する。以下、その内容を説明する。

関連機器リストとは、エリア異常が発生した場合に影響が及ぶと想定される複数の現場機器の組合せをリスト化したものである。図３は、本実施例における関連機器リスト２０１０の例である。ユーザが関連機器リスト２０１０を作成する際、想定する異常事象を選定し、当該事象が発生した場合に機器挙動へ影響が及ぶと考えられる現場機器の組合せを事象ごとに特定する。異常事象発生の現場機器への影響の有無は、各現場機器の設置位置または設置方法に依存する。例えば異常事象として火災を想定する場合、同一器具箱内に設置された複数の現場機器が同様の異常を起こす可能性が高い。一方、異常事象として地絡や電源異常を想定した場合、複数の現場機器間の物理的な距離が離れていたとしても、それらの現場機器同士が電気的な干渉関係にある場合は同様の異常を起こす可能性が高いと考えられる。そのため関連機器リスト２０１０は、影響が及ぶ現場機器の組合せを、想定する異常事象ごとに格納可能に構成されている。

関連機器リスト２０１０は図３に示す通り、機器ＩＤカラム２０１１、設置位置カラム２０１２、関連機器情報カラム２０１３を有する。関連機器リスト２０１０の各行には、異常検出システム内の現場機器の情報と、その現場機器の関連機器についての情報が記録されている。機器ＩＤカラム２０１１には現場機器の識別子が格納され、設置位置カラム２０１２には、現場機器の設置されている位置の情報が格納される。関連機器情報カラム２０１３内には、複数の想定エリア異常カラム（２０１３−１，２０１３−２，．．．）が含まれる。想定エリア異常カラム（２０１３−１，２０１３−２，．．．）は、想定されるエリア異常ごとに設けられるカラムである。図３の例では、２つの想定エリア異常カラム（２０１３−１，２０１３−２）が示されているが、カラム２０１３−１は異常事象“地絡”に対応するカラムで、カラム２０１３−２は異常事象“火災”に対応するカラムである。なお、関連機器リスト２０１０に設けられる想定エリア異常カラムの数は２に限定されない。関連機器リスト２０１０には、想定される異常事象の数と同数、想定エリア異常カラムが設けられてよい。

想定エリア異常カラム（２０１３−１，２０１３−２，．．．）のそれぞれには、複数の現場機器の機器ＩＤが記述されたカラム（図３におけるカラム２０１３−１１，２０１３−１２，２０１３−１３，．．．，２０１３−２１，２０１３−２２，２０１３−２３，．．．）が設けられており、これらのうち“○”の記述されたカラムに対応する現場機器が関連機器であることを表す。図３の例では、機器ＩＤ２０１１が“機器００１”の行において、想定エリア異常カラム２０１３−１に含まれるカラム（２０１３−１１，２０１３−１２，２０１３−１３，．．．）のうち、カラム２０１３−１２に“○”が記録されている。これは異常事象が地絡の場合、機器００１の関連機器（の機器ＩＤ）が“機器００２”であることを表している。また機器ＩＤ２０１１が“機器００２”の行では、想定エリア異常カラム２０１３−２に含まれるカラムのうち、カラム２０１３−２３に“○”が記録されており、これは異常事象が火災の場合、機器００２の関連機器（の機器ＩＤ）が“機器００３”であることを表している。図３では、１つの現場機器（たとえば“機器００１”）に対する関連機器の数が１つだけの例が示されているが、１つの現場機器について、関連機器は複数存在することもある。

本実施例に係る異常検出システムは、ある現場機器１０１（仮にこれを「機器Ａ」と呼ぶ）と、機器Ａの関連機器に異常が発生した場合、エリア異常が発生した可能性が高いという前提に基づいて、エリア異常が発生したか否かを判定する。そのため、異常検出システムは機器Ａから異常発生情報を受領すると、異常発生履歴３０００を検索することで、機器Ａの関連機器から送信された異常発生情報が記録されていないか確認する（もちろん関連機器リストも参照する）。ただし、異常発生履歴３０００を検索する際、その中に含まれる一定の範囲の異常発生情報だけが検索される。

エリア異常が発生したことにより、機器Ａに異常が発生してから他の現場機器（関連機器）へもエリア異常の影響が及ぶまでには、一定程度の時間を要することがある。そのため、異常発生履歴３０００を検索する際、機器Ａの異常発生日時との時間差がある程度以上ある異常発生情報が検索されればよい。また、エリア異常が各現場機器に影響を及ぼす時間は有限である（一定の上限がある）ことが多いと考えられる。それゆえ、異常発生履歴３０００内の異常発生情報の中で、機器Ａの異常発生日時との時間差があまりに大きい異常発生情報（所定値以上の時間差がある異常発生情報）は、エリア異常との関連性がない異常に関する情報と推定される。したがって、異常発生履歴３０００を検索する際、異常検出システムは異常発生情報の日時（日時３００１）を参照し、日時３００１と機器Ａの異常発生日時との時間差が所定の時間範囲内に収まっている異常発生情報を検索すればよい。本実施例では、この所定の時間範囲のことを「確認時間」と呼ぶ。

異常検出システムの運用開始前に、ユーザは確認時間を設定する必要があるが、各現場機器にエリア異常の影響が及ぶまでの時間は、エリア異常の種類によって異なり得る。よってユーザが確認時間を設定する際は、想定するエリア異常事象ごとに設定を行う。例えば、エリア異常として地絡を想定した場合の確認時間は３０秒、火災を想定した場合は１時間とする等、想定するエリア異常事象ごとに異なる確認時間が設定されると良い。

想定するエリア異常事象ごとの確認時間は、データベース５０１に確認時間リスト２５００として記録される。図４に確認時間リスト２５００の例を示す。確認時間リスト２５００には、想定される異常事象ごとに、その異常事象に対して設定されている確認時間が記録される。想定事象２５０１は想定される異常事象を表しており、確認時間２５０２には、想定される異常事象に対して設定された確認時間が記録される。

想定事象２５０１には、関連機器リストの想定エリア異常カラム２０１３−１，２０１３−２，．．．に記録される異常事象と同じものが記録される。確認時間２５０２には、想定される異常事象に割り当てられている確認時間の上限値及び下限値が記録される。たとえば図３の例では、想定事象２５０１が“地絡”の行の確認時間２５０２には“０秒以上３０秒以下”が記録されている。ただし、上限値と下限値のうち少なくとも一方のみが確認時間２５０２に記録されていてもよい。上限値のみが確認時間２５０２に記録されている場合、確認時間は０秒以上かつその上限値以下であることを表し、下限値のみが記録されている場合には確認時間はその下限値以上であることを意味する。

異常検出システムは、関連機器リスト２０１０と確認時間リスト２５００を参照することで、エリア異常が発生しているかを判定する。たとえば図３の例では、関連機器リスト２０１０を参照することで、機器００１の関連機器は機器００２であること（想定される異常事象が“地絡”の場合）が特定される。そして図４の確認時間リスト２５００には、異常事象（エリア異常）の種類（要因）が“地絡”の場合には確認時間が（０秒以上）３０秒以下であることが記録されている。そのため、たとえば時刻１時１０分４２秒に機器００１に異常が発生した時、その時点（１時１０分４２秒）から過去３０秒以内、つまり時刻１時１０分１２秒から１時１０分４２秒の間に、機器００２に異常が発生していたならば、異常検出システムは地絡が発生していると判定する。

また、図３の例では、想定される異常事象が“火災”の場合、機器００３の関連機器が機器００２であることが、関連機器リスト２０１０に記録されている。また図４の確認時間リスト２５００には、異常事象の種類が“火災”の場合には確認時間が１時間以上であることが記録されているので、機器００３に異常が発生した時刻から１時間以上前に機器００２に異常が発生していた場合、異常検出システムは火災（というエリア異常）が発生していると判定することができる。

なお、ここで説明した関連機器リスト及び確認時間リストのデータ格納形式は一例であり、これ以外の形式で情報が格納されていてもよい。たとえば図３の例では、関連機器リスト２０１０には、各現場機器が関連機器であるか否かを表す情報（つまり“○”）のみが記録されているが、各現場機器が関連機器であるか否かを表す情報に加えて、関連機器リスト２０１０内に確認時間が記録されるように構成されていてもよい。また図３に示されている以外の情報が関連機器リストに記録されてもよい。

次に異常検出システムで実施される異常検出処理の流れを、図５を用いて説明する。異常検出処理は大まかには、機器異常検出処理（ステップ１０１０）、エリア異常判定処理（ステップ１０２０〜１０３０）、警報出力処理（ステップ１０４０）に分けられる。

機器異常検出処理では、機器異常検出システム３０１は現場機器１０１から送信されてくる情報をもとに、機器異常の発生有無を判定する。具体的には、機器異常が発生した現場機器１０１はネットワーク２０１を介して、機器異常検出システム３０１へ異常発生情報を送信し、機器異常検出システム３０１はこの異常発生情報を受信することで、現場機器１０１に異常が発生したことを検知する（ステップ１０１０）。

なお、各現場機器１０１は、現場機器１０１内のハードウェア部品の故障などの原因で所望の機能を果たさなくなった時点で異常発生情報を機器異常検出システム３０１に送信してもよいが、あるいは故障ではないが、正常時とは若干異なる動作を行うようになった場合、つまり故障の予兆が現れた時点で異常発生情報を機器異常検出システム３０１に送信してもよい。故障の予兆が現れた時点で異常発生情報を機器異常検出システム３０１に送信するように現場機器１０１が構成されていれば、現場機器１０１が故障していない場合であっても異常検出システムがエリア異常を検出できることもあるため、有効である。

また、機器異常が発生していない場合に各現場機器は正常動作情報を定期的に送信し、機器異常検出システム３０１は現場機器からの正常動作情報の送信が途絶した時、現場機器１０１に異常が発生したと判定しても良い。このようにすることで、現場機器１０１が異常発生情報を送信できないような状態となった場合（たとえば現場機器１０１の通信機能異常、ネットワーク切断等）でも、機器異常検出システム３０１は現場機器１０１に異常が発生したことを検知できる。

機器異常検出システム３０１は現場機器１０１に異常が発生したことを検知すると、その旨をエリア異常検出システム４０１に送信する。エリア異常検出システム４０１は機器異常検出システム３０１から現場機器１０１に異常が発生した旨の情報を受信すると、データベース５０１に現場機器１０１に異常発生情報を記録する。なお、現場機器１０１が異常発生日時を送信することに代えて、機器異常検出システム３０１は、異常発生情報を受信した時刻を異常発生日時としてもよい。このようにすると、現場機器が異常発生日時を認識するための時計装置を保有していない場合であっても、データベース５０１に現場機器で異常が発生した時刻を記録することができる。

エリア異常判定処理では、エリア異常検出システム４０１は、データベース５０１に記録した情報（関連機器リスト、過去の異常発生情報）に基づき、エリア異常判定結果（エリア異常の有無、発生場所、発生要因等）を警報装置６０１へ送信する。まず、エリア異常検出システム４０１は異常発生履歴３０００を検索し、確認時間リスト２５００に記録されている確認時間で指定された期間内に他の現場機器１０１（異常機器以外の現場機器）の異常情報が記録されているか確認する（ステップ１０２０）。確認時間リスト２５００には、想定されるエリア異常毎に異なる時間範囲（確認時間）が記録されていることがある。そのためエリア異常検出システム４０１は確認時間リスト２５００に複数の異なる確認時間が記録されている場合には、複数の時間範囲（確認時間）について、異常機器以外の現場機器の異常情報が記録されているか確認する。

他の現場機器の異常情報が記録されている場合（ステップ１０２０：Ｙｅｓ）、エリア異常検出システム４０１はデータベース５０１に記録されている関連機器リスト２０１０と確認時間リスト２５００の内容に基づき、異常情報が記録されていた現場機器１０１が異常機器の関連機器であるか否か確認する（ステップ１０２１）。

ステップ１０２０，１０２１で行われる処理の例を、図３、図２を用いて説明する。ここでは異常機器、つまりステップ１０１０で異常が発生したと判定された現場機器１０１の機器ＩＤが“機器００２”であり、機器００２の異常発生日時（つまり機器００２から送信された異常発生情報に含まれる異常発生日時）が“２０１７年１月１日 ４時３０分”であったケースを想定する。異常発生履歴３０００には、２０１７年１月１日 ３時２５分に機器００３に異常が発生した旨が記録されている（つまり、機器００２に異常が発生する１時間以上前に、機器００３に異常が発生している）。そのため、関連機器リスト２０１０と確認時間リスト２５００、そして異常発生履歴３０００の内容がそれぞれ、図３、図２に示されたものであった場合、ステップ１０２０では、確認時間（２０１７年１月１日 ４時３０分から１時間以上前、あるいは２０１７年１月１日 ４時３０分から３０秒以内）内に異常機器（機器００２）以外の現場機器１０１（機器００３）で異常が発生したことが検出され、またステップ１０２１で機器００３は異常機器（機器００２）の関連機器であると判定される。

また、別の実施形態として、例えば異常機器が検出された時、エリア異常検出システム４０１は異常発生履歴３０００を検索して、過去の所定期間内（確認時間内）に関連機器の異常が発生していないか判定するが、保守作業や現地確認等により異常の発生した現場機器１０１（つまり異常機器）の関連機器に対するエリア異常が発生していないことが確認されている場合、その関連機器の機器異常情報を検索対象から除外しても良い。例えば鉄道システムの作業者が現地確認等により異常機器の関連機器に対するエリア異常が発生していないことを確認した場合、その旨をデータベース５０１に登録しておく。そしてステップ１０２０またはステップ１０２１において、異常発生履歴３０００内に異常機器の関連機器について機器異常が発生している旨の記録があったとしても、エリア異常検出システム４０１はエリア異常が発生したと判定しないようにするとよい。

ステップ１０２０で検出された機器の情報が異常機器の関連機器である場合（ステップ１０２１：Ｙｅｓ）、エリア異常検出システム４０１はエリア異常が発生したと判定し、エリア異常が発生した旨を警報装置６０１に通知する（ステップ１０２２）。また、ここでエリア異常検出システム４０１は、機器異常検出システム３０１から受信した異常発生情報をデータベース５０１の異常発生履歴３０００へ記録する。またエリア異常検出システム４０１は、エリア異常の判定結果についてもデータベース５０１に記録してよい。

エリア異常が発生した旨を警報装置６０１に通知する時、エリア異常検出システム４０１は、エリア異常の種類（発生要因）や異常の発生場所の推定を行って、その情報も警報装置６０１に通知する。またエリア異常検出システム４０１は、警報装置６０１に通知される情報をデータベース５０１に記録してもよい。警報装置６０１に通知される内容については後述する。

一方、確認時間内に関連機器の異常記録がない場合（ステップ１０２０：Ｎｏ、またはステップ１０２１：Ｎｏ）、機器単体故障と判定し、機器単体故障が発生した旨を警報装置６０１に通知する（ステップ１０３０）。ステップ１０２２と同様、ステップ１０３０でもエリア異常検出システム４０１は、受信した異常発生情報を異常発生履歴３０００へ記録する。

警報出力処理では、警報装置６０１は異常発生情報およびエリア異常判定結果に関する警報をユーザに提示する（ステップ１０４０）。図６は、警報装置６０１がユーザへ提示する警報画面６０１０の例である。先に述べたとおり、エリア異常検出システム４０１は異常が機器単体故障（機器単体異常）かエリア異常かを推定し、またエリア異常の場合にはエリア異常の種類（発生要因）や異常の発生場所の推定を行って、その情報を警報装置６０１に通知する。警報装置６０１はエリア異常検出システム４０１から受け取った情報をもとにして、図６に示すような警報画面を作成し、ユーザに提示する。図６の例では、異常種別として“エリア異常”が下線付きの太字で表示され、また発生要因（推定要因）として“地絡”が下線付きの太字で表示され、そして発生場所のカラムでは“路線Ｘ キロ程Ｘ付近”が下線付きの太字で表示されている。これは発生した異常がエリア異常で、その発生要因（推定される要因）が地絡で、異常の発生場所が“路線Ｘ キロ程Ｘ付近”であることを表している。また図６に示すように、これ以外の情報も警報画面に表示されてよい。以下ではエリア異常の発生要因や異常の発生場所の推定方法の例を概説する。

エリア異常の種類（発生要因）や異常の発生場所の推定にあたっては、様々な方法が用いられて良く、ここではいくつかの例を概説する。なお、以下の説明においては、ステップ１０１０で異常が発生していると判定された現場機器１０１（異常機器）が“機器００１”であり、ステップ１０２１で異常機器（機器００１）の関連機器と判定された現場機器１０１が“機器００２”であるケースを例にとって説明する。

たとえばエリア異常検出システム４０１は、関連機器リスト２０１０に記載されている異常機器（機器００１）および関連機器（機器００２）の設置位置カラム２０１２に記録されている位置を異常発生場所であると推定し、それを警報装置６０１に通知するとよい。また、これに加えてエリア異常検出システム４０１は、関連機器リスト２０１０に記録されている機器００１および機器００２の関連機器（この関連機器は、まだ異常発生情報を出力していない現場機器でもよい）の設置位置カラム２０１２に記録されている位置を抽出して、これをエリア異常により影響がでる可能性のある範囲として警報装置６０１に通知しても良い。

またエリア異常検出システム４０１は関連機器リスト２０１０で想定している異常事象（想定エリア異常カラム（２０１３−１，２０１３−２，．．．）に記述されている異常事象。図３の例では、“地絡”や“火災”である）をエリア異常の発生要因として、警報装置６０１に通知するとよい。あるいはエリア異常検出システム４０１は、現場機器１０１より受信した異常内容（異常発生情報の内容）に基づき、エリア異常の発生要因を推定してもよい。発生要因が一意に特定できない場合は、エリア異常検出システム４０１は可能性のある事象として複数事象（要因）を警報装置６０１に通知しても良い。可能性のある事象として複数事象が存在し得る場合、図６に示すように、エリア異常検出システム４０１は各事象の推定発生確率を併せて通知しても良い。

また警報画面６０１０をユーザへ提示する場合、警報装置６０１は検出した異常事象に対応するための作業内容をユーザへ提示しても良い。またエリア異常検出システム４０１が各事象の推定発生確率を警報装置６０１に通知してきた場合、警報装置６０１は推定発生確率が所定の確率以下の事象は、警報として出力しない等の処理を行っても良い。本実施例に係る異常検出システムは、図５の処理を繰り返し行うことで、現場機器１０１の異常やエリア異常が発生したことをユーザに通知することができる。

なお、上で説明した例では、確認時間は想定するエリア異常ごとに決められている。そのため、異常検出システムが図５の処理を実行することで異常要因を特定する場合、異常機器の種類に関わらず、同じ確認時間を用いて図５の判定処理（ステップ１０２０，１０２１等）を行う。しかし別の実施形態として、想定するエリア異常に加えて、現場機器（関連機器）ごとに異なる確認時間が設定されてもよい。例えば故障率が高い現場機器ほど別の現場機器と同じタイミングで偶発的に壊れる確率が高いため、確認時間を短く設定する運用が考えられる。

具体例を用いて説明する。たとえば異常機器が機器００１で、そして想定されるエリア異常の種類が“地絡”の場合に機器００１の関連機器が、機器００２と機器００４であるが、機器００２の故障率が機器００４の故障率よりも高い場合を想定する。その場合、たとえば機器００１に対する機器００２の確認時間は２０秒以下、機器００１に対する機器００４の確認時間は３０秒以下、と確認時間を設定できるように、異常検出システムが構成されていてもよい。この様に確認時間が設定されると、機器００１の異常が発生するより２５秒前に機器００２の異常が発生していたとしても、異常検出システムはエリア異常（地絡）が発生したとは判断しない。ただし機器００１の異常が発生する２５秒前に機器００４の異常が発生していた場合には、異常検出システムはエリア異常（地絡）が発生したと判定する。なお、上でも述べたとおり、確認時間はエリア異常の種類によって異なり得るので、現場機器ごとに設定される確認時間は、エリア異常の種類ごとに異なる値を設定可能である。

確認時間を故障率に基づいて設定する場合、各現場機器の故障率（１時間あたりの平均故障率＝１／ＭＴＢＦ）として各現場機器の製造者による公称値を用いても良いし、実運用時の観測データより算出した故障率を用いても良い。各故障率は、運用時の観測データを元に随時更新しても良い。また機器設置時期や保守実施時期を加味した、時間経過に伴う故障率変化（バスタブ曲線）を想定した故障率が用いられても良い。関連する現場機器数が多数存在する場合、そのうちのどれかが単位時間内に故障する確率は台数に比例して高くなる。よってユーザが確認時間を設定する際、関連する現場機器の数を加味して確認時間を決定しても良い。例えば故障率１０^−５の現場機器が１０台設置されており、それぞれが関連機器である場合、ユーザは機器全体としての故障率を１０^−４（＝機器単体故障率１０^−５×関連機器数１０台）と算出した上で、各機器の確認時間を設定しても良い。

異常検出システムは、複数の現場機器（異常機器と関連機器）の異常発生日時の差（以下ではこれを、「異常発生時間差」と呼ぶ）に基づき、異なる種類の警報を出しても良い。異常発生時間差が短いほど、それぞれの機器異常が偶発的な事象である可能性が低いと判断できるため、それに応じた警報を出すことが考えられる。例えば異常検出システムがエリア異常が発生したと判定した時、異常機器と関連機器の異常発生時間差が確認時間の上限値の１／１０以下であった場合は特別警報を出力し、異常発生時間差が確認時間の上限値の１／２以下であれば警報を出力し、異常発生時間差がそれ以上であれば注意報を出力しても良い。具体的には、あるエリア異常に割り当てられている確認時間が３６０秒以下の場合、異常検出システムは、異常発生時間差が３６秒以内の場合は特別警報を出力し、１８０秒以内の場合は警報を出力し、３６０秒以内の場合には注意報を出すようにして良い。なお、この警報出力は、エリア異常の発生有無とは無関係に行われてもよい。つまり２台の現場機器に異常が発生したが、エリア異常検出システム４０１はエリア異常が発生したとは判断しなかった場合でも、エリア異常検出システム４０１（または警報装置６０１）はそれぞれの機器の異常発生日時の差を求め、警報装置６０１は求められた差に応じた警報を出力してもよい。

また異常検出システムは、異常発生時間差に基づき、エリア異常の発生要因を推定しても良い。例えば異常機器と関連機器の異常発生時間差が非常に小さい場合（数秒以内等）、短時間に多数の現場機器へ影響する、地絡等のエリア異常が発生した可能性が高い。一方、異常発生時間差が大きい場合（数分〜数１０分）、複数機器へ影響が及ぶまでにある程度の時間が掛かる、火災や溢水等のエリア異常が発生した可能性が高い。このように、異常機器と関連機器の異常発生時間差とエリア異常の間に相関がある場合には、異常発生時間差に基づき、エリア異常の発生要因を推定することは有効である。

また異常検出システムは、各現場機器１０１の設置位置を考慮して、エリア異常の発生要因を推定してもよい。たとえばある鉄道路線上に、複数（たとえば４つ）の現場機器（以下ではこれらを、機器Ａ，機器Ｂ，機器Ｃ，機器Ｄと呼ぶ）が、機器Ａ，機器Ｂ，機器Ｃ，機器Ｄの順に設置されていたとする。もし機器Ａ，機器Ｂ，機器Ｃ，機器Ｄの順に異常が発生した場合、火災や溢水等の物理的な異常事象が要因となっている可能性が高いと考えられる。

また異常検出システムがエリア異常の発生要因を推定する際、現場機器１０１より受信した情報以外の情報を使用しても良い。例えば、現場機器１０１周辺の自然現象（降雨、雷、猛暑、地震等）、地理情報（近隣に川がある等）等に関する情報が用いられてもよい。異常検出システムがエリア異常の発生要因の推定に自然現象に関する情報を用いる場合、異常検出システムが実際に測定・収集した情報を用いても良いし、天気予報等の事前予報情報を用いても良い。

上では、警報装置６０１は画面に警報を表示する例を説明したが、同様の内容を音、ランプ点灯、振動（携帯端末のバイブレーション機能等）、といった別の手段によりユーザへ提示してもよい。

エリア異常検出システム４０１がエリア異常と判定した場合、異常検出システムは外部のシステムにエリア異常の種類やエリア異常の発生している場所を考慮した制御を行わせても良い。例えば異常検出システムは、エリア異常検出システム４０１が鉄道の運行管理システムや鉄道保安システム、あるいは変電所を管理する変電システム等とネットワーク２０１を介して接続された構成をとり、運行管理システムや鉄道保安システムにエリア異常が発生した旨及び異常の発生している（と考えられる）エリアの情報を通知することで、当該エリアへの列車進入を制限させてもよい。またエリア異常検出システム４０１は、変電所を管理する変電システムへエリア異常発生（及び異常の発生していると考えられるエリアの情報）を通知し、当該エリアへの給電を制限してもよい。

以上のように処理を実装することにより、鉄道沿線におけるエリア異常を高精度かつ早期に検出できる。

１０１ 現場機器
２０１ ネットワーク
３０１ 機器異常検出システム
４０１ エリア異常検出システム
５０１ データベース
６０１ 警報装置
２０１０ 関連機器リスト
２５００ 確認時間リスト
３０００ 異常発生履歴
６０１０ 警報画面

Claims (13)

1. 複数の現場機器にネットワークを介して接続された機器異常検出システムと、
   複数の前記現場機器の挙動に影響を及ぼす異常事象であるエリア異常の検出を行う、エリア異常検出システムと、
   データベースと、
   警報装置と、
   を有する異常検出システムにおいて、
   前記機器異常検出システムは、前記現場機器に異常が発生したことを検出すると、前記現場機器の異常についての情報である異常発生情報を前記エリア異常検出システムに送信し、前記エリア異常検出システムは受信した前記異常発生情報を、前記データベースが有する異常発生履歴に記録するよう構成されており、
   前記エリア異常検出システムはまた、複数の前記現場機器の中の第１の現場機器の前記異常発生情報を前記機器異常検出システムから受信すると、前記異常発生履歴を検索することで、過去の所定の時間帯に前記第１の現場機器の関連機器に異常が発生したか判定し、
   前記関連機器に異常が発生していた場合、エリア異常が発生したと判断し、前記警報装置を介してユーザにエリア異常が発生した旨を通知する、
   ことを特徴とする、異常検出システム。
2. 前記異常発生情報には、異常の発生した前記現場機器の識別情報と、異常の発生した日時情報が含まれており、
   前記データベースは、前記エリア異常が発生した場合に影響が及ぶと想定される現場機器の組合せについての情報である関連機器リストと、前記エリア異常検出システムが前記異常発生履歴を検索する際の検索範囲を示す確認時間と、を保持しており、
   前記エリア異常検出システムは、前記関連機器リストを用いて、前記第１の現場機器の関連機器を特定する、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の異常検出システム。
3. 前記関連機器リストには、前記現場機器の組合せについての情報がエリア異常毎に記録されており、
   前記確認時間は、エリア異常毎に定義されている、
   ことを特徴とする、請求項２に記載の異常検出システム。
4. 前記確認時間は、前記現場機器ごとに定義され、前記現場機器の故障率より算出される
   ことを特徴とする、請求項２または３に記載の異常検出システム。
5. 前記エリア異常検出システムは、異常が発生した２つの前記現場機器の異常発生日時の差を算出し、
   前記警報装置は、前記異常発生日時の差を元に、前記ユーザに通知する警報の種別を決定する、
   ことを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の異常検出システム。
6. 前記関連機器リストは、前記現場機器の設置位置の情報を含み、
   前記エリア異常検出システムは、前記現場機器の設置位置の情報を元に、発生したエリア異常の種類を推定する
   ことを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の異常検出システム。
7. 前記エリア異常検出システムは、異常が発生した２つの前記現場機器の異常発生日時の差を算出し、
   前記エリア異常検出システムは、前記異常発生日時の差を元に、発生したエリア異常の種類を推定すること、
   を特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の異常検出システム。
8. 前記異常検出システムは、
   前記異常発生情報と、エリア異常の発生判定結果と、発生した異常に対応するための作業内容と、前記エリア異常の推定発生確率と、の少なくとも１つ以上を含む警報情報をユーザに提示すること
   を特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の異常検出システム。
9. 前記現場機器は正常動作時に正常動作情報を前記機器異常検出システムへ定期的に送信し、
   前記機器異常検出システムは前記現場機器からの前記正常動作情報を所定時間受信しなかった場合に、前記現場機器に異常が発生したと判定すること
   を特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の異常検出システム。
10. 前記異常検出システムは、前記ネットワークを介して、鉄道運行管理システムと、鉄道保安システムと、変電システムと、の少なくとも１つ以上と接続されており、
    前記エリア異常検出システムは、エリア異常が発生したと判定した場合、
    前記鉄道運行管理システムと、前記鉄道保安システムと、前記変電システムと、の少なくとも１つ以上に対して、エリア異常についての情報を送信し、エリア異常の種類に応じた制御を行わせる、
    ことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の異常検出システム。
11. 複数の現場機器にネットワークを介して接続された異常検出システムの異常検出方法であって、
    前記異常検出システムが、
    前記現場機器に異常が発生した時に、前記現場機器の異常についての情報である異常発生情報を、異常発生履歴としてデータベースに記録する第１工程と、
    複数の前記現場機器の中の第１の現場機器に異常が発生した時に、前記異常発生履歴を検索することで、過去の所定の時間帯に前記第１の現場機器の関連機器に異常が発生したか判定する第２工程と、
    前記関連機器に異常が発生していた場合、複数の前記現場機器の挙動に影響を及ぼす異常事象であるエリア異常が発生したと判断し、ユーザにエリア異常が発生した旨を通知する第３工程と、
    を実行することを特徴とする、異常検出方法。
12. 前記異常発生情報には、異常の発生した前記現場機器の識別情報と、異常の発生した日時情報が含まれており、
    前記データベースは、前記エリア異常が発生した場合に影響が及ぶと想定される現場機器の組合せについての情報である関連機器リストと、前記異常検出システムが前記異常発生履歴を検索する際の検索範囲を示す確認時間と、を保持しており、
    前記第２工程で前記異常検出システムは、前記関連機器リストを用いて前記第１の現場機器の関連機器を特定する、
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の異常検出方法。
13. 前記関連機器リストには、前記現場機器の組合せについての情報がエリア異常毎に記録されており、
    前記確認時間は、エリア異常毎に定義されている、
    ことを特徴とする、請求項１２に記載の異常検出方法。

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