JP5164884B2 - 自動列車制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道用の列車保安に使用する自動列車制御（ＡＴＣ：Automatic Train Control）装置に関し、特に、ＡＴＣ装置の地上自動列車制御装置（以下単に「地上装置」と称する）に関するものである。

一般に、ＡＴＣ装置は、列車に設けられた車上自動列車制御装置（以下単に「車上装置」と称する）と地上装置で構成される。ＡＴＣ装置が設けられた鉄道では、列車が走行するレールが所定の間隔ごとに区分されて軌道回路を構成しており、地上装置が各区間を走行する列車に対して許容速度を指示する自動列車制御信号（以下単に「ＡＴＣ信号」と称する）を送出している。具体的には、地上装置の送信器では、ＡＴＣ信号用キャリア波を変調器によって周波数変調し、変調器の出力を増幅器によって電力増幅し、増幅器の出力に含まれる不要な周波数成分をフィルタによって除去した後、ＡＴＣ信号を軌道回路に出力する。軌道回路からＡＴＣ信号を受信した車上装置は、列車の許容速度と実際の走行速度とを比較し、走行速度が許容速度を上回る場合、ブレーキ制御装置等に対して所定の制御指令を出力することによって、走行速度が許容速度の範囲内に抑えられるように制御する。また、地上装置は、列車が軌道回路に進入したことを検知する列車検知（ＴＤ：Train Detection）信号（以下単に「ＴＤ信号」と称する。）を軌道回路に常時出力しており、列車が軌道回路に進入したことによって変化したＴＤ信号のレベルを監視し、軌道回路上の列車在線検知を行う。

ただし、近年開発が進められているデジタル方式のＡＴＣシステムは、ＴＤ信号およびＡＴＣ信号にデジタル情報を持たせることにより、従来のアナログ方式よりも複雑で高性能な列車制御を実現しているが、各信号に含まれる情報量が増加傾向にある。そのため、ＡＴＣシステムには、各信号に含まれる情報が地上装置と車上装置との間で正常に伝送されていることを保証する仕掛けの導入が望まれている。

従来、例えば下記特許文献１に示されるＡＴＣ地上送受信器は、２つのＣＰＵを有し、一方のＣＰＵを含むＴＤ信号出力制御部と、他方のＣＰＵを含むＡＴＣ信号出力制御部とで構成されている。具体的には、ＴＤ信号出力制御部は、一方のＣＰＵ、変調器、およびフィルタで構成されたＴＤ信号送出部と、フィルタ、復調器、および一方のＣＰＵで構成されフィードバック情報と期待値とを比較監視する信号監視部とを有して構成されている。また、ＡＴＣ信号出力制御部は、他方のＣＰＵ、変調器、およびフィルタで構成されたＡＴＣ信号の送出部と、フィルタ、復調器、および他方のＣＰＵで構成されフィードバック情報と期待値とを比較監視する信号監視部とを有して構成されている。このように、２つのＣＰＵを備えて構成された従来のＡＴＣ地上送受信器は、一方のＣＰＵから送出されたＴＤ信号と他方のＣＰＵから送出されたＡＴＣ信号とを、フィードバック情報としてそれぞれのＣＰＵが受信し、各ＣＰＵにおいて期待値とフィードバック情報とを比較監視することで、車上装置に送出されたＴＤ信号およびＡＴＣ信号に生じた異常の早期検知を実現している。

特許第４１４５７４０号公報

しかしながら、上記特許文献１に示す従来技術は、各信号送出部から出力されたアナログ信号であるＡＴＣ信号およびＴＤ信号を加算する場合に加算器を必要とし、また、ＡＴＣ信号とＴＤ信号のフィードバック情報を別々に受信する場合に分配器などのハードウェアが外部に必要となるため、地上装置の更なる簡素化および小型化に課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＡＴＣ信号およびＴＤ信号を軌道回路に送出する信号出力制御部と、当該送出されたＡＴＣ信号およびＴＤ信号に関するリードバック情報を受信し当該受信したリードバック情報の異常の有無を判定する信号監視部との更なる簡素化および小型化を実現可能とする自動列車制御装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明は、外部からの自動列車制御信号と列車検知信号と前記自動列車制御信号の非送信時に送出する待機信号とを軌道回路に送出する信号出力制御部と、当該送出された前記自動列車制御信号、前記列車検知信号、および前記待機信号に関するリードバック情報を受信し当該受信したリードバック情報の異常の有無を判定する信号監視部とを有する地上装置を備えた自動列車制御装置において、前記信号出力制御部は、予め設定された前記自動列車制御信号に関する信号出力レベルに基づいて前記自動列車制御信号を送出し、または予め設定された待機信号に関する信号出力レベルに基づいて前記待機信号を送出する第１の制御部と、予め設定された前記列車検知信号に関する信号出力レベルに基づいて前記列車検知信号を送出する第２の制御部と、を有し、前記信号監視部は、前記リードバック情報に含まれる前記自動列車制御信号、前記列車検知信号、および前記待機信号の個々の信号出力レベルを、前記予め設定された自動列車制御信号、列車検知信号、および待機信号に関する信号出力レベルに照合する第１の監視部と、前記リードバック情報に含まれる前記自動列車制御信号および前記列車検知信号を、前記信号出力制御部に入力された前記自動列車制御信号および前記列車検知信号に照合する第２の監視部と、を有し、前記信号出力制御部は、１つのＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で構成され、前記信号監視部は、このＤＳＰ以外の他の１つのＤＳＰで構成されていること、を特徴とする。

本発明によれば、ＴＤ信号およびＡＴＣ信号を軌道回路に送出する信号出力制御部と、リードバック情報を受信し当該受信したリードバック情報の異常の有無を判定する信号監視部とを、それぞれ１つのＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成するようにしたので、従来技術に比して更なる簡素化および小型化を実現することができるという効果を奏する。

図１は、本実施の形態にかかる地上自動列車制御装置の構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる自動列車制御装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。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。

実施の形態．
（地上自動列車制御装置の構成）
図１は、本実施の形態にかかる地上自動列車制御装置の構成を示す図である。図１の上側に示される図は、ＡＴＣ・ＴＤ信号出力制御部（以下単に「制御部」と称する）１０を示しており、図１の下側に示される図は、ＡＴＣ・ＴＤ信号監視部（以下単に「監視部」と称する）２０を示している。

（ＡＴＣ・ＴＤ信号出力制御部の構成）
制御部１０は、主たる構成部として、第１の制御部２００および第２の制御部３００を有して構成されている。

第１の制御部２００は、第１の信号生成器であるＡＴＣ信号用送信キャリア波生成器１１（以下単に「生成器１１」と称する）、待機信号波生成器１２（以下単に「生成器１２」と称する）、切替器１３、および第１の変調部２１０を有して構成され、第１の変調部２１０は、変調器１４および変調信号生成器１５（以下単に「生成器１５」と称する）を有して構成されている。

第２の制御部３００は、第２の信号生成器であるＴＤ信号用送信キャリア波生成器１７（以下単に「生成器１７」と称する）および第２の変調部３１０を有して構成され、第２の変調部３１０は、変調器１８および変調信号生成器１９（以下単に「生成器１９」と称する）を有して構成されている。

生成器１１、生成器１２、および生成器１７には、送信出力設定器６０が接続されており、当該送信出力設定器６０は、生成器１１で生成される送信キャリア波７０と、生成器１２で生成される待機信号波７１と、生成器１７で生成される送信キャリア波１１０の信号出力レベル６１を予め設定するものであり、設定された信号出力レベル６１は、生成器１１、生成器１２、および生成器１７に送出される。なお、送信キャリア波７０は、制御部１０に入力されたＡＴＣ信号９０の送信時に使用され、送信キャリア波１１０は、制御部１０に入力されたＴＤ信号１００の送信に使用され、待機信号波７１は、ＡＴＣ信号９０の非送信時に送出されるものである。信号出力レベル６１は、例えばスイッチなどの設定手段によって、任意のレベル（８段階など）に設定可能である。

その結果、軌道回路にＡＴＣ信号９０を送信する場合、生成器１１は、ＡＴＣ信号に関する信号出力レベル６１に基づいて、ＡＴＣ信号９０の送信に使用する送信キャリア波７０を生成し、ＡＴＣ信号９０を送信しないとき、生成器１２は、待機信号に関する信号出力レベル６１に基づいて待機信号７１を生成する。また、生成器１７は、ＴＤ信号に関する信号出力レベル６１に基づいて、ＴＤ信号１００の送信に使用する送信キャリア波１１０を生成する。なお、送信キャリア波７０、待機信号波７１、および送信キャリア波７１の波形は、それぞれ所定の周波数の正弦波であり、各周波数は、互いに異なるように設定されている。

切替器１３は、生成器１１から出力された送信キャリア波７０または生成器１２から出力された待機信号７１を、制御部１０に入力されたＡＴＣ信号９０に基づいて切替えて出力する。例えば、切替器１３は、ＡＴＣ信号９０の送信時には送信キャリア波７０を選択し、ＡＴＣ信号９０の非送信時には待機信号７１を選択し、送信キャリア波７０または待機信号波７１のいずれかを切替器出力７２として出力する。なお、切替器１３が使用される場面としては、所定の区間に列車が進入していないときには待機信号７１が選択され、当該区間に列車が進入したときには待機信号７１からＡＴＣ信号用送信キャリア波７０からが選択され、選択された信号が軌道回路に送出されることが想定される。

生成器１５は、送信キャリア波７０を変調するための変調信号７３を生成する。具体的には、軌道回路にＡＴＣ信号９０を送信する場合、生成器１５は、制御部１０に入力されたＡＴＣ信号９０に基づいて、信号レベルが‘１’または‘０’に変化する情報変調されたデジタル信号を生成し変調信号７３として出力する。また、ＡＴＣ信号９０を送信しないとき、生成器１５は、信号レベルが常に‘０’となる信号を出力する。すなわち、変調信号７３の信号レベルは、ＡＴＣ信号送信時とＡＴＣ信号非送信時においてそれぞれ異なる波形となる。なお、生成器１５で生成される変調信号７３は、情報変調されたアナログ信号でもよい。

変調器１４は、生成器１５からの変調信号７３によって、送信キャリア波７０の周波数変調を行う。具体的には、変調器１４は、ＡＴＣ信号送信時において、上述した変調信号７３の信号レベルが‘１’のとき、変調器１４に入力された送信キャリア波７０の周波数を変化させずに出力し、変調信号７３の信号レベルが‘０’のとき、変調器１４に入力された送信キャリア波７０の周波数を、所定の周波数だけ減少するように周波数変調して出力する。

なお、変調器１４における周波数変調は、例えば、変調信号７３のレベルに応じて、送信キャリア波７０の周波数を、所定の周波数だけ増加あるいは減少させるようにしてもよい。また、変調器１４では周波数変調を行っているが、これに限定されず、他の変調方式、例えば、位相変調等を行ってもよい。さらに、切替器１３を省いて構成された場合、変調器１４は、生成器１１から直接送信された送信キャリア波７０を変調することも無論可能である。

生成器１９は、制御部１０に入力されたＴＤ信号１００に基づいて、送信キャリア波１１０を変調するための変調信号１１１を生成する。変調器１８は、変調信号生成器１８から出力された変調信号１１１によって、送信キャリア波１１０の周波数変調を行う。

変調器１４および変調器１８からの各出力は、デジタル処理によって加算処理され、加算された信号は、増幅器３０で増幅され、さらにフィルタ４０によって増幅器３０の出力に含まれる不要な周波数成分が除去され、図示しない軌道回路に送信される。その結果、車上装置に送信される送信波には、ＡＴＣ信号非送信時は待機信号およびＴＤ信号１００が含まれ、ＡＴＣ信号送信時はＡＴＣ信号９０およびＴＤ信号１００が含まれる。

なお、本実施の形態にかかる第１の変調部２１０および第２の変調部３１０は、変調器と変調信号生成器が分離して構成されているが、１つの変調部として構成してもよい。また、第１の制御部２００は、生成器１２と切替器１３を有しているが、待機信号７１を送出しない場合には、生成器１２と切替器１３を省いて構成することも可能である。

軌道回路に送出されたフィルタ出力８０は、送信出力モニタ５０でモニタされ、送信出力モニタ５０は、監視部２０に対するリードバック情報８１を生成する。リードバック情報８１は、監視部２０において、軌道回路に送信されたフィルタ出力８０の送信出力値などが異常か否かを判定するために用いられる。

なお、送信出力モニタ５０としては、例えば、信号電圧を検出するＭＴ（マッチングトランス）や、信号電流を検出する電流センサあるいはＣＴ（カレントトランス）を用いる。

なお、従来の地上装置は、２つのＣＰＵから出力されたＡＴＣ信号およびＴＤ信号が、変調器によってそれぞれアナログ信号に変換されているが、変換されたＡＴＣ信号およびＴＤ信号を加算する場合、図示しない加算器を必要とし、また、ＡＴＣ信号とＴＤ信号のフィードバック情報を別々に受信する場合に分配器などのハードウェアが必要である。一方、本実施の形態にかかる地上装置は、変調器１４から出力されたＡＴＣ信号と変調器１８から出力されたＴＤ信号の加算処理や、ＡＴＣ信号とＴＤ信号のフィードバック情報を別々に受信する処理を、ハードウェアを用いずに１つのＤＳＰによって行うことが可能である。

（ＡＴＣ・ＴＤ信号監視部の構成）
監視部２０は、主たる構成部として、第１の監視部４００および第２の監視部５００を有して構成されている。第１の監視部４００は、ＡＴＣ信号用フィルタ２１（以下単に「フィルタ２１」と称する）、ＴＤ信号用フィルタ２２（以下単に「フィルタ２２」と称する）、レベル検出器２３、および第１の照合器であるレベル照合器２５を有し、第２の監視部５００は、フィルタ２１、フィルタ２２、復調器２４、および第２の照合器である論理制御信号照合器２６を有して構成されている。

フィルタ２１は、送信出力モニタ５０から出力されたリードバック情報８１のうち、ＡＴＣ信号のキャリア周波数成分を抽出する。フィルタ２２は、送信出力モニタ５０から出力されたリードバック情報８１のうち、ＴＤ信号のキャリア周波数成分を抽出する。

レベル検出器２３は、ＡＴＣ信号フィルタ出力８２およびＴＤ信号フィルタ出力８３を取り込み、リードバック情報８１に含まれるＡＴＣ信号、ＴＤ信号、および待機信号の個々の信号出力レベル８４をそれぞれ検出し、レベル照合器２５に出力する。

レベル照合器２５には、送信出力設定器６０が接続されており、レベル照合器２５は、信号出力レベル６１と信号出力レベル８４を照合し、リードバック情報８１に含まれるＡＴＣ信号、ＴＤ信号、および待機信号の個々の信号出力レベル８４が、信号出力レベル６１とほぼ同一であるか否か、あるいは所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。

一方、復調器２４は、ＡＴＣ信号フィルタ出力８２およびＴＤ信号フィルタ出力８３を取り込み、リードバック情報８１に含まれるＡＴＣ信号およびＴＤ信号を復調し、復調器出力８５として論理制御信号照合器２６に出力する。

論理制御信号照合器２６は、制御部１０に入力されたＡＴＣ信号９０およびＴＤ信号１００ともに、復調器出力８５を取り込み、復調器出力８５をＡＴＣ信号９０およびＴＤ信号１００に照合する。そして、論理制御信号照合器２６は、リードバック情報８１に含まれるＡＴＣ信号およびＴＤ信号が、制御部１０に入力されたＡＴＣ信号９０およびＴＤ信号１００と同一であるか否か、あるいは所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。

レベル照合器２５または論理制御信号照合器２６のいずれか一方の照合結果が、不一致あるいは所定の許容範囲を超えている場合、監視部２０は、制御部１０において異常が発生したと判断する。また、監視部２０は、このようにして得られた照合結果を、図示しない外部装置を介して管理者等に通知する。

なお、従来の地上装置では、リードバックされたアナログ信号であるＡＴＣ信号およびＴＤ信号を設定された期待値に照合するため、復調器とフィルタで構成された監視系の組が、ＡＴＣ信号およびＴＤ信号のそれぞれに対して複数必要であった。しかしながら、本実施の形態にかかる監視部２０は、これら複数の復調器とフィルタを用いずに、１つのＤＳＰとして構成することが可能である。よって、ＡＴＣ信号とＴＤ信号とをデジタル処理によりフィルタリングや復調が一緒にできるため、ＡＴＣ信号およびＴＤ信号の送信出力モニタ部や監視部を２系統設ける必要がない。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる地上装置は、ＡＴＣ信号用送信キャリア波生成器１１などの各構成要素を１つのＤＳＰによって制御部１０として構成するとともに、変調器１４および変調器１８の出力をデジタル処理によって加算するようにしたので、従来技術に比して、ＴＤ信号１００およびＡＴＣ信号９０の送出部を簡素化することが可能である。また、本実施の形態にかかる地上装置は、レベル照合器２５および論理制御信号照合器２６などの各構成要素を１つのＤＳＰによって監視部２０として構成するようにしたので、ＴＤ信号１００およびＡＴＣ信号９０の監視部を簡素化することも可能である。その結果、本実施の形態にかかる地上装置は、従来技術に比して装置全体のサイズを小型化することが可能である。

本実施の形態に示した自動列車制御装置の構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、軌道回路に送出されたＴＤ信号およびＡＴＣ信号の異常を検知する自動列車制御装置に適用可能であり、特に、ＴＤ信号およびＡＴＣ信号を送出する信号送出部と、当該ＴＤ信号およびＡＴＣ信号を監視する信号監視部とを小型化することが可能な発明として有用である。

１０ ＡＴＣ・ＴＤ信号出力制御部
１１ ＡＴＣ信号用送信キャリア波生成器（第１の信号生成器）
１２ 待機信号波生成器
１３ 切替器
１４ 変調器
１５ 変調信号生成器
１７ ＴＤ信号用送信キャリア波生成器（第２の信号生成器）
１８ 変調器
１９ 変調信号生成器
２０ ＡＴＣ・ＴＤ信号監視部
２１ ＡＴＣ信号用フィルタ
２２ ＴＤ信号用フィルタ
２３ レベル検出器
２４ 復調器
２５ レベル照合器（第１の照合器）
２６ 論理制御信号照合器（第２の照合器）
３０ 増幅器
４０ フィルタ
５０ 送信出力モニタ
６０ 送信出力設定器
６１ 予め設定された信号出力レベル
７０，１１０ 送信キャリア波
７１ 待機信号
７２ 切替器出力
７３，１１１ 変調信号
８０ フィルタ出力
８１ リードバック情報
８２ ＡＴＣ信号フィルタ出力
８３ ＴＤ信号フィルタ出力
８４ 検出された信号出力レベル
８５ 復調器出力
９０ ＡＴＣ論理制御信号
１００ ＴＤ論理制御信号
２００ 第１の制御部
２１０ 第１の変調部
３００ 第２の制御部
３１０ 第２の変調部
４００ 第１の監視部
５００ 第２の監視部

Claims (7)

1. 外部からの自動列車制御信号と列車検知信号と前記自動列車制御信号の非送信時に送出する待機信号とを軌道回路に送出する信号出力制御部と、当該送出された前記自動列車制御信号、前記列車検知信号、および前記待機信号に関するリードバック情報を受信し当該受信したリードバック情報の異常の有無を判定する信号監視部とを有する地上装置を備えた自動列車制御装置において、
   前記信号出力制御部は、
   予め設定された前記自動列車制御信号に関する信号出力レベルに基づいて前記自動列車制御信号を送出し、または予め設定された待機信号に関する信号出力レベルに基づいて前記待機信号を送出する第１の制御部と、
   予め設定された前記列車検知信号に関する信号出力レベルに基づいて前記列車検知信号を送出する第２の制御部と、を有し、
   前記信号監視部は、
   前記リードバック情報に含まれる前記自動列車制御信号、前記列車検知信号、および前記待機信号の個々の信号出力レベルを、前記予め設定された自動列車制御信号、列車検知信号、および待機信号に関する信号出力レベルに照合する第１の監視部と、
   前記リードバック情報に含まれる前記自動列車制御信号および前記列車検知信号を、前記信号出力制御部に入力された前記自動列車制御信号および前記列車検知信号に照合する第２の監視部と、を有し、
   前記信号出力制御部は、１つのＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で構成され、
   前記信号監視部は、このＤＳＰ以外の他の１つのＤＳＰで構成されていること、
   を特徴とする自動列車制御装置。
2. 前記第１の制御部は、
   予め設定された前記自動列車制御信号に関する信号出力レベルに基づいて、前記自動列車制御信号の送信に使用する第１の送信キャリア波を生成する第１の信号生成器と、
   前記信号出力制御部に入力された自動列車制御信号に基づいて、前記第１の送信キャリア波を変調する第１の変調部とを有し、
   前記第２の制御部は、
   予め設定された前記列車検知信号に関する信号出力レベルに基づいて、前記列車検知信号の送信に使用する第２の送信キャリア波を生成する第２の信号生成器と、
   前記信号出力制御部に入力された列車検知信号に基づいて、前記第２の送信キャリア波を変調する第２の変調部とを有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の自動列車制御装置。
3. 前記第１の制御部は、
   予め設定された前記待機信号に関する信号出力レベルに基づいて、前記待機信号を生成する待機信号生成器と、
   前記自動列車制御信号の送信時には前記第１の送信キャリア波を選択し、前記自動列車制御信号の非送信時には前記待機信号を選択する切替器とを有し、
   前記第１の変調部は、
   前記信号出力制御部に入力された前記自動列車制御信号に基づいて、前記切替器から出力された前記第１の送信キャリア波を変調すること、
   を特徴とする請求項２に記載の自動列車制御装置。
4. 前記第１の監視部は、
   前記リードバック情報に含まれる前記自動列車制御信号、前記列車検知信号、および前記待機信号の個々の信号出力レベルを検出する検出器と、
   当該検出された個々の信号出力レベルを、前記予め設定された自動列車制御信号、列車検知信号、および待機信号の個々の信号出力レベルに照合する第１の照合器とを有し、
   前記第２の監視部は、
   前記リードバック情報に含まれる前記自動列車制御信号および前記列車検知信号を復調する復調器と、
   当該復調された個々の信号を、前記信号出力制御部に入力された前記自動列車制御信号および前記列車検知信号に照合する第２の照合器とを有すること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の自動列車制御装置。
5. 前記第２の照合器は、前記復調器の出力に基づいて、前記リードバック情報に含まれる前記自動列車制御信号および前記列車検知信号が、前記信号出力制御部に入力された前記自動列車制御信号および前記列車検知信号と同一か否か判定すること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の自動列車制御装置。
6. 前記信号監視部は、前記第１の照合器または前記第２の照合器の照合結果が不一致の場合、前記照合結果を外部装置に通知すること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の自動列車制御装置。
7. 前記軌道回路を介して出力された前記自動列車制御信号を受信する車上装置を備え、
   前記車上装置は、
   前記自動列車制御信号に基づいて、列車の許容速度と実際の走行速度とを比較し、前記走行速度が前記許容速度を上回る場合、ブレーキ力を制御するブレーキ制御装置にブレーキ指令を送出すること、
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の自動列車制御装置。

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