JP5450858B2 - 自動列車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動列車制御装置に関する。

現在、実用に供されている自動列車停止装置には、変周式ＡＴＳ装置（ＡＴＳ−Ｓ）と、トランスポンダ式ＡＴＳ装置（ＡＴＳ−Ｐ）とがある。変周式ＡＴＳ装置とトランスポンダ式ＡＴＳ装置の区別は、地上・車上間の情報伝達方式の違い及び列車制動方式の違いによる。

変周式ＡＴＳ装置は、図７に示すように、情報伝達方式に周波数変周方式を用いるものであり、信号機５から所定距離手前(外方)の地点にコイルとコンデンサからなる地上子４を設置し、信号機５が停止信号を現示した時、その地上子４から当該信号機の停止信号現示情報を周波数変周方式により車上子１を経て車上(車上装置)に伝え、車上装置は、車内警報を動作され、乗務員が一定時間内に確認扱いをしなければ、自動的にブレーキを動作させ、当該列車が当該信号機に到達するまでに停止するように制動装置を制御するように構成されている。
ところが、変周式ＡＴＳ装置は、地上・車上間の情報伝達が地上子４の設置地点においてしか行なわれないため、次の信号機の信号現示が停止現示から注意現示又は進行現示に現示アップされた場合の応答速度が遅いので、運転効率の向上の面から問題がある。また、車内警報動作後の乗務員の運転扱いが適切でない場合には、保安性が脅かされるという問題がある。

これに対し、トランスポンダ式ＡＴＳ装置は、変周式ＡＴＳ装置に代替するものとして採用されるようになったものであって、図８に示すように、情報伝達方式にトランスポンダによるデジタル伝達方式を用いるものであり、信号機５の一定距離手前(外方)にトランスポンダ用地上子４’を設置し、符号処理器５Ｂが入力した信号現示条件及び信号機位置データに基づく停止信号機までの距離を電文構成して地上子４’からトランスポンダ用車上子１’を介して車上装置へ伝達し、車上装置は受信した電文に基づいて速度照査パターンＶＰを発生し、自列車の走行速度が許容速度を超えた時、ブレーキを自動的に動作させるように構成されている。

従って、トランスポンダ式ＡＴＳ装置は、地上から受信した情報に基づき適正な速度照査パターンＶＰを発生し、これに基づいて列車の走行を連続的に制御するので、高い保安性が得られるという特長を有する。すなわち、トランスポンダ式ＡＴＳ装置は、保安性において変周式ＡＴＳ装置よりも優れている。従って、既設の変周式ＡＴＳ装置からトランスポンダ式ＡＴＳ装置に切替えることが望まれる。

特になし

しかしながら、上記のように、変周式ＡＴＳ装置は、地上子からの周波数信号を車上装置が受信して制御を行うものであるため、制御を行ないたい場所に地上子を設置するのみであった。また、トランスポンダ式ＡＴＳ装置は、変周式ＡＴＳ装置の周波数変周方式を電文方式に切替えることにより、地上電文情報を基にした車上パターンを発生して、連続的に速度照査を行なうことができるが、車上設備と地上設備のいずれも、変周式ＡＴＳ装置との互換性が無いため、既設の変周式ＡＴＳ装置をトランスポンダ式ＡＴＳ装置に変えるには、大幅な切替工事が必要となるという問題がある。
また、これらの方式の違う区間に列車の乗り入れを行なう場合は、各列車に変周式ＡＴＳ装置とトランスポンダ式ＡＴＳ装置の双方の車上設備が必要となるという問題がある。上記２つの問題が、変周式ＡＴＳ装置からトランスポンダ式ＡＴＳ装置への切替が進んでいない原因であると思われる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、既存の変周式ＡＴＳ装置用の車上・地上設備を有効に活用しつつ、トランスポンダ式ＡＴＳ装置並みの保安度を確保することができ、さらに、工事区間において、その区間に適切な運転を行うことができる自動列車制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る自動列車制御装置は、
(Ａ)地上には、
（ａ１）軌道の一定区間ごとに走行位置情報を更新するための絶対位置地上子を、車上での走行距離計測値の補正が必要となる距離毎に設置するとともに、
（ａ２）各信号機から速度制限が必要となる所定の距離手前に現示情報を送信するための変周式ＡＴＳ装置用地上子を設置し、
(Ｂ)車上には、
（ｂ１）前記絶対位置地上子及び前記変周式地上子との間で通信するための車上子を搭載するとともに、
（ｂ２）車上装置は、各地上子からの信号を受ける受信器と、速度照査パターンを発生する処理装置と、その速度照査パターンを基に列車速度を制御する制御装置と、車両性能データベース及び線路データベースからなる車上データベースとを備えてなり、
（ｂ２１）前記車両性能データベースは、車両最高速度、減速度、空走時間などのデータを含むものであり、
（ｂ２２）前記線路データベースは、各地上子に対応して備えられる線区・区間・上下線の区別、設置キロ程、絶対位置ＩＤなどを含む絶対位置データと、上り線及び下り線のそれそれについての線区・区間・上下の区別、地上子位置、信号機位置、速度制限情報などを含む線区毎に用意される線路データとを格納するものであり、
（ｂ２３）前記車上装置の処理装置は、各絶対位置地上子を通過するたびに自列車の走行位置を更新するとともに、変周式地上子から停止信号現示情報を受信したときは、前記車上データベースから前記走行位置情報に対応するものを読み出して速度照査パターンを発生して前記制御装置に与えるものであり、
（ｂ２４）前記線路データベースを、バージョン１の絶対位置データ及びバージョン情報とポインタを含む線路データからなる基本線路データベースと、地上設備の保守や切替などの変更工事によりバージョンアップされた絶対位置データ及びバージョン情報とポインタを含む線路データからなる変更線路データベースとの複数面を用意し、
(ｂ２５)前記絶対位置地上子よりバージョン１のバージョン情報を受信したときは、前記基本線路データベースのデータを用い、前記絶対位置地上子よりバージョンアップされたバージョン情報を受信したときは、バージョン情報に付属する前記ポインタにより指定される変更線路データベースのデータを用いる、
ことを基本的構成とし、
さらに、これに加えて、
地上設備を変更する区間の区間開始位置と区間終了位置とに変周式ＡＴＳ並びに制限区間までの距離や制限速度等の電文送信が可能な工事区間用地上子を設置し、その地上設備が変更された区間においては、車上データベースを用いずに、前記工事区間用地上子より受信する情報に従って列車の運転を制御することを特徴としている

本発明によれば、既存の変周式ＡＴＳ装置用の車上・地上設備を有効に活用しつつ、トランスポンダ式ＡＴＳ装置並みの保安度を確保することができ、車上データベースを複数面備えて、区間によるバージョン管理を行なうので、区間ごとの更新や切替工事などを行なうことができる。車上データベースを複数面備えるので、切替工事などの前後のデータベースの不一致を防止することができる。つまり、制限区間までの距離や制限速度等の情報を車上装置で持つことに伴い、走行位置の確定や地上設備との相違がないことの照合を行うことができ、また、区間ごとの切替や変更等データベースのバージョン管理を行うので、安全性が確保される。さらに、工事区間においては、その区間に対して設定された制御条件の電文情報を地上から受信して、当該工事区間に適切な運転を柔軟に行うことができる。

本発明に係る自動列車制御装置の構成及び制御の概略を示す模式図。 車上設備の構成を示す概念図。 本発明において用いる絶対位置確認用地上子の設置位置に関する説明図。 本発明に係る自動列車制御装置を構成する車上装置に備えられる車上データベースの構成を示すブロック図。 本発明の好ましい実施例において用いるデータベースの構成を示すブロック図。 好ましい実施例の適用例を示す模式図。 変周式ＡＴＳ装置の原理説明図。 トランスポンダ式ＡＴＳ装置の原理説明図。

次に、本発明の実施の形態について、図面を用いながら説明する。
図１は本発明に係る自動列車制御装置の構成及び制御の概略を示す模式図、図２は車上設備の構成を示す概念図、図３は本発明において用いる絶対位置地上子の設置位置に関する説明図、図４は本発明に係る自動列車制御装置を構成する車上装置に備えられる車上データベースの構成を示すブロック図、図５は本発明の好ましい実施例において用いるデータベースの構成を示すブロック図、図６は好ましい実施例の適用例を示す模式図である。

図２に示すように、本発明を実施するため、列車Ｔには車上設備として、車上子１と、速度発電機２と、車上装置３とが搭載されている。

車上子１は、既設の変周式車上子を活用している。ただし、この車上子１は、後述するように、地上に設置される２種類の地上子、すなわち、絶対位置情報を車上に伝送するための地上子４Ａと信号機の信号現示情報を車上に伝送するための既設の変周式地上子４Ｂにより異なった用い方をする。

速度発電機２は、既知のものであり、速度発電機２が出力するパルス信号は、自列車の走行速度の計測と走行距離の計測のために車上装置３に与えられる。

車上装置３は、車上子１と後述される地上子４Ａとの間の送受信及び地上子４Ｂからの信号の受信を行なう送受信器３１と、車上データベース３２と、送受信器３１から入力する後述の情報に基づいて前記車上データベース３２からデータを読み出して所定の速度照査パターンを発生するとともに、速度発電機２からのパルス信号を基に走行速度と走行距離を計測する処理装置３３と、その処理装置３３が発生する速度照査パターン及び処理装置３３が計測した走行速度と走行距離を基にブレーキの動作又はその解除などの列車運転を制御する制御装置３４とから構成されている。

従来の変周式ＡＴＳ装置の車上装置の処理装置は、車内警報が鳴動するために必要な情報を地上から受信しているが、本発明においては、その情報を車上データベース３２に格納し、当該列車の現在走行位置に対応するデータを読み出して速度照査パターンを生成する点に一つの特徴がある。そして、速度照査パターンを生成するために必要な情報を車上データベース上に持ち、確定された走行位置に応じてデータを読出して速度照査パターンを生成し、その速度照査パターンを基に走行を制御する。車上データベース３２については、後に詳述する。

また、本発明においては、地上には地上設備の一つとして、軌道の一定区間ごとに絶対位置情報を車上に与えるための地上子(以下、絶対位置地上子という。)４Ａが新たに設置され、他の地上設備として、信号機５の信号現示情報を車上に伝送するための地上子４Ｂ１が、信号機５から外方の所定距離の位置に設置されている。この地上子４Ｂ１は、既存の変周式地上子である。そして、絶対位置地上子４Ａは、図１に示すように、地上子４Ｂ１の外方の、信号機５から所定距離の位置（ゾーン）に設置される。

絶対位置地上子４Ａは、車上装置３の処理装置３３が適正な速度照査パターンを生成するための基準位置とするための地上子である。そして、絶対位置地上子４Ａは、電池駆動である。そのため、地上の絶対位置地上子４Ａから車上に絶対位置情報を送出するため、車上子１から他の信号による影響を受けない励起信号を送出し、その励起信号により絶対位置地上子４Ａを励起させて、その励起信号に対する応答信号を出力（アンサーバック）する送受信方法を用いている。

この絶対位置地上子４Ａを用いるときは、後述するように、ある区間において保守工事や切替工事などが行われる場合に、その工事区間に接近する列車に対して工事区間を認識させるために臨時的に設置することが容易にできる長所がある。

絶対位置地上子４Ａは、列車がその地上子４Ａを通過した後、処理装置３３が速度発電機２からの出力を用いて走行距離を計測しながら自列車の走行位置を正確に認識するためのものである。従って、絶対位置地上子４Ａは、走行距離積算値の実走行距離との乖離が許容値を越えない距離ごとに設置される。図３に示す例では、同図において右方向に進行する列車に関しては、始発駅であるＡ駅の各構内線から本線ＭＲの合流点ｐ１までの距離が認識できていないので、合流点ｐ１の直後に絶対位置地上子４Ａ１が設けられ、また、側線ＳＲを有するＣ駅では、本線ＭＲを走行する距離と側線ＳＲを走行する距離とが異なるので、本線と側線の合流点ｐ３の直後に絶対位置地上子４Ａ２が設けられている。

信号機５の信号現示情報を車上に伝送するための既存の変周式地上子４Ｂは、信号器具箱６から延設されている既設の電源ケーブル７より軌道付近に設置された制御箱８に電源を供給されるか否かにより、従来通り、信号機５の現示信号に対応する所定の周波数信号を出力するものである。

従来の変周式ＡＴＳ装置においては、停止現示情報を送信するための変周式地上子４Ｂ１が１個のみ設置されて、車上子１がその地上子４Ｂ１から停止現示情報を受信したことに基づき所定の速度制限を行うが、本発明の自動列車制御装置の好ましい実施の形態においては、図１に示すように、停止現示情報を送信するための変周式地上子４Ｂ１のほかに、その外方に、信号現示アップ情報を車上に送出するための変周式地上子が１個又は複数個４Ｂ２，４Ｂ３が設置されている。これらの信号現示アップ情報を車上に送出するための変周式地上子４Ｂ２，４Ｂ３は、停止現示情報を送信するための変周式地上子４Ｂ１からの停止現示情報を受信したことに基づき後述のように所定の速度照査パターンが発生されて速度制限が開始された後、信号現示アップがなされたときに、その速度制限を解除するためのものである。

図２の車上データベース３２は、本発明の自動列車制御装置の主要な構成要素である。すなわち、従来のトランスポンダ式ＡＴＳ装置においては、速度照査パターンを生成するために必要な諸情報は、全て地上から受信しているのに対し、本発明では、速度照査パターンを生成するために必要な諸情報を車上データベース３２に格納し、自列車の現在走行位置が所定の位置に達したときに、車上データベース３２からその走行位置に対応して記憶されているデータを読み出して、速度照査パターンを生成するように構成してある。

その車上データベース３２は、図４に示すように、車両性能データベース３２Ａと線路データベース３２Ｂとからなっている。車両性能データベース３２Ａには、当該列車の車両形式、搭載している速度発電機の種別、車両最高速度、車両種別毎の修正速度、減速度、空走時間、車上子取付位置などが格納されている。
線路データベース３２Ｂには、絶対位置データ３２Ｂ１と、複数の線路データベース３２Ｂ２１，３２Ｂ２２，…とが含まれている。絶対位置データ３２Ｂ１は、各絶対位置地上子の絶対位置データとして、当該絶対位置地上子が設置されている線区・区間・上り線と下り線の区別、設置キロ程（基準位置から当該絶対位置地上子の設置位置までの距離）、絶対位置ＩＤ、当該絶対位置地上子のバージョン情報などから構成されている。絶対位置ＩＤは、各絶対位置地上子４Ａに対して付された識別符号である。特定の絶対位置ＩＤにより、その絶対位置地上子４Ａの設置位置が確定される。

線路データベースは、それぞれ、例えば、ＡＡ線区用線路データベース３２Ｂ２１、ＢＢ線区用線路データベース３２Ｂ２２のように、各線区ごとに備えられている。各線区用線路データベースには、上り線、下り線ごとに、例えばＡ駅〜Ｃ駅、Ｃ駅〜＊駅のように、所定の駅間の線路データとして、当該駅間の線区・区間・上下の区別、地上子の設置位置、信号機位置、当該区間の速度制限情報（線区・曲線・勾配・分岐器の有無など）などが格納されている。

続いて、図１の上記のように車上データベース３２を設備した列車Ｔが信号機５の方向に走行するときの列車制御動作を説明する。
走行中の列車Ｔが絶対位置地上子４Ａの設置位置を通過する際、車上子１と絶対位置地上子４Ａとの間の通信により、車上装置の処理装置３３は、絶対位置地上子４Ａより絶対位置ＩＤを受信するたびに現在走行位置情報を更新する。そして、処理装置３３はその絶対位置ＩＤに基づいて、車上データベース３２の中の車両性能データベース３２Ａ、線路データベース３２Ｂのうち受信した絶対位置ＩＤに対応する線路データ、すなわち自列車が走行中の線区の線路データを読み出して、速度照査パターン生成の準備を行なう。

次に、その列車が進行して車上子１が最初の変周式地上子４Ｂ１から停止現示情報を受信したときは、処理装置３３は、車上データベース３２から車両性能データ３２Ｂ１及び先に読み出した自列車の走行中の線区の線路データ、絶対位置地上子４Ａから変周式地上子４Ｂ１までの距離データ（記憶されている又は計測した距離データ）を素因として用いて、既知の演算プログラムの実行により、図１に例示されているような速度照査パターンＶＰを生成して、制御装置３４に与える。制御装置３４はその速度照査パターンＶＰと処理装置３３から入力される走行速度計測値とを照合して、その走行速度が速度照査パターンＶＰを越えた場合は、ブレーキを動作させることにより、速度照査パターンＶＰに沿うように速度を制御する。

速度照査パターンＶＰに従って列車の制御が行なわれるので、制御は連続的に行なわれる。しかし、好ましい実施の形態においては、現示アップ情報を送信する第２又は第３の変周式地上子４Ｂ２，４Ｂ３を設けてあり、ブレーキが動作されている列車が信号機５に到達する前に信号機５が現示アップしたときは、制御装置３４は、即座にこれに対応してブレーキを解除するように構成してあるので、先行列車の走行位置に応じて運転効率を高めることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、車上データベースを用いる利点を増幅させるため、運用開始当時の原始的線路データ及び絶対位置地上子の設置位置データを基本線路データベースとし、保守工事や切替工事などの工事による変更が予定されている区間又は変更された区間に対する線路データ及び設置位置データを変更線路データベースとして、２面の車上データベースを用意し、列車が工事区間に進行するときは、その区間に対して設置された絶対位置地上子から、基本線路データベースと変更線路データのいずれを用いるべきかを指定する信号を車上に送信するようにしてある。

さらに具体的に説明すると、図５に示すように、車上データベースには、基本線路データベース３２Ｂａと、変更線路データベース３２Ｂｂが備えられている。
基本線路データベース３２Ｂａは、絶対位置ＩＤと、バージョン番号と、そのバージョン番号により指定されるポインタとを一組とするデータを各絶対位置地上子に対応して格納し、各ポインタによって指定される線路データとして、線区と、上下の区別及び区間を指定するデータを格納している。図５の例では、絶対位置１については、バージョン１及びポインタ１が記憶され、そのポインタ１については、線区はＡＡ線、区間は下りＡ駅〜Ｃ駅が線路データとして記憶されている。

変更線路データベース３２Ｂｂは、地上設備の保守や切替等の工事による変更が予定されている区間又は変更された区間に対して、変更工事予定又は変更工事後の絶対位置、バージョン及びポインタを一組とするデータと、各ポインタによって指定される線路データとを格納している。図５に示された例では、絶対位置１がバージョン２に変更され、そのポインタｘにより指定される線路データは、線区ＡＡ線、区間下りＡ駅〜Ｃ駅である。

上記の２面の車上データベースを備えた列車が、例えば、絶対位置１の地上子４Ａからバージョン２を受信したときは、処理装置３３は変更路線データベース３２Ｂｂの線路データを使用する。

このような基本線路データベース３２Ｂａと変更線路データベース３２Ｂｂを用いる自動列車制御装置の利点は、図６に例示するように、地上設備の変更工事が必要になった区間において、変更工事前は基本線路データベース３２Ｂａに基づく列車制御を行い、変更工事開始時に、地上設備の工事が必要となった区間の始点と終点にそれぞれ工事区間用地上子（４Ｂａ，４Ｂｂ）を設置することにより、この区間の基本線路データベース３２Ｂａを休止し、変周式ＡＴＳ装置用地上設備と制限区間までの距離や制限速度等の情報を送信可能な地上子による列車制御が行える。さらに、変更工事が終了した場合は、絶対位置地上子（４Ａ１）のバージョン情報を変更工事後の地上設備に対応したバージョン情報に更新し、地上設備の工事が必要となった区間の始点と終点に設置した工事区間用地上子（４Ｂａ，４Ｂｂ）を撤去することにより、変更線路データベース３２Ｂｂを用いる列車制御が行える。したがって、任意の区間で地上設備の変更工事が行われる際は、工事中及び工事後に柔軟に自動列車制御を継続することができる。

Ｔ 列車
１ 車上子
２ 速度発電機
３ 車上装置
３１ 送受信機
３２ 車上データベース
３２Ａ 車両性能データベース
３２Ｂ 線路データベース
３２Ｂ１ 絶対位置データ
３２Ｂ２１、３２Ｂ２２、 線路データベース
３２Ｂａ 基本線路データベース
３２Ｂｂ 変更線路データベース
３３ 処理装置
３４ 制御装置
ＢＰ 速度照査パターン
４Ａ 絶対位置地上子
４Ｂ１ 停止現示情報送信用変周式地上子
４Ｂ２，４Ｂ３ 現示アップ情報伝送用変周式地上子
５ 信号機

Claims (1)

1. 地上には、軌道の一定区間ごとに走行位置情報を更新するための絶対位置地上子を、車上での走行距離計測値の補正が必要となる距離毎に設置するとともに、各信号機から速度制限が必要となる所定の距離手前に現示情報を送信するための変周式地上子を設置し、
   車上には、前記絶対位置地上子及び前記変周式地上子との間で通信するための車上子を搭載するとともに、車上装置は、各地上子からの信号を受ける受信器と、速度照査パターンを発生する処理装置と、その速度照査パターンを基に列車速度を制御する制御装置と、車両性能データベース及び線路データベースからなる車上データベースとを備えてなり、
   前記車両性能データベースは、車両最高速度、減速度、空走時間などのデータを含むものであり、
   前記線路データベースは、各地上子に対応して備えられる線区・区間・上下の区別、設置キロ程、絶対位置ＩＤなどを含む絶対位置データと、上り線及び下り線のそれそれについての線区・区間・上下線の区別、地上子位置、信号機位置、速度制限情報などを含む線区毎に用意された線路データとを格納しているものであり、
   前記車上装置の処理装置は、各絶対位置地上子を通過するたびに自列車の走行位置を更新するとともに、前記変周式地上子から停止信号現示情報を受信したときは、前記車上データベースから前記走行位置情報に対応するものを読み出して速度照査パターンを発生して前記制御装置に与えるものであり、
   前記線路データベースを、バージョン１の絶対位置データ及びバージョン情報とポインタを含む線路データからなる基本線路データベースと、地上設備の保守工事や切替工事などの変更工事に対応してバージョンアップされた絶対位置データ及びバージョン情報とポインタを含む線路データからなる変更線路データベースとの複数面を用意し、
   前記絶対位置地上子よりバージョン１のバージョン情報を受信したときは、前記基本線路データベースのデータを用い、前記絶対位置地上子よりバージョンアップされたバージョン情報を受信したときは、バージョン情報に付属する前記ポインタにより指定される前記変更線路データベースのデータを用い、
   地上設備の変更工事区間の始点位置と終点位置とに変周式ＡＴＳ並びに制限区間までの距離や制限速度等の電文送信が可能な工事区間用地上子を設置し、その地上設備の変更工事区間においては、車上データベースを用いずに、前記工事区間用地上子より受信する情報に従って列車の運転を制御すること、
   を特徴とする自動列車制御装置。

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