JP5452569B2 - 列車位置確定装置および列車位置確定方法 - Google Patents

Description

本発明は、列車位置を確定する列車位置確定装置および列車位置確定方法に関するものである。

従来、列車の在線位置を車上制御装置が主体的に管理し、列車の速度制御を行う車上主体型列車制御装置がある。車上主体型列車制御装置は、列車位置検出の信頼性向上のため、複数の鉄道車両からなる列車にＧＰＳアンテナおよびＧＰＳ受信機を分散配置し、また路線マップとＧＰＳアンテナ設置位置情報とを格納する記憶装置を備え、各ＧＰＳ受信機がそれぞれ少なくとも４機の衛星からのＧＰＳ信号を受信して測位計算を行い、路線マップを用いることにより、列車全体の在線位置と向きを把握する。このような技術が、下記特許文献１において開示されている。

特開２００４−１６８２１６号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、ＧＰＳ信号を用いて路線マップに対応付けて列車位置を随時補正しているが、ＧＰＳの検知位置には誤差を伴う。そのため、車両基地や駅など複数の線路がＧＰＳの位置検知精度では検知できない程度の距離に平行に近接して配置される場所では、路線マップを組み合わせても列車位置を確定することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両基地や駅など複数の線路が近接している場所において列車位置を確定することが可能な列車位置確定装置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、列車に搭載された車上制御装置、地上に設置された地上制御装置、および地上に設置され列車が在線しているトラックを検知する列車検知装置、を備え、前記車上制御装置と前記地上制御装置が無線通信により接続する列車位置確定装置であって、前記車上制御装置は、自列車に搭載されたＧＰＳ受信器で検知した位置情報および近傍トラックを探索した結果に基づいて在線するトラックを決定し、トラックを変更するごとに自列車を特定する識別情報およびトラック情報を前記地上制御装置へ送信し、前記地上制御装置から位置確定を受信した場合、車上主体列車制御モードに遷移し、前記地上制御装置は、前記車上制御装置から受信した仮位置のトラックに在線が確定している他の列車がない場合は前記仮位置正常を前記車上制御装置へ送信し、さらに、前記車上制御装置から受信した変更前のトラックから変更後のトラックへの変化が正しい場合には前記位置確定を前記車上制御装置へ送信する、ことを特徴とする。

この発明によれば、車両基地や駅など複数の線路が近接している場所において列車位置を確定することができる、という効果を奏する。

図１は、列車位置確定装置の構成例を示す図である。 図２は、列車位置確定処理を示すフローチャートである。 図３は、列車位置管理テーブルの構成例を示す図である。 図４は、トラックリンク情報の構成例を示す図である。 図５は、車上装置の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる列車位置確定装置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。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の列車位置確定装置の構成例を示す図である。列車位置確定装置は、列車側に搭載された装置等で構成される車上装置と、地上側に設置された装置等で構成される地上装置と、から構成される。

車上装置の構成について説明する。車上装置は、ＩＤ：１ａの識別情報を持つＧＰＳ受信器１と、地上装置側と無線通信を行う無線車上局２と、列車が走行する線路上のキロ程とＧＰＳ受信器１から受信する緯度・経度情報を対応づける路線データベース４と、列車の位置を管理し、路線データベース４と無線車上局２からの情報を参照し、速度制御を行う車上制御装置３と、車輪の回転に応じてパルスを発生する速度発電機５と、必要に応じて先頭車両８の車上制御装置３と最後尾の車両の図示しない車上制御装置との間で情報の授受を行う車上伝送装置６と、運転方向切替スイッチ、運転台決定スイッチ等を含むスイッチ７と、スイッチ７の状態によって進行方向が決定された車両（先頭車両）８と、を備える。なお、ここでは、列車を特定するための識別情報としてＧＰＳ受信器１のＩＤを用いるが、これに限定するものではなく、他の識別情報を用いることも可能である。また、図１において列車の下に示す矢印は列車の進行方向を示す。

つぎに、地上装置の構成について説明する。地上装置は、複数の列車の在線位置を管理し、その在線情報をもとに作成する列車間隔制御情報や、臨時速度制限情報を無線基地局１２経由で車上制御装置３に送信する地上制御装置１１と、車上装置側と無線通信を行う無線基地局１２と、軌道回路（トラック）の状態により列車（車両）の位置を判別する列車検知装置１３と、を備える。また、地上制御装置１１は、列車位置を確定する処理を行う列車位置制御部２１と、列車検知装置１３や無線基地局１２経由で受信した車両のトラック在線位置、およびトラックの接続関係を示すトラックリンク情報を保持する記憶部２２と、を備える。以降の説明において、地上制御装置１１での処理は全て列車位置制御部２１が主体となる。

車上装置では、車上制御装置３は、ＧＰＳ受信器１からの情報、および速度発電機５より得られるパルスカウントに基づいて先頭車両８を含む列車の移動距離を逐次演算した結果、を組合せて演算処理して位置情報を更新する。車上制御装置３は、無線車上局２および無線基地局１２経由で地上制御装置１１に位置情報を送信する。

地上制御装置１１は、列車検知装置１３からの情報を受信し、車両基地または駅のトラックの状態を監視する。なお、列車検知装置１３では、どのトラック（トラックＴ１〜Ｔ８、Ｔ１１〜Ｔ１８、Ｔ２１〜Ｔ２６、Ｔ３１）に列車が在線しているかは検知できるが、その列車の識別情報を検知することはできない。

車上制御装置３は、電源が投入されると、ＧＰＳ受信器１より得られる緯度・経度情報（場合によっては高度を併用することもある）に基づいて路線データベース４を参照し、距離空間における近い点を探す最適化問題の解法の１つである近傍点探索を用いて列車（先頭車両８）の位置をトラック区分上に確定する。このとき、ＧＰＳの位置検知精度内に線路が１本のみの場合は位置確定が可能であるが、駅や車両基地のように複数の線路が近接している場所では、通常のＧＰＳの精度（約５ｍ）では位置の確定が正確に行えない可能性がある。一方、駅や車両基地では、通常、列車の位置を検知するための列車検知装置１３が備えられており、軌道回路（トラック）の状態により車両がどのトラックに在線しているかを特定することができる。そのため、本実施の形態では、先頭車両８のトラック位置を確定する際に、列車検知装置１３からの軌道回路（トラック）の状態の情報を用いることとする。

つづいて、列車位置確定装置における列車位置確定方法について説明する。図２は、列車位置確定処理を示すフローチャートである。

まず、車上制御装置３は、電源がＯＮされると（ステップＳ１）、ＧＰＳ受信器１より得られる緯度・経度情報に基づいて路線データベース４を参照し、近傍トラック探索処理（近傍点探索）によりトラックＴ１上のキロ程〇〇ｋｍに列車の先頭（厳密にはＧＰＳアンテナの位置）が存在することを仮に決定し、仮決定した位置である仮位置に対応するトラックＴ１を在線登録する（ステップＳ２）。そして、車上制御装置３は、仮位置のトラック情報（トラックＴ１）およびＧＰＳ受信器１のＩＤ（１ａ）を、スイッチ７から取得した列車走行方向情報とともに、無線車上局２、無線基地局１２経由で地上制御装置１１に送信する（ステップＳ３）。

一方、地上制御装置１１は、列車検知装置１３からトラックＴ１に列車が在線していることを検知した情報を受信し、対応するトラックに在線登録する（ステップＳ１０１）。その後、地上制御装置１１は、車上制御装置３から、ＧＰＳ受信器ＩＤ、トラック情報および列車走行方向情報を受信する（ステップＳ１０２）。

地上制御装置１１は、記憶部２２に、列車検知装置１３からの情報、および車上制御装置３からの情報を対応づけて記憶する列車位置管理テーブルを備えており、列車検知装置１３からの情報をもとに、トラックＴ１に対応するエリアに列車位置検知を示す情報と、ＧＰＳ受信器１のＩＤ、列車進行方向を対応付けて管理する。図３は、記憶部２２が保持する列車位置管理テーブルの構成例を示す図である。列車検知装置１３からの情報に基づいて在線しているトラックに「○」印を付け、車上制御装置３からの情報であるトラック情報およびＧＰＳ受信器１のＩＤ：１ａと対応付けていることを示す。

地上制御装置１１は、車上制御装置３から受信したトラックにＧＰＳ受信器ＩＤとの関係で確定在線登録した列車が存在しているかどうかを確認する（ステップＳ１０３）。具体的には、地上制御装置３からＧＰＳ受信器１（ＩＤ：１ａ）の列車がトラックＴ１に在線しているとの情報を取得した場合に、既にトラックＴ１に在線していることが確定している列車があるかどうかを確認する。在線していることが確定しているとは、特定のＧＰＳ受信器ＩＤを持つ列車が在線しているトラック位置が確定していることをいう。在線していない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、地上制御装置１１は、無線基地局１２および無線車上局２経由で、車上制御装置３に「仮位置正常」の応答を送信する（ステップＳ１０４）。一方、在線している場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、地上制御装置１１は、無線基地局１２および無線車上局２経由で、車上制御装置３に「仮位置不正」の応答を送信する（ステップＳ１０５）。

車上制御装置３は、地上制御装置１１から応答を受信し（ステップＳ４）、受信した応答が仮位置正常の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、自身の状態を仮位置登録とし、トラック位置が確定するまでは誤侵入のおそれがあることから規定の速度制限（例えば、２０ｋｍ／ｈ）以下で運転を行う制御をする（ステップＳ６）。そして、運転手は、速度制限以下で列車を走行する（ステップＳ７）。先頭車両８が走行した結果、ＧＰＳ受信器１が検知した位置と近傍トラック探索処理（近傍点探索）により、仮位置が対応するトラックが変化したことを検知した場合（ステップＳ８）、車上制御装置３は、仮位置のトラック情報およびＧＰＳ受信器１のＩＤ：１ａを、無線車上局２および無線基地局１２経由で地上制御装置１１に送信する（ステップＳ９）。具体的には、先頭車両８がトラックＴ１からトラックＴ１１へ移動した場合である。

地上制御装置１１は、車上制御装置３から、ＧＰＳ受信器ＩＤおよびトラック情報を受信する（ステップＳ１０６）。そして、受信したトラック情報が、記憶部２２に保持されているトラックリンク情報のリンク先と一致するかどうかを確認する（ステップＳ１０７）。具体的には、変更前のトラックから変更後のトラックの変化が、トラックリンク情報の内容と一致するかどうかを確認する。トラックリンク情報の内容と一致するとは、変更前のトラックから変更後のトラックの変化が正しいことを示す。図４は、記憶部２２が保持するトラックリンク情報の構成例を示す図である。あるトラックに在線している列車が進行した場合に、次にどのトラックを経由するのか、トラックの接続関係（リンク先）を示すものである。例えば、トラックＴ１に在線している列車は、トラックＴ１から、トラックＴ１１→トラックＴ２１→トラックＴ３１の順でトラックを移動することを示す。

地上制御装置１１は、ＧＰＳ受信器１の在線トラックがトラックリンク情報のリンク先と一致している場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、地上制御装置１１は、無線基地局１２および無線車上局２経由で、車上制御装置３に「位置確定」の応答を送信し（ステップＳ１０８）、地上制御装置１１における処理を終了する。一方、一致していない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、地上制御装置１１は、無線基地局１２および無線車上局２経由で、車上制御装置３に「仮位置不正」の応答を送信する（ステップＳ１０９）。

車上制御装置３は、地上制御装置１１から応答を受信し（ステップＳ１０）、受信した応答が位置確定の場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、制御モードを車上主体列車制御モードに遷移し（ステップＳ１２）、車上制御装置３における処理を終了する。

一方、車上制御装置３は、受信した応答が仮位置不正の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、再度、仮位置に対応するトラックを在線登録する（ステップＳ１３）。その後、ステップＳ３に戻り、車上制御装置３は、仮位置のトラック情報およびＧＰＳ受信器１のＩＤを、スイッチ７から取得した列車走行方向情報とともに、無線車上局２、無線基地局１２経由で地上制御装置１１に送信する（ステップＳ３）。

なお、車上制御装置３は、ステップＳ４において地上制御装置１１から応答を受信し、受信した応答が仮位置不正の場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、上記同様、再度、仮位置に対応するトラックを在線登録する（ステップＳ１３）。その後、ステップＳ３に戻り、車上制御装置３は、仮位置のトラック情報およびＧＰＳ受信器１のＩＤを、スイッチ７から取得した列車走行方向情報とともに、無線車上局２、無線基地局１２経由で地上制御装置１１に送信する（ステップＳ３）。

また、地上制御装置１１において、仮位置不正を送信した場合（ステップＳ１０５、Ｓ１０９）、このときは車上制御装置３から再度トラック情報、ＧＰＳ受信器１のＩＤ、および列車走行方向情報が送信されることから、ステップＳ１０２に戻り、これらの情報を改めて受信する（ステップＳ１０２）。以降の動作は前述のとおりである。

車上制御装置３は、自列車に搭載されたＧＰＳ受信器１で検知した位置情報および近傍トラックを探索した結果に基づいて在線するトラックを決定し、トラックを変更するごとに自列車を特定する識別情報およびトラック情報を地上制御装置１１へ送信し、地上制御装置１１から位置確定を受信した場合、車上主体列車制御モードに遷移する。また、地上制御装置１１は、車上制御装置３から受信した仮位置のトラックに在線が確定している他の列車がない場合は仮位置正常を車上制御装置３へ送信し、さらに、車上制御装置３から受信した変更前のトラックから変更後のトラックへの変化が正しい場合には位置確定を車上制御装置３へ送信する。

ここで、具体例を用いて説明する。例えば、車上制御装置３が、トラックＴ１を仮位置にした場合、その旨を地上制御装置１１へ送信する。

地上制御装置１１は、既にトラックＴ１に在線している他の列車があれば仮位置不正を、トラックＴ１に在線している他の列車がなければ仮位置正常を、車上制御装置３へ送信する。

車上制御装置３は、仮位置不正を受信した場合、つぎにトラックＴ２に変更する等、仮位置正常を受信するまで、繰り返しトラック情報の送信を繰り返す。

車上制御装置３は、仮位置正常を受信した場合、つぎに、列車が進行したことにより在線するトラックが変更する（例えば、トラックＴ１→トラックＴ１１）と、変更後のトラック情報を地上制御装置１１へ送信する。

地上制御装置１１は、車上制御装置３を搭載した列車がトラックリンク情報とおりのトラック遷移をしている場合、位置確定とする。一方、車上制御装置３を搭載した列車がトラックＴ１→トラックＴ１２に遷移していた場合等トラックリンク情報と一致しないときは、仮位置不正を、車上制御装置３に送信する。具体的には、変更後がトラックＴ１２であれば、最初の仮位置登録の段階で、本来トラックＴ２とすべきところをトラックＴ１としていた場合である。

車上制御装置３は、この段階で仮位置不正を受信した場合も、前述のように、つぎにトラックＴ２に変更する等、仮位置正常を受信するまで、繰り返しトラック情報の送信を繰り返す。

このように、車上制御装置３と地上制御装置１１の間で情報の送受信を行うことにより、車上制御装置３を搭載した列車の在線位置を確定することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、地上装置および車上装置から構成される列車位置確定装置において、車上装置の車上制御装置１１は、ＧＰＳ情報および路線データベースの情報に基づいて自列車が在線しているトラックの仮位置を決定して地上制御装置１１へ送信し、地上装置の地上制御装置１１は、列車検知装置１３からの情報を用いて仮位置が正しい場合に仮位置正常を送信し、車上制御装置３は、列車が走行してトラック位置が変化した場合にトラック位置の情報を地上制御装置１１へ送信し、地上制御装置１１は、車上制御装置３におけるトラックの変更が正しい場合に位置確定をすることとした。これにより、ＧＰＳ信号の位置検出精度以内に複数の線路が近接している場合においても、列車の在線位置を確定させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、車上装置が１つのＧＰＳ受信器を備える場合について説明した。本実施の形態では、車上装置が複数のＧＰＳ受信器を備える場合について説明する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図５は、本実施の形態における車上装置の構成例を示す図である。列車の先頭車両８の構成は同一であるが、さらに、列車の最後尾の車両３８も先頭車両８と同一の構成を備える。車上装置は、さらに、ＩＤ：１ｂの識別情報を持つＧＰＳ受信器３１と、無線車上局３２と、車上制御装置３３と、路線データベース３４と、速度発電機３５と、車上伝送装置３６と、スイッチ３７と、車両（最後尾車両）３８と、を備える。なお、先頭車両８も最後尾車両３８も同一の構成を備えているが、最後尾車両３８からの位置情報等は車上伝送装置３６から先頭車両８の車上伝送装置６へ送信することにより、地上装置側との通信は、先頭車両８側で一括して行う。このため、地上装置との間では、実施の形態１と同様の処理が行われる。

実施の形態１では、１つのＧＰＳ受信器１を用いてトラック位置を決定していたが、本実施の形態では、ＧＰＳ受信器１、３１の２つを用いる。これにより、２つのＧＰＳ受信器からの緯度・経度情報を利用できることから、自列車の位置検出精度を上げることができ、仮位置を決定する際の仮位置不正の状態を減らすことができる。なお、ＧＰＳ受信器を２つ使用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、３つ以上のＧＰＳ受信器を使用することも可能である。

以上説明したように、本実施の形態では、車上装置が複数のＧＰＳ受信器からの情報を用いてトラック位置を決定することとした。これにより、ＧＰＳ受信器が１つの場合と比較して、自列車の位置検出精度を上げることができ、仮位置不正の状態を減らすことができる。

以上のように、本発明にかかる列車位置確定装置は、複数の列車速度を制御する自動列車制御装置に有用であり、特に、車上装置主体で列車位置を管理する場合に適している。

１、３１ ＧＰＳ受信器
２、３２ 無線車上局
３、３３ 車上制御装置
４、３４ 路線データベース
５、３５ 速度発電機
６、３６ 車上伝送装置
７、３７ スイッチ
８、３８ 車両
１１ 地上制御装置
１２ 無線基地局
１３ 列車検知装置
２１ 列車位置制御部
２２ 記憶部

Claims (9)

1. 列車に搭載された車上制御装置、地上に設置された地上制御装置、および地上に設置され列車が在線しているトラックを検知する列車検知装置、を備え、前記車上制御装置と前記地上制御装置が無線通信により接続する列車位置確定装置であって、
   前記車上制御装置は、
   自列車に搭載されたＧＰＳ受信器で検知した位置情報および近傍トラックを探索した結果に基づいて在線するトラックを決定し、トラックを変更するごとに自列車を特定する識別情報およびトラック情報を前記地上制御装置へ送信し、前記地上制御装置から位置確定を受信した場合、車上主体列車制御モードに遷移し、
   前記地上制御装置は、
   前記車上制御装置から受信した仮位置のトラックに在線が確定している他の列車がない場合は前記仮位置正常を前記車上制御装置へ送信し、さらに、前記車上制御装置から受信した変更前のトラックから変更後のトラックへの変化が正しい場合には前記位置確定を前記車上制御装置へ送信する、
   ことを特徴とする列車位置確定装置。
2. 前記車上制御装置は、
   自列車に搭載されたＧＰＳ受信器で検知した位置情報および近傍トラックを探索した結果に基づいて仮位置とするトラックを決定し、自列車を特定する識別情報および仮位置としたトラック情報を前記地上制御装置へ送信し、その応答として、前記地上制御装置から仮位置正常を受信した場合、自列車が走行したことにより在線するトラックが変更したときは、さらに、前記識別情報とともに変更後のトラック情報を前記地上制御装置へ送信し、その応答として、前記地上制御装置から位置確定を受信した場合、車上主体列車制御モードに遷移し、前記２つの応答のときに前記地上制御装置から仮位置不正を受信した場合、再度仮位置とするトラックを決定し、前記識別情報およびトラック情報を前記地上制御装置へ送信し、
   前記地上制御装置は、
   前記列車検知装置から列車が在線しているトラックの情報を取得しており、前記車上制御装置から受信した仮位置のトラックに、在線が確定している他の列車がある場合は前記仮位置不正を前記車上制御装置へ送信し、在線が確定している他の列車がない場合は前記仮位置正常を前記車上制御装置へ送信し、また、前記車上制御装置から受信した変更前のトラックから変更後のトラックへの変化と、自身が備えるトラックの接続関係を示すトラックリンク情報の内容が一致する場合には前記位置確定を前記車上制御装置へ送信し、一致しない場合には前記仮位置不正を前記車上制御装置へ送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の列車位置確定装置。
3. 前記車上制御装置は、自列車の先頭車両に設置されたＧＰＳ受信器で検知された位置情報を用いる、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の列車位置確定装置。
4. 前記車上制御装置は、自列車の先頭車両および最後尾車両に設置されたＧＰＳ受信器で検知された位置情報を用いる、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の列車位置確定装置。
5. 前記車上制御装置は、前記地上制御装置から仮位置正常を受信した場合、自列車を制御して規定の速度制限以下で走行する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の列車位置確定装置。
6. 列車に搭載された車上制御装置、地上に設置された地上制御装置、および地上に設置され列車が在線しているトラックを検知する列車検知装置、を備え、前記車上制御装置と前記地上制御装置が無線通信により接続する列車位置確定装置における列車位置確定方法であって、
   前記車上制御装置が、自列車に搭載されたＧＰＳ受信器で検知した位置情報および近傍トラックを探索した結果に基づいて仮位置とするトラックを決定し、自列車を特定する識別情報および仮位置としたトラック情報を前記地上制御装置へ送信する仮位置決定ステップと、
   前記地上制御装置が、前記列車検知装置から列車が在線しているトラックの情報を取得しており、前記車上制御装置から受信した仮位置のトラックに、在線が確定している他の列車がある場合は仮位置不正を前記車上制御装置へ送信し、在線が確定している他の列車がない場合は仮位置正常を前記車上制御装置へ送信する仮位置判定ステップと、
   前記車上制御装置が、前記仮位置正常を受信した場合、自列車が走行したことにより在線するトラックを変更したときは、前記識別情報とともに変更後のトラック情報を前記地上制御装置へ送信するトラック変更ステップと、
   前記地上制御装置が、前記車上制御装置における変更前のトラックから変更後のトラックへの変化と、自身が備えるトラックの接続関係を示すトラックリンク情報の内容が一致する場合には位置確定を前記車上制御装置へ送信し、一致しない場合には前記仮位置不正を前記車上制御装置へ送信する位置確定判定ステップと、
   前記車上制御装置が、前記位置確定を受信した場合、車上主体列車制御モードに遷移する制御モード遷移ステップと、
   前記車上装置が、前記仮位置不正を受信した場合、再度仮位置とするトラックを決定し、前記識別情報およびトラック情報を前記地上制御装置へ送信する仮位置再決定ステップと、
   を含むことを特徴とする列車位置確定方法。
7. 前記車上制御装置では、自列車の先頭車両に設置されたＧＰＳ受信器で検知された位置情報を用いる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の列車位置確定方法。
8. 前記車上制御装置では、自列車の先頭車両および最後尾車両に設置されたＧＰＳ受信器で検知された位置情報を用いる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の列車位置確定方法。
9. 前記トラック変更ステップでは、前記車上制御装置が自列車を制御して規定の速度制限以下で走行する、
   ことを特徴とする請求項６、７または８に記載の列車位置確定方法。

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