JP6503250B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、地上装置と車上装置が無線ネットワークを介して接続された列車制御システムに関する。

特許文献１には、無線ネットワークによる無線式列車制御（ＣＢＴＣ：Communications-Based Train Control）システムが開示されている。このシステムは、地上装置、列車の走行路に沿って配置された沿線無線機、列車に搭載された車上装置、列車の前部に搭載された前部車上無線機、及び列車の後部に搭載された後部車上無線機を備える。そして、沿線無線機と車上無線機間、及び沿線無線機と後部車上無線機間の送受信によって得られた測距結果を、沿線無線機から地上装置に送信し、列車位置を判断する。
また、例えば特許文献２に記載されているように、隣接する沿線無線機同士が無線通信を行って情報を中継して伝達する伝搬（バケツリレー）型の無線ネットワークを構成するものも知られている。

特開２００８−１６２５４８号公報 特開２００７−１２４５０７号公報

ところで、伝搬（バケツリレー）型の無線ネットワークによるＣＢＴＣシステムは、同期型通信のため伝送遅延を正確に制御及び把握でき、定周期で列車を制御できる利点があるが、通信そのものは低速であり、地上装置と車上装置間の伝送に大きな遅延が生じる。しかも、専用の無線機が必要であり、地上装置や車上装置をそのシステム専用に論理構成するため、電波法の改正や海外用への仕様変更等には柔軟に対応できない。このため、例えば無線周波数の帯域変更を行うためにはシステム全体の見直しが必要になる。

そこで、鉄道の信号システムに比べて進化が著しいＷｉ−ＦｉやＬＴＥ（Long Term Evolution）等の汎用通信システムをＣＢＴＣに適用して高速化と柔軟性を向上することが考えられている。これらの通信システムを上記の伝搬（バケツリレー）型の無線ネットワークに適用することで、地上装置と車上装置間の伝送遅延が小さくなることが期待できる。また、沿線無線機を地上装置と有線接続した非伝搬型の無線ネットワークでは、伝送遅延をさらに小さくすることが期待できる。

しかしながら、例えばＷｉ−Ｆｉで使用されている規格の無線機は、全ての無線機が非同期で動き、且つベストエフォート型であるため、伝送遅延を正確に制御したり把握したりするのが難しい。また、複数の無線機から出力される電波が衝突してもう一度送信し直す際に、ランダムな待ち時間で再送信するため、伝送遅延にばらつきが生じる。このように、列車制御システムにおいて汎用の無線ネットワークを利用すると、定周期のデータの伝送や伝送時間（伝送遅延）を一定にする制御するのが難しく、信頼性や安全性が低下する虞がある。この課題は、伝搬（バケツリレー）型、非伝搬型両方の無線ネットワークに共通のものである。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、汎用の無線機器によるネットワークを利用することで柔軟性を持たせつつ、信頼性と安全性の低下を抑制できる列車制御システムを提供することにある。

本発明は、地上装置と車上装置が無線ネットワークを介して接続された列車制御システムであって、前記地上装置は、列車を制御する列車制御部と、前記地上装置と前記車上装置との間の前記無線ネットワークを介した通信を制御する通信制御部と、前記車上装置から送信され、前記無線ネットワークを介して前記地上装置へ伝送された列車の状態情報の、前記列車制御部への送信タイミングを制御する調停部とを備える、ことを特徴とする。

本発明の列車制御システムによれば、車上装置から無線ネットワークを介して伝送されたデータの列車制御部への送信タイミングを調停部で制御するので、無線ネットワークが非同期のベストエフォート型であっても伝送遅延を正確に制御及び把握できる。これによって、伝送遅延のばらつきを抑制、もしくは制御して同期型と同様な伝送ができ、信頼性と安全性の低下を抑制できる。また、汎用の無線ネットワークを利用することで低コスト化も図れる。更に、汎用の非同期型無線ネットワークを利用できることで、柔軟性のあるシステムを構築できる。しかも、地上装置は無線ネットワークの変更を意識することなく列車制御の処理を行うことができるので、電波法の改正や海外用への仕様変更等にも容易に対応できる。

本発明の実施形態に係る列車制御システムを示す概略構成図である。 図１における非同期型無線ネットワークの構成例を示す模式図である。 図１及び図２の地上装置における調停部の構成例を示すブロック図である。 ＣＢＴＣシステムにおける列車のデータとデータ処理との関係を示す模式図である。 図１乃至図３に示した列車制御システムにおける、列車のデータ、地上装置の調停部の動作、及びデータ処理の関係を示す模式図である。 図３の制御情報通信処理部における地上装置からアクセスポイント方向の通信処理動作を示すフローチャートである。 図３の状態情報通信処理部におけるアクセスポイントから地上装置方向の通信処理動作を示すフローチャートである。 図３の制御情報通信処理部における地上装置からアクセスポイント方向の別の通信処理動作を示すフローチャートである。 図３の状態情報通信処理部におけるアクセスポイントから地上装置方向の別の通信処理動作を示すフローチャートである。 図７及び図９に示した列車制御動作において、データが衝突した場合のデータ伝送の制御動作について説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、列車制御システム１は、地上装置２と車上装置３とが非同期型の無線ネットワーク（Ｗｉ−Ｆｉ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）等）４を介して接続されて構成されている。地上装置２は列車制御部５、通信制御部６及び通信タイミング調停部（調停部）７を備え、車上装置３は論理部８を備えている。

地上装置２の列車制御部５は、例えば停止位置や制限速度等の列車制御情報を含むデータを列車に送信して制御するものである。この列車制御部５は、定周期でデータの伝送を行っており、各々のデータに伝送の時間軸上での処理周期を示すサイクル番号を付けている。通信制御部６は、地上装置２と車上装置３との間で無線ネットワーク４を介して通信するための制御を行う。

調停部７は、車上装置３から無線ネットワーク４を介して通信制御部６へ伝送されたデータの、列車制御部５への送信タイミングを制御する。すなわち、車上装置３から無線ネットワーク４を介して地上装置２に伝送された列車の状態情報を受信し、この状態情報を受信したタイミングを計測し、受信した状態情報を蓄積し、計測した受信タイミングと地上装置の列車制御部で指示されたタイミングとに基づいて、蓄積した状態情報の送信タイミングを制御し、通信制御部６を介して列車制御部５に伝送する。

この調停部７は、更に無線ネットワーク４から地上装置２へ伝送された無線ネットワーク４の状態情報の、列車制御部５への送信タイミングを制御する。
一方、車上装置３の論理部８は、地上装置２から無線ネットワーク４を介して受信した停止位置や制限速度等の列車制御情報に基づき列車の走行を制御し、また列車位置や速度等の状態情報を作成して無線ネットワーク４を介して地上装置２に送信する。

図２に示すように、非同期型の無線ネットワーク４は、線路１１の沿線に配置され、ハブ（ＨＵＢ）１２を介して地上装置２と有線、例えばイーサネット（登録商標）で接続された複数のアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎと、列車Ｔ１，Ｔ２の前方と後方の車両にそれぞれ搭載されるステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４とを含んでいる。そして、各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎと各々のステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４のうち最も近いもの同士で無線による通信が行われる。

アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎは、列車Ｔ１，Ｔ２の走行路に沿って配置され、ハブ１２を介して地上装置２と有線で接続される親機（沿線無線機）である。ステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４は列車Ｔ１，Ｔ２に搭載される子機である。ここでは、ステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２は列車Ｔ１の前部と後部にそれぞれ搭載される車上無線機と後部車上無線機であり、ステーションＳＴＡ３，ＳＴＡ４は列車Ｔ２の前部と後部にそれぞれ搭載される前部車上無線機と後部車上無線機である。

調停部７は、図３に示すように列車制御部５からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎへの列車制御情報を処理する通信処理部（制御情報通信処理部）２１と、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから列車制御部５への列車状態情報を処理する通信処理部（状態情報通信処理部）２２とを備えている。通信処理部２１は、列車制御部５から送信された列車制御情報を含むデータを、通信制御部６を介して受信し、無線ネットワーク４を介して車上装置３に送信する。通信処理部２２は、車上装置３から送信された列車Ｔ１，Ｔ２の状態情報（例えば列車位置や速度等）を含むデータを、無線ネットワーク４を介して受信し、列車制御部５が指示したタイミングで当該列車制御部５に送信する。

通信処理部２１は、列車制御部５が送信する列車制御情報を含むデータを通信制御部６から受信する受信部（制御情報受信部）２３と、この受信部２３で受信した列車制御情報を含むデータを、無線ネットワーク４を介して車上装置３に送信する送信部（制御情報送信部）２４とを備える。列車制御情報を含むデータは、ハブ１２を介してアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから無線で送信され、列車Ｔ１，Ｔ２のステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４で受信される。

通信処理部２２は、受信部（状態情報受信部）２５、バッファ部２６、受信タイミング計測部２７、送信部（状態情報送信部）２８、及び送信タイミング制御部２９等を備えている。受信部２５は、車上装置３の論理部８が送信する列車Ｔ１，Ｔ２の状態情報を含むデータ、例えば線路上での自列車の位置を示す情報を、無線ネットワーク４を介して受信する。すなわち、列車Ｔ１，Ｔ２の状態情報を含むデータをステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４から無線で送信し、これを付近のアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎで受信し、ハブ１２を介して地上装置２に伝送する。

バッファ部２６は、この受信部２５で受信した列車の状態情報を含むデータを蓄積する。受信タイミング計測部２７は、受信部２３で受信した列車制御情報を含むデータの受信タイミングと、受信部２５で受信した列車の状態情報を含むデータの受信タイミングをそれぞれ計測する。送信部２８は、バッファ部２６に蓄積された列車の状態情報を含むデータを通信制御部６に送信する。

送信タイミング制御部２９は、この送信部２８を制御し、受信タイミング計測部２７で計測した受信タイミングと列車制御部５とで指示されたタイミングとに基づいて、バッファ部２６に蓄積された列車の状態情報を含むデータを通信制御部６に送信させる。送信部２８から送信された列車の状態情報を含むデータは、通信制御部６を介して列車制御部５に伝送される。

次に、上述した列車制御システムの概略的な動作について説明する。従来の伝搬（バケツリレー）型の無線ネットワークによるＣＢＴＣシステムは同期型通信であるので、上り方向と下り方向とで別々に定周期で伝送を行っている。全ての無線機の上り方向と下り方向、及び送信と受信の動作スケジューリングは厳密に定義されている。従って、伝送にかかる時間を正確に制御することができ、図４に示すように、列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…のデータが無線ネットワーク４により送信されると、地上装置２の通信制御部６に所定の伝送遅延を持ってそのまま順次伝送され、列車制御部５で列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の順にデータ処理が行われる。

これに対し、本実施形態の列車制御システムは非同期型通信であり、汎用無線、例えばＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線機を使用した無線ネットワーク４である。図５に示すように、列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…のデータは、この順番とは限らず、ランダムに無線ネットワーク４により送信される。そこで、無線ネットワーク４と地上装置２の通信制御部６との間に介在された調停部７により、列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…から伝送されたデータの列車制御部５への送信タイミングを制御して調整する。

これによって、汎用無線ネットワークにおける伝送時間のばらつきを抑制し、地上装置２が定周期で列車制御処理を実行できる。例えば破線２０で囲んで示すように、無線ネットワークにデータが列車Ｔ３、列車Ｔ２の順に伝送されても、調停部７で送信タイミングを制御して列車Ｔ２、列車Ｔ３の順に送信する。これによって、通信制御部６に列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の順にデータが伝送され、列車制御部５で列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の順にデータ処理が行われる。

上述した列車制御システムにおける列車制御方法は、概略次のようなものである。すなわち、列車の地上装置と車上装置とを無線ネットワークで接続して列車を制御する方法であって、車上装置から無線ネットワークを介して地上装置に伝送された列車の状態情報を含むデータを受信し、データを受信したタイミングを計測し、データを蓄積し、計測したタイミングと前記地上装置の列車制御部で指示されたタイミングとに基づいて、蓄積したデータの送信タイミングを制御して該列車制御部に伝送する、ことを特徴とする。
この列車制御方法では、データを受信したタイミングと地上装置の列車制御部で指示されたタイミングとに基づいて、蓄積したデータの送信タイミングを制御して列車制御部に伝送するので、無線ネットワークが非同期のベストエフォート型であっても伝送遅延を正確に制御及び把握できる。従って、汎用の無線ネットワークを利用しても信頼性と安全性の低下を抑制でき、且つ仕様変更等に対して柔軟性を持たせることができる。
次に、図６及び図７のフローチャートにより、この列車制御方法について詳しく説明する。図６は、地上装置２からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎ方向（下り方向）への通信処理手順を示している。まず、列車制御部５から送信されたデータ（列車制御情報）を、受信部２３で受信したか否かを判定し（ステップＳ１）、受信したと判定するとデータの受信を行う（ステップＳ２）。受信していない場合には、受信するまで待機する。

受信部２３でデータを受信すると、このデータを送信部２４に伝送する（ステップＳ３）。また、列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎを経由して地上装置２の方向（上り方向）に各列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の状態情報を返送するための、列車制御部５が指示するサイクル番号を受信部２３で読み取って送信タイミング制御部２９に渡す（ステップＳ４）。更に、受信タイミング計測部２７のタイマをスタートさせて受信タイミングの計測を開始する（ステップＳ５）。更に、受信したデータ内で指示される返送タイミングを送信部２４に記憶する（ステップＳ６）。

送信部２４は、指示された返送タイミングになると、ハブ１２を介してアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎにデータ（列車制御情報）を送信する（ステップＳ７）。そして、列車Ｔ１，Ｔ２のステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４の直ぐ近くのアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎとの間で無線通信が行われる。受信したステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４の車上装置３に列車制御情報が伝送され、列車の停止位置や制限速度等が制御される。

図７は、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから地上装置２方向（上り方向）への通信処理手順を示している。まず、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎのいずれかからハブ１２を介して受信部２５でデータ（列車の状態情報等）を受信したか否かを判定し（ステップＳ１１）、受信したと判定するとデータの受信を行う（ステップＳ１２）。受信していない場合には、受信するまで待機する。

次に、受信タイミング計測部２７が、列車制御部５からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎへのデータを受信したタイミング、及びそのデータに対応するアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから列車制御部５への返送データを受信したタイミングを計測し（タイマウォッチ）、列車制御部５からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎへの通信を受信してからアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから列車制御部５への通信を受信するまでの遅延を算出する（ステップＳ１３）。

次に、指示されたサイクル番号でデータを返送するタイミングを過ぎているか否か判定し（ステップＳ１４）、過ぎていないと判定された場合には、受信部２５で受信したデータをバッファ部２６に引き渡し、このバッファ部２６でデータを一時蓄積する（ステップＳ１５）。そして、指示された返送タイミングになったか否かを送信部２８で判定し（ステップＳ１６）、返送タイミングになるとバッファ部２６に蓄積しておいたデータを、通信制御部６を介して列車制御部５へ送信する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７で返送タイミングになっていないと判定されると、返送タイミングになるまで待機する。

一方、ステップＳ１４でデータを返送するタイミングを過ぎていると判定された場合には、受信部２５で受信したデータをバッファ部２６に引き渡し、送信部２８から通信制御部６を介して列車制御部５へデータを送信する。この際、今回の伝送遅延を列車制御部５に通知する（ステップＳ１８）。以降は、列車制御部５は、通知された伝送遅延を考慮して返送タイミングを指示する。

列車制御部５では、受信した列車の状態情報、例えば列車位置や速度等に基づいて、列車制御情報を生成し、次のサイクルで通信処理部２１から無線ネットワーク４を介して車上装置３に送信する。
このように、受信したデータをバッファリングし、一定周期で地上装置２の通信制御部６に送信することで、伝送遅延を正確に制御及び把握でき、伝送遅延のばらつきを抑制できる。

通常であれば、地上装置２からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎ方向への通信で、返送サイクル番号を指示されてから、実際に返送するまでには、列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…との間で通信を行うために必要な時間が確保される。しかし、汎用無線ネットワークの特徴により、列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…との通信の伝送遅延が大きくなり、指示された返送サイクルに間に合わない可能性がある。そのような場合のために、受信タイミング計測部２７で計測した受信タイミングから伝送遅延を算出しておき、返送サイクルに間に合わないような大きな遅延が発生した場合は、地上装置２（列車制御部５）に最大遅延を通知する。
以降、地上装置２は、最大遅延を想定した返送サイクル番号を指示することで、処理周期中にデータが輻輳することなく、定周期の列車制御処理を行うことができる。

なお、別の通信処理方法として、地上装置２からの返送指示にはよらず、調停部７が測定した遅延を考慮してアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから地上装置２への送信タイミングを決定することも可能である。図８及び図９のフローチャートはそれぞれ、本発明の実施形態に係る別の列車制御方法を示している。図８は、地上装置２からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎ方向（下り方向）への通信処理手順を示している。まず、列車制御部５から送信されたデータ（列車制御情報）を、受信部２３で受信したか否かを判定し（ステップＳ２１）、受信したと判定するとデータの受信を行う（ステップＳ２２）。受信していない場合には、受信するまで待機する。

受信部２３でデータを受信すると、このデータを送信部２４に伝送する（ステップＳ２３）。また、列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎを経由して地上装置２の方向（上り方向）に各列車Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の状態情報を返送するための、列車制御部５が指示するサイクル番号を受信部２３で読み取って送信タイミング制御部２９に渡す（ステップＳ２４）。更に、受信タイミング計測部２７のタイマをスタートさせて受信タイミングの計測を開始する（ステップＳ２５）。

送信部２４は、指示された返送タイミングになると、ハブ１２を介してアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎにデータ（列車制御情報）を送信する（ステップＳ２６）。そして、列車のステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４の直ぐ近くのアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎとの間で無線通信が行われる。受信したステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４の車上装置３に列車制御情報が伝送され、列車の停止位置や制限速度等が制御される。

図９は、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから地上装置２方向（上り方向）への通信処理手順を示している。まず、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎのいずれかからハブ１２を介して受信部２５でデータ（列車の状態情報等）を受信したか否かを判定し（ステップＳ３１）、受信したと判定するとデータの受信を行う（ステップＳ３２）。受信していない場合には、受信するまで待機する。

次に、受信タイミング計測部２７が、列車制御部５からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎへのデータを受信したタイミング、及びそのデータに対応するアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから列車制御部５への返送データを受信したタイミングを計測し（タイマウォッチ）、列車制御部５からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎへの通信を受信してからアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから列車制御部５への通信を受信するまでの遅延を算出する（ステップＳ３３）。

次に、今回の遅延が過去の遅延最大値よりも大きいか否か判定し（ステップＳ３４）、大きくないと判定された場合には、受信部２５で受信したデータをバッファ部２６に引き渡し、このバッファ部２６でデータを一時蓄積する（ステップＳ３５）。そして、指示された返送タイミングになったか否か、すなわちタイマカウントが過去の遅延最大値に達したか否かを送信部２８で判定し（ステップＳ３６）、返送タイミングになるとバッファ部２６に蓄積しておいたデータを、通信制御部６を介して列車制御部５へ送信する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７で返送タイミングになっていないと判定されると、返送タイミングになるまで待機する。

一方、ステップＳ３４で今回の遅延が過去の遅延最大値よりも大きいと判定された場合には、受信部２５で受信したデータをバッファ部２６に引き渡し、送信部２８から通信制御部６を介して列車制御部５へデータを送信する（ステップＳ３８）。次に、今回の伝送遅延を最大値として受信タイミング計測部２７に記憶する（ステップＳ３９）。そして、列車制御部５へデータを送信し、今回の伝送遅延を通知する（ステップＳ４０）。

上述したように、受信タイミング計測部２７で遅延を算出して最大値を記憶しておき、その最大値に従ってアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから地上装置２へのデータを送信する。この方法でも地上装置２からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎへの通信が定周期であれば、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎから地上装置２への通信も定周期性を保つことができるため、地上装置２は定周期で列車制御処理を行うことができる。

図１０は、図７及び図９に示した列車制御動作において、データが衝突した場合のデータ伝送の制御動作を示している。図１０では図２に示したように、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎの近くにステーションＳＴＡ１，ＳＴＡ２を搭載した列車Ｔ１とステーションＳＴＡ３，ＳＴＡ４を搭載した列車Ｔ２が隣接している状態を例に取っている。ここでは、左端の矢印で示すように上から下に向かって時間が経過するものとし、地上装置２の処理周期をΔｔ１，Δｔ２，Δｔ３，…で表している。また、ステーションから地上装置へのデータ転送周期ΔＴは一定になっている。実線の矢印はアクセスポイントとステーション間の無線通信を表し、二点鎖線の矢印はアクセスポイントと調停部間の有線通信を表し、破線の矢印は調停部から列車制御部への有線または地上装置内の通信を表している。

ステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３への通信（実線の矢印ＳＡ２３ａ）と、ステーションＳＴＡ３からアクセスポイントＡＰ３への通信（実線の矢印ＳＡ３３ａ）が同時に行われ、×印で示すようにデータが衝突したものと仮定する。この場合、両方とも通信は失敗し、ランダムな待ち時間の経過後にステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３およびステーションＳＴＡ３からアクセスポイントＡＰ３への通信が再度行われる。本例では、ステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３への通信（実線の矢印ＳＡ２３ａ’）の方が待ち時間が短く、その後にステーションＳＴＡ３からアクセスポイントＡＰ３への通信（実線の矢印ＳＡ３３ａ’）が実行されるものとする。アクセスポイントＡＰ３はステーションから受信した列車位置や速度等の列車の状態情報を、ハブ１２を介して調停部７へ伝送する（本例ではステーションＳＴＡ２から受信した情報を二点鎖線の矢印ＳＡ２３ｂ、ステーションＳＴＡ３から受信した情報を二点鎖線の矢印ＳＡ３３ｂで示す）。

列車Ｔ１の状態情報は、ステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３に無線で送信され、ハブ１２を介して地上装置２の調停部７に伝送される。この状態情報は、調停部７の制御により、破線の矢印ＳＡ２３ｃで示すように、処理周期Δｔ３のタイミングで通信制御部６を介して列車制御部５に伝送される。

一方、列車Ｔ２の状態情報は、列車Ｔ１より遅い待ち時間の経過後に、ステーションＳＴＡ３からアクセスポイントＡＰ３に無線で送信され、ハブ１２を介して地上装置２の調停部７に伝送される。この状態情報は、調停部７の制御により、破線の矢印ＳＡ３３ｃで示すように、処理周期Δｔ４のタイミングで通信制御部６を介して列車制御部５に伝送される。

再び、ステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３への無線通信（実線の矢印ＳＡ２３ｄ）が行われると、列車Ｔ１の状態情報は、ステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３に無線で送信され（二点鎖線の矢印ＳＡ２３ｅ）、ハブ１２を介して地上装置２の調停部７に伝送される。この状態情報は、調停部７の制御により、処理周期Δｔ６のタイミングで通信制御部６を介して列車制御部５に伝送される（破線の矢印ＳＡ２３ｆ）。

続いて、ステーションＳＴＡ３からアクセスポイントＡＰ３の無線通信（実線の矢印ＳＡ３３ｄ）及び地上装置２への有線によるデータ伝送（二点鎖線の矢印ＳＡ３３ｅ）と、ステーションＳＴＡ４からアクセスポイントＡＰ４の無線通信（実線の矢印ＳＡ４４ａ）及び地上装置２への有線によるデータ伝送（二点鎖線の矢印ＳＡ４４ｂ）とがハブ１２で衝突した場合には、ハブにより順番に伝送される。本例ではＳＴＡ３からＡＰ３を介して受信した列車Ｔ２の状態情報の通信を先行させるものとする。列車Ｔ２の状態情報は、ハブ１２から地上装置２の調停部７に伝送される。この状態情報は、調停部７の制御により、破線の矢印ＳＡ３３ｆで示すように、処理周期Δｔ７のタイミングで通信制御部６を介して列車制御部５に伝送される。

ランダムな待ち時間の経過後に、列車Ｔ２の状態情報は、ハブ１２から地上装置２の調停部７に伝送される。調停部７では処理周期Δｔ７のタイミングで伝送すると処理しきれないので、ハッチングを付けた領域３０に示すように、処理周期Δｔ８のタイミングで周期を分けて伝送することにより輻輳を回避する。

次に、ステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３への無線通信が行われると（実線の矢印ＳＡ２３ｇ）、列車Ｔ１の状態情報は、ハブ１２を介して地上装置２の調停部７に伝送される（二点鎖線の矢印ＳＡ２３ｈ）。この状態情報は、調停部７の制御により、処理周期Δｔ９のタイミングで通信制御部６を介して列車制御部５に伝送される（破線の矢印ＳＡ２３ｉ）。ステーションＳＴＡ２からアクセスポイントＡＰ３への無線通信は、ステーションＳＴＡ４からアクセスポイントＡＰ４への無線通信よりも先に調停部７に入力されるが、調停部７の制御により送信タイミングが変更される。

なお、上記のような制御方法では、通常であれば地上装置２からアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰｎ方向の通信で返送サイクル番号を指示されてから、実際に返送されるまでには、列車との間で通信を行うために必要な時間が確保される。

しかし、汎用無線ネットワークの特徴により列車との通信の伝送遅延が大きくなり、指示された返送サイクルに間に合わない可能性がある。そのような場合のために、受信タイミング計測部２７で計測した受信タイミングから伝送遅延を算出しておき、返送サイクルに間に合わないような大きな遅延が発生した場合は、地上装置２に最大遅延を通知する。

以降、地上装置２は、最大遅延を想定した返送サイクル番号を指示することで、処理周期中にデータが輻輳することなく、定周期の列車制御処理を行うことができる。しかも、汎用方式の無線ネットワークの適用も容易になり、伝送速度の向上が望める。

汎用の無線ネットワークでは、無線機同士の通信の規格で決まってしまうので、地上装置側からデータ伝送を制御するのは難しいが、通信タイミング調停部を設けてデータの列車制御部への送信タイミングを制御することで、汎用の無線機を活用して定周期でデータの伝送を行うことができる。
従って、上記のような構成によれば、汎用の無線機器によるネットワークを利用することで柔軟性を持たせつつ、信頼性と安全性の低下を抑制できる。

以上の実施形態で説明された回路構成や動作手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１…列車制御システム、２…地上装置、３…車上装置、４…無線ネットワーク、５…列車制御部、６…通信制御部、７…通信タイミング調停部（調停部）、８…論理部、１１…線路、１２…ハブ、２１…通信処理部（制御情報通信処理部）、２２…通信処理部（状態情報通信処理部）、２３…受信部（制御情報受信部）、２４…送信部（制御情報送信部）、２５…受信部（状態情報受信部）、２６…バッファ部、２７…受信タイミング計測部、２８…送信部（状態情報送信部）、２９…送信タイミング制御部、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…列車、ＡＰ１〜ＡＰｎ…アクセスポイント、ＳＴＡ１，ＳＴＡ２，ＳＴＡ３，ＳＴＡ４…ステーション

Claims (7)

1. 地上装置と車上装置が無線ネットワークを介して接続された列車制御システムであって、
   前記地上装置は、列車を制御する列車制御部と、前記地上装置と前記車上装置との間の前記無線ネットワークを介した通信を制御する通信制御部と、前記車上装置から送信され、前記無線ネットワークを介して前記地上装置へ伝送された列車の状態情報の、前記列車制御部への送信タイミングを制御する調停部とを備える、列車制御システム。
2. 前記調停部は、更に前記無線ネットワークから前記地上装置へ伝送された無線ネットワークの状態情報の、前記列車制御部への送信タイミングを制御する、請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記調停部は、前記通信制御部の制御により、前記列車制御部から送信された列車制御情報を受信し、前記無線ネットワークを介して前記車上装置に送信する制御情報通信処理部と、前記通信制御部の制御により、前記車上装置から送信された列車の状態情報を、前記無線ネットワークを介して受信し、前記列車制御部に送信する状態情報通信処理部とを含む、請求項１または２に記載の列車制御システム。
4. 前記制御情報通信処理部は、前記列車制御部から送信された列車制御情報を受信する制御情報受信部と、この制御情報受信部で受信した列車制御情報を、前記無線ネットワークを介して前記車上装置に送信する制御情報送信部とを備え、
   前記状態情報通信処理部は、前記車上装置から送信された列車の状態情報を、前記無線ネットワークを介して受信する状態情報受信部と、この状態情報受信部で受信した状態情報を蓄積するバッファ部と、前記状態情報受信部で受信した状態情報の受信タイミングを計測する受信タイミング計測部と、前記バッファ部に蓄積された状態情報を前記列車制御部に送信する状態情報送信部と、前記受信タイミング計測部で計測した受信タイミングと、前記制御情報受信部で受信した前記列車制御部で指示されたタイミングとに基づいて前記状態情報送信部を制御し、前記バッファ部に蓄積された状態情報を送信させる送信タイミング制御部とを備える、請求項３に記載の列車制御システム。
5. 前記無線ネットワークは、非同期型である、請求項１乃至４いずれか１項に記載の列車制御システム。
6. 前記無線ネットワークは、列車の線路沿線に配置され、前記地上装置と有線で接続された複数の地上無線機と、前記列車の前方と後方の車両にそれぞれ搭載された車上無線機とを含む、請求項１乃至５いずれか１項に記載の列車制御システム。
7. 前記無線ネットワークは、Ｗｉ−ＦｉまたはＬＴＥ（Long Term Evolution）を含む、請求項１乃至６いずれか１項に記載の列車制御システム。