JP7089063B2 - 位置検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は位置検出装置及び方法に関し、例えば鉄道車両に搭載される車両制御装置に適用して好適なものである。

鉄道車両に搭載された車両制御システムでは、自車両の駆動装置及び保安装置の制御や、乗務員、乗客及び管制への適切な情報提供のために自車両の現在位置を特定する必要がある。特に、ホームドアが設置された駅での停止精度の向上や、運転効率の向上を目的として導入が進められているＡＴＯ（Automatic Train Operation）システムでは、自車両の位置を正確に特定することが重要である。

加えて、省力化を主な目的として、記録した位置情報を元に鉄道車両そのものや地上側設備のメンテナンスにフィードバックする動きが近年進められており、このためにも車両の位置を正確に把握することが必要である。

こうした鉄道車両の位置を検出するための位置検出技術としては、従来、地上に設置された地上子又はバリスを用いて鉄道車両の絶対位置を検出し、そこからの走行距離を速度発電機やミリ波センサなどを用いて演算する方法が一般的であるが、この方法によると、地上子又はバリスの設置やメンテナンスに要するコストが事業者にとって負担となる問題があった。

これに対して、近年、明かり区間についてはＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて鉄道車両の位置を検出することにより、コストを抑制しながら連続的に鉄道車両の位置を検出する方法が普及しつつある。しかしながら、この方法によると、都市部でのＧＰＳ信号の干渉や減衰による影響を考慮する必要があるほか、トンネル区間などの不感区間に対応できないという問題があった。

そこで、鉄道車両が走行する区間に依存することなく鉄道車両の位置を取得するための方法として、パンタグラフに設けられた加速度センサにより鉄道車両の加速度を検知し、検知した加速度を規定値と比較することにより、鉄道車両の位置を取得する方法が特許文献１に開示されている。

また特許文献２には、車両に設置された３軸加速度センサにより鉄道車両の加速度を検出し、検出した加速度をデータベースに登録されている加速度と比較することにより、鉄道車両が停止している駅の同定を行う方法が開示されている。

さらに特許文献３には、鉄道車両の台車に設置した撮像手段、走行距離検出手段、垂直位置検出手段及び傾斜角検出手段などに基づいて被検体の位置又は寸法を測量する方法が開示されている。

特開２００８－２６５４２１号公報 特開２０１２－１０６５５４号公報 特開平８－１７８６４２号公報

しかしながら、かかる特許文献１に開示された方法によると、適用可能な対象が駆動電力をパンタグラフによって集電する集電方式の鉄道車両に限定されるため、第３軌条方式又は第４軌条方式を集電方式とする鉄道車両や、内燃機関又はバッテリなどの動力源を内部に備える鉄道車両には適用できないという問題がある。

また特許文献２に開示された技術は、鉄道車両が停止している駅の同定のみに限定された技術であり、任意の区間を走行中の鉄道車両の位置検出及び同定を行い得ない問題がある。

さらに特許文献３に開示された技術によると、被検体の位置検出に撮像手段や撮像位置検出手段が必要となるため、かかる位置検出を行う装置全体の構成が大型化及び煩雑化し、設置やメンテナンスに要するコストが高くなるという問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、種々の形態の鉄道車両に適用でき、システム全体の設置及びメンテナンスコストを低減しながら簡易な構成で列車位置を検出し得る位置検出装置及び方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、予め定められた軌道上を予め定められた所定パターンで走行する移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する位置検出装置において、前記軌道の各曲線区間の各地点における前記移動体のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度と、前記軌道の各勾配区間の各地点における前記移動体のピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方が格納された第１の記憶装置と、前記軌道上を前記所定パターンで走行する前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度と、前記ピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方を計測する計測部と、前記計測部により計測された前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記曲線区間の各地点における前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較し、並びに又は、前記計測部により計測された前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記勾配区間の各地点における前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する移動体制御部とを設けるようにした。

また本発明においては、予め定められた軌道上を予め定められた所定パターンで走行する移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する位置検出装置において実行される位置検出方法であって、前記位置検出装置は、前記軌道の各曲線区間の各地点における前記移動体のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度と、前記軌道の各勾配区間の各地点における前記移動体のピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方が格納された第１の記憶装置を有し、前記軌道上を前記所定パターンで走行する前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度と、前記ピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方を計測する第１のステップと、計測した前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記曲線区間の各地点における前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較し、並びに又は、計測した前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記勾配区間の各地点における前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する第２のステップとを設けるようにした。

本発明によれば、種々の形態の移動体に適用でき、位置検出のためのシステム全体の設置及びメンテナンスコストを低減しながら簡易な構成で移動体の位置を検出し得る位置検出装置及び方法を実現することができる。

第１及び第２の実施の形態による車両制御システムの概略構成の説明に供するブロック図である。 車両制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 （Ａ）は本発明の原理説明に供する概念図であり、（Ｂ）は本発明の原理説明に供するグラフである。 （Ａ）は本発明の原理説明に供する概念図であり、（Ｂ）は本発明の原理説明に供するグラフである。 各計測部からの計測結果に基づいて列車の先端位置を検出する方法の説明に供するグラフである。 （Ａ）は曲線区間用データベースの概略構成を示す図表であり、（Ｂ）は勾配区間用データベースの概略構成を示す図表である。 車両制御装置が記憶装置に格納するメンテナンス用情報の一例の説明に供する波形図である。 第１の実施の形態による車両制御装置の論理構成を示すブロック図である。 位置検出処理の処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態による車両制御装置の論理構成を示すブロック図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
（１－１）本実施の形態による車両制御システムの構成
図１において、１は全体として本実施の形態による車両制御システムの概略構成を示す。この車両制御システム１は、列車２を構成する各鉄道車両（以下、これらを単に車両と呼ぶ）３にそれぞれ搭載された計測部４（４Ａ～４Ｃ）と、いずれかの車両３に搭載された車上子５及びＧＰＳ受信機６と、例えば先頭車両３に搭載された車両制御装置１０、駆動装置１１、保安装置１２、情報装置１３及び記憶装置１４とを備えて構成される。

各計測部４（４Ａ～４Ｃ）は、例えば３軸加速度センサを備えて構成され、３軸加速度センサから出力される３軸方向の加速度に基づいて、慣性航法などの既存の技術を用いて搭載された車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度をそれぞれ算出し、算出結果を計測値として通信線７を介して又は無線により車両制御装置１０に送信する。

車上子５は、列車２が走行する軌道（レール）に沿って複数設置された図示しない地上子やバリスと通信し、これら地上子やバリスから位置情報を取得する機能を有する通信装置である。車上子５は、かかる通信により取得した位置情報を通信線７を介して又は無線により車両制御装置１０に送信する。

ＧＰＳ受信機６は、ＧＰＳ衛星から送信される電波を受信し、自列車の位置を測位する受信機である。ＧＰＳ受信機６は、測位した自列車の位置を車両制御装置１０に送信する。

車両制御装置１０は、各計測部４からそれぞれ送信される各車両のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度と、車上子５及びＧＰＳ受信機６からそれぞれ送信される位置情報とに基づいて自列車の現在位置を検出し、検出結果に基づいて駆動装置１１、保安装置１２及び情報装置１３などの車上機器を制御したり、メンテナンスに利用するために自列車の走行時等に取得した各種情報（以下、これをメンテナンス用情報と呼ぶ）を記憶装置１４に格納する機能を有する。

この車両制御装置１０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、メモリ２１及び記憶装置２２などの情報処理資源を備えて構成される。ＣＰＵ２０は、車両制御装置１０全体の動作制御を司るプロセッサである。またメモリ２１は、例えば揮発性の半導体メモリから構成され、ＣＰＵ２０のワークメモリとして利用される。後述する制御プログラム２３や演算プログラム２４は、このメモリ２１に格納されて保持される。

記憶装置２２は、ハードディスク装置やＳＳＤ（Solid State Drive）などの大容量の不揮発性の記憶装置から構成され、各種情報を長期間保持するために利用される。後述する曲線区間用データベース２５及び勾配区間用データベース２６は、いずれもこの記憶装置２２に格納されて保持される。

駆動装置１１は、図示しない動力源のモータやブレーキ装置などを駆動制御するデバイスであり、車両制御装置１０から与えられる制御情報に基づいて自列車を加速若しくは惰行させるようにモータを動作させ、又は、当該制御情報に基づいて自列車を減速又は停止させるようにブレーキ装置を動作させる。

保安装置１２は、自動列車停止装置及び自動列車制御装置などから構成され、車両制御装置１０から与えられる制御情報に基づいてブレーキパターンを演算する処理やブレーキ装置を動作させる処理などを行う。

また情報装置１３は、例えば、運転台や客室内のモニタ画面に必要な情報を表示する表示装置と、運転台や客室に設置されたスピーカから必要な音声を出力する音源装置となどから構成される。情報装置１３は、車両制御装置１０から与えられた制御情報に基づいて、停車駅に接近した際にかかるモニタ画面やスピーカを介して当該停車駅に関する必要な情報を運転手に提供したり、乗換え案内などの必要な情報を客室内の乗客に提供する。

記憶装置１４は、例えば、ハードディスク装置やＳＳＤなどの大容量の記憶装置から構成され、自列車の走行時などに取得された地上側設備やその車両のメンテナンスに利用するメンテナンス用情報が車両制御装置１０により格納される。

（１－２）本実施の形態による位置検出機能及びメンテナンス用情報収集機能
次に、車両制御装置１０に搭載された本実施の形態の位置検出機能及びメンテナンス用情報収集機能について説明する。まず、本実施の形態の位置検出機能について説明する。

列車２が図３（Ａ）に示すような直線区間及び曲線区間を有する場所を走行する場合について考える。ここでは、直線区間及び曲線区間共に高低差がないものとする。

この場合、図３（Ｂ）に示すように、列車２が直線区間を走行しているときには、各車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度は、これらロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度に対してそれぞれ設定された一定の閾値ＳＨ（ロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度の各閾値ＳＨは同じ値でなくてもよい）以下となるが、列車２が曲線区間を走行しているときには、各車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度は、走行している曲線区間の曲率半径と、そのときの列車２の走行速度とに応じた値となる。一方で、このときの車両３のピッチ方向の傾き及び加速度は、直線区間及び曲線区間共にピッチ方向の傾き及び加速度に対して予めそれぞれ設定された一定の閾値ＳＨ以下となる。

従って、所定パターンで走行する列車２について、各曲線区間の複数地点でその地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度を予めそれぞれ計測して記録しておき、車両３の走行中に計測部４により計測したロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度を、上述のように記録しおいた各曲線区間の各地点におけるロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、車両３が走行中の曲線区間や、その曲線区間におけるその車両３が位置する地点（車両位置）をある程度の精度で特定することができる。

次に、車両が図４（Ａ）に示すような水平区間及び勾配区間を有する場所を走行する場合について考える。ここでは、水平区間及び勾配区間共に直線区間であるものとする。

この場合、図４（Ｂ）に示すように、列車２が水平区間を走行しているときには、その各車両３のピッチ方向の傾き及び加速度は一定の閾値ＳＨ（ピッチ方向の傾き及び加速度の各閾値ＳＨは同じ値でなくてもよい）以下となるが、列車２が勾配区間を走行しているときには、各車両３のピッチ方向の傾き及び加速度は、走行している勾配区間の傾斜角と、そのときの列車２の走行速度とに応じた値となる。一方で、このときの各車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度は、水平区間及び勾配区間共にロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度に対してそれぞれ予め設定された一定の閾値ＳＨ以下となる。

従って、所定パターンで走行する列車２について、各勾配区間の複数地点でその地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度を予めそれぞれ計測して記録しておき、車両３の走行中に計測部４により計測したピッチ方向の傾き及び加速度を、上述のように記録しておいた各勾配区間の各地点におけるピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、車両３が走行中の勾配区間や、その勾配区間におけるその車両３が位置する地点（車両位置）をある程度の精度で特定することができる。

また上述のようにして取得した曲線区間や勾配区間における車両３の位置に基づいて、列車２の位置を特定することができる。例えば、図５に示すように、列車２の先頭車両３の先端をその列車２の位置とする場合、先頭車両３に搭載された計測部４（４Ａ）の計測値に基づいて上述のようにして車両位置（先頭車両３の位置）を求めた場合、求めた車両位置に、当該先頭車両３の先端から当該先頭車両３に搭載された計測部４（４Ａ）までの距離Δｄｏｆｆを加算することにより列車２の位置を特定することができる。

また２番目の車両３に搭載された計測部４（４Ｂ）の計測値に基づいて上述のようにして車両位置（２番目の車両３の位置）を求めた場合には、求めた車両位置に対して、先頭車両３に搭載された計測部４（４Ａ）から２番目の車両３に搭載された計測部４（４Ｂ）までの距離Δｄ１と、上述の距離Δｄｏｆｆとを加算することにより列車２の位置を特定することができる。

さらに図１の最後尾の車両３に搭載された計測部４（４Ｃ）の計測値に基づいて上述のようにして車両位置（図１の最後尾の車両３の位置）を求めた場合には、求めた車両位置に対して、先頭車両３に搭載された計測部４（４Ａ）から２番目の車両３に搭載された計測部４（４Ｂ）までの距離Δｄ１と、２番目の車両３に搭載された計測部４（４Ｃ）の車両に搭載された計測部４（４Ｃ）までの距離Δｄ２と、上述の距離Δｄｏｆｆとを加算することにより列車２の位置を特定することができる。

以上の原理を踏まえて、本実施の形態の車両制御システム１では、各駅区間を列車２がその駅区間について予め定められた所定パターンで走行することを前提として、列車２の走行範囲内に存在する各曲線区間の複数地点でその地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度を予め計測し、その地点の位置（基準位置からの距離）と対応付けて記録した図６（Ａ）に示すような第１のデータベース（以下、これを曲線区間用データベースと呼ぶ）２５が車両制御装置１０の記憶装置２２（図２）に格納されている。

また車両制御装置１０の記憶装置２２には、各駅区間をかかる所定パターンで列車２が走行することを前提として、列車２の走行範囲内に存在する各勾配区間の複数地点でその地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度を予め計測し、その地点の位置と対応付けて記録した図６（Ｂ）に示すような第２のデータベース（以下、これを勾配区間用データベースと呼ぶ）２６も格納されている。

そして車両制御装置１０は、列車２の走行時、ＧＰＳ受信機６（図１）により車両位置を測位できる場合や、地上子やバリスから位置情報を取得できる場合には、そのようにして取得した現在の車両位置や、図示しないミリ波センサや速度発電機などを用いて取得したそこからの走行距離に基づき算出した現在の車両位置に基づいて列車位置を算出し、算出した列車位置に基づいて駆動装置１１や保安装置１２及び又は情報装置１３に送信する制御情報をそれぞれ生成する。また車両制御装置１０は、このようにして生成したこれらの制御情報を対応する駆動装置１１、保安装置１２及び又は情報装置１３にそれぞれ送信することにより、これら駆動装置１１、保安装置１２及び又は情報装置１３の動作を制御する。

これに対して、車両制御装置１０は、ＧＰＳ受信機６により車両位置を測位できず、さらに地上子やバリスから位置情報を取得できない場合には、各計測部４からそれぞれ送信されてくる対応する車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度の計測値のうち、例えば先頭車両３に搭載された計測部４（４Ａ）から送信されてきたその車両３（先頭車両３）のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の加速度に基づいて、現在、当該車両３が曲線区間や勾配区間を走行しているか否かを判定する。

そして車両制御装置１０は、その車両３が曲線区間を走行中であると判定した場合には、その車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度を、曲線区間用データベース２５（図６（Ａ））に登録されている各曲線区間の各地点におけるロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較し、最もロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度の値が近い地点をそのときのその車両３の車両位置として特定すると共に、特定した車両位置に基づいて列車２の位置を検出する。

また車両制御装置１０は、その車両３が勾配区間を走行中であると判定した場合には、その車両３のピッチ方向の傾き及び加速度を、勾配区間用データベース２６（図６（Ｂ））に登録されている各勾配区間の各地点におけるピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較し、最もピッチ方向の傾き及び加速度の値が近い地点をそのときのその車両３の車両位置として特定すると共に、特定した車両位置に基づいて列車２の位置を検出する。

さらに車両制御装置１０は、上述のようにして検出した列車位置と、ミリ波センサや速度発電機などを用いて求めていたその列車２の現在位置との誤差が予め設定された閾値よりも大きい場合には、ミリ波センサや速度発電機などを用いて求めた列車２の現在位置を、上述のようにして検出したその列車２の現在位置に置き換えるようにして補正する。そして車両制御装置１０は、このようにして検出した列車２の現在位置に基づいて駆動装置１１や保安装置１２及び又は情報装置１３に送信する制御情報をそれぞれ生成する。

次に、本実施の形態によるメンテナンス用情報収集機能について説明する。列車２の各車両３に搭載された計測部４からそれぞれ送信されてきた対応する車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度や、これらに基づいて算出した各車両の直前地点からの高低差などは、列車２が一定速度で走行している状態では、図７に示すように、先頭車両３から順番に計測部４間の距離と、列車２の走行速度とに応じた時間差をもって同じ値が順次得られる。

例えば、図１のような３両編成の列車２において、先頭車両３が任意の地点（地点Ａや地点Ｂなど）を通過したときにその先頭車両３に搭載された計測部４（４Ａ）から出力された当該先頭車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度や、高低差などの値と、次の車両３（先頭から２番目の車両３）がその地点を通過したときにその車両３に搭載された計測部４（４Ｂ）から出力された当該車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度や、高低差などの値とは同じであり、その時間差Δｔ１は、列車２の走行速度と、先頭車両３及び先頭から２両目に搭載された各計測部４（４Ａ，４Ｂ）間の距離とに依存する。

また、その後、最後尾の車両３がその地点を通過したときにその車両３に搭載された計測部４（４Ｃ）から出力された当該車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度や、高低差などの値も、先頭から２両目の車両３がその地点を通過したときにその車両３に搭載された計測部４（４Ｂ）から出力された当該車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度や、高低差などの値と同じであり、その時間差Δｔ２は、列車２の走行速度と、先頭から２両目の車両３及び最後尾の車両３にそれぞれ搭載された計測部４（４Ｂ，４Ｃ）間の距離とに依存する。

従って、先頭車両３から順番に、列車２の走行速度と、隣接する各車両３にそれぞれ搭載された計測部４間の距離とに応じた時間差（Δｔ１やΔｔ２など）をもって、各車両３がそれぞれ同一地点を通過するタイミングで各車両３にそれぞれ搭載された計測部４から出力される対応する車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度や、高低差などの値を順番に算出した場合、各計測部４が正常に作動しているのであれば、すべて同じ値が得られるはずである。逆を言えば、繰り返し他の計測部４と同じ値が得られない計測部４については、障害が発生している可能性があると判断することができる。

そこで本実施の形態の車両制御システム１の場合、車両制御装置１０には、各車両３がそれぞれ同一地点を通過するタイミングでその車両３の計測部４から与えられるその車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度を、上述のメンテナンス用情報として順次記憶装置１４（図１）に格納する。

以上のような本実施の形態の位置検出機能及びメンテナンス用情報収集機能を実現するための手段として、車両制御装置１０には、図８に示すように、制御部３０及び演算部３１が設けられている。

制御部３０は、ＣＰＵ２０（図２）がメモリ２１（図２）に格納された制御プログラム２３（図２）を実行することにより具現化される機能部であり、各計測部４から与えられる対応する車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度を演算部３１に転送したり、必要時に曲線区間用データベース２５や勾配区間用データベース２６から必要な情報を読み出して演算部３１に転送する機能を有する。

また制御部３０は、車上子５やＧＰＳ受信機６又は後述のように演算部３１により検出された列車位置と、図示しないミリ波センサや速度発電機などを用いて求めたそこからの移動距離とに基づいて自列車の現在位置を逐次算出し、算出した自列車の現在位置に基づいて駆動装置１１や保安装置１２及び又は情報装置１３に送信する制御情報をそれぞれ生成する。

さらに制御部３０は、各車両３がそれぞれ同一地点を通過するタイミングでその車両３の計測部４から与えられた当該車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度の計測値を関連付けてメンテナンス用情報として記憶装置１４に格納する。

一方、演算部３１は、ＣＰＵ２０がメモリ２１に格納された演算プログラム２４（図２）を実行することにより具現化される機能部である。

演算部３１は、各計測部４から制御部３０を経由してそれぞれ与えられる対応する車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度を、制御部３０から与えられる曲線区間用データベース２５や勾配区間用データベース２６から読み出された曲線区間や勾配区間の各地点のロール方向、ヨー方向及び又はピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較し、比較結果に基づいて自列車の現在位置を特定する。そして演算部３１は、特定した自列車の現在位置を制御部３０に通知する。

（１－３）本実施の形態による位置検出機能に関する制御部の処理
図９は、上述のような本実施の形態による位置検出機能に関して車両制御装置１０により定期的に実行される処理（以下、これを位置検出処理と呼ぶ）の流れを示す。

この場合、この図９に示す位置検出処理が開始されると、まず、車両制御装置１０の制御部３０がＧＰＳ受信機６から送信されてくる位置情報に基づいて、ＧＰＳ受信機６が自列車の現在位置を測位できたか否かを判定する（Ｓ１）。そして制御部３０は、この判定で肯定結果を得ると、ＧＰＳ受信機６から与えられた位置情報に基づいて駆動装置１１、保安装置１２及び又は情報装置１３に送信する制御情報を生成することを決定し（Ｓ２）、この後、この位置検出処理を終了する。

これに対して、制御部３０は、ステップＳ１の判定で否定結果を得ると、車上子５が前回の位置検出処理の終了後から現在までの間に地上子やバリスから位置情報を取得できたか否かを判定する（Ｓ３）。そして制御部３０は、この判定で肯定結果を得ると、地上子やバリスから取得した位置情報に基づいて駆動装置１１、保安装置１２及び又は情報装置１３に送信する制御情報を生成することを決定し（Ｓ４）、この後、この位置検出処理を終了する。

一方、制御部３０は、ステップＳ３の判定で否定結果を得ると、特定の車両３（例えば、先頭車両３であり、以下、これを特定車両３と呼ぶ）に搭載された計測部４から送信されてきたその特定車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度のうち、ロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度の一部又は全部がその方向の傾きや加速度に対してそれぞれ予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ５）。

ここで、この判定で肯定結果を得ることは、現在、その特定車両３が曲線区間を走行している可能性が高いことを意味する。かくして、このとき制御部３０は、図示しないミリ波センサや速度発電機などを用いて検出しているその特定車両３の現在位置の前後にある複数個分ずつの各曲線区間内の各地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度を曲線区間用データベース２５から読み出し、これらの情報を演算部３１に転送する。

そして演算部３１は、そのときその特定車両３に搭載された計測部４から制御部３０を経由して与えられたその特定車両３の現在のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度と、上述のように制御部３０から与えられた、曲線区間用データベース２５から読み出された各曲線区間内の各地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度とを順次比較することによりその特定車両３の現在位置（正確には特定車両３に搭載された計測部４の現在位置）を特定する（Ｓ６）。

具体的に、演算部３１は、このステップＳ６において、曲線区間用データベース２５から読み出された各曲線区間内の各地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度と、特定車両３に搭載された計測部４から制御部３０を経由して与えられたその特定車両３の現在のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度とのユークリッド距離を算出し、そのユークリッド距離が最も小さい地点を特定車両３に搭載された計測部４の現在位置として特定する。また演算部３１は、特定した特定車両３の計測部４の現在位置に、当該計測部４から先頭車両３の先端位置までの距離を加算するようにして列車２の位置を検出する。そして演算部３１は、特定した列車２の現在位置を制御部３０に通知する。

ただし、かかるユークリッド距離に予め閾値を設けておき、算出した最小のユークリッド距離が当該閾値よりも大きい場合には、特定車両３の計測部４の現在位置を特定せずに、かかるユークリッド距離が最小の地点（軌道上の位置）を制御部３０を介して記憶装置１４に登録するようにしてもよい。このように最小のユークリッド距離が予め設定された閾値よりも大きい場合、軌道が変形している等の不具合が発生していることが原因の１つとして考えられるため、この軌道上の位置をメンテナンス用情報として利用することができる。

一方、制御部３０は、ステップＳ５の判定で否定結果を得ると、特定車両３に搭載された計測部４から送信されてきたその特定車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度のうち、ピッチ方向の傾き及び加速度の一部又は全部がピッチ方向の傾きや加速度に対してそれぞれ予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ７）。

そして制御部３０は、この判定で否定結果を得ると、この位置検出処理を終了する。従って、この場合には自列車の現在位置が特定されないまま位置検出処理が終了することになる。

これに対して、ステップＳ７の判定で肯定結果を得ることは、現在、その特定車両３が勾配区間を走行している可能性が高いことを意味する。かくして、このとき制御部３０は、図示しないミリ波センサや速度発電機などを用いて検出しているその特定車両３の現在位置の前後にある複数個分ずつの各勾配区間内の各地点における車両のピッチ方向の傾き及び加速度を勾配区間用データベース２６から読み出し、これらの情報を演算部３１に転送する。

そして演算部３１は、そのときその特定車両３に搭載された計測部４から制御部３０を経由して与えられたその特定車両３の現在のピッチ方向の傾き及び加速度と、上述のように制御部３０から与えられた、勾配区間用データベース２６から読み出された各勾配区間内の各地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度と順次比較することによりその特定車両３の現在位置（正確には特定車両３に搭載された計測部４の現在位置）を特定する（Ｓ８）。

具体的に、演算部３１は、このステップＳ８において、勾配区間用データベース２６から読み出された各勾配区間内の各地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度と、特定車両３に搭載された計測部４から制御部３０を経由して与えられたその特定車両３の現在のピッチ方向の傾き及び加速度とのユークリッド距離を算出し、そのユークリッド距離が最も小さい地点を特定車両３に搭載された計測部４の現在位置として特定する。また演算部３１は、特定した特定車両３の計測部４の現在位置に、当該計測部４から先頭車両３の先端位置までの距離を加算するようにして列車２の位置を検出する。そして演算部３１は、特定した列車２の現在位置を制御部３０に通知する。

ただし、かかるユークリッド距離に予め閾値を設けておき、算出した最小のユークリッド距離が当該閾値よりも大きい場合には、特定車両３の計測部４の現在位置を特定せずに、かかるユークリッド距離が最小の地点（軌道上の位置）を制御部３０を介して記憶装置１４に登録するようにしてもよい。このように最小のユークリッド距離が予め設定された閾値よりも大きい場合、ステップＳ７について上述した場合と同様に、軌道が変形している等の不具合が発生しているおそれがあるため、この軌道上の位置をメンテナンス用情報として利用することができる。

この後、制御部３０は、上述のようにミリ波センサや速度発電機などを用いて常に算出している自列車の現在位置と、上述のようにステップＳ６又はステップＳ８で演算部３１により特定された自列車の現在位置との差分を算出し、その差分が予め設定された閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ９）。そして制御部３０は、この判定で否定結果を得ると、この位置検出処理を終了する。

これに対して、制御部３０は、ステップＳ９の判定で否定結果を得ると、ミリ波センサや速度発電機などを用いて常に算出している自列車の現在位置を、ステップＳ６又はステップＳ８で特定した自列車の現在位置に置き換えるようして補正する（Ｓ１０）。そして制御部３０は、この後、この位置検出処理を終了する。

（１－４）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態の車両制御システム１では、特定車両３の計測部４により計測された当該特定車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度に基づいて列車２が曲線区間や勾配区間を走行しているか否かを判定し、列車２が曲線区間を走行していると判定した場合には、曲線区間用データベース２５を参照して列車２の現在位置を検出し、列車２が勾配区間を走行していると判定した場合には、勾配区間用データベース２６を参照して列車２の現在位置を検出する。

従って、本実施の形態の車両制御システム１によれば、第３軌条方式又は第４軌条方式を集電方式とする車両３や、内燃機関又はバッテリなどの動力源を内部に備える車両３に対しても適用することができ、また撮像手段や撮像位置検出手段を要することなく、かつ車両３が走行中であっても、列車２の現在位置を適切に検出することができる。

よって本実施の形態によれば、種々の形態の鉄道車両に適用でき、システム全体の設置及びメンテナンスコストを低減しながら簡易な構成で列車位置を検出し得る車両制御システムを実現することができる。

（２）第２の実施の形態
図８との対応部分に同一符号を付して示す図１０は、図８について上述した車両制御装置１０の論理構成に代えて適用される第２の実施の形態による車両制御装置４０の論理構成を示す。本実施の形態の車両制御装置４０のハードウェア構成は第１の実施の形態の車両制御装置１０と同様であるため、ここでの説明は省略する。

本実施の形態の車両制御装置４０は、制御部４１にはＧＰＳ受信機６及び車上子５からの位置情報のみが与えられ、各車両３にそれぞれ搭載された計測部４からの計測値が演算部４２に与えられる点と、演算部４２が曲線区間用データベース２５及び勾配区間用データベース２６に直接アクセスできる点とが第１の実施の形態の車両制御装置１０と大きく相違し、これ以外の点については第１の実施の形態の車両制御装置１０と同様の機能を有する。

従って、本実施の形態の車両制御装置４０では、演算部４２は、制御部４１を経由することなく、各計測部４から送信されてきた対応する車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度を直接取得し、取得したこれらの情報に基づき、曲線区間用データベース２５及び勾配区間用データベース２６を参照して、第１の実施の形態の演算部３１（図８）と同様に自列車の現在位置を検出し、検出結果を制御部４１に通知する。

また制御部４１は、演算部４２により特定された自列車の現在位置に基づいて、第１の実施の形態の制御部３０と同様に必要な制御情報を生成し、生成した制御情報を対応する駆動装置１１、保安装置１２及び又は情報装置１３に送信したり、必要なメンテナンス用情報を記憶装置１４に格納する。

以上の構成を有する本実施の形態の車両制御装置４０によれば、第１の実施の形態と同様に、種々の形態の鉄道車両に適用でき、システム全体の設置及びメンテナンスコストを低減しながら簡易な構成で列車位置を検出し得る車両制御システムを実現することができる。

（３）他の実施の形態
なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、実際に列車２を走行させたときに得られた各曲線区間のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度や、各勾配区間のピッチ方向の傾きや加速度に基づいて曲線区間用データベース２５や勾配区間用データベース２６を生成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、軌道（レール）が敷設された地形等や軌道の形状情報と、列車２の走行パターンとなどの情報に基づいて計算により各曲線区間の各地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度の理論値や、各勾配区間の各地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度の理論値を算出して曲線区間用データベース２５及び勾配区間用データベース２６を生成するようにしてもよい。

また上述の第１及び第２の実施の形態においては、列車２の位置を特定するために本発明の位置検出方法を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、不具合のある軌道上の位置を特定するために本発明の位置検出方法を適用するようにしてもよい。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、曲線区間用データベース２５及び勾配区間用データベース２６の２つのデータベースを用意するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら曲線区間用データベース２５及び勾配区間用データベース２６の内容を１つのデータベースにまとめてデータベースを１つだけ設けるようにしてもよい。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、各計測部４がそれぞれ３軸加速度センサを備え、３軸加速度センサの出力に基づいてロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の車両３の傾きまでも算出して計測値として制御部３０や演算部４２に送信するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、各計測部４を３軸加速度センサのみから構成し、その出力に基づいて制御部３０や演算部４２において車両３の傾きを算出する（つまり本発明の計測部の機能の一部を制御部３０や演算部４２に割り当てる）ようにしてもよい。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、本発明を列車２の位置検出に利用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、予め定められた軌道上を予め定められた走行パターンで走行する自動運転自動車などの移動体の位置検出にも適用することができる。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、勾配区間については、各地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度のみを利用して位置を列車位置を特定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、計測部４により計測されたピッチ方向の加速度に基づいて各地点における車両３の基準地点からの高さ位置を慣性航法等により計測して勾配区間用データベース２６に登録しておき、列車２の走行中も同様にして各車両３の高さ位置を計測し、勾配区間では、車両３のピッチ方向の傾き及び加速度と、そのときの車両３の高さ位置とに基づいて、列車２の現在位置を検出するようにしてもよい。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、特定車両３に搭載された計測部４から与えられる計測値にのみ基づいて自列車の現在位置を検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、より多くの計測部４から与えられる計測値に基づいて自列車の現在位置を検出するようにしてもよい。例えば、特定車両３に搭載された計測部４から与えられた計測値に基づいて自列車の現在位置を検出できなかった場合には他の車両３に搭載された計測部４から与えられる計測値に基づいて自列車の現在位置を検出するようにしてよい。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、予め取得した各曲線区間の各地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度と、計測部４により計測された車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度とに基づいて曲線区間を走行中の列車２の位置を検出すると共に、予め取得した各勾配区間の各地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度と、計測部４により計測された車両３のピッチ方向の傾き及び加速度とに基づいて勾配区間を走行中の列車２の位置を検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、曲線区間及び勾配区間の少なくとも一方においてのみ列車２の位置を検出するようにしてもよい。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、計測部４により計測された車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度を、曲線区間用データベース２５に格納された軌道の各曲線区間の各地点における車両３のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較したり、計測部４により計測された車両３のピッチ方向の傾き及び加速度を、勾配区間用データベース２６に格納された軌道の各勾配区間の各地点における車両３のピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、車両３の位置又は車両３が位置する軌道上の位置を検出する移動体制御部としての機能を列車２に持たせるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば車両制御装置１０における上述の機能を地上側の設備に持たせ、計測部４により計測された車両３のロール方向、ヨー方向及びピッチ方向の傾き及び加速度を列車２から地上側の設備に順次転送し、地上側の設備においてそのときのその列車２の位置を上述のようにして算出し、算出結果を列車２側に転送するようにしてもよい。このようにしても第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、予め定められた軌道上を予め定められた所定パターンで走行する種々の移動体の位置又は当該移動体が位置する軌道上の位置を検出する位置検出装置に広く適用することができる。

１……車両制御システム、２……列車、３……車両、４，４Ａ～４Ｃ……計測部、５……車上子、６……ＧＰＳ受信機、１０，４０……車両制御装置、１１……駆動装置、１２……保安装置、１３……情報装置、１４，２２……記憶装置、２０……ＣＰＵ、２１……メモリ、２３……制御プログラム、２４……演算プログラム、２５……曲線区間用データベース、２６……勾配区間用データベース、３０，４１……制御部、３１，４２……演算部。

Claims (10)

1. 予め定められた軌道上を予め定められた所定パターンで走行する移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する位置検出装置において、
   前記軌道の各曲線区間の各地点における前記移動体のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度と、前記軌道の各勾配区間の各地点における前記移動体のピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方が格納された第１の記憶装置と、
   前記軌道上を前記所定パターンで走行する前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度と、前記ピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方を計測する計測部と、
   前記計測部により計測された前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記曲線区間の各地点における前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較し、並びに又は、前記計測部により計測された前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記勾配区間の各地点における前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する移動体制御部と
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記移動体制御部は、
   検出した前記移動体の位置に基づいて前記移動体に搭載された車上機器を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記移動体制御部は、
   前記計測部により計測された前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度の一部又は全部が当該ロール方向及び当該ヨー方向の傾き及び加速度についてそれぞれ予め設定された第１の閾値以上のときに、前記計測部により計測された前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記曲線区間の各地点における前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記移動体制御部は、
   前記計測部により計測された前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度の一部又は全部が当該ピッチ方向の傾き及び加速度についてそれぞれ予め設定された第１の閾値以上のときに、前記計測部により計測された前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記勾配区間の各地点における前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 前記移動体は、複数の車両から構成される列車であり、
   各前記車両にそれぞれ前記計測部が搭載され、
   メンテナンス用の情報を格納するための第２の記憶装置を備え、
   前記移動体制御部は、
   各前記車両がそれぞれ同一地点を通過するタイミングで当該地点を通過する前記車両に搭載された前記計測部から与えられる当該車両の前記ロール方向、前記ヨー方向及び前記ピッチ方向の傾き及び加速度の一部又は全部を前記メンテナンス用の情報として前記第２の記憶装置に格納する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
6. 予め定められた軌道上を予め定められた所定パターンで走行する移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する位置検出装置において実行される位置検出方法であって、
   前記位置検出装置は、
   前記軌道の各曲線区間の各地点における前記移動体のロール方向及びヨー方向の傾き及び加速度と、前記軌道の各勾配区間の各地点における前記移動体のピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方が格納された第１の記憶装置を有し、
   前記軌道上を前記所定パターンで走行する前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度と、前記ピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方を計測する第１のステップと、
   計測した前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記曲線区間の各地点における前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較し、並びに又は、計測した前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記勾配区間の各地点における前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する第２のステップと
   を備えることを特徴とする位置検出方法。
7. 検出した前記移動体の位置に基づいて前記移動体に搭載された車上機器を制御する第３のステップを備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
8. 前記第２のステップでは、
   計測した前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度の一部又は全部が当該ロール方向及び当該ヨー方向の傾き及び加速度についてそれぞれ予め設定された第１の閾値以上のときに、計測した前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記曲線区間の各地点における前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
9. 前記第２のステップでは、
   計測した前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度の一部又は全部が当該ピッチ方向の傾き及び加速度についてそれぞれ予め設定された第１の閾値以上のときに、計測した前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度を、前記第１の記憶装置に格納された前記軌道の各前記勾配区間の各地点における前記移動体の前記ピッチ方向の傾き及び加速度とそれぞれ比較することにより、前記移動体の位置又は当該移動体が位置する前記軌道上の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
10. 前記移動体は、複数の車両から構成される列車であり、
    前記軌道上を前記所定パターンで走行する前記移動体の前記ロール方向及び前記ヨー方向の傾き及び加速度と、前記ピッチ方向の傾き及び加速度との少なくとも一方を計測する計測部が各前記車両にそれぞれ搭載され、
    メンテナンス用の情報を格納するための第２の記憶装置を備え、
    前記第２のステップでは、
    各前記車両がそれぞれ同一地点を通過するタイミングで当該地点を通過する前記車両に搭載された計測部により計測された当該車両の前記ロール方向、前記ヨー方向及び前記ピッチ方向の傾き及び加速度の一部又は全部を前記メンテナンス用の情報として前記第２の記憶装置に格納する
    ことを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。

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