JP7360306B2 - 列車自動運転用通信システム - Google Patents
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Description
本発明の他の目的は、公衆無線通信ネットワークを使用して列車と地上装置との間のデータ通信を行うようにしても、データ通信の安全性を確保し、セキュリティ上のリスクを回避することができる列車自動運転用通信システムを提供することにある。
列車自動運転に関わる情報処理を行う自動運転用車上装置と、該自動運転用車上装置に接続され車外の閉域ネットワークとの無線通信のための第1の移動局と、前記自動運転用車上装置に接続され公衆無線通信ネットワークとの無線通信のための第2の移動局を有する車上システムと、
列車の在線位置に関わる情報を収集し提供する在線管理装置および該在線管理装置に接続された第1の閉域ネットワークと、列車自動運転に関わる制御を行う自動運転用地上装置と、該自動運転用地上装置に接続された第2の閉域ネットワークと、前記第1の閉域ネットワークと前記第2の閉域ネットワークを接続する経路及び前記第2の閉域ネットワークと公衆無線ネットワークを介した前記自動運転用車上装置-地上装置間の接続の認証を行う認証装置を有する列車運行系システムと、
を備えた列車自動運転用通信システムであって、
前記在線管理装置は、前記第1の閉域ネットワークを介して列車の在線位置情報を繰り返し取得し、
前記自動運転用地上装置は、前記認証装置による認証があったことを条件に、前記在線管理装置から取得した列車の在線位置情報を利用して通信相手を特定し、前記公衆無線通信ネットワークを介して当該列車の前記自動運転用車上装置と通信可能になるように構成したものである。
前記自動運転用地上装置は、前記認証装置による承認を受けた認証コードを用いて前記自動運転用車上装置との間の通信を実施するように構成する。
かかる構成によれば、外部から知ることが困難である在線位置情報等の車両に固有の情報を用いてネットワーク接続用の認証コードを生成して通信を行うため、通信の信頼性の高いシステムを構築することができる。
前記自列車に固有の値は当該列車の在線位置情報であり、
前記車上システムは、前記速度検出手段からの信号に基づいて在線位置を算出する装置を備え、算出した在線位置情報を、前記第1の閉域ネットワークを介して前記在線管理装置へ送信するように構成する。
かかる構成によれば、在線管理装置(在線管理サーバ)は、軌道回路からの信号に基づいて各列車の在線位置を取得する場合に比べて、頻繁に変化する精度の高い在線位置情報を取得することができ、在線位置情報を用いて生成されるネットワーク接続用の認証コードとして同一の認証コードが長時間にわたって使用されることで通信の信頼性が低下するのを防止することができる。
前記自動運転用車上装置は、前記車両情報制御装置より取得した車両固有情報を用いて前記自動運転用地上装置との間の通信のための認証コードを生成して前記認証装置へ送信するように構成しても良い。
かかる構成によれば、外部から知ることが困難である車両に固有の情報を用いてネットワーク接続用の認証コードを生成して通信を行うため、通信の信頼性の高いシステムを構築することができる。なお、車両固有情報には、例えば車両もしくは編成の荷重や消費電力量などがあり、経時的に変化する情報であればさらに通信の信頼性の高めることができる。
前記第1の閉域ネットワークには、走行中の列車へATC制御情報を送信するATC地上装置およびプロキシサーバが接続されているように構成する。
ATC車上装置11が備える自動列車制御機能は、走行速度が、ATCパターンが示す制限速度以下であるかどうかをチェックし、速度超過の場合は自動的にブレーキを作動させて制限速度以下に抑える機能である。ATO車上サーバ12には駅間走行パターン情報が記憶されており、ATO車上サーバ12は記憶装置から駅間走行パターン情報を読出し、当該走行パターンに従って走行モータやブレーキ装置を制御する自動運転制御を実行する。列車内閉域ネットワーク13には、現存する列車に搭載されている列車情報管理システムに用いられている伝送路を利用することができる。
ATO車上サーバ12には、所定の路線の各駅間の走行パターンが記憶されている。ATO車上サーバ12は、当該列車の在線位置情報に基づいて駅出発時に駅間走行パターンを読出し、速度発電機からの信号に基づいて算出した走行速度と上記走行パターンを比較しながら、走行駆動装置(モータ)およびブレーキ装置を制御することで走行パターンに従って列車を走行させる機能を有する。
なお、図示しないが、車上システム10はATCトランスポンダ車上子を備えており、ATC車上装置11は、トランスポンダ地上子からの受信情報に基づいて、算出した在線位置を補正するように構成されている。
車上システム10の電源が投入されてATC車上装置11が起動されると、ATC車上装置11は、速度発電機からの信号に基づいて走行距離を算出し、算出した走行距離と出発点の位置とに基づいて当該列車の在線位置(キロ程等)を取得する処理を開始する(ステップS1)。ここで、在線位置は、例えば在線ブロック番号とブロック内距離としても良い。
在線管理サーバ25は、ATO地上装置23から車両IDと在線位置情報の要求(ステップS6)があると、記憶している在線位置情報と時刻情報と車両IDを、閉域ネットワーク21,22および認証サーバ28を介してATO地上装置23へ送信する。また、認証サーバ28は、閉域ネットワーク22を介してATO地上装置23に車両IDと在線位置情報を要求し(ステップS7)、ATO地上装置23から送られて来る応答情報を受信する。これにより、ATO車上サーバ12と認証サーバ28の双方において、共通の情報をベースとしたセキュアなID(トークン)の生成が可能となる。また、ATO地上装置23が在線管理サーバ25からリアルタイムで走行中の列車の車両IDと在線位置情報を取得しているため、取得した最新の列車の在線位置情報を利用して通信相手を特定し、公衆無線通信ネットワーク31を介して当該列車のATO車上サーバ12と通信可能になる。
ATO車上サーバ12からの認証要求を受けた認証サーバ28は、在線管理サーバ25から取得した当該車両の在線位置情報を用いて照合用IDを生成し、ATO車上サーバ12から受信した照合用IDと照合して合致すればATO地上装置23に対して通信を許可し(ステップS9)、ATO車上サーバ12に対して認証完了の応答を行う。これにより、ATO車上サーバ12とATO地上装置23との間で公衆無線通信ネットワーク31および閉域ネットワーク22を使用した双方向のデータ通信が可能となる。
ATC車上装置11は、車上システム10の電源の投入により起動され、図3に示すように、先ず、例えば自身のワークメモリあるいは履歴用メモリを参照するなどして所定のアドレス領域に格納されている位置情報を読み込み(ステップS11)、在線位置が確定しているか否か判定する(ステップS12)。具体的には、例えば読み込んだ位置情報が正規の範囲から外れている(ありえない位置に在線している)場合には位置が確定していない(位置不定)と判定し、正規の範囲に入っている場合には位置が確定していると判定する。ステップS12で、位置が確定していないつまり位置不定であると判定すると、ステップS13へ移行してATC地上子より位置補正電文を受信しているか判定する。そして、位置補正電文を受信している(Yes)と判定すると、ステップS14へ進んで、受信した位置補正電文の情報に基づいて在線位置を補正し、ステップS11へ戻る。
続いて、列車内閉域ネットワーク13を介してATO車上サーバ12から在線位置情報の要求があったか否か判定し(ステップS17)、在線位置情報の要求があった場合にはATO車上サーバ12へ在線位置情報および車両IDを送信する(ステップS18)。その後、ステップS11へ戻って、在線位置が変化すると上記処理を繰り返し実行する。
ATO車上サーバ12は、車上システム10の電源の投入により起動されると、先ず、公衆無線通信ネットワーク31および閉域ネットワーク22を介したATO地上装置23との間の通信が未接続であるため認証待ちの状態となり(ステップS21)、ネットワーク接続認証準備処理を開始する(ステップS22)。
ステップS22のネットワーク接続認証準備処理では、列車内閉域ネットワーク13を介して車両情報制御装置14より時刻情報および車両IDなど自列車に固有の車両情報を取得するとともに、ATC車上装置11へ在線位置情報の要求を行い、在線位置情報を取得する。また、速度センサ(速度発電機)からの信号に基づいて車両の状態(停車/走行)の検出を行う。
続いて、ATO車上サーバ12は、公衆無線通信ネットワーク31と閉域ネットワーク22を介して認証サーバ28に対して、ステップS24で生成したトークンを送信してネットワークの接続認証要求処理を実行する(ステップS25)。
その後、ATO車上サーバ12は、公衆無線通信の圏外あるいは電源オフなどのネットワーク切断条件が成立しているか否かの判定(ステップS28)を行い、条件が成立していないときはステップS27へ戻ってデータ通信を継続し、切断条件が成立したと判定したときはステップS29へ進んで、ネットワーク(NW)の切断処理を実行してからステップS21へ戻る。
認証サーバ28は、電源の投入により起動されると、先ず認証ID作成用情報の取得処理を実行する(ステップS31)。具体的には、ATO地上装置23を介して在線管理サーバ25より、時刻情報、車両固有情報、車両IDおよび在線位置情報を取得する。次に、認証サーバ28は、取得した在線位置情報を用いてトークン変換用テーブルを検索して認証用のトークンを生成する(ステップS32)。
また、認証サーバ28は、ステップS34で認証が可(OK)すなわちトークンが合致しかつ重複した認証要求がないと判定するとステップS35へ進んで、ATO地上装置23に対してネットワーク(NW)の接続を許可する。
ATO地上装置23は、電源の投入により起動されると、先ず公衆無線通信ネットワーク31および閉域ネットワーク22を介したATO車上サーバ12との間の通信が未接続であり、認証待ちの状態となり(ステップS41)、在線管理サーバ25に対して認証ID作成用情報の要求を行う(ステップS42)。ここで「認証ID作成用情報」とは、認証サーバ28が図5のステップS31で在線管理サーバ25より取得する情報と同じ情報であり、時刻情報、車両固有情報、車両IDおよび在線位置情報が含まれる。従って、認証ID作成用情報の要求は、認証サーバ28に対して行っても良い。
その後、ATO地上装置23は、ネットワーク接続確認の問い合わせすなわち認証許可待ちを行う(ステップS44)。そして、次のステップS45で、認証許可があったと判定すると、閉域ネットワーク22および公衆無線通信ネットワーク31を介して認証許可があった列車のATO車上サーバ12とネットワーク接続状態となり(ステップS46)、在線管理サーバ25から取得した列車の最新の在線位置情報を利用して当該在線位置情報と同一の情報を最新の在線位置情報として保有している列車を通信相手として特定し、閉域ネットワーク22および公衆無線通信ネットワーク31を介して当該列車のATO車上装置12との間の通信を実施することができる。また、ATO地上装置23は、当該列車のATO車上サーバ12からの情報のトレース(受信)を開始する。このような情報のトレースを、走行中の全ての列車について列車ごとに実行する。
一方、ステップS46におけるATO車上サーバ12からの情報のトレース中に、ATO車上サーバ12から切断要求があったか否か判定し(ステップS49)、切断要求があったと判定したときはステップS50へ移行して当該列車のATO車上サーバ12との間のネットワーク接続を切断する。
さらに、上記実施形態では本発明を列車の自動運転システムにおける無線通信に適用した場合を説明したが、本発明はバスなどの自動運転システムにおける無線通信に利用することも可能である。
11 ATC車上装置
12 ATO車上サーバ(自動運転用車上装置)
13 列車内閉域ネットワーク
14 車両情報制御装置
15A 列車無線用移動局(第1の移動局)
15B 公衆無線通信用移動局(第2の移動局)
20 列車運行系システム
21 事業用閉域ネットワーク(第1の閉域ネットワーク)
22 事業用閉域ネットワーク(第2の閉域ネットワーク)
23 ATO地上装置(自動運転用地上装置)
24 列車無線用基地局
25 在線管理サーバ(在線管理装置)
27 運行管理中央装置
28 認証サーバ(認証装置)
31 公衆無線通信ネットワーク
32 無線通信基地局
Claims (4)
- 列車自動運転に関わる情報処理を行う自動運転用車上装置と、該自動運転用車上装置に接続され車外の閉域ネットワークとの無線通信のための第1の移動局と、前記自動運転用車上装置に接続され公衆無線通信ネットワークとの無線通信のための第2の移動局を有する車上システムと、
列車の在線位置に関わる情報を収集し提供する在線管理装置および該在線管理装置に接続された第1の閉域ネットワークと、列車自動運転に関わる制御を行う自動運転用地上装置と、該自動運転用地上装置に接続された第2の閉域ネットワークと、前記第1の閉域ネットワークと前記第2の閉域ネットワークを接続する経路及び前記第2の閉域ネットワークと公衆無線ネットワークを介した前記自動運転用車上装置-地上装置間の接続の認証を行う認証装置を有する列車運行系システムと、
を備えた列車自動運転用通信システムであって、
前記在線管理装置は、前記第1の閉域ネットワークを介して前記自動運転用車上装置より当該列車の最新の在線位置情報を繰り返し取得し、
前記自動運転用車上装置は、自列車の最新の在線位置情報を用いて前記自動運転用地上装置との間の通信のための認証コードを生成して前記認証装置へ送信し、
前記認証装置は、前記在線管理装置より列車の在線位置情報を取得して自ら当該列車の認証コードを生成し、生成した認証コードと前記自動運転用車上装置より受信した認証コードとを照合して、合致した場合に当該認証コードを承認して前記自動運転用地上装置に対して通信を許可し、
前記自動運転用地上装置は、前記在線管理装置から取得した列車の最新の在線位置情報を利用して当該在線位置情報と同一の情報を最新の在線位置情報として保有している列車を通信相手として特定し、前記認証装置による認証があったことを条件に、前記第2の閉域ネットワークおよび前記公衆無線通信ネットワークを介して前記認証装置による承認を受けた認証コードを用いて前記自動運転用車上装置との間の通信を実施することを特徴とする列車自動運転用通信システム。 - 前記車上システムは速度検出手段を備え、
前記車上システムは、前記速度検出手段からの信号に基づいて在線位置を算出する装置を備え、算出した在線位置情報を、前記第1の閉域ネットワークを介して前記在線管理装置へ送信することを特徴とする請求項1に記載の列車自動運転用通信システム。 - 前記車上システムは、車両固有情報を提供する車両情報制御装置を備え、
前記自動運転用車上装置は、前記車両情報制御装置より取得した車両固有情報および自列車の在線位置情報を用いて前記自動運転用地上装置との間の通信のための認証コードを生成して前記認証装置へ送信し、
前記認証装置は、前記在線管理装置より列車の車両固有情報および在線位置情報を取得して自ら当該列車の認証コードを生成し、生成した認証コードと前記自動運転用車上装置より受信した認証コードとを照合して、合致した場合に当該認証コードを承認して前記自動運転用地上装置に対して通信を許可することを特徴とする請求項1または2に記載の列車自動運転用通信システム。 - 前記車上システムは、自動列車制御機能を有するATC車上装置を備え、
前記第1の閉域ネットワークには、走行中の列車へATC制御情報を送信するATC地上装置およびプロキシサーバが接続されていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の列車自動運転用通信システム。
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