(57)【要約】【課題】衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両の走行状態を特定できるようにすることを目的とする。【解決手段】鉄道車両の走行状態特定システム２０は、鉄道車両１０が軌道１８を走行している時に、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２における、軌道１８の変位に応じた信号を出力する軌道変位出力部２２と、軌道変位出力部２２の出力に基づいて、鉄道車両１０の走行状態を特定する走行状態特定部３０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号を出力する軌道変位出力部と、
前記軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する走行状態特定部と、
を備える鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両の走行状態特定システムであって、
前記軌道変位出力部は、前記軌道の変位に応じた、走行する前記鉄道車両の加速度を出力する加速度センサを含む、鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両の走行状態特定システムであって、
前記第１位置及び前記第２位置は、同じ鉄道車両に設定されている、鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の鉄道車両の走行状態特定システムであって、
前記軌道変位出力部は、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた信号を出力する第１軌道変位出力部と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた信号を出力する第２軌道変位出力部とを含み、
前記走行状態特定部は、前記第１軌道変位出力部の出力及び前記第２軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する、鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項５】
請求項４に記載の鉄道車両の走行状態特定システムであって、
前記走行状態特定部は、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とを比較して、それらの出力のずれ量を求める、鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の鉄道車両の走行状態特定システムであって、
前記走行状態特定部は、前記軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の速度を特定する、鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項７】
請求項６記載の鉄道車両の走行状態特定システムであって、
前記鉄道車両に設けられた車輪の回転速度に応じた信号を出力する車輪速検出部をさらに備え、
前記走行状態特定部は、前記軌道変位出力部の出力に基づいて特定された前記鉄道車両の速度と、前記車輪速検出部の出力に基づく前記鉄道車両の速度とに基づいて、前記軌道に対する前記車輪の滑りの有無を特定する、鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の鉄道車両の走行状態特定システムであって、
前記走行状態特定部は、前記軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の進行方向を特定する、鉄道車両の走行状態特定システム。
【請求項９】
鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が入力される軌道変位信号入力部と、
前記軌道変位信号入力部への入力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する走行状態特定部と、
を備える鉄道車両の走行状態特定装置。
【請求項１０】
請求項９記載の鉄道車両の走行状態特定装置であって、
前記走行状態特定部は、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた入力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた入力とを比較して、それらの入力のずれ量を求める、鉄道車両の走行状態特定装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０記載の鉄道車両の走行状態特定装置であって、
前記走行状態特定部は、前記軌道変位信号入力部への入力に基づいて、前記鉄道車両の速度を特定する、鉄道車両の走行状態特定装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の鉄道車両の走行状態特定装置であって、
前記鉄道車両に設けられた車輪の回転速度に応じた信号が入力される車輪速信号入力部をさらに備え、
前記走行状態特定部は、前記軌道変位信号入力部への入力に基づいて特定された前記鉄道車両の速度と、前記車輪速信号入力部への入力に基づく前記鉄道車両の速度とに基づいて、前記軌道に対する前記車輪の滑りの有無を特定する、鉄道車両の走行状態特定装置。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２のいずれか１つに記載の鉄道車両の走行状態特定装置であって、
前記走行状態特定部は、軌道変位信号入力部への入力に基づいて、前記鉄道車両の進行方向を特定する、鉄道車両の走行状態特定装置。
【請求項１４】
（ａ）鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が出力されるステップと、
（ｂ）前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定するステップと、
を備える鉄道車両の走行状態特定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の鉄道車両の走行状態特定方法であって、
前記ステップ（ａ）では、前記軌道の変位に応じた、走行する前記鉄道車両の加速度が出力される、鉄道車両の走行状態特定方法。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５に記載の鉄道車両の走行状態特定方法であって、
前記ステップ（ａ）では、同じ鉄道車両に設定された前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が出力される、鉄道車両の走行状態特定方法。
【請求項１７】
請求項１４から請求項１６のいずれか１つに記載の鉄道車両の走行状態特定方法であって、
前記ステップ（ａ）では、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた信号と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた信号とが出力され、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とに基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する、鉄道車両の走行状態特定方法。
【請求項１８】
請求項１４からから請求項１７のいずれか１つに記載の鉄道車両の走行状態特定方法であって、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とを比較して、それらの出力のずれ量を求める、鉄道車両の走行状態特定方法。
【請求項１９】
請求項１４から請求項1８のいずれか１つに記載の鉄道車両の走行状態特定方法であって、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて、前記鉄道車両の速度を特定する、鉄道車両の走行状態特定方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の鉄道車両の走行状態特定方法であって、
（ｃ）前記鉄道車両に設けられた車輪の回転速度に応じた信号が出力されるステップをさらに備え、
前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて特定された前記鉄道車両の速度と、車輪の回転速度に応じた出力に基づく前記鉄道車両の速度とに基づいて、前記軌道に対する前記車輪の滑りの有無を特定する、鉄道車両の走行状態特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軌道を走行する鉄道車両の走行状態を特定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、複数の衛星から受信アンテナを介して測位用電波を受信して列車の位置を検出する動作と並行して自立航法センサからの入力信号に基づいて列車の位置を自立航法により検出する技術を開示している。特許文献１では、測位用電波による列車の位置の検出結果が鉄道設計基準を満たしていない場合に、自立航法による位置の検出結果で測位用電波による列車の位置の検出結果を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−２８５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両の走行状態を特定できるようにすることが要請されている。
【０００５】
そこで、本発明は、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両の走行状態を特定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、鉄道車両の走行状態特定システムは、鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号を出力する軌道変位出力部と、前記軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する走行状態特定部と、を備える。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、鉄道車両の走行状態特定装置は、鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が入力される軌道変位信号入力部と、前記軌道変位信号入力部への入力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する走行状態特定部と、を備える。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、鉄道車両の走行状態特定方法は、（ａ）鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が出力されるステップと、（ｂ）前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定するステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
軌道の変位は、鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置において、同様な変位として時間差をもって観察され得る。このため、上記道車両の走行状態特定システム、道車両の走行状態特定装置、道車両の走行状態特定方法のいずれかによると、鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号に基づいて、鉄道車両の走行状態を特定することで、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両の走行状態を特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る鉄道車両の走行状態特定システムが組込まれた鉄道車両１０を示す概略図である。
【図２】鉄道車両の走行状態特定方法を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態に係る鉄道車両の走行状態特定システムが組込まれた鉄道車両を示す概略図である。
【図４】走行状態特定システムを示すブロック図である。
【図５】走行状態特定部における処理を示すフローチャートである。
【図６】鉄道車両が軌道を走行する状態を示す説明図である。
【図７】第１位置及び第２位置における軌道変位データの関係を示す図である。
【図８】軌道変位データを比較する処理を説明するための図である。
【図９】鉄道車両が軌道を後進する状態を示す説明図である。
【図１０】第１位置及び第２位置における軌道変位データの関係を示す図である。
【図１１】第１位置及び第２位置の設定に係る変形例を示す図である。
【図１２】軌道変位出力部の変形例を示す図である。
【図１３】変形例に係る鉄道車両の走行位置特定システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
｛第１実施形態｝
以下、第１実施形態に係る鉄道車両の走行状態特定システム、鉄道車両の走行状態特定装置及び鉄道車両の走行状態特定方法について説明する。図１は鉄道車両の走行状態特定システム２０が組込まれた鉄道車両１０を示す概略図であり、図２は鉄道車両の走行状態特定方法を示すフローチャートである。
【００１２】
本システムが組込まれる鉄道車両について説明する。鉄道車両１０は軌道１８を走行する。軌道１８は、鉄道車両を経路に沿って導く線状の路である。ここでは、軌道１８は、２つのレール１８ａ、１８ａを含む。２つのレール１８ａ、１８ａは、地上に枕木等を介して並行状態で敷設されている。軌道は、モノレールのように１本のレールが鉄道車両を案内するものであってもよい。軌道は、高架橋等によって地上よりも上の位置に設けられていてもよい。軌道は、地下に掘られたトンネル内に設けられていてもよい。
【００１３】
鉄道車両１０は、車体１２と、台車１４とを備える。台車１４は、台車枠１５と、複数の車輪１６とを備える。複数の車輪１６は、台車枠１５の左右部位に車軸を介して台車枠１５に回転可能に支持されている。車軸を支持する部分は軸箱と呼ばれることがある。ここで、左右とは鉄道車両１０から進行方向を見た場合の左右をいう。左右の車輪１６は、軌道１８の２つのレール１８ａ、１８ａによって案内されつつ当該軌道１８上を走行する。台車１４は、車体１２の下部に支持されている。台車１４が軌道１８上を走行することで、車体１２を含む鉄道車両１０が軌道１８に沿って走行する。鉄道車両１０は、軌道１８を走行する車両であればよく、貨物列車の機関車、貨車、旅客列車の機関車、客車のいずれであってもよい。貨車又は客車は、機関車によって牽引される付随車であってもよいし、自身が動力を有する動力車であってもよい。機関車は、電気機関車であってもよいし、ディーゼル機関車等の内燃機関車であってもよい。
【００１４】
鉄道車両の走行状態特定システム２０は、鉄道車両１０に搭載される。鉄道車両の走行状態特定システム２０は、軌道変位出力部２２と、走行状態特定部３０とを備える。
【００１５】
軌道変位出力部２２は、鉄道車両１０が軌道１８を走行している時に、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２における、軌道１８の変位に応じた信号を出力可能に構成されている。ここで、鉄道車両１０の前後方向とは、鉄道車両１０の走行方向に沿った方向（つまり、軌道１８の延在方向）であり、鉄道車両１０の前側とは鉄道車両１０の進行方向前方であり、鉄道車両１０の後側とは鉄道車両１０の進行方向後方である。通常は、鉄道車両１０において運転台１１がある側が前側である。鉄道車両１０が複数繋がっている場合において、前後に運転台が存在する場合には、複数の鉄道車両１０が繋がる方向において、いずれの端側も前側又は後側となりうる。しかしながら、軌道変位出力部２２は、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２における、軌道１８の変位に応じた信号を出力できればよいため、いずれが前側であるか、後側であるかは問題とならない。
【００１６】
軌道１８の変位とは、軌道１８の延在方向における当該軌道１８のいずれかの部位の位置の変化を意味する。この軌道１８の変位は、１つのレールの表面部位の位置変化又は２つのレールの表面部位の相対的な位置変化を含む。例えば、前者の例として、レールの歪み、変形、磨耗、レールの継目等の影響によって、軌道１８の表面部位の位置が、軌道１８の延在方向において変化する場合を挙げることができる。後者の例として、２つのレール間の距離が、軌道１８の延在方向において変化する場合を挙げることができる。軌道変位出力部２２は、このような軌道１８の表面部位の変化に応じた信号を出力する。
【００１７】
軌道変位出力部２２は、鉄道車両１０が軌道１８を走行する時において、軌道１８の変位に応じた状況を直接又は間接的に取得して当該状況に応じた信号を出力するものであればよい。
【００１８】
例えば、レールが変位していると、当該変位がレールを走行する車輪１６を介して鉄道車両１０に伝達される。このため、レールの変位に基づく鉄道車両１０の物理的挙動（例えば、振動）を検出した信号を、軌道１８の変位に応じた信号とすることができる。かかる軌道変位出力部２２としては、例えば、加速度センサを含む構成を採用することができる。
【００１９】
軌道変位出力部２２が、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２における、軌道１８の変位に応じた信号を出力するための構成として、２つの軌道変位出力部２２が鉄道車両１０の前後方向において離れた位置に設けられていてもよいし、１つの軌道変位出力部２２が鉄道車両１０に設けられていてもよい。
【００２０】
前者の場合、２つの軌道変位出力部２２は、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２の加速度を別々に検出して出力することができる。第１位置Ｐ１が１つの台車１４に存在し、当該第１位置Ｐ１における加速度波形等の変位波形をｆ、第２位置Ｐ２が他の台車１４に存在し、当該第２位置Ｐ２における加速度波形等の変位波形をｇとする。なお、変位波形ｆ、ｇは、横軸を時間、縦軸を軌道の変位に応じた変化で表した波形であり、軌道の変位に応じた変化は、加速度の変化、位置の変化等で表される。この場合、２つの軌道変位出力部２２は、第１位置Ｐ１における変位波形ｆ、第２位置Ｐ２における変位波形ｇを別々に検出することができる。
【００２１】
後者の場合、例えば、軌道変位出力部２２を鉄道車両１０に設けられた２つの台車１４の間の位置に設けてもよい。この場合、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２における変位（振動等）に応じた変位波形ｆ、ｇは鉄道車両１０自体を介して１つの軌道変位出力部２２に伝わる。軌道変位出力部２２は、台車枠１５に対して前後の車輪１６の間の位置に設けてもよい。鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１（例えば、前側車輪１６の位置）、第２位置Ｐ２（例えば、後側車輪１６の位置）における変位（振動等）に応じた変位波形ｆ、ｇは台車枠１５を介して１つの軌道変位出力部２２に伝わる。いずれの場合であっても、１つの軌道変位出力部２２は、第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２における変位（振動等）に応じた変位波形ｆ、ｇが合成された変位（振動）に応じた加速度波形を検出することができる。
【００２２】
別例として、軌道変位出力部２２は、鉄道車両１０から軌道１８の状況を直接取得し、これに基づいて軌道１８の変位に応じた信号を出力してもよい。例えば、鉄道車両から撮像装置によってレールを撮像し、その撮像画像からレールの表面部位の位置を認識し、認識された表面部位の位置の変動に基づいて軌道の変位に応じた信号を出力してもよい。この例については、後に変形例として説明する。その他、軌道変位出力部２２は、鉄道車両１０の角速度を検出するジャイロセンサであってもよい。また、軌道変位出力部２２は、光学式位置センサ、超音波位置センサ、渦電流式変位センサ等を鉄道車両に設け、そのセンサ等によって、軌道の変位を検出し、その検出結果を軌道の変位に応じた信号として出力してもよい。
【００２３】
走行状態特定部３０は、軌道変位出力部２２の出力に基づいて、鉄道車両１０の走行状態を特定する可能に構成されている。
【００２４】
この走行状態特定部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（read only memory）およびＲＡＭ（Random access memory）等を備えるコンピュータによって構成されている。走行状態特定部３０は、軌道変位出力部２２からの信号が入力されるインターフェースである軌道変位信号入力部と共に、走行状態特定装置を構成する。コンピュータは、書換え可能なフラッシュメモリ又は磁気記憶装置等によって構成される記憶部を含んでいる。この記憶部に、コンピュータを走行状態特定部３０として処理させるための走行位置特定プログラムが格納されている。ＣＰＵが、走行位置特定プログラムに記述された処理手順に従って演算処理を行うことで、コンピュータが走行状態特定部３０としての処理を実行する。
【００２５】
図２に示すように、この走行状態特定システム２０においては、ステップＳ１に示すように、軌道変位出力部２２から第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の軌道変位に基づく信号が出力される。
【００２６】
次ステップＳ２において、軌道変位出力部２２からの出力に基づいて走行状態が特定される。例えば、鉄道車両１０の前後方向に２つの軌道変位出力部２２が設けられている場合、第１位置Ｐ１における変位波形ｆ、第２位置Ｐ２における変位波形ｇが別々の信号として走行状態特定部３０に入力される。この場合、走行状態特定部３０は、変位波形ｆ、ｇに基づいて、走行状態を特定することができる。
【００２７】
例えば、軌道１８の延在方向において、特徴的な変位箇所が存在する場合を想定する。第１位置Ｐ１が設定された前側の台車１４が軌道１８のうち当該変位箇所を走行する時刻ｓ１において、台車１４は大きく揺れるため、変位波形ｆの振幅は大きくなる。この時刻ｓ１において、第２位置Ｐ２が設定された後側の台車１４は、軌道１８のうち変位箇所よりも後方であるため、変位波形ｇの振幅はそれ程大きくならない。鉄道車両１０が走行を継続し、第２位置Ｐ２が設定された前側の台車１４が軌道１８のうち変位箇所を走行する時刻ｓ２において、台車１４は大きく揺れるため、変位波形ｇの振幅は大きくなる。この時刻ｓ２において、第１位置Ｐ１が設定された前側の台車１４は、軌道１８のうち変位箇所を通過しているため、変位波形ｆの振幅はそれ程大きくならない。つまり、変位波形ｆ、ｇは、時間的に差がある類似波形となるため、変位波形ｆ、ｇのずれの方向或はずれの大きさの少なくとも一方を特定することで、鉄道車両１０の走行状態を特定することができる。変位波形ｆ、ｇのずれの方向或はずれの大きさは、例えば、走行状態特定部３０が、変位波形ｆ、ｇに対して相互相関演算を行うことによって求めることができる。変位波形ｆ、ｇのずれの方向或はずれの大きさを求める処理は、相互相関演算に限定されず、その他、ＤＰ（Dynamic Programming）マッチングのように、変位波形ｆ、ｇの特徴的な変化箇所の対応付けを特定する処理であってもよい。変位波形ｆ、ｇのずれの方向及びずれの大きさは、例えば、鉄道車両１０における第１位置Ｐ１及び第２位置が軌道１８のいずれかの箇所を通過する時間差ｄで表すことができる。時間差ｄは、正又は負の符号によって、変位波形ｆ、ｇのずれの方向を表現することができ、時間差ｄの絶対値によってずれの大きさを表現することができる。
【００２８】
なお、鉄道車両１０に１つの軌道変位出力部２２が設けられている場合を想定すると、この場合の合成変位波形は変位波形ｆと変位波形ｇとが合成されているため、当該合成変位波形は、第１位置Ｐ１による特徴的な波形部分と第２位置Ｐ２による特徴的な波形部分とを含んでいる。このため、走行状態特定部３０は、合成変位波形を自己相関演算すること、或は、特徴的な波形部分の差を演算すること等によって、第１位置Ｐ１及び第２位置が軌道１８における特徴的な変位箇所を通過した時間差、すなわち、ずれの大きさを特定することができる。
【００２９】
上記説明では、鉄道車両１０における第１位置Ｐ１及び第２位置が軌道１８のいずれかの箇所を通過する前後又は時間差を特定することができることについて説明した。これらから鉄道車両１０の走行状態は次のように特定することができる。
【００３０】
走行状態の一例は、鉄道車両１０の速度である。上記のように、鉄道車両１０における第１位置Ｐ１及び第２位置が軌道１８のいずれかの箇所を通過する時間差ｄを特定することができる。
【００３１】
また、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の距離Ｄは、既知の値であると考えることができる。２つの軌道変位出力部２２が鉄道車両１０の前後方向において離れた箇所に設けられている場合は、当該２つの軌道変位出力部２２間の距離Ｄであると考えることができる。１つの軌道変位出力部２２が鉄道車両１０に設けられる場合、軌道１８の変位に基づく振動は、台車１４において発生することから、台車１４（例えば、台車の前後方向中央）間の距離であると考えることができる。また、１つの軌道変位出力部２２が台車枠１５に設けられている場合、軌道１８の変位に基づく振動は、当該台車枠１５の前後の車輪１６において発生することから、台車枠１５の前後の車輪１６間の距離であると考えることができる。第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の距離をＤとすると、鉄道車両１０の速度Ｖは、Ｄ／ｄで算出することができる。
【００３２】
走行状態の他の一例は、鉄道車両１０の進行方向である。上記のように、鉄道車両１０における第１位置Ｐ１及び第２位置が軌道１８のいずれかの箇所を通過する前後を特定することができる。例えば、２つの軌道変位出力部２２が鉄道車両１０に設けられている場合において、変位波形ｆに対して変位波形ｇが遅れている場合には、第１位置Ｐ１が第２位置Ｐ２よりも先に軌道１８の所定箇所を通過したことがわかるため、鉄道車両１０は、第２位置Ｐ２に対して第１位置Ｐ１が先に通過する方向、つまり、前進していることが特定される。これに対して、変位波形ｆに対して変位波形ｇが進んでいる場合には、第１位置Ｐ１が第２位置Ｐ２よりも後に軌道１８の所定箇所を通過したことがわかるため、鉄道車両１０は、第２位置Ｐ２に対して第１位置Ｐ１が後に通過する方向、つまり、後進していることが特定される。
【００３３】
走行状態の他の一例は、軌道１８に対する車輪１６の滑りの有無である。軌道１８に対する車輪１６の滑りは、鉄道車両１０の加速時において車輪１６が軌道１８に対して滑って空転してしまう状態、及び、鉄道車両１０Ａの減速時において、車輪１６が軌道１８に対して滑走してしまう状態を含む。
【００３４】
上記のように、鉄道車両１０の速度Ｖは、Ｄ／ｄで算出することができる。鉄道車両１０には、通常、車輪１６の回転速を検出する車輪速検出部として車輪速センサが設けられており、この車輪速センサの出力に基づいて鉄道車両１０の速度Ｖ１が算出される。車輪速センサとしては、例えば、車軸等に車輪１６と同期して回転する歯車状のロータ等を設け、そのロータの回転を電磁的に又は光学的に検出する構成等を採用してもよい。この速度Ｖ１は、車輪１６の回転速に応じた値であるため、軌道１８に対して車輪１６が滑ると、鉄道車両１０の実際の速度とは乖離する。一方、上記速度Ｖは、鉄道車両１０における第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の距離Ｄ、及び、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２が軌道１８の所定箇所を通過した時間差ｄによって算出されるため、車輪１６の滑りとは関係なく、算出される。そこで、速度Ｖを速度Ｖ１と比較することで、車輪１６の滑りの有無を特定することができる。
【００３５】
走行状態特定部３０は、ステップＳ３に示すように、これらの走行状態の少なくとも１つを、特定結果として出力することができる。出力された結果は、表示装置等に視認可能に表示されたり、鉄道車両１０の走行状態（速度、位置等）を把握するデータとして供されたり、走行状態データとしてサーバ装置に蓄積されたりする。
【００３６】
本実施形態によると、軌道１８の変位は、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２において、同様な変位として時間差ｄをもって観察され得る。このため、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２における、軌道１８の変位に応じた信号に基づいて、鉄道車両１０の走行状態を特定することができる。
【００３７】
この点、鉄道車両１０の速度等の走行状態を取得する構成としては、車輪速センサに基づくもの、ＧＰＳを利用した測位技術に基づくもの等が想定される。しかしながら、車輪速センサに基づく場合、車輪が滑ると、誤差が生じ易い。また、ＧＰＳを利用した測位技術に基づくものでは、トンネル内、ビルが立並ぶ箇所、崖の影となる箇所、地下等、衛星からの電波を受信し難い環境下においては、車両状態を特定困難である。本実施形態では、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２における、軌道１８の変位に応じた信号に基づいて、鉄道車両１０の走行状態を特定するため、車輪１６の滑りと関係無く、走行状態を特定できる。また、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両１０の走行状態を特定できる。鉄道車両１０の速度は、車輪速センサに基づく速度及びＧＰＳを利用した測位技術に基づく速度を、上記速度Ｖで補完して決定されてもよい。
【００３８】
｛第２実施形態｝
第２実施形態に係る鉄道車両の走行状態特定システム、鉄道車両の走行状態特定装置及び鉄道車両の走行状態特定方法について説明する。図３は鉄道車両の走行状態特定システム１２０が組込まれた鉄道車両１０を示す概略図であり、図４は同走行状態特定システム１２０を示すブロック図である。
【００３９】
本システム１２０が組込まれる鉄道車両１０は、上記第１実施形態で説明したものと同様構成であるので、その説明を省略する。
【００４０】
鉄道車両の走行状態特定システム１２０は、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂと、走行状態特定部１３０とを備える。
【００４１】
軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂは、上記軌道変位出力部２２と同様に、鉄道車両１０が軌道１８を走行している時に当該軌道１８の変位に応じた信号を出力可能に構成されている。
【００４２】
本実施形態においては、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂは、軌道１８の変位に応じた、当該軌道１８を走行する鉄道車両１０の加速度を出力可能に構成されている。また、ここでは、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂは、軌道１８の上下変位に応じた信号を出力可能に構成されている。ここでは、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂは、第１位置Ｐ１に設けられた第１軌道変位出力部１２２Ａと、第２位置Ｐ２に設けられた第２軌道変位出力部１２２Ｂとを含む。第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、同じ鉄道車両１０に設定されている。このため、第１軌道変位出力部１２２Ａ、第２軌道変位出力部１２２Ｂは、同じ鉄道車両１０に設けられている。第１軌道変位出力部１２２Ａは、第１位置Ｐ１における軌道１８の変位に応じた信号を出力する。第２軌道変位出力部１２２Ｂは、第２位置Ｐ２における軌道１８の変位に応じた信号を出力する。かかる軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂとしては、軌道１８の上下変位に応じて上下変位する車輪１６の変位に応じた加速度を出力するセンサを用いることができる。上下の加速度を検出するように設置された加速度センサであれば、軌道１８の上側表面の波打ち等に起因する加速度を出力することができる。加速度センサは、鉄道車両１０の左右方向の振動に応じた加速度を検出するように設置されていてもよい。この場合、加速度センサは、主としてレール１８ａ、１８ａの幅変動に起因する振動に応じた加速度を検出することができる。加速度センサとしては、静電容量検出型センサ、ピエゾ抵抗型センサ等各種構成のものを用いることができる。
【００４３】
ここで、レール１８ａ、１８ａの変位は、車輪１６から車体１２に伝わるにつれて減衰するため、加速度センサは、鉄道車両１０のうちなるべく車輪１６に近い部位の加速度を検出してもよい。軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂは、台車枠１５に設けられてもよいし、軸箱に設けられてもよい。軸箱は、台車枠１５において、車輪１６の車軸を回転可能に支持する部分である。軸箱は、車輪１６に近いので、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂを軸箱に設ければ、レールの変位をより直接的に反映した信号を出力できる。
【００４４】
本実施形態では、第１軌道変位出力部１２２Ａと第２軌道変位出力部１２２Ｂとが、別々の台車枠１５に設けられている。鉄道車両１０の一番前側の台車枠１５に第１軌道変位出力部１２２Ａが設けられ、一番後側の台車枠１５に第２軌道変位出力部１２２Ｂが設けられている。
【００４５】
本実施形態では、鉄道車両１０には車輪速検出部として上記第１実施形態と同様に車輪速センサ１２６が設けられている。車輪速センサ１２６は、車輪１６の回転速度を検出するものであり、本車輪速センサ１２６からの出力に基づいて鉄道車両１０の速度を算出することができる。車輪速センサ１２６を利用する場合、本システムを運転台がある車両に適用すれば、既存の車輪速センサ１２６を流用し易い。
【００４６】
走行状態特定部１３０は、第１軌道変位出力部１２２Ａの出力及び第２軌道変位出力部１２２Ｂの出力に基づいて、鉄道車両１０の走行状態を特定する。
【００４７】
この走行状態特定部１３０は、上記走行状態特定部１３０と同様に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成される演算部１３１、ＲＯＭ（read only memory）およびＲＡＭ（Random access memory）等を備えるコンピュータ１３０Ａによって構成されている。走行状態特定部１３０は、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂからの信号が入力されるインターフェースである軌道変位信号入力部１３８と共に走行状態特定装置を構成する。コンピュータ１３０Ａは、書換え可能なフラッシュメモリ又は磁気記憶装置等によって構成される記憶部１４０を備えており、この記憶部１４０に、コンピュータ１３０Ａを走行状態特定部１３０として処理させるためのプログラム１４４が格納されている。演算部１３１が、走行位置特定プログラムに記述された処理手順に従って演算処理を行うことで、コンピュータ１３０Ａが走行状態特定部１３０としての処理を実行する。ここでは、コンピュータ１３０Ａは、プログラムに記述された処理手順に従って演算処理を行うことで、下記のセンサデータ取得部１３２、センサデータ比較部１３３、車両速度算出部１３４，進行方向特定部１３５，空転滑走判定部１３６としての諸処理も実行する。上記各処理の少なくとも一部が、ハードウエア回路によって実現されてもよい。上記各処理が複数のコンピュータ又はハードウエア回路等によって分散して実行されてもよい。
【００４８】
上記軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂからの出力は軌道変位信号入力部１３８を介して本コンピュータ１３０Ａに入力される。また、車輪速センサ１２６の出力は、車輪速信号入力部１３９を介してコンピュータ１３０Ａに入力される。
【００４９】
記憶部１４０には、上記プログラム１４４の他、第１軌道変位データ１４１、第２軌道変位データ１４２，速度データ１４３も記憶される。第１軌道変位データ１４１は、第１位置Ｐ１における加速度の経時的な変化を示すデータであり、第１軌道変位出力部１２２Ａの出力に基づいて生成、更新される。第２軌道変位データ１４２は、第２位置Ｐ２における加速度の経時的な変化を示すデータであり、第２軌道変位出力部１２２Ｂの出力に基づいて生成、更新される。速度データ１４３は、鉄道車両１０の速度の経時的な変化を示すデータであり、車輪速センサ１２６の出力に基づいて生成、更新される。
【００５０】
センサデータ取得部１３２は、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂ、車輪速センサ１２６からの出力に基づいて上記第１軌道変位データ１４１、第２軌道変位データ１４２，速度データ１４３を取得して、記憶部１４０に記憶させる。
【００５１】
即ち、第１軌道変位出力部１２２Ａから出力された加速度は、センサデータ取得部１３２において、一定のサンプリング周期でサンプリングされ、変化する加速度を一定のサンプリング周期で並べた第１軌道変位データ１４１として記憶部１４０に記憶される。同様に、第２軌道変位出力部１２２Ｂから出力された加速度は、センサデータ取得部１３２において、一定のサンプリング周期でサンプリングされ、変化する加速度を一定のサンプリング周期で並べた第２軌道変位データ１４２として記憶部１４０に記憶される。軌道変位データ１４１、１４２は、上記加速度に基づいて演算された上下変位の経時的なデータであってもよい。また、車輪速センサ１２６から出力された車輪速は、センサデータ取得部１３２において、鉄道車両１０の速度として演算処理された後、一定のサンプリング周期でサンプリングされ、変化する速度を一定のサンプリング周期で並べた速度データ１４３として記憶部１４０に記憶される。
【００５２】
センサデータ比較部１３３は、第１位置Ｐ１における軌道１８の変位に応じた出力と、第２位置Ｐ２における軌道１８の変位に応じた出力とを比較して、それらの出力のずれ量ｄを求める。ここでは、第１位置Ｐ１における軌道１８の変位に応じた出力は、上記第１軌道変位データ１４１として生成され、第１位置Ｐ１における軌道１８の変位に応じた出力は、上記第２軌道変位データ１４２として生成されているため、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２とを比較して、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２とのずれ量ｄを求める。ずれ量ｄは、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２とに対して相互相関演算を行うことによって求めることができる。ずれの量ｄを求める処理は、その他、ＤＰ（Dynamic Programming）マッチングのように、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２との特徴的な変化箇所の対応付けを特定する処理であってもよい。
【００５３】
車両速度算出部１３４は、軌道変位出力部１２２Ａ，１２２Ｂの出力に基づいて、鉄道車両１０の速度Ｖを特定する。ここでは、車両速度算出部１３４は、センサデータ比較部１３３で求められたずれ量ｄ及び第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との距離Ｄとに基づいて、鉄道車両１０の速度Ｖを特定する。即ち、ずれ量は、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２との時間差を示していることから、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との距離Ｄを当該ずれ量（時間差）で除することによって、鉄道車両１０の速度を算出することができる。なお、第１実施形態で説明したように、距離Ｄは、既知の値である。
【００５４】
進行方向特定部１３５は、軌道変位出力部１２２Ａ，１２２Ｂの出力に基づいて、鉄道車両１０の進行方向を特定する。ここでは、進行方向特定部１３５は、センサデータ比較部１３３で求められたずれ量ｄに基づいて、第１軌道変位データ１４１に対して第２軌道変位データ１４２のずれが先であるか後であるかを特定する。
【００５５】
空転滑走判定部１３６は、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂの出力に基づいて特定された鉄道車両１０の速度Ｖと、車輪速センサ１２６の出力に基づく速度Ｖ１とに基づいて、車輪１６の空転又は滑走の有無を特定する。即ち、鉄道車両１０の加速時において車輪１６が滑って空転している場合，及び、減速時において車輪１６が滑って滑走している場合には、上記速度Ｖ、Ｖ１との間に差異が生じるため、当該差異に基づいて車輪１６の空転又は滑走の有無を特定する。
【００５６】
そして、走行状態特定部１３０は、車両速度、進行方向、空転滑走の有無を出力することができる。出力された結果は、表示装置等に視認可能に表示されたり、走行状態データとしてサーバ装置に蓄積されたりする。
【００５７】
図５は走行状態特定部１３０における処理を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、ステップＳ１１において、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂから軌道変位に応じた信号が出力され、走行状態特定部１３０は、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂの出力（軌道変位を示す信号）に基づいて、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２とを取得し、これを記憶部１４０に記憶する。これと並行して、車輪速センサ１２６から車輪速に応じた信号が出力され、走行状態特定部１３０は、この出力に基づいて、速度データ１４３を取得して記憶部１４０に記憶する。
【００５９】
ここで、図６に示すように、鉄道車両１０が軌道１８を走行している場合を想定する。軌道１８の一部には特徴的な変位箇所ＳＰが存在しているとする。時刻ｓ１において、鉄道車両１０の前側の台車１４が当該変位箇所ＳＰ上を走行し、時刻ｓ２において後側の台車１４が当該変位箇所ＳＰ上を走行するとする。
【００６０】
この場合、前側の台車１４に設定された第１位置Ｐ１における第１軌道変位データ１４１は、図７の上側に示すように、時刻ｓ１において、特徴的な変化が生じる。また、後側の台車１４に設定された第２位置Ｐ２における第２軌道変位データ１４２は、図７の下側に示すように、時刻ｓ２において、特徴的な変化が生じる。第１軌道変位データ１４１における特徴的な変化部分と、第２軌道変位データ１４２における特徴的な変化部分とは、軌道１８の特徴的な変位によってもたらされているため、類似した変化態様となる。第１軌道変位データ１４１における特徴的な変化部分が表れる時刻ｓ１と、第２軌道変位データ１４２における特徴的な変化部分が表れる時刻ｓ２との時間差ｄが、鉄道車両１０のうち第１位置Ｐ１が通過してから第２位置Ｐ２が通過するのに要した時間である。
【００６１】
次ステップＳ１２において、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２とを比較してずれ量ｄを算出する。ずれ量ｄの算出は、上記したように相互相関演算、ＤＰマッチング等によって行うことができる。相互相関演算によってずれ量を算出する例について説明する。すなわち、図８に示すように、第１軌道変位データ１４１として表されるデータをｆ（ｔ）とし、第２軌道変位データ１４２として表されるデータをｇ（ｔ）とする。ｔは、いずれかの統一された時刻を基準とする経過時間である。各データがサンプリングタイミングに応じた時間順で離散化されたデータ列で表されているとすると、データｆ（ｔ）とｆ（ｔ）との相関度合を示す評価値Ｒ（ｄ）は、次式（数（１））によって延在することができる。なお、Ｔは比較を行う時間（データ数）、ｄはずれ量を示す。
【００６２】
【数１】
2020108272.tif 000003
【００６３】
そして、ずれ量ｄを所定の範囲内で順次増加又は減少させて、相互相関演算を行う（図８参照）。評価値Ｒ（ｄ）が最も類似度合が高い値となった場合のずれ量ｄを、第１軌道変位データ１４１、第２軌道変位データ１４２のずれ量ｄ（時間差ｄ）とすることができる。
【００６４】
次ステップＳ１４では、鉄道車両１０の速度Ｖの算出を行う。すなわち、上記のように、第１位置Ｐ１に対応する第１軌道変位データ１４１と、第２位置Ｐ２に対応する第２軌道変位データ１４２のずれ量ｄ（時間差ｄ）が算出されている。また、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２間の距離Ｄは、２つの台車１４の間の距離、又は、前後の車輪１６の間の距離として既知の値である。そこで、Ｄ／ｄを演算することによって、鉄道車両１０の速度Ｖを算出することができる。
【００６５】
次ステップＳ１４では鉄道車両１０の進行方向を特定する。例えば、図９に示すように、鉄道車両１０が更新している場合を想定する。この場合、時刻ｓ１において、鉄道車両１０の後側の台車１４が軌道１８の変位箇所ＳＰ上を走行し、時刻ｓ１より後の時刻ｓ２において前側の台車１４が軌道１８の変位箇所ＳＰ上を走行するとする。
【００６６】
この場合、前側の台車１４に設定された第１位置Ｐ１における第１軌道変位データ１４１は、図１０の上側に示すように、時刻ｓ２において、特徴的な変化が生じる。また、後側の台車１４に設定された第２位置Ｐ２における第２軌道変位データ１４２は、図１０の下側に示すように、時刻ｓ２よりも前の時刻ｓ１において、特徴的な変化が生じる。鉄道車両１０が前進している場合と同様に、第１軌道変位データ１４１における特徴的な変化部分と、第２軌道変位データ１４２における特徴的な変化部分とは、軌道１８の特徴的な変位によってもたらされているため、類似した変化態様となる。第１軌道変位データ１４１における特徴的な変化部分が表れる時刻ｓ２と、第２軌道変位データ１４２における特徴的な変化部分が表れる時刻ｓ１との時間差ｄ（上記のように、ステップＳ１２において求められる）が、負の値となれば、鉄道車両１０が後進していると判定することができ、正の値となれば鉄道車両１０が前進していると判定することができる。換言すれば、第１軌道変位データ１４１と第２軌道変位データ１４２とを比較し、対応する変化部分が先に表れている方に対応する第１位置Ｐ１又は第２位置Ｐ２が先行する状態で、鉄道車両１０が進行していると判定することができる。
【００６７】
次ステップＳ１５では、鉄道車両１０の空転滑走の有無を判定する。すなわち、走行状態特定部１３０は、ステップＳ１３で算出された上記鉄道車両１０の速度Ｖと、車輪１６の回転速度に基づく鉄道車両１０の速度Ｖ１とに基づいて、車輪１６の空転の有無を判定する。
【００６８】
例えば、鉄道車両１０の加速時において車輪１６が滑って空転している場合、車輪１６の回転速度に基づく鉄道車両１０の速度Ｖ１は、鉄道車両の実際の速度よりも大きくなることがある。また、鉄道車両１０の減速時において車輪１６が滑って滑走している場合、車輪１６の回転速度に基づく鉄道車両１０の速度Ｖ１は、鉄道車両の実際の速度よりも小さくなることがある。そこで、走行状態特定部１３０は、速度Ｖを速度Ｖ１と比較し、その差に基づいて空間滑走の有無を特定する。例えば、当該差が所定の基準値よりも大きい場合に、鉄道車両１０の空転滑走があると判定することができる。
【００６９】
次ステップＳ１６では、走行状態特定部１３０は、算出された結果（速度Ｖ）、判定結果（進行方向、空走滑走の有無）等を出力する。出力された結果は、表示装置等に視認可能に表示されたり、鉄道車両１０の走行状態（速度、位置等）を把握するデータとして供されたり、走行状態データとしてサーバ装置に蓄積されたりする。
【００７０】
本実施形態によると、上記第１実施形態と同様に、鉄道車両１０の前後方向において離れた第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２における、軌道１８の変位に応じた信号に基づいて、鉄道車両１０の走行状態を特定することで、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両１０の走行状態を特定できる。また、車輪１６に空転滑走が生じた場合でも、鉄道車両１０の走行状態をより正確に特定できる。
【００７１】
また、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂとして加速度センサを用いることで、軌道１８の変位に応じた信号を簡易に得ることができる。
【００７２】
また、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、同じ鉄道車両１０に設定されている。つまり、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂは同じ鉄道車両１０に設置されている。鉄道車両１０の振動は、鉄道車両１０の重さ、長さ等によって左右されると考えられるところ、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２が同じ鉄道車両１０に設定されていれば、それらの設定条件が類似することになる。このため、軌道１８の変位に起因する第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２の振動状態は類似する。これにより、第１軌道変位データ１４１、第２軌道変位データ１４２の類似性を高めることができ、第１軌道変位データ１４１、第２軌道変位データ１４２に基づく鉄道車両１０の走行状態判定の確実性を高めることができる。
【００７３】
また、第１軌道変位出力部１２２Ａは第１位置Ｐ１における軌道１８の変位に応じた信号を出力し、第２軌道変位出力部１２２Ｂは第２位置Ｐ２における軌道１８の変位に応じた信号を出力する。このため、第１軌道変位出力部１２２Ａの出力と第２軌道変位出力部１２２Ｂの出力とは、時間差のある同様な波形として観察される。これにより、両出力を比較等することで、車両の走行状態をなるべく正確に特定することができる。
【００７４】
また、走行状態特定部１３０は、第１位置Ｐ１における軌道１８の変位に応じた出力に基づく第１軌道変位データ１４１と、第２位置Ｐ２における軌道１８の変位に応じた出力とに基づく第２軌道変位データ１４２とを比較して、それらのずれ量を求めることで、鉄道車両１０の速度Ｖ、進行方向等の走行状態を特定することができる。
【００７５】
また、走行状態特定部１３０が、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂの出力に基づく軌道変位データ１４１、１４２に基づいて、鉄道車両１０の速度Ｖを特定することで、車輪１６の滑りの影響を抑制して鉄道車両１０の速度Ｖを特定することができる。
【００７６】
また、走行状態特定部１３０は、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂの出力に基づいて特定された鉄道車両１０の速度Ｖと、車輪速センサ１２６の出力に基づく鉄道車両１０の速度Ｖ１とに基づくことで、車輪１６の空転滑走の有無を特定することができる。
【００７７】
また、走行状態特定部１３０は、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂの出力に基づくことで、それらの対応変位箇所の前後を特定して、鉄道車両１０の前後方向を特定することができる。
【００７８】
｛変形例｝
各実施形態では、走行状態として、鉄道車両１０の速度、進行方向、空転滑走の有無を特定する例を説明した。別例として、走行状態として、鉄道車両１０の速度、進行方向、空転滑走の有無のいずれか１つ又は２つを特定するようにしてもよい。
【００７９】
鉄道車両１０の空転滑走の有無を特定しない場合、車輪速センサ１２６からの信号入力及び当該入力信号を処理する処理は省略されてもよい。
【００８０】
また、上記各実施形態では、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２が同じ鉄道車両１０に設定された例で説明したが、図１１に示すように、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、異なる車両に設定されてもよい。図１１では、複数の鉄道車両１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが連結されている。異なる鉄道車両１０Ａ、１０Ｂに第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２が設定されている。より具体的には、先頭の鉄道車両１０Ａに第１位置Ｐ１が設定されて第１軌道変位出力部１２２Ａが設置されている。後尾の鉄道車両１０Ｃに第２位置Ｐ２が設定されて第２軌道変位出力部１２２Ｂが設置されている。軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂは、台車１４に設置されているが、鉄道車両１０Ａ、１０Ｃの車体１２に設置されてもよい。第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、先頭及び後尾の鉄道車両１０Ａ、１０Ｃに設定される必要は無く、中間の鉄道車両１０Ｂに設定されてもよい。
【００８１】
上記各実施形態では、主として軌道変位出力部２２、１２２Ａ、１２２Ｂが加速度センサである例で説明した。図１２に示す変形例のように、軌道変位出力部２２２は、レール１８ａを撮像部２２４で撮像して軌道１８の変位に応じた出力を行うものであってもよい。
【００８２】
図１２に示す軌道変位出力部２２２は、撮像部２２４と、画像処理部２２５、レール幅演算部２２６とを備える。撮像部２２４は、鉄道車両１０に対して、２つのレール１８ａ、１８ａのそれぞれを撮像可能に設けられる。ここでは、２つの撮像部２２４が鉄道車両１０に固定されている。１つの撮像部で２つのレール１８ａ、１８ａを撮像してもよい。各撮像部２２４は、レール１８ａ、１８ａの上方位置においてレール１８ａ、１８ａを撮像可能な下向き姿勢で固定されている。各撮像部２２４で撮像された画像信号が画像処理部２２５に与えられる。画像処理部２２５は、フィルタリング処理、二値化処理、エッジ抽出等を実行し、撮像画像におけるレール１８ａ、１８ａの境界（特に、内側縁又は外側縁）を抽出する処理を実行する。画像処理部２２５による処理データがレール幅演算部２２６に与えられ、当該処理データに基づいて２つのレール幅が演算される。鉄道車両１０の走行中において、逐次演算されるレール幅が軌道１８の変位に応じた信号として出力される。
【００８３】
上記軌道変位出力部２２が鉄道車両１０の前号方向において異なる第１位置及び第２位置に設置されることで、鉄道車両１０が軌道１８を走行している時に、第１位置及び第２位置における軌道１８の変位に応じた信号として、レール幅に応じた信号が出力される。
【００８４】
本変形例は、鉄道車両１０が低速で走行している場合等、軌道の変位に応じた鉄道車両１０の振動が少なくなる場合等に用いてもよい。
【００８５】
また、上記各実施形態では、鉄道車両１０の走行状態特定装置が鉄道車両１０に搭載されている例で説明した。しかしながら、図１３に示すように、走行状態特定装置は、鉄道車両１０とは異なる場所、例えば、管理基地に設けられてもよい。
【００８６】
この場合、鉄道車両１０には、通信網３８０を介して通信可能な通信装置３５０が設けられる。
【００８７】
管理基地には、コンピュータ１３０Ａを含む走行状態特定装置１３０Ｂが構築される。
走行状態特定装置１３０Ｂは、走行状態特定部１３０を含んでおり、走行状態特定部１３０には、通信網３８０を介して通信可能な通信装置４５０が接続されている。通信装置４５０は、軌道変位信号入力部の一例である。
【００８８】
上記軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂと、管理基地の走行状態特定部１３０とは、通信装置３５０、４５０、通信網３８０を介して通信可能に接続されている。通信網３８０は、有線式であっても無線式であってもよいしそれらの複合方式であってもよい。また、通信網３８０は、公衆通信網であっても専用回線による通信網であってもよい。
【００８９】
この例によると、軌道変位出力部１２２Ａ、１２２Ｂからの出力は、通信装置３５０、４５０、通信網３８０を介して、管理基地の走行状態特定装置１３０Ｂに送信される。そして、管理基地の走行状態特定装置１３０Ｂにおいて、鉄道車両１０の走行状態が特定されて、当該鉄道車両１０の管理等に供される。
【００９０】
図１３では、車輪速センサ１２６からの出力に基づく空転滑走の有無の判定に係る構成を省略しているが、この構成が組込まれてもよい。
【００９１】
なお、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。
【００９２】
以上のように、本明細書は、下記の各態様に係る発明を含んでいる。
【００９３】
第１の態様は、鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号を出力する軌道変位出力部と、前記軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する走行状態特定部と、を備える鉄道車両の走行状態特定システムである。
【００９４】
軌道の変位は、鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置において、同様な変位として時間差をもって観察され得る。このため、第１の態様によると、鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号に基づいて、鉄道車両の走行状態を特定することで、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両の走行状態を特定できる。
【００９５】
第２の態様は、第１の態様であって、前記軌道変位出力部は、前記軌道の変位に応じた、走行する前記鉄道車両の加速度を出力する加速度センサを含む、鉄道車両の走行状態特定システムである。
【００９６】
これにより、軌道の変位に応じた信号を簡易に得ることができる。
【００９７】
第３の態様は、第１又は第２の態様であって、前記第１位置及び前記第２位置は、同じ鉄道車両に設定されている、鉄道車両の走行状態特定システムである。
【００９８】
これにより、第１位置及び第２位置は、同じ鉄道車両に設定されているため、第１位置及び第２位置の設定条件が類似する。このため、第１位置及び第２位置における軌道の変位に応じた信号の類似性を高めることができる。
【００９９】
第４の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様であって、前記軌道変位出力部は、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた信号を出力する第１軌道変位出力部と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた信号を出力する第２軌道変位出力部とを含み、前記走行状態特定部は、前記第１軌道変位出力部の出力及び前記第２軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する、鉄道車両の走行状態特定システムである。
【０１００】
これにより、第１軌道変位出力部からの出力と、前記第２軌道変位出力部の出力とは、時間差のある同様な波形として観察される。このため、両出力を比較等することで、車両の走行状態を判定できる。
【０１０１】
第５の態様は、第４の態様であって、前記走行状態特定部は、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とを比較して、それらの出力のずれ量を求める、鉄道車両の走行状態特定システムである。
【０１０２】
これにより、第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とのずれ量を求めれば、鉄道車両の速度、進行方向等の走行状態を特定することが可能となる。
【０１０３】
第６の態様は、第１から第５のいずれか１つの態様であって、前記走行状態特定部は、前記軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の速度を特定する、鉄道車両の走行状態特定システムである。
【０１０４】
これにより、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、車輪の滑りの影響を抑制して、鉄道車両の速度を特定することができる。
【０１０５】
第７の態様は、第６の態様であって、前記鉄道車両に設けられた車輪の回転速度に応じた信号を出力する車輪速検出部をさらに備え、前記走行状態特定部は、前記軌道変位出力部の出力に基づいて特定された前記鉄道車両の速度と、前記車輪速検出部の出力に基づく前記鉄道車両の速度とに基づいて、前記軌道に対する前記車輪の滑りの有無を特定する、鉄道車両の走行状態特定システムである。
【０１０６】
これにより、軌道変位出力部の出力に基づいて特定された鉄道車両の速度と、車輪速検出部の出力に基づく鉄道車両の速度とに基づいて、車輪の滑りの有無を特定することができる。
【０１０７】
第８の態様は、第１から第７のいずれか１つの態様であって、前記走行状態特定部は、前記軌道変位出力部の出力に基づいて、前記鉄道車両の進行方向を特定する、鉄道車両の走行状態特定システムである。
【０１０８】
これにより、第１位置及び第２位置における対応変位の前後関係に基づいて、鉄道車両の進行方向を特定することができる。
【０１０９】
第９の態様は、鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が入力される軌道変位信号入力部と、前記軌道変位信号入力部への入力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する走行状態特定部と、を備える鉄道車両の走行状態特定装置である。
【０１１０】
これにより、鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号に基づいて、鉄道車両の走行状態を特定することで、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両の走行状態を特定できる。
【０１１１】
第１０の態様は、第９の態様であって、前記走行状態特定部は、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた入力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた入力とを比較して、それらの入力のずれ量を求める、鉄道車両の走行状態特定装置である。
【０１１２】
これにより、第１位置における前記軌道の変位に応じた入力と、第２位置における前記軌道の変位に応じた入力とのずれ量を求めれば、鉄道車両の速度、進行方向等の走行状態を特定することが可能となる。
【０１１３】
第１１の態様は、第９又は第１０の態様であって、前記走行状態特定部は、前記軌道変位信号入力部への入力に基づいて、前記鉄道車両の速度を特定する、鉄道車両の走行状態特定装置である。
【０１１４】
これにより、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、車輪の滑りの影響を抑制して、鉄道車両の速度を特定することができる。
【０１１５】
第１２の態様は、第１１の態様であって、前記鉄道車両に設けられた車輪の回転速度に応じた信号が入力される車輪速信号入力部をさらに備え、前記走行状態特定部は、前記軌道変位信号入力部への入力に基づいて特定された前記鉄道車両の速度と、前記車輪速信号入力部への入力に基づく前記鉄道車両の速度とに基づいて、前記軌道に対する前記車輪の滑りの有無を特定する、鉄道車両の走行状態特定装置である。
【０１１６】
これにより、軌道変位信号入力部への入力に基づいて特定された鉄道車両の速度と、車輪速信号入力部への入力に基づく鉄道車両の速度とに基づいて、車輪の滑りの有無を特定することができる。
【０１１７】
第１３の態様は、第９から第１２のいずれか１つの態様であって、前記走行状態特定部は、軌道変位信号入力部への入力に基づいて、前記鉄道車両の進行方向を特定する、鉄道車両の走行状態特定装置である。
【０１１８】
これにより、第１位置及び第２位置における対応変位の前後関係に基づいて、鉄道車両の進行方向を特定することができる。
【０１１９】
第１４の態様は、（ａ）鉄道車両が軌道を走行している時に、前記鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が出力されるステップと、（ｂ）前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定するステップと、を備える鉄道車両の走行状態特定方法である。
【０１２０】
これにより、鉄道車両の前後方向において離れた第１位置及び第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号に基づいて、鉄道車両の走行状態を特定することで、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、鉄道車両の走行状態を特定できる。
【０１２１】
第１５の態様は、第１４の態様であって、前記ステップ（ａ）では、前記軌道の変位に応じた、走行する前記鉄道車両の加速度が出力される、鉄道車両の走行状態特定方法である。
【０１２２】
これにより、軌道の変位に応じた信号を簡易に得ることができる。
【０１２３】
第１６の態様は、第１４又は第１５の態様であって、前記ステップ（ａ）では、同じ鉄道車両に設定された前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた信号が出力される、鉄道車両の走行状態特定方法である。
【０１２４】
これにより、第１位置及び第２位置は、同じ鉄道車両に設定されているため、第１位置及び第２位置の設定条件が類似する。このため、第１位置及び第２位置における軌道の変位に応じた信号の類似性を高めることができる。
【０１２５】
第１７の態様は、第１４から第１６のいずれか１つの態様であって、前記ステップ（ａ）では、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた信号と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた信号とが出力され、前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とに基づいて、前記鉄道車両の走行状態を特定する、鉄道車両の走行状態特定方法である。
【０１２６】
これにより、第１位置における軌道変位に応じた出力と、前記第２位置における軌道変位に応じた出力とは、時間差のある同様な波形として観察される。このため、両出力を比較等することで、車両の走行状態を判定できる。
【０１２７】
第１８の態様は、第１４から第１７のいずれか１つの態様であって、前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、前記第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とを比較して、それらの出力のずれ量を求める、鉄道車両の走行状態特定方法である。
【０１２８】
これにより、第１位置における前記軌道の変位に応じた出力と、第２位置における前記軌道の変位に応じた出力とのずれ量を求めれば、鉄道車両の速度、進行方向等の走行状態を特定することが可能となる。
【０１２９】
第１９の態様は、第１４から第１８のいずれか１つの態様であって、前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて、前記鉄道車両の速度を特定する、鉄道車両の走行状態特定方法である。
【０１３０】
これにより、衛星からの電波を受信し難い環境下においても、車輪の滑りの影響を抑制して、鉄道車両の速度を特定することができる。
【０１３１】
第２０の態様は、第１９の態様であって、（ｃ）前記鉄道車両に設けられた車輪の回転速度に応じた信号が出力されるステップをさらに備え、前記ステップ（ｂ）では、前記第１位置及び前記第２位置における、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて特定された前記鉄道車両の速度と、車輪の回転速度に応じた出力に基づく前記鉄道車両の速度とに基づいて、前記軌道に対する前記車輪の滑りの有無を特定する、鉄道車両の走行状態特定方法である。
【０１３２】
これにより、前記軌道の変位に応じた出力に基づいて特定された前記鉄道車両の速度と、車輪の回転速度に応じた出力に基づく前記鉄道車両の速度とに基づいて、前記車輪の滑りの有無を特定することができる。
【０１３３】
以上のようにこの発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１３４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ    鉄道車両
１８      軌道
２０、１２０    走行状態特定システム
２２    軌道変位出力部
３０、１３０    走行状態特定部
１２２Ａ    第１軌道変位出力部
１２２Ｂ    軌道変位出力部
１２６    車輪速センサ
１３０Ｂ    走行状態特定装置
１３１    演算部
１３２    センサデータ取得部
１３３    センサデータ比較部
１３４    車両速度算出部
１３５    進行方向特定部
１３６    空転滑走判定部
１３８    軌道変位信号入力部
１４１    第１軌道変位データ
１４２    第２軌道変位データ
１４３    速度データ
２２２    軌道変位出力部
３５０    通信装置
Ｐ１    第１位置
Ｐ２    第２位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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