(57)【要約】【課題】無線通信を用いた列車制御システムにおいて、車上装置における自列車の位置検知の安全性を高めること。【解決手段】列車制御システム１において、車上装置２０は、各駅に設置された転てつ機制御装置３０と無線通信を行うことで連動制御を行うとともに、転てつ機制御装置３０が送信している駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の受信レベル差ΔＲをもとに、駅への接近を判定することができる。そして、駅への接近を判定すると、表示などの所定の報知を行うとともに、そのときの走行速度が所定の走行速度以上ならば、ブレーキを作動させて列車を減速させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駅に近づいて当該駅の上り方及び下り方に設置された地上無線機の通信圏内に位置した場合に当該地上無線機からの信号を受信する車上装置であって、
当該駅の上り方の地上無線機（以下「上り方地上無線機」という。）からの信号の受信レベルと、当該駅の下り方の地上無線機（以下「下り方地上無線機」という。）からの信号の受信レベルとのレベル差を算出するレベル差算出手段と、
当該駅までの距離が所定の接近距離以内となったときの前記レベル差に基づく条件である、前記上り方地上無線機と前記下り方地上無線機間の設置間距離に基づいて定められた条件を満たした場合に、所定の接近制御を行う接近制御手段と、
を備えた車上装置。
【請求項２】
前記接近制御手段は、前記条件を満たし、且つ、列車速度が所定の駅接近速度条件を満たしていない場合に、ブレーキを作動させるブレーキ作動制御手段を有する、
請求項１に記載の車上装置。
【請求項３】
前記接近制御手段は、前記条件を満たした場合に、所定の接近報知を行う接近報知手段を有する、
請求項１又は２に記載の車上装置。
【請求項４】
前記上り方地上無線機は、当該駅の上り方に設置された転てつ機を制御する上り方転てつ機制御装置に備えられ、
前記下り方地上無線機は、当該駅の下り方に設置された転てつ機を制御する下り方転てつ機制御装置に備えられ、
進行方向が上り方向の場合に、前記上り方地上無線機を通じて前記上り方転てつ機制御装置に転てつ機に係る制御信号を送信し、進行方向が下り方向の場合に、前記下り方地上無線機を通じて前記下り方転てつ機制御装置に転てつ機に係る制御信号を送信する転てつ機制御手段を更に備えた、
請求項１〜３の何れか一項に記載の車上装置。
【請求項５】
前記接近制御手段は、前記レベル差算出手段により算出されたレベル差と、前記上り方地上無線機と前記下り方地上無線機間の設置間距離とを用いて、当該駅までの距離を算出する距離算出手段を有し、前記距離算出手段により算出された距離が所定の距離以内であることを前記条件として、前記所定の接近制御を行う、
請求項１〜４の何れか一項に記載の車上装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の車上装置と、各駅それぞれの上り方及び下り方に設置された地上無線機とを具備した列車制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車上装置及び列車制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道では、近年、無線通信を用いた列車の制御システムの開発が進んでいる。かかるシステムでは、地上側設備の設置コスト・運営コスト・メンテナンスコストの低減のために、地上側設備をできるだけ省略し、車上側で自列車の位置を検知している。この位置検知方法としては、軌道に設置した地上子との近距離無線通信による点検知方式を主とし、速度発電機の出力パルスを用いてその地点間を補間する方式が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
列車制御システムでは、安全のため、自列車の位置を正確に把握することが求められている。しかし、上述の速度発電機を用いた位置検知では、低速度（例えば、時速５ｋｍ以下）の場合、速度発電機の出力パルスが得られないため、車上装置では列車速度を「ゼロ」と判定し位置の誤検知が発生するという問題がある。また、車上側の故障によって地上子との近距離無線通信が不可能となった場合にも自列車の位置が把握できない。特に、駅などの定められた停止位置への接近時には、停止位置への接近を判定して確実に停止させる必要がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、無線通信を用いた列車制御システムにおいて、車上装置における自列車の位置検知の安全性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の発明は、
駅に近づいて当該駅の上り方及び下り方に設置された地上無線機の通信圏内に位置した場合に当該地上無線機からの信号を受信する車上装置（例えば、図１の車上装置２０）であって、
当該駅の上り方の地上無線機（以下「上り方地上無線機」という。）からの信号の受信レベルと、当該駅の下り方の地上無線機（以下「下り方地上無線機」という。）からの信号の受信レベルとのレベル差を算出するレベル差算出手段（例えば、図５の駅接近判定部１４０）と、
当該駅までの距離が所定の接近距離以内となったときの前記レベル差に基づく条件である、前記上り方地上無線機と前記下り方地上無線機間の設置間距離に基づいて定められた条件を満たした場合に、所定の接近制御を行う接近制御手段（例えば、図５の駅接近判定部１４０）と、
を備えた車上装置である。
【０００７】
この第１の発明によれば、車上装置では、駅の上り方及び下り方に設置された地上無線機それぞれからの信号の受信レベルのレベル差が所定の条件を満たすと、所定の接近制御が行われる。この所定の条件は、駅までの距離が所定距離以内となったときの上り方及び下り方地上無線機それぞれからの信号の受信レベルの差に基づく条件であり、上り方及び下り方地上無線機間の設置距離に基づいて定められている。これにより、無線列車制御システムにおける位置検知方法の一つとして、地上無線機からの信号の受信レベルのレベル差を用いて駅への接近を判定するといった新たな手法を追加でき、車上側における位置検知の安全性を高めることができる、
【０００８】
ところで、自由空間を伝搬する信号は距離の二乗に比例して減衰するため、受信レベルから距離を判定できると考えられるが、実際の信号の減衰の程度は信号の伝搬環境に応じて変動する。そこで、この第１の発明のように、二つの地上無線機それぞれからの信号の受信レベルのレベル差を用いることで、伝搬環境の影響を相殺することができるため、駅への接近の判定をより正確に行うことが可能となる。
【０００９】
また、第２の発明として、第１の発明の車上装置であって、
前記接近制御手段は、前記条件を満たし、且つ、列車速度が所定の駅接近速度条件を満たしていない場合に、ブレーキを作動させるブレーキ作動制御手段を有する、
車上装置を構成しても良い。
【００１０】
この第２の発明によれば、駅への接近を判定した際に、列車速度が、例えば所定速度以下といった駅接近速度条件を満たしていない場合に、ブレーキを作動させることができる。
【００１１】
また、第３の発明として、第１又は第２の発明の車上装置であって、
前記接近制御手段は、前記条件を満たした場合に、所定の接近報知を行う接近報知手段を有する、
車上装置を構成しても良い。
【００１２】
この第３の発明によれば、駅への接近を判定した際の接近制御として、所定の接近報知を行うことができる。接近報知としては、例えば、運転室や車掌室に設けられた表示装置に所定の表示を行ったり、所定の警報音を出力させることによる運転士や車掌等の乗務員への報知や、通信装置を介した接近駅の駅装置への通知等の列車外部への報知などがある。
【００１３】
また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の車上装置であって、
前記上り方地上無線機は、当該駅の上り方に設置された転てつ機を制御する上り方転てつ機制御装置（例えば、図１の上り方転てつ機制御装置３０ａ）に備えられ、
前記下り方地上無線機は、当該駅の下り方に設置された転てつ機を制御する下り方転てつ機制御装置（例えば、図１の下り方転てつ機制御装置３０ｂ）に備えられ、
進行方向が上り方向の場合に、前記上り方地上無線機を通じて前記上り方転てつ機制御装置に転てつ機に係る制御信号を送信し、進行方向が下り方向の場合に、前記下り方地上無線機を通じて前記下り方転てつ機制御装置に転てつ機に係る制御信号を送信する転てつ機制御手段（例えば、図５の連動制御部１２０）を更に備えた、
車上装置を構成しても良い。
【００１４】
この第４の発明によれば、上り方及び地上方地上無線機は、それぞれ、車上装置が制御信号を送信する上り方及び下り方転てつ機制御装置に備えられる。これにより、転てつ機制御装置が備える地上無線機を用いて駅への接近の判定を行うことができる。
【００１５】
また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の車上装置であって、
前記接近制御手段は、前記レベル差算出手段により算出されたレベル差と、前記上り方地上無線機と前記下り方地上無線機間の設置間距離とを用いて、当該駅までの距離を算出する距離算出手段を有し、前記距離算出手段により算出された距離が所定の距離以内であることを前記条件として、前記所定の接近制御を行う、
車上装置を構成しても良い。
【００１６】
この第５の発明によれば、上り方及び下り方地上無線機それぞれからの信号の受信レベルのレベル差と、上り方地上無線機と下り方地上無線機間の設置間距離を用いて、駅までの距離が算出され、算出された距離が所定の距離以内である場合に、所定の接近制御が行われる。
【００１７】
更に、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明の車上装置と、各駅それぞれの上り方及び下り方に設置された地上無線機とを具備した列車制御システムを構成しても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】列車制御システムの構成図。
【図２】受信レベル差による駅接近判定の説明図。
【図３】距離に応じた減衰量の一例。
【図４】距離に応じた受信レベル差の一例。
【図５】車上装置の機能構成図。
【図６】駅接近条件テーブルのデータ構成例。
【図７】駅接近判定処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［全体構成］
図１は、本実施形態の列車制御システム１の構成図である。列車制御システム１は、軌道Ｒを走行する列車１０に搭載される車上装置２０と、軌道Ｒの近傍に設置される地上無線機である転てつ機制御装置３０とを備えて構成される。車上装置２０及び転てつ機制御装置３０は、ともに無線通信機能を有しており、通信圏内の他の装置との無線通信が可能となっている。
【００２０】
この列車制御システム１は、主として閑散線区に適用されるシステムである。同図に示す例では、線路は全て単線であり、各駅に上りホームと下りホームとが設けられ、駅構内での列車のすれ違いが可能となっている。各駅とも、いわゆる交換駅（行違い駅）である。また、各駅の上り／下りホームそれぞれに進入／進出するための分岐部分に転てつ機が設置されている。
【００２１】
転てつ機制御装置３０は、各転てつ機と一対一に対応付けられ、対応する転てつ機の近傍に設置される。そして、車上装置２０からの指示信号に従って、対応する転てつ機の転換・鎖錠・解錠を制御する。つまり、各駅に二台の転てつ機制御装置３０が設置されているが、特に、上り方の転てつ機制御装置３０を上り方転てつ機制御装置３０ａ、下り方の転てつ機制御装置３０を下り方転てつ機制御装置３０ｂという。
【００２２】
また、転てつ機制御装置３０は、自装置に固有な装置ＩＤを含む駅接近信号を常時送出している。駅接近信号の送信周波数は、上り方転てつ機制御装置３０ａと下り方転てつ機制御装置３０ｂとで異なるように定められているが、各駅間では上り方転てつ機制御装置３０ａ同士、下り方転てつ機制御装置３０ｂ同士は、共通の送信周波数である。
【００２３】
車上装置２０は、車軸に取り付けられた速度発電機が検出する回転数の計測値をもとに、自列車の走行位置や走行速度を算出する。また、車上装置２０は、走行予定進路を構成する連動制御を行う。すなわち、各駅に設置された駅伝送装置（不図示）や、線区全体を管理する中央管理装置（不図示）との無線通信を行うことで、走行予定進路の閉そく区間の占有を行い、転てつ機制御装置３０へ指示信号を送信して該当する転てつ機の転換・鎖錠を行わせる。また、車上装置２０は、本実施形態の特徴として、転てつ機制御装置３０からの駅接近信号を受信することで、駅への接近を判定する。
【００２４】
［原理］
図２は、駅接近判定の原理を説明する図である。同図において、列車１０が接近中の駅には、列車１０から近い順に、二台の転てつ機制御装置３０−１，３０−２が設置されている。二台の転てつ機制御装置３０−１，３０−２は、設置間隔Ｄをおいて設置されている。列車１０から手前方の転てつ機制御装置３０−１までの距離をＬ１とすると、列車１０から奥方の転てつ機制御装置３０−２までの距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ１＋Ｄ、となる。
【００２５】
また、転てつ機制御装置３０−１，３０−２は、それぞれ、周波数ｆ１，ｆ２の駅接近信号Ｆ１，Ｆ２を、同一の送信レベルＳで周期的に送信している。
【００２６】
ところで、自由空間における伝播の減衰量（自由空間損失）βは、次式（１）で与えられる。
β［ｄＢ］＝−１０×ｌｏｇ（４πｒ／λ）２  ・・・（１）
λは波長（λ＝光速ｃ／周波数ｆ）、ｒは距離である。
【００２７】
つまり、列車１０の車上装置２０が受信する駅接近信号Ｆ１，Ｆ２それぞれの減衰量β１，β２は、次式（２ａ），（２ｂ）となる。
β１＝−１０×ｌｏｇ（４πＬ１ｆ１／ｃ）２  ・・・（２ａ）
β２＝−１０×ｌｏｇ（４πＬ２ｆ２／ｃ）２  ・・・（２ｂ）
そして、車上装置２０における駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の受信レベルの差ΔＲは、次式（３）となる。
ΔＲ＝（Ｓ＋β１）−（Ｓ＋β２）＝β１−β２  ・・・（３）
これにより、車上装置２０における、二台の転てつ機制御装置３０−１，３０−２それぞれからの駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の受信レベルのレベル差ΔＲから、転てつ機制御装置３０−１までの距離Ｌ１を算出することができる。
【００２８】
図３は、式（１）から算出される距離Ｌと減衰量βとの関係の一例である。同図では、（１）周波数ｆ＝４００［ＭＨｚ］、（２）周波数ｆ＝３００ＭＨｚ、それぞれの場合を示している。そして、図４は、式（３）から算出される距離Ｌ１と受信レベル差ΔＲとの関係の一例である。但し、周波数ｆ１＝４００［ＭＨｚ］、ｆ２＝３００ＭＨｚ、設置間隔Ｄ＝５００ｍ、としている。
【００２９】
なお、図３で示した減衰量βは理論上の値であり、実際には、信号の伝搬環境によって減衰の程度が異なる。しかし、本実施形態では、同一環境を伝播する駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の受信レベル差ΔＲを求めることで、伝搬環境の影響を相殺することができる。
【００３０】
［機能構成］
図５は、車上装置２０の機能構成図である。同図によれば、車上装置２０は、処理部１００と、記憶部２００とを備えて構成される一種のコンピュータである。
【００３１】
処理部１００は、例えばＣＰＵ等の演算装置で実現され、記憶部２００に記憶されたプログラムやデータ、列車１０に搭載された無線通信装置１３を介した受信データ等に基づいて、車上装置２０の全体制御を行う。また、処理部１００は、位置速度算出部１１０と、連動制御部１２０と、走行制御部１３０と、駅接近判定部１４０とを有する。
【００３２】
位置速度算出部１１０は、車軸に取り付けられた速度発電機１１の回転数の計測値をもとに、自列車の現在の走行位置（キロ程で表される走行距離）、及び、走行速度を算出する。また、軌道に設置されている地上子やＩＣタグとの受電器１２を介した無線通信によって、走行位置を補正する。
【００３３】
連動制御部１２０は、走行予定進路を構成する連動制御を行う。すなわち、駅伝送装置や中央管理装置との通信を行うことで、予定進路の閉そく区間を占有し、占有した予定進路に該当する転てつ機それぞれに対応する転てつ機制御装置に転換鎖錠指示信号を送信して、当該転てつ機を転換・鎖錠させる。
【００３４】
走行制御部１３０は、連動制御部１２０によって構成された予定進路の走行を制御する。すなわち、自列車の現在の走行位置や走行速度、線路に定められた制限速度や、自列車の加減速性能をもとに、予定進路の速度照査パターンを作成する。そして、作成した速度照査パターンで定められる現在の走行位置に対応する照査速度と、現在の走行速度とを比較し、走行速度が照査速度を超える場合には、ブレーキ機構１６を作動させて減速させる。
【００３５】
駅接近判定部１４０は、駅接近判定プログラム２１０に従った駅接近判定処理（図７参照）を実行することで、駅への接近を判定する。具体的には、駅に接近中、その駅に設置されている二台の転てつ機制御装置３０それぞれから送出されている駅接近信号Ｆ１，Ｆ２を受信し、それぞれの受信レベルのレベル差ΔＲを算出する。そして、受信レベル差ΔＲが所定の駅接近条件レベル差以上となると、次駅へ接近したと判定して所定の報知処理を行う。
【００３６】
この駅接近条件レベル差は、駅への接近を判定する条件となるレベル差であり、駅接近条件テーブル２２０で定められている。上述のように、転てつ機制御装置３０−１，３０−２の設置間隔Ｄやそれぞれの駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の送信周波数ｆ１，ｆ２が既知であれば、列車１０と次駅の転てつ機制御装置３０−１，３０−２それぞれとの距離Ｌ１，Ｌ２に応じて、列車１０の車上装置２０における駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の受信信号のレベル差ΔＲが、式（３）から求められる（図２参照）。このため、駅に接近したと判定する距離Ｌ１（例えば、２ｋｍ）を決定し、この距離Ｌ１に対応する受信レベル差Δを、条件レベル差として定めておく。
【００３７】
更に、駅への接近を判定したときの走行速度が、駅接近速度条件である所定の許容走行速度以上である場合には、ブレーキ機構１６を作動させて減速させる。この制御は、所定の停止位置（この場合は駅の停止位置）への確実な停止を実現するための機能であり、上述した照査速度と現在の走行速度との比較に基づくブレーキ制御に対する防護的な機能である。許容走行速度は、定められた進入速度以下で駅に進入するために許容される走行速度であり、駅接近条件テーブル２２０で定められている。
【００３８】
図６は、駅接近条件テーブル２２０のデータ構成の一例を示す図である。駅接近条件テーブル２２０は、上り／下りの進行方向それぞれについて、駅２２１と、駅接近条件レベル差２２２と、許容走行速度２２３とを対応付けて格納している。
【００３９】
また、報知処理としては、例えば、所定のメッセージの表示装置１４への表示や、所定の報知音声の音出力装置１５からの出力によって運転士や乗務員に知らせたり、或いは、無線通信装置１３を介した外部装置（例えば、駅装置）への送信等がある。
【００４０】
記憶部２００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部１００が車上装置２０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部１００の作業領域として用いられ、処理部１００が実行した演算結果や、無線通信装置１３を介した受信データ等が一時的に格納される。本実施形態では、駅接近判定プログラム２１０と、駅接近条件テーブル２２０とが記憶される。
【００４１】
［処理の流れ］
図７は、駅接近判定処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、ある駅に接近して到着するまでの処理を示している。先ず、次駅に設置されている二台の転てつ機制御装置３０それぞれからの駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の受信を待機し、この駅接近信号Ｆ１，Ｆ２をともに受信したならば（ステップＡ１：ＹＥＳ）、駅接近信号Ｆ１，Ｆ２それぞれの受信レベルＲ１，Ｒ２のレベル差ΔＲを算出する（ステップＡ３）。
【００４２】
そして、この受信レベル差ΔＲが所定の条件レベル差以上ならば（ステップＡ５：ＹＥＳ）、駅接近と判定して、駅への接近を知らせる所定の報知処理を行う（ステップＡ７：ＹＥＳ）。条件レベル差は、駅接近条件テーブル２２０から決まる。更に、現在の走行速度が所定の条件速度を超えているならば（ステップＡ９：ＹＥＳ）、ブレーキ制御を行う（ステップＡ１１）。
【００４３】
続いて、次駅に到着したか否かを判断し、到着していないならば（ステップＡ１３：ＮＯ）、ステップＡ１に戻り、同様の処理を繰り返す。そして、次駅に到着したならば（ステップＡ１３：ＹＥＳ）、本処理を終了する。
【００４４】
［作用効果］
このように、本実施形態の列車制御システム１によれば、車上装置２０において、駅に設置されている転てつ機制御装置３０が送信している駅接近信号Ｆ１，Ｆ２の受信レベル差ΔＲをもとに、当該駅への接近を判定することができる。そして、駅への接近を判定すると、表示などの所定の報知を行うとともに、そのときの走行速度が所定の走行速度以上ならば、ブレーキを作動させて列車を減速させる。これにより、無線通信を用いた列車制御システムにおける位置検知方法の一つとして、各駅に設置された地上無線機からの信号の受信レベルのレベル差を用いて駅への接近を判定するといった新たな手法を追加することができ、車上側における位置検知の安全性を高めることができる。
【００４５】
また、転てつ機制御装置と無線通信を行うことで車上側が主体となって連動制御を行う列車制御システムでは、駅接近信号を送信する地上無線機として転てつ機制御装置３０を用いることで、設備を共用して、駅接近の判定を容易に実現することが可能である。
【００４６】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
【００４７】
（Ａ）地上無線機
例えば、上述の実施形態では、駅接近信号を送出する地上無線機を転てつ機制御装置としたが、各駅に距離をおいて設置される無線機能を有した制御装置であれば何れでも良い。例えば、上り方及び下り方それぞれの場内信号機の制御装置としてもよい。
【００４８】
（Ｂ）駅接近信号の送信周波数
上述の実施形態では、駅接近信号の送信周波数は、上り方転てつ機制御装置３０ａと下り方転てつ機制御装置３０ｂとで異なる周波数とした。しかし、これを同一としてもよい。その場合、例えば、通信方式をスペクトラム拡散通信とし、少なくとも上り方転てつ機制御装置３０ａ及び下り方転てつ機制御装置３０ｂそれぞれに別々の拡散符号を割り当てることで、上り方転てつ機制御装置３０ａ及び下り方転てつ機制御装置３０ｂそれぞれからの受信信号レベルを判定可能とする。受信信号に対して拡散符号を用いた相関演算を行うことで、受信信号レベルを判定できる。勿論、上り方転てつ機制御装置３０ａ及び下り方転てつ機制御装置３０ｂからの受信信号レベルを別々に判定できるのであれば、他の通信方式でも良い。
【００４９】
上り方転てつ機制御装置３０ａ及び下り方転てつ機制御装置３０ｂの送信周波数を同一とすると次の作用効果が発揮される。すなわち、式（２ａ）及び式（２ｂ）の減衰量β１，β２において、周波数ｆ１，ｆ２が同一となるため、周波数に係る影響を削減して距離Ｌ１の算出精度を向上させることができる。例えば、列車の走行速度によるドップラー周波数の影響が無くなる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  列車
１１  速度発電機、１２  受電器
１３  無線通信装置、１４  表示装置、１５  音出力装置
１６  ブレーキ機構、１７  手動制御部
１  列車制御システム
２０  車上装置
１００  処理部
１１０  位置速度算出部、１２０  連動制御部
１３０  走行制御部、１４０  駅接近判定部
２００  記憶部
２１０  駅接近判定プログラム、２２０  駅接近条件テーブル
３０  転てつ機制御装置
【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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