(57)【要約】【課題】鉄道通信設備のうち、特に通信系統の設備に対する落雷の影響を低減させるために、発雷時や発雷予測時に有効な対処法を提示可能となる技術を提供すること。【解決手段】鉄道通信設備について、通信機器と、これに接続する通信ケーブルとの可能な組みあわせである複数の解候補を設定する。また、雷サージが侵入した場合に通信ケーブルそれぞれに発生する可能性のある雷サージ電圧の組み合わせである複数の発生電圧パターンを設定する。そして、解候補それぞれについて、発生電圧パターンそれぞれを適用した場合に通信機器が故障するか否かを判定することで、解候補の故障耐性を判定し、故障耐性有りと判定した解候補であって、基準接続構成から変更するための接続切替数、及び、非接続数が最小化条件を満たす解候補を、避難接続構成として選択する。【選択図】図１
2018177030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各通信機器に接続するための通信ケーブルを含む複数のケーブルが引き込まれた鉄道通信設備に侵入する雷サージに対する耐雷対策として、前記通信機器と前記通信ケーブルとの組み合わせである基準接続構成を、発雷時又は発雷予測時に一時的な避難接続構成に変更する際の前記避難接続構成をコンピュータに算出させるためのプログラムであって、
一部の前記通信機器に対する前記通信ケーブルの接続を非接続とする構成を含み得る前記避難接続構成の候補である解候補を複数設定する解候補設定手段、
前記雷サージが侵入した場合に前記通信ケーブルそれぞれに発生する可能性のある雷サージ電圧の組み合わせ（以下「発生電圧パターン」という）を複数設定する電圧パターン設定手段、
前記解候補それぞれについて、前記複数の発生電圧パターンを適用した場合に前記通信機器が故障するか否かを判定することで、当該解候補の故障耐性を判定する故障耐性判定手段、
前記基準接続構成を前記解候補の接続構成に変更するための接続切替数と、前記故障耐性と、前記非接続の数とを用いて、前記複数の解候補の中から前記避難接続構成を選択する解選択手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項２】
前記電圧パターン設定手段は、前記発生電圧パターンを発生確率と対応付けて設定し、
前記故障耐性判定手段は、故障有りと判定された前記発生電圧パターンの前記発生確率に基づいて前記故障耐性を判定する、
請求項１に記載のプログラム。
【請求項３】
前記電圧パターン設定手段は、落雷場所毎の前記発生電圧パターンを設定するとともに、前記落雷場所に対応する所与の発雷確率に基づいて前記発生確率を設定する、
請求項２に記載のプログラム。
【請求項４】
前記故障耐性判定手段は、前記発生確率の高い順に前記発生電圧パターンを適用して故障するか否かを判定し、故障有りと判定された前記発生確率の累計が所定の許容確率を満たさない前記解候補を故障耐性無しと判定することで、各解候補の故障耐性の有無を判定する、
請求項２又は３に記載のプログラム。
【請求項５】
前記解選択手段は、前記接続切替数および前記非接続の数が、所与の最小化条件を満たす解候補を前記避難接続構成として選択する、
請求項１〜４の何れか一項に記載のプログラム。
【請求項６】
各通信機器に接続するための通信ケーブルを含む複数のケーブルが引き込まれた鉄道通信設備に侵入する雷サージに対する耐雷対策として、前記通信機器と前記通信ケーブルとの組み合わせである基準接続構成を、発雷時又は発雷予測時に一時的な避難接続構成に変更する際の前記避難接続構成を算出する避難接続構成算出装置であって、
一部の前記通信機器に対する前記通信ケーブルの接続を非接続とする構成を含み得る前記避難接続構成の候補である解候補を複数設定する解候補設定手段と、
前記雷サージが侵入した場合に前記通信ケーブルそれぞれに発生する可能性のある雷サージ電圧の組み合わせ（以下「発生電圧パターン」という）を複数設定する電圧パターン設定手段と、
前記解候補それぞれについて、前記複数の発生電圧パターンを適用した場合に前記通信機器が故障するか否かを判定することで、当該解候補の故障耐性を判定する故障耐性判定手段と、
前記基準接続構成を前記解候補の接続構成に変更するための接続切替数と、前記故障耐性と、前記非接続の数とを用いて、前記複数の解候補の中から前記避難接続構成を選択する解選択手段と、
を備えた避難接続構成算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道通信設備における耐雷対策として発雷時等に一時的に変更する避難接続構成を算出する避難接続構成算出装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道信号機器は電源を落とすことが無いため、従来、耐雷トランスや信号用保安器を設置することで雷害対策が施されている（例えば、特許文献１の［０００３］段落参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５７００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、鉄道通信設備には、電力・信号・通信といった複数の系統別の設備が設置されるため、各設備を系統別に接地するといった方法で耐雷対策が施されることが多かった。しかし、耐雷対策としては万全ではなかったため、動作電圧の低い電子機器を数多く備える通信系統においては、直接又は間接に雷サージが侵入することによって、通信機器に故障や焼損が生じてしまうことがあった。例えば、落雷による雷サージが通信ケーブルに直接発生して鉄道通信設備に侵入する場合や、電力系統から侵入した雷サージが通信系統に間接的に影響を及ぼす場合である。しかしながら、落雷の場所や規模、鉄道通信設備の設備構成などに応じて雷サージの影響は異なるため、ある１つの対策を施せば万全というものではない。
【０００５】
また、あらゆる全ての雷害に対する影響を防ぐ設備にするためには、コストが高くなる。そのため、雷が発生した段階（発雷時）や雷の発生が予測される段階（発雷予測時）に人為的に何らかの対処をすることで、落雷時の影響を最小限に抑えることができる方策を提示できれば有用である。
【０００６】
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、鉄道通信設備のうち、特に通信系統の設備に対する落雷の影響を低減させるために、発雷時や発雷予測時に有効な対処法を提示可能となる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための第１の発明は、
各通信機器に接続するための通信ケーブルを含む複数のケーブルが引き込まれた鉄道通信設備に侵入する雷サージに対する耐雷対策として、前記通信機器と前記通信ケーブルとの組み合わせである基準接続構成を、発雷時又は発雷予測時に一時的な避難接続構成に変更する際の前記避難接続構成をコンピュータに算出させるためのプログラムであって、
一部の前記通信機器に対する前記通信ケーブルの接続を非接続とする構成を含み得る前記避難接続構成の候補である解候補を複数設定する解候補設定手段、
前記雷サージが侵入した場合に前記通信ケーブルそれぞれに発生する可能性のある雷サージ電圧の組み合わせ（以下「発生電圧パターン」という）を複数設定する電圧パターン設定手段、
前記解候補それぞれについて、前記複数の発生電圧パターンを適用した場合に前記通信機器が故障するか否かを判定することで、当該解候補の故障耐性を判定する故障耐性判定手段、
前記基準接続構成を前記解候補の接続構成に変更するための接続切替数と、前記故障耐性と、前記非接続の数とを用いて、前記複数の解候補の中から前記避難接続構成を選択する解選択手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
【０００８】
また、他の発明として、
各通信機器に接続するための通信ケーブルを含む複数のケーブルが引き込まれた鉄道通信設備に侵入する雷サージに対する耐雷対策として、前記通信機器と前記通信ケーブルとの組み合わせである基準接続構成を、発雷時又は発雷予測時に一時的な避難接続構成に変更する際の前記避難接続構成を算出する避難接続構成算出装置であって、
一部の前記通信機器に対する前記通信ケーブルの接続を非接続とする構成を含み得る前記避難接続構成の候補である解候補を複数設定する解候補設定手段と、
前記雷サージが侵入した場合に前記通信ケーブルそれぞれに発生する可能性のある雷サージ電圧の組み合わせ（以下「発生電圧パターン」という）を複数設定する電圧パターン設定手段と、
前記解候補それぞれについて、前記複数の発生電圧パターンを適用した場合に前記通信機器が故障するか否かを判定することで、当該解候補の故障耐性を判定する故障耐性判定手段と、
前記基準接続構成を前記解候補の接続構成に変更するための接続切替数と、前記故障耐性と、前記非接続の数とを用いて、前記複数の解候補の中から前記避難接続構成を選択する解選択手段と、
を備えた避難接続構成算出装置を構成しても良い。
【０００９】
第１の発明等によれば、通信機器とこれに接続する通信ケーブルとの組み合わせである接続構成を、通常時の基本接続構成から、落雷の影響を低減させるような避難接続構成に一時的に変更する場合のその避難接続構成を算出することができる。すなわち、発雷時又は発雷予測時においては、基本接続構成を避難接続構成に一時的に変更することで、落雷の影響を低減させることが可能となるため、その対処法として避難接続構成を提示することが可能となる。避難接続構成の算出としては、通信機器に対する通信ケーブルの非接続を含み得る複数の解候補の中から、接続切替数と、解候補の故障耐性と、非接続数とを用いて、避難接続構成を選択する。このため、例えば、様々な発生電圧パターンを適用した場合でも通信機器が故障する可能性が低く、故障耐性が“高い”とみなせる接続構成や、接続切替数や非接続数が少ない（すなわち対処のための手間が少ない）接続構成を、避難接続構成として算出するといったことが可能となる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明のプログラムであって、
前記電圧パターン設定手段は、前記発生電圧パターンを発生確率と対応付けて設定し、
前記故障耐性判定手段は、故障有りと判定された前記発生電圧パターンの前記発生確率に基づいて前記故障耐性を判定する、
プログラムである。
【００１１】
第２の発明によれば、落雷の状況や鉄道通信設備の構成等によって、通信ケーブルそれぞれに発生する雷サージ電圧の大きさは変化し得るため、発生電圧パターンに発生確率を対応付けて設定し、この発生確率に基づいて解候補の故障耐性を判定することで、より尤度の高い適切な避難接続構成を算出することが可能となる。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明のプログラムであって、
前記電圧パターン設定手段は、落雷場所毎の前記発生電圧パターンを設定するとともに、前記落雷場所に対応する所与の発雷確率に基づいて前記発生確率を設定する、
プログラムである。
【００１３】
第３の発明によれば、想定される落雷場所やその落雷場所毎の発雷確率（落雷の発生確率）を考慮して、耐雷対策としてより効果的な避難接続構成を算出することができる。すなわち、例えば、地形要因等によって落雷場所毎に発雷確率は異なるため、落雷場所が異なれば、各通信ケーブルに発生する雷サージ電圧の大きさも異なるためである。
【００１４】
第４の発明は、第２又は第３の発明のプログラムであって、
前記故障耐性判定手段は、前記発生確率の高い順に前記発生電圧パターンを適用して故障するか否かを判定し、故障有りと判定された前記発生確率の累計が所定の許容確率を満たさない前記解候補を故障耐性無しと判定することで、各解候補の故障耐性の有無を判定する、
プログラムである。
【００１５】
第４の発明によれば、解候補に発生電圧パターンを適用した場合に通信機器が故障するか否かの判定を、発生確率が高い発生電圧パターンから順に適用して行うことで、効率良く解候補それぞれの故障耐性の有無を判定できる。すなわち、解候補それぞれについて、通信機器の故障有りと判定した発生電圧パターンの発生確率の累計を求め、この累計が所定の許容確率を満たさない場合に故障耐性無しと判定するが、発生確率が高い発生電圧パターンから順に適用することで、最終的に許容確率を満たさなくなる解候補を早期に除外することが可能となり、トータルの演算処理負荷が低減するからである。
【００１６】
第５の発明は、第１〜第４の何れかの発明のプログラムであって、
前記解選択手段は、前記接続切替数および前記非接続の数が、所与の最小化条件を満たす解候補を前記避難接続構成として選択する、
プログラムである。
【００１７】
第５の発明によれば、基本接続構成からの変更の際に、接続されている通信ケーブルを取り外して別の通信ケーブルを接続するといった作業の手間が少なく、また、通信ケーブルが接続されていない、すなわち電源を遮断した通信機器の数をできるだけ少なくした接続構成を、避難接続構成として算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】鉄道通信設備の概略構成図。
【図２】発生電圧パターンの設定の説明図。
【図３】基本接続構成の一例。
【図４】解候補の設定の説明図。
【図５】故障耐性の判定の説明図。
【図６】通信機器の故障有無の判定の説明図。
【図７】通信機器の故障有無の判定の説明図。
【図８】効率の良い通信機器の故障有無の判定の説明図。
【図９】避難接続構成算出装置の機能構成図。
【図１０】解候補データの一例。
【図１１】発生電圧パターンデータの一例。
【図１２】避難接続構成算出処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［概要］
本実施形態は、鉄道通信設備に侵入する雷サージに対する耐雷対策として、通信機器とこれに接続する通信ケーブルとの組み合わせである基準接続構成を、発雷時又は発雷予測時に一時的に変更する対処を行うための、その変更先の接続構成となる避難接続構成を算出するものである。
【００２０】
（Ａ）鉄道通信設備
図１は、本実施形態の対象となる鉄道通信設備の概略構成図である。図１に示すように、鉄道通信設備は、一つの機器室内に、電力系統、信号系統及び通信系統の系統別の設備が設置され、各設備に接続するためのケーブルが引き込まれて構成されている。通信系統の設備としては、複数の通信機器（搬送端末や光伝送装置、無線装置、配線架など）が設置されており、各通信機器に接続するための通信ケーブルが引き込まれている。なお、図１では、各系統の設備を１台ずつとして図示しているが、実際には複数種類の複数の設備が備えられている。
【００２１】
通信ケーブルは、例えば、メタリックケーブルや同軸ケーブル、光ケーブルで実現され、データ通信及び音声通信に用いられる。通信機器は、接続された通信ケーブルを介して、他の鉄道通信設備等に設置された他の通信機器との間で通信を行うことができる。
【００２２】
また、鉄道通信設備では、耐雷トランスＬＩＴや保安器を設置したり、系統別に接地を設けるといった、物理的な耐雷対策がなされている。しかし、この物理的な耐雷対策では、半導体部品を使用した通信機器に対する雷サージによる過電圧対策としては充分ではなく、通信ケーブルを含む各ケーブルから侵入した雷サージによって各通信機器の故障や焼損が生じ得た。そこで、本実施形態では、更なる耐雷対策として、通信機器に対する雷サージの影響を低減させるため、発雷時や発雷予測時に、現状の通信機器と通信ケーブルとの接続構成である基準接続構成を一時的に変更する対処を行うものとして、その変更先の接続構成である避難接続構成を求める技術を以下説明する。
【００２３】
（Ｂ）発生電圧パターン
具体的には、先ず、通信ケーブルに発生する雷サージ電圧の予測として、落雷時に各通信ケーブルに発生し得る雷サージ電圧の組み合わせである発生電圧パターンを、発生確率と対応付けて複数設定する。
【００２４】
鉄道通信設備の周辺に落雷が発生すると、例えば、落雷によって発生する電磁界によって生じる誘導電圧を主要因として通信ケーブルに雷サージ電圧が発生することがある。この通信ケーブルに発生する雷サージ電圧は、雷サージシミュレーションによって求めることができる。雷サージシミュレーションは、鉄道通信設備を構成する各部を等価回路で表現し、雷サージの侵入時に各部に生じる電圧及び電流を計算する電気回路シミュレーションである。つまり、落雷位置（落雷場所）が与えられると、この落雷位置から鉄道通信設備までの距離や、鉄道通信設備の構成（機器室内に設置されている各機器間の接続や、各機器とケーブルとの接続、接地など）などに応じて、各通信ケーブルに発生する雷サージ電圧を求めることができる。
【００２５】
本実施形態では、図２に示すように、鉄道通信設備の周辺を対象として、気象庁から提供される発雷確率の情報をもとに、落雷位置別の発生電圧パターンを複数設定する。この情報は、例えば地表面を格子状に区切った領域毎に、未来の所定期間（例えば、３時間）における１回以上の雷が発生する確率（発雷確率）を対応付けた情報である。この情報から、領域毎に、当該領域の代表位置（例えば、中心位置）を落雷位置（落雷場所）とした雷サージシミュレーションを実行して、各通信ケーブルに発生する雷サージ電圧の組み合わせである発生電圧パターンを求め、当該領域の発雷確率を、求めた発生電圧パターンの発生確率とする。
【００２６】
（Ｃ）解候補
また、避難接続構成となり得る接続構成の候補である解候補を複数設定する。解候補は、接続可能な通信機器と通信ケーブルとの組み合わせに限られる。すなわち、各通信機器には接続可能な通信ケーブルの種別が定められており、該当する種別の通信ケーブルのみを接続するような組み合わせとする。また、解候補は、通信機器に通信ケーブルを接続しない非接続（機器遮断）を含むように設定することができる。避難接続構成はあくまで、基準接続構成を一時的に変更する対処先の構成となるため、非接続（機器遮断）とする対処も考えられるためである。
【００２７】
図３は、基本接続構成の一例であり、図４は、図３の基本接続構成に対して取り得る解候補の一例である。図３，図４では、４本の通信ケーブル（１）〜（４）が引き込まれ、４台の通信機器Ａ〜Ｄが設置された鉄道通信設備についての例を示している。図３に示すように、基本接続構成では、全ての通信機器Ａ〜Ｄに、それぞれ、通信ケーブル（１）〜（４）が接続されている。また、図４（ａ）に示す解候補では、通信機器Ａ〜Ｄに、それぞれ、通信ケーブル（２），（１），（４），（３）が接続されている。図４（ｂ）に示す別の解候補では、通信機器Ａ，Ｃに、それぞれ、通信ケーブル（１），（３）が接続され、通信機器Ｂ，Ｄは、通信ケーブルが接続されない非接続となっている。
【００２８】
また、各解候補について、接続切替数、及び、非接続数を求めておく。接続切替数は、基準接続構成から当該解候補に接続構成を変更する際に、接続される通信ケーブルが変更される（すなわち、取り外し、及び、接続の作業を要する）通信機器の台数である。この接続切替数には、非接続となった（すなわち、通信ケーブルを取り外すのみ）の通信機器の台数は含まない。すなわち、図４（ａ）では、通信機器Ａ〜Ｄの全てが接続されている通信ケーブルが図３の基本接続構成から変更されているので、接続切替数は「４」であり、図４（ｂ）では、通信機器Ａ，Ｃに接続されている通信ケーブル（１），（３）は基本接続構成と同一であるので、接続切替数は「０」である。非接続数は、通信ケーブルが接続されていない通信機器の台数である。すなわち、図４（ａ）では、全ての通信機器Ａ〜Ｄが何れかの通信ケーブルに接続されているので、非接続数は「０」であり、図４（ｂ）では、通信機器Ｂ，Ｄの２台が何れの通信ケーブルにも接続されていないので、非接続数は「２」である。
【００２９】
（Ｄ）避難接続構成の選択
このように設定した複数の解候補のうちから、所定の制約条件を満たす解候補を避難接続構成として選択する。制約条件は、（条件１）故障耐性を有すること、（条件２）接続切替数が最小化条件を満たすこと、（条件３）非接続数が最小化条件を満たすこと、である。避難接続構成の選択の手順としては、先ず、複数の解候補のうちから故障耐性有りの解候補を抽出し（条件１）、次いで、抽出した解候補のうちから、接続切替数、及び、非接続数が最小化条件を満たす１つ以上の解候補を避難接続構成として選択する（条件２，３）。
【００３０】
（Ｄ１）故障耐性
ある解候補の故障耐性の有無は、当該解候補に複数の発生電圧パターンそれぞれを適用した場合に通信機器が故障するか否かに基づいて判定する。図５は、故障耐性の判定の説明図である。図５に示すように、ある解候補について、全ての発生電圧パターンそれぞれを適用した場合に、通信機器が故障するか否かを判定する。そして、故障有りと判定した電圧発生パターンに対応する発生確率の総和を故障確率とし、この故障確率が、所定の許容確率未満である場合に、当該解候補は故障耐性有りと判定し、故障確率が許容確率以上である場合には、故障耐性無しと判定する。
【００３１】
ある解候補にある発生電圧パターンを適用した場合の通信機器の故障有無の判定は、図６，図７に示すように行う。すなわち、ある解候補に従って各通信機器に通信ケーブルを接続し、ある発生電圧パターンに従って各通信ケーブルに雷サージ電圧が発生した状態を想定する。このように想定した状態において、各通信機器に接続した通信ケーブルに発生する雷サージ電圧を、当該通信機器に定められる耐電圧と比較する。そして、１台以上の通信機器について雷サージ電圧が耐電圧以上であるならば、当該解候補に当該発生電圧パターンを適用した場合に、通信機器が故障する（故障有り）と判定し、全ての通信機器について雷サージ電圧が耐電圧未満であるならば、通信機器は故障しない（故障無し）と判定する。
【００３２】
図６では、通信機器Ａ〜Ｄそれぞれに接続される通信ケーブル（１）〜（４）に発生する雷サージ電圧が、何れも、通信機器Ａ〜Ｄの耐電圧未満であるため、通信機器Ａ〜Ｄの何れについても故障しないと判定するので、通信機器の故障無しと判定する。また、図７では、通信機器Ａに接続される通信ケーブル（２）に発生する雷サージ電圧である「２００Ｖ」が、通信機器Ａの耐電圧である「１５０Ｖ」以上であり、通信機器Ａが故障すると判定するので、通信機器の故障有りと判定する。
【００３３】
解候補それぞれに対して全ての発生電圧パターンを適用した全ての組み合わせについて通信機器の故障有無を判定するとなると、解候補や発生電圧パターンの増加に伴って、その組み合わせの数が指数関数的に増加する。そこで、本実施形態では、図８に示すような工夫によって、通信機器の故障有無の判定回数の削減を実現している。すなわち、先ず、発生電圧パターンを、その発生確率が高い順に並べ替える。次いで、並べ替えた順（すなわち、発生確率が高い順）に、発生電圧パターンを順次選択し、選択した発生電圧パターンを、全ての解候補それぞれに適用した場合の、通信機器の故障有無を判定する。そして、通信機器の故障有りと判定した場合に、適用した解候補の累計故障確率に、当該電圧発生パターンの発生確率を加算する。ある解候補について、その累計故障確率が所定の許容確率を超えた時点で、当該解候補を故障耐性無しと判定して、以降の通信機器の故障有無の判定から除外する。
【００３４】
（Ｄ２）接続切替数、及び、非接続数の最小化
続いて、故障耐性無しと判定した解候補のうちから、接続切替数、及び、非接続数が所定の最小化条件を満たす解候補を選択する。具体的には、先ずは非接続数が最小となる解候補を選択し、次いで、選択した解候補のうちから、更に、接続切替数が最小となる解候補を選択し、避難接続構成とする。なお、この選択の順序は逆でも良い。すなわち、接続切替数が最小となる解候補を選択した後に、更に、非接続数が最小となる解候補を選択するようにしても良い。
【００３５】
［機能構成］
図９は、避難接続構成算出装置１の機能構成図である。図９に示すように、避難接続構成算出装置１は、操作入力部１０２と、表示部１０４と、音出力部１０６と、通信部１０８と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて構成される一種のコンピュータである。
【００３６】
操作入力部１０２は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置で実現され、なされた操作入力に応じた操作信号を処理部２００に出力する。表示部１０４は、例えば液晶ディスプレイやタッチパネル等の表示装置で実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部１０６は、例えばスピーカ等の音声出力装置で実現され、処理部２００からの音信号に基づく各種音声出力を行う。通信部１０８は、例えば無線通信モジュールやルータ、モデル、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等で実現される通信装置であり、外部装置とのデータ通信を行う。
【００３７】
処理部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の演算装置や演算回路で実現され、記憶部３００に記憶されたプログラムやデータ、音出力部１０６や通信部１０８による入力データ等に基づいて、避難接続構成算出装置１の全体制御を行う。また、処理部２００は、機能的な処理ブロックとして、解候補設定部２０２と、電圧パターン設定部２０４と、故障耐性判定部２０６と、解選択部２０８とを有する。処理部２００が有するこれらの各部は、処理部２００がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現することも、専用の演算回路で実現することも可能である。本実施形態では、前者のソフトウェア的に実現することとして説明する。
【００３８】
解候補設定部２０２は、解候補設定手段に該当し、一部の通信機器に対する通信ケーブルの接続を非接続とする構成を含み得る避難接続構成の候補である解候補を複数設定する。すなわち、解候補設定部２０２は、対象とする鉄道通信設備に関する鉄道通信設備データ３１０を参照して解候補を設定する。
【００３９】
鉄道通信設備データ３１０は、鉄道通信設備に引き込まれている通信ケーブルに関する通信ケーブルデータ３１２と、鉄道通信設備に設置されている通信機器に関する通信機器データ３１４と、現状の通信機器とこれに接続する通信ケーブルとの組み合わせである基本接続構成に関する基本接続構成データ３１６とを含んでいる。通信ケーブルデータ３１２は、各通信ケーブルの種別のデータを含んでいる。通信機器データ３１４は、各通信機器の耐電圧や、接続可能な通信ケーブルの種別のデータを含んでいる。
【００４０】
解候補設定部２０２は、対象の鉄道通信設備における各通信機器について、当該通信機器に接続可能な種別の通信ケーブルを接続する、或いは、通信ケーブルを接続しない非接続の何れかとするような、通信機器と通信ケーブルとの可能な接続構成の組み合わせの全てを列挙し、解候補とする。この解候補に現状の接続構成である基本接続構成を含めることとしても良い。耐雷対策として、変更せずに現状の通信接続構成のままで良い場合もあり得るからである。
【００４１】
設定した解候補は、解候補データ３４０として記憶される。図１０は、解候補データ３４０の一例である。図１０に示すように、解候補データ３４０は、解候補毎に、解候補番号と対応付けて、通信機器とこれに接続する通信ケーブルとの組み合わせとともに、非接続数と、接続切替数と、を格納している。
【００４２】
電圧パターン設定部２０４は、電圧パターン設定手段に該当し、雷サージが侵入した場合に通信ケーブルそれぞれに発生する可能性のある雷サージ電圧の組み合わせである発生電圧パターンを複数設定する。具体的には、落雷場所別の発生電圧パターンを設定するとともに、落雷場所に対応する所与の発雷確率に基づく発生確率と対応付けて発生電圧パターンを設定する。
【００４３】
すなわち、電圧パターン設定部２０４は、例えば、対象の鉄道通信設備の近傍地域に雷警報が発令された場合等に、この雷警報と併せて提供される領域別の発雷確率の情報をもとに、領域毎に、当該領域の代表位置（例えば、中心位置）を落雷位置（落雷場所）とした雷サージシミュレーションを実行して、各通信ケーブルに発生する雷サージ電圧の組み合わせである発生電圧パターンを求め、当該領域の発雷確率を、求めた発生電圧パターンの発生確率とすることで、落雷位置別の発生電圧パターンを複数設定する。
【００４４】
設定した発生電圧パターンは、発生電圧パターンデータ３３０として記憶される。図１１は、発生電圧パターンデータ３３０の一例である。図１１に示すように、発生電圧パターンデータ３３０は、発生電圧パターン毎に、発生電圧パターン番号と対応付けて、通信ケーブルとこれに発生する雷サージ電圧との組み合わせとともに、発生確率を格納している。
【００４５】
故障耐性判定部２０６は、故障耐性判定手段に該当し、解候補それぞれについて、複数の発生電圧パターンを適用した場合に通信機器が故障するか否かを判定することで、当該解候補の故障耐性を判定する。故障耐性は、故障有りと判定された発生電圧パターンの発生確率に基づいて判定する。具体的には、発生確率の高い順に発生電圧パターンを適用して故障するか否かを判定し、故障有りと判定された発生確率の累計が所定の許容確率を満たさない解候補を故障耐性無しと判定することで、各解候補の故障耐性の有無を判定する。
【００４６】
すなわち、電圧パターン設定部２０４により設定された複数の発生電圧パターンの中から、発生確率が高い順に順次選択し、選択した発生電圧パターンを、解候補設定部２０２により設定された複数の解候補それぞれに適用した場合の通信機器の故障有無を判定する。そして、通信機器の故障有りと判定した場合、該当する解候補の累計故障確率に当該発生電圧パターンの発生確率を故障確率として加算し、加算した後の累計故障確率が許容確率以上ならば、当該解候補を故障耐性無しと判定して、以降の通信機器の故障有無の判定から除外する。全ての発生電圧パターンを選択して通信機器の故障有無の判定が終了すると、累計故障確率が許容確率未満である解候補を、故障耐性有りと判定する。ここで、通信機器の故障有無の判定に用いる許容確率は、制約条件データ３２０に含まれている。
【００４７】
解選択部２０８は、解選択手段に該当し、基準接続構成を解候補の接続構成に変更するための接続切替数と、故障耐性と、非接続の数とを用いて、複数の解候補の中から避難接続構成を選択する。具体的には。接続切替数および非接続の数が、所与の最小化条件を満たす解候補を避難接続構成として選択する。
【００４８】
すなわち、故障耐性判定部２０６によって故障耐性有りと判定された解候補の中から、非接続数が最小の解候補を選択し、選択した解候補の中から、更に、接続切替数が最小の解候補を選択し、避難接続構成とする。選択した避難接続構成は、避難接続構成データ３５０として記憶される。なお、接続切替数および非接続数の最小化条件として、最小であることとしたが、これを、所定数以下であることとしても良い。その場合には、複数の避難接続構成が選択される場合もあり得る。
【００４９】
記憶部３００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のＩＣ（Integrated Circuit）メモリやハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部２００が避難接続構成算出装置１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２００の作業領域として用いられ、処理部２００が実行した演算結果や、音出力部１０６や通信部１０８からの入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部３００には、避難接続構成算出プログラム３０２と、鉄道通信設備データ３１０と、制約条件データ３２０と、発生電圧パターンデータ３３０と、解候補データ３４０と、避難接続構成データ３５０とが記憶される。
【００５０】
［処理の流れ］
図１２は、避難接続構成算出処理を説明するフローチャートである。この処理は、処理部２００が避難接続構成算出プログラム３０２に従った処理を行うことで実現される。例えば、鉄道通信設備の周辺地域に雷注意報が発令されたといった発雷時又は発雷予測時に実行される。
【００５１】
先ず、解候補設定部２０２が、対象の鉄道通信設備における通信機器とこれに接続する通信ケーブルとの可能な組み合わせである解候補を複数設定する（ステップＳ１）。また、電圧パターン設定部２０４が、例えば、発令された雷注意報に含まれる発雷確率等に基づいて、各通信ケーブルに発生し得る雷サージ電圧の組み合わせである発生電圧パターンを複数設定する（ステップＳ３）。次いで、解候補設定部２０２は、設定した複数の解候補それぞれについて、基本接続構成に対する接続切替数を算出する（ステップＳ５）。
【００５２】
続いて、全ての発生電圧パターンについて、その発生確率が高い順に対象としたループＡの繰り返し処理を行う。ループＡの処理としては、全ての解候補を順に対象としたループＢの繰り返し処理を行う。ループＢの処理としては、故障耐性判定部２０６が、対象の解候補に対象の発生電圧パターンを適用した場合に、通信機器が故障するか否かの判定（通信機器の故障判定）を行う（ステップＳ７）。その結果、通信機器の故障有りと判定した場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、対象の解候補の累計故障確率に、対象の発生電圧パターンの発生確率を加算する（ステップＳ１１）。ループＢの処理はこのように行われる。全ての解候補を対象としたループＢの繰り返し処理を終了すると、解選択部２０８が、累計故障確率が許容確率を超えた解候補について、故障耐性無しと判定して、以降の処理から除外する（ステップＳ１３）。ループＡの処理はこのように行われる。
【００５３】
全ての発生電圧パターンを対象としたループＡの繰り返し処理を終了すると、解選択部２０８が、残った解候補の中から非接続数が最小となる解候補を選択し（ステップＳ１５）、次いで、選択した解候補の中から、更に、接続切替数が最小となる解候補を、避難接続構成として選択する（ステップＳ１７）。そして、例えば、表示部１０４に表示する等、選択した避難接続構成を出力する（ステップＳ１９）。以上の処理を行うと、避難接続構成処理は終了となる。
【００５４】
［作用効果］
このように、本実施形態によれば、通信機器とこれに接続する通信ケーブルとの組み合わせである接続構成を、通常時の基本接続構成から、落雷の影響を低減させるような避難接続構成に一時的に変更する場合のその避難接続構成を算出することができる。すなわち、発雷時又は発雷予測時においては、基本接続構成を避難接続構成に一時的に変更することで、落雷の影響を低減させることが可能となるため、その対処法として避難接続構成を提示することが可能となる。避難接続構成の算出としては、通信機器に対する通信ケーブルの非接続を含み得る複数の解候補の中から、接続切替数と、解候補の故障耐性と、非接続数とを用いて、避難接続構成を選択する。このため、例えば、様々な発生電圧パターンを適用した場合でも通信機器が故障する可能性が低く、故障耐性が“高い”とみなせる接続構成や、接続切替数や非接続数が少なく対処のための手間が少ない接続構成を、避難接続構成として算出するといったことが可能となる。
【００５５】
また、想定される落雷場所やその落雷場所毎の発雷確率（落雷の発生確率）、鉄道通信設備の構成等によって、通信ケーブルそれぞれに発生する雷サージ電圧の大きさは変化し得るため、発生電圧パターンに対応付けた発生確率に基づいて解候補の故障耐性を判定することで、耐雷対策としてより尤度の高い適切な避難接続構成を算出することが可能となる。
【００５６】
更に、解候補に発生電圧パターンを適用した場合に通信機器が故障するか否かの判定を、発生確率が高い発生電圧パターンから順に適用して行うことで、効率良く解候補それぞれの故障耐性の有無を判定できる。
【００５７】
［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。
【００５８】
例えば、落雷場所別の発雷確率が取得できない場合には、過去の落雷場所別の落雷確率から算出した避難接続構成に変更するようにしても良い。過去の落雷場所は、例えば、過去の気象データなどから、過去の所定期間（例えば、１年間）における対象の鉄道通信設備の周辺の実際の落雷位置として取得することができる。そして、取得した落雷位置毎に、雷サージシミュレーションを実行して、各通信ケーブルに発生する雷サージ電圧の組み合わせである発生電圧パターンを求める。このようにして、取得した落雷位置の総数（すなわち、過去の落雷回数）に等しいＮ個の落雷位置別の発生電圧パターンが求められるが、落雷位置が同じであれば、得られる発生電圧パターンは同じとなり、また、落雷位置が異なっても、結果として同じ発生電圧パターンが得られることもある。そこで、落雷位置の総数（落雷回数）Ｎに対する同一の発生電圧パターンの発生回数ｎの割合（＝ｎ／Ｎ）を、当該発生電圧パターンの発生確率Ｐとする。このようにして複数の発生電圧パターンを設定することができ、その発生確率Ｐの総和は「１００％」となる。このように設定した複数の発生電圧パターンを用いて、上述の実施形態と同様に、避難接続構成を算出する。
【符号の説明】
【００５９】
１  避難接続構成算出装置
２００  処理部
２０２  解候補設定部、２０４  電圧パターン設定部
２０６  故障耐性判定部、２０８  解選択部
３００  記憶部
３０２  避難接続構成算出プログラム
３１０  鉄道通信設備データ、３２０  制約条件データ
３３０  発生電圧パターンデータ、３４０  解候補データ
３５０  避難接続構成データ
【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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