(57)【要約】【課題】  安全な通信、及び通信路の劣化監視を実現するため、CRC検証などの技術が知られている。但し、前記CRC検証を適用した場合、下記の問題点が挙げられる。(1) CRCコードなどの冗長コードを電文データに追加する必要があり、通信負荷の上昇が課題となる。(2) CRCコードの計算及び検証を実施する必要があり、計算負荷の上昇が課題となる。【解決手段】  上記課題を解決するための本発明の代表的な通信装置の一つは、過去受信の電文データを保存するデータベースを内部に持ち、外部から最新電文データを受信した場合、前記データベースの情報を用いて、受信した最新電文データに環境ノイズが混入されているかを判断し、且つ、環境ノイズが混入されたと判断した場合、正しい電文データを推定電文データとして算出し、それと同時に推定電文データに関する信用度を計算し、その信用度の値より外部への送信情報を決定することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力データである２次電文データを決定する判定部と、
推定電文データ及び前記推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出する推定部とを備え、
前記推定部は、入力データである１次電文データを一定期間受信し、前記推定電文データ及び前記推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出し、
前記判定部は、直近に受信した前記１次電文データと前記推定電文データとの比較を行い、
一致と判断した場合、前記１次電文データを前記２次電文データと決定し、
不一致と判断した場合、直近に受信した前記１次電文データと前記推定電文データとの類似度を算出し、
前記類似度が第一の閾値以下の場合、不具合や事故を回避するために設定された電文データである安全側の電文データを前記２次電文データと決定し、
前記類似度が前記第一の閾値を越え、かつ、前記推定信用度が第二の閾値を越えている場合、前記推定電文データを前記２次電文データと決定し、
前記類似度が前記第一の閾値を越え、かつ、前記推定信用度が前記第二の閾値以下の場合、前記安全側の電文データを前記２次電文データと決定することを特徴とする列車通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載された列車通信装置において、前記類似度は、前記１次電文データのビット列の桁数から、前記１次電文データと前記推定電文データとのハミング距離を減算したものとして定義することを特徴とする列車通信装置。
【請求項３】
請求項１乃至請求項２のいずれか一つに記載された列車通信装置において、使用する全ての前記１次電文データの中で、任意の２つの前記１次電文データ間のハミング距離を計算し、その中で一番値の小さい前記ハミング距離を、前記１次電文データのビット列の桁数から引いたものを前記第一の閾値と定義することを特徴とする列車通信装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載された列車通信装置において、前記一定期間の間に受信した前記１次電文データの各ビットごとに現れる各データの内、出現回数の多いデータの組を前記推定電文データとし、前記出現回数の多いデータの出現比率の平均値を前記推定信用度とすることを特徴とする列車通信装置。
【請求項５】
列車を安全に運行するための通信を行う列車通信装置における列車通信方法であって、
前記列車通信装置は出力データである２次電文データを決定する判定部と、推定電文データ及び前記推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出する推定部とを備え、
前記推定部は、入力データである１次電文データを一定期間受信し、前記推定電文データ及び前記推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出する第一のステップと、
前記判定部は、直近に受信した前記１次電文データと前記推定電文データとの比較を行う第二のステップと、
前記判定部は、直近に受信した前記１次電文データと前記推定電文データが一致すると判断した場合、前記１次電文データを前記２次電文データと決定する第三のステップと、
前記判定部は、直近に受信した前記１次電文データと前記推定電文データが不一致と判断した場合、直近に受信した前記１次電文データと前記推定電文データとの類似度を算出する第四のステップと、
前記判定部は、前記類似度が第一の閾値以下の場合、不具合や事故を回避するために設定された電文データである安全側の電文データを前記２次電文データと決定する第五のステップと、
前記判定部は、前記類似度が前記第一の閾値を越え、かつ、前記推定信用度が第二の閾値を越えている場合、前記推定電文データを前記２次電文データと決定する第六のステップと、
前記判定部は、前記類似度が前記第一の閾値を越え、かつ、前記推定信用度が前記第二の閾値以下の場合、前記安全側の電文データを前記２次電文データと決定する第七のステップとを備えることを特徴とする列車通信方法。
【請求項６】
請求項５に記載された列車通信方法において、前記類似度は、前記１次電文データのビット列の桁数から、前記１次電文データと前記推定電文データとのハミング距離を減算したものとして定義することを特徴とする列車通信方法。
【請求項７】
請求項５乃至請求項６のいずれか一つに記載された列車通信方法において、使用する全ての前記１次電文データの中で、任意の２つの前記１次電文データ間のハミング距離を計算し、その中で一番値の小さい前記ハミング距離を、１次電文データのビット列の桁数から引いたものを前記第一の閾値と定義することを特徴とする列車通信方法。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれか一つに記載された列車通信方法において、過去一定期間に受信した前記１次電文データの各ビットごとに現れる各データの内、出現回数の多いデータの組を前記推定電文データとし、過去一定期間に受信した前記１次電文データの各ビットごとに現れる各データの内、出現回数の多いデータの出現比率の平均値を前記推定信用度とすることを特徴とする列車通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道信号システム用の通信装置及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道信号システムに適用する通信装置として、デジタル電文を利用した通信を行うものが普及しつつある。前記通信装置は、通信環境の劣化を監視し、安全な通信を実現する必要がある。
【０００３】
上記目的を達成するため、特開2009-12489(特許文献１)に記載の技術がある。特許文献１には「車両から無線伝送されたデジタル電文を地上側で受信し、受信したデジタル電文により列車の保安制御を行うと共に、車両と地上との間で無線伝送されるデジタル電文の通信状態を監視し、無線通信環境の劣化を監視する。監視の結果、例えば通信状態を示す値が定常的に一定値以下となった場合、環境の通信品質劣化と判断する。そして、通信品質が劣化したと判断した区間を通知し、アンテナ増設、変更等の環境改善を促す。」という記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009-12489
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
安全な通信、及び通信路の劣化監視を実現するため、CRC(Cyclic Redundancy Check)検証などの技術が知られているが、これを使用した場合、冗長コードを電文データに追加する必要があり、通信負荷が上昇する。そこで、このような冗長コードを付加せずに安全な通信、及び通信路の劣化監視を実現するという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の代表的な列車通信装置の一つは、外部へ送信する２次電文データを決定する判定部と、推定電文データ及び推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出する推定部とを備え、推定部は、入力データである１次電文データを一定期間受信し、推定電文データ及び推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出し、判定部は、直近に受信した１次電文データと推定電文データとの比較を行い、一致と判断した場合、１次電文データを２次電文データと決定し、不一致と判断した場合、直近に受信した１次電文データと推定電文データとの類似度を算出し、類似度が第一の閾値以下の場合、不具合や事故を回避するために設定された電文データである安全側の電文データを２次電文データと決定し、類似度が第一の閾値を越え、かつ、推定信用度が第二の閾値を越えている場合、推定電文データを２次電文データと決定し、類似度が第一の閾値を越え、かつ、推定信用度が第二の閾値以下の場合、安全側の電文データを２次電文データと決定することを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決するために、本発明の代表的な列車通信方法の一つは、列車を安全に運行するための通信を行う列車通信装置における列車通信方法であって、列車通信装置は出力データである２次電文データを決定する判定部と、推定電文データ及び推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出する推定部とを備え、推定部は、入力データである１次電文データを一定期間受信し、推定電文データ及び推定電文データの信頼性を示す推定信用度を算出する第一のステップと、判定部は、直近に受信した１次電文データと推定電文データとの比較を行う第二のステップと、判定部は、直近に受信した１次電文データと推定電文データが一致すると判断した場合、１次電文データを２次電文データと決定する第三のステップと、判定部は、直近に受信した１次電文データと推定電文データが不一致と判断した場合、直近に受信した１次電文データと推定電文データとの類似度を算出する第四のステップと、判定部は、類似度が第一の閾値以下の場合、不具合や事故を回避するために設定された電文データである安全側の電文データを２次電文データと決定する第五のステップと、判定部は、類似度が第一の閾値を越え、かつ、推定信用度が第二の閾値を越えている場合、推定電文データを２次電文データと決定する第六のステップと、判定部は、類似度が第一の閾値を越え、かつ、推定信用度が第二の閾値以下の場合、安全側の電文データを２次電文データと決定する第七のステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電文データへのCRCコードなどの冗長コードの付加をせずに、安全な通信、及び通信路の劣化監視を実現できるという効果を有する。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用した地上子装置を用いた鉄道信号システムのシステム構成図の例である。
【図２】本発明を適用した地上子装置の機能構成ブロック図の例である。
【図３】本発明を適用した地上子装置の処理フローチャート図の例である。
【図４】受信電文履歴データベース、及びその管理方法の実施例を示す図である。
【図５】受信頻度データベース、及びその管理方法の実施例を示す図である。
【図６】推定電文データベース、及びその管理方法の実施例を示す図である。
【図７】類似度の１つの実施例としてのハミング距離の説明図の例である。
【図８】閾値Aの選定に関する１つの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、図を用いて、実施例１を適用した地上子装置を用いた鉄道信号システムを１つの実施例として説明する。
【００１２】
配線箱(103)は、連動装置(104)からの信号制御データ(109)を受信し、信号機(105)に送信する。信号機(105)は、受信した信号制御データ(109)を元に、指定の信号灯を点灯させ、信号灯の点灯状態を点灯表示データ(110)として、配線箱(103)を経由して制御装置(102)に送信する。制御装置(102)は、配線箱(103)からの点灯表示データ(110)を受信し、点灯表示データ(110)を元に1次電文データ(111)を作成し、地上装置(101)へ送信する。
【００１３】
本実施例の地上子装置(101)は、線路(108)の近傍に設置され、1次電文データ(111)を受信し、受信した1次電文データ(111)に基づき、2次電文データ(112)を作成し、車輌(107)の車上装置(106)に送信する。
【００１４】
図１に示す実施例に関する前提条件を以下に示す。
【００１５】
(1) 制御装置(102)は、点灯表示データ(110)を元に1次電文データ(111)を作成し、送信する。
【００１６】
(2) 制御装置(102)から送信する1次電文データ(111)は、点灯表示データ(110)に連動して変化する。
【００１７】
(3) 点灯表示データ(110)が変化しない場合、制御装置(102)が一定周期で同一内容の1次電文データ(111)を地上子装置(101)に送信する。
【００１８】
(4) 地上子装置(101)が受信した1次電文データ(111)は、外部環境による影響を受け、
ノイズが混入する場合がある。
【００１９】
上記前提条件の下で、地上子装置(101)は、下記の処理を行う。
【００２０】
(1) 地上子装置(101)は、過去一定期間に受信した電文データに基づき、ステップ206に示す方法で、推定電文データ(160)、及びその推定信用度(161)を算出する。
【００２１】
(2) 地上子装置(101)は、1次電文データ(111)を受信した場合、1次電文データ(111)と推定電文データ(160)との比較を行い、一致する場合、環境ノイズの混入なし、且つ1次電文データ(111)の変更なし、と判断し、一次電文データ(111)をそのまま2次電文データ(112)として送出する。詳細について、ステップ202、及びステップ203に説明する。
【００２２】
(3) 1次電文データ(111)と推定電文データ(160)とが不一致の場合、地上子装置(101)は、1次電文データ(111)に環境ノイズの混入あり、又は制御装置から送出する1次電文データ(111)の内容が変更したと判断する。地上子装置(101)は、ステップ204に示す方法で1次電文データ(111)と推定電文データ(160)との類似度を算出し、類似度が事前定義の閾値Aを越えている場合、環境ノイズの混入あり、且つ1次電文データの変更なし、と判断し、ステップ206に示す方法で、内部データベース、推定電文データ(160)及び推定信用度(161)を更新し、推定信用度(161)が事前設定の閾値Bを越えている場合、推定電文データを送出する。詳細について、ステップ204〜208で説明する。
【００２３】
(4) 上記(3)以外の場合、1次電文データ(111)の変更が発生したと判断し、外部への出力を安全側に設置する。
図２〜７を用いて、詳細な説明を以下に示す。
【００２４】
地上子装置(101)は、制御装置(102)から1次電文データ(111)を受信する受信部（151）と、受信した1次電文データ(111)を保存する最新電文バッファー（152）と、外部への送信データを決定する判定部（153）と、過去受信の電文データを保存する受信電文履歴データベース（155）と、受信頻度情報を算出し、又は更新する頻度管理部（156）と、受信頻度情報を保存する受信頻度データベース（157）と、推定電文データ(160)、及び推定信用度(161)を算出する推定部(158)と、推定電文データ(161)、及び推定信用度(161)を保存する推定電文データベース(159)と、外部へ2次電文データ(112)を出力する送信部とを有し、図３に示す動作を行うものである。受信電文履歴データベース（155）は保存できる１次電文データ(111)の最大数が決まっている。例えば、図４の例では最大10個の１次電文データ(111)を保存することができる。
【００２５】
以下、各ステップの処理詳細を説明する。
【００２６】
ステップ201 : 受信部(151)は、１次電文データ(111)を受信し、最新電文バッファー(152)に書き込む。
【００２７】
ステップ213 : 有意な推定電文データ(160)および推定信用度(161)を算出するため、判定部(153)は、起動後、あるいは、初期値にクリア後、受信電文履歴データベース（155）に保存できる最大の個数の１次電文データ(111)が保存されたか確認する。保存されていればステップ202へ進み、そうでなければステップ210へ進む。
【００２８】
ステップ202 : 判定部(153)は、1次電文データ(111)と推定電文データ(160)と一致するかを判定する。一致の場合、受信した1次電文データにノイズ混入無し、且つ制御装置から送信した1次電文データ(111)の変更無しと判断し、ステップ203を実施する。不一致の場合、1次電文データにノイズ混入あり、又は制御装置から送信した1次電文データ(111)の変更発生ありと判断し、ステップ204を実施する。
【００２９】
ステップ203 ：判定部(153)は、1次電文データ(111)を送信部(154)に送付し、送信部(154)は1次電文データ(111)を2次電文データ(112)として外部へ送出する。
【００３０】
ステップ204 : 判定部(153)は、1次電文データ(111)と推定電文データ(160)との類似度を算出する。類似度の定義方法は限定されていないが、その１つの例として、下記に説明するハミング距離を用いた例を挙げる。
【００３１】
ハミング距離は、電文データのビット列の類似度を評価するものである。２つの６桁のビット列に関するハミング距離を計算する例を図７に示す。ビット列Aとビット列Bの各ビット値を比較し、異なるビットの数をハミング距離として定義する。 図７の例で説明すると、電文データのビット列AとビットBに関して、３ビット目と５ビット目のみが相互に異なるため、ハミング距離を２として定義する。類似度は対象のビット列の桁数からハミング距離を引いたものとする。すなわち、ビット列Aとビット列Bの類似度はビット列の桁数−ハミング距離＝６−２＝４となる。
【００３２】
ステップ205 : 判定部(153)は、算出した類似度と事前定義の閾値Aとの比較を行い、類似度が閾値Aを超えている場合、受信した1次電文データ(111)にノイズ混入あり、且つ制御装置から送信した1次電文データ(111)の変更なし、と判断し、ステップ206を実施し、類似度が閾値A以下の場合、制御装置から送信した1次電文データ(111)の変更ありと判断し、ステップ209を実施する。閾値Aの定義方法は限定されていないが、その１つの例として、下記の方法が考えられる。
【００３３】
使用する全ての1次電文データ(111)の中で、任意の２つの1次電文データ(111)間のハミング距離を算出する。算出されたハミング距離の中で、一番値の小さいハミング距離を、1次電文データのビット列の桁数から引いたものを閾値Aと定義する。その一例を図８に示す。
【００３４】
図８では、使用する全ての1次電文データ(111)は候補A、候補B、候補Cの３つである。候補X、候補Y（候補Xは候補A、候補B、候補Cのいずれか1つ、候補Yは候補A、候補B、候補Cのいずれか1つ、候補Xと候補Yは同一ではない）についてそのハミング距離をハミング距離(X, Y)と表す。この例では、ハミング距離(A, B)＝３、ハミング距離(A, C)＝２、ハミング距離(B, C)＝５となり、一番値の小さいハミング距離はハミング距離(A, C)＝２である。よって閾値Aを1次電文データのビット列の桁数−ハミング距離(A, C)＝６−２＝４とする。
【００３５】
ステップ206 ： 判定部(153)は、1次電文データ(111)を元に、受信電文履歴データベース(155)を更新する。頻度管理部(156)は、受信頻度データベース(157)を更新する。推定部は、推定電文データベース(159)を更新する。各データベースの構成、及び更新方法は、限定されていないが、その一例として以下に説明する。
【００３６】
受信電文履歴データベース(155)について、以下に説明する
受信電文履歴データベース(155)は、判定部(153)が管理する。受信電文履歴データベース(155)は、過去に受信した１次電文データ(111)を保存する。図４に、過去に受信した10個の１次電文データ(111)を保存する例を示す。
【００３７】
電文データは、複数のデータブロックより構成され、ブロック単位で保存する。更新方法は限定されないが、一例として、FIFO(First In First Out)が挙げられる。図４の例で説明すると、受信電文履歴データベースに保存される電文1が、10個の電文データの中に一番最初に受信したものであり、電文10が10個の電文データの中に一番最新で受信した電文データである。 最新の1次電文データを受信した場合、電文1を上書きして保存する。
【００３８】
受信頻度データベース(157)について、以下に説明する。
【００３９】
受信頻度データベース(157)は、頻度管理部(156)が管理する。頻度管理部(156)は、前記受信電文履歴データベース(155)が更新される場合、受信頻度データベース(157)を更新する。受信頻度データベース(157)は、電文データを構成する各データブロックに関する、全て可能な値の受信頻度、及び受信頻度に基づくブロック推定値、信用度を保存するものである。図４に基づく受信頻度データベース(157)の例を図５に示す。
【００４０】
頻度管理部(156)は、前記受信電文履歴データベース(155)を元に各データブロックに関して、各可能な値の受信頻度を統計し、受信頻度データベース(157)に保存する。頻度の高い値をデータブロックの推定値と判断し、頻度の比率をデータブロック値の信用度と判断する。図５の例で説明すると、No.1のブロックに関して、ブロック値=1の電文の受信頻度が10回であり、No.1ブロック=0の電文の受信頻度が0回であることを保存する。この場合、No.1ブロックの推定値は1となり、信用度は１０／１０＝１となる。同様に、No.2ブロックの推定値は0となり、信用度は９／１０＝０．９となる。
【００４１】
推定電文データベース(159)について、以下に説明する。
【００４２】
推定電文データベース(159)は、推定部(158)が管理する。
【００４３】
推定部は、受信頻度データベース(157)が更新される場合、推定電文データベース(159)を更新する。推定電文データベース(159)は、前記受信頻度管理データベース(157)を元に推定電文データ(160)及び推定信用度(161)を保存するものである。図６にそのデータ構成を示す。
【００４４】
推定部(158)は、受信頻度データベース(157)における各データブロックの推定値を抽出し、その組合せを推定電文データ(160)とし、推定電文データベース(159)に保存する。 推定部(158)は、受信頻度データベース(157)における各データブロックの推定値の信用度の平均値を算出し、推定電文データの推定信用度(161)とし、推定電文データベース(159)に保存する。
【００４５】
ステップ207 : 判定部(153)は、推定電文データベース(159)から推定信用度(161)を読込み、事前定義の閾値Bとの比較を行い。推定信用度(161)が事前定義の閾値Bを超える場合、推定電文データ(160)が十分に信用できると判断し、ステップ208を実施する。閾値B以下の場合、推定電文データ(160)が十分に信用できないと判断し、ステップ211を実施する。
【００４６】
ステップ208 ： 判定部(153)は、推定電文データを送信部(154)へ送付し、送信部(154)は、推定電文データ(160)を2次電文データ(112)として送出する。
【００４７】
ステップ209 : 判定部(153)は、受信電文履歴データベース(155)、受信頻度データベース(157)、及び、推定電文データベース(159)を初期値にクリアする。
【００４８】
ステップ210 : 判定部(153)は、受信電文データ(111)に基づき、受信電文履歴データベース(155)を更新する。頻度管理部(156)は、受信電文履歴データベース(155)に基づき、受信頻度データベース(157)を更新する。推定部は、受信値頻度データベース(157)に基づき、推定電文データベースを更新する。
【００４９】
ステップ211 : 送信部(154)は、安全側の電文データを2次電文データ(112)として送出する。
【００５０】
安全側の電文データとは、不具合や事故を回避するため設定された電文データであり、通常は列車を止めるための電文データである。一例として、初期化直後の電文データやオール０のデータなどが使用される。あるいは、急な指示を行わせないため、直前の状態を維持した電文データでも良い。
【００５１】
本実施例により、CRCコードなどの冗長コードを電文データに追加不要で通信負荷の上昇を抑えられる。また、CRCコードの計算及び検証を実施不要で、計算負荷の上昇を抑えられる。また、推定電文データ(160)が十分に信用できないとき、安全側の電文データを送出することにより、危険になりうる事象の発生を抑制することができる。
【００５２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
101…地上子装置
102…制御装置
103…配線箱
104…連動装置
105…信号機
106…車上装置
107…車輌
108…線路
109…信号制御データ
110…点灯表示データ
111…1次電文データ
112…2次電文データ
151…受信部
152…最新電文バッファー
153…判定部
154…送信部
155…受信電文履歴データベース
156…頻度管理部
157…受信頻度データベース
158…推定部
159…推定電文データベース
160…推定電文データ
161…推定信用度
【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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