(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車が走行する軌道を区切った複数の区間それぞれのレール破断を検知するレール破断検知装置であって、
各区間を順次切り替えて選択することで、当該区間のレールに定められた信号入力点および信号出力点を選択する切替制御部と、
所定の符号化信号を所定の多周波利用変調方式で変調して送信信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部によって生成された送信信号を、前記切替制御部によって選択された信号入力点に出力する送信切替部と、
前記切替制御部によって選択された信号出力点からの信号を受信信号として入力する受信切替部と、
前記受信信号に対して前記多周波利用変調方式に対応する復調方式による復調を試行し、当該受信信号を前記符号化信号に復号可能な状態に達する以前の、所定の復調成功条件に達した時点で、信号捕捉に成功したことを検出する信号捕捉検出部と、
前記信号捕捉検出部の検出結果、および、前記切替制御部によって選択された区間に基づいて、前記区間毎のレール破断を判定する破断判定部と、
を備えたレール破断検知装置。
【請求項２】
前記破断判定部は、前記信号捕捉検出部による未検出の区間が前記軌道に沿って順次切り替わっていない場合に、当該未検出の区間に基づいてレール破断を判定する、
請求項１に記載のレール破断検知装置。
【請求項３】
前記信号生成部は、所定の拡散符号を用いて前記符号化信号を拡散符号化するスペクトラム拡散により前記多周波利用変調方式での一次変調を行い、当該一次変調した信号で所定の搬送波を変調させる二次変調を行って前記送信信号を生成し、
前記信号捕捉検出部は、前記受信信号に対して前記二次変調に対応する復調を行った信号に対して、前記拡散符号を用いて逆拡散復号することで、前記多周波利用変調方式に対応する復調方式による復調の試行を行う、
請求項１又は２に記載のレール破断検知装置。
【請求項４】
前記信号生成部は、前記符号化信号をサブキャリア数分のパラレル信号に変換した上でサブキャリア変調および逆フーリエ変換を行って各信号を合成するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）により前記多周波利用変調方式での一次変調を行い、当該一次変調した信号で所定の搬送波を変調させる二次変調を行って前記送信信号を生成し、
前記信号捕捉検出部は、前記受信信号に対して前記二次変調に対応する復調を行った信号に対して、フーリエ変換およびサブキャリア復調を行って得られるサブキャリア数分のパラレル信号をシリアル信号に変換することで、前記多周波利用変調方式に対応する復調方式による復調の試行を行う、
請求項１又は２に記載のレール破断検知装置。
【請求項５】
前記受信信号のレベルが所定の閾値レベル範囲内となるように前記受信信号のレベルを調整するＡＧＣ制御部であって、当該受信信号のレベル変化が急峻変化条件を満たす場合には当該受信信号のレベル調整を停止するＡＧＣ制御部、
を更に備えた請求項１〜４の何れか一項に記載のレール破断検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールの破断を検知するレール破断検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道において、レール破断の検知は軌道回路の副次的な機能として実現されていた。軌道回路は、列車の輪軸で左右のレール間が短絡されることにより軌道回路の送信側から送出された信号の受信側での受信レベルが低下することを利用して、軌道回路内に列車が在線していることを検出する装置である。レール破断が発生した場合も受信レベルが低下することから、軌道回路はレール破断を副次的に検知することができるのである。
【０００３】
近年では、コスト削減や高密度な列車運行を実現可能とした地上・車上間の無線通信を利用した列車制御システムの開発が進められている。かかるシステムは、列車位置を車上で取得することから軌道回路が設置されないことが多い。このため、レール破断検知装置を別途設けることが求められている。この要求に応えるため、例えば特許文献１には、コストを低減したレール破断検知装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２５１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に開示されているような軌道回路を利用したレール破断検知装置は、レールに検知信号を送信し、その受信レベルの低下によってレール破断を検知している。この場合、軌道回路には検知信号の信号電流よりはるかに大きな電車電流が流れているが、電車電流は並行する２本のレールにほぼ同じ大きさに分流して同一方向に流れる。レール破断が生じていない状態においては、レール破断の検知信号は軌道回路の並行するレールに還流して流れるため、検知信号に対する電車電流の影響は、同一方向に並行して流れる電流の差分となる。しかしながら、レール破断時においては、レール破断が生じていない健全なレールだけに電車電流が流れ、これが全て検知信号に対する妨害波となることからＳ／Ｎ（Signal-to-Noise）比が大幅に悪化し、レール破断の検知能力が低下するおそれがある。
【０００６】
また、レール破断の発生頻度は低いことから、コスト削減のため、駅間といった比較的長い区間を１つの検知対象区間とする場合が考えられる。しかしその場合には、レールを流れる検知信号の減衰が大きくなるため、上述した電車電流による雑音や妨害波の影響が更に強まり、更なるレール破断の検知能力の低下につながることが考えられる。
【０００７】
また、軌道回路を使用して受信レベルの低下を検知するレール破断検知装置は、レール破断の検知だけではなく列車の在線、すなわち走行列車も検知する。鉄の塊であるレールの破断の発生頻度は極めて少ないのに対し、走行列車の検知は桁違いに多い。従って、レール破断と列車を区分しないとレール破断検知を見逃すことが考えられることから、レール破断だけを検知する必要がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、電車電流の影響を受けることのない、レール破断の検知能力を高めた新たなレール破断検知装置の技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための第１の発明は、
列車が走行する軌道を区切った複数の区間それぞれのレール破断を検知するレール破断検知装置であって、
各区間を順次切り替えて選択することで、当該区間のレールに定められた信号入力点および信号出力点を選択する切替制御部と、
所定の符号化信号を、所定の多周波利用変調方式で変調して送信信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部によって生成された送信信号を、前記切替制御部によって選択された信号入力点に出力する送信切替部と、
前記切替制御部によって選択された信号出力点からの信号を受信信号として入力する受信切替部と、
前記受信信号に対して前記多周波利用変調方式に対応する復調方式による復調を試行し、当該受信信号を前記符号化信号に復号可能な状態に達する以前の、所定の復調成功条件に達した時点で、信号捕捉に成功したことを検出する信号捕捉検出部と、
前記信号捕捉検出部の検出結果、および、前記切替制御部によって選択された区間に基づいて、前記区間毎のレール破断を判定する破断判定部と、
を備えたレール破断検知装置である。
【００１０】
第１の発明によれば、レールに送信する送信信号を所定の多周波利用変調方式で変調して生成し、レールからの受信信号に対する復調を試行して信号捕捉に成功したかを検出することにより、レール破断を検知することが可能となる。つまり、受信信号を元の符号化信号にまで復号しなくとも、送信時の多周波利用変調方式に対応する復調方式で復調成功条件に達する復調ができたこと、すなわち信号捕捉に成功したことの検出でもって、受信した信号は適正な信号に違いないことを確認できる。これにより、電車電流による雑音や妨害波の影響を受けても符号化信号の捕捉が可能となり、耐雑音および耐妨害波特性が大幅に向上して、レール破断の検知能力の高いレール破断検知装置を実現できる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、
前記破断判定部は、前記信号捕捉検出部による未検出の区間が前記軌道に沿って順次切り替わっていない場合に、当該未検出の区間に基づいてレール破断を判定する、
レール破断検知装置である。
【００１２】
第２の発明によれば、列車在線による信号捕捉の成功の未検出と、レール破断による信号捕捉の成功の未検出とを区別して判定することができる。軌道在線時にも、列車の輪軸によりレール間が短絡されることで送信信号が受信されずに信号捕捉の成功が未検出となるが、列車は軌道に沿って走行することから、時間経過に伴って、信号捕捉の成功の未検出の区間が軌道に沿って順次変化する。一方、レール破断が生じた場合には、そのレール破断した区間のみが信号捕捉の成功が未検出となる。このことから、信号捕捉の成功が未検出の区間が前記軌道に沿って順次切り替わっていない場合には、レール破断と判定することができる。
【００１３】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記信号生成部は、所定の拡散符号を用いて前記符号化信号を拡散符号化するスペクトラム拡散により前記多周波利用変調方式での一次変調を行い、当該一次変調した信号で所定の搬送波を変調させる二次変調を行って前記送信信号を生成し、
前記信号捕捉検出部は、前記受信信号に対して前記二次変調に対応する復調を行った信号に対して、前記拡散符号を用いて逆拡散復号することで、前記多周波利用変調方式に対応する復調方式による復調の試行を行う、
レール破断検知装置である。
【００１４】
第３の発明によれば、符号化信号に対する多周波利用変調方式としてスペクトラム拡散変調を行うことで、送信信号を生成することができる。
【００１５】
第４の発明は、第１又は第２の発明において、
前記信号生成部は、前記符号化信号をサブキャリア数分のパラレル信号に変換した上でサブキャリア変調および逆フーリエ変換を行って各信号を合成するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）により前記多周波利用変調方式での一次変調を行い、当該一次変調した信号で所定の搬送波を変調させる二次変調を行って前記送信信号を生成し、
前記信号捕捉検出部は、前記受信信号に対して前記二次変調に対応する復調を行った信号に対して、フーリエ変換およびサブキャリア復調を行って得られるサブキャリア数分のパラレル信号をシリアル信号に変換することで、前記多周波利用変調方式に対応する復調方式による復調の試行を行う、
レール破断検知装置である。
【００１６】
第４の発明によれば、符号化信号に対する多周波利用変調方式としてＯＦＤＭ変調を行うことで、送信信号を生成することができる。
【００１７】
第５の発明は、第１〜第４の何れかの発明において
前記受信信号のレベルが所定の閾値レベル範囲内となるように前記受信信号のレベルを調整するＡＧＣ制御部であって、当該受信信号のレベル変化が急峻変化条件を満たす場合には当該受信信号のレベル調整を停止するＡＧＣ制御部、
を更に備えたレール破断検知装置である。
【００１８】
第５の発明によれば、受信信号のレベルの低下に追従するようにレベル調整を行うことで、レール破断の検知精度を向上させることが可能となる。繰り返しの列車通過に伴うバラスト沈下や環境変化に伴う経時変化等による道床の変動等によって受信信号のレベルが低下する可能性がある。また、列車通過時にも受信信号のレベルが低下する。両者を時間変化で比較すると、道床変動による受信信号のレベル低下は、低下の程度が小さく、また、その低下はゆっくりであるが、列車通過時の受信信号のレベル低下は、急激に低下した後に元のレベルに戻るといった急峻な変化をする。このため、受信信号のレベル変化が急峻変化条件を満たすか否かによって、受信信号のレベル変化（低下）が列車通過によるものか否かを判別する。道床変動等によるゆっくりとした受信信号のレベル低下に対する追従制御として、受信信号のレベルを所定の閾値レベル範囲となるようにレベル調整を行うことで、受信信号に対する復調および信号捕捉の成否判定の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】レール破断検知装置の構成図。
【図２】信号生成部の構成図。
【図３】信号捕捉検出部の構成図。
【図４】破断判定部によるレール破断の判定の一例。
【図５】破断判定部によるレール破断の判定の一例。
【図６】破断判定部によるレール破断の判定の一例。
【図７】ＯＦＤＭを用いて送信信号を生成する場合の信号生成部の構成図。
【図８】ＯＦＤＭを用いて送信信号を生成する場合の信号捕捉検出部の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。
【００２１】
［構成］
図１は、本実施形態のレール破断検知装置１の構成図である。レール破断検知装置１は、列車が走行する軌道３を区切った複数の区間Ｔｉ（ｉ＝１，２，・・，ｎ）それぞれのレール破断を検知する装置である。
【００２２】
各区間Ｔｉ（ｉ＝１，２，・・，ｎ）には、１つの信号入力点ｓｉ（ｉ＝１，２，・・，ｎ）と、２つの信号出力点ｒｉ１，ｒｉ２（ｉ＝１，２，・・，ｎ）とが定められている。信号入力点ｓは区間Ｔの中央に定められ、信号出力点ｒは区間Ｔの両端に定められている。信号入力点ｓおよび信号出力点ｒは、レールとレール破断検知装置１との電気的接点であり、左右一対の２本のレール間に接続された整合変成器を介してレールに信号が入出力される。レール破断検知装置１は、複数の区間Ｔのうちから１つの区間Ｔを検知対象として順次切り替えて選択し、選択した区間Ｔの信号入力点ｓからレールに送信信号Ｓを出力し、信号出力点ｒから入力される受信信号Ｒに基づいて、当該区間Ｔのレール破断を判定する。
【００２３】
レール破断検知装置１は、切替制御部１０と、信号生成部２０と、送信切替部３０と、受信切替部４０と、信号捕捉検出部５０と、破断判定部６０とを備える。
【００２４】
切替制御部１０は、各区間Ｔを順次切り替えて選択し、選択した区間Ｔを指示する信号を送信切替部３０および受信切替部４０に出力することで、当該区間Ｔのレールに定められた信号入力点ｓおよび信号出力点ｒを選択する。図１では、区間Ｔ１を選択している状態を示しており、区間Ｔ１に対応する送信切替部３０のスイッチＰ１と、受信切替部４０のスイッチＱ１１，Ｑ１２とがオンとなっている。
【００２５】
信号生成部２０は、所定の符号化信号であるレール破断検知信号を、多周波利用変調方式の１つであるスペクトラム拡散による変調を行った上で送信信号Ｓを生成する。図２に示すように、信号生成部２０は、検知信号生成部２１と、変調部２９とを有する。変調部２９は、拡散符号生成部２２と、拡散符号化部２３と、搬送波生成部２４と、搬送波変調部２５とを有する。検知信号生成部２１は、符号化信号であるレール破断検知信号を生成する。拡散符号生成部２２は、不図示のクロック信号に従って、拡散符号である疑似雑音符号（以下、「ＰＮ符号」という）を生成する。拡散符号化部２３は、検知信号生成部２１により生成されたレール破断検知信号と拡散符号生成部２２により生成されたＰＮ符号とを乗算することで、スペクトラム拡散による一次変調を行って拡散符号化信号を生成する。搬送波生成部２４は、所定周波数の搬送波を生成する。搬送波変調部２５は、拡散符号化部２３により生成された拡散符号化信号と搬送波生成部２４により生成された搬送波を乗算することで、拡散符号化信号で搬送波を変調させる二次変調を行って送信信号Ｓを生成する。
【００２６】
図１に戻り、送信切替部３０は、各区間Ｔｉの信号入力点ｓｉ（ｉ＝１，２，・・，ｎ）それぞれに接続された複数のスイッチＰｉ（ｉ＝１，２・・，ｎ）を有し、切替制御部１０によって指示された区間Ｔの信号入力点ｓに接続されたスイッチＰをオン（接続）し、それ以外のスイッチＰをオフ（非接続）することで、信号生成部２０によって生成された送信信号Ｓを、切替制御部１０によって選択された信号入力点ｓに出力する。
【００２７】
受信切替部４０は、各区間Ｔｉ（ｉ＝１，２，・・，ｎ）の信号出力点ｒｉ１，ｒｉ２（ｉ＝１，２，・・，ｎ）それぞれに接続された複数のスイッチＱｉ１，Ｑｉ２（ｉ＝１，２，・・，ｎ）を有し、切替制御部１０によって指示された区間の信号出力点ｒに接続されたスイッチＱをオンし、それ以外のスイッチＱをオフすることで、切替制御部１０によって選択された信号出力点ｒからの信号を受信信号Ｒとして入力する。１つの区間Ｔに２つの信号出力点ｒが設けられているから、受信切替部４０には２つの受信信号Ｒ１，Ｒ２が入力される。
【００２８】
信号捕捉検出部５０は、受信切替部４０により入力された受信信号Ｒに対してスペクトラム拡散による復調を試行し、受信信号Ｒをレール破断検知信号に復号可能な状態に達する以前の、所定の復調成功条件に達した時点で、信号捕捉に成功したことを検出する。受信信号Ｒからレール破断検知信号を復号する必要はない。切替制御部１０は各区間Ｔを順次切り替えて選択することから、信号捕捉検出部５０は、この選択に従い、各区間Ｔを順次切り替えて当該区間Ｔからの受信信号Ｒの信号捕捉に成功したかを検出することになる。
【００２９】
図３に示すように、信号捕捉検出部５０は、２つの受信信号Ｒ１，Ｒ２それぞれに対応する２つの信号捕捉検出部５０−１，５０−２を有する。信号捕捉検出部５０−１，５０−２は同一構成であり、ＡＧＣ制御部５１と、復調部５９とを有する。復調部５９は、搬送波生成部５２と、搬送波信号除去部５３と、拡散符号生成部５４と、逆拡散復号部５５と、同期捕捉部５６とを有する。
【００３０】
ＡＧＣ制御部５１は、受信信号Ｒのレベルが所定の閾値レベル範囲となるように当該受信信号Ｒのレベルを調整する。また、受信信号Ｒのレベル変化が急峻変化条件を満たす場合には当該受信信号Ｒのレベル調整を停止し、停止時点での調整値をそのまま保持する。その後、急峻変化条件を満たさなくなると、保持している調整値から受信信号Ｒのレベル調整を再開する。急峻変化条件は、受信信号Ｒのレベルが急峻に変化したとみなす条件である。具体的には、軌道３を列車が走行すると、当該列車の輪軸によって左右のレール間が短絡されることで受信信号Ｒのレベルが短時間で大きく低下し、列車が通過して輪軸による短絡が終了すると、直後に元のレベルに戻るといった急峻な変化をする。急峻変化条件は、この列車通過時の受信信号の急峻なレベル変化を判定するための条件である。入力された信号レベルを随時更新保持する回路と、当該回路に保持されている直前の信号レベルと今回入力された信号レベルとの差を所定の閾値と比較して、当該閾値を超える差が生じた場合に急峻変化条件を満たしたと判定する比較回路とで急峻変化条件を満たすか否かを判定する回路を構成することができる。
【００３１】
また、受信信号Ｒのレベルは、繰り返しの列車通過に伴うバラスト沈下や環境変化に伴う経時変化等による道床の変動等によって低下する可能性があるが、このレベル低下は、列車通過時のレベル低下と比較すると、低下の程度は小さく、また、ゆっくりとした低下である。このため、ＡＧＣ制御部５１は、受信信号Ｒのレベル変化が急峻変化条件を満たすか否かによって、受信信号Ｒのレベル変化（低下）が列車通過によるものか否かを判別し、道床変動等によるゆっくりとした受信信号Ｒのレベル低下に追従させるように、受信信号Ｒのレベルを所定の閾値レベル範囲となるようにレベル調整することができる。これにより、受信信号Ｒに対する復調および信号捕捉の成否判定の精度を高め、その結果としてレール破断の検知精度を向上させることが可能となる。
【００３２】
搬送波生成部５２は、信号生成部２０の搬送波生成部２４が生成する搬送波と同じ周波数の搬送波を生成する。搬送波信号除去部５３は、ＡＧＣ制御部５１から出力された受信信号Ｒと搬送波生成部５２により生成された搬送波とを乗算することで、受信信号Ｒに対する復調を行う機能部であり、この復調によって搬送波信号が除去される。除去された後の信号を復調信号と呼称する。搬送波信号除去部５３が行う復調は、信号生成部２０の搬送波変調部２５による二次変調に対応する復調である。
【００３３】
拡散符号生成部５４は、不図示のクロック信号に従って、信号生成部２０の拡散符号生成部２２が生成するＰＮ符号と同じ拡散符号であるＰＮ符号を生成する。逆拡散復号部５５は、搬送波信号除去部５３により搬送波信号が除去された後の復調信号と拡散符号生成部５４により生成されたＰＮ符号とを乗算することで、復調信号に対してＰＮ符号を用いた逆拡散復号を行う。この逆拡散復号はスペクトラム拡散による復調の試行ということができる。
【００３４】
同期捕捉部５６は、拡散符号生成部５４に対して、生成するＰＮ符号の位相を指示する信号を出力して、拡散符号生成部５４が生成するＰＮ符号の位相と、受信信号Ｒに含まれているＰＮ符号の位相とを一致させる受信信号Ｒの同期捕捉を行う。具体的には、逆拡散復号部５５によって逆拡散復号された信号の値を積算し、この積算値（相関値ともいえる）ができるだけ高い値となるように、拡散符号生成部５４に対して、生成するＰＮ符号の位相をずらす指示をする。積算は、いわゆる相互相関演算に相当する。また、同期捕捉部５６は、逆拡散復号された信号の積算値（相関値）が所定のピーク値条件を満たす場合、復調成功条件に達したとして、受信信号Ｒの信号捕捉に成功したことを検出する。信号捕捉の成否の検出結果は、捕捉信号Ｄ（信号捕捉検出部５０−１であれば捕捉信号Ｄ１、信号捕捉検出部５０−２であれば捕捉信号Ｄ２）として出力する。
【００３５】
復調成功条件は、受信信号Ｒがレール破断検知信号を含むとみなせる条件である。本実施形態では、スペクトラム拡散によりレール破断検知信号の変調を行っているので、受信信号Ｒ（より正確には逆拡散復号された信号）とＰＮ符号との積算値（相関値）が所定のピーク値条件を満たすことを復調成功条件としている。ＰＮ符号は所定長（例えば、６４ビット）の符号であるので、ＰＮ符号全体ではなく、その一部（例えば、符号長を６４ビットとした場合、５０％である３２ビット、２０％である１２ビット、１０％である６ビット、などである）が合致した場合に積算値（相関値）として表れ得る閾値に達したことを所定のピーク値条件を満たすこととし、復調成功条件に達したと判定することができる。
【００３６】
図１に戻り、破断判定部６０は、信号捕捉検出部５０の検出結果および切替制御部１０によって選択された区間に基づいて、区間Ｔ毎のレール破断を判定する。切替制御部１０は各区間Ｔを順次切り替えて選択することから、破断判定部６０は、この選択に従って、信号捕捉検出部５０の検出結果である捕捉信号Ｄが何れの区間Ｔについてであるかを特定する。
【００３７】
ある区間Ｔにレール破断が生じると、当該レール破断の部分で送信信号Ｓの伝搬が遮断されるため、当該区間Ｔでの受信信号Ｒの信号捕捉が失敗する。また、軌道３を列車が走行すると、当該列車の輪軸によってレール間が短絡されることで、受信信号Ｒの信号捕捉が失敗する。破断判定部６０は、信号捕捉検出部５０による信号捕捉の失敗した区間Ｔ、つまり、信号捕捉の成功が未検出の区間Ｔが軌道３に沿って順次切り替わっている場合には列車通過と判定し、順次切り替わっていない場合に、当該信号捕捉の失敗に基づいてレール破断を判定する。
【００３８】
図４〜図６は、破断判定部６０によるレール破断の判定の一例である。図４は、レール破断も生じておらず、且つ、軌道３を列車が走行していない通常時の判定結果の一例であり、図５は、軌道３を列車が走行している列車通過時の判定結果の一例であり、図６は、レール破断が生じた場合の判定結果の一例である。図４では、上側に、信号捕捉検出部５０が出力する捕捉信号Ｄ１，Ｄ２が表す信号捕捉の成否、および、切替制御部１０による区間Ｔの選択を示し、下側に、破断判定部６０による判定結果を示している。また、図５，図６では、破断判定部６０による判定結果を示している。
【００３９】
各区間Ｔｉに２つの信号出力点ｒｉ１，ｒｉ２が定められ、送信切替部３０には２つの受信信号Ｒ１，Ｒ２が入力されるから、信号捕捉検出部５０は、この２つの受信信号Ｒ１，Ｒ２それぞれについての信号捕捉の成否の検出結果を示す捕捉信号Ｄ１，Ｄ２を出力する。破断判定部６０は、時刻ｔから区間Ｔと捕捉信号Ｄとの対応を特定し、区間Ｔ毎に特定した捕捉信号Ｄから信号捕捉の失敗を判定して、レール破断或いは列車通過を判定する。各区間Ｔｉでは、信号入力点ｓｉに対する信号出力点ｒｉ１と信号出力点ｒｉ２との位置が逆となるため、当該区間Ｔｉを、信号入力点ｓｉを境界として２つに分けることができる。図４〜図６では“前半”および“後半”と呼称して示している。信号出力点ｒｉ１からの受信信号Ｒ１に基づく捕捉信号Ｄ１と、信号出力点ｒｉ２からの受信信号Ｒ２に基づく捕捉信号Ｄ２とで、当該区間Ｔｉの“前半”および“後半”それぞれについて、レール破断或いは列車通過を判定することができる。
【００４０】
図４に示すように、切替制御部１０によって、区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の順に切り替えて選択されている。通常時には、すべての区間Ｔについて受信信号Ｒの信号捕捉は成功となり、破断判定部６０は“通常（レール破断も列車通過も無し）”と判定する。
【００４１】
また、図５に示すように、列車通過時には、列車は軌道３に沿って走行するから、受信信号Ｒの信号捕捉に失敗した区間Ｔが、時間経過に伴い軌道３に沿って順次切り替わる。破断判定部６０は“列車通過”と判定する。
【００４２】
また、図６に示すように、レール破断が生じた場合には、受信信号Ｒの信号捕捉に失敗した区間Ｔ（図６では、区間Ｔ３の前半）はレール破断が生じた区間Ｔのみとなり、列車通過時のような、当該区間Ｔで信号捕捉に失敗する前後で隣接する区間Ｔが信号捕捉に失敗するという時間経過に伴った切り替わりが起こらない。また、同じ区間Ｔで継続して信号捕捉に失敗した状態となる。破断判定部６０は“区間Ｔ３の前半でレール破断”と判定する。
【００４３】
［作用効果］
このように、本実施形態のレール破断検知装置１によれば、レールに送信する送信信号Ｓをスペクトラム拡散により変調して生成し、レールからの受信信号Ｒに対する復調を試行して信号捕捉に成功したかを検出することにより、レール破断を検知することができる。つまり、受信信号Ｒを元の符号化信号であるレール破断検知信号にまで復号しなくとも、送信時の多周波利用変調方式に対応する復調方式で復調成功条件に達する復調ができたこと、すなわち信号捕捉に成功したことの検出でもって、受信した信号は適正な信号であるレール破断検知信号に違いないことを確認できる。これにより、電車電流による雑音や妨害波の影響を受けてもレール破断検知信号の捕捉が可能となり、耐雑音および耐妨害波特性が大幅に向上して、レール破断の検知能力の高いレール破断検知装置１を実現できる。また、信号捕捉に失敗した区間、すなわち信号捕捉の成功の未検出の区間が軌道に沿って順次切り替わっているか否かによって、列車在線による信号捕捉の成功の未検出と、レール破断による信号捕捉の成功の未検出とを区別して判定することができる。また、ＡＧＣ制御部５１が、受信信号Ｒのレベルの低下に追従するように受信信号Ｒの信号レベルを調整することで、レール破断の検知能力を向上させることが可能となる。
【００４４】
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ものではなく、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。
【００４５】
（Ａ）多周波利用変調方式
上述の実施形態では、送信信号Ｓの生成の際に用いる多周波利用変調方式をスペクトラム拡散による変調としたが、その他の変調方式として、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数多重分割）を用いることにしてもよい。この場合、上述の実施形態のレール破断検知装置１（図１参照）において、信号生成部２０を図７に示す信号生成部２０Ａに、信号捕捉検出部５０−１，５０−２それぞれを図８に示す信号捕捉検出部５０Ａに置き替えることで実現できる。
【００４６】
図７に示すように、ＯＦＤＭを用いたレール破断検知装置における信号生成部２０Ａは、検知信号生成部２１と、変調部２９Ａとを備える。変調部２９Ａは、検知信号生成部２１により生成されたレール破断検知信号を一次変調するＯＦＤＭ変調部２６と、搬送波生成部２４と、搬送波変調部２５とを備える。ＯＦＤＭ変調部２６は、検知信号生成部２１により生成されたシリアル信号であるレール破断検知信号を、所定のサブキャリア数分のパラレル信号に変換するＳ／Ｐ変換部と、複数のパラレル信号それぞれを変調してサブキャリア信号を生成するサブキャリア変調部と、複数のサブキャリア信号に対して逆フーリエ変換を行って合成するＩＦＦＴ部とを有する。
【００４７】
また、図８に示すように、信号捕捉検出部５０Ａは、ＡＧＣ制御部５１と、復調部５９Ａと、捕捉検出部５８とを備える。復調部５９Ａは、搬送波生成部５２と、搬送波信号除去部５３と、信号生成部２０ＡのＯＦＤＭ変調部２６による一次変調に対応する復調の試行を行うＯＦＤＭ復調部５７とを備える。ＯＦＤＭ復調部５７は、搬送波信号除去部５３により搬送波が除去された信号に対してフーリエ変換を行って複数のサブキャリア信号に再生するＦＦＴ部と、複数のサブキャリア信号それぞれを復調するサブキャリア復調部と、復調されたパラレル信号をシリアル信号に変換して捕捉検出部５８に出力するＰ／Ｓ変換部とを有する。
【００４８】
捕捉検出部５８は、ＯＦＤＭ復調部５７により復調された信号と符号化信号であるレール破断検知信号とを比較し、復調成功条件に達した時点で受信信号Ｒの信号捕捉に成功したことを検出する。復調成功条件は、例えば、復調された信号とレール破断検知信号との合致度合（復調率ともいえる）であり、具体的には、所定長の符号化信号であるレール破断検知信号の全体が合致する（つまり、復調率が１００％）としてもよいが、復調率が５０％以上、２０％以上、１０％以上などといったように、レール破断検知信号の一部が復調されたことを復調成功条件に達したと判定してもよい。捕捉検出部５８は、復調成功条件に達したと判定した場合には信号捕捉に成功したと判定して、その判定結果を示す捕捉信号Ｄを出力する。
【００４９】
（Ｂ）信号入力点ｓおよび信号出力点ｒ
また、上述の各実施形態では、区間Ｔの中央に信号入力点ｓを定め、区間の両端に信号出力点ｒ（ｒ１，ｒ２）を定めているが、次のようにしてもよい。すなわち、区間Ｔの両端のうちの一方側の端部に信号入力点ｓを定め、他方側の端部に信号出力点ｒを定める。この場合、図４〜図６に示したように、信号入力点ｓを境界として区間Ｔを“前半／後半”に分けてレール破断を判定することはできないことになる。
【符号の説明】
【００５０】
１…レール破断検知装置
１０…切替制御部
２０…信号生成部
２１…検知信号生成部
２９…変調部
２２…拡散符号生成部、２３…拡散符号化部
２４…搬送波生成部、２５…搬送波変調部
３０…送信切替部、Ｐ（Ｐｉ）…スイッチ
４０…受信切替部、Ｑ（Ｑｉ１，Ｑｉ２）…スイッチ
５０…信号捕捉検出部
５１…ＡＧＣ制御部
５９…復調部
５２…搬送波生成部、５３…搬送波信号除去部
５４…拡散符号生成部、５５…逆拡散復号部、５６…同期捕捉部
６０…破断判定部
Ｓ（Ｓｉ）…送信信号、Ｒ（Ｒｉ１，Ｒｉ２）…受信信号
３…軌道、Ｔ（Ｔｉ）…区間
ｓ（ｓｉ）…信号入力点、ｒ（ｒｉ１，ｒｉ２）…信号出力点
【要約】
【課題】電車電流の影響を受けることのない、レール破断の検知能力を高めた新たなレール破断検知装置の技術の提供。
【解決手段】レール破断検知装置１は、レール破断検知信号をスペクトラム拡散により変調することで送信信号Ｓを生成する信号生成部２０と、切替制御部１０に選択された信号入力点ｓに送信信号Ｓを出力する送信切替部３０と、切替制御部１０に選択された信号出力点ｒからの受信信号Ｒ１，Ｒ２を入力する受信切替部４０と、受信信号Ｒ１，Ｒ２に対してスペクトラム拡散による復調を試行し、受信信号Ｒ１，Ｒ２の信号捕捉に成功したことを検出する信号捕捉検出部５０と、信号捕捉検出部５０の検出結果および切替制御部１０によって選択された区間に基づいて区間Ｔ毎のレール破断を判定する破断判定部６０とを備える。
【選択図】図１【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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