(57)【要約】【課題】無線ネットワークを形成して無線伝搬遅延による列車制御を行うときの列車初期位置設定を自動化する。【解決手段】列車に搭載された車上無線機及びその列車の走行する軌道に沿って設けられた沿線無線機で無線ネットワークを形成し、その車上無線機の車上アンテナとその沿線無線機の沿線アンテナとの間の無線伝搬遅延により列車位置を検知し、その検知された列車位置に基づいて列車制御を行う際の列車初期位置設定装置であって、前記列車に設けられた車上子及び車上トランスポンダと、前記車上子及び前記車上トランスポンダの設置位置に対応して地上に設けられた地上子及び地上トランスポンダと、前記車上子及び前記地上子が結合し、かつ、前記車上トランスポンダと前記地上トランスポンダとの間の通信が成立したときに、前記列車の初期位置の設定を行う列車初期位置設定制御手段とからなる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車に搭載された車上無線機及びその列車の走行する軌道に沿って設けられた沿線無線機で無線ネットワークを形成し、その車上無線機の車上アンテナとその沿線無線機の沿線アンテナとの間の無線伝搬遅延により列車位置を検知し、その検知された列車位置に基づいて列車制御を行う際の列車初期位置設定装置であって、
前記列車に設けられた車上子及び車上トランスポンダと、
前記車上子及び前記車上トランスポンダの設置位置に対応して地上に設けられた地上子及び地上トランスポンダと、
前記車上子及び前記地上子が結合し、かつ、前記車上トランスポンダと前記地上トランスポンダとの間の通信が成立したときに、前記列車の初期位置の設定を行う列車初期位置設定制御手段と、
からなることを特徴とする列車初期位置設定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の列車初期位置設定装置において、車上トランスポンダと地上トランスポンダとの間の通信は、スペクトラム拡散通信により行われることを特徴とする列車初期位置設定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の列車初期位置設定装置において、スペクトラム拡散通信で用いられる疑似雑音符号は、車上子及び地上子の結合に割当てられた所定の周波数に対応したものであることを特徴とする列車初期位置設定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の列車初期位置設定装置において、所定の検知誤差を加味した無線伝搬遅延による列車位置検知において列車が地上トランスポンダ位置を通過したにもかかわらず、その列車の車上トランスポンダとその地上トランスポンダとの間の通信が行われないときに、その列車を緊急停止させる緊急停止手段を設けたことを特徴とする列車初期位置設定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の列車初期位置設定装置において、列車が無線伝搬遅延による列車位置検知において把握されている現在位置から地上子の設置位置までの距離を走行してもその列車の車上子とその地上子の結合が行われないときに、列車を停止させる停止制御手段を設けたことを特徴とする列車初期位置設定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車に搭載されている車上無線機と地上に設置された沿線無線機との間で無線ネットワークを形成し、それら車上無線機の車上アンテナと沿線無線機の沿線アンテナとの間の無線伝搬遅延を計測して列車位置を検知し、その検知された列車位置に基づいて列車制御を行う際の列車の初期位置を自動的に設定できるようにした列車初期位置設定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、列車（鉄輪列車及びゴムタイヤ都市型軽量列車を含む。）に車上無線機を搭載し、その列車の走行する軌道の沿線に沿って所定の間隔をもって設置された複数の沿線無線機との間で無線ネットワークを形成し、車上無線機の車上アンテナと沿線無線機の沿線アンテナとの無線伝搬遅延（時間）を計測して列車位置を検知し、その検知された列車位置に基づいて列車制御を行う列車制御システムが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
この無線伝搬遅延を利用する列車制御システムは、図５に示されるように、列車イに車上アンテナａ０  を備えた車上無線機ｂを搭載するとともに、列車イの走行する軌道Ｔに沿って所定の間隔を保って沿線アンテナ（地上アンテナ）ａ１  〜ａ３  を備えた複数（図示の例では３個）の沿線無線機（地上無線機）ｃ１  〜ｃ３  が設置される。そして、予め計測された車上アンテナａ０  と沿線アンテナとの間の距離に応じた無線伝搬遅延に基づいて車上アンテナ位置と各沿線アンテナ位置との距離が列車位置検知装置ｄのメモリｄ１  にデータベース化されて記憶されている。したがって、列車位置検知装置ｄの位置計算部ｄ２  において各沿線アンテナａ１  〜ａ３  と車上アンテナａ０  とのリアルタイムの距離をそのデータベースから検索することにより現在の車上アンテナ位置を決定することができ、その決定された車上アンテナａ０  の設置位置からその車上アンテナａ０  に係る列車位置を検知することができる。
【０００４】
【特許文献１】特許第２７３８４６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように、無線伝搬遅延を利用して列車検知を行って列車制御を行う場合であっても、列車を車庫から発車させて列車制御エリアに進入させるときなどのように、列車制御の開始に当っては、列車制御の基準となる列車の初期位置を設定する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記無線伝搬遅延に基づく列車位置検知においては、マルチパスなどの無線環境や装置の遅延計測サンプリング誤差等によって列車位置検知に誤差が発生することを避けることができない。すなわち、無線伝搬遅延に基づく列車検知においては、列車を一点で検知することができず、ある程度の範囲内でしか列車位置を検知することができない。したがって、この誤差が隣接する軌道を含むときは、列車がどの軌道に在線しているか検知することができないという問題が発生する。図６を用いてさらに説明すると、軌道Ｔ１  に在線している列車イの車上アンテナａ１  を中心とした検知誤差が鎖線で示される範囲であり、その範囲が軌道Ｔ１  に隣接する軌道Ｔ２  を含むとき、列車イは、どちらの軌道に在線しているかを検知することができないという問題が発生する。
【０００７】
上述の問題点を解決するために、列車の在線する軌道を軌道回路を用いて検出することも可能であるが、軌道回路は、その軌道回路を形成するレールはある程度の長さを有しているので、正確な初期位置を設定することが不可能である。
【０００８】
また、上述の問題点を解決するために、周知の無人列車制御システムで用いられている地上トランスポンダと車上トランスポンダとを用いた初期位置設定も考えられる。すなわち、列車を有人で初期位置まで運転して移動させ、地上に設置されている地上トランスポンダと車上に搭載されている車上トランスポンダとの通信が成立した地点で係員によって初期位置の入力を行うようにすることも考えられる。しかし、このような人手による入力の場合は、入力ミスを完全に防止することができない。したがって、例えば、間違った軌道に列車を進入させた場合は、間違って列車の初期位置設定がされてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、上記欠点を防止するためになされたものであって、その目的は、列車が列車制御区間に進入するときの列車の初期位置を自動的に、かつ、正確に設定できるようにした列車初期位置設定装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る列車初期位置設定装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、列車に搭載された車上無線機及びその列車の走行する軌道に沿って設けられた沿線無線機で無線ネットワークを形成し、その車上無線機の車上アンテナとその沿線無線機の沿線アンテナとの間の無線伝搬遅延により列車位置を検知し、その検知された列車位置に基づいて列車制御を行う際の列車初期位置設定装置であって、前記列車に設けられた車上子及び車上トランスポンダと、前記車上子及び前記車上トランスポンダの設置位置に対応して地上に設けられた地上子及び地上トランスポンダと、前記車上子及び前記地上子が結合し、かつ、前記車上トランスポンダと前記地上トランスポンダとの間の通信が成立したときに、前記列車の初期位置の設定を行う列車初期位置設定制御手段と、からなることを特徴としている。
本発明の請求項２に記載の列車初期位置設定装置は、車上トランスポンダと地上トランスポンダとの間の通信は、スペクトラム拡散通信により行われることを特徴としている。
本発明の請求項３に記載の列車初期位置設定装置は、スペクトラム拡散通信で用いられる疑似雑音符号は、車上子及び地上子の結合に割当てられた所定の周波数に対応したものであることを特徴としている。
本発明の請求項４に記載の列車初期位置設定装置は、所定の検知誤差を加味した無線伝搬遅延による列車位置検知において列車が地上トランスポンダ位置を通過したにもかかわらず、その列車の車上トランスポンダとその地上トランスポンダとの間の通信が行われないときに、その列車を緊急停止させる緊急停止手段を設けたことを特徴としている。
本発明の請求項５に記載の列車初期位置設定装置は、列車が無線伝搬遅延による列車位置検知において把握されている現在位置から地上子の設置位置までの距離を走行してもその列車の車上子とその地上子の結合が行われないときに、列車を停止させる停止制御手段を設けたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る列車初期位置設定装置の概略構成図である。
【００１２】
図１中、Ｔは、列車イの走行する軌道（レール）であり、その軌道Ｔの左側は、係員（運転士）が手動で列車イを運転するマニュアル運転範囲の軌道Ｔ′とされ、ここでは、その範囲は車庫として示されている。そして、この軌道Ｔの右側は、列車イに搭載された車上無線機ｂ及びその列車イの走行する軌道Ｔに沿って所定の間隔を保って設けられた複数（図示の例では、図面を簡略化するために２個しか設けられていないが、実際は多数設けられている。）沿線無線機ｃ１  ，ｃ２  で無線ネットワークを形成し、その車上無線機ｂの車上アンテナａ０  と各沿線無線機ｃ１  ，ｃ２  の各沿線アンテナａ１  ，ａ２  との間の無線伝搬遅延により列車位置を検知し、その検知された列車位置に基づいて列車制御を行う列車制御区間に設定されている。なお、列車イには、列車イが進行する方向（図示の例では左側から右側へ進行する。）の先頭にのみ車上アンテナａ０  が設けられているが、この列車イが図示と逆方向に進行するときに用いられる車上アンテナも設けられているが、ここでは省略されている。この逆方向に進行するときに用いられる車上アンテナは、列車イの後尾部（図１の例では左側）に設けられ、この車上アンテナ用の車上無線機等も列車イに搭載される。同様に、後述する車上子及び車上トランスポンダも逆方向分は、ここでは省略されている。
【００１３】
上記車上無線機ｂ及び沿線無線機ｃ１  ，ｃ２  は、上記図５に示される車上無線機ｂ及び沿線無線機ｃ１  ，ｃ２  ，ｃ３  と同一であるので、これ以上の説明は省略する。また、図５に示される列車位置検知装置ｄは、後述する列車初期位置設定器内に含まれている。
【００１４】
図１中、１は、列車イの先頭下部に設けられた車上子であり、２は、車上トランスポンダであり、これらは、列車イの進行方向に関して所定の間隔を保って設けられている。また、３は、列車イに搭載された車上制御装置であり、この車上制御装置３には、後に図２を用いて詳述する車上トランスポンダ制御回路４と、車上制御部５が含まれている。この車上制御部５は、地上側（沿線無線機ｃ１  ，ｃ２  側）から得れる所定の制御情報（前方列車までの距離情報、制限速度情報等）及び列車イ（自列車）に設けられている速度発電機Ｇから得られる速度信号等に基づいて列車イの運転制御を行えるように構成されている。
【００１５】
図１中、１０は、上記マニュアル運転範囲の軌道Ｔ′の近傍の所定位置に設置されている地上子であり、１１は、その地上子１０の近傍に設置された地上トランスポンダである。これら地上子１０及び地上トランスポンダ１１は、軌道Ｔ′における列車イの走行方向に沿って所定の間隔を保って設けられ、その所定の間隔は、列車イに設けられている車上子１及び車上トランスポンダ２と同一に決められている。したがって、列車イが地上子１０及び地上トランスポンダ１１の位置側に進行したときは、地上子１０と車上子１及び地上トランスポンダ１１と車上トランスポンダ２が同時にそれぞれ対向することができる。そして、これら地上子１０及び地上トランスポンダ１１は、後に図２を用いて詳述する地上トランスポンダ制御回路１２に接続されている。
【００１６】
図１中、２０は、列車初期位置設定器であって、ここには、上記図５で示された列車位置検知装置ｄと同様の列車位置検知装置ｄが含まれている。なお、ｄ３  は、上記図５では省略されている沿線無線機ｃ１  と通信を行うための無線機送受信部である。メモリｄ１  及び位置計算部ｄ２  は、上記図５と同一なので、これ以上の説明は省略する。
【００１７】
列車初期位置設定器２０には、トランスポンダ制御部２１が含まれている。このトランスポンダ制御部２１には、車上トランスポンダ２及び地上トランスポンダ１１間の通信で使用する疑似雑音符号（以下、「ＰＮ符号」という。）のコードを決定するＰＮキー決定部２２と、車上トランスポンダ２及び地上トランスポンダ１１間の通信が成立した時刻を管理するクロックタイム管理部２３とが接続されている。また、この列車初期位置設定器２０は、軌道Ｔ′上の列車位置（列車初期位置）をメモリ２４に記憶して列車を管理する列車管理部２５が含まれている。
【００１８】
図２は、車上トランスポンダ制御回路４及び地上トランスポンダ制御回路１２部分の詳細図である。まず、地上トランスポンダ制御回路１２は、図３に示されるような複数種のＰＮ符号（ＰＮ１  ，ＰＮ２  …）のＰＮテーブルを有していて、地上子１０に割当てられている所定の周波数（図２の例ではｆ１  ）に対応して所定のＰＮ符号が選択できるように構成されている。この地上子１０に割当てられる周波数ｆ１  は、軌道Ｔ１  に隣接する図示しない軌道に設けられている図示しない同様の地上子に割当てられている周波数と異なるものである。各地上子に対する周波数の割当て及びその周波数に対応したＰＮ符号の選択は、ＰＮキー決定部２２により行われ、図２の例では、地上子１０の周波数はｆ１  で、それに対応したＰＮ符号がＰＮ１  で、このＰＮ１  のＰＮコードは「Ａ，Ａ…」とされている。なお、このＰＮコードの「Ａ，Ａ…」は、実際は、０，１の組合わせで、例えば「１，１，０，０，０，１…」のように表わされる。
【００１９】
地上トランスポンダ１１は、上述のように、地上子１０の周波数によって特定されたＰＮ符号ＰＮ１  を用いて車上トランスポンダ２との間でスペクトラム拡散通信（以下、「ＳＳ通信」という。）により通信を行うことができるように構成されている。ＳＳ通信は、送信側において送信する情報（データ）を所定のＰＮ符号で変調して送信し、受信側において受信した信号を送信側で使用したと同じＰＮ符号で復調して情報を得るもので、耐雑音性に優れ、高品質の通信を行うことができる特長がある。なお、地上トランスポンダ１１及び車上トランスポンダ２間の通信は、上述のＳＳ通信以外の他の周知の通信方式、例えば、送信周波数を変えて通信を行うＦＤＭＡ方式を採用したり、あるいは、送信時刻を変えて通信を行うＴＤＭＡ方式等を採用することができる。
【００２０】
車上子１は、列車イの移動（進行）に伴ってその車上子１から地上子１０に対向し、車上子１のそれまでの所定の発信周波数が地上子１０の周波数に変周されたときの信号となったとき、すなわち、車上子１と地上子１０とが結合されたときの信号を増幅処理する増幅回路３０と、その増幅回路３０の出力信号を弁別する複数のフィルタ回路Ｆ１  〜Ｆｎ  を有している。図２において、フィルタ回路Ｆ１  は、周波数ｆ１  を弁別できるように構成されているので、このフィルタ回路Ｆ１  は、車上子１が地上子１０の周波数ｆ１  で変周されたときの信号を抽出することができる。
【００２１】
図２中、Ｒ１  〜Ｒｎ  は、フィルタ回路Ｆ１  〜Ｆｎ  にそれぞれ対応して設けられ、対応するフィルタ回路が信号を弁別したときに作動するように構成されている。そして、その作動したリレーに対応して車上トランスポンダ制御部４に記憶されているＰＮテーブルから所定のＰＮ符号を選択できるように構成されている。すなわち、この車上トランスポンダ制御部４にも上記地上トランスポンダ制御回路１２と同様の図３に示されると同じＰＮ符号ＰＮ１  ，ＰＮ２  …が記憶されているＰＮテーブルを有しているので、車上子１の変周周波数に対応したＰＮ符号を選択することが可能となる。図２の例では、車上子１は、周波数ｆ１  に変周されるので、リレー回路Ｒ１  を介して車上トランスポンダ制御部４はＰＮ符号ＰＮ１  を選択している。
【００２２】
上述のように、地上子１０の周波数によって特定されたＰＮ符号で地上トランスポンダ１１及び車上トランスポンダ２間でＳＳ通信により所定の通信が行われるので、車上トランスポンダ２が他の軌道に設置されている地上トランスポンダ（図示せず）との間で通信を行ったり、あるいは、地上トランスポンダ１１が他の軌道を走行する列車の車上トランスポンダ（図示せず）との間で通信を行うのを効果的に防止することができる。
【００２３】
以下、図４のフローチャートを用いて列車初期位置設定の制御動作について説明する。今、車庫に停車中の列車イの出発時刻が到来し、その列車イの電源が投入（ＯＮ）されたとする（ステップ１００肯定。以下、ステップを「Ｓ」とする。）。列車イの電源が投入されると、列車イの車上無線機ｂ及び車上制御装置３が駆動されて沿線無線機ｃ１  ，ｃ２  との間で無線ネットワークが形成され、上述した無線伝搬遅延方式により列車イの列車位置が検知され、その検知位置がメモリ２４に記憶されて列車管理部２５による列車イの管理が開始される（Ｓ１０２）。
【００２４】
列車イは、運転士（係員）によりマニュアル運転範囲（軌道Ｔ′の範囲）は所定の低速以下（例えば２０ｋｍ／ｈ以下）で運転（走行）が開始される（Ｓ１０４肯定）。なお、この所定の低速を越えて列車イが運転されると、列車イは非常ブレーキが作動して停止される。他方、地上側では、地上子１０からは周波数ｆ１  の信号が送出され、また、地上トランスポンダ１１からは、その周波数に対応したＰＮ符号ＰＮ１  を用いたＳＳ通信が可能状態におかれている。
【００２５】
列車イの進行に伴って列車イの車上子１及び車上トランスポンダ１１が図１又は図２に示されるようにそれぞれ対向すると、車上（列車イ）側では、車上子１で変周された信号がフィルタＦ１  を介して弁別されてリレーＲ１  を駆動し、ＰＮテーブルから地上側と同一のＰＮ符号ＰＮ１  が選択される。これにより、地上及び車上間（地上トランスポンダ１１及び車上トランスポンダ２間）におけるＰＮ符号が一致し、所定の通信が成立する（Ｓ１０６）。この通信成立により車上からは列車イの編成番号（列車イのＩＤ）等の列車の管理制御に必要な情報が列車管理部２５に取込まれるとともに、地上トランスポンダ１１の絶体位置及びクロックタイム管理部２３から得られたその通信が成立した時刻から現在まで走行した距離（この距離は、速度発電機Ｇから求められる。）から列車イの初期位置が算出（決定）されてメモリ２４に記憶される（Ｓ１０８）。以後、列車イは、この列車初期位置に基づいてその後の列車制御が行われる。
【００２６】
次に、列車イが誤った軌道に進入したり、あるいは、地上・車上間の通信がいわゆる空振り等により不調に終わったことなどにより、上述の車上トランスポンダ２と地上トランスポンダ１１との通信が成立しない場合について説明する。
【００２７】
上述のように、列車イは、電源がＯＮにされると、列車位置検知装置ｄによってある程度の誤差を含んで検知されている（図６参照）。このため、その列車位置検知装置ｄで検知されている列車位置から地上トランスポンダ１１の設置位置（既知データとして記憶されている。）までその誤差を加味した距離を走行したにもかかわらず通信が成立しないときは（Ｓ１００否定、Ｓ１１０肯定）、列車初期位置設定ができないので、異常状態の発生となって列車イは停止され、係員による所定の復旧処理がなされる（Ｓ１１２）。さらに、列車イには、速度発電機Ｇが設けられているので、ある所定の任意点（この任意点は、列車位置検知装置ｄで検知された任意の地点。）から列車イが地上子１０に向けて進行する際に、その所定の任意点から地上子１０の設置位置（既知のデータとして記憶されている。）まで走行したにもかかわらず、車上子１と地上子１０の結合が行われないときも、列車初期位置設定ができないので、異常状態の発生となって列車イは停止され、係員による所定の復旧処理がなされる（Ｓ１１２）。
【００２８】
なお、上述の例では、車上子１及び車上トランスポンダ２は列車の下部に設けたが、これらを列車の側面に設けるようにしてもよい。この場合、地上に設置される地上子１０及び地上トランスポンダ１１は、列車の側面に対応した位置に設けられる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の列車初期位置設定装置は、列車に設けられた車上子及び車上トランスポンダと、前記車上子及び前記車上トランスポンダの設置位置に対応して地上に設けられた地上子及び地上トランスポンダと、前記車上子及び前記地上子が結合し、かつ、前記車上トランスポンダと前記地上トランスポンダとの間の通信が成立したときに、前記列車の初期位置の設定を行う列車初期位置設定制御手段とからなるので、列車の初期位置を自動的に設定することができる。
本発明の請求項２に記載の列車初期位置設定装置は、車上トランスポンダと地上トランスポンダとの間の通信は、ＳＳ通信により行われるので、耐雑音性に優れ、高品質の通信を行うことができる。
本発明の請求項３に記載の列車初期位置設定装置は、ＳＳ通信で用いられるＰＮ符号は、車上子及び地上子の結合に割当てられた所定の周波数に対応したものであるので、効率よくＰＮ符号を選択することができる。
本発明の請求項４に記載の列車初期位置設定装置は、所定の検知誤差を加味した無線伝搬遅延による列車位置検知において列車が地上トランスポンダ位置を通過したにもかかわらず、その列車の車上トランスポンダとその地上トランスポンダとの間の通信が行われないときに、その列車を緊急停止させる緊急停止手段を設けたので、列車の安全を確保することができる。
本発明の請求項５に記載の列車初期位置設定装置は、列車が無線伝搬遅延による列車位置検知において把握されている現在位置から地上子の設置位置までの距離を走行してもその列車の車上子とその地上子の結合が行われないときに、列車を停止させる停止制御手段を設けたので、列車の安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る列車初期位置設定装置の概略構成図である。
【図２】車上トランスポンダ制御回路及び地上トランスポンダ制御回路部分の詳細図である。
【図３】ＰＮ符号の説明図である。
【図４】無線ネットワークを形成して無線伝搬遅延による列車検知システムの説明図である。
【図５】図４に示される列車検知システムにおける検知誤差の説明図である。
【図６】無線伝搬遅延による列車検知の誤差範囲の説明図である。
【符号の説明】
Ｔ，Ｔ′  軌道
イ  列車
ａ０    車上アンテナ
ｂ  車上無線機
１  車上子
２  車上トランスポンダ
３  車上制御装置
４  車上トランスポンダ制御回路
１０  地上子
１１  地上トランスポンダ
１２  地上トランスポンダ制御回路
２０  列車位置初期設定器
ａ１  ，ａ２    沿線アンテナ
ｃ１  ，ｃ２    沿線無線機
ｄ  列車位置検知装置
【図１】
2004359156.tif 000003
【図２】
2004359156.tif 000004
【図３】
2004359156.tif 000005
【図４】
2004359156.tif 000006
【図５】
2004359156.tif 000007
【図６】
2004359156.tif 000008