(57)【要約】【課題】地上から車上（列車）への情報伝送量を増やすことのできる情報伝送システムを提供する。【解決手段】列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子とその列車に設けられている車上子とが電磁結合したときに、その地上子を介して地上から車上に向けて所定の情報を伝送する情報伝送システムにおいて、前記地上子の筐体内には、互いに共振周波数の異なる複数の共振回路を設けるとともに、前記列車には前記車上子を介して入力した信号を処理して地上から伝送された所定の情報を受信する車上装置が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子とその列車に設けられている車上子とが電磁結合したときに、その地上子を介して地上から車上に向けて所定の情報を伝送する情報伝送システムにおいて、
前記地上子の筐体内には、互いに共振周波数の異なる複数の共振回路を設けるとともに、前記列車には前記車上子を介して入力した信号を処理して地上から伝送された所定の情報を受信する車上装置が設けられていることを特徴とする情報伝送システム。
【請求項２】
列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子とその列車に設けられている車上子とが電磁結合したときに、その地上子を介して地上から車上に向けて所定の情報を伝送する情報伝送システムにおいて、
前記地上子は、筐体内に１個の所定の共振周波数を有する共振回路を設けた地上子及び筐体内に互いに共振周波数の異なる複数の共振回路を設けた地上子の複数種からなり、前記列車には前記車上子を介して入力した信号を処理して地上から伝送された所定の情報を受信する車上装置が設けられていることを特徴とする情報伝送システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の情報伝送システムにおいて、前記車上装置は、複数の信号を含むスペクトラム信号を周期的に発生させる信号発生手段と、その信号発生手段で発生した信号を前記車上子を構成する一方のコイルに供給する供給手段と、その車上子を構成する他方のコイルから信号を入力する入力手段と、その入力手段が入力した信号を所定の周波数毎に分別する分別手段と、その分別手段で分別された信号のレベル変化を検出する検出手段と、その検出手段の検出に基づいて地上から車上に向けて伝送された情報を抽出する抽出手段とを含むことを特徴とする情報伝送システム。
【請求項４】
請求項３に記載の情報伝送システムにおいて、前記分別手段は、ＦＦＴ演算処理により分別することを特徴とする情報伝送システム。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の情報伝送システムにおいて、前記抽出手段は、前記信号発生手段の信号発生状態を監視する機能を含んで構成されていることを特徴とする情報伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車制御に用いられる情報伝送システムに係り、特に、地上から車上に多くの列車制御用情報を伝送できるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地上から車上（列車）に列車制御用情報を伝送する情報伝送システムとしては、変周方式を採用したＡＴＳ装置が知られている（非特許文献１参照）。この変周方式のＡＴＳ装置は、図６に示されるように、レール（軌道）ｒを走行する列車Ｔに搭載される車上装置３０には、発振器（ＯＳＣ）３１、フィルタ回路（バンドパスフィルタ）３２、レベル検知器３３、整流器３４及びＣＰＵ３５が設けられている。また、その列車Ｔの先頭下部には、疎結合のトランスで構成される車上子３６が設けられているとともに、この車上子３６は、車上装置３０のＯＳＣ３１の入力，出力間に接続して設けられている。そして、上記ＯＳＣ３１は、所定の増幅率μの増幅器の役割を有し、また、車上子３６は、所定の減衰率βの減衰器の役割を有し、μ×β＝１となる発振の条件が成立して発振されている。
【０００３】
上記構成からなる変周方式のＡＴＳ装置は、車上装置３０を搭載した列車Tが地上子３７に接近して電磁結合状態におかれると、ＯＳＣ３１の出力の一部が車上子３６を通るとき、車上の周波数（例えば１０３ＫＨｚ）は、地上子３７のＱが十分に高いために周波数の引込現象によって地上子３７の周波数（例えば１３０ＫＨｚ）に変周させられる。したがって、ＣＰＵ３５は、それまでの周波数（１０３ＫＨｚ）から地上子３７の周波数（１３０ＫＨｚ）に変化したことをもって列車Tが地上子３７上に位置したことを検知することができるとともに、地上子３７から得た周波数（１３０ＫＨｚ）に基づいて所定の列車制御を行うことができる。
【０００４】
しかしながら、この変周方式のＡＴＳ装置は、発振を不安定な状態で作り出す仕組みであることから分るように、理論上、ノイズ及び妨害波に弱いという欠点がある。特に、車上子３６は、コイルを合成樹脂でモールドしたトランスからなり、周辺の金属の影響により車上子３６の一次コイル及び二次コイルの結合特性が変化するだけでなく、車両によりその結合度が変るという問題がある。さらに、車上子３６の使用環境によっても車上子３６の結合度が変化するために、定期的に車上子３６の結合度調整を行わなければならないという面倒があった。
【０００５】
そこで、上述のような変周方式の不安定な帰還発振回路を用いない発振回路を備えたＡＴＳ装置が提案されている（特許文献１，２参照）。これら提案に係るＡＴＳ装置は、車上装置に地上に設置されている地上子に対応した複数の周波数を安定して常時発生させる信号発生回路を設けるとともに、この信号発生回路から発生された複数の信号を加算回路を介して車上子に供給するように構成されている。また、この車上子から得られる信号は、各周波数をそれぞれ通過させる複数のフィルタ回路を介して抽出されるように構成されている。そして、列車が所定の周波数を送出している地上子に接近し、車上子と地上子とが電磁結合状態におかれると、車上子の周波数は地上子の周波数に同調させられるように構成されている。これにより、車上装置は、列車は地上子の位置に位置したことを検知することができるとともに、その地上子からの得られた周波数に基づいて所定の列車制御を行うことができる。
【非特許文献１】平成９年４月１５日 （社）日本鉄道電気技術協会発行（四版） 鉄道技術者のための電気概論 信号シリーズ７ Ｐ．６〜２２
【特許文献１】特開平１１−２５５１２４号公報
【特許文献２】特開２００５−２２９７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記提案に係る変周方式のＡＴＳ装置は、車上装置に地上に設けられている地上子に対応した周波数の信号を発生することのできる信号発生回路を有しているので、従来の変周方式のＡＴＳ装置に比べて常時安定した信号を発生でき、また、周囲の環境変化によって影響を受けないなどの優れた特長を有しているが、近年、列車制御の高度化により、地上から車上への情報量を増やしたいという要望がある。この要望に応えるために地上子の設置個数を増やし、変周信号を受信する順番を組み合わせて実現することも考えられるが、この場合は、地上子の設置数が増加し、設備コスト等がかさむという新たな問題点が発生してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、上記欠点を解決するとともに、上記要望に応えるためになされたものであって、その目的は、既設の地上設備を併用でき、かつ、地上から車上への情報量の増加を低コストに実現することのできる情報伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る情報伝送システムは、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子とその列車に設けられている車上子とが電磁結合したときに、その地上子を介して地上から車上に向けて所定の情報を伝送する情報伝送システムにおいて、前記地上子の筐体内には、互いに共振周波数の異なる複数の共振回路を設けるとともに、前記列車には前記車上子を介して入力した信号を処理して地上から伝送された所定の情報を受信する車上装置が設けられていることを特徴としている。
本発明に係る情報伝送システムは、上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子とその列車に設けられている車上子とが電磁結合したときに、その地上子を介して地上から車上に向けて所定の情報を伝送する情報伝送システムにおいて、前記地上子は、筐体内に１個の所定の共振周波数を有する共振回路を設けた地上子及び筐体内に互いに共振周波数の異なる複数の共振回路を設けた地上子の複数種からなり、前記列車には前記車上子を介して入力した信号を処理して地上から伝送された所定の情報を受信する車上装置が設けられていることを特徴としている。
本発明の請求項３に記載の情報伝送システムは、車上装置が複数の信号を含むスペクトラム信号を周期的に発生させる信号発生手段と、その信号発生手段で発生した信号を前記車上子を構成する一方のコイルに供給する供給手段と、その車上子を構成する他方のコイルから信号を入力する入力手段と、その入力手段が入力した信号を所定の周波数毎に分別する分別手段と、その分別手段で分別された信号のレベル変化を検出する検出手段と、その検出手段の検出に基づいて地上から車上に向けて伝送された情報を抽出する抽出手段とを含むことを特徴としている。
本発明の請求項４に記載の情報伝送システムは、分別手段はＦＦＴ演算処理により分別することを特徴としている。
本発明の請求項５に記載の情報伝送システムは、抽出手段は信号発生手段の信号発生状態を監視する機能を含んで構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の情報伝送システムは、列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子とその列車に設けられている車上子とが電磁結合したときに、その地上子を介して地上から車上に向けて所定の情報を伝送する情報伝送システムにおける上記地上子の筐体内に、互いに共振周波数の異なる複数の共振回路を設けるとともに、上記列車には車上子を介して入力した信号を処理して地上から伝送された所定の情報を受信する車上装置が設けられているので、地上子の設置を増やさなくとも地上から車上への列車制御用情報を増加させることができ、列車制御の高度化を図ることができる。また、既設の設備を利用して容易に、かつ、低コストに実施することができる。
本発明の請求項２に記載の情報伝送システムは、列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子とその列車に設けられている車上子とが電磁結合したときに、その地上子を介して地上から車上に向けて所定の情報を伝送する情報伝送システムにおける上記地上子が、筐体内に１個の所定の共振周波数を有する共振回路を設けた地上子及び筐体内に互いに共振周波数の異なる複数の共振回路を設けた地上子の複数種からなり、上記列車には車上子を介して入力した信号を処理して地上から伝送された所定の情報を受信する車上装置が設けられているので、地上子の設置を増やさなくとも地上から車上への列車制御用情報を増加させることができ、列車制御の高度化を図ることができる。また、既設の地上子もそのまま使用することができる。
本発明の請求項３に記載の情報伝送システムは、車上装置が複数の信号を含むスペクトラム信号を周期的に発生させる信号発生手段と、その信号発生手段で発生した信号を前記車上子を構成する一方のコイルに供給する供給手段と、その車上子を構成する他方のコイルから信号を入力する入力手段と、その入力手段が入力した信号を所定の周波数毎に分別する分別手段と、その分別手段で分別された信号のレベル変化を検出する検出手段と、その検出手段の検出に基づいて地上から車上に向けて伝送された情報を抽出する抽出手段とからなるので、単一の信号発生回路で地上側で用いられている全周波数をカバーでき、消費電力が少なく、したがって発熱量も小さく、しかも、小型化できるという特長がある。
本発明の請求項４に記載の情報伝送システムは、分別手段はＦＦＴ演算処理により分別するので、列車と地上子とが電磁結合したことを容易に、かつ、的確に検知することが出来る。
本発明の請求項５に記載の情報伝送システムは、抽出手段は信号発生手段の信号発生状態を監視する機能を含んで構成されているので、信号発生手段の異常状態を的確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るＡＴＳ装置の概略構成図であって、本発明の軌道に相当するレールｒを走行する列車Ｔの車上装置１には、地上側で用いられている共振周波数、すなわち、レールｒに沿って、かつ所定の間隔を保って設けられている地上子ａ1，ａ2で用いられている共振周波数に対応した信号を常時発生させる信号発生回路２が設けられている。
【００１１】
図１においては、地上子は、図面を簡略するために、２個のみ設けられているが、実際は、レールｒの所定箇所に所定の間隔を保って３個以上設けられていて、信号機の現示等に対応した所定の周波数の信号からなる情報を車上（列車Ｔ）に向けて送信することができるように構成されている。この所定の周波数の例としては、１２３ＫＨｚや１３０ＫＨｚ等である。
【００１２】
上記地上子ａ1，ａ2のうち、地上子ａ1は、防水性の筐体ａ´内に所定の共振周波数の信号（以下、この信号を「ｆ1」とする。）を有する共振回路１０ａと、その信号ｆ1の周波数と異なる所定の共振周波数の信号（以下、この信号を「ｆ2」とする。）を有する共振回路１０ｂとが設けられている。したがって、この地上子ａ1からは、信号ｆ1，ｆ2が車上に向けて送信されている。また、地上子ａ2は、防水性の筐体ａ´内に、従来の周知の地上子と同様に、所定の共振周波数の信号（以下、この信号を「ｆ3」とする。）を有する共振回路１０ｃが設けられている。したがって、この地上子ａ2からは、信号ｆ3が車上に向けて送信されている。なお、図示の例では、地上子ａ1から２つの信号ｆ1，ｆ2を送信するようにしたが、３個以上の信号を送信する場合は、筐体ａ´内には互いに共振周波数の異なる３個以上の共振回路が設けられる。
【００１３】
上記信号発生回路２は、地上子ａ1，ａ2で用いられている種類の周波数の信号ｆ1〜ｆ3をそれぞれ発生させることのできる複数の発振回路を並設した信号発生回路、すなわち、地上側（地上子側）で用いられる周波数の種類が３個（ｆ1，ｆ2，ｆ3）の場合は３個の信号発生回路を並設して構成することもできるが、ここでは、信号発生手段として図２に示されるようなスペクトラム拡散方式の信号発生回路が用いられている。この信号発生回路２については後述する。
【００１４】
図１中、３は周知の増幅回路で構成される増幅回路であって、信号発生回路２から出力される信号を増幅処理できるように構成されている。また、図１中、４は所定の帯域の信号のみを通過させることのできる周知のバンドパスフィルタから構成されるバンドパスフィルタであって、増幅回路３から出力された信号をフィルタ処理できるように構成されている。そして、このバンドパスフィルタ４でフィルタ処理された信号は、接続トランス５ａを介して列車Ｔの先端下部に設けられている車上子ｂの筐体ｂ´内に設けられている一方のコイル（一次コイル）ｂ1に供給（印加）されるように構成されている。
【００１５】
上記車上子ｂの筐体ｂ´内の他方のコイル（二次コイル）ｂ2は、接続トランス５ｂを介して車上装置１に設けられているアナログデジタル回路（Ａ／Ｄ回路）６に接続されている。そして、このＡ／Ｄ回路６の出力信号は、入力した信号を一定時間毎にサンプリングして周波数分析処理する周知のＦＦＴ演算処理回路７に入力されるように構成されている。
【００１６】
上記ＦＦＴ演算処理回路７の出力信号は、このＦＦＴ演算処理回路７の出力を検波し、所定のしきい値を用いて地上子ａ1，ａ2との結合状態を検出するパターンＤＥＴ（検波回路）８に入力されるように構成されている。そして、このパターンＤＥＴ８の出力は、ＣＰＵ９に入力されるように構成されている。このＣＰＵ９では、入力された信号を解析して信号発生回路２の出力状態と、車上子ｂが地上子ａ1，ａ2に結合したときに地上側から得られた情報を分析して列車制御信号を生成できるように構成されている。
【００１７】
図２は、車上装置１に設けられている信号発生回路２の詳細図であり、この信号発生回路２は、スペクトラム拡散方式により、地上側（地上子側）で用いられる全周波数を含む複数の信号を連続的に出力するように構成されている。すなわち、この信号発生回路２は、所定の変周クロック信号ｆcにより送信される信号の帯域が規定されるとともに、所定のビット数Ｎにより帯域内での送信する信号数が決定されるシフトレジスタ２０と、フィードバック用の排他的論理和回路２１と、送信信号帯域の中心周波数ｆ0を規定する論理和回路２２とから構成されていて、Ｍ系列符号（Maximum Length Line Shift Register Sequence）を発生させて信号を連続的に拡散させるように構成されている。
【００１８】
この信号発生回路２を具体的な数値を用いて説明すると、地上側の地上子ａ1，ａ2では、通常の地上子と同様に、１０３ＫＨｚ，１０８．５ＫＨｚ，１２３ＫＨｚ及び１３０ＫＨｚの４種類の周波数が用いられているとする。したがって、この信号発生回路２では、少なくともこの４種類の周波数の信号を含む信号を周期的に発生する必要がある。ところで、上記４種類の周波数帯域は、１０３〜１３０ＫＨｚであるので、スペクトラムの中心周波数の搬送波を１１５ＫＨｚとすることができる。そして、拡散周波数を２５ＫＨｚとすると地上側で用いられている周波数（１０３〜１３０ＫＨｚ）をカバーすることができる。また、符号の長さ（２n −１）（ｎはシフトレジスタ２０の段数）は、シフトレジスタ２０の段数で規定されるので、その段数を６とすると、スペクトラム間隔は、２５ＫＨｚ÷（２6 −１）で求められ、その間隔は約４００Ｈｚとなる。図３は、これを模式的に表わしたスペクトラムを表わしている。つまり、この図３は、信号発生回路２が周期的に出力する信号の周波数の状態を示している。なお、上述した各数値は一例であり、本発明は、これら数値によって限定されるものではない。
【００１９】
したがって、ＦＦＴ演算処理回路７は、信号発生回路２が正常であれば、図３に示される周波数成分を出力することができる。このため、ＣＰＵ９は、これら周波数成分の出力状態を監視することにより信号発生回路２の正常又は異常を判定することができる。なお、図１中、（イ）は、図３に示されるスペクトラムを模式的に表したもので、車上子ｂが地上子ａ1，ａ2のいずれにも結合していない状態を示している。
【００２０】
図４は、スペクトラムＸ1の信号周波数を説明の便宜上、ｆ3とし、また、地上子ａ2の共振周波数ｆ3が用いられているとした場合、車上子ｂと地上子ａ2とが電磁結合されると、スペクトラムＸ1は、図４に示されるように、Ｘ1の電圧レベルが高まり、スペクトラムＸ1のレベルが信号発生回路２を監視するための照査レベルよりも高い値となり、パターンＤＥＴ８では所定の受信レベルを用いてスペクトラムＸ1が所定の値を越えたと判定される。これにより、ＣＰＵ９は、車上子ｂが地上子ａ2と電磁結合したと検知するとともに、その地上子ａ2から得られた信号ｆ3に基づいて所定の列車制御信号を生成することとなる。なお、図１中、（ロ）は、図４に示されるスペクトラムを模式的に示したもので、車上子ｂが地上子ａ2に結合した状態を示している。
【００２１】
図５は、スペクトラムＸ2，Ｘ3の信号周波数を説明の便宜上、ｆ1，ｆ2とし、また、地上子ａ1が２つの共振周波数ｆ1，ｆ2を有している場合を示している。この場合、車上子ｂと地上子ａ1とが電磁結合されると、スペクトラムＸ2，Ｘ3は、図５に示されるように、Ｘ2，Ｘ3の電圧レベルが信号発生回路２を監視するための照査レベルよりそれぞれ高い値となり、パターンＤＥＴ８では所定の受信レベルを用いてスペクトラムＸ2，Ｘ3が所定の値を越えたと判定される。これにより、ＣＰＵ８は、車上子ｂが地上子ａ1と電磁結合したと検知することができるとともに、その地上子ａ1から得られた信号ｆ1，ｆ2及びこれら信号ｆ1，ｆ2の組合せに基づいて所定の列車制御信号を生成することができる。なお、図１中、（ハ）は、図５に示されるスペクトラムを模式的に示したもので、車上子ｂが地上子ａ1に結合した状態を示している。
【００２２】
上記構成からなる情報伝送システムにおいて、列車Ｔが矢印方向（図１の例では、右側から左側へ進行する方向）に進行する際、図１に示されるように、車上子ｂが地上子ａ1，ａ2のいずれにも電磁結合していないときは、信号発生回路２側から発生された信号がそのままＣＰＵ９側で受信される。したがって、信号発生回路２が正常であれば、ＦＦＴ演算処理回路７は、図１の（イ）に示される周波数成分を出力することができる。このため、ＣＰＵ９は、この周波数成分の出力状態を監視することにより信号発生回路２の正常又は異常を判定することができる。
【００２３】
列車Ｔが進行して車上子ｂが地上子ａ2に電磁結合したときは、信号ｆ3に相当するスペクトラム（図４のＸ1参照）の電圧レベルが高まり、これによりＣＰＵ８は、車上子ｂが地上子ａ2と電磁結合したと検知するとともに、その地上子ａ2から得られた信号ｆ3に基づいて所定の列車制御信号を生成することとなる。さらに列車Ｔが進行し、車上子ｂが地上子ａ1に電磁結合したときは、信号ｆ1，ｆ2に相当するスペクトラム（図５Ｘ2，Ｘ3参照）の電圧レベルがそれぞれ高い値となり、これによりＣＰＵ９は、車上子ｂが地上子ａ1と電磁結合したと検知することができるとともに、その地上子ａ1から得られた信号ｆ1，ｆ2及びこれら信号ｆ1，ｆ2の組合せに基づいて所定の列車制御信号を生成することができる。
【００２４】
上述のように、車上装置１で用いられる信号発生回路２は、単一の信号発生回路で地上側で用いられている全ての周波数をカバーできるので、消費電力が少なく、したがって発熱量も小さく、しかも、小型化できるという特長がある。
【００２５】
さらに、本発明に係る情報伝送システムは、地上子の設置数を増加しなくとも地上から車上へ伝送する情報を増加させることができ、列車制御の高度化を低コストに実現することができる。また、本発明に係る情報伝送システムは、既設の変周方式のＡＴＳ装置の設備と併用できるので、従来の地上，車上装置を利用して情報量を増加させることができる特長を有している。
【００２６】
なお、上述の例では、車上装置１の受信側構成をＦＦＴ演算回路７を用いて周波数分析方式を採用したが、この受信側構成を複数のバンドパスフィルタを用いたアナログ方式とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る情報伝送システムの概略構成図である。
【図２】信号発生回路の詳細図である。
【図３】スペクトラムの説明図である。
【図４】スペクトラムの説明図である。
【図５】スペクトラムの説明図である。
【図６】従来の変周方式のＡＴＳ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
ｒ 軌道（レール）
Ｔ 列車
１ 車上装置
２ 信号発生回路
３ 増幅回路
４ バンドパスフィルタ
５ａ，５ｂ 接続トランス
６ Ａ/Ｄ回路
７ ＦＦＴ演算処理回路
８ パターンＤＥＴ
９ ＣＰＵ
２０ シフトレジスタ
２１，２２ 排他的論理和回路
ａ1，ａ2 地上子
ａ´ 筐体
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 共振回路
ｂ 車上子
ｂ´ 筐体
ｂ1，ｂ2 コイル
【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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