(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上装置と車上装置との間を暗号化してデータを伝送する列車制御用デジタル通信システムにおいて、暗号文は無線で伝送し、且つ鍵は軌道を用いて伝送するようにしたことを特徴とする列車制御用デジタル通信システム。
【請求項２】
前記地上装置は鍵を用いて送信情報を平文から暗号文に変換し又は受信情報を暗号文から平文に変換する暗号化／復号化手段と、暗号文を無線により送信し又は暗号文を無線により受信する暗号文入出力手段と、暗号化又は復号化のための前記鍵を生成する鍵生成手段と、前記鍵を軌道に送出する鍵出力手段とを少なくとも具備し、且つ前記車上装置は前記鍵を用いて送信情報を平文から暗号文に変換し又は受信情報を暗号文から平文に変換する暗号化／復号化手段と、暗号文を無線により送信し又は暗号文を無線により受信する暗号文入出力手段と、暗号化又は復号化のための前記鍵を軌道から受信する鍵入力手段とを少なくとも具備するものであることを特徴とする請求項１の列車制御用デジタル通信システム。
【請求項３】
前記鍵生成手段は必要に応じて前記鍵を変更するように構成されていることを特徴とする請求項２の列車制御用デジタル通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動列車制御（ＡＴＣ）、自動列車運転制御（ＡＴＯ）等の列車制御用通信システムに関し、特に中央管理装置等の地上装置と列車に搭載された車上装置との間で無線を利用して暗号化データを伝送する列車制御用デジタル通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在使われているＡＴＣ信号は搬送波を許容速度を示す信号波で変調することによって得られている。しかし、この方式ではせいぜい数十種類の信号しか車上に伝えられず、速度以外の情報を車上に伝えることは困難である。また、地上の閉塞区間ごとの信号となるので、均一のブレーキ性能の列車が走行する線区には適しているが、ブレーキ性能や最高速度が異なる列車が走行する線区では列車の種別に応じて異なる速度を示すＡＴＣ信号を送信したり、車上で別の指示速度に読み替える等のしくみが必要となる。更に、列車の運転時隔を短縮するためには現在の軌道回路をさらに細かく分割する必要があり、地上設備が増加する等の問題もある。
【０００３】
これらの問題を解決するために開発されたのがデジタルＡＴＣシステムである。デジタルＡＴＣシステムは、軌道回路を伝送媒体としてデジタル符号伝送により地上−車上の多情報伝送を実現するものである。デジタルＡＴＣシステムにおいては、(１)ＡＴＣ信号は地上装置から車上装置にレールを使ってデジタル符号で伝送され、(２) 列車に対しては速度でなく目標地点までの距離が伝えられ、 (３)車上装置においても軌道回路ＩＤと車輪の回転等で連続的に自列車の位置測定を行い、(４) ブレーキ制御は車上装置で作成したブレーキパターンで行い、更に、(５)軌道回路、勾配、曲線等の地上データは車上装置で管理される。このデジタルＡＴＣシステムは、軌道回路を列車検知や地上装置から車上装置への情報伝送に使用することで、従来のＡＴＣシステムの安全性をそのまま受け継ぐことができるという利点がある。また、勾配データや車両のブレーキ性能等のデータを車上装置が保有するので、性能の異なる列車も効率よく制御できる。更に、目標地点までの一段ブレーキパターンによる制御なので運転時隔や到達時間の短縮が実現できる。更にまた、ＡＴＯシステムや運行管理等の機能拡張も可能である。
【０００４】
無線を利用した列車制御システムは、上記デジタルＡＴＣシステムを更に発展させたシステムである。無線を利用した列車制御システムにおいては、(１)各列車は自列車の位置測定を自ら行い、位置情報を地上装置に無線で伝送し、(２) 地上装置は各列車から伝送されてきた列車位置情報を受信して列車の追跡をすると共に、前方を走行する列車の位置と駅のポイントや踏切の状態から列車が走行できる区間を判断し、その情報を列車に定期的に無線で伝送し、(３)車上装置は伝送されてきた停止位置情報や線区の線路勾配、列車のブレーキ性能のデータを基に走行が許された区間を行き過ぎないように走行速度を自動的に監視制御する。
【０００５】
無線を利用した列車制御システムにおいてセキュリティを確保するためには、例えば図２の如く、地上装置３０、車上装置４０、無線伝送路Ａとからなる列車制御用デジタル通信システムが用いられている。地上装置３０は地上保安制御装置３１、符号化／復号化部３２、スクランブル／デスクランブル部３３及び入出力部３４とから構成されている。また、車上装置４０は車上保安制御装置４１、符号化／復号化部４２、スクランブル／デスクランブル部４３及び入出力部４４とから構成されている。図２のブロック図から明らかな通り、地上装置３０と車上装置４０との間の情報伝送は全て無線で行われている。伝送される情報はデジタル化され、符号化による誤りチェックとスクランブルによるランダム化が施される。
【０００６】
無線を利用した列車制御システムは勾配データや車両のブレーキ性能等のデータに基づいて性能の異なる列車も効率よく制御できるし、運転時隔や到達時間の短縮が実現できる。また、ＡＴＯシステムや運行管理等の機能拡張も可能である。各列車毎に無線で情報の交換を行うシステムであるから、列車の走行ダイヤ等を送信することによりダイナミックに各列車の運行管理ができる。拡大したシステムにおいては、地上装置と車上装置との間の情報伝送量は増加する。しかも列車制御ないし運行に関する重要な情報が単一の無線伝送路Ａで地上装置と車上装置との間を行き来することになる。このため、上述の如く、伝送される情報はデジタル化され、符号化による誤りチェックとスクランブルによるランダム化が施され、従って暗号化されている。しかしながら、暗号文はその解読は困難でも、必ず解読されることは歴史が示している事実である。
【０００７】
無線を利用した列車制御システムにおいても、これに適した暗号方式を導入すれば、有線伝送に比べれば盗聴される可能性が高い無線伝送の欠点を補うこと可能がである。しかしながら、上述の如く暗号文が解読されないとの保証はなく、常に暗号方式の更新を継続する等の盗聴防止策を実行し、セキュリティ確保に努めなければならない。
【０００８】
暗号文は、解読されるまでは当然に秘密であり続ける。しかし一度解読されてしまうと、暗号文を解読する鍵が判明するから、それ以後の暗号文は簡単に解読されてしまう。暗号が解読されるまでの時間は未だ長期間とは言え、計算機の高速化、暗号解読アルゴリズムの発達で、確実に短くなりつつある。従って、鍵の変更を頻繁に行うことは暗号文の不正な解読を防止するのに極めて有効となる。しかしながら、鍵の変更は鍵の配布を伴うことになる。鍵の安全な配布が確保されることが、鍵の変更の有効性を保証し、不正な暗号解読を防止するために必要不可欠のことである。ところが、これまでに実用化され、或いは提案されてきた列車制御用デジタル通信システムにおいては、鍵の安全な配布が確保されているとは言い難い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、地上装置と車上装置との間を暗号化して無線でデータを伝送する列車制御用デジタル通信システムにおいて、既存設備を活用して鍵を安全に配布することにより、少ない設備投資で高いセキュリティを確保することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、地上装置と車上装置との間を暗号化してデータを伝送する列車制御用デジタル通信システムを、暗号文は無線で伝送し、且つ鍵は軌道を用いて伝送するように構成した。即ち、比較的に情報量が少なく高速伝送の必要がない鍵を、鉄道専用であり他からのアクセスが困難な軌道を伝送路として用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記地上装置には鍵を用いて平文を暗号文に変換し又は暗号文を平文に変換する暗号化／復号化手段と、暗号文を無線により送信し又は無線により暗号文を受信する暗号文入出力手段と、暗号化又は復号化のための前記鍵を生成する鍵生成手段と、前記鍵を軌道に送出する鍵出力手段とを少なくとも具備させ、且つ前記車上装置には前記鍵を用いて平文を暗号文に変換し又は暗号文を平文に変換する暗号化／復号化手段と、暗号文を無線により送信し又は無線により暗号文を受信する暗号文入出力手段と、暗号化又は復号化のための前記鍵を軌道から受信する鍵入力手段とを少なくとも具備させた。更に、前記鍵生成手段が生成する鍵は必要に応じて変更するようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例、即ち地上装置１０、車上装置２０、無線伝送路Ａ及び有線伝送路としての軌道Ｂとからなる列車制御用デジタル通信システムの構成を示すブロック図である。地上装置１０は地上保安制御装置１１、暗号化／復号化部１２、鍵生成部１３、暗号文入出力部１４及び鍵出力部１５とから構成されている。また、車上装置２０は車上保安制御装置２１、暗号化／復号化部２２、暗号文入出力部２４及び鍵入力部２５とから構成されている。
【００１３】
地上保安制御装置１１はＡＴＣ、ＡＴＯ等のデジタル列車制御情報を生成する。暗号化／復号化部１２は前記デジタル列車制御情報を鍵生成部１３からの鍵情報を用いて暗号文に変換する。無線送受信器を含む暗号文入出力部１４は前記暗号文を地上アンテナ１６に供給して送信する。鍵生成部１３からの鍵情報は鍵出力部１５から軌道Ｂに送出される。このように、暗号文は無線で、鍵は軌道を経て夫々送信される。
【００１４】
車上装置２０においては、無線送受信器を含む暗号文入出力部２４は車上アンテナ２６を経てＡＴＣ、ＡＴＯ等のデジタル列車制御情報の暗号文を受信する。暗号化／復号化部２２は前記デジタル列車制御情報の暗号文を鍵入力部２５からの鍵情報を用いて平文のデジタル列車制御情報に変換する。車上保安制御装置２１は暗号化／復号化部２２から入力された平文のデジタル列車制御情報に基づいて、所定の保安制御動作を行う。鍵は軌道Ｂから車上子２７で受信され、鍵入力部２５に記憶される。このように、暗号文は無線で、鍵は軌道を経て夫々受信される。
【００１５】
車上装置２０から地上装置１０へは各列車の位置情報、速度情報、列車識別番号等の各種情報が伝送される。位置情報は、軌道の所定位置に設置された地上子を利用する絶対位置検知と車輪の回転数検知を組み合わせた移動距離算出方法で得られるが、これと加速度計やドップラー速度計を併用する方法や、ＧＰＳシステムを利用する方法によっても得られる。このようにして得られた位置情報や速度情報等は、車上保安制御装置２１でデジタル化された情報として生成される。デジタル化された情報は、暗号化／復号化部２２において、鍵入力部２５に記憶されている鍵情報を用いて暗号文に変換され、暗号文入出力部２４から車上アンテナ２６を経て送信される。
【００１６】
地上装置１０においては、暗号文入出力部１４が地上アンテナ１６を経て暗号文の位置情報を受信する。暗号化／復号化部１２は前記暗号文の位置情報を鍵生成部１５からの鍵情報を用いて平文の位置情報に変換する。地上保安制御装置１１は暗号化／復号化部１２から入力された平文の位置情報をメモリに記憶する。
【００１７】
ところで、本発明における有線伝送路としての軌道は、多数の軌道回路から構成され、且つ隣接する軌道回路間は中継器で接続されているものである。光ファイバーや通信ケーブルに比べると伝送品質は明らかに劣っているが、鍵情報を伝送するには十分の伝送品質を有する。もし、漏洩同軸ケーブルが軌道に沿って設置されている線区においては、この漏洩同軸ケーブルを鍵伝送路として用いてもよい。
【００１８】
セキュリティを更に高めるために、地上装置１０の鍵生成部１３は定期的に又はランダムに鍵を変更する。
【００１９】
なお、本発明の一実施例の地上装置１０において、暗号化／復号化部１２、鍵生成部１３、暗号文入出力部１４及び鍵出力部１５は地上保安制御装置１１とは別の装置として示してあるが、地上保安制御装置１１の一部として夫々構成されてもよい。同様に、車上装置２０において、暗号化／復号化部２２、暗号文入出力部２４及び鍵入力部２５は車上保安制御装置２１とは別の装置として示してあるが、車上保安制御装置２１の一部として夫々構成されてもよい。
【００２０】
以上説明した通り、本発明に係る列車制御用デジタル通信システムにおいては、暗号文は無線で且つ鍵は軌道を利用して夫々伝送される。即ち暗号文と鍵とは別々の媒体で伝送される。比較的に情報量が少なく高速伝送の必要がない鍵を、鉄道専用であり他からのアクセスが困難な軌道を伝送路として用いたことを特徴とするものである。車上装置は、無線伝送路によって受信した暗号化された制御情報と、軌道等の他の伝送路によって受信した鍵情報を組み合わせて、制御情報の正当性をチェックする。鍵の伝送路である軌道には法令により限られた人しか接近することができないし、また軌道は不法な接近が極めて困難なように防護柵等で物理的にも保護されている。このため、軌道を利用した伝送路から情報が傍受される可能性は皆無に近く、鍵が盗聴される可能性は現実には殆どありえない。従って本発明に係るシステムによれば、無線により伝送された暗号文が仮に盗聴されても、鍵が無いから暗号文の解読は不可能である。しかも、軌道は既設の設備であるから、これをデジタル伝送路にするには軌道回路間の中継器等の機器を改良ないし新規開発するだけである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る列車制御用デジタル通信システムにおいては、比較的に情報量が少なく高速伝送の必要がない鍵を鉄道専用であり他からのアクセスが困難な軌道を伝送路として用いたものであるから、鍵の配布の安全性が確保された。従って、鍵の頻繁な変更の有効性が向上し、暗号文の不正解読の危険性を大幅に低下することができた。
【００２２】
また、地上装置はデジタル列車制御情報を暗号化して無線でデータ伝送し、車上装置は前記暗号化されたデータを受信して、他の伝送路で受信している鍵情報を用い、その正当性をチェックすることによって高いセキュリティが保証されている。そして、前記他の伝送路は、既存の軌道を利用した有線伝送路であるから、本発明により、少ない設備投資で高いセキュリティを確保した列車制御用デジタル通信システムが実現可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る列車制御用デジタル通信システムの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の列車制御用デジタル通信システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ａ  無線伝送路
Ｂ  軌道
１０  地上装置
１１  地上保安制御装置
１２  暗号化／復号化部
１３  鍵生成部
１４  暗号文入出力部
１５  鍵出力部
１６  地上アンテナ
２０  車上装置
２１  車上保安制御装置
２２  暗号化／復号化部
２４  暗号文入出力部
２５  鍵入力部
２６  車上アンテナ
２７  地上子
３０  地上装置
３１  地上保安制御装置
３２  符号化／復号化部
３３  スクランブル／デスクランブル部
３４  入出力部
３６  地上アンテナ
４０  車上装置
４１  車上保安制御装置
４２  符号化／復号化部
４３  スクランブル／デスクランブル部
４４  入出力部
４６  車上アンテナ
【図１】
0003997319.tif 000002
【図２】
0003997319.tif 000003