(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で軌道に沿って設置された複数の基地局を有し、１又は複数の車両からなる複数の列車を制御するためのシステムであって、複数の基地局に設けられ、軌道方向で互いに向きが異なる指向性を有するアンテナにより、軌道上を走行する１又は複数の列車との間の距離に係る情報を各々が求める複数のレーダー基地局と、各レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報に基づいて、各列車に対して付与すべき走行指令を演算する走行指令演算手段と、走行指令演算手段が求めた走行指令を各列車に対して与える走行指令付与手段とを備え
前記走行指令演算手段が、複数の基地局に設けられていて、かつ、各レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報を他の基地局との間で相互に受け渡す信号伝送手段と、信号伝送手段によって受け取った他のレーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報及び自レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報に基づいて複数の列車間の距離を求める列車間距離演算手段と、列車間距離演算手段が求めた複数の列車間の距離に基づいて自基地局に対して割り当てられた１又は複数の列車に対して走行指令として付与すべき速度指令を演算する速度指令演算手段とを備えていることを特徴とする列車制御システム。
【請求項２】
前記レーダー基地局が備えるアンテナが、軌道方向で互いに向きが異なる２方向の指向性を有していることを特徴とする請求項１記載の列車制御システム。
【請求項３】
前記レーダー基地局が送信する電波が、符号分割多重接続方式によって拡張されたスペクトルを有するものであって、かつ、各チャンネル識別用の符号が少なくとも隣接するレーダー基地局間で互いに異なることを特徴とする請求項１記載の列車制御システム。
【請求項４】
前記レーダー基地局が送信する電波が、符号分割多重接続方式によって拡張されたスペクトルを有するものであって、かつ、各チャンネル識別用の符号が疑似乱数的に作成されたものであることを特徴とする請求項１記載の列車制御システム。
【請求項５】
前記レーダー基地局が電波を送受信する時間が、少なくとも隣接するレーダーとの間で時分割されていることを特徴とする請求項１、３又は４記載の列車制御システム。
【請求項６】
前記複数のレーダー基地局が同一キャリア周波数の電波を使用することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項記載の列車制御システム。
【請求項７】
前記列車間距離演算手段が、前記信号伝送手段によって受け取った他の基地局のレーダーが得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報及び自基地局のレーダーが得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報、並びに他の基地局と自基地局との間の距離情報に基づいて、複数の列車間の距離を求めることを特徴とする請求項１記載の列車制御システム。
【請求項８】
前記走行指令付与手段が、複数の基地局に設けられていて、かつ、前記走行指令演算手段が求めた走行指令を自基地局に対して割り当てられた１又は複数の列車に対して送信する走行指令送信手段と、その各列車から送信されてくる各列車の識別情報を含む信号を受信する列車識別情報受信手段とを、それぞれ備えていることを特徴とする請求項１記載の列車制御システム。
【請求項９】
所定の間隔で軌道に沿って設置された複数の基地局を用いて１又は複数の車両からなる複数の列車を制御するための方法であって、軌道上を走行する１又は複数の列車と各基地局との間の距離に係る情報を、軌道方向で互いに向きが異なる指向性を有するアンテナにより、複数のレーダー基地局によって取得し、各レーダー基地局が得た１又は複数の列車と各基地局との間の１又は複数の距離情報に基づいて、各列車に対して付与すべき走行指令を演算し、そして、演算した走行指令を各列車に対して送信することを特徴とする列車制御方法であって、
複数の基地局において、各レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報を他の基地局との間で相互に受け渡し、受け取った他のレーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報及び自レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報に基づいて複数の列車間の距離を求め、求めた複数の列車間の距離に基づいて自基地局に対して割り当てられた１又は複数の列車に対して走行指令として付与すべき速度指令を演算することを特徴とする列車制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌道上を走行する列車の速度制御等の制御を行う際に用いて好適な列車制御システム及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の列車の位置検知および列車制御を行うための列車制御システムでは、軌道回路を用いた固定閉塞方式による信号システムが用いられてきた。固定閉塞方式による信号システムでは、軌道を構成する二本のレールが、互いに絶縁されるとともに、所定区間毎に長さ方向に絶縁されている。列車が通過すると、二本のレールが導通されるので、導通箇所がどこであるかによって列車の位置が検知される。この軌道回路は、信号機のシステムと連動していて、一つの絶縁区間に一つの列車しか存在しないように各信号機が制御される。つまり、このシステムでは、絶縁された区間内には一つの列車しか存在できないため、絶縁区間の長さによって制御の精度が制限されることになる。ここで、一つの列車しか存在しないように設定される区間が閉塞区間、一つの閉塞区間の長さが閉塞長と呼ばれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の軌道回路を用いた固定閉塞方式の信号システムでは、閉塞長が固定されているから、列車間隔の調整が自由にできないという課題があった。また、区間を短くしようとすると、区間の総数が増えるので、設備の整備にコストがかかるこという課題があった。また、システムを構成するケーブル本数や接続点が多いため、通信ケーブルの管理が煩雑であるという課題もあった。また、ケーブルやリレーの設備数が多いため、ケーブルやリレーのメンテナンスコストが高いという課題もあった。
【０００４】
本発明は、上記の事情を考慮し、従来よりも、列車間隔を自由に調整でき、ケーブル数を削減でき、それによってケーブル管理を容易にすることができ、また、システムのメンテナンスコストを削減することができる列車制御システム及び制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、所定の間隔で軌道に沿って設置された複数の基地局を有し、１又は複数の車両からなる複数の列車を制御するためのシステムであって、複数の基地局に設けられ、軌道上を走行する１又は複数の列車との間の距離に係る情報を各々が求める複数のレーダー基地局と、各レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報に基づいて、各列車に対して付与すべき走行指令を演算する走行指令演算手段と、走行指令演算手段が求めた走行指令を各列車に対して与える走行指令付与手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、前記レーダー基地局が備えるアンテナが、軌道方向で互いに向きが異なる２方向の指向性を有していることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、前記レーダー基地局が送信する電波が、符号分割多重接続方式によって拡張されたスペクトルを有するものであって、かつ、各チャンネル識別用の符号が少なくとも隣接するレーダー基地局間で互いに異なることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記レーダー基地局が送信する電波が、符号分割多重接続方式によって拡張されたスペクトルを有するものであって、かつ、各チャンネル識別用の符号が疑似乱数的に作成されたものであることを特徴とする。請求項５記載の発明は、前記レーダー基地局が電波を送受信する時間が、少なくとも隣接するレーダー基地局との間で時分割されていることを特徴とする。請求項６記載の発明は、前記複数のレーダーが同一キャリア周波数の電波を使用することを特徴とする。
【０００８】
請求項７記載の発明は、前記走行指令演算手段が、複数の基地局に設けられていて、かつ、各レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報を他の基地局との間で相互に受け渡す信号伝送手段と、信号伝送手段によって受け取った他のレーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報及び自レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報に基づいて複数の列車間の距離を求める列車間距離演算手段と、列車間距離演算手段が求めた複数の列車間の距離に基づいて自基地局に対して割り当てられた１又は複数の列車に対して走行指令として付与すべき速度指令を演算する速度指令演算手段とを、それぞれ備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項８記載の発明は、前記列車間距離演算手段が、前記信号伝送手段によって受け取った他のレーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報及び自レーダー基地局が得た１又は複数の列車との間の１又は複数の距離情報、並びに他の基地局と自基地局との間の距離情報に基づいて、複数の列車間の距離を求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項９記載の発明は、前記走行指令付与手段が、複数の基地局に設けられていて、かつ、前記走行指令演算手段が求めた走行指令を自基地局に対して割り当てられた１又は複数の列車に対して送信する走行指令送信手段と、その各列車から送信されてくる各列車の識別情報を含む信号を受信する列車識別情報受信手段とを、それぞれ備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１０記載の発明は、所定の間隔で軌道に沿って設置された複数の基地局を用いて１又は複数の車両からなる複数の列車を制御するための方法であって、軌道上を走行する１又は複数の列車と各基地局との間の距離に係る情報を複数のレーダー基地局によって取得し、各レーダー基地局が得た１又は複数の列車と各基地局との間の１又は複数の距離情報に基づいて、各列車に対して付与すべき走行指令を演算し、そして、演算した走行指令を各列車に対して送信することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の列車制御システムの実施の形態について説明する。まず、図１〜図３を参照して、本列車制御システムの基本構成について説明する。
【００１３】
本発明の列車制御システムは、従来のシステムのように軌道回路を用いる固定閉塞方式を使わず、閉塞区間を適宜移動可能とする移動閉塞方式を用いることとしている。すなわち、本システムは、図１に示すように、軌道回路に代えて、軌道（線路）１の脇に、ある一定間隔（あるいは所定の可変間隔）で設置された複数の基地局１１，１２，１３，１４，１５，…からレーダーを用いて、複数の列車２１，２２，２３，…の位置と速度を検知する構成を採用する。そして、求めた各列車の位置と速度に基づいて、さらに各列車の間隔を求め、各列車２１，２２，…に対する列車ブレーキ曲線（あるいは安全スピード曲線）Ｃ１，Ｃ２，…を作成し、当該列車に安全速度を送信して列車の速度制御を行うものである。このように、本システムは、複数のレーダーによって軌道上の各列車を追跡し、その位置と速度を検知することで各列車間の距離を求め、その距離が安全な大きさとなるように各列車の速度を制御することで、列車制御を行うものである。したがって、閉塞区間（一つの列車しか存在しないように設定される区間）は、各列車の移動位置を基準にして移動させながら動的に設定することができる。
【００１４】
なお、図１は、単線の軌道をモデルとして本システムを示す構成図である。図１において、各列車の移動方向は、矢印で示した図に向かって左から右への方向であるとしている。また、図１に示す例では、基地局１１，１２，１３，１４，１５，…が有線（あるいは無線）の通信回線３１で相互に接続可能であるとともに、各基地局１１，１２，１３，１４，１５，…の動作を監視したり制御したりするための指令所４１にも接続されるようになっている。また、列車ブレーキ曲線Ｃ１，Ｃ２，…は、それぞれ各列車２１，２２，…に対する速度指令の時間変化を示す曲線である。
【００１５】
なお、本願において「列車追跡」とは、安全確保のためにレーダーによって列車位置と速度を同定することをいうものとする。ここで、列車の位置と速度は、レーダーの放射ビームの伝播時間とドップラー・シフトによってそれぞれ測定される。そのために、レーダーの送信機と受信機が各基地局に設置される。各基地局においては、各レーダー基地局が備えるアンテナが、図２に示すように、各軌道１の軌道方向で互いに向きが異なる２方向（ＡおよびＢ）の指向性を有し、基地局（図２では基地局１２）に接近してくる列車（図２では列車２１）と離れていく列車（図２では列車２２）の両方を追跡できるように構成されている。２方向ＡおよびＢの指向性を設ける構成としては、例えば、１方向に対して高い指向性を有するアンテナを２つ設けるようにしてもよいし、回転機構を設けて１つのアンテナの方向を２方向に変化させるようにしてもよい。
【００１６】
なお、本願において、レーダーは、無線（電磁波）のパルス波を放射して対象物からの反射波を検出し、反射体の方向および距離を検知するとともに、さらに反射波のドップラー・シフト（偏移）や時間変化を検知することで目標物の速度の大きさを向きとともに検知するものであるとする。
【００１７】
また、本願において「列車制御」とは、上記のようにして測定されたそれらの列車位置および速度情報から、列車相互の衝突を防止するための安全列車速度をシステムが計算し、当該列車に送信することをいう。例えば、図３に示すように、その安全速度（あるいは速度指令）は無線によって所定の基地局（基地局１３および基地局１５）から送信され、それを受信した列車（列車２１および列車２２）はその安全速度に従い、列車の速度を制御する。また、それを受信した列車は、確認のため、各列車を識別するために各列車に割り当てられた固有の列車番号を基地局に送り返すようになっている。
【００１８】
以上のように構成される本発明の列車制御システムによれば、次のようないくつかの利点を得ることができる。まず、メンテナンス設備の数を減らすことができ、メンテナンスコストを減らすことができる。設備として、リレーを使わないので設備が簡略化される。また、当該線区の運行状況に応じて、列車間隔を柔軟に変更することができる。
【００１９】
次に、図４を参照して、図１に示す各構成要素の構成例について説明する。図４において、図１と同一の構成には同一の符号を用いている。図４において、列車２１は、１または複数台の車両を連結して構成されるものであって、その内部には、列車２１の駆動機構等の各部を制御するための制御装置２１１が設けられている。制御装置２１１には、無線によって各基地局との間でデータ通信を行うための信号送受信部２１２が設けられていて、その信号送受信部２１２には各基地局から速度指令情報を受信するための速度指令受信部２１２ａと、速度指令情報を受信したときに各基地局に対して列車番号情報を返信するための列車番号送信部２１２ａとが設けられている。
【００２０】
一方、基地局１１には、２個のパラボラアンテナ等を有して構成されている２方向指向性円形椀型アンテナ１１２およびその制御を行う制御回路１１３からなるレーダー装置１１１と、データ処理装置１１４と、速度指令受信部１１５ａと列車番号受信部１１５ｂとを有し各列車とデータ通信を行うための信号送受信部１１５と、各基地局間あるいは指令所４１との間でデータ通信を行うための信号伝送装置１１６とが設けられている。それらのうち、データ装置１１４は、列車間距離演算部１１４ａと、速度指令演算部１１４ｂと、列車番号確認部１１４ｃとを有して構成されていて、列車間距離の演算処理、速度指令の演算処理、および列車番号の確認処理を行うとともに、レーダー装置１１１によって測定した各列車の位置および速度情報を信号伝送装置１１６を介して他の基地局（例えば基地局１２）へ伝送したり、反対に他の基地局（例えば基地局１２）が取得した同一または他の列車に関する位置および速度情報を受け取ったり、あるいは追跡中の列車の情報や各処理の実行状況を指令所４１へ報告したりする処理を行う。
【００２１】
列車間距離演算部１１４ａは、基地局１１がレーダー装置１１１によって取得した１もしくは複数の列車の位置情報、信号伝送装置１１６を介して受信した他の基地局が得た同一もしくは他の列車の位置情報、自基地局と他基地局間の距離情報等に基づいて自基地局が列車追跡を行う区間に存在する１または複数の列車について、その前後の列車との間の距離を演算する処理を行う。ただし、他基地局が、当該列車について同一の距離情報を演算する場合には、その演算処理を省略するようにしてもよい。
【００２２】
速度指令演算部１１４ｂは、列車間距離演算部１１４ａによって演算された距離情報、基地局１１がレーダー装置１１１によって取得した１もしくは複数の列車の速度情報、信号伝送装置１１６を介して受信した他の基地局が得た同一もしくは他の列車の速度情報、自基地局と他基地局間の距離情報等に基づいて、自基地局が速度指令の送信対象とする１または複数の列車に対し、図１に示すような列車ブレーキ曲線を形成する速度指令を演算する処理を行う。速度指令の送信対象となる列車は、例えば、自基地局が列車の進行方向前方に位置することとなる列車とする。この場合、図１に示す例では、基地局１２が列車２１に速度指令を送信し、基地局１４が列車２２に速度指令を送信し、そして、基地局１５が列車２３に速度指令を送信することになる。そして、速度指令演算部１１４ｂによって求められた速度指令は、速度指令送信部１１５ａを介して該当する各列車に送信される。
【００２３】
列車番号確認部１１４ｃは、速度指令送信部１１５ａを介して該当する列車に速度指令を送信した後に、当該列車から送信されてきた列車番号情報が列車番号受信部１１５ｂによって所定時間内に受信されたかどうかを確認する処理を行う。そして、確認結果に応じて、再度同一の情報を速度指令送信部１１５ａから送信する処理を行ったり、指令所４１に確認結果が正常あるいは異常である旨を報告する処理を行ったりする。
【００２４】
次に、基地局１２は、基地局１１と同様に構成されている。すなわち、基地局１２は、レーダー装置１１１と同様に構成されたレーダー装置１２１と、データ処理装置１１４と同様に構成されたデータ処理装置１２４と、信号送受信部１１５と同様に構成された信号送受信部１２５と、信号伝送装置１１６と同様に構成された信号伝送装置１２６とから構成されている。ここで、２方向指向性円形椀型アンテナ１２２、制御回路１２３、列車間距離演算部１２４ａ、速度指令演算部１２４ｂ、列車番号確認部１２４ｃ、速度指令送信部１２５ａ、および列車番号受信部１２５ｂは、２方向指向性円形椀型アンテナ１１２、制御回路１１３、列車間距離演算部１１４ａ、速度指令演算部１１４ｂ、列車番号確認部１１４ｃ、速度指令送信部１１５ａ、および列車番号受信部１１５ｂと、それぞれ同様に構成されている。
【００２５】
次に、指令所４１は、列車制御における各情報を統合して監視したり、基地局や列車に対して指令を送ったりするための制御装置４１１を備えて構成されている。制御装置４１１には、通信回線３１を介して各基地局１１，１２，…との間でデータ通信を行うための信号伝送装置４１２が設けられていて、各基地局における列車の追跡状態、各基地局の動作状態等の監視を行えるようになっている。
【００２６】
次に、図５〜図１２を参照して、図１等を参照して説明した列車制御システムにおける列車追跡方法について説明する。なお、各図において、同一の構成要素には同一の符号を用いている。
【００２７】
なお、以下の説明では、本システムの各基地局が、直線の単線上で、一方向で列車が移動することを検知するものと仮定する。移動方向を限定する場合、レーダー装置のアンテナ指向性の各方向では、各一方向に移動する列車（近づきまたは遠ざかり）のみが検知されることになる。つまり、各指向方向において検知される列車速度の符号は正（近づき）又は負（遠ざかり）に固定される。一方、軌道を複線として移動方向を２方向とする場合には、アンテナの各指向方向についてそれぞれ正負２種類の速度が検知されることになる。したがって、指向方向毎に移動方向に対応させて速度の符号を設定、選択することで、同様のハードウェア構成を用い、複線上の２移動方向で列車追跡を行うことが可能である。
【００２８】
また、実際的な実施では、複線上に多くのカーブがあることが考えられるが、分析を単純化するために軌道が直線上であると仮定する。実際には、例えば、基地局の間隔を軌道の曲率に応じて変化させたり、あるいはアンテナの指向方向を２方向よりも複数にしたりすること等によって、カーブがある場合に対応可能である。
【００２９】
さらに、図５〜図１２を参照して説明する例では、鉄道の軌道１の側に1,000メートルの一定間隔で２方向の指向性アンテナを持った基地局１１，１２，１３，１４，１５が設置され、それらの基地局が、各方向で1,000メートル以内の区間の列車のみを検知するものであると仮定する。例えば、図５に示すように、各基地局Ａ（１２）、基地局Ｂ（１３）、基地局Ｃ（１４）は、それぞれ区間Ａ、区間Ｂ、および区間Ｃの範囲のみを検知対象区間とするものであって、各基地局から1,000メートルより遠くに離れた列車情報を検知しないものとする。
【００３０】
また、図５に示すように、２つの基地局Ｂ（１３）、基地局Ｃ（１４）の間の列車２１は両方の基地局によって検知されるものとする。そして、異なる基地局で検知された同一の列車についての検知情報（位置、速度）を、各基地局あるいは指令所４１（図１参照）で比較したり、あるいはその平均的な情報を採用するようにしたりすることができる。その結果、システムは、列車の位置および速度のより正確な測定を得ることができる。
【００３１】
次に、本システムにおける各基地局のレーダー装置の構成および動作について説明する。本システムでは、基本的に、列車検知のために、レーダー装置から放射する電磁波パルスの波形として、直接拡散拡張スペクトル方式を用いた符号分割多重接続（CDMA；Code-Division Multiple Access）方式によって、スペクトル拡散された波形を使用するようにしている。そして符号分割多重の際に、本システムでは、各基地局が他の基地局との干渉を防ぐために、少なくとも隣接する基地局間で、異なるチャネル識別用の符号を使用するようになっている。なお、本システムでは、基地局毎に擬似乱数的に作成された符号を使用するようにしている。これによって基地局間の干渉や外部信号による妨害等が低減される。また、この場合、異なる基地局間で、同一のキャリア周波数を用いることが可能となる。
【００３２】
しかし、符号分割多重接続方式を用いる場合、実際上、システムに対する妨害に帰着するものとなる遠近問題が生じる可能性がある。遠近問題とは、符号分割多重接続（CDMA）方式において、複数の信号源に対する距離の遠近の違いによって目的とする信号が非目的信号によって著しく干渉される問題である。この問題の発生は、目標物の位置によっては、ある基地局で受信される所要の信号が、別の基地局に対しては干渉になり得ることを意味する。したがって、列車追跡について、本システムは、それが遠近問題の回避の１つの解決策であるので、同時多元接続の機構（スキーム）として、CDMAと混合された時分割多元接続方式（TDMA；Time-Division Multiple Access）（CDMA-TDMAと呼ぶ。）を利用することとしている。
【００３３】
図６は、図５に示す基地局Ａ（１２）、基地局Ｂ（１３）、および基地局Ｃ（１４）に対して適用されるCDMA-TDMAのためのタイミング図の１つの例を示す。図６に示す例では、基地局Ａが、時刻０から時刻Ｔまでの時間と、時刻３Ｔから時刻４Ｔまでの時間の２回に分けて、符号Ａをチャンネル識別用の符号としてCDMA方式によってスペクトル拡散された波形を用いて、レーダー装置の検知動作を行っている。それ以外の時間には検知動作は行われない。同様に、基地局Ｂは、時刻Ｔから時刻２Ｔまでの時間と、時刻４Ｔから時刻５Ｔまでの時間の２回に分けて、符号Ｂを用いたCDMA方式による波形を用いたレーダー装置の検知動作を行っている。そして、基地局Ｃは、時刻２Ｔから時刻３Ｔまでの時間と、時刻５Ｔから時刻６Ｔまでの時間の２回に分けて、符号Ｃを用いたCDMA方式による波形を用いたレーダー装置の検知動作を行っている。ただし、各基地局は、自局に割り当てられた時間の全時間で検知動作を行うのではなく、各時間には各基地局の信号の時間的な干渉を防止するためのガードタイムが設けられていて、その間には各基地局が検知動作を停止するようにしている。以下上記の検知動作が繰り返される。
【００３４】
本システムにおけるCDMA-TDMAでは、各基地局が同時に列車を検知するための最小の割り当て時間tSminが、基地局と列車との間の最大の距離Rmax（例えば１００ｍ）に対するパルス伝播時間およびパルス幅τから次式によって構成される。
【数１】
0004150553.tif 000002
ここで、NSは擬似乱数的なシーケンスの長さ、τＳはサブパルス幅、ｃは光速である。
【００３５】
システムがより正確な検知のために１パルス以上のＭパルスを必要とする場合、式（１）は次式のように書き直すことができる。
【数２】
0004150553.tif 000003
【００３６】
最後に、TDMAのためのガードタイムtGを考えれば、各基地局が同時に列車を検知するための割り当て時間は、次式によって与えられる。
【数３】
0004150553.tif 000004
【００３７】
次に、列車位置および速度の測定方法について説明する。本システムにおいて基地局は、１区間において多数の列車の位置および速度を識別する。基地局は、それらを区別するために前方の列車から順番に列車に番号を付ける。列車の順番は、その基地局からの相対的な位置およびドップラー・シフトの符号から決定される。接近しようとする列車および離れようとする列車に対するドップラー・シフトはプラスおよびマイナスの符号をそれぞれ持っている。ここで、図７のように、基地局１１の区間における２台の列車２１および列車２２を考慮する。この場合、列車２１は基地局１１に接近しようとする状態であり、列車２２は基地局１１から離れようとする状態である。
【００３８】
図７に示す場合、本システムは、基地局１１から列車２２までの距離R1および列車２１までの距離R2ならびに各列車のドップラー・シフトfD1およびfD2をそれぞれ測定する。さらに、基地局１１は、列車α（２１）および列車β（２２）に、列車＃１および＃２とそれぞれ番号を付ける。それから、本システムは、列車＃１と＃２の間の間隔LIおよびそれらの速度を計算する。この場合、間隔LIは、距離R1と距離R2を足し合わすことで求められ、列車＃２に対しては間隔情報LIに基づいて求められた速度指令が与えられる。
【００３９】
次に、図８を参照して１つの基地局の区間においてその基地局から同一の方向に複数の列車が位置する場合の一例について説明する。図８は、基地局１１の区間に基地局１１から同一方向に２台の列車２１および列車２２が位置する例を示す。この場合、基地局１１は、列車２２および列車２１を列車＃１および＃２として、各列車のほぼ先頭車両の前面の部位においてその位置を識別することは可能である。ここでは、列車＃１までの距離がR1、列車＃２までの距離がR2としてそれぞれ検知されたとしている。しかし、列車＃１の長さが未知であるので、基地局１１は、それらの間隔LIを識別することはできない。
【００４０】
一般に、列車の長さは必ずしも一定ではないので、本システムは間隔を測定するために列車の長さも考慮しなければならない。この測定を行うために、本システムは２つ以上の基地局を使用するようにしている。
【００４１】
上記のような例に対して２つの基地局を使用する１つの解決策は、図９および図１０の中で示される。図９に示す例では、列車２２および列車２１を、基地局Ｂ（１３）が正面の側から列車＃１および＃２として検知する一方、基地局Ａ（１２）は裏側から列車＃１および＃２として検知する。この場合、基地局Ａ（１２）と列車＃１の間の距離RA1、基地局Ｂ（１３）と列車＃２の間のRB2、および基地局の間隔（1,000メートル）によって、列車の間隔LI（＝RA1＋RB2-1,000）が与えられる。そこで、本システムでは、このような場合に、距離RA1の情報が基地局Ａから基地局Ｂへハンドオフされた後、間隔LIが基地局Ｂで計算されるようになっている。その結果、基地局Ｂは列車＃１と列車＃２の間隔LIを求めることができ、列車＃２に速度指令を送ることができる。なお、本システムにおいては、一般に、速度指令は、列車の前方に位置した基地局から送られるようになっている。
【００４２】
図１０は、２つの基地局の区間に位置する２台の列車の別の例を示す。この場合、基地局Ｂ（１３）およびＡ（１２）から列車２２および列車２１までの
距離RB1およびRA2は、列車２２および列車２１をそれぞれ列車＃１および＃２として、基地局Ｂ（１３）および基地局Ａ（１２）によってそれぞれ測定される。そして、列車の間隔LIを計算するために、距離情報RB1が基地局Ｂから基地局Ａへハンドオフされた後、距離情報RB1およびRA2が基地局Ａで結合される。基地局Ａは、その結果得られた間隔LI（＝RB1＋RA2＋1,000）に基づいて、列車＃２に速度指令を送ることができる。
【００４３】
次に、図１１の中で示されるような５台の列車２１〜２５の検知のために３つの基地局Ａ（１２）〜Ｃ（１４）を有している別のより複雑なケースを考慮する。図１２は、システムが間隔および各列車の安全速度を計算するのに何が必要かを示す。
【００４４】
なお、図１１は、基地局Ａ（１２）と基地局Ｂ（１３）の間の区間に列車２１（列車＃５）および列車２２（列車＃４）の２台の列車が列車２２を前方にして移動中で、基地局Ｂ（１３）と基地局Ｃ（１４）の間の区間に列車２３（列車＃３）、列車２４（列車＃２）、および列車２５（列車＃１）の３台の列車が列車２５を前方にして移動中である例を示している。図１１において、距離LI5〜LI1は各列車＃５〜＃１からその前方の各列車まで距離を示し、距離RA5，距離RA4が基地局Ａから列車＃５，列車＃４までの各距離を示し、距離RB5〜距離RB1が基地局Ｂから列車＃５〜列車＃１までの各距離を示し、そして、距離RC3〜距離RC1が基地局Ｃから列車＃３〜列車＃１までの各距離を示している。
【００４５】
図１２において例えば列車＃３に対する列を見ると、その列は次のことを示す。（１）基地局Ｃが速度指令を送ること。（２）距離RB2と距離RC3の各距離が前方の間隔LI3を計算するために必要であること。（３）距離RB2の情報が基地局Ｂから基地局Ｃに渡されること。そして、（４）基地局Ｃが速度を測定すること。
【００４６】
上述したように、本発明の実施の形態によれば、無線技術を使うことによって、固定閉塞ではなく移動閉塞を用いることで、列車間隔を自由に調整でき、ケーブル数を削減することができ、ケーブル管理を容易にでき、そして、リレーを用いないので、メンテナンスコストを削減できるという効果を得ることができる。そして、レーダー（無線）を用いて、列車位置検知および速度検知を行う際に、スペクトラム拡散という技術を使うことで、信号を暗号化したり、外部からの雑音や干渉を防いだりすることができ、また、CDMAとTDMAという技術を使うことで、１（あるいは基地局よりも少ない数の）キャリア周波数の信号で複数の列車を同時に検知することができる。ただし、これらの技術については、例えばTDMAの技術を用いないようにすること等、一部の技術を使用しないようにすることも可能である。
【００４７】
なお、さらなる改良の構造としては、例えば、信号伝播をよくするために、沿線に壁を立てるなどの追加の変更が考えられる。
【００４８】
また、本発明の列車制御システムは、適宜、従来の固定閉塞方式と組み合わせることが可能である。また、例えば、図４に示す構成例において、レーダー装置において、目標物の位置および方向を検知する手段と、目標物の速度を検知する手段とを分離して構成するようにしたり、指令所において、データ処理装置１１４等で行う演算や制御を一括して行うようにしたりする変更が可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、列車の位置および速度の検知において、複数のレーダーを用いた無線技術を使うことによって、閉塞区間を固定ではなく動的に移動可能とすることができ、列車間隔を自由に調整できる。また、ケーブル数を削減することができ、ケーブル管理を容易にできる。また、各閉塞区間の設備用として必ずしもリレーを用いる必要がないので、メンテナンスコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の列車制御システムの一実施の形態の構成を示す構成図
【図２】  図１の実施の形態の動作を説明するための説明図
【図３】  図１の実施の形態の動作を説明するための説明図
【図４】  図１の各構成要素の内部構成例を示すブロック図
【図５】  図１の実施の形態の機能を説明するための説明図
【図６】  図５の構成においてCDMA-TDMA方式を用いる場合の一例を示すタイミングチャート
【図７】  図１の実施の形態で列車の位置および速度を測定する際の一例を説明するための説明図
【図８】  図１の実施の形態で列車の位置および速度を測定する際の他の例を説明するための説明図
【図９】  図１の実施の形態で複数の列車の位置および速度を測定する際の一例を説明するための説明図
【図１０】  図１の実施の形態で複数の列車の位置および速度を測定する際の他の例を説明するための説明図
【図１１】  図１の実施の形態で複数の列車の位置および速度を測定する際のさらに他の例を説明するための説明図
【図１２】  図１１の複数の列車の測定に対して求められる機能と情報を説明するための図表
【符号の説明】
１…軌道
１１，１２，１３，１４，１５…基地局
２１，２２，２３，２４，２５…列車
３１…通信回線
４１…指令所
１１１，１２１…レーダー装置
１１２，１２２…２方向指向性円形椀型アンテナ
１１４，１２４…データ処理装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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