(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されて通信衛星からの電波を受信する受信手段と、前記受信手段が通信衛星から受信した位置情報に基づいて、車両のトンネルへの進入およびトンネルからの脱出を判定する判定手段とを備えたトンネル入出自動判定装置において、
前記トンネルの入口および出口に、それぞれ第１エリアと、この第１エリアの内方に位置する第２エリアとを設定し、
前記判定手段は、通信衛星から受信した位置情報に基づいて、車両が第１エリアから第２エリアへ通過したことを検知したときにトンネルへの進入を判定し、車両が第２エリアから第１エリアへ通過したことを検知したときにトンネルからの脱出を判定し、
トンネルへの進入を判定したことに基づいて車両のエンジン停止信号を出力し、トンネルからの脱出を判定したことに基づいて車両のエンジン始動信号を出力することを特徴とするトンネル入出自動判定装置。
【請求項２】
車両に搭載されて通信衛星からの電波を受信する受信手段と、前記受信手段が通信衛星から受信した位置情報に基づいて、車両のトンネルへの進入およびトンネルからの脱出を判定する判定手段とを備えたトンネル入出自動判定装置において、
トンネルの入口および出口に、それぞれ１つのエリアを設定し、
前記判定手段は、通信衛星から受信した位置情報に基づいて、車両が前記エリアに達したことを検知したときに、前記位置情報における方位データを参照して、車両の進行方向がトンネル入口の方向であればトンネルへの進入を判定し、車両の進行方向がトンネル入口の方向でなければトンネルからの脱出を判定し、
トンネルへの進入を判定したことに基づいて車両のエンジン停止信号を出力し、トンネルからの脱出を判定したことに基づいて車両のエンジン始動信号を出力することを特徴とするトンネル入出自動判定装置。
【請求項３】
車両に搭載されて通信衛星からの電波を受信する受信手段と、前記受信手段が通信衛星から受信した位置情報に基づいて、車両のトンネルへの進入およびトンネルからの脱出を判定する判定手段とを備えたトンネル入出自動判定装置において、
前記トンネルの入口および出口に、それぞれ第１エリアと、この第１エリアの内方に位置する第２エリアとを設定し、
前記判定手段は、通信衛星から受信した位置情報に基づいて、車両が第１エリアから第２エリアへ通過したことを検知したときに、前記位置情報における方位データを参照して、車両の進行方向がトンネル入口の方向であればトンネルへの進入を判定し、車両が第２エリアから第１エリアへ通過したことを検知したときに、前記位置情報における方位データを参照して、車両の進行方向がトンネル出口の方向であればトンネルからの脱出を判定し、
トンネルへの進入を判定したことに基づいて車両のエンジン停止信号を出力し、トンネルからの脱出を判定したことに基づいて車両のエンジン始動信号を出力することを特徴とするトンネル入出自動判定装置。
【請求項４】
請求項３に記載のトンネル入出自動判定装置において、
車両が第１エリアから第２エリアへ通過したことを検知したときに、車両の進行方向がトンネル入口の方向と一致しない場合、および、車両が第２エリアから第１エリアへ通過したことを検知したときに、車両の進行方向がトンネル出口の方向と一致しない場合に、それぞれ警報信号を出力することを特徴とするトンネル入出自動判定装置。
【請求項５】
通信衛星と、請求項１、請求項２または請求項３に記載のトンネル入出自動判定装置とからなるトンネル入出自動判定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信衛星を利用して車両のトンネルへの入出を判定するトンネル入出自動判定装置に関し、またそれを用いたトンネル入出自動判定システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば青函トンネルにおいては、冷凍コンテナなどを運搬する列車が通過するが、このときの排ガスによってトンネル内の空気が汚濁されるのを防止するため、トンネルの入口で車両のエンジンを停止する必要がある。また、車両がトンネルから出たときはエンジンを始動する必要がある。
【０００３】
このようなエンジンの停止・始動を自動的に制御するために、トンネルの入口および出口付近に無線設備を配置し、この無線設備と車両に搭載された受信装置との間の通信により、車両のトンネルへの進入およびトンネルからの脱出を判定することが行われている。
【０００４】
図８はこのようなトンネルへ進入・脱出を自動判定するための従来のシステムを示している。図において、１０１はトンネル、１０２はトンネル１０１内を通過する列車などの車両、１０３はトンネル１０１の入口１０１ａ付近に設置された無線設備、１０４は車両１０２に搭載された車載装置である。なお、図示は省略しているが、トンネル１０１の出口１０１ｂ付近にも無線設備１０３と同様の無線設備が設置されている。
【０００５】
無線設備１０３は常時電波を送信しており、この電波は車載装置１０４に装備された受信機により受信される。車両１０２がトンネル１０１の入口１０１ａに進入するまでは、車載装置１０４は無線設備１０３からの電波を受信しているが、車両１０２がトンネル１０１の中に進入すると、トンネル１０１によって無線設備１０３からの電波が遮蔽されるため、車載装置１０４は電波を受信しなくなる。これによって、車載装置１０４は車両１０２がトンネル１０１に進入したと判定し、車両のエンジンを停止する制御を行う。
【０００６】
また、車両１０２がトンネル１０１の出口１０１ｂから脱出すると、車載装置１０４の受信機が出口付近の無線設備（図示省略）からの電波を受信し、これによって、車載装置１０４は車両１０２がトンネル１０１から脱出したと判定し、車両のエンジンを始動する制御を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものにあっては、トンネル１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂ付近に無線設備を設置しなければならず、設備が大がかりになってコストが高くなるという問題点がある。
【０００８】
また、無線設備からの電波受信の有無だけでトンネル入出を判定しているために信頼性が低く、無線設備１０３との間の通信が途絶えて、車両１０２がトンネル１０１へ進入していないにもかかわらず進入したと判定して、車両１０２のエンジンが停止してしまうことがある。
【０００９】
本発明は上記のような従来の問題点を解決するものであって、トンネル付近に無線設備を設置する必要がなく、しかもトンネルへの入出を正確に判定できるトンネル入出自動判定装置およびシステムを提供することを課題としている。
【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、本発明に係るトンネル入出自動判定装置は、通信衛星からの電波を受信する受信手段を車両に搭載し、この受信装置が通信衛星から受信した位置情報に基づいて、車両のトンネルへの進入およびトンネルからの脱出を判定するようにしたものである。また、本発明に係るトンネル入出自動判定システムは、上記トンネル入出自動判定装置と通信衛星とで構成したものである。
【００１１】
通信衛星から送られてくる位置情報としては緯度や経度等の情報があり、これらの位置情報から車両の現在位置を算出できる。また、トンネルの入口や出口の位置はあらかじめ決まっているので、これらの情報に基づいてトンネルへの進入・脱出を判定することができる。
【００１２】
そして、この判定結果に基づいて、トンネルへの進入時には車両のエンジンを停止し、トンネルからの脱出時には車両のエンジンを始動する。
【００１３】
ここで、上記進入および脱出を判定する方法としては、トンネルの入口および出口に、それぞれ第１エリアと、これより内方にある第２エリアとを設定し、車両が第１エリアから第２エリアへ通過したことでトンネルへの進入を判定し、第２エリアから第１エリアへ通過したことでトンネルからの脱出を判定するという方法を採用することができる。
【００１４】
また、他の判定方法として、トンネルの入口および出口にそれぞれ設定した１つのエリアに車両が達したときに、受信した位置情報から方位のデータを読み取って、車両の進行方向がトンネル入口の方向であればトンネルへの進入を判定し、車両の進行方向がトンネル入口の方向でなければトンネルからの脱出を判定することも可能である。
【００１５】
さらに、上述した第１、第２エリアによる判定と上記方位データによる判定とを併用して、車両が第１エリアから第２エリアへ通過したときに、車両の進行方向がトンネル入口の方向であればトンネルへの進入を判定し、車両が第２エリアから第１エリアへ通過したときに、車両の進行方向がトンネル出口の方向であればトンネルからの脱出を判定することも可能である。この場合、車両が第１エリアから第２エリアへ通過したにもかかわらず、車両の進行方向がトンネル入口の方向と一致しなかったり、あるいは車両が第２エリアから第１エリアへ通過したにもかかわらず車両の進行方向がトンネル出口の方向と一致しない場合には、警報信号を出力するように構成することも可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係るトンネル入出自動判定システムを示す概略構成図である。図において、１はトンネル、１ａはトンネル１の入口、１ｂはトンネル１の出口、２はトンネル１内を通過する車両、３は通信衛星、４は車両２に搭載された車載装置で、この車載装置４には後述するトンネル入出自動判定装置が装備されている。
【００１７】
上記システムにおいて、車両２はたとえば冷凍コンテナを運搬する列車であり、車載装置４はその運転席等に設置される。通信衛星３は、ＧＰＳ（global  positioning  system）による位置測定に用いられるもので、地球の自転周期と等しい公転周期をもつ静止衛星である。この静止衛星は地球から約３６，０００ｋｍの距離にあり、２〜３１ＧＨｚの周波数が割当てられて地表との間で通信を行う。なお、図１では通信衛星３は１つしか図示されていないが、実際にはＧＰＳでは３つまたは４つの通信衛星が用いられ、それぞれ２次元測位、３次元測位を可能にしている。
【００１８】
ＧＰＳによる位置測定の原理はすでに公知であるが、ここで簡単に説明しておく。いま静止衛星Ａと地表の現在位置との距離をａとすると（ａは静止衛星から届く電波の遅延時間を測定することにより求めることができる。以下のｂ、ｃについても同様）、現在位置は静止衛星Ａを中心とする半径ａの球面上にある。また、別の静止衛星Ｂと地表の現在位置との距離をｂとすると、現在位置は半径ａの球と半径ｂの球とが重なり合う円周上にある。さらに、別の静止衛星Ｃと地表の現在位置との距離をｃとすると、現在位置は半径ａの球と半径ｂの球と半径ｃの球との交点となる。したがって、３つの静止衛星の位置と現在位置までの距離等がわかれば、これに基づいて現在位置の緯度や経度を正確に算出することができる。図１のシステムは、このようなＧＰＳにより算出される現在位置に関するデータを利用して、トンネル１への進入や脱出を判定しようとするものである。その詳細については後述する。
【００１９】
図２は、車載装置４に装備された本発明に係るトンネル入出自動判定装置を示すブロック図である。図において、５は通信衛星３からの電波を受信するＧＰＳアンテナ、６はその受信回路であり、これらのアンテナ５および受信回路６は本発明における受信手段を構成する。７は制御部であり、アンテナ５が受信した信号に含まれる位置情報に基づいてＧＰＳ測位を行って車両の現在位置を算出するとともに、そのデータを用いてトンネル進入・脱出を判定する。この制御部７は本発明における判定手段を構成し、具体的にはＣＰＵやメモリ等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなる。制御部７には、速度センサーのような各種センサー８やコントロールユニット９などが接続される。制御部７はトンネル進入・脱出の判定結果に応じて、エンジンの始動・停止制御信号を出力し、この出力信号はエンジン駆動回路１０に入力される。エンジン駆動回路１０は制御部７からの信号に基づき、エンジン（図示省略）の始動・停止を行う。
【００２０】
次に、以上のような装置においてトンネル入出を判定する方法につき説明する。図３はこれを説明するための原理図である。図において、あらかじめ決められた点Ｐの位置（緯度および経度）から±αの範囲を第１エリアＡ１として設定し、この第１エリアＡ１の内方であって点Ｐの位置（緯度および経度）から±βの範囲を第２エリアＡ２として設定する（α＞β）。第１エリアＡ１は点Ｐを中心とする一辺が２αの正方形のエリアであり、第２エリアＡ２は点Ｐを中心とする一辺が２βの正方形のエリアである。
【００２１】
いま、第１エリアＡ１の外にある車両が点Ｐに到達するためには、この車両は必ず第１エリアＡ１を通過して第２エリアＡ２へ進入することになる。したがって、点Ｐを図１のトンネル１の入口１ａの位置（緯度および経度）に設定すると、車両の通過順序が第１エリアＡ１→第２エリアＡ２→点Ｐである場合は、この車両はトンネル１へ進入する車両である。
【００２２】
また、点Ｐにある車両が第１エリアＡ１の外に出るためには、この車両は必ず第２エリアＡ２を通過して第１エリアＡ１へ進入することになる。したがって、点Ｐをトンネル１の出口１ｂの位置（緯度および経度）に設定すると、車両の通過順序が点Ｐ→第２エリアＡ２→第１エリアＡ１である場合は、この車両はトンネル１から脱出する車両である。
【００２３】
このようにして、トンネル１の入口１ａおよび出口１ｂにそれぞれ２つのエリアＡ１、Ａ２を設定して、車両２がエリアを通過する順序を検知することにより、車両２がトンネル１に進入しようとしているのか、あるいはトンネル１から脱出しようとしているのかが判定できる。
【００２４】
ここで、トンネルの出入口における点Ｐの位置情報（緯度および経度）と、αおよびβの値とは、図２の制御部７におけるメモリにあらかじめ記憶されている。制御部７はＧＰＳアンテナ５が受信した通信衛星３からの位置情報のデータに基づいて車両２の現在位置（緯度および経度）を算出し、この現在位置が点Ｐの緯度・経度から±α、±βの範囲内にあるか否かをチェックする。そして、±αの範囲内にあれば車両２が第１エリアＡ１へ進入したと判定し、±βの範囲内にあれば車両２が第２エリアＡ２へ進入したと判定する。
【００２５】
図４は、通信衛星３から送られてくるデータ（以下、ＧＰＳデータという）のフォーマットを示す図である。図示するように、ＧＰＳデータには緯度、経度、高度、方位などの位置情報が含まれている。これらの位置情報を用いて、前述したＧＰＳの測位原理に従って車両の現在位置が求められる。
【００２６】
図５は、上述したトンネル入出判定の動作を示すフローチャートであって、制御部７のＣＰＵにより実行される手順を示している。以下、これにつき説明する。通信衛星３から送られてきたＧＰＳデータを取得すると（Ｓ１０１）、このＧＰＳデータの位置情報に基づいて車両２の現在位置が算出され、現在位置が第１エリアにあるか否かが判断される（Ｓ１０２）。現在位置が第１エリアにあれば（Ｓ１０２Ｙｅｓ）、続いてＧＰＳデータを取得し（Ｓ１０３）、このＧＰＳデータの位置情報に基づいて車両２の現在位置が算出され、現在位置が第２エリアにあるか否かが判断される（Ｓ１０４）。現在位置が第２エリアになければ（Ｓ１０４Ｎｏ）、Ｓ１０３へ戻ってＧＰＳデータの取得を継続する。現在位置が第２エリアの中に入れば（Ｓ１０４Ｙｅｓ）、車両２がトンネル１へ進入すると判定し（Ｓ１０５）、続いてエンジン停止信号を出力する（Ｓ１０６）。このエンジン停止信号はエンジン駆動回路１０へ入力され、車両のエンジンが停止される。
【００２７】
一方、Ｓ１０２において車両２の現在位置が第１エリアになければ（Ｓ１０２Ｎｏ）、現在位置が第２エリアにあるか否かが判断される（Ｓ１０７）。第２エリアにもなければ（Ｓ１０７Ｎｏ）、Ｓ１０１へ戻ってＧＰＳデータの取得を継続する。現在位置が第２エリアにあれば（Ｓ１０７Ｙｅｓ）、続いてＧＰＳデータを取得し（Ｓ１０８）、このＧＰＳデータの位置情報に基づいて車両２の現在位置が算出され、現在位置が第１エリアにあるか否かが判断される（Ｓ１０９）。現在位置が第１エリアになければ（Ｓ１０９Ｎｏ）、Ｓ１０８へ戻ってＧＰＳデータの取得を継続する。現在位置が第１エリアの中に入れば（Ｓ１０９Ｙｅｓ）、車両２がトンネル１から脱出したと判定し（Ｓ１１０）、続いてエンジン始動信号を出力する（Ｓ１１１）。このエンジン始動信号はエンジン駆動回路１０へ入力され、車両のエンジンが始動される。
【００２８】
図６は、他の実施形態に係るトンネル入出判定の動作を示すフローチャートであって、制御部７のＣＰＵにより実行される手順を示している。以下、これにつき説明する。通信衛星３から送られてきたＧＰＳデータを取得すると（Ｓ２０１）、このＧＰＳデータの位置情報に基づいて車両２の現在位置が算出され、現在位置が第２エリアにあるか否かが判断される（Ｓ２０２）。現在位置が第２エリアになければ（Ｓ２０２Ｎｏ）、Ｓ２０１へ戻ってＧＰＳデータの取得を継続する。現在位置が第２エリアにあれば（Ｓ２０２Ｙｅｓ）、続いて車両２の進行方向がトンネル１の入口の方向であるか否かが判断される（Ｓ２０３）。このＳ２０３において車両２の進行方向は、ＧＰＳデータ中の方位のデータを参照することによって求めることができる。進行方向がトンネル入口の方向であれば（Ｓ２０３Ｙｅｓ）、車両２がトンネル１へ進入すると判定し（Ｓ２０４）、エンジン停止信号を出力する（Ｓ２０５）。このエンジン停止信号はエンジン駆動回路１０へ入力され、車両のエンジンが停止される。
【００２９】
一方、車両２の進行方向がトンネル１の入口の方向でなければ（Ｓ２０３Ｎｏ）、車両２がトンネル１から脱出したと判定し（Ｓ２０６）、エンジン始動信号を出力する（Ｓ２０７）。このエンジン始動信号はエンジン駆動回路１０へ入力され、車両のエンジンが始動される。
【００３０】
図７は、他の実施形態に係るトンネル入出判定の動作を示すフローチャートであって、制御部７のＣＰＵにより実行される手順を示している。この実施形態は図５と図６とを併用した形態である。以下、これにつき説明する。通信衛星３から送られてきたＧＰＳデータを取得すると（Ｓ３０１）、このＧＰＳデータの位置情報に基づいて車両２の現在位置が算出され、現在位置が第１エリアにあるか否かが判断される（Ｓ３０２）。現在位置が第１エリアにあれば（Ｓ３０２Ｙｅｓ）、続いてＧＰＳデータを取得し（Ｓ３０３）、このＧＰＳデータの位置情報に基づいて車両２の現在位置が算出され、現在位置が第２エリアにあるか否かが判断される（Ｓ３０４）。現在位置が第２エリアになければ（Ｓ３０４Ｎｏ）、Ｓ３０３へ戻ってＧＰＳデータの取得を継続する。現在位置が第２エリアの中に入れば（Ｓ３０４Ｙｅｓ）、続いてＧＰＳデータを取得し（Ｓ３０５）、このＧＰＳデータの方位データに基づいて車両２の進行方向を求め、この進行方向がトンネル入口の方向であるか否かを判断する（Ｓ３０６）。進行方向がトンネル入口の方向であれば（Ｓ３０６Ｙｅｓ）、車両２がトンネル１へ進入すると判定し（Ｓ３０７）、エンジン停止信号を出力する（Ｓ３０８）。このエンジン停止信号はエンジン駆動回路１０へ入力され、車両のエンジンが停止される。
【００３１】
一方、Ｓ３０２において車両２の現在位置が第１エリアになければ（Ｓ３０２Ｎｏ）、現在位置が第２エリアにあるか否かが判断される（Ｓ３０９）。第２エリアにもなければ（Ｓ３０９Ｎｏ）、Ｓ３０１へ戻ってＧＰＳデータの取得を継続する。現在位置が第２エリアにあれば（Ｓ３０９Ｙｅｓ）、続いてＧＰＳデータを取得し（Ｓ３１０）、このＧＰＳデータの位置情報に基づいて車両２の現在位置が算出され、現在位置が第１エリアにあるか否かが判断される（Ｓ３１１）。現在位置が第１エリアになければ（Ｓ３１１Ｎｏ）、Ｓ３１０へ戻ってＧＰＳデータの取得を継続する。現在位置が第１エリアの中に入れば（Ｓ３１１Ｙｅｓ）、続いてＧＰＳデータを取得し（Ｓ３１２）、このＧＰＳデータの方位データに基づいて車両２の進行方向を求め、この進行方向がトンネル出口の方向であるか否かを判断する（Ｓ３１３）。進行方向がトンネル出口の方向であれば（Ｓ３１３Ｙｅｓ）、車両２がトンネル１から脱出したと判定し（Ｓ３１４）、続いてエンジン始動信号を出力する（Ｓ３１５）。このエンジン始動信号はエンジン駆動回路１０へ入力され、車両のエンジンが始動される。
【００３２】
また、Ｓ３０６において進行方向がトンネル入口の方向でない場合（Ｓ３０６Ｎｏ）、およびＳ３１３において進行方向がトンネル出口の方向でない場合（Ｓ３０６Ｎｏ）は、２つのエリアＡ１、Ａ２の通過順序に基づいて判定した結果と、方位データに基づいて判定した結果とが一致しないことになり、装置に何らかの異常が発生していると考えられる。そこで、これらの場合には制御部７から警報信号が出力される。図２には図示されていないが、出力された警報信号は、たとえば車両２の運転席に設けられた表示器に送られてエラー表示がされる。なお、この表示に代えて警報音などを出力するようにしてもよい。
【００３３】
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、他にも種々の形態を採用することができる。たとえば、上記ではＧＰＳ用の通信衛星を利用しているが、通信衛星としてはＧＰＳ用以外の人工衛星を用いることも可能である。
【００３４】
また、上述した実施形態では図３における点Ｐの位置をトンネル１の入口１ａおよび出口１ｂの地点に設定したが、点Ｐの位置はトンネルの出入口から僅かに離れた地点に設定してもよく、本発明はこれらのいずれの場合をも包含するものである。
【００３５】
さらに、上述した実施形態では車両２として列車を例に挙げたが、本発明でいう車両には列車以外の自動車、トラック、バスなども全て含まれる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のトンネル入出自動判定装置およびシステムによれば、通信衛星から送られてくる位置情報に基づいてトンネル進入・脱出を判定するようにしたので、従来のようにトンネルの出入口付近に無線設備を設置する必要がなく、車載装置だけでトンネル入出を判定することができるためコストが大幅に低減される。また、通信衛星のデータに基づいて位置を判定しているので、従来のような受信の有無だけで入出を判定する場合に比べて信頼性が向上する。
【００３７】
また、トンネル入出の判定結果に基づいてトンネル進入時には車両のエンジンを停止し、トンネル脱出時には車両のエンジンを始動するようにしたので、トンネル内での空気が汚濁されるのを防止できるとともに、トンネルを出たら自動的にエンジンを再スタートさせることができる。
【００３８】
また、トンネルの出入口にそれぞれ設定した第１、第２エリアを車両が通過する順序を検知してトンネルへの進入・脱出を判定するようにしたので、確実な入出判定を行うことができる。また、これに代えて、トンネルの出入口にそれぞれ設定した１つのエリアと方位データに基づいてトンネルへの進入・脱出を判定することで判定の処理が簡略化される。
【００３９】
さらに、上述した第１、第２エリアの車両通過順序に基づく判定と、方位データに基づく判定とを併用することで、判定精度が一層向上するとともに、両判定結果が一致しない場合に警報信号を出すことで、装置の異常を報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル入出自動判定システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトンネル入出自動判定装置を示すブロック図である。
【図３】トンネル入出の判定方法を説明するための原理図である。
【図４】ＧＰＳデータのフォーマットを示す図である。
【図５】トンネル入出判定の動作を示すフローチャートである。
【図６】他の実施形態に係るトンネル入出判定のフローチャートである。
【図７】他の実施形態に係るトンネル入出判定のフローチャートである。
【図８】従来のトンネル入出自動判定システムを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    トンネル
１ａ  入口
１ｂ  出口
２    車両
３    通信衛星
４    車載装置
５    ＧＰＳアンテナ
６    受信回路
７    制御部
８    センサー
９    コントロールユニット
１０  エンジン駆動回路
Ａ１  第１エリア
Ａ２  第２エリア
【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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