(57)【要約】【課題】無線利用の列車制御システムにおいて、地上装置異常時もフェールセーフ動作が可能な、より確実で安全な列車制御管理方法を提供する。【解決手段】地上装置３は、列車２Ａの走行経路の該当する区間を列車２Ａの走行用に予約する。地上装置３は、前記区間予約情報に基づいて、これに対応する走行許可情報を列車２Ａの車上装置５Ａに送信する。列車２Ａの車上装置５Ａは、走行許可情報に基づいて走行区間を設定した場合、その走行区間設定情報を走行区間情報検証装置４に送信する。走行区間情報検証装置４は、受信した走行区間設定情報と蓄積してある関係するすべての列車の走行区間設定情報との照合作業に基づいて検証し、確定可の場合にはその情報を列車２Ａの車上装置５Ａに送信し、設定した走行区間を確定させる。【選択図】   図１
2009137555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上装置と、前記地上装置に接続される走行区間情報検証装置と、前記地上装置が管理するエリアに設定される区間で示される走行路を走行する列車に装備され、前記地上装置と無線伝送可能な車上装置とから構成される列車制御システムであって、
前記地上装置は、前記列車の走行経路の該当する区間を前記列車の走行用に予約する手段と前記区間予約情報に対応する走行許可情報を前記列車の車上装置に送信する手段を備えていること、
前記列車の車上装置は、前記走行許可情報を受信した後に、前記走行許可情報に従って走行区間を設定した場合、その走行区間の設定情報を前記走行区間情報検証装置に送信する手段を備えていること、及び、
前記走行区間情報検証装置は、受信した走行区間の設定情報と蓄積してある関係するすべての列車の走行区間設定情報との照合作業に基づいて検証し、確定可の場合にはその情報を前記列車の車上装置に送信し、走行区間を確定させる手段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】
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、前記照合作業の際に用いる、新たに設定した走行区間設定情報または前記区間情報検証装置に蓄積してある列車の走行区間設定情報およびその照合結果の伝送には、前記地上装置には解読できない暗号化形式を用いることを特徴とする列車制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線を利用した列車制御システムに関し、安全に列車等を運行するための列車制御管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から広く実施されている列車制御システムは、列車を運行する線路に連続して重ならないような区間を設定し、各区間には列車の車軸が左右のレールを短絡することで列車を検知する軌道回路を設け、軌道回路を利用して列車位置を検知し、これにより各区間では列車が一本ずつしか運行できないように管理するシステムである。
【０００３】
近年、無線を利用した列車制御システムが規格化されつつある。このようなシステムのうち、特開２００７−０１５５１７号公報（特許文献１）に記載されているＡＴＡＣＳ（Advanced Train Administration and  Communication System）とも呼ばれるものは、線路に沿って所定間隔で設置されているトランスポンダ地上子、前記トランスポンダ地上子が接続された地上装置、列車に搭載された車上装置、及び前記車上装置に接続されたトランスポンダ車上子を含んで構成されたシステムであって、列車位置の検知は前記車上装置が自ら行うことを特徴とする。即ち、このシステムにおいて、トランスポンダ地上子の番号と設置位置のデータが車上装置の記憶装置に記憶されている。そして、トランスポンダ車上子とトランスポンダ地上子との間に通信が成立すると、車上装置はその記憶装置を検索し当該トランスポンダ地上子の設置位置を認識する。続いて、車上装置は前記認識した設置位置からの列車の移動距離を列車の速度を積算して算出し、これを前記認識した設置位置に加算して列車の現在位置を特定する。このようにして、車上装置は列車の現在位置を検知するのである。なお、地上装置は拠点装置とも表示されることもある。
【０００４】
上述の無線を利用した列車制御システムでは、列車が自らの位置を車上装置において検出し、その位置情報を無線等を介して地上装置に送ることにより、地上側で列車の動きを追跡し、全体の列車制御を行うシステムとなっている。つまり、地上側で対象となるすべての列車の位置を把握し、各列車に許可される進路状態により、各列車の車上装置へそれぞれ走行許可情報を与え、列車の位置情報の更新に応じて地上から走行許可情報が更新され、それに応じて車上の走行パターンも更新されるという制御を行う。
【０００５】
ところが、従来の無線を利用した列車制御システム方式においては、地上装置側が列車の動作の情報をすべて管理しているため、地上装置が誤動作により、錯誤情報を生成した場合、列車の追跡が不可能となり、システムとしてフェールセーフ性が確保できなくなるという問題がある。そのため、地上装置側の情報のみに頼らずに、列車側の情報も含めた、総合的な情報を基にした列車制御の管理を行う方法が必要である。
【０００６】
地上装置側の情報のみに頼らずに列車制御の管理を行う方式が、特開２００６−１３７３３７号公報（特許文献２）に開示されている。列車制御の管理を行う方法においては、例えば、列車が走行許可（走行する区間の占有権）を与えられて走行し、その走行許可の解除（部分的なものや、当該列車以外の要求に基づくものを含む）を、走行許可が与えられた列車自らの申告によって行うとするものである。しかしながら、この方式においては、走行許可の解除は列車が関与して間違いを防ぐことができるが、列車の申告と異なった走行許可の解除が行われる場合や、間違った走行許可が与えられた場合に対する防護がなされていない。
【０００７】
なお、一般に無線を利用した列車制御システムにおいては、セキュリティ上の脆弱性があるため、このような総合的な情報を基にした列車制御の管理についても、暗号化技術等を用いた十分なセキュリティ対策が求められることになる。更に、列車制御という技術の性格上、この手法が列車運行に大きな負荷をかけることなく、制御技術として効率的に機能している必要がある。
【特許文献１】特開２００７−０１５５１７号公報
【特許文献２】特開２００６−１３７３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、列車が検知した位置情報に基づいて地上装置が列車位置の追跡を行い、これを基に各列車の制御を行うような無線利用の列車制御システムにおいて、地上装置の異常時に確実で安全なフェールセーフ動作が可能で、十分なセキュリティが確保されている、効率的な列車制御管理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の列車制御システムは、地上装置と前記地上装置に接続される走行区間情報検証装置と、前記地上装置が管理するエリア上に設定される区間で示される走行路を走行する列車に装備され、前記地上装置と無線伝送可能な車上装置とから構成される列車制御システムであって、前記地上装置は前記列車の走行経路の該当する区間を前記列車の走行用に予約する手段と前記区間予約情報に対応する走行許可情報を前記列車の車上装置に送信する手段を備え、前記列車の車上装置は前記走行許可情報を受信した後に、前記走行許可情報に従って走行区間を設定した場合、設定した走行区間の設定情報を前記走行区間情報検証装置に送信する手段を備え、更に、前記走行区間情報検証装置は受信した走行区間の設定情報と蓄積してある関係するすべての列車の走行区間設定情報との照合作業に基づいて検証し、確定可の場合にはその情報を前記車上装置に送信して設定走行区間を確定させる手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記照合作業の際に用いる、新たに設定した走行区間設定情報または前記区間情報検証装置に蓄積してある列車の走行区間設定情報およびその照合結果の伝送には、前記地上装置には解読できない暗号化形式を用いることを特徴とする。
【００１１】
即ち、地上装置によって、列車の走行経路の該当する区間が列車の走行用に予約され、区間予約情報に対応する走行許可情報が列車の車上装置に送信される。次に、列車の車上装置によって、走行許可情報が受信された後に、走行許可情報に従って走行区間を設定した場合、設定した走行区間の設定情報が前記走行区間情報検証装置に送信される。そして、前記走行区間情報検証装置は、受信した走行区間の設定情報に基づいて確定可または確定不可の検証を行い、検証結果を前記列車の車上装置に送信して設定走行区間を確定させる。
【００１２】
ここで、設定した走行区間の確定作業は、地上装置が走行許可情報を生成したプロセスとは別の、列車が設定した走行区間情報と蓄積してある関係するすべての列車の走行区間設定情報との単純な照合作業に基づいて行われる。また、前記照合作業の際に用いる、新たに設定した走行区間設定情報または前記区間情報検証装置に蓄積してある関係するすべての列車の走行区間設定情報およびその照合結果の伝送には、前記地上装置には解読できない暗号化形式を用いる。これにより、この列車制御システムは、地上装置の異常時に確実で安全なフェールセーフ動作が可能であり、また、その動作の過程で十分なセキュリティが確保されている。これにより、その列車は、設定された走行区間を安全に走行することができる。
【発明の効果】
【００１３】
十分なセキュリティを確保した上で、設定された列車の走行区間の可・不可を、走行許可情報を生成したプロセスとは別に、蓄積されている列車の走行区間設定情報と照合して判定することにより、地上装置異常時もフェールセーフ動作が可能であり、より確実で安全な列車制御管理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、地上装置と、前記地上装置に接続される走行区間情報検証装置と、前記地上装置が管理するエリアに設定される区間で示される走行路を走行する列車に装備され、前記地上装置と無線伝送可能な車上装置とから構成される列車制御システムであって、前記地上装置は、前記列車の走行経路の該当する区間を前記列車の走行用に予約する手段と前記区間予約情報に対応する走行許可情報を前記列車の車上装置に送信する手段を備えていること、前記列車の車上装置は、前記走行許可情報を受信した後に、前記走行許可情報に従って走行区間を設定した場合、その走行区間の設定情報を前記走行区間情報検証装置に送信する手段を備えていること、及び、前記走行区間情報検証装置は、受信した走行区間の設定情報と蓄積してある関係するすべての列車の走行区間設定情報との照合作業に基づいて検証し、確定可の場合にはその情報を前記列車の車上装置に送信し、走行区間を確定させる手段を備えていることを特徴とする列車制御システムである。
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１の列車制御システムは、図１の構成図に示す如く、地上装置３と、地上装置３に地上ネットワークを介して接続される走行区間情報検証装置４と、地上装置３と無線通信路を介して通信可能な車上装置５Ａ，５Ｂとから構成されている。車上装置５Ａ，５Ｂは、地上装置３の管理エリア内の線路１上を走行する列車２Ａ，２Ｂにそれぞれ搭載されている
【００１６】
地上装置３は、例えば図２に示す如く、制御部３０、記憶部３１、無線通信部３５、及び地上ネットワーク通信部３６で構成されている。記憶部３１は走行区間予約記憶領域３２、走行許可情報記憶部３３、及び走行区間の設定情報記憶領域３４の少なくとも３つの記憶領域を含む。
【００１７】
走行区間情報検証装置４は、例えば図３に示す如く、制御部４０、記憶部４１、地上ネットワーク通信部４５で構成されている。記憶部４１は未確定の設定走行区間情報記憶領域４２と確定した設定走行区間情報記憶領域４３の少なくとも２つの記憶領域を含む。
【００１８】
車上装置５は、例えば図４に示す如く、制御部５０、記憶部５１、及び無線通信部５５で構成されている。記憶部５１は走行許可情報記憶領域５２、未確定の設定走行区間情報記憶領域５３、確定した設定走行区間情報記憶領域５４の少なくとも３つの記憶領域を含む。なお、車上装置５は車上装置５Ａまたは５Ｂである。
【００１９】
以上のように構成された列車制御システムの動作を、列車２Ａについて図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、列車２Ｂについても同様である。先ず、地上装置３は、列車２Ａの走行進路の該当する区間を列車２Ａの走行用に予約する（１０１）。続いて、地上装置３は、予約した区間に対応する走行許可情報を列車２Ａの車上装置５Ａに送信する（１０２）。地上装置３から走行許可情報を受信した車上装置５Ａは、走行許可情報に従って走行区間を設定する（１０３）。
【００２０】
なお、当該列車が既に通過して不要となった区間を解除する場合など、新たに設定する走行区間がすでに確定している走行区間を縮小するだけであって、地上装置３の予約作業が必要ない場合、上述のステップ１０１、ステップ１０２を実施せずに、走行許可情報がない状態で走行区間を設定する（１０３）ことから始まることでもよい。この場合も、以下に述べるステップ１０４以降の作業はそのまま実施されることになる。
【００２１】
ステップ１０３に続いて、車上装置５Ａは、設定した走行区間の設定情報を走行区間情報検証装置４に送信する（１０４）。車上装置５Ａから走行区間の設定情報を受信すると、走行区間情報検証装置４は、受信した走行区間の設定情報を未確定な設定情報として登録しておく（１０５）。この時点で、複数の列車からの設定情報が同時に届いた場合は、すべて未確定な設定情報として同時に登録しておく。
【００２２】
ステップ１０５に続いて、走行区間情報検証装置４は、受信した走行区間設定情報と登録してある確定された設定情報および未確定な設定情報との単純な照合作業によって、受信した走行区間の設定情報が正しいか否かの判断を行う（１０６）。ステップ１０６において、走行区間の設定情報が正しいと判断した場合は、走行区間情報検証装置４は車上装置５Ａへ走行区間の設定情報が確定可であるという情報を送る（１０７）。もし、走行区間の設定情報が正しくないと判断した場合は、走行区間情報検証装置４は対応する走行区間の確定が不可であるという情報を車上装置５Ａへ送る（１０８）。
【００２３】
車上装置５Ａは、走行区間の設定情報が確定可であるという情報を受信した場合は、対応する走行区間の確定を行い、その結果を走行区間情報検証装置４と地上装置３へ送る（１０９）。車上装置５Ａは、走行区間の設定情報が確定不可であるという情報を受信した場合は、対応する走行区間の設定を解除し、その結果を走行区間情報検証装置４と地上装置３へ送る（１１０）。
【００２４】
ステップ１１１で、地上装置３は、車上装置５Ａからの確定または設定解除の情報を受信すると、これに従って走行区間の設定情報を更新する。
【００２５】
ステップ１１２で、走行区間情報検証装置１４は、車上装置５Ａからの確定または設定解除の情報を受信すると、これに従って設定走行区間情報を更新する。
【００２６】
なお、前述の無線列車制御システムであるＡＴＡＣＳでは、システムがダウンした場合に速やかに復旧させる目的で、各列車の位置情報を常時把握して保持している在線管理装置がすでに設備されており、機能的には走行区間情報検証装置４は在線管理装置と兼用することが可能である。このような構成とした場合は大幅なコスト削減を図ることができる。
【００２７】
また、地上装置３は、前述の無線列車制御システムであるＡＴＡＣＳで採用されているように、複数の拠点装置がそれぞれの担当する拠点エリアの列車を管理する方式であってもよい。この場合は、例えば、ある列車の隣接拠点エリアからの走行許可情報の受信は、隣接拠点エリアの拠点装置からその列車の拠点エリアの拠点装置を経由して行われることになる。他のケースについても同様である。
【００２８】
なお、実施例１の実施形態では、走行区間情報検証装置４が走行区間の確定に伴う照合作業を行っているが、車上装置５Ａ，５Ｂのそれぞれに通信の容量が確保できれば、走行区間情報検証装置４では走行区間情報の蓄積のみを行い、車上装置側で照合作業を行う方式も実施できる。
【００２９】
また、実施例１の実施形態では、走行区間情報検証装置４が、列車の走行区間情報の照合作業のみを行っているが、これに地上側の他の装置の設定情報を付加して、地上の各装置の設定に関する照合作業あるいは鎖錠作業も同時に行う方式も実施できる。
【００３０】
また、実施例１の実施形態では、走行区間情報検証装置４が地上装置３とは別の装置として設定されているが、コスト的な問題で別の装置を用意することができない場合は、この装置が地上装置３の一部として含まれるような方式も実施できる。
【００３１】
更にまた、上記の実施例１の実施形態では、走行区間情報検証装置４が独立した装置として設定されているが、十分な通信の容量が確保できれば、この装置が車上装置５Ａ，５Ｂや他の車上装置のそれぞれの一部として分散されて含まれて、それぞれの車両の走行区間情報に関する照合をそれぞれの車上装置単位で行うような方式も実施できる。
【実施例２】
【００３２】
実施例２では、実施例１で行われていた照合作業のための情報交換を地上装置３が解読できないような暗号化方式により行うことを特徴とする。このようにすることで、前記照合作業が地上装置３を経由して行われた場合でも、地上装置３の誤動作による影響の可能性を小さくできるため、実施例１に比べてさらに確実で安全な列車制御システム、及び列車制御方法を提供することができる。
【００３３】
さて、無線を利用した列車制御システムの無線通信において、セキュリティを確保するための暗号化技術は、主として車上の処理能力に制約があるため、秘密鍵暗号方式が用いられている。しかしながら、この秘密鍵暗号方式は、鍵の配送が必要となり、高いセキュリティをもつ通信路により鍵を配信するなどの盗聴防止策を実行する必要がある。
【００３４】
また、暗号の解読については、計算機の高速化、暗号解読アルゴリズムの発達もあり、将来にわたって確実に防止し得る保証はない。従って、暗号文の不正な解読を防止するために、情報伝送の対象ごとに別の鍵を適用し、または、鍵の変更を頻繁に行うといった対策を実施することが多い。
【００３５】
そこで、図１を参照して説明する実施例２では、地上装置３、車上装置５Ａ，５Ｂ間の列車制御用無線システムには秘密鍵暗号方式が採用され、列車２Ａ，２Ｂ毎に異なった暗号用の秘密鍵が、地上装置３と車上装置５Ａ，５Ｂの内の対応する車上装置に対して、すでに十分なセキュリティ対策が施された上で配布されているものとする。
【００３６】
さて、このようにこの列車制御システムの無線通信における暗号化はすでに実施されているが、これとは別に前述した暗号化方式、即ち地上装置３が解読できないような暗号化方式を適用することは、暗号化を２重に行うことになり、処理演算量に制約がある列車無線制御システムでは適用が難しい。そこで、ここではこれらの暗号化がひとつの方式によって同時に行われるような方式を採用する。
【００３７】
すなわち、照合作業の伝送における暗号化は、車上装置５Ａ，５Ｂと地上装置３間にすでに配布されている鍵を用い、鍵を変更するアルゴリズムを送受信する度ごとに適用して、新しい鍵を用いて暗号化することにより行う。この鍵を変更するアルゴリズムは、地上装置３には知らせず、走行区間情報検証装置４と列車２Ａ，２Ｂの車上装置５Ａ，５Ｂのみに装備しておく。このため、地上装置３はこれらのデータに関する暗号化・復号化を行わず、単なる中継を行うのみとなる。これにより、地上装置３と車上装置５Ａ，５Ｂ間の暗号方式は従来と同等のものが維持され、さらに、鍵の変更ができることで装置の認証が行え、送受信の直前の各装置の関連する健全度の確認を行うことができる。
【００３８】
なお、この方式では車上装置毎に異なる鍵が適用されるが、走行区間情報検証装置４に関する処理容量の関係でこれが難しい場合は、地上装置３が車上装置５Ａ，５Ｂに共通の鍵を配布し、これにより同様の処理を行うことができる。この場合、鍵を変更するアルゴリズムを送受信する度ごとに適用し、新しい鍵を用いて暗号化・復号化することにより行うことは同様である。また、初めから車上装置５Ａ，５Ｂに共通の鍵が適用されている場合も同様である。
【００３９】
また、走行区間情報検証装置４に図示しない無線通信装置を接続して、地上装置３を経由せずに車上装置５Ａ，５Ｂのそれぞれと情報交換するケースもあるが、その場合も、地上装置３が車上装置５Ａ，５Ｂのそれぞれに鍵を配布する場合は、同様の処理を行う。
【００４０】
以上より、設定された走行区間に関する照合作業を、十分なセキュリティを確保しながら列車制御動作に大きな負担をかけることなく行うことができる。従って実施例２により、地上装置３の異常時もフェールセーフ動作が可能であり、より確実で安全な応答性の速い列車制御システム、及び列車制御方法を提供することができる。
【００４１】
なお、実施例２の実施形態において、走行区間情報検証装置４に走行区間情報の蓄積のみを行う場合は、暗号化されたままのデータを蓄積しておき、車上装置側で復号して参照する方式も実施できる。
【００４２】
以上、実施例１と実施例２について詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る列車制御管理システムの一実施例の構成図である。
【図２】地上装置のブロック構成図である。
【図３】走行区間情報検証装置のブロック構成図である。
【図４】車上装置のブロック構成図である。
【図５】本発明に係る列車制御管理システムの処理の流れを示すフローチャートの一例である。
【符号の説明】
【００４４】
１  線路
２Ａ，２Ｂ  列車
３  地上装置
４  走行区間情報検証装置
５，５Ａ，５Ｂ  車上装置
３０  制御部
３１  記憶部
３２  走行区間予約記憶領域
３３  走行許可情報記憶領域
３４  走行区間の設定情報記憶領域
３５  無線通信部
３６  地上ネットワーク通信部
４０  制御部
４１  記憶部
４２  未確定の設定走行区間情報記憶領域
４３  確定した設定走行区間情報記憶領域
５０  制御部
５１  記憶部
５２  走行許可情報記憶領域
５３  未確定の設定走行区間情報記憶領域
５４  確定した設定走行区間情報記憶領域
５５  無線通信部
【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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