(57)【要約】  レール上を走行する列車より画像を撮影する撮像装置と、前記撮像装置により撮影された画像データにより、前記レールおよび前記レール上の支障物を認識し、前記支障物が存在する地点のレール幅に基づいて前記支障物までの距離を求める認識部と、を備えた列車制御装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上を走行する列車より画像を撮影する撮像装置と、
前記撮像装置により撮影された画像データにより、前記レールおよび前記レール上の支障物を認識し、前記支障物が存在する地点のレール幅に基づいて前記支障物までの距離を求める認識部と、を備えた列車制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の列車制御装置において、
前記認識部は、前記撮影された画像データにより前記レールと前記支障物とが交わる交点位置のレール幅を認識して前記支障物までの距離を求める列車制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の列車制御装置において、
前記認識部は、前記認識した前記レール幅に基づいて前記交点位置までの距離を算出する列車制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の列車制御装置において、
前記認識部は、前記レール幅と前記交点位置までの距離の関係を示す演算式を有し、前記認識した前記レール幅に基づいて前記演算式により前記交点位置までの距離を算出する列車制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の列車制御装置において、
前記認識部は、前記レール幅と前記交点位置までの距離とを関係づける関連データを格納したデータベース部を有し、前記認識した前記レール幅に基づいて前記関連データにより前記交点位置までの距離を算出する列車制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の列車制御装置において、
前記レール上を走行する自列車位置を算出する自列車位置演算部を備え、
前記認識部は、前記レール幅と前記交点位置までの距離とを関係づける前記関連データを自列車位置に対応して格納したデータベース部を有し、前記認識した前記レール幅に基づいて前記データベース部に格納したデータにより前記交点位置までの距離を算出する列車制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載の列車制御装置において、
前記データベース部は、線路近傍に設置された地上子、もしくは無線通信を介して地上設備から更新される列車制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の列車制御装置において、
前記撮像装置は、前記列車の走行方向の前方、若しくは後方の前記画像データを撮影する列車制御装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の列車制御装置において、
前記列車に走行を許可する地点である走行許可地点を設定する走行許可地点設定部を備え、
前記走行許可地点設定部は、前記認識部で求めた前記支障物までの前記距離に基づき、前記走行許可地点を前記支障物の位置の手前に設定する列車制御装置。
【請求項１０】
レール上を走行する列車に搭載され、撮像装置により撮影された画像データを送信し、前記列車の走行を制御する列車制御装置と、
前記送信された画像データに基づいて、前記レールおよび前記レール上の支障物を認識して前記列車の走行許可地点を求め、前記走行許可地点を前記列車制御装置へ送信する地上装置と、を備え、
前記列車制御装置は、前記地上装置より受信した前記走行許可地点に基づき前記列車の走行を制御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、列車制御装置および列車制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
列車制御装置は、列車を安全に運行するために、先行列車などの前方の支障物までの距離を何らかの手段で取得し、走行許可地点を作成する必要がある。特許文献１では、列車の進行方向前部に撮像装置を設け、この撮像装置で前方を走る先行列車の後尾車体の画像を撮影し、得られた画像を映像解析して既知の大きさの先行列車の後尾車体が見える視角を計測し、この視角の大小から計算により先行列車の後尾位置までの距離を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２０１５−１９３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法を用いた場合、支障物の画像を映像解析して支障物までの距離を求めているので、列車制御装置に大きな演算負荷が係るという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様による列車制御装置は、レール上を走行する列車より画像を撮影する撮像装置と、前記撮像装置により撮影された画像データにより、前記レールおよび前記レール上の支障物を認識し、前記支障物が存在する地点のレール幅に基づいて前記支障物までの距離を求める認識部と、を備えるのが好ましい。
本発明の態様による列車制御システムは、レール上を走行する列車に搭載され、撮像装置により撮影された画像データを送信し、前記列車の走行を制御する列車制御装置と、前記送信された画像データに基づいて、前記レールおよび前記レール上の支障物を認識して前記列車の走行許可地点を求め、前記走行許可地点を前記列車制御装置へ送信する地上装置と、を備え、前記列車制御装置は、前記地上装置より受信した前記走行許可地点に基づき前記列車の走行を制御するのが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、支障物までの距離を算出する際の演算負荷を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態における列車制御装置を搭載した列車と支障物を示す図である。
【図２】図２は、前方の画像データの一例を示す図である。
【図３】図３は、第２の実施形態における列車制御装置を搭載した列車と支障物を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態における関連データの一例を示す図である。
【図５】図５は、第３の実施形態における列車制御装置を搭載した列車と支障物を示す図である。
【図６】図６は、第３の実施形態におけるデータベース部および関連データの一例を示す図である。
【図７】図７は、第４の実施形態における列車制御システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１の実施形態］
図１は、列車制御装置１０１を搭載した列車１００と支障物２０１を示す図である。図１に示すように、列車１００は、列車１００の走行路であるレール２００上にあり、列車１００の前方のレール２００上には先行列車などの支障物２０１が存在する。
【０００９】
列車制御装置１０１は、撮像装置３００、走行許可地点設定部３０１、レール画像幅認識部３０２を備えている。また、撮像装置３００からレール画像幅認識部３０２へ画像データ４００が送信される。
撮像装置３００は、列車１００走行中、列車前方方向の映像を撮影し、画像データ４００として、レール画像幅認識部３０２に送信する。
【００１０】
レール画像幅認識部３０２は前方の画像データ４００を基に、レール２００と支障物２０１とを認識し、レール２００と支障物２０１とが交わる支障地点のレール幅を算出する。そして、算出したレール幅に基づいて、支障物２０１までの距離Ｌを求め、走行許可地点設定部３０１に送信する。
走行許可地点設定部３０１は、支障物２０１までの距離Ｌに基づいて、走行許可地点を支障物２０１の手前に設定する。
【００１１】
図２は、画像データ４００の一例を示す図である。前方の画像データ４００は、多様な情報を有するが、本実施形態で最低限必要となる情報に関して、説明する。図２に示すように、撮像装置３００で撮影された前方の画像データ４００は、レール画像４０３、支障物画像４０２を有する。レール画像幅認識部３０２はレール画像４０３と支障物画像４０２とが交わる支障地点のレール幅（レール画像幅）Ｇを算出する。
【００１２】
鉄道システムに用いられるレールの間隔は各路線で常に一定であるため、支障物２０１までの距離Ｌに応じて画像上のレール幅Ｇが小さくなるという特徴がある。従って、レール画像４０３と支障物画像４０２とが交わる交点位置の画像上のレール幅である支障地点のレール画像幅Ｇを基に、支障物２０１までの距離Ｌを演算する。ここで、支障地点のレール画像幅Ｇを表現する単位として画像のピクセルを用いるが、他の計測値を用いても良い。
【００１３】
次に、支障物２０１までの距離Ｌの算出について説明する。列車１００走行中、撮像装置３００は列車１００の前方方向の映像を撮影し、画像データ４００として、レール画像幅認識部３０２に送信する。レール画像幅認識部３０２は前方の画像データ４００を基に、支障地点のレール画像幅Ｇを算出する。レール画像幅認識部３０２は、例えば、予め支障地点のレール画像幅Ｇから支障物２０１までの距離Ｌの関係を表す演算式を定義し、支障地点のレール画像幅Ｇを基に、支障物２０１までの距離Ｌを走行中に逐次演算する。レール画像幅認識部３０２は支障物２０１までの距離Ｌを走行許可地点設定部３０１に送信し、走行許可地点設定部３０１は走行許可地点を支障物２０１の手前に設定する。
【００１４】
本実施形態により、支障地点のレール画像幅Ｇを基に、支障物２０１までの距離Ｌを求めるので、前方の支障物までの距離を算出する際の演算負荷を軽減することが可能となる。
【００１５】
［第２の実施形態]
図３は、第２の実施形態における列車制御装置１０１を搭載した列車１００と支障物２０１を示す図である。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態では、支障物２０１までの距離Ｌを演算式により求めたが、第２の実施形態では、支障地点のレール画像幅Ｇと支障物２０１までの距離Ｌを関係づける関連データを用いる。
【００１６】
第２の実施形態では、列車制御装置１０１はデータベース部３０３を有し、データベース部３０３には、支障地点のレール画像幅Ｇと支障物２０１までの距離Ｌとを関係づける関連データ４０１を記憶している。図４に示すように、関連データ４０１は、レール画像幅Ｇに距離Ｌを対応付けたデータである。レール画像幅認識部３０２は、レール画像幅Ｇを認識した後、関連データ４０１を参照して、支障物２０１までの距離Ｌを求める。なお、データベース部３０３に記憶されている関連データ４０１は、線路近傍に設置された地上子や無線通信などによって地上設備から更新可能とする。
【００１７】
本実施形態により、支障地点のレール画像幅Ｇを基に、支障物２０１までの距離Ｌを走行中に逐次演算する必要がなくなり、レール画像幅認識部３０２の演算負荷を軽減することが可能となる。
【００１８】
なお、第２の実施形態の変形例として、データベース部３０３は、レール画像幅Ｇと走行許可地点設定部３０１が設定する走行許可地点とを関係づける関連データを記憶するものとしてもよい。この場合、列車制御装置１０１は、レール画像幅Ｇを逐次計算し、支障物２０１が認識されるとその直前のレール画像幅Ｇについてデータベース部３０３を参照する。参照の結果、合致するレール画像幅Ｇのデータが見つかった場合は、そのレール画像幅Ｇに関連付けられた走行許可地点を読み出し、これを走行許可地点設定部３０１に設定し、列車１００はその走行許可地点の手前に停止するように速度が制御される。なお列車制御装置１０１は、レール画像幅認識部３０２によって取得されたレール幅画像Ｇと合致するレール幅画像がデータベース部３０３に登録されていない場合、より大きなレール幅で登録されているデータを選択する。このような制御によれば、支障物までの距離の計算作業を省略し、更に演算負荷を下げることができる。
【００１９】
［第３の実施形態]
図５は、第３の実施形態における列車制御装置１０１を搭載した列車１００と支障物２０１を示す図である。第２の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、支障地点のレール画像幅Ｇと支障物２０１までの距離Ｌを関係づける関連データを自列車位置に応じて用いる。
【００２０】
第３の実施形態では、図５に示すように、列車制御装置１０１は自列車の位置を演算する自列車位置演算部３０４を有する。自列車位置演算部３０４は、線路近傍に設置された地上子および速度センサの情報から自列車位置を演算し、自列車位置をレール画像幅認識部３０２に送信する。自列車位置演算部３０４は自列車位置をどのような形態で管理してもよいが、本実施形態では自列車が走行している路線における出発地点側の線路端からの距離で管理することとする。
【００２１】
図６は、本実施形態におけるデータベース部３０３および関連データ４０１の一例を示す図である。データベース部３０３は、自列車位置に対応して、それぞれ関連データ４０１を記憶している。すなわち、各自列車位置において、支障地点のレール画像幅Ｇと支障物２０１までの距離Ｌを関係づける関連データ４０１を有する。
【００２２】
レール画像幅認識部３０２は、レール画像幅Ｇを認識し、自列車位置演算部３０４より自列車位置を取得し、データベース部３０３を参照して、自列車位置に対応する関連データ４０１を検索し、認識したレール画像幅Ｇを基に支障物２０１までの距離Ｌを求める。なお、データベース部３０３は、線路近傍に設置された地上子や無線通信などによって地上設備から更新可能とする。
【００２３】
本実施形態により、路線上に曲線が存在し、自列車位置によって支障地点のレール画像幅Ｇと支障物２０１までの距離Ｌが変化する場合でも、支障地点のレール画像幅Ｇを基に、支障物２０１までの距離を正しく計算することが可能となる。
【００２４】
［第４の実施形態]
図７は、第４の実施形態における列車制御装置１０１を搭載した列車１００と支障物２０１を示す図である。本実施形態では、レール２００の近傍に地上装置７００が設けられ、列車制御装置１０１と地上装置７００とは無線によりデータを送受信する。他の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
第４の実施形態では、図７に示すように、地上装置７００は、無線機７０１、レール画像幅認識部７０２、データベース部７０３を有している。レール画像幅認識部７０２は前方の画像データ４００を基に、レール２００と支障物２０１とを認識してレール幅を求める。データベース部７０３は、レール画像幅Ｇと支障物２０１までの距離Ｌとを関係づける関連データ４０１を記憶している。
【００２６】
本実施形態の列車制御装置１０１は、撮像装置３００から取得した画像データ４００を、列車１００に搭載された無線機３０５を介して、自身を識別する識別子情報と共に地上装置７００へと送信する。地上装置７００に備えられたレール画像幅認識部７０２は、無線機７０１より受信した画像データ４００を解析し、得られたレール画像幅Ｇについてデータベース部７０３を参照する。地上装置７００は、データベース部７０３の参照結果に基づき走行許可地点を求めると、続いて識別子情報に基づき送信先の列車制御装置１０１を特定し、走行許可地点の情報４０４を無線機７０１を介して送信する。
【００２７】
列車制御装置１０１の無線機３０５は、走行許可地点の情報４０４を地上装置７００より受け取って、支障物２０１までの距離Ｌを走行許可地点設定部３０１に送信し、走行許可地点設定部３０１は走行許可地点を支障物２０１の手前に設定する。すなわち、列車制御装置１０１は、走行許可地点の手前に停止するように列車１００を制御する。なお、列車制御装置１０１はタイマー機能を有し、画像データを地上装置７００へ送信してから決められた時間内に地上装置７００から走行許可地点に関する応答が無い場合は、走行許可地点を直近に受信できた情報に基づき設定するとともに列車１００のブレーキを作動させるように制御してもよい。
【００２８】
また列車制御装置１０１は地上装置７００に対して画像データ４００を送信する際に、画像解析に必要な情報のみを抽出し送信してもよい。このようにすることで、無線機を介した通信データ量を削減でき走行可能地点に関する演算の適時性を向上することができる。
【００２９】
第４の実施形態は、レール画像幅認識部７０２およびデータベース部７０３を地上装置７００に持たせた列車制御である。すなわち、撮像装置３００と列車制御装置１０１はレール２００の上を走行する列車１００に搭載され、画像データ４００に基づく走行許可地点は地上に設けられた地上装置７００によって取得され、列車１００と地上装置７００とが無線機３０５、７０１によって双方向の通信が実施されることで列車１００は制御されるシステムであるとも換言できる。なお、列車１００に設けられた無線機３０５と、地上装置７００に設けられた無線機７０１とは適所に設けられた中継器を介して双方向の通信を行うようにしてもよい。
【００３０】
本実施形態によれば、地上装置７００は、列車１００に設置される列車制御装置１０１と比較して計算能力やデータの記録容量に余裕を持たせることができるため、演算の高速化、高度化を図りやすい。また画像解析を高度化する場合やその他のプログラムのアップデートを図る場合も、各列車１００に搭載された列車制御装置１０１を変更せずとも、地上装置７００におけるプログラムの更新で対応できるため、メンテナンス性に優れている。
【００３１】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）列車制御装置１０１は、レール２００上を走行する列車１００より画像を撮影する撮像装置３００と、撮像装置３００により撮影された画像データ４００により、レール２００およびレール２００上の支障物２０１を認識し、支障物２０１が存在する地点のレール幅Ｇに基づいて支障物２０１までの距離Ｌを求めるレール画像幅認識部３０２と、を備えた。これにより、支障物までの距離を算出する際の演算負荷を軽減することが可能となる。
【００３２】
（２）列車制御システムは、レール２００上を走行する列車１００に搭載され、撮像装置３００により撮影された画像データ４００を送信し、列車１００の走行を制御する列車制御装置１０１と、送信された画像データ４００に基づいて、レール２００およびレール２００上の支障物２０１を認識して列車１００の走行許可地点４０４を求め、走行許可地点４０４を列車制御装置１０１へ送信する地上装置７００と、を備え、列車制御装置１０１は、地上装置７００より受信した走行許可地点４０４に基づき列車１００の走行を制御する。これにより、支障物までの距離を算出する際の演算負荷を軽減することが可能となる。
【００３３】
（変形例）
本発明は、以上説明した第１乃至第４の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）レール上を走行する列車の前方方向を撮影した前方の画像データを基に列車と前方の支障物との距離を求めたが、列車の後方方向を撮影した後方の画像データを基に列車と後方の支障物との距離を求めてもよい。
【００３４】
（２）列車制御装置１０１は、レール幅の演算に関して、支障物２０１の認識を省略することも可能である。例えば、レール画像幅認識部３０２は前方の画像データ４００に基づきレール幅を計算できる限界地点を逐次演算し、レール幅の連続性を監視する。この演算において、列車制御装置１０１は、レールが交わる点（すなわちレール幅がゼロとして認識される点）として認識されるところまでレール幅が連続的に取得できる場合を支障物２０１が無い状態と判定し、レール幅を取得できない領域が中途に発生した場合をその領域に支障物２０１が有る状態と判定するものとしてもよい。なおレール幅を連続的に取得できる範囲は、レールが交差するものとして認識される点（最遠点）に限らず、ある一定の幅をレール幅を演算する下限値として設定してもよい。このような演算を採用することで、支障物２０１を支障物として認識しづらい場合であっても、支障物２０１の手前に走行許可地点を置くことが可能となる。またレール幅の演算の連続性を監視する制御と、支障物２０１の認識に基づく制御とを併存させてもよい。
【００３５】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と変形例を組み合わせた構成としてもよい。
【００３６】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１８−１８１０１２（２０１８年９月２６日出願）
【符号の説明】
【００３７】
１００  列車
１０１  列車制御装置
２００  レール
２０１  支障物
３００  撮像装置
３０１  走行許可地点設定部
３０２、７０２  レール画像幅認識部
３０３、７０３  データベース部
３０４  自列車位置演算部
３０５、７０１  無線機
４００  画像データ
４０２  支障物画像
４０３  レール画像
４０４  走行許可地点の情報
７００  地上装置
【図１】
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【図２】
2020066223.tif 000004
【図３】
2020066223.tif 000005
【図４】
2020066223.tif 000006
【図５】
2020066223.tif 000007
【図６】
2020066223.tif 000008
【図７】
2020066223.tif 000009
【国際調査報告】
2020066223.tif 000010
2020066223.tif 000011