(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車事故を検知するために列車に搭載される事故検知装置であって、
直交する３軸の加速度を測定する３軸加速度計と、
直交する３軸回りの角速度を測定する３軸ジャイロと、
それら３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値を用いて、上記列車の水平方向前方加速度、水平方向右方加速度、鉛直方向加速度、鉛直方向変位量及び姿勢角を演算する演算手段と、
その演算手段の演算値と、上記３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値とを用いて、上記列車の事故を検知する検知手段と、
その検知手段が事故を検知した時、上記列車に備え付けられている防護無線を起動する手段と、
を具備することを特徴とする事故検知装置。
【請求項２】
列車事故を検知するために列車に搭載される事故検知装置であって、
直交する３軸の加速度を測定する３軸加速度計と、
直交する３軸回りの角速度を測定する３軸ジャイロと、
それら３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値を用いて、上記列車の水平方向前方加速度、水平方向右方加速度、鉛直方向加速度、鉛直方向変位量及び姿勢角を演算する演算手段と、
現在位置を得る手段と、
上記演算手段の演算値と、上記３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値とを用いて、上記列車の事故を検知する検知手段と、
その検知手段が事故を検知した時、上記列車に備え付けられている防護無線を起動し、かつ上記列車に備え付けられている列車無線を用いて上記演算手段の演算値、上記３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値、上記現在位置を列車番号と共に中央指令所に送信する手段と、
を具備することを特徴とする事故検知装置。
【請求項３】
列車事故を検知するために列車に搭載される事故検知装置であって、
直交する３軸の加速度を測定する３軸加速度計と、
直交する３軸回りの角速度を測定する３軸ジャイロと、
それら３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値を用いて、上記列車の水平方向前方加速度、水平方向右方加速度、鉛直方向加速度、鉛直方向変位量及び姿勢角を演算する演算手段と、
現在位置を得る手段と、
上記演算手段の演算値と、上記３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値とを用いて、上記列車の事故を検知し、かつその事故モードを判定する検知判定手段と、
その検知判定手段が事故を検知した時、上記列車に備え付けられている防護無線を起動し、かつ上記列車に備え付けられている列車無線を用いて上記判定した事故モード及び上記現在位置を列車番号と共に中央指令所に送信する手段と、
を具備することを特徴とする事故検知装置。
【請求項４】
請求項２乃至３記載のいずれかの事故検知装置において、
上記現在位置は緯度経度によって表され、その緯度経度をＧＰＳを用いて得る構成とされていることを特徴とする事故検知装置。
【請求項５】
請求項２乃至３記載のいずれかの事故検知装置において、
上記現在位置は基点からの走行距離によって表され、その走行距離を上記列車の車輪回転数の積算によって得る構成とされていることを特徴とする事故検知装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載のいずれかの事故検知装置において、
速度センサが設けられ、その速度センサより得られる速度により上記演算手段の演算誤差が抑制される構成とされていることを特徴とする事故検知装置。
【請求項７】
請求項６記載の事故検知装置において、
上記速度センサは上記列車の車輪回転数から速度を求める構成とされていることを特徴とする事故検知装置。
【請求項８】
請求項６記載の事故検知装置において、
上記速度センサはＧＰＳを用いて構成されていることを特徴とする事故検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は鉄道列車等の事故が発生した場合に、その列車事故を自動的に検知することを可能とする事故検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば脱線等の列車事故が発生した場合、従来においては乗務員が列車に備え付けられている防護無線を起動し、また列車無線を使用して事故の状況を中央指令所に通報していた。
防護無線の発報により、付近の列車は事故の発生を知ることができ、よって２次的事故を防止することができる。また、列車無線による通報により、速やかに対策をとることが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、事故の程度によっては乗務員が負傷してこれら防護無線及び列車無線の操作ができない状況が発生し、また負傷を免れても例えば気が動転して操作ができない状況が起こり得る。
このような場合、付近を走行中の列車の乗務員は事故の発生を知ることができず、例えばその現場に突っ込むなどして、２次的事故が発生する恐れがあり、大事故につながるものとなっていた。
【０００４】
この発明の目的は上述した問題点に鑑み、事故発生を自動的に検知して防護無線を自動発報し、乗務員が操作しなくても事故発生を知らせることができるようにした事故検知装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、列車事故を検知するために列車に搭載される事故検知装置は、直交する３軸の加速度を測定する３軸加速度計と、直交する３軸回りの角速度を測定する３軸ジャイロと、それら３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値を用いて列車の水平方向前方加速度、水平方向右方加速度、鉛直方向加速度、鉛直方向変位量及び姿勢角を演算する演算手段と、その演算手段の演算値と、３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値とを用いて列車の事故を検知する検知手段と、その検知手段が事故を検知した時、列車に備え付けられている防護無線を起動する手段とを具備するものとされる。
【０００６】
請求項２の発明によれば、列車事故を検知するために列車に搭載される事故検知装置は、直交する３軸の加速度を測定する３軸加速度計と、直交する３軸回りの角速度を測定する３軸ジャイロと、それら３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値を用いて列車の水平方向前方加速度、水平方向右方加速度、鉛直方向加速度、鉛直方向変位量及び姿勢角を演算する演算手段と、現在位置を得る手段と、上記演算手段の演算値と３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値とを用いて列車の事故を検知する検知手段と、その検知手段が事故を検知した時、列車に備え付けられている防護無線を起動し、かつ列車に備え付けられている列車無線を用いて上記演算手段の演算値、３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値、現在位置を列車番号と共に中央指令所に送信する手段とを具備するものとされる。
【０００７】
請求項３の発明によれば、列車事故を検知するために列車に搭載される事故検知装置は、直交する３軸の加速度を測定する３軸加速度計と、直交する３軸回りの角速度を測定する３軸ジャイロと、それら３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値を用いて列車の水平方向前方加速度、水平方向右方加速度、鉛直方向加速度、鉛直方向変位量及び姿勢角を演算する演算手段と、現在位置を得る手段と、上記演算手段の演算値と３軸加速度計及び３軸ジャイロの測定値とを用いて列車の事故を検知し、かつその事故モードを判定する検知判定手段と、その検知判定手段が事故を検知した時、列車に備え付けられている防護無線を起動し、かつ列車に備え付けられている列車無線を用いて判定した事故モード及び現在位置を列車番号と共に中央指令所に送信する手段とを具備するものとされる。
【０００８】
請求項４の発明では請求項２乃至３のいずれかの発明において、現在位置が緯度経度によって表され、その緯度経度をＧＰＳを用いて得る構成とされている。
請求項５の発明では請求項２乃至３のいずれかの発明において、現在位置が基点からの走行距離によって表され、その走行距離は列車の車輪回転数の積算によって得る構成とされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。
この発明による事故検知装置は列車に搭載されて使用されるもので、その基本検出部は３軸加速度計と３軸ジャイロとストラップダウン慣性計算を行う演算手段とを有する、いわゆる慣性基準装置となっている。まず、この慣性基準装置１１の構成及び機能を図１を参照して説明する。
【００１０】
直交する３軸に取付けられた３軸ジャイロ１２はＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの角速度を測定する。ここではＸ軸方向を装置（列車）の前方、Ｙ軸方向を右方、Ｚ軸方向を下方とする。一方、直交する３軸に取付けられた３軸加速度計１３はＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を測定する。
座標変換手段１４はＸ，Ｙ，Ｚ座標をＸH ，ＹH ，Ｄ座標に変換するもので、３軸加速度計１３から出力されたＸ，Ｙ，Ｚ加速度はこの座標変換手段１４に入力され、ＸH ，ＹH ，Ｄ加速度に変換される。なお、ここではＸH を水平面上の列車前方、ＹH を水平面上の列車右方、Ｄを地球中心（鉛直）方向とする。
【００１１】
座標変換手段１４の座標変換マトリクスは本装置の姿勢の変化に伴ない、刻々と変化される。座標変化マトリクス更新値計算手段１５はこのマトリクスの値を変化させる変化分を計算するものであって、マトリクス変化分は姿勢の変化分、即ち角速度と一対一に対応するから、３軸ジャイロ１２のＸ，Ｙ，Ｚ角速度データを使用して、マトリクス変化分が計算される。計算された変化分は座標変換手段１４に入力され、刻々とマトリクス値が更新される。
【００１２】
座標変換手段１４から出力されたＸH ，ＹH ，Ｄ加速度は積分手段１６に入力され、積分手段１６はＸH ，ＹH ，Ｄ加速度を積分してＸH ，ＹH ，Ｄ速度を出力する。このＸH ，ＹH ，Ｄ速度のうち、Ｄ速度はＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１７を介して積分手段１８に入力され、積分手段１８はＤ速度を積分して、列車の鉛直方向の変位量を計算する。ＨＰＦ１７は積分による誤差発散を避けるために直流分をカットするもので、従って鉛直方向変位量は交流変化分となる。なお、図には示していないが、積分による誤差発散を避けるため、積分手段１６にも同様にＨＰＦが設けられている。
【００１３】
この例では３軸ジャイロ１２のドリフト誤差を抑制するために速度センサ１９を用いるものとなっており、この速度センサ１９から出力される速度と、ＸH 速度とが比較手段２１に入力される。速度センサ１９は例えば列車の車輪回転数から速度を求める構成とされる。比較手段２１は加速度から求めたＸH 速度と、速度センサ１９の速度との差分を計算する。ここで、積分手段１６は誤差も積分するため、加速度から求めたＸH 速度の誤差は段々増加していくのに対し、速度センサ１９の誤差は無視することができ、つまり速度センサ１９による速度には時間とともに誤差が増加しないため、この差分は加速度から求めたＸH 速度の誤差を示すものとなる。
【００１４】
この誤差の主原因は３軸ジャイロ１２の誤差による座標変換マトリクスの誤差にあり、従ってこの計算した差分（ＸH 誤差分）を座標変換マトリクス更新値計算手段１５に帰還し、ＸH 速度の誤差分が零となるように、座標変換マトリクスを修正する。一方、列車であるからＹH 速度はそのまま誤差であり、このＹH 誤差分も同様に座標変換マトリクス更新値計算手段１５に帰還される。これにより、座標変換マトリクスの誤差が抑えられる。
【００１５】
水平面に対する列車の前後方向の姿勢角（ピッチ角）、左右方向の姿勢角（ロール角）はピッチ、ロール計算手段２２より出力される。座標変換手段１４における座標変換マトリクスはＸ，Ｙ，Ｚ座標とＸH ，ＹH ，Ｄ座標との関係を示しているから、この関係からピッチ角、ロール角が求められる。
上記した構成によれば、正確な座標変換マトリクスが得られ、よって正確なＸH ，ＹH ，Ｄ加速度を得ることができ、また正確な鉛直方向変位量、ピッチ角及びロール角を得ることができる。
【００１６】
図２は上述した慣性基準装置１１を用いて構成された、この発明による事故検知装置の一実施例を示したものである。慣性基準装置１１によって得られる各種測定値及び演算値は検知手段２３に入力される。なお、以下においてはＸH ，ＹH ，Ｄ加速度を単に前後、左右、上下加速度と言い、Ｘ，Ｙ，Ｚ角速度をロール、ピッチ、ヨーレートと言う。また、鉛直方向変位量を上下変位量という。
【００１７】
この例では列車の動き（状態の遷移）を把握するパラメータとして、前後加速度、左右加速度、上下加速度、ロールレート、ピッチレート、ヨーレート、ピッチ角、ロール角及び上下変位量が用いられ、これらのデータが慣性基準装置１１から検知手段２３に入力される。そして、検知手段２３はこれら入力されたデータから列車の事故発生を検知する。事故の検知はこれらパラメータに対し、予め設定された設定値と、入力されたデータとを比較することによって行われ、例えばこれらパラメータのうち、１つでも設定値を越えた場合に事故発生と判断する。
【００１８】
検知手段２３は事故を検知すると、検知信号を出力し、その信号により防護無線起動手段２４は列車に備え付けられている防護無線２５を起動する。なお、防護無線起動手段２４による防護無線２５の起動には例えばリレー接点信号などが使用される。
この図２に示した事故検知装置によれば、自動的に事故が検知され、乗務員が操作できない状況にあっても防護無線が自動発報されるため、２次的事故を防止することができる。この事故検知装置は少なくとも列車の先頭車両に搭載される。なお、基本検出部である慣性基準装置１１は例えば全車両に取付けるようにしてもよい。
【００１９】
図３は防護無線の自動発報に加え、列車に備え付けられている列車無線を通じて、事故検知時に各種情報を中央指令所に自動送信するようにした事故検知装置を示したものである。この例では検知手段２３に入力される前述したデータと共に、列車の現在位置と列車情報とが事故検知時に自動送信される。
列車の現在位置はこの例ではＧＰＳ２６を用いて得られる緯度経度と、列車の車輪回転数を積算して基点からの走行距離を得る距離計２７からの走行距離データとの両者によって表され、これらデータは刻々と更新されて記憶手段２８に記憶されている。
【００２０】
列車情報は例えば列車番号、路線、運転区間等よりなり、この例ではそれらを記憶したＩＣカード２９を乗務員が運転開始前に読取り装置３１に挿入して入力することによって、記憶手段２８に記憶される。なお、計時手段３２より得られる現在時刻も記憶手段２８に記憶されている。
検知手段２３は事故を検知すると、図２の場合と同様に防護無線起動手段２４を作動させて防護無線２５を起動する。また、列車無線起動手段３３を作動させて列車無線３４を例えばリレー接点信号により起動し、かつ音声切替手段３５を作動させて列車無線音声信号をマイクロフォン３６からデジタル信号に切替える。これにより、記憶手段２８に記憶されている位置データ、走行距離データ、時刻及び列車番号等の列車情報が事故情報として列車無線３４により発報され、同時に事故を検知した時の慣性基準装置１１からの各種入力データが事故情報として発報される。なお、これら事故情報は周波数シフト方式で変調したオーディオ信号とされる。
【００２１】
このようにして列車無線３４により中央指令所に事故情報が自動送信されることにより、乗務員が通報できなくても中央指令所側は事故発生列車、位置等を知ることができ、また送信されたデータから発生した事故状態（事故モード）を判断することができる。これにより、適確かつ迅速な対策をとることが可能となる。
【００２２】
なお、この図３に示した例ではＧＰＳ２６及び距離計２７の両者を備えているが、いずれか一方だけでも位置の特定は可能である。また、列車の位置は例えば地上に設置されたサインポスト（狭地域無線発信設備）によって得るようにしてもよい。なお、距離計２７により、即ち車輪回転数の積算により走行距離を得て位置データとする時の位置誤差の累積を防止するため、駅またはサインポストにより列車位置誤差をリセットするようにしてもよい。
【００２３】
図４は慣性基準装置１１より得られるデータにより、事故検知装置において脱線、衝突等の事故モードを判断し、データ送信に代えて事故モードを送信するようにしたものであり、図３の事故検知装置における検知手段２３が検知判定手段３７に置き換えられたものとなっている。
検知判定手段３７は慣性基準装置１１から入力されたデータに基づき、事故の発生を検知すると共に、その事故モードを判定する。以下、この事故モードの判定について説明する。
【００２４】
想定される事故モードとしては、脱線、自動車へ正面衝突、自動車が側面衝突、列車へ正面衝突、横転、転覆、乗上げ、高所落下等が挙げられ、またこれらの結果としてのモードもある。事故モードと列車の状態の遷移及びその状態の遷移を示すパラメータの関係は例えば下記のように表される。
0003744641.tif 000002
従って、検知判定手段３７は慣性基準装置１１から入力される例えば前後加速度、左右加速度、上下加速度、ロールレート、ピッチレート、ヨーレート、ピッチ角、ロール角及び上下変位量のどれが予め設定された設定値を越えたか、あるいはどういう組合せのデータが同時に設定値を越えたか等を判断することによって事故モードを判定することができる。
【００２５】
この図４に示した事故検知装置によれば、事故発生により防護無線が自動発報され、かつ列車無線により位置データ、列車情報と共に事故モードが中央指令所に自動通報されるため、直ちに事故状況を把握することが可能となる。
以上述べた各実施例においては、前後、左右、上下加速度は図１におけるＸH ，ＹH ，Ｄ加速度を用いているが、例えばこれに代えて車両軸のＸ，Ｙ，Ｚ加速度を用いることも可能である。なお、この場合には列車が上り勾配あるいは下り勾配にある時に、重力加速度成分が測定値に含まれることになり、その分ＸH ，ＹH ，Ｄ加速度を用いる場合に比し、事故検知設定値と測定値とのマージンが少なくなるため、検知精度は劣るものとなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば自動的に事故が検知され、乗務員が操作できない状況でも防護無線が自動発報されるため、２次的事故を防止することができる。
また、請求項２の発明では防護無線の自動発報に加え、列車無線により各種事故情報が中央へ自動通報されるため、適確かつ速やかに対策をとることが可能となる。
【００２７】
さらに、請求項３の発明ではどのような事故が発生したか、その事故モードが通報されるため、直ちに事故状況を把握することが可能となる。
なお、この発明によれば３軸ジャイロと３軸加速度計とを使用して、あらゆる事故に対応した各種データ（検知パラメータ）を測定演算して得ることができ、つまり列車の状態の遷移を逐一正確に把握することができるので、正確な事故検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明における基本検出部である慣性基準装置の一構成を示すブロック図。
【図２】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。
【図３】請求項２の発明の実施例を示すブロック図。
【図４】請求項３の発明の実施例を示すブロック図。
【図１】
0003744641.tif 000003
【図２】
0003744641.tif 000004
【図３】
0003744641.tif 000005
【図４】
0003744641.tif 000006