(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広域測位システム（ＧＰＳ）受信器および中央局と通信するためのトランシーバを搭載した機関車を含む列車内の車両を追跡する方法に於いて、
上記列車内の複数の車両の各々に、蓄電池を電源とする追跡装置を取り付けるステップ、
上記列車内の複数の追跡装置でローカル・エリア・ネットワークを形成し、上記複数の追跡装置の中から該ローカル・エリア・ネットワークの単一の管理追跡装置を選択するステップ、
上記ネットワーク内の上記複数の追跡装置の各々から上記管理追跡装置に独特の識別標識を周期的に報告するステップ、
上記管理追跡装置が上記識別標識により上記追跡装置のリストを維持するステップ、
上記管理追跡装置から上記トランシーバに上記リストを周期的に報告するステップ、および
上記トランシーバから上記中央局にＧＰＳ位置および上記リストを周期的に報告するステップ
を含むことを特徴とする列車車両追跡方法。
【請求項２】
更に、列車に新たに車両が追加されたり列車から車両が切り離されたときに、上記管理追跡装置が上記リストを更新するステップを含む請求項１記載の列車車両追跡方法。
【請求項３】
更に、上記リスト上の追跡装置に対して、上記管理追跡装置から指定された時点にポーリングを周期的に送信するステップ、
上記管理追跡装置によりポーリングされている各追跡装置からの応答が受信されたか判定するステップ、
上記リスト上の各追跡装置からのポーリングに対する応答を受信し損なった連続する失敗の数を上記管理追跡装置によって計数するステップ、および
上記連続する失敗の数が所定数を超えた追跡装置について上記リストから除去するステップ
を含む請求項２記載の列車車両追跡方法。
【請求項４】
更に、上記列車に対する上記リストから追跡装置が除去されたということを上記トランシーバから上記中央局に通知するステップを含む請求項３記載の列車車両追跡方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は資産の追跡に関するものであり、更に詳しくは宇宙をベースとした広域測位システム（ＧＰＳ）を使用して、進行中の鉄道車両等の資産を追跡することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製造工場、倉庫または通関港から目的地へ輸送される商品は通常、適時に安全に引き渡しが行えるように追跡される。従来の追跡の一部は、種々の輸送文書および流通証券を使用して行われてきた。これらの中のあるものは商品とともに運ばれ、他のものは郵便または定期便によって受領目的地に送られる。この紙の追跡により記録が得られるが、これは商品が安全に引き渡しされて受領された場合のみ完了する。しかし、輸送中に、商品の位置を知ることが必要になることがある。商品の位置の情報は、在庫管理、日程管理および監視に使用することができる。
【０００３】
輸送者は、自分の運搬装置を追跡し、それらの運搬装置にどんな商品が積み込まれるかを知ることにより、商品の位置についての情報を提供してきた。商品は、たとえば輸送コンテナまたはコンテナ・トラックに積み込まれ、輸送コンテナまたはコンテナ・トラックは鉄道車両に積み込まれることが多い。このような運搬装置を追跡するために種々の装置が使用されてきた。鉄道車両の場合には、鉄道車両に取り付けられている受動的な無線周波（ＲＦ）トランスポンダを使用して、各鉄道車両が中間局を通過するときに各鉄道車両の問い合わせを容易にし、鉄道車両の識別標識（ＩＤ）を供給する。次にこの情報は、放射信号または陸上線路により、鉄道車両の位置を追跡している中央局に送られる。しかしこの手法には、列車が待避線に止まっている場合、列車が待避線を出て行くまでは中間局を通過せず、これはかなりの遅延を招くという欠陥がある。更に、中間局の設備は高価であるので、鉄道線路のレイアウトに応じて、間隔を変えて中間局を設置するという妥協が必要となる。したがって位置情報の精度は、鉄道線路上の場所に応じて変わる。
【０００４】
最近、列車等の種々の形式の運搬装置を追跡するために移動追跡装置が使用されてきた。通信はセル状移動電話またはＲＦ無線リンクによって行われてきた。このような移動追跡装置は一般に、すぐ使える電源のある機関車に据え付けられる。しかし、輸送コンテナ、コンテナ・トラック・トレーラおよび鉄道車両の場合には、類似の電源は容易には得られない。コンテナおよび運搬装置に取り付けられ得る移動追跡装置は、確実で経済的な動作を行うために電力効率が良くなければならない。
【０００５】
現在のほとんどの資産追跡システムは陸上をベースとしたシステムであり、その中では資産上の無線装置は公衆陸上移動無線ネットワークまたはセル状ネットワークのような固定のネットワークの中間局に情報を送信する。これらのネットワークは広範な通達範囲を有していず、資産追跡装置は高価である。オムニトラックス（ＯＭＮＩＴＲＡＣＫＳ）として知られているクアルコム社（Ｑｕａｌｃｏｍｍ  Ｉｎｃ．）によって開発された衛星をベースとしたトラック追跡システムが、米国およびカナダで稼働している。このシステムを動作させるためには専用の指向性アンテナおよびかなりの電力が必要であり、２つの衛星から求められる運搬装置の位置は約１／４ｋｍの精度で得られる。米国特許第５，１２９，６０５号に説明されている鉄道車両測位システムは、列車の機関車に設置される。この鉄道車両測位システムは、位置報告を作成するための入力として、ＧＰＳ受信器、車輪タコメータ、トランスポンダ、および機関士からの手動入力を使用している。この米国特許に記載のシステムは機関車の位置を突き止めるのには正確であるが、列車の中の個々の車両の位置を決定するのには適用できない。車両の位置決定の問題は、出発点から最終目的地までの特定の機関車の移動の間に車両編成のために車両が切り離されたり追加されることがあるという事実により、悪化する。したがって、機関車の位置がわかっていても、これは車両の位置の確実な表示ではない。
【０００６】
１９９５年６月７日出願の米国特許出願第０８／４８４，７５０号および米国特許出願第０８／４８７，２７２号に開示されている資産追跡システムでは、「マター（ｍｕｔｔｅｒ）モード」のローカル・エリア・ネットワークに基づく追跡システムを使用してデータを発生して、このデータを中央局に送信している。この資産追跡システムには、２つの通信モードがある。１つのモードは中央局と追跡装置との間の通信であり、これは通常、衛星を介して行われる。他のモードは、「マターモード」と呼ばれ、追跡装置相互の間のローカル・エリア・ネットワークである。その中の１つの追跡装置はマスタ装置と呼ばれ、中央局と通信する。この資産追跡システムは移動中の資産を追跡するための確実で正確なシステムではあるが、鉄道車両に搭載されてローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）に加わっている移動追跡装置とともに機関車を使用するためのＧＰＳ受信器および衛星を提供することが望ましい。
【０００７】
【発明の概要】
したがって本発明の１つの目的は、移動中の鉄道車両の位置を決定するシステムを提供することである。
本発明のもう１つの目的は、際限の無い電源を必要とせずに、移動中の鉄道車両を追跡するための方法を提供することである。
【０００８】
本発明によれば、機関車に搭載されたＧＰＳ受信器と衛星トランシーバ、および鉄道車両追跡装置のローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）を使用して、鉄道車両の位置が決定される。独立にＧＰＳ解を計算して、それを中央局に送信する代わりに、鉄道車両追跡装置は、管理装置としての役目を果たすＬＡＮ内の１つの追跡装置にそれらの独特の識別標識（ＩＤ）を送信する。管理装置はＩＤのリストを維持し、ＩＤのリストを機関車に周期的に送信する。機関車はＧＰＳシステムを使用して自身の位置を測定し、その位置および速度を周期的に中央局に送信する。
【０００９】
更に詳しく述べると、列車の鉄道車両に搭載の追跡装置によって形成されるＬＡＮは「マター（ｍｕｔｔｅｒ）」ネットワークと呼ばれ、管理装置としての役目を果たすマスタ追跡装置を選択する。ネットワークの中の他の追跡装置は、選択されたマスタ装置に対してスレーブとして動作する。ネットワークの管理装置は機関車のトランシーバと通信する。機関車には、中央局と通信するために使用されるトランシーバとＧＰＳ位置決定装置が搭載されている。管理装置はＬＡＮ内の鉄道車両のＩＤのリストを機関車のトランシーバに送信する。次に機関車のトランシーバは適当な媒体を介して中央局に、機関車の位置および速度とともに鉄道車両のリストを送信する。目的地に到着したとき、機関車のトランシーバは、それ自身をターンオンする直前に、鉄道車両のＩＤのリストと機関車のＧＰＳ受信器により計算された鉄道車両の現在の位置とを中央局に送る。
【００１０】
新規性があると考えられる本発明の特徴は特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明ならびに本発明の上記以外の目的および利点は、付図とともに以下の説明を参照することにより最も良く理解することができよう。
【００１１】
【好ましい実施態様の説明】
図１はＧＰＳ衛星の配列からの航行信号を用いる移動追跡装置を示すが、上記のようにＧＰＳの代わりに他の航行システムを使用することができる。追跡または監視すべきそれぞれの鉄道車両１２Ａ−１２Ｄに一組の移動追跡装置１０Ａ−１０Ｄが取り付けられる。機関車と中央局１８との間に、通信リンク、たとえば通信衛星１６を介した衛星通信リンクを設けることができる。中央局１８には、一人以上の操作員が配置され、移動追跡装置を設けた各鉄道車両に対する位置および状態の情報を表示するための適当な表示装置等が設けられている。適当な検知素子で測定された車両の状態または事象を送信するために、通信リンクを都合よく使用することができる。通信リンクは片方向（機関車から中央局へ）または両方向とすることができる。両方向の通信リンクでは、メッセージおよび指令を機関車の受信器に送ることができるので、通信の信頼性が更に向上する。ＧＰＳ衛星の配列、たとえばＧＰＳ衛星２０Ａおよび２０Ｂは、非常に正確な航行信号を供給する。これらの航行信号は、適当なＧＰＳ受信器によって取得して、車両の位置および速度を決定するために使用することができる。
【００１２】
簡単に述べると、ＧＰＳは米国国防省によって開発され、１９８０年代を通じて次第に稼働されてきた。ＧＰＳ衛星は拡散スペクトル技術を使用して、Ｌバンドの周波数の無線信号を絶えず送信する。送信される無線信号は擬似ランダム系列を伝える。これらの擬似ランダム系列により、ユーザは地表上の位置（約１００フィート以内）、速度（約０．１ＭＰＨ以内）、および精密な時間情報を決定することができる。ＧＰＳ衛星のそれぞれの軌道が全世界を包含するように選択されているという点で、そしてこのような非常に正確な無線信号が米国政府により無料でユーザに提供されているという点で、ＧＰＳは使用するのに特に魅力的な航行システムである。
【００１３】
図２に示されるように、移動追跡装置１０は、機関車の位置に事実上対応するデータを発生することができる航行装置５０を含む。航行装置の選択は、移動追跡装置に航行信号を供給するために使用される特定の航行システムによって左右される。好ましくは航行装置は多チャネル受信器のようなＧＰＳ受信器であるが、対応する航行システムから信号を取得するために設計された他の受信器を代わりに用いてもよい。たとえば、航行装置は、機関車の位置の所要の精度に応じて、ロランＣ（Ｌｏｒａｎ−Ｃ）受信器、またはＧＰＳ受信器に比べて精度の低い他のこのような航行受信器を含んでいてもよい。また、航行装置は、本来、中央局と両方向通信を行い、このような両方向通信を実行するために別個に付加的な構成要素を動作させる必要の無いトランシーバを含んでいてもよい。簡単に述べると、このようなトランシーバにより、衛星距離測定手法を実行することが可能になる。この衛星距離測定手法では、宇宙での位置がわかっている２つの衛星から機関車および中央局までの距離測定値を使用して機関車の位置が簡単に決定される。本発明の主要な利点は、ＧＰＳ航行装置および中央局と通信するためのトランシーバに対して機関車の事実上無限の電力を使用することにより、機関車によって推進される列車に搭載されている移動追跡装置が必要とする総エネルギを大幅に減らせるということである。
【００１４】
図２に示されるように、移動追跡装置１０は適当な電磁トランシーバ５２を含み、電磁トランシーバ５２は無線ＬＡＮで現在使用されているような市販のスペクトル拡散（ｓｐｒｅａｄ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）トランシーバで構成することができる。低プロフィールのアンテナ５４がトランシーバ５２および航行装置５０に結合され、両者のために動作する。トランシーバ５２と航行装置５０の両方とも、制御器５８によって作動される。制御器５８はクロック・モジュール６０からの信号に応答する。トランシーバ５２は通信リンク（図１参照）を介して中央局に車両の位置データを送信し、同じリンクを介して中央局から指令を受信することができる。ＧＰＳ受信器が使用される場合には、ＧＰＳ受信器とトランシーバを都合よく単一の装置として一体化して、設置と動作の効率を最大限にすることができる。このような一体化装置の一例が、米国カリフォルニア州サニベール所在のトリムブル・ナビゲーション社（Ｔｒｉｍｂｌｅ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）から入手できるギャラクシー・インマーサット・シー・ジーピーエス（Ｇａｌａｘｙ  Ｉｎｍａｒｓａｔ  Ｃ／ＧＰＳ）一体装置である。これは、中央局と移動追跡装置との間のデータ通信および位置報告に都合のよいように設計されている。
【００１５】
低電力で短距離の無線リンクにより、近傍の移動追跡装置をネットワークに加わらせて、このようなネットワークの電力消費を最小にし、高い信頼性と機能を維持することが可能になる。各追跡装置はまた、（これは充電回路６４を介して太陽電池のアレー６６によって充電することができる蓄電池パック６２を含んでいる）電源、ならびに種々のシステムおよび車両のセンサ６８Ａ−６８Ｄを含むとともに、低電力のローカル・トランシーバ７０およびマイクロプロセッサ７２を含む。マイクロプロセッサ７２は追跡装置の他の要素のすべてと連絡して、それらを制御する。トランシーバ７０は、現在の無線ローカル・エリア・ネットワークで使用されているような市販のスペクトル拡散トランシーバとすることができる。スペクトル拡散トランシーバ７０には、それ自身の低プロフィールのアンテナ７４が設けられる。
【００１６】
ローカル・トランシーバ７０を利用して、マイクロプロセッサ７２は通信範囲内の他のすべての追跡装置と通信する。図３に示されているように、追跡装置を取り付けた多数の貨物車両８２1 ，８２2 ，．．．，８２n が列車に含まれるときには、これらの装置のすべては情報を交換する。各マイクロプロセッサはそれ自身の電源に結合されているので、各追跡装置の利用できる電力の状態も交換することができる。前掲の１９９５年６月７日出願の米国特許出願第０８／４８４，７５０号および米国特許出願第０８／４８７，２７２号に記載のものでは、最も大きな利用可能電力（すなわち、最も充分に充電された蓄電池）を有する追跡装置がマスタ装置として指定され、他の追跡装置がスレーブ装置とされている。マスタ追跡装置はＧＰＳ位置および速度受信機能を遂行し、これらのデータを列車上の他のすべての追跡装置の識別標識（ＩＤ）とともに組み立て、この情報を単一のパケットで周期的に通信衛星８６を介して中央局８４に送信している。
【００１７】
本発明によれば、マスタ追跡装置はＧＰＳ位置および速度受信機能は行わない。この機能は機関車に搭載されたＧＰＳシステムが行う。これにより、マスタ追跡装置の動作でかなりの電力が節約される。マスタ追跡装置は、マターグループのメンバのＩＤのリストの維持などの、上記のような他のすべての機能を行う。マスタ追跡装置は周期的にこの情報を機関車に送信する。一方、機関車はＧＰＳシステムを使用して自身の位置を測定し、その位置とマターネットワークのマスタ追跡装置によって集められたデータとを中央局に送信する。マスタ追跡装置はこのようにネットワークの管理者の機能を果たし、電力を要する機能は機関車に残される。
【００１８】
本発明によるプロトコルを実行するために、機関車のトランシーバと各資産追跡装置との間の両方向通信リンクがまず設定される。このプロトコルは時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）プロトコルであることが好ましい。ＴＤＭＡプロトコルでは、各追跡装置が割り当てられたタイム・スロットで送信し、そのタイム・スロットの間は他の装置が送信しないようにしなければならない。ＴＤＭＡシステムでは、メッセージの「衝突」（すなわち、同時に送信される信号相互の間の干渉）を防止するために追跡装置が時間同期しなければならない。これは、たとえば機関車のトランシーバにより送信される基準として、ＧＰＳ絶対時間を使用して行うことができる。種々の追跡装置はまた、中央局により送信周波数およびタイム・スロットが割り当てられる。
【００１９】
ＴＤＭＡシステムを使用して、追跡装置は割り当てられた周波数およびタイム・スロットで送信する。機関車のトランシーバは異なる追跡装置からのデータを受信する。テーブルの各行は少なくとも３つのエントリ、すなわち、装置のＩＤ、蓄電池の強さおよび信号品質を有する。信号品質は、受信信号の強さ、既知の同期ワードに対して測定されたビット誤り率、または搬送波対干渉比となるように選択することができる。追跡装置は「マター（ｍｕｔｔｅｒ）」グループと呼ばれるＬＡＮを形成する。マスタ追跡装置は周期的にそのマターグループ内の追跡装置をポーリングする。次に、収集されたデータはマスタ装置により機関車のトランシーバに送信され、そこから衛星リンクを介して中央局に送信される。
【００２０】
マスタ追跡装置は次のように選択される。機関車に搭載のコンピュータによって作成されたテーブルの中の各グループから、追跡装置を蓄電池の強さおよび信号の品質により分類し、最善の蓄電池の強さを持つ装置だけでなく、衛星への最善の伝搬経路を持つ装置も決定される。これらの両方の範疇で単一の追跡装置が最善でなければ、妥協またはかね合いが行われる。最善の追跡装置を選択する際に信号の品質の測定値を使用することは、シャドウイング即ち陰影妨害のような影響を克服するのに役立ち、固有のダイバーシティ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）が得られる。すなわち最高の蓄電池の強さを持つ追跡装置が天蓋のようにおおう物（たとえば、トンネル、葉、氷、または日よけ）の下にある場合には、天蓋のようにおおう物による減衰を克服するためにかなりの電力を使わなければならないので、該追跡装置をそのグループのデータの機関車の追跡装置への転送のために選択しても意味がない。
【００２１】
代案として、機関車のコンピュータおよびトランシーバがマスタ装置として作用し、編成された鉄道車両に取り付けられた全ての追跡装置が機関車の装置に対するスレーブ装置として作用することができる。この構成には、機関車が利用できる無限の電力にマスタ装置がアクセスできるという利点がある。この構成の主要な欠点は、列車が極めて長い場合に、列車の遠隔端から機関車に良品質の信号を送信するためにかなり大きな蓄電池電力と信号の強さが必要になるということである。その結果、マターネットワークのダイバーシティの信頼性が失われることがある。列車の真中に近い位置に配置されるようにマスタ追跡装置を選択することができれば、スレーブ装置から選択されたマスタ装置への送信の平均距離が短くなり、信号の信頼性が改善される。
【００２２】
図４は、ＬＡＮを形成するマターグループの中でマスタ装置となるように選択された追跡装置が実行するプロセスを示す。周期的に、マターグループのネットワーク管理者としての役目を果たすマスタ追跡装置はそのリストの中の追跡装置をポーリングして、応答を待つ。各スレーブ装置に対して、マスタ装置は同様の論理を通過する。ステップ４０１で、追跡装置のモードがマスタにセットされる。ステップ４０２で、スレーブ装置のポーリング時点までマスタ装置は待機状態すなわち「スリープ」モードに入る。ステップ４０３で、スレーブ装置のポーリング時点にマスタ装置は作動され、すなわち「起きて」、スレーブ装置にポーリングを送信する。次に決定ステップ４０４で試験が行われ、スレーブ装置から応答を受信したか判定する。応答を受信していれば、ステップ４０５でスレーブ装置から受信された情報が記憶され、ステップ４０６でそのスレーブ装置に対する失敗計数値が零にセットされる。次に、プロセスはステップ４０２に戻る。しかし、スレーブ装置から応答が受信されなかった場合には、ステップ４０７でその装置に対する失敗計数値が増加させられる。判定ステップ４０８で試験が行われ、そのスレーブ装置に対する失敗計数値が６に等しいか判定する。失敗計数値が６に等しくなければ、プロセスはステップ４０２に戻る。失敗計数値が６に等しければ、ステップ４０９でマスタのスレーブ・リストからそのスレーブ装置が取り除かれる。次に判定ステップ４１０で試験が行われ、マスタのスレーブ・リスト上の全てのスレーブがポーリングされたか判定される。すべてのスレーブがポーリングされなかった場合には、プロセスはステップ４０２に戻る。すべてのスレーブがポーリングされたとき、そして所定の時点に、ステップ４１１でマスタ追跡装置は収集されたデータを機関車に送信し、プロセスは完了する。
【００２３】
図５は機関車に搭載のコンピュータが実行するプロセスを流れ図により示したものである。ステップ５０１に示されるように機関車はそのＧＰＳ受信器（すなわち、航行装置）を使用して、機関車の現在の位置および速度を決定する。ステップ５０２で、これらのデータはフレーム・バッファに一時的に記憶される。ステップ５０３で、マスタ追跡装置による送信の所定の時点を中心とする時間窓の間、機関車のトランシーバはマスタ追跡装置からの送信を待つ。ステップ５０４で、マターグループの管理装置として作用するすマスタ追跡装置から受信されたデータもフレーム・バッファに一時的に記憶される。最後にステップ５０５で、機関車のトランシーバは、その割り当てられたタイム・スロットの間に、フレーム・バッファに蓄積されたデータを中央局に送信する。
【００２４】
本発明のいくつかの好ましい特徴だけを図示し説明してきたが、熟練した当業者は多数の変形および変更を考えつき得よう。したがって、本発明の真の趣旨の範囲に入るこのようなすべての変形および変更を包含するように特許請求の範囲を記述してあることが理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に従って移動追跡装置を用いて動作する代表的な資産追跡システムのブロック図である。
【図２】図１に示された資産追跡システムで使用されるような移動追跡装置を更に詳細に示すブロック図である。
【図３】本発明によって実現される移動ローカル・エリア・ネットワークの構成を示すブロック図である。
【図４】選択されたマスタ追跡装置の動作のステップを示す流れ図である。
【図５】機関車に搭載されたコンピュータの動作ステップを示す流れ図である。
【符号の説明】
１０  移動追跡装置
８２  貨車
８４  中央局
【図１】
0003824280.tif 000002
【図２】
0003824280.tif 000003
【図３】
0003824280.tif 000004
【図４】
0003824280.tif 000005
【図５】
0003824280.tif 000006