(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道の基礎の一部に全地球測位システムのアンテナを設置し、当該アンテナの位置を全地球測位システムにより計測して前記軌道の異常を検出する方式の列車軌道防災監視システムにおいて、
前記全地球測位システムにより計測した前記アンテナの位置データを所定の期間にわたって順次書換え記憶するメモリを設け、
前記全地球測位システムによる新たな位置データが入力される毎に前記メモリから測位用人工衛星の周回周期に等しい時間前の位置データを読出し、当該読出した位置データと前記新たな位置データの差が判定値を越えたとき、異常と判定することを特徴とする列車軌道防災監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
降雨、風、地震など自然災害の原因となる自然現象の少なくとも１種の自然現象を監視し、自然災害発生の虞れが生じたとき災害警備を発令するシステムを設け、
該システムにより災害警備が発令されたとき、前記全地球測位システムによる軌道の異常を検知する処理が実行されるように構成されていることを特徴とする列車軌道防災監視システム。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、
前記全地球測位システムのアンテナが、外側フェンス、防音壁、電柱、法面点検通路用フェンス、法面設置台などの頂部に設置されていることを特徴とする列車軌道防災監視システム。
【請求項４】
請求項１に記載の発明において、
前記全地球測位システムの受信機とアンテナが、外側フェンス、防音壁、電柱、法面点検通路用フェンス、法面設置台などの頂部に設置されていることを特徴とする列車軌道防災監視システム。
【請求項５】
請求項１に記載の発明において、
前記全地球測位システムによる軌道の異常を検知する処理が、監視対象の軌道に沿って複数箇所に設置された軌道状況監視用全地球測位システムユニットと、
これらの軌道状況監視用全地球測位システムユニットに共通に設けられている地区設備指令監視施設で実行されるように構成されていることを特徴とする列車軌道防災監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道の線路を監視し、異常の発生を検知して防災に役立てるようにしたシステムに係り、特に盛土の上に敷設された軌道の監視に好適な列車軌道防災監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道施設では、安全性確保が最重点事項であり、このため、軌道の的確な管理は勿論、異常の発生に備えた充分な防災が図られなければならない。
そこで、軌道の万全な管理に加えて、過去の災害事例や沿線の環境変化等を勘案し、自然災害が発生する可能性が生じた場合や、災害が発生した場合を想定して、予め具体的な警備方法を制定しておき、これに応じて各区所で定めてある災害警備計画により、予測される災害規模に応じて災害警備が発令されるようにしている。
【０００３】
ここで、自然災害が発生する可能性が生じたか否かについては、従来から、主として雨量によって判定しており、このため、沿線に多くの雨量計を設置しておき、これらの雨量計によるデータを集中雨量監視装置によって常に監視し、降雨状況を把握して判定するのが通例である。
【０００４】
これは、特に盛土の上に敷設された軌道の場合など、降雨量が多くなると、地盤に緩みが生じる虞れが多くなることによるもので、このため、例えば、雨量計受持範囲の区間の雨量計が異常値を示したときには、その区間を対象として災害警備や運転規制等が行われるようにしている。
【０００５】
ここで、災害警備とは、雨、風、地震といった自然災害から線路を守り、鉄道車両の安全と正常な運行を確保するため、自然災害が発生する可能性が生じた場合に、線路及び線路の周辺の安全を確認することであり、この災害警備については、例えば著名な鉄道である日本国の新幹線の場合には、次の３種の段階に分けられている。
【０００６】
＜第３種警備＞
異常気象の初期段階において、線路等の保守管理の要注意箇所の異常の有無について、保線所長の指示により適時に巡回警備をするほか、継続して気象観測を行う。
＜第２種警備＞
３種警備で定めるもののほか、線路等に対する被害の兆候の有無について周期を定めて巡回警備する。
＜第１種警備＞
２種警備で定めるもののほか、線路等に対する被害発生の有無について周期を定め巡回警備を行うと共に、予め定められた箇所並びに巡回警備等の結果、監視の必要な箇所について固定警備を行う。
【０００７】
ここで、災害警備には、上述のように巡回警備と固定警備があるが、巡回警備の場合、従来は、そのほとんどが人員の徒歩による巡回警備になっており、この巡回警備は、原則として２名１組で行われ、その巡回は、基本的には、各区所の災害警備計画に定められている頻度で実行されるが、更に天候等の状況に応じても適時実施され、当然、第１種警備の方が、第２種警備よりも巡回の頻度が高くしてある。
【０００８】
一方、運転規制とは、列車の運行に徐行運転や運転見合わせなどを課すことであるが、この運転規制の解除は次の通りである。
すなわち、規制により運転が中止された後は、地上巡回の結果、線路等の状態が列車の運転に支障がないことが確認されなければ、運転再開ができないようになっており、従って、ひとたび運転規制が実施されてしまうと、列車運行に長いダウンタイムが生じてしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、災害警備発令後における運行規制の早期解除について充分な配慮がされているとは言えず、災害警備発令に伴って列車運行に長いダウンタイムが生じてしまうという問題があった。
【００１０】
災害警備の発令により、その時の状況に応じて、列車の運行に徐行運転や運転見合わせなどの運行規制が課せられた後は、可及的速やかに運転規制が解除されるのが望ましいが、そのためには、線路等の状態が列車の運転に支障がないことの正確な確認を要する。
【００１１】
しかるに、従来は、上記したように、この線路等の状態が列車の運転に支障を与える虞れがなくなっていることを、地上巡回によって確認しており、従って、この確認に多大の時間を要し、この結果、ひとたび運転規制が実施されてしまうと、列車運行に長いダウンタイムが生じてしまうのである。
【００１２】
このように、従来技術では、巡回警備が行われている間は、運転規制が解除されないので、その時間中は徐行運転や運転見合わせなどの運転規制状態が継続してしまう。
そして、この時間が長くなればなるほど鉄道利用者に大きな迷惑を与えてしまう上、運賃収入も減少してゆくことになる。
【００１３】
本発明の目的は、軌道の安全性確認のために必要な時間が短縮でき、災害警備発令後の運転規制の解除が可及的速やかに行えるようにした列車軌道防災監視システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、軌道の基礎の一部に全地球測位システムのアンテナを設置し、当該アンテナの位置を全地球測位システムにより計測して前記軌道の異常を検出する方式の列車軌道防災監視システムにおいて、前記全地球測位システムにより計測した前記アンテナの位置データを所定の期間にわたって順次書換え記憶するメモリを設け、前記全地球測位システムによる新たな位置データが入力される毎に前記メモリから測位用人工衛星の周回周期に等しい時間前の位置データを読出し、当該読出した位置データと前記新たな位置データの差が判定値を越えたとき、異常と判定するようにして達成される。
【００１５】
集中雨量監視装置は、軌道の沿線に設置した雨量計のデータにより、常時、降雨状況を把握しており、これにより、異常降雨が発生し、警備の発令や運転規制が起きたとき、例えば盛土の法面など、軌道の基礎の一部の崩壊が検出できるようにして設置してＧＰＳアンテナなどの位置を検出することにより、地区施設指令所の監視室において、列車の運転に支障がないことが確認できるので、運転規制を可能な範囲で充分速やかに解除でき、徒歩巡回によるダウンタイムの削減が得られる。
【００１６】
具体的には、軌道の基礎の一部分に設置してあるＧＰＳアンテナなどの絶対位置を、ＧＰＳにより地区施設指令の監視室で監視し、その絶対位置の変化から、災害警備発令時、巡回警備に際しての主な監視対象点となる盛土や切取構造部、特に橋台裏付近の盛土沈下、法面での亀裂や崩壊、土留壁の状態などに異常があるか否かを判定し、異常が無い場合には、速やかに運転解除することにより、徐行運転や運転見合わせ等のダウンタイムの削減が実現できるようにしたものである。
【００１７】
ここで、ＧＰＳ(Global Positioning System：全地球測位システム)とは、地上高度約２０，０００Ｋｍの円軌道上に配置された複数個の測位用人工衛星から送られる電波を、地上のＧＰＳ受信機で受信することにより、衛星の位置と、衛星と受信機間の距離を算出し、ＧＰＳ受信機の絶対位置が測定できるようにしたシステムのことであり、現在、カーナビゲーションシステム(自動車用航法システム)などに広く使用されているものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による列車軌道防災監視システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態で、図示のように、この実施形態では、複数のＧＰＳアンテナ１を１台のＧＰＳ受信装置２に接続して軌道状況監視用ＧＰＳユニット１００とし、このユニット１００を監視対象である軌道に沿って、所定の間隔、例えば××ｍの間隔で複数ユニット配置してある。
【００１９】
ＧＰＳ受信装置２は、ＧＰＳによる測位機能を備え、各アンテナ１を順次、例えば１分などの所定の一定間隔で切り替えて、各アンテナ１の絶対位置を順次、計測してゆくが、このとき、ＧＰＳ受信装置２には、予め位置が明確な場所に設置してあるＧＰＳ基準局３からの補正データを受信する受信機が設けてあり、これにより、高い精度で各アンテナ１の絶対位置が計測できるようにしてある。
【００２０】
なお、多目的静止衛星を利用し、地上のＧＰＳ基準局３を使用せず、ＧＰＳアンテナ１により、ＧＰＳデータと同時に、ＧＰＳ受信装置２が直接、多目的静止衛星からＧＰＳ補正データを受信するようにしてもよく、この場合には、ＧＰＳ基準局３から補正データを受信するための受信機をＧＰＳ受信装置２に設ける必要はない。
【００２１】
通信用光ケーブル７は軌道に沿って設置してあり、これには、例えば１Ｋｍ毎などの所定の間隔で通信用ハブ４が設けてある。
そして、ＧＰＳ受信装置２は、この通信用ハブ４を介して通信用光ケーブル７に結合され、これにより、ＧＰＳ受信装置２で計測された各ＧＰＳアンテナ１の位置データが、地区施設指令監視施設２００にある軌道状況監視装置５に供給されることになる。
【００２２】
地区施設指令監視施設２００には、集中雨量監視装置６が備えられており、そのデータが軌道状況監視装置５に供給され、これにより、異常降雨が発生したとき、警備、運転統制等の管理区間の軌道状況の監視が実行されるように構成されている。
【００２３】
なお、このとき、軌道状況監視装置５による監視は、異常降雨が発生したときに限らず、常時、実行されるように構成してもよい。
また、集中雨量監視装置６による降雨量に限らず、風、地震など自然災害の原因となる自然現象を監視し、風速、地震強度などが大になって自然災害発生の虞れが生じたとき災害警備を発令するようにした自然災害の監視装置を用いてもよい。
【００２４】
図２は、この実施形態が適用され、各ＧＰＳアンテナ１が設置された鉄道の軌道Ｏの説明図で、図示のように、この実施形態では、軌道Ｏの外側フェンス９、法面点検通路の柵１０、防音壁１１、架線用の電柱１２、更には法面にＧＰＳを設置するための法面設置台１４など、軌道の基礎の一部に設置した各種の施設を位置計測用の物体とし、それらの上にＧＰＳアンテナ１が取付けてある。
【００２５】
なお、この図２では、防音壁１１の上に取付けたＧＰＳアンテナ１だけを示してあり、他は図示が省略されている。
また、この図２では、省略してあるが、盛土８の部分にも柱を立て、その頂部にＧＰＳアンテナ１を取付けるようにしてもよい。
【００２６】
次に、この実施形態の動作について説明する。
各軌道状況監視ユニット１００にあるＧＰＳ受信装置２は、上記したように、各ＧＰＳアンテナ１の位置を順次、所定の時間間隔で精密に計測している。
そして、計測された各ＧＰＳアンテナ１の位置データは、各軌道状況監視ユニット１００毎に順次、周期的に、ケーブルトラフ１３に埋設されている通信用光ケーブル７を経由して地区施設指令監視施設２００の軌道状況監視装置５に送られる。
【００２７】
軌道状況監視装置５は所定のメモリを備え、各軌道状況監視ユニット１００から供給される各ＧＰＳアンテナ１の位置データを、所定の期間、例えば１２時間にわたって順次書換え記憶して行くように構成してあり、更に、新たな位置データが入力される毎に、それに対応するＧＰＳアンテナ１の所定時間前、例えば１２時間前の位置データを上記のメモリから読出して比較する処理を実行する。
【００２８】
そして、これらの位置データ間に差が生じたときは、次いで、その差の値δを予め設定してある所定の判定値Δと比較し、位置データ間の差が判定値内に収まっているか否かを調べ、位置データ間の差の値δが判定値Δ以内に収まっているとき、つまり(δ≦Δ)になっている間は、“異常なし”と判定し、越えたとき、つまり(δ＞Δ)になったとき、“異常あり”と判定する。
【００２９】
ここで、通常、何も起こらない限り、盛土８は静止状態を保つので、外側フェンス９などの施設は動いたりしないから、各ＧＰＳアンテナ１の位置には変化がなく、従って、この状態では、所定の時間前の位置データと新たに計測された位置データの間には、計測処理に通常現れているドリフトによる差が見られるだけである。
【００３０】
そこで、上記した所定の判定値Δとして、このドリフトにより現れる差よりも若干大きな値を設定しておけは、軌道状況監視装置５により、“異常なし”と判定されたときは、たとえ降雨量の異常により災害警備が発令されたときでも、いまだ軌道Ｏには異常が無く、必要な安全性の保持には問題がないものと推定できることになる。
【００３１】
従って、この実施形態によれば、軌道Ｏを巡回することなく、明確な根拠に基づいて、運転規制が発令されるのを抑えたり、運転規制が発令された後での解除を直ちに実行することができる。
【００３２】
しかして、短時間に降雨量が非常に多くなるなどの異常降雨により、盛土８に崩壊などの異常が発生した場合には、これら外側フェンス９などの施設に傾きや位置の移動が現れ、この結果、各ＧＰＳアンテナ１の位置が変化する。
そして、この結果、各施設の傾きや位置の移動がある程度以上になったとすると、上記した(δ＞Δ)の状態になり、判定結果が“異常あり”になる。
【００３３】
従って、このときは、降雨などにより軌道Ｏの地盤が緩むなどの何等かの異常が発生し、安全性が脅かされていることが明らかなので、運転規制の発令も充分に根拠があるものと推定でき、明確な根拠に基づいて的確な運転規制を発令することができる。
【００３４】
この軌道状況監視装置５による判断結果は、軌道Ｏを巡回監視することなく、地区施設指令監視施設２００で得られ、且つこの地区施設指令監視施設２００から降雨状況と共に関係保線所及び中央施設指令所に報告されるように構成してあり、従って、中央施設指令所では、常に的確な運転制御が得られ、これを列車軌道全体の管理に使用し、警報を発令したり、運転規制に的確に対応することができる。
【００３５】
そして、この実施形態では、上記したように、軌道状況監視ユニット１００が軌道Ｏに沿って所定の間隔で複数箇所に配置されていて、軌道Ｏの位置と各軌道状況監視ユニット１００の位置とが対応しており、この結果、当該“異常なし”と“異常あり”の判定結果については、常に軌道Ｏの何れの位置でのものか、直ちに知ることができる。
【００３６】
従って、この実施形態によれば、運転規制が発令された後での巡回警備を必要とする軌道Ｏの区間を明確に規定することができ、“異常あり”の判定結果が出された区間に巡回警備の重点をおくことができることになり、軌道Ｏの安全性確認に遺漏を生じることなく、巡回警備に必要な時間を充分に短縮させることができる。
【００３７】
そして、この結果、この実施形態によれば、運転規制が実施された後、最小限の時間で規制を解除することができ、列車運行でのダウンタイムを最小限に抑えることができる。
【００３８】
ところで、上記実施形態では、図２で説明したように、外側フェンス９、法面点検通路の柵１０、防音壁１１、更には架線用の電柱１２など、軌道の基礎の一部から上方に伸びて設置してある施設を位置計測用の物体として使用し、それらの頂部にＧＰＳアンテナ１が取付けてある。
【００３９】
ここで、一般的には、ＧＰＳアンテナを盛土８の表面など、地表面に直接設置した場合よりも、地中に設置され、地表面から高く伸びた物体の頂部の方が、地中で生じた位置変化が増幅して現れる。
【００４０】
従って、上記実施形態によれば、地中で生じた位置変化よりもＧＰＳアンテナ１での位置変化の方が大きく得られることになり、位置計測の感度が高くなった結果、さらに位置計測の精度が上がり、異常発生を確実に監視し、計測することができる。
【００４１】
次に、上記実施形態では、各軌道状況監視ユニット１００から供給される各ＧＰＳアンテナ１の位置データについて、１２時間前の位置データと最新の位置データを比較しているが、これは、次の理由による。
まず、ＧＰＳでは、地球を周回している複数個の測位用人工衛星を用いて位置が計測されるが、このとき測位誤差が不可避的に存在してしまうのは、やむを得ない。
【００４２】
しかして、この測位誤差は、測位用人工衛星の周回周期のため、１２時間の周期をもつ。
そこで、１２時間毎の位置データを比較してやれば、ほほ同じ測位誤差の位置データの比較になるので、ＧＰＳによる測位誤差の影響を受けないで異常判定ができるからである。
勿論、本発明は、この位置データの比較を、１２時間間隔にしなくても実施可能なことはいうまでもない。
【００４３】
なお、上記実施形態では、各施設にはＧＰＳアンテナ１だけを設置し、ＧＰＳ受信機の本体はＧＰＳ受信装置２内に設置するようになってている。
しかしながら、ＧＰＳアンテナ１の代りに、ＧＰＳ受信機が内蔵されたＧＰＳアンテナを各施設に設定してもよい。この場合、ＧＰＳ受信装置２には、ＧＰＳ受信機能は不要になる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、軌道の状態を、計測地点ではなく、離れた場所にある地区施設指令監視室や中央施設指令監視室で一括して監視でき、異常発生を判定できるので、巡回警備に要する手間と時間を大幅に低減させることができる。
【００４５】
また、ＧＰＳは機械的、光学的センサとは異なり、可動部部や消耗部が無いので、位置検出に必要な機器自体の保守が容易であると共に、設置に際して特殊な調整などが不要なので、取り扱いが容易で、コストも抑えることができるといいう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による列車軌道防災監視システムの一実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用された軌道の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ＧＰＳアンテナ
２  ＧＰＳ受信装置
３  ＧＰＳ基準局
４  通信用ハブ
５  軌道状況監視装置
６  集中雨量監視装置
７  通信用光ケーブル
８  盛土
９  外側フェンス
１０  法面点検通路のフェンス
１１  防音壁
１２  電柱
１３  ケーブルトラフ
１４  法面設置台
【図１】
0003857476.tif 000002
【図２】
0003857476.tif 000003