GPSを利用した保安システムの実用化へ向けて
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工藤 希研究の背景
鉄道の保安システム– 地上設備を主体とした列車位置検知、情報伝送、進路制御– 設置・維持コストが高い

本研究では…
安価なシステムとして、人工衛星等を用いた測位による列車位置検知、汎用無線による情報伝送、進路制御等を行う鉄道用保安システムの開発
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システム構成(a) GPSにより車両位置を検知(b) 汎用無線により車両位置を送信
OCC: Operation
Control Center(c) 汎用無線により車両位置を受信、地上装置、車両等の制御
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(a) GPSにより車両位置を検知

従来
提案システム

手法
軌道回路等
GPS等

検知
設置位置毎に断続的な位置検知
連続位置検知安全性の向上

GPSを用いた列車上での位置検知– 遮蔽物が無ければ基本的に位置情報を取得可能– マルチパス（反射波を受け取ってしまうこと）や衛星の配置による位置検知精度のばらつきの存在– 速度発電機と組み合わせで利用することでばらつきの補正を行う
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GPS取得データ例
上り１

上り２2018161412108642高高0

GPS単独の平均補正距離(地図上の直近の線路との距離）

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上り３(b) 汎用無線により車両位置を送信
汎用無線を用いた車上－地上間の双方向通信– PHSと無線LANによる移動車両ーOCC間の通信の確立– 通信事業者の基地局の設置場所により通信不能区間が存在– ベストエフォートのため、通信に信頼性が無い

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(b)-1 ＧＰＳ位置検知不能時のソフトウェア補完
OCCにおいて、車両からの位置情報が取得できなかった
場合に、車両の位置をソフトウェアで補完する

1）車上処理装置との情報伝送を監視し、車両位置情報を受信できなくなった
場合は、シミュレーションモードに移行

2）経過時間と内部で保持している基準運転曲線から車両位置をシミュ
レーション表示

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3)車上処理装置から再度受信できた場合、その情報に基づき車両位置を補正

(b)-1 ソフトウェア補完による安全性確保法
シミュレーションモード中（通信途絶中）に障害が起こった場合を考え、ある程度の時間内で再受信できない場合は、車両側で停止指令を出力することにより、安全を確保
車上側で、ＯＣＣからの通信のレスポンスが一定時間返ってこない↓
車上装置から自車に停止命
令↓縮退モードによる運行に切り換える

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OCC側で、車上からの通信が無いため、シミュレーションモードに移行↓
一定時間経過でエラー

(b)-2 汎用無線通信の二重化
回線障害対策として、通信経路を多重化方式の異なる２つの事業者を切り換えて利用する

マイクロセル方式を採用す
る通信事業者Ａ（ＰＨＳ）

マクロセル方式を採用す
る通信事業者Ｂ（携帯）通信トラフィック：○分散
通信エリア：×狭い

通信トラフィック：×集中
通信エリア：○広い

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インターネット
VPN（VirtualPrivate
Network）により、公衆パケット網を用いながら、仮想の専用線として通信

(b)-3 汎用無線による車両位置の通信試験
GPS受信機

試験車両
実験用車上装置

実験用運行管理センタ
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(b)-3 試験結果(1)A

QP

BC DEFGH

O

N

I J

M

LKK

L

J

MNO

I

H

（駅）

P Q

GF

E

DC

B

A

（駅）

マイクロセル方式の通信 単系による通信結果

通信を単系で実験した場合、通信不可区間が存在する（図中、桃色箇所）
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(b)-3 試験結果(2)(1)ＧＰＳ位置検知不能時のソフトウェア補完• 車両からの位置情報が取得できなかった場合に、車両の位置をソフトウェアで補完• 通信が回復すると、車両位置を更新し、通常モードに復帰
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(b)-3 試験結果(3)(2)汎用無線通信の二重化

A

B

C

D

E

F

G

H

A

B

C

D

E

F

GH

1系で通信が確立できな
かった場合、２系に切り換えて通信を行う
1系が復活した場合、２系から1系に切り換え直すことを確認
地上-車上間の通信途絶す
ることなく行われた

通信伝達時間独立行政法人 交通安全環境研究所

(c) 汎用無線により車両位置を受信、地上装置、車両等の制御
MT-2003A

汎用ﾃﾞｰﾀ通信ｶｰﾄﾞ

車載装置
汎用ﾃﾞｰﾀ通信ｶｰﾄﾞ

車上処理装置

地上処理装置
地上装置 (VPN Bridge)

処理
通信制御装置(VPN Client)

速度取得装置
ＧＰＳ受信機ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ

VPN ｻｰﾊﾞ

固定回線

VPN Server

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駅構内の信号（転てつ機を含む）情報を汎用通信により列車へ伝送

(c) 汎用無線により車両位置を受信、地上装置、車両等の制御車両－地上装置間の双方向通信による地上装置、車両等の制御– 各地上装置（信号機、転てつ機等）に対し、それぞれ双方向通信を行う– フェールセーフ性の確認• 通信途絶時• 車両での位置検知不能時

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(c)-1 信号制御確認試験• 車上装置において、車両が信号現示に従い走行し、当該信号機を通過したことを確認した後は、当該信号機の現示を停止現示（赤）に変更する指令を地上装置へ伝送する• この機能を応用することにより、閉そくが確保された後方の信号機に対しては、進行現示へ制御指令を伝送することも可能となる
MT-200

進行方向Y

地上装置
応答：停止現示指令

要求MT-200

R
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(c)-1 試験結果
地上装置

車上装置

信号（転てつ機を含む）情報を汎用通信により列車へ伝送

出発信号機の進行現示を取得し進路表示

出発信号機を進行現示へ切替

進路情報を地上装置に伝送

出発信号機の進行現示を認識し進路表示地上装置へ進路情報伝送

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(c)-2 フェールセーフ確認試験(1)(1) 通信異常による場合
通信異常前に確保されている進路まで進行可
地上装置においては、通信異常となる直前の車両位置や駅間の所要時間等の情報から車両の通過予定時刻を算出し、その時刻の経過後に停止現示を行う。
【進路が確保できている場合】
正常
MT-200MT-200MT-200【進路が確保できていない場合】

停止指令
MT-200MT-200

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(c)-2 フェールセーフ確認試験(2)(2)位置検知異常による場合
GPSの位置が特定できず…即座に他系の速度情報からの位置検知に切替え
速度情報からの位置検知も自車両位置が特定できず…車両に対して停止指令を出力するとともに、地上装置に対して通知する。

GPS位置検知：
正常

異常

正常

速度位置検知：
正常

異常

正常

車載装置：
GPS＋速度速度

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停止指令

出力

GPS

GPS＋速度まとめと今後の展開(a) GPSにより車両位置を検知––

遮蔽物が無ければ基本的に位置情報を取得可能
精度のばらつきは速度発電機と組み合わせで利用することで対処(b) 汎用無線により車両位置を送信––

PHSと無線LANによる移動車両ーOCC間の通信
複数通信事業者による二重系や、通信の途絶時のソフトウェア補完方法の確立(c) 汎用無線により車両位置を受信、地上装置、車両等の制御–––地上装置（信号機、転てつ機等）－車両装置間の双方向通信
通信の途絶時→確保した進路内走行可能
位置検知不能時→二重系とし、二系共検知不能な場合は車両に対し停止命令(d) 本システムとプローブ車両との組合せによる高度化––

軌道、信号回路の常時診断を行いながらの信号制御
地方鉄道用信号制御・保安併用システムへの展開
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