СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЕЗДОМ (ВАРИАНТЫ)
TRAIN CONTROL SYSTEM (VERSIONS)

Предпосылки создания изобретения
Область техники
Данное изобретение относится к системе и способу для этой системы, которая осуществляет управление поездом на основании местоположений поезда, рассчитываемых соответствующим поездом.
Уровень техники
В системе железных дорог управление движением выполняется железнодорожной системой передачи сигналов, чтобы предотвратить столкновение поездов друг с другом. В обычной системе передачи сигналов, использующей рельсовые цепи, для обеспечения безопасности поездов только одному поезду разрешается находиться на рельсах в одной рельсовой цепи. Поэтому интервал между поездами при нормальном движении зависит от длины рельсовых цепей. Для обеспечения движения с высокой интенсивностью должны использоваться более короткие рельсовые цепи, так как необходимо уменьшить интервал между поездами. Однако рельсовые цепи имеют тот недостаток, что оборудование должно предусматриваться каждые несколько сотен метров, что ведет к высокой стоимости установки и содержания оборудования.
В системе обеспечения безопасности железной дороги, включающей систему передачи сигналов, с точки зрения уменьшения стоимости и высоких функциональных возможностей управления поездом, коммуникационная система управления движением поездов (communication-based train control, СВТС) была предложена как система для управления поездом, независимая от рельсовых цепей. В коммуникационной системе управления движением поездов обычно оборудование, установленное в вагоне (в дальнейшем, бортовое оборудование) вычисляет местоположение собственного поезда и передает по радио местоположение собственного поезда в оборудование управления, расположенное на земле (в дальнейшем, путевое оборудование). Путевое оборудование вычисляет предельную точку безопасного движения поезда и передает предельную точку в поезд. Используя предельную точку как заданное место остановки, управляют поездами так, чтобы поезда были способны безопасно остановиться перед местом остановки.
Широко используемый способ оценки местоположения для железнодорожной системы обеспечения безопасности состоит в использовании тахогенератора. Однако из-за скольжения колес, изменения диаметра колеса и т.п. погрешности оцениваемых местоположений накапливаются, когда расстояния движения поезда увеличиваются. Чтобы корректировать накопленные погрешности определения местоположения, используются транспондеры. Транспондеры являются устройствами, которые передают информацию о местоположении в бортовое оборудование и устанавливаются вдоль железной дороги. Самое плохое значение возможных погрешностей определения местоположения принимается исходя из интервала транспондеров для жесткой установки запаса дистанции для безопасности и вычисления места остановки.
Небольшое число транспондеров и большой интервал между транспондерами ведет к увеличению погрешностей определения местоположения, а также запаса дистанции безопасности. Большой запас дистанции безопасности создает проблему, такую как уменьшение загруженности транспортной линии из-за увеличения интервала между поездами. Если бортовое оборудование будет не в состоянии получать информацию для коррекции местоположения, передаваемую транспондерами, то погрешности определения местоположения увеличиваются и установкой запаса дистанции безопасности не гарантируется безопасность.
Поэтому, принимая во внимание неспособность получать информацию для коррекции местоположения, запас дистанции безопасности устанавливают заранее на такое значение, что движение разрешается для двух транспондеров. Если бортовое оборудование будет не в состоянии получать информацию для коррекции местоположения этих двух транспондеров подряд, то безопасность обеспечивают аварийной остановкой. К сожалению, требуется устанавливать запас дистанции безопасности длиннее, чем необходимо. Поезда могут останавливаться из-за неисправности транспондеров. Кроме того, число предусматриваемых транспондеров увеличивается, чтобы уменьшить запас дистанции безопасности, что ведет к увеличению затрат.
В качестве технологии для решения этой проблемы опубликованный японский патент №2010-120484 раскрывает систему для увеличения запаса дистанции безопасности, если коррекция местоположения транспондером отсутствует, чтобы обеспечить движение поезда на постоянную величину (соответствующую погрешности, которая может возникнуть прежде, чем поезд достигнет следующего транспондера).
Однако для способов оценки местоположения тахогенератором, глобальной системой определения местоположения (Global Positioning System, GPS), датчиком ускорения, доплеровским радаром и т.п., по окружающей среде и т.п. трудно принять соответствующую погрешность перед движением и установить погрешность как запас дистанции безопасности, так как точность оценки непрерывно изменяется в зависимости от состояния поезда. Поэтому, вероятно, устанавливается избыточный запас дистанции безопасности.
В случае системы GPS предложено большое количество систем для улучшения точности оценки местоположения. Однако, вероятно, что погрешности увеличиваются из-за влияния, например, многолучевости (отражения препятствием) и задержки при распространении в ионосфере, и максимальная ошибка GPS не гарантируется. В применениях, в которых информация о местоположении прямо связана с безопасностью, таких как система железнодорожной сигнализации, использование информации о местоположении, максимальная ошибка которой не гарантируется, может приводить к катастрофической аварии.
В обычной системе оценки местоположения, использующей систему GPS, данные GPS принимаются от четырех спутников GPS, и трехмерные координаты (широта, долгота и высота) места приема и временная погрешность секции приема GPS корректируются на основании разности между временем передачи и временем приема данных GPS. Если происходит задержка при многолучевости или при распространении в ионосфере, погрешность включается в результат оценки местоположения. Поэтому есть система для коррекции погрешности местоположения с помощью применения сопоставления с картой. Однако если погрешность задержки является большой, вероятно, что погрешность местоположения корректируется до неправильного местоположения.
Целью настоящего изобретения является система, применяемая в системе железнодорожной сигнализации. Указанная система вычисляет зону нахождения поезда на рельсах, используя данные от оборудования вне поезда (например, информацию о времени и информацию о местоположении от системы GPS), и позволяет безопасное управление поездом.
Сущность изобретения
Для достижения этой цели система управления поездом согласно первому аспекту данного изобретения представляет собой систему управления поездом, которая позволяет осуществлять передачу и прием информации между поездом и оборудованием вне поезда и управляет работой поезда на основании упомянутой принятой информации, при этом система управления поездом содержит бортовое оборудование поезда, включающее передающую и принимающую секцию, выполненную с возможностью приема извне информации о местоположении и времени, включающей информацию о местоположении и информацию о времени передачи информации о местоположении; секцию измерения времени, выполненную с возможностью установления информации о бортовом времени приема, когда принимается информация о местоположении и времени; секцию вычисления зоны нахождения на рельсах, выполненную с возможностью вычисления информации о зоне нахождения на рельсах поезда на основании информации о местоположении и времени и информации о бортовом времени приема; и секцию управления движением, выполненную с возможностью управления движением поезда согласно информации о зоне нахождения на рельсах. Секция вычисления зоны нахождения на рельсах устанавливает в качестве зоны нахождения на рельсах область внутри окружности, центром которой является центральная координата, полученная из информации о местоположении, и устанавливает радиус этой окружности на основании расстояния, вычисляемого путем умножения времени распространения, полученного на основании информации о времени передачи и информации о бортовом времени приема, на скорость передачи информации о местоположении и времени. Для достижения цели система управления поездом согласно второму аспекту данного изобретения представляет собой систему управления поездом, которая позволяет осуществлять передачу и прием информации между поездом и оборудованием вне поезда и управляет движением поезда на основании упомянутой принятой информации, при этом система управления поездом отличается тем, что бортовое оборудование поезда включает передающую и принимающую секцию, выполненную с возможностью приема извне информации о местоположении и времени, включающей информацию о местоположении и информацию о времени передачи информации о местоположении; секцию измерения времени, выполненную с возможностью измерения информации о бортовом времени приема, когда принимается информация о местоположении и времени; секцию вычисления зоны нахождения на рельсах, выполненную с возможностью вычисления информации о зоне нахождения на рельсах поезда на основании информации о местоположении и времени и информации о бортовом времени приема; и секцию управления движением, выполненную с возможностью управления движением поезда. Секция вычисления зоны нахождения на рельсах устанавливает в качестве зоны нахождения на рельсах область внутри окружности, центром которой является центральная координата, полученная из информации о местоположении, и устанавливает радиус этой окружности на основании расстояния, вычисляемого путем умножения времени распространения, полученного на основании информации о времени передачи и информации о бортовом времени приема, на скорость передачи информации о местоположении и времени. Информацию о зоне нахождения на рельсах или информацию о местоположении и времени и информацию о бортовом времени приема передают в оборудование вне поезда, и информацию о зоне нахождения на рельсах или информацию о местоположении и времени и информацию о бортовом времени приема от соответствующих поездов, двигающихся по тому же пути движения, принимают путевым оборудованием. При этом путевое оборудование содержит путевую секцию связи, выполненную с возможностью передачи информации в бортовое оборудование и приема информации от бортового оборудования; секцию вычисления зоны нахождения на рельсах; и секцию вычисления информации управления поездом, выполненную с возможностью вычисления информации управления поездом исходя из принимаемой информации о зоне нахождения на рельсах, при этом путевое оборудование передает информацию управления поездом из путевой секции связи в поезд и управляет движением поезда.
Согласно данному изобретению можно реализовать систему управления поездом, которая, даже если присутствует погрешность задержки во времени приема данных от оборудования вне поезда, принимаемых собственным поездом или предыдущим поездом, может отслеживать изменение во времени приема данных и вычислять оптимальное место остановки с точки зрения безопасности, загруженности транспортной линии и экономии энергии поездов.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 - схема, показывающая конфигурацию системы управления поездом согласно первой форме осуществления данного изобретения.
Фиг.2 - блок-схема для пояснения последовательности операций управления в бортовой аппаратуре 20 во второй форме осуществления данного изобретения.
Фиг.3 - блок-схема для пояснения последовательности операций управления в путевом оборудовании 30 в первой форме осуществления данного изобретения.
Фиг.4 - концептуальная схема, показывающая изображение зоны нахождения на рельсах в первой форме осуществления данного изобретения.
Фиг.5 - схема для пояснения способа вычисления зоны нахождения на рельсах в первой форме осуществления данного изобретения.
Фиг.6 - схема для пояснения способа вычисления зоны нахождения на рельсах с помощью данных GPS и картографической информации в первой форме осуществления данного изобретения.
Фиг.7 - схема для пояснения способа вычисления зоны нахождения на рельсах с использованием данных передачи множества спутников GPS в первой форме осуществления данного изобретения.
Фиг.8 - схема, показывающая конфигурацию системы управления поездом согласно второй форме осуществления данного изобретения.
Фиг.9 - схема, показывающая изображение монитора в корректное время в третьей форме осуществления данного изобретения.
Фиг.10 - схема, показывающая изображение монитора во время обнаружения нарушения в третьей форме осуществления данного изобретения.
Фиг.11 - схема, показывающая конфигурацию системы управления поездом согласно третьей форме осуществления данного изобретения.
Подробное описание предпочтительных форм осуществления изобретения.
Ниже объясняется лучший вариант осуществления данного изобретения.
[Первая форма осуществления изобретения]
Первая форма осуществления данного изобретения объясняется со ссылкой на фиг.1-7 и фиг.9. Конфигурация системы управления поездом показана на фиг.1. На фиг.1 бортовое оборудование 20 содержит секцию 21 приема GPS, которая принимает данные на GPS (данные слежения и информация о времени передачи данных), передаваемые спутником 10а GPS, бортовые часы 22, которые определяют время 221 приема данных GPS, и секцию 23 вычисления зоны нахождения на рельсах, которая вычисляет информацию 231 о зоне нахождения на рельсах собственного поезда согласно данным 211 GPS, принимаемым секцией 21 приема GPS, и времени 221 приема.
Бортовое оборудование 20 далее содержит бортовую секцию 24 связи, которая выполняет передачу информации 231 о зоне нахождения на рельсах в путевое оборудование 30 и прием информации, такой как информация 321 о месте остановки, передаваемой от путевого оборудования 30, и секцию 25 управления скоростью, которая выполняет управление скоростью движения поезда согласно сигналу 241 управления скоростью, вычисляемому согласно принимаемой информации 321 о месте остановки.
Путевое оборудование 30 содержит путевую секцию 31 связи, которая осуществляет передачу информации о зоне нахождения на рельсах, передаваемой от соответствующих поездов, и передачу информации 321 о месте остановки в поезда, а также секцию 32 вычисления места остановки, которая вычисляет места остановки соответствующих поездов на основании зоны нахождения на рельсах поезда, движущегося по тому же самому маршруту движения.
Блок-схема управления бортовым оборудованием 20 показана на фиг.2. Блок-схема управления путевым оборудованием 30 показана на фиг.3. Сначала бортовое оборудование 20 проверяет, принимается ли место остановки от путевого оборудования 30 (шаг 9100). Если место остановки не принимается ("Нет" на шаге 9100), бортовое оборудование 20 проверяет, принимаются ли данные 11а GPS секцией 21 приема GPS (шаг 9102). Если место остановки принимается ("Да" на шаге 9100), бортовое оборудование 20 определяет с помощью бортовых часов 22 время, когда секция 21 приема GPS принимает данные 11а GPS (время 221 приема данных GPS) (шаг 9103).
Бортовое оборудование 20 вводит принимаемые данные 211 GPS и время 221 приема данных GPS в секцию 23 вычисления зоны нахождения на рельсах (шаг 9104). Секция 23 вычисления зоны нахождения на рельсах вычисляет информацию 231 о зоне нахождения на рельсах поезда согласно входным данным (шаг 9105) и передает информацию 231 о зоне нахождения на рельсах в путевое оборудование 30 с помощью бортовой секции 24 связи (шаг 9106).
С другой стороны, как показано на фиг.3, если путевое оборудование 30 принимает информацию 231 о зоне нахождения на рельсах, вычисленную секцией 23 вычисления зоны нахождения на рельсах бортового оборудования 20 ("Да" на шаге 9200), путевое оборудование 30 вычисляет информацию 321 о месте остановки поезда, принимая во внимание зону нахождения на рельсах предыдущего поезда, движущегося по тому же самому пути движения (шаг 9201). Путевое оборудование 30 передает информацию 321 о месте остановки в бортовое оборудование 20 посредством путевой секции 31 связи (шаг 9202). Затем, после того как бортовое оборудование 20 принимает информацию о месте остановки ("Да" на шаге 9100 на фиг.2), бортовое оборудование 20 выполняет управление скоростью на шаге 9101 и позволяет собственному поезду безопасно остановиться в месте остановки.
Изображение вычисления зоны нахождения на рельсах секцией 23 вычисления зоны нахождения на рельсах показано на фиг.4 и 5. В приведенном ниже объяснении расстояние от спутника 10а GPS до секции 21 приема GPS, установленной в бортовой аппаратуре 20 поезда 2, называется расстоянием приема. На фиг.4 позиция 101 соответствует расстоянию приема. В этой системе разность между временем Ts (HH:MM:SS.SSSS) передачи данных GPS, включенным в данные На GPS, принимаемые по меньшей мере от одного спутника GPS 10а, и временем приема Tr, когда секция 21 приема GPS принимает данные GPS, устанавливается как время задержки при распространении Tt1. Следовательно, время задержки при распространении Tt1 представляется следующим образом:
[Уравнение 1]
Время задержки при распространении Tt1= время приема данных GPS Тг - время передачи данных GPS Ts.
Расстояние 101 приема рассчитывается следующим образом:
[Уравнение 2]
Ln1= время задержки при распространении Tt1× скорость света С.
Круговая часть, где сфера, имеющая расстояние 101 приема в качестве радиуса, накладывается на поверхность земли (грунт), является зоной нахождения на рельсах поезда. Круговая часть рассчитывается из информации слежения PS (Px, Py, Pz), передаваемой со спутника GPS 10а вместе с информацией о времени передачи Ts. Координаты 14а центра круговой части - (Px, Py). Внутренняя круговая часть круга 203а, имеющая радиус (203 на фиг.5), вычисляемый как указано ниже, является зоной нахождения на рельсах:
[Уравнение 3]
2
2
Lhol_n1=√(Ln1-Pz).
Однако в канале передачи со спутника GPS 10а, находящегося на высокой орбите (несколько десятков километров), дополнительное время задержки при распространении Td возникает из-за влияния ионосферы и многолучевости, из-за приема через препятствие или чего-либо в этом роде. Поэтому время задержки при распространении Tt2 рассчитывается с учетом этого влияния следующим образом:
[Уравнение 4]
Время задержки при распространении Tt2= время задержки при распространении Tt1+ время задержки при распространении Td.
Моделируемое расстояние 102 приема (в дальнейшем псевдоинтервал) рассчитывается следующим образом:
[Уравнение 5]
Ln2= время задержки при распространении Tt2× скорость света С.
Круговая часть, где сфера, имеющая псевдоинтервал 102 в качестве радиуса, накладывается на поверхность земли (грунт), является зоной нахождения на рельсах поезда. Координаты центра 14а круговой части равны (Рх, Ру). Внутренняя круговая часть круга 204а, имеющего радиус (204 на фиг.5), является зоной нахождения на рельсах и вычисляется следующим образом:
[Уравнение 6]
2
2
Lhol_n2=√(Ln-Pz).
Ниже объясняется основание для необходимости гарантировать, что поезд не находится на рельсах вне зоны 204а нахождения на рельсах. Предполагается, что информация (информация слежения, данные GPS, время передачи и т.п.), включенная в принимаемые со спутника GPS 10а данные GPS, является правильной и информация о времени, хранящаяся спутником GPS 10а, и время, хранящееся часами бортового оборудования 20, также правильны.
Если время задержки Td вследствие многолучевости или при распространении в ионосфере не возникает, псевдоинтервал 102 и расстояние 101 приема равны. С другой стороны, если задержка Td вследствие многолучевости или при распространении в ионосфере возникает, псевдоинтервал 102 является большим, чем расстояние 101 приема. Это происходит потому, что вследствие многолучевости или при распространении в ионосфере время приема дополнительно задерживается по сравнению с задержкой времени приема, без задержки Td из-за многолучевости или при распространении в ионосфере.
В частности, если возникает задержка вследствие многолучевости или при распространении в ионосфере, то псевдоинтервал больше расстояния приема и никогда не меньше расстояния приема. Другими словами, окружность 204а, рассчитываемая из псевдинтервала, больше окружности 203а, рассчитываемой из расстояния приема, на 205. Поэтому, даже если возникает задержка вследствие многолучевости или при распространении в ионосфере или тому подобное, гарантируется, что поезд отсутствует на расстоянии, более далеком, чем окружность, вычисленная из псевдоинтервала, то есть поезд находится всегда на рельсах в окружности. Это применимо не только к поезду 2. В другом поезде 5, движущемся по той же самой железной дороге 6 (который принимает данные от другого спутника GPS помимо спутника GPS 10а), окружность 504а, рассчитывая из псевдоинтервала, больше, чем окружность 503а, рассчитываемая из расстояния приема, на 505а.
Секция 23 вычисления зоны нахождения на рельсах может сохранять информацию двумерной или трехмерной карты железной дороги 6, по который движется поезд 2. При предположении, что поезд 2 движется только по железной дороге 6, более точная зона нахождения на рельсах может быть определена при рассмотрении только зоны 61 на железной дороге, включенной в рассчитываемую зону нахождения на рельсах как зона нахождения на рельсах, использующая хранящуюся картографическую информацию. Изображение вычисления зоны 61 нахождения на рельсах из данных GPS, принимаемых со спутника GPS 10а, и картографической информации показано на фиг.6. В частности, картографическая информация также может быть получена от путевого оборудования 30 посредством линии 31 радио или проводной связи, чтобы было можно следовать изменениям в состоянии движения.
Зона нахождения на рельсах может изменяться также согласно точности картографической информации. Например, если картографическая информация включает постоянную погрешность местоположения, зона, включающая погрешность, применяется как зона нахождения на рельсах. Следовательно, например, можно сузить зону нахождения на рельсах, используя информацию подробной карты, и реализовать высокую загруженность транспортной линии. С другой стороны, так как на линии с малой загруженностью поездами подробная карта не нужна, можно уменьшить затраты на топографическую съемку при создании карты.
Если зона нахождения на рельсах поезда рассчитывается секцией 23 вычисления зоны нахождения на рельсах, показанной на фиг.1, например устройство из рельсовой цепи, датчик ускорения, гироскопический датчик, тахогенератор, транспондер, бализ (радиомаяк), информация радиоволн беспроводной локальной сети (local area network, LAN), ультразвуковой датчик, доплеровский радиолокатор, камера, инфракрасный датчик, счетчик колесных осей используют вместе с системой GPS для вычисления зоны нахождения на рельсах поезда. Это позволяет более точно определить зону нахождения на рельсах. Секция 23 вычисления зоны нахождения на рельсах может использовать один вид из вышеупомянутых устройств или может использовать множество видов устройств в комбинации. Возможно также соответствующим образом использовать устройства, находящиеся в эксплуатации как подходящие согласно точке движения. Кроме того, может использоваться технология определения местоположения, широко используемая в обычных системах управлении поездом и автомобильных навигационных системах.
В качестве примера вычисления зоны нахождения на рельсах с использованием помимо GPS другого устройства в секции 23 вычисления зоны нахождения на рельсах ниже объясняется обработка, выполняемая с использованием тахогенератора вместе с системой GPS. Тахогенератор - устройство, используемое для измерения пройденного расстояния. Погрешность возрастает пропорционально пройденному расстоянию из-за буксования во время движения, погрешности диаметра колеса и т.п. Поэтому зона нахождения на рельсах рассчитывается, принимая во внимание приблизительно несколько процентов пройденного расстояния в качестве интервала погрешности. Можно получать более точную зону нахождения на рельсах, вычисляя в качестве зоны нахождения на рельсах зону нахождения на рельсах, вычисляемую с использованием данных GPS, и зону нахождения на рельсах, вычисляемую с использованием тахогенератора. Следовательно, например, в окружающей среде, такой как внутренняя часть туннеля, даже на отрезке, где прием данных GPS затруднен, можно предотвратить внезапное расширение зоны нахождения на рельсах и обеспечить надежность работы поезда, вычисляя зону нахождения на рельсах с использованием вместе с GPS такого устройства, как тахогенератор.
Если скорость движения управляется секцией 25 управления скоростью, показанной на фиг.1, скорость движения рассчитывается с использованием по меньшей мере одного из: зоны нахождения на рельсах поезда, скорости движения, расстояния до места остановки, топографической информации (кривизны пути движения, уклона и т.п.), характеристики вагонов (характеристики мотора, характеристики тормозов, веса и т.п.). Как способ вычисления скорости движения, принимая во внимание загруженность транспортной линии и сохранение энергии при обеспечении безопасности, существует способ создания кривой движения, экономящей энергию и принимающей во внимание ограничение скорости между станциями.
Если место остановки рассчитывается секцией 32 вычисления места остановки, например, как показано на фиг.5, то вычисляется зона 504а нахождения на рельсах предыдущего поезда 5, движущегося по тому же пути 6 движения. Точка 206, наиболее близкая к зоне 204а нахождения на рельсах собственного поезда 2, устанавливается в качестве места остановки. Согласно этому управлению путевое оборудование 30 может устанавливать место остановки, соответствующее изменению в зонах нахождения на рельсах соответствующих поездов. Можно также выполнять управление поездом в соответствии с характеристиками секций 23 вычисления зоны нахождения на рельсах соответствующих поездов. Также можно управлять движением соответствующих поездов непосредственно, не через путевое оборудование 30, меняя зоны нахождения на рельсах между поездами (например, поездом 2 и поездом 5, показанными на фиг.5).
Если место остановки рассчитывают способом, когда погрешности задержки при распространении данных GPS в предыдущем поезде или собственном поезде увеличиваются из-за изменения в окружающей среде или чего-либо в этом роде, то в некотором случае место остановки сдвигается от точки предыдущего места остановки назад относительно направления движения. В этом случае предполагается, что собственный поезд не может остановиться перед местом остановки в зависимости от ситуации, и применяется экстренное торможение, в результате показатели комфорта поездки и экономии энергии заметно ухудшаются.
Поэтому, например, если погрешности задержки при распространении данных GPS увеличиваются и точка позади места остановки в текущий момент времени рассчитывается как место остановки, то место остановки не обновляется, и место остановки в текущем моменте времени непрерывно используется. Например, если в поезде среда приема GPS необычно ухудшается, местоположение остановки фиксируется около входа в туннель, в то время как поезд проходит туннель. Местоположение остановки сдвигается в место около выхода из туннеля в момент времени, когда поезд завершает прохождение туннеля. Если вероятно, что предыдущий поезд движется обратно, то только точка, полученная вычитанием от места остановки расстояния, на которое предыдущий поезд, вероятно, продвинется назад, должна быть установлена как место остановки.
Как показано на фиг.9, бортовое оборудование 20 или путевое оборудование 30 может содержать также монитор 4 и включать средства для отображения ситуаций обработки устройств или информирования звуком о ситуациях обработки. В вышеприведенном объяснении путевое оборудование 30 передает информацию о месте остановки в бортовое оборудование 20. Однако путевое оборудование 30 может передаваться в бортовое оборудование 20 вместо места остановки ограничения скорости поезда в соответствующих точках.
В конфигурации этой формы осуществления изобретения бортовое оборудование 20 содержит секцию 23 вычисления зоны нахождения на рельсах. Однако секцию 23 вычисления зоны нахождения на рельсах может содержать путевое оборудование 30. В этом случае после приема данных 11а GPS секцией 21 приема GPS бортовое оборудование 20 передает данные 11а GPS и информацию 221 о времени приема секцией 21 приема GPS в путевое оборудование 30. Можно также использовать вместе с GPS устройства (например, тахогенератор и транспондер), отличные от GPS, передавать также информацию, получаемую этими устройствами, в путевое оборудование 30 и вычислять зону нахождения на рельсах.
Путевое оборудование 30 вводит информацию, принимаемую от бортового оборудования 20, в секцию 33 вычисления зоны нахождения на рельсах, вычисляет зону 331 нахождения на рельсах, вычисляет место остановки 321 поезда, принимая во внимание зону нахождения на рельсах предыдущего поезда, движущегося по тому же пути движения, и передает зону нахождения на рельсах 331 и место остановки 321 в бортовое оборудование 20. Предполагается, что обработка, выполняемая после этого, одинакова с обработкой в вышеописанной конфигурации. В этой конфигурации, так как бортовое оборудование 20 может не содержать секцию 23 вычисления зоны нахождения на рельсах, то конфигурация бортового оборудования 20 может быть упрощена.
В конфигурации, в которой путевое оборудование 30 содержит секцию 33 вычисления зоны нахождения на рельсах, а бортовое оборудование 20 не содержит секцию 23 вычисления зоны нахождения на рельсах, путевое оборудование 30 вычисляет зону нахождения на рельсах, используя информацию, передаваемую бортовым оборудованием 20. Однако путевое оборудование 30 также может вычислять зону нахождения на рельсах, используя другую информацию помимо информации, передаваемой бортовым оборудованием 20.
Эта конфигурация является конфигурацией, в которой информация вводится непосредственно в путевое оборудование 30, а не через бортовое оборудование 20. Примеры конфигурации включают ввод данных от устройства, расположенного на наземной стороне, такого как рельсовая цепь или счетчик колесных осей. В этой конфигурации путевое оборудование 30 вычисляет зону нахождения на рельсах и управляет движением на основании информации, получаемой устройством, расположенным на наземной стороне, отличной от информации, вводимой от бортового оборудования 20 соответствующих поездов.
В системе управления поездом, объясненной выше как пример применения, в США используется GPS. Однако система управления поездом может быть применена также к другим глобальным навигационным системам определения местоположения (например, Galileo в Европе, Глобальной навигационной спутниковой системе (Global navigation satellite system, GLONASS) в России и Hokuto в Китае).
В конфигурации этой формы осуществления изобретения место остановки вычисляет путевое оборудование 30. Однако место остановки может вычислять бортовое оборудование 20. В этой конфигурации, например, бортовое оборудование 20, содержит секцию 23 вычисления зоны нахождения на рельсах и секцию 32 вычисления места остановки. В этой конфигурации бортовое оборудование 20 вычисляет зону нахождения на рельсах собственного поезда с помощью секции 23 вычисления зоны нахождения на рельсах и передает зону 204а нахождения на рельсах собственного поезда в другой поезд 5, движущийся по тому же пути 6 движения. Бортовое оборудование 20 принимает зону 504а нахождения на рельсах от другого поезда 5, движущемуся по тому же пути 6 движения. Если зона нахождения на рельсах 504а принимается от другого поезда 5, бортовое оборудование 20 вычисляет точку 206, наиболее близкую к зоне 204а нахождения на рельсах собственного поезда 2, в качестве места остановки и управляет скоростью движения собственного поезда 2.
В конфигурации этой формы осуществления бортовое оборудование 20 содержит одну секцию 21 приема GPS для возможности принимать данные от одного или более спутников GPS. Однако бортовое оборудование 20 может содержать множество секций 21 приема GPS, и соответствующие секции 21 приема GPS могут соответствовать соответствующим спутникам GPS один к одному и принимать данные. Бортовое оборудование 20, содержащее одну секцию 21 приема GPS, может предусматриваться для каждого одного вагона поезда, и множество вагонов поезда может быть соединено для составления поезда 2.
Секция 23 вычисления зоны нахождения на рельсах также может вычислять зону нахождения на рельсах на основании данных GPS, принимаемых множеством секций 21 приема GPS. Это может быть достигнуто вычислением зоны нахождения на рельсах на основании данных GPS множества секций 21 приема GPS, измерением местоположений соответствующих секций 21 приема GPS заранее и использованием относительного позиционного соотношения как смещения при вычислении зоны нахождения на рельсах.
Например, если одна секция 21 приема GPS предусматривается в каждом из головного конца и хвостового конца поезда, имеющего составную длину 100 метров, можно также переместить зону нахождения на рельсах, которая рассчитана из данных GPS, принимаемых секцией 21 приема GPS в хвостовом конце, вперед на 100 метров по направлению движения на железной дороге, по которой движется поезд, сравнить зону нахождения на рельсах с зоной нахождения на рельсах, рассчитанной из данных GPS, принимаемых секцией 21 приема GPS в головном конце, и установить перекрывающуюся часть как зону, в которой головной конец поезда находится на рельсах.
Если данные GPS принимаются от множества спутников GPS, часть окружности, где сфера, сформированная расстоянием приема (или псевдоинтервалом), перекрывает уровень земли, рассчитывается для каждого из спутников GPS и часть, где окружности перекрываются, устанавливается как зона нахождения на рельсах. Изображение вычисления зоны нахождения на рельсах из данных GPS, принимаемых от множества спутников 10, показано на фиг.7. Таким образом можно определять более точную зону нахождения на рельсах посредством приема информации слежения (информации о местоположении (координатах)) и информации о времени от множества спутников GPS. В вышеприведенном описании спутник GPS формирует информацию, принимаемую от оборудования вне поезда 2. Однако это не является ограничением.
[Вторая форма осуществления изобретения]
В первой форме осуществления изобретения секция 23 вычисления зоны нахождения на рельсах осуществляет управление движением на основании данных GPS, принимаемых в текущий момент времени. Изменение погрешности при движении в будущем не принимается во внимание. Например, когда поезд проезжает туннель, среда приема данных GPS внезапно ухудшается. Поэтому можно себе представить, что зона нахождения на рельсах увеличивается и следующий поезд должен быстро уменьшить скорость. Наоборот, когда предыдущий поезд проезжает туннель, среда приема данных GPS резко улучшается и зона нахождения на рельсах сужается. Поэтому для увеличения загруженности транспортной линии необходимо быстрое ускорение.
Поэтому в конфигурации второй формы осуществления изобретения бортовое оборудование 20 или путевое оборудование 30 содержит секцию 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах, которая прогнозирует изменение зон нахождения на рельсах соответствующих поездов. Конфигурация, в которой путевое оборудование 30 содержит секцию 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах, показана на фиг.8. Путевое оборудование 30 прогнозирует зону нахождения на рельсах поезда в некоторой момент времени в будущем, используя предсказанную зону нахождения на рельсах, предсказываемую секцией 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах. Путевое оборудование 30 вычисляет предсказанное место остановки поезда, принимая во внимание предсказанную зону нахождения на рельсах предыдущего поезда, движущегося по тому же самому пути движения в тот же самой момент времени и передает предсказанное место остановки в бортовое оборудование 20.
Если бортовое оборудование 20 принимает спрогнозированное место остановки, бортовое оборудование 20 управляет скоростью движения так, что в момент времени собственный поезд может остановиться в спрогнозированном месте остановки безопасно и с учетом экономии энергии. В этой конфигурации, если предыдущий поезд перемещается на отрезке, где возможно заранее спрогнозировать, что среда приема данных GPS ухудшится, бортовое оборудование 20 может управлять движением с подавленными ненужными ускорениями и замедлениями, управляя скоростью на основании предсказанного места остановки. Следовательно, путевое оборудование 30 может устанавливать место остановки так, чтобы соответствовать будущему изменению в зонах нахождения на рельсах бортового оборудования 20. Возможно управление поездом с дальнейшим повышением безопасности, загруженности транспортной линии и экономии энергии.
Большое число способов предложено в качестве способов прогнозирования на основе различных видов информации и тенденции в данных, которые последовательно изменяются. Например, фильтр Калмана используется для вычисления местоположений целевого объекта в соответствующие моменты времени в прошлом, настоящем и будущем на основании информации датчика. С помощью этих способов можно улучшить точность вычисления местоположения и вероятность присутствия.
Секция 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах может прогнозировать зону нахождения на рельсах в будущем также на основании данных изменения зоны нахождения на рельсах, собранных во время движения в прошлом. Тот же эффект может быть получен обеспечением в путевом оборудовании 30 базы данных для записи информации о зоне нахождения на рельсах соответствующих поездов, собранной при движении в прошлом, и обеспечением секции 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах, которая прогнозирует изменение в зоне нахождения на рельсах на основании записанной информации.
Также можно подавать картографическую информацию (местоположение туннеля, уклон, кривизну пути и т.п.), показанную на фиг.6, в секцию 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах и предсказывать изменение в среде приема GPS из картографической информации. Тот же эффект прогнозирования может быть получен обеспечением в путевом оборудовании 30 базы данных для записи по меньшей мере одного из следующего: топографических данных пути перемещения, данных о местоположении транспондера, данных структуры (местоположения туннеля и т.п.) на периферии, расписания движения, эксплуатационных данных вагона, данных спутника GPS и метеорологических данных, и обеспечения секции 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах, которая прогнозирует изменение в зоне нахождения на рельсах на основе записанной информации.
Если движение поезда осуществляется с учетом экономии энергии, важно снижать ненужные ускорения и замедления, а также увеличивать движение по инерции. В среде, в которой место остановки существенно колеблется из-за изменения в точности вычисления зоны нахождения на рельсах, ненужное ускорение и замедление увеличивается, если скорость изменяется вслед за местом остановки. Это вызывает ухудшение параметров экономии энергии. Можно предсказывать колебание в месте остановки, используя секцию 34 прогнозирования зоны нахождения на рельсах. Следовательно, можно вычислять оптимальную скорость движения, принимая во внимание даже колебание места остановки в будущем.
[Третья форма осуществления изобретения]
В объяснении первой и второй форм осуществления изобретения предполагается, что информация слежения (информация о местоположении) и информация о времени передачи данных GPS, принимаемых спутником GPS 10а, а также информация о времени приема, определяемого бортовыми часами бортового оборудования 20, правильны. Однако должна быть принята во внимание вероятность того, что эта информация является неправильной.
Поэтому в третьей форме осуществления изобретения бортовое оборудование 20 или путевое оборудование 30 содержит секцию 26 контроля GPS, которая контролирует данные GPS, передаваемые спутником GPS. Если погрешность содержится в информации (информации слежения, времени передачи данных GPS и т.п.), входящей в состав данных GPS, секция 26 контроля GPS выдает предупреждение бортовой аппаратуре 20. Если бортовое оборудование 20 принимает предупреждение, то бортовое оборудование 20 корректирует по меньшей мере одно из места остановки, зоны нахождения на рельсах и скорости управления согласно погрешности и выполняет уведомление путевого оборудования 30 и управление поездом.
Конфигурация, в которой бортовое оборудование 20 содержит секцию 26 контроля GPS, показана на фиг.11. В качестве способа обнаружения погрешности в секции 26 контроля GPS используется дифференциальная GPS (в дальнейшем, differential GPS, DGPS), спутниковая система дифференциальных поправок или аналогичная ей, являющаяся системой, например, со стационарной станцией, которая имеет точные часы и координаты которой известны и улучшающая точность исходя из разности между местоположением, рассчитанным из данных приема GPS, и местоположением стационарной станции.
В качестве способа коррекции погрешности времени бортовых часов 22, как правило, принимается система для выполнения коррекции времени с использованием данных GPS, принимаемых с четырех спутников GPS. Однако, так как погрешность задержки при распространении, такая как задержка вызванная многолучевостью, включается в состав, вероятно, что достаточную безопасность нельзя гарантировать коррекцией времени с использованием данных GPS. Поэтому при вычислении зоны нахождения на рельсах в данном изобретении исходя из принимаемых данных GPS бортовое оборудование 20 осуществляет связь с путевым оборудованием 30, которое хранит точное время 35 путевой стороны, и корректирует погрешность времени бортовых часов 22 согласно информации 222 точного времени, принимаемой бортовым оборудованием 20.
Путевое оборудование 30 хранит точное время согласно сетевому протоколу службы времени (Network Time Protocol, NTP), который является протоколом связи для синхронизации с точным временем DGPS или часов устройства подключения к сети 70, показанного на фиг.6.
Даже если время корректируется, погрешность во времени бортовых часов 22 возникает снова из-за протекания времени. Поэтому секция 23 вычисления зоны нахождения на рельсах в данном изобретении может хранить номинальную погрешность изготовления бортовых часов 22 и вычислять зону нахождения на рельсах, увеличенную согласно разности между скорректированным временем и временем приема данных GPS.
-6
-6
-6
Например, если используются бортовые часы 22, имеющие номинальную погрешность ±1×10, и коррекция времени выполняется через 200 мс после приема данных GPS, бортовые часы 22 уходят максимум на 1/5×10 с за 200 мс. Так как радиоволны проходят приблизительно 60 метров за 1/5×10 с, секция 23 вычисления зоны нахождения на рельсах вычисляет зону нахождения на рельсах, используя псевдоинтервал, увеличенный на 60 метров.
В качестве способа коррекции погрешности времени бортовых часов 22 может быть выбрана традиционная система для выполнения коррекции времени с использованием данных GPS, принимаемых со спутника GPS. Если используется спутник GPS, рассчитываются значение координат и скорректированное время в точке приема. Чтобы предотвратить погрешность коррекции времени из-за погрешности задержки при распространении, такой как задержка вследствие многолучевости сигнала спутника GPS, значение координат точки приема, рассчитанное из данных GPS, и значение координат месторасположения, рассчитанное другой системой оценки местоположения, такой как тахогенератор, сравниваются и надежность коррекции времени проверяется на основании сдвига между значениями координат.
Исходя из предположения, что информация (информация слежения, время передачи данных GPS и т.п.), включенная в данные GPS, не неправильна и информация о времени, хранящаяся спутником GPS, и время приема, определяемое часами бортового оборудования 20, правильны, поезд находится на рельсах в зоне нахождения на рельсах, полученной из данных GPS. Поэтому, как показано на фиг.7, если зона нахождения на рельсах рассчитывается с использованием данных GPS, принимаемых в один и тот же период времени множеством спутников GPS, то всегда имеется место, где все зоны нахождения на рельсах, рассчитанные из данных GPS, перекрывают друг друга.
Однако если это предположение не соблюдается, вероятно, что имеется место, где зоны нахождения на рельсах частично не перекрываются друг с другом. Это происходит потому, что бортовые часы 22 идут быстрее, чем нормальные часы, и псевдоинтервал становится короче расстояния приема.
Таким образом, секция 26 контроля GPS сравнивает зоны 263 нахождения на рельсах, рассчитанные из принимаемых соответствующих данных 211 GPS, и подтверждает, что присутствует место, где все зоны нахождения на рельсах, рассчитанные из данных GPS, перекрывают друг друга (например, 204с на фиг.7). Если по меньшей мере присутствует одно место, где зоны нахождения на рельсах не перекрывают друг друга, секция 26 контроля GPS определяет, что присутствует погрешность данных GPS или отклонение в работе бортовых часов 22 и выдает погрешность или отклонение в путевое оборудование 30 в качестве предупреждающей информации 262. При этой конфигурации можно немедленно обнаруживать ненормальности систем GPS.
В то же самое время секция 26 контроля GPS выдает информацию 261 управления скоростью для секции 25 управления скоростью и осуществляет замедление поезда 2 (для изменения скорости движения с 41 а на фиг.9 до 41b на фиг.10 и изменения кривой движения с 44а на 44b), а также изменение точки остановки (чтобы изменить точку остановки с 46а на 46b, 200 м до 46а и изменить расстояние возможного перемещения с 1900 м 45а на 1700 м 45b).
Секция 26 контроля GPS контролирует информацию 212 о приеме (число спутников, сигналы которых принимаются, чувствительность приема и т.п.), принимаемую секцией 21 приема GPS. Например, тогда как число спутников GPS, принимаемых в нормальное время, равно пяти, как обозначено 47а на фиг.9, только три спутника GPS могут приниматься во время нарушения, как обозначено 47b на фиг.10. Даже в таком случае можно выполнять уведомление об отклонении и управление движением, как объяснено выше.
Далее, бортовое оборудование 20 или путевое оборудование 30 может воспроизводить состояние на мониторе 4. Поэтому можно определять причину нарушения и вручную выполнять управление движением поезда (замедление, изменение места остановки и т.п.).
В вышеописанных формах осуществления изобретения объясняется система управления поездом. Однако данное изобретение применимо в той же самой конфигурации к мобильным системам управления для управления полетами самолетов, управления автомобилями, управления подъемниками и т.п.
[Список позиций]
10а, 10b спутники GPS
101 расстояние приема
102 псевдоинтервал
2, 5 поезда
20 бортовое оборудование
21 секция приема GPS
22 бортовая секция часов
23 секция вычисления зоны нахождения на рельсах
24 бортовая секция связи
25 секция управления скоростью
26 секция контроля GPS
27 секция картографической информации
204а, 204b, 203с, 504а зоны нахождения на рельсах
30 путевое оборудование
31 путевая секция связи
32 секция вычисления места остановки
33 секция вычисления зоны нахождения на рельсах
34 секция прогнозирования зоны нахождения на рельсах
35 путевая секция часов
4 монитор
6 железная дорога
61 зона нахождения на рельсах