JP2004271255A - 列車自車位置検出方法、及び列車自車位置検出システム - Google Patents
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Abstract
【課題】地球を周回する複数のＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報等に基づいて列車等の位置を検出する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】ＤＧＰＳを移動体走行システムに適用し、列車２の情報測定用走行を行って線路情報データベースを作成し、運用走行時には、情報処理部２２は、受信信頼度が高い場合にはＤＧＰＳ距離程を用い、受信信頼度が中程度の場合にはＤＧＰＳ距離程を初期値とし運用時線路曲率相当値を演算し既知線路曲率相当値と比較して距離程を特定し、受信信頼度が低い場合には車軸回転数に基づく車軸距離程に基づいて距離程を特定する。
【選択図】 図１
【解決手段】ＤＧＰＳを移動体走行システムに適用し、列車２の情報測定用走行を行って線路情報データベースを作成し、運用走行時には、情報処理部２２は、受信信頼度が高い場合にはＤＧＰＳ距離程を用い、受信信頼度が中程度の場合にはＤＧＰＳ距離程を初期値とし運用時線路曲率相当値を演算し既知線路曲率相当値と比較して距離程を特定し、受信信頼度が低い場合には車軸回転数に基づく車軸距離程に基づいて距離程を特定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報等に基づいて列車の位置を検出する方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道において、列車の走行している位置を検出する方法として、車輪の径を既知値とし、車輪の回転数を検出し、車輪が１回転するごとに、車輪の外周となる円の円周１個分だけ列車が移動するとして、走行距離を積算する原理を採用し、線路近傍に設置されたＡＴＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐ：自動列車停止装置）の地上子、又はＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動列車制御装置）の地上子等を基準の位置とし、ＡＴＳ地上子等の位置からの積算走行距離によって線路における自車の現在位置（例えば、その線路の起点からの距離程）を算出する方法が知られている。この方法では、ＡＴＳ地上子等の位置座標等は、あらかじめ計測され既知となっている。
【０００３】
上記した車輪の回転数は、列車の車軸などに取り付けられた速度発電機等によって検出され算出される。列車に搭載された位置検出装置は、得られた車軸等の回転数から、列車の移動距離を積算し、ＡＴＳ地上子等の位置座標から、列車の線路における現在位置を特定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２４８４６公報（第１−４頁、図１−３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の自車位置検出方法においては、列車の車輪は、走行により摩耗するため、すべての車両で正確な車輪径値を当初の設定値に維持することは困難であり、列車走行期間の経過に伴って誤差が生じるという問題がある。また、車輪の空転、滑走などにより、積算走行距離に誤差が混入する場合もある。また、保守作業や工事等により、ＡＴＳ地上子等が当初の位置から他の位置へ移設される場合があり、この場合には、移設後の位置座標を計測し、移設後のデータを上記の位置検出システムに再設定しておかないと、得られた自車位置は正確なものではなくなってしまう、という問題があった。また、自車の現在位置を一度見失うと、座標等が既知な特定駅に到達したときでないと、現在位置を検出できず、システムが復帰できない、という問題もあった。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報等に基づいて列車等の位置を検出する方法及びシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る列車自己位置検出方法は、列車に搭載される列車搭載装置と、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星を用い、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出する方法であって、
前記列車搭載装置に、
前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報を受信し、前記ＧＰＳ情報に基づいてＧＰＳ位置座標を算出するＧＰＳ受信手段と、
前記列車走行時の車体の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を設け、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記ＧＰＳ情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る列車自己位置検出方法は、
請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る列車自己位置検出方法は、
請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ＧＰＳ受信手段は、前記方位角検出手段を含み、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程により、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係る列車自己位置検出方法は、
請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記列車による情報測定用走行を行い、前記情報処理手段は、各時点での前記ＧＰＳ位置座標に基づいて走行区間の各位置を検出するとともに、前記車軸回転数に基づいて基準位置からの走行距離を演算し、かつ、各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から前記走行区間の各位置における線路曲率に相当する値を演算し既知線路曲率相当値として前記線路情報データベースに記憶させること
を特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５に係る列車自己位置検出方法は、
請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
位置が計測されている基準位置局を備え、
前記ＧＰＳ受信手段は、前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報と、前記基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、前記ＧＰＳ情報及び前記位置補正情報に基づいてＤＧＰＳ位置座標を算出し、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を走行する際には、前記ＧＰＳ情報及び前記位置補正情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算すること
を特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項６に係る列車自己位置検出方法は、
請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記ＧＰＳ情報の受信に用いた前記ＧＰＳ衛星の個数ｎの関数であり、前記ｎが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第１項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるＨＤＯＰの関数であり、前記ＨＤＯＰが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第２項のうちの
少なくとも１つを有して構成される関数であること
を特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項７に係る列車自己位置検出方法は、
請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記ＧＰＳ情報の受信に用いた前記ＧＰＳ衛星の個数ｎの関数であり、前記ｎが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第１項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるＨＤＯＰの関数であり、前記ＨＤＯＰが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第２項と、
前記位置補正情報を受信した最近の時刻と、前記受信信頼度係数の演算時刻との時間差であるディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数であり、前記ｔが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第３項のうちの
少なくとも１つを有して構成される関数であること
を特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項８に係る列車自己位置検出方法は、
請求項７に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの値は、非常に大きな値に設定されること
を特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項９に係る列車自己位置検出方法は、
請求項７に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記第１項と前記第２項の和に、前記第３項を乗算することにより得られる関数であること
を特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項１０に係る列車自己位置検出方法は、
請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記ＤＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定する場合には、前記情報測定用走行により前記情報記憶手段に記憶されたＤＧＰＳ座標情報のうち、運用走行時のＧＰＳ情報及び位置補正情報から得られた位置である第１位置に近い２つの座標情報の位置である第２位置と第３位置を選択し、当該第２位置と第３位置を結ぶ線分に前記第１位置からおろした垂線が前記線分と交わる位置をもって列車の現在位置とすること
を特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項１１に係る列車自己位置検出方法は、
請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記運用時線路曲率相当値と前記既知線路曲率相当値との比較を行う場合には、前記既知線路曲率相当値データ群と前記運用時線路曲率相当値データ群とを、ある距離だけずらし、前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの差の２乗値の総和である偏差係数が最小となるか、又は前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの相互相関係数の値が最大となる場合に対応する距離程を前記列車の線路における現在位置として特定すること
を特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項１２に係る列車自己位置検出方法は、
請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＤＧＰＳ位置座標により演算した走行距離と、前記車軸回転数により演算した走行距離の比に応じて、前記車軸回転数から前記列車の走行距離を演算する際の前記列車の車輪径の値を補正すること
を特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項１３に係る列車自己位置検出システムは、
列車に搭載される列車搭載装置と、
地球を周回する複数のＧＰＳ衛星を有し、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出するシステムであって、
前記列車搭載装置は、
前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報を受信し、前記ＧＰＳ情報に基づいてＧＰＳ位置座標を算出するＧＰＳ受信手段と、
前記列車走行時の車体又は台車の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を備え、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記ＧＰＳ情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態である列車自車位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、この列車自車位置検出システム１００は、列車搭載装置２０と、基準位置局３と、ＧＰＳ衛星Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，…，Ｇｎを備えて構成されている。
【００２３】
列車搭載装置２０は、鉄道線路１を走行する列車２に搭載されている。また、基準位置局３は、公的な基準局であり、基準位置局３の位置は、あらかじめ計測等により既知である。基準位置局３は、送信アンテナ３１を有しており、基準位置局３の位置や時間等に関する位置補正情報を電波によって送信している。
【００２４】
また、複数のＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇｎは、地球を周回する人工衛星であり、その測位用コード、送信元のＧＰＳ衛星の軌道情報（送信元のＧＰＳ衛星の三次元位置座標と時間等に関する情報を含む）などのＧＰＳ情報を電波によって送信している。
【００２５】
したがって、列車搭載装置２０と複数のＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇｎと基準基地局３により、ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：差動地球測位システム）が構成されている。
【００２６】
上記した列車搭載装置２０は、情報処理部２２と、情報記憶部２３と、第１アンテナ２４と、第２アンテナ２５と、ＧＰＳ処理部２６と、ディファレンシャル受信部２７と、方位角検出部２８と、車軸回転数検出部２９を有している。ここに、情報処理部２２は、特許請求の範囲における情報処理手段に相当し、情報記憶手段２３は、特許請求の範囲における情報記憶手段に相当している。また、第１アンテナ２４とＧＰＳ処理部２６と第２アンテナ２５とディファレンシャル受信部２７は、特許請求の範囲におけるＧＰＳ受信手段に相当している。また、方位角検出部２８は、特許請求の範囲における方位角検出手段に相当している。また、車軸回転数検出部２９は、特許請求の範囲における車軸回転数検出手段に相当している。
【００２７】
上記の第１アンテナ２４は、ＧＰＳ衛星Ｇ１等から送信される電波を検出し、ＧＰＳ処理部２６に出力する。また、第２アンテナ２５は、基準位置局３から送信される電波を検出し、ディファレンシャル受信部２７に出力する。ディファレンシャル受信部２７は、第２アンテナ２５が検出した電波により位置補正情報を得て、これをＧＰＳ処理部２６に出力する。ＧＰＳ処理部２６は、これらＧＰＳ情報と位置補正情報を用いて自車の位置座標を検出し、情報処理部２２に出力する。
【００２８】
ここで、方位角とは、地理的な北極へ向かう方向線と列車２の進行方向線とのなす角度をいう。方位角検出部２８は、地磁気センサ（図示せず）を有している。地磁気センサは、地球の磁界の強度を計測する磁気センサの一つである。地磁気センサとしては、探りコイル型磁気センサ、ホール素子型磁気センサ、磁気変調器型磁気センサなどが用いられる。これらの地磁気センサは、地球の磁界の北極（磁北極）の方向を検出する。
【００２９】
上記した磁気変調器型磁気センサの一として、フラックス・ゲート型磁気センサが用いられる。フラックス・ゲート型磁気センサは、透磁率の高い材料からなるコアに巻かれた交流駆動コイルによりコアを磁気飽和させておき、コアに巻かれた他の磁界検出コイルに現れる出力電圧から外部磁界を検出するセンサである。磁界検出コイルを２組（ｘ方向磁界検出コイル、ｙ方向磁界検出コイル）設け、ｘ方向磁界検出コイルとｙ方向磁界検出コイルが互いに垂直になるように配置することにより、外部磁界のｘ方向成分とｙ方向成分を検出することができる。
【００３０】
この原理を利用することにより、地球の磁界の北極（磁北極）の方向を検出することができる。磁北極と地理的北極の位置関係は既知であるから、磁北極への方向を求めることにより、地理的な北極へ向かう方向線と列車２の進行方向線とのなす角度である方位角を検出することができる。方位角検出部２８が他の形式の地磁気センサを有する場合も、原理は異なるが、磁北極の方向を検出することができ、これにもとづいて列車２の方位角を検出することができるようになっている。方位角検出部２８の検出した方位角を示す出力は、情報処理部２２に送られる。
【００３１】
また、車軸回転数検出部２９は、速度発電機（図示せず）を有している。速度発電機は、列車２の車軸２１ａに取り付けられた装置であり、車軸２１ａの回転数に応じてパルス（例えば１回転ごとにν個のパルス。ν：正の整数。）を発生させる。このパルスにより、車軸２１ａの回転数が検出される。車軸回転数を示す出力は、情報処理部２２に送られる。
【００３２】
情報処理部２２は、ＧＰＳ処理部２６から送られてくるＧＰＳ情報と位置補正情報を処理・解析する部分である。この情報処理部２２は、図示はしていないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）、ＲＡＭ、データ・指令入力部、画像表示部、出力部等を有している。
【００３３】
ＣＰＵは、図示はしていないが、各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。
【００３４】
情報記憶部２３は、図示はしていないが、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）等を有しており、ＣＰＵを制御するための制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。また、ＲＯＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００３５】
また、情報処理部２２は、図示はしていないが、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）等を有している。ＲＡＭは、ＣＰＵにより演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。ＲＡＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００３６】
また、情報処理部２２は、図示はしていないが、キーボードや各種キーやスイッチ等のデータ・入力部と、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：陰極線管表示装置）モニタや液晶表示パネル等の画像表示部を有している。また、情報処理部２２は、図示はしていないが、出力部を有している。出力部は、プリンタ、外部出力端子、モデムなどの通信装置、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ポート等を有しており、ＣＰＵの演算結果や処理したデータを、紙等に印字したり、あるいは電気信号として外部へ出力又は送信する部分である。なお、外部出力端子に、フレキシブル・ディスク（ＦＤ）装置、ＭＯやＣＤ−ＲＷ等の光磁気ディスク装置、ＩＣカード装置等の外部記録装置を接続すれば、設定すべきデータや、ＣＰＵが処理した結果データ等をディスク等の記録媒体に記録して外部に取り出すことができる。
【００３７】
また、本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６も、図示はしていないが、上記したものと同様の構成及び作用を有するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、データ・指令入力部、出力部等を有している。
【００３８】
上記した情報処理部２２は、車軸回転数検出部２９から送られてくる出力から車軸回転数を検出する。また、情報処理部２２は、単位時間当たりの車軸回転数から、車軸の回転速度を演算する。情報処理部２２は、演算された車軸の回転速度と、既知の値である車輪２１の径から、列車２の走行速度を演算する。
【００３９】
例えば、単位時間当たりの車軸回転数がＮ（回／秒）の場合、車軸の角速度ωは、ω＝２πＮ（ラジアン／秒）となる。ここに、πは円周率を示している。この場合、列車２の車輪２１の直径をＤ（メートル）とすると、車輪２１の外周での速度ＶＯは、ＶＯ＝（Ｄ／２）×ω＝πＮＤ（メートル／秒）と表される。車輪２１とレール１１の間に滑りなどがないとしているので、列車２の走行速度は、速度ＶＯと等しくなる。
【００４０】
情報処理部２２は、車軸回転数検出部２９からのパルス数を積算する。例えば、列車２の車輪２１の直径をＤ（メートル）とすると、車輪２１の外周（円周）の長さは、πＤ（メートル）となる。また、車軸の１回転でν個のパルスを車軸回転数検出部２９が発生する場合には、情報処理部２２は、積算されたパルスの個数がＭ個の場合には、πＭＤ／ν（メートル）を算出し、車輪２１とレール１１の間に滑りなどはないものとし、πＭＤ／ν（メートル）の値を列車２の移動距離として出力する。また、情報処理部２２は、算出された移動距離を用いて、起点（距離程：零）から当該地点までの距離程や、距離程が既知な中間地点から当該地点までの距離程を計算する。ここに、「距離程」とは、直線距離ではなく、鉄道線路１に沿って移動した長さであり、いわゆる「道のり」に相当する値である。また、上記した各演算結果は、情報記憶部２３、あるいは情報処理部２２内のＲＡＭ等に記憶される。上記のように車軸の回転から求められた距離程を、以下、「車軸距離程」という。
【００４１】
次に、上記した列車自車位置検出システム１００の行う作用について、図３ないし図４を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００４２】
列車自車位置検出システム１００の行う作用の説明に先立ち、ＤＧＰＳの構成及び作用について説明を行う。
【００４３】
ＧＰＳ衛星Ｇ１等は、地球の上空約２００００ｋｍで地球を取り巻く軌道上を周回する人工衛星である。軌道は、６個の異なる軌道があり、それぞれの軌道は、地球の赤道面を横切る経度が６０度ずつずらされている。ＧＰＳ衛星の総数は２４個であり、各軌道にはＧＰＳ衛星がそれぞれ４個ずつ配置されている。このような構成により、地球上のどの地点においても、４個以上のＧＰＳ衛星が視界に入るようになっている。
【００４４】
それぞれのＧＰＳ衛星Ｇ１等からは、測位用の電波信号が発信されている。この電波信号は、ディジタル信号であり、このディジタル信号の中には、所定周期（例えば１ミリ秒）ごとに繰り返される測位用コード、発信されたＧＰＳ衛星の軌道情報などが含まれている。この測位用コードは、ＧＰＳ処理部２６の内部でも生成されている。このため、ＧＰＳ衛星Ｇ１等が搭載している時計の時刻と、受信する側（例えばＧＰＳ処理部２６）の時計の時刻が誤差なく一致していれば、測位用コードの時間のずれ（以下、「時間差」という。）を検出することにより、受信したＧＰＳ衛星と、受信した装置の位置の間の距離（以下、「疑似距離」という。）を算出することができる。
【００４５】
すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波受信位置から、あるＧＰＳ衛星までの疑似距離は、上記の時間差に電波の速度（光速度）を乗算することにより得ることができる。各時刻におけるＧＰＳ衛星の三次元位置座標は、上記したディジタル信号中の軌道情報から算出することができる。ある時刻におけるあるＧＰＳ衛星の三次元位置座標を（α，β，γ）とし、ＧＰＳ電波受信位置の三次元位置座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、その時刻における疑似距離をＲとすれば、下式（１）が成立する。
（ｘ−α）２＋（ｙ−β）２＋（ｚ−γ）２＝Ｒ２………（１）
【００４６】
ＧＰＳ電波受信位置の三次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の変数の個数は３個であるから、同時に異なる３個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を３個求め、これらを解くことにより、ｘ，ｙ，ｚの値を得ることができることになる。しかし、ＧＰＳ衛星の時計と、受信装置の時計との間には時間の誤差があるため、算出された疑似距離Ｒには、誤差ΔＲが含まれる。このため、上記の方法では、ｘ，ｙ，ｚの値を一義的に決定することはできない。
【００４７】
これを解決するためには、同時に異なる少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を少なくとも４個求めれば、ΔＲを考慮しつつ、ｘ，ｙ，ｚの値を一義的に決定することができる。本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６は、受信したＧＰＳ衛星の個数ｎを情報処理部２２に出力するように構成されている。
【００４８】
４個以上のＧＰＳ衛星を捕捉して、その電波信号を得ても、ＧＰＳ衛星どうしの相対的な配置状態によっては、測位精度はかえって低下する。これは、幾何学的な性質によるものである。このため、このような場合の精度を、幾何学的精度低下率（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「ＧＤＯＰ」という。）という。
【００４９】
ＧＤＯＰの値が小さいほど精度は高くなる。例えば、ＧＰＳ電波信号の受信位置と、各ＧＰＳ衛星を結ぶ線どうしが作る相対角度が大きいほど、ＧＤＯＰの値は小さくなる。したがって、４つのＧＰＳ衛星を結んで作成される四面体の体積が大きいほどＧＤＯＰ値は小さくなる。このため、ＧＰＳ処理部２６においては、５個以上のＧＰＳ衛星を捕捉した場合には、ＧＤＯＰ値が最小となるような４個のＧＰＳ衛星の組み合わせを選択し、これを測位計算に採用するようにしている。
【００５０】
また、上記のＧＤＯＰは、下式（２）で表される。
ＧＤＯＰ２＝ＰＤＯＰ２＋ＴＤＯＰ２………（２）
【００５１】
上式（２）において、ＰＤＯＰは、地球上の観測点における位置精度の低下率（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「位置精度低下率」という。）を示しており、ＴＤＯＰは、時刻の精度低下率（Ｔｉｍｅ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「時刻精度低下率」という。）を示している。
【００５２】
また、ＰＤＯＰは、下式（３）で表される。
ＰＤＯＰ２＝ＨＤＯＰ２＋ＶＤＯＰ２………（３）
【００５３】
上式（３）において、ＨＤＯＰは、地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「水平方向位置精度低下率」という。）を示しており、ＶＤＯＰは、地球上の観測点における垂直方向での位置精度の低下率（ＶｅｒｔｉｃａｌＤｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「垂直方向位置精度低下率」という。）を示している。
【００５４】
本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６は、所定の比例定数を用いて算出したＨＤＯＰ値を情報処理部２２に出力するように構成されている。
【００５５】
上記の説明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：地球測位システム）の一般的な構成と作用に関するものである。通常のＧＰＳ衛星からの電波信号の中には、電離層や対流層の影響による電波の遅延、ＧＰＳ受信装置側の時計の誤差、ＧＰＳ衛星内の時計の誤差が含まれる。このため、これらの影響により、測位結果にも誤差が含まれるようになる。このような誤差を低減し、測位結果の精度を高めることを目的としたものがＤＧＰＳである。
【００５６】
ＤＧＰＳでは、ＧＰＳ衛星と受信装置に加え、正確な位置データ（緯度、経度、地球楕円体上の高さ）が測量等によって計測されている基準位置において、上記のＧＰＳによる測位（単独測位）を行う。これにより、基準位置の既知の位置データ（基準位置データ）と、その時点のＧＰＳによる位置データ（ＧＰＳ位置データ）の両方が得られる。基準位置データとＧＰＳ位置データの差は、他の位置における補正量として用いることが可能である。
【００５７】
このため、この基準位置データとＧＰＳ位置データの差のデータを、リアルタイムで演算し、位置補正情報として電波により発信すれば、この位置補正情報を受信した他の箇所においては、ＧＰＳの単独測位により算出された位置座標から位置補正情報に示す補正量の分だけ差し引く補正を行うことにより、さらに高精度の三次元位置座標を算出し、この三次元位置座標から、地球上の緯度と経度に変換した位置座標（以下、「ＤＧＰＳ位置座標」という。）の値を得ることができる。このようなシステムがＤＧＰＳである。本実施形態の列車自車位置検出システム１００においては、基準位置局３の位置が既知であり、基準位置局３がリアルタイムで位置補正情報を送信している。ここに、ＤＧＰＳ位置座標は、特許請求の範囲におけるＧＰＳ位置座標に相当している。
【００５８】
なお、ＤＧＰＳにおいては、基準位置局からの位置補正情報を、同時刻のＧＰＳ測位位置の補正に用いることが理想的であるが、実際には、基準位置局からの位置補正情報を、ある時間が経過した時点のＧＰＳ測位位置の補正に用いることになる。しかし、ＧＰＳ衛星は時々刻々と移動しているため、時間が経過するにしたがって、位置補正情報にも誤差が入ってくる。基準位置局からの位置補正情報の送信時刻を基準としたときの、他の箇所の補正を行う時刻を「遅延時間」とし、τで表した場合、位置補正情報の誤差は、τ２に比例することが知られている。本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６は、位置補正情報を受信した最近の時刻と、補正を行うデータの時刻との時間差を、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔとして、情報処理部２２に出力するように構成されている。
【００５９】
また、情報処理部２２は、上記したＤＧＰＳ位置座標（緯度，経度）から、距離程を求めることができる。すなわち、線路上の２点の距離が十分小さければ、２点の直線距離は距離程に等しいから、これを利用して距離程を求め、これらを加算することにより、起点からの距離程を算出することができる。このように、ＤＧＰＳ位置座標から求められた距離程を、以下、「ＤＧＰＳ距離程」という。
【００６０】
次に、上記のようなＤＧＰＳを備えた本実施形態の列車自車位置検出システム１００の作用について、さらに詳細に説明を行う。
【００６１】
まず、線路情報のデータベースを作成するため、図１に示すように、列車２によって、鉄道線路１の情報測定用走行が行われる。図１において、鉄道線路１は、図の左右方向に設置されており、列車２は、図の左から右へ向かって走行するように図示されている。
【００６２】
この情報測定用走行では、情報処理部２２は、各時点での車軸回転数より得られる列車走行速度と、各時点での方位角から、各時点での走行区間の各位置における「線路曲率相当値」を演算する。また、その時点での車軸距離程を算出する。
【００６３】
以下に、線路曲率相当値について、図２を参照しつつ説明する。図２（Ａ）に示すように、線路上の点Ａと、点Ａから微少距離だけ離れた線路上の点Ｂを考える。この場合、曲線ＡＢを円弧とみなすことができ、その曲率半径をＲ（単位：メートル）と考えると、円の中心をＯとして、円弧ＡＢの中心角を微少角度Δθ（単位：ラジアン）とすると、円弧ＡＢの長さＬＡＢ（単位：メートル）は、Ｒ×Δθにより算出することができる。したがって、Δθは、（ＬＡＢ／Ｒ）によって算出することができる。
【００６４】
また、図２（Ｂ）に示すように、点Ａにおける方位角をラジアンを単位としてθＡとし、点Ｂにおける方位角をラジアンを単位としてθＢとすると、点Ａから点Ｂに移動した場合の方位角の変化量（θＢ−θＡ）は、Δθに等しい。この方位角の変化量Δθを、経過した時間ΔＴ（単位：秒）で除した値（Δθ／ΔＴ）を、以下、「方位角変化率」θ´ということにする。この方位角変化率θ´すなわち（Δθ／ΔＴ）は、図２（Ａ）の関係より、（ＬＡＢ／ΔＴ）×（１／Ｒ）と表すことができる。
【００６５】
ここで、（ＬＡＢ／ΔＴ）は、曲線ＡＢの経路上を移動した場合の列車走行速度ｖ（単位：メートル／秒）である。また、（１／Ｒ）は、曲率半径Ｒの逆数であり、これを「線路曲率相当値」と定義すると、線路曲率相当値（１／Ｒ）は、下式（４）により得られる。
１／Ｒ＝θ´／ｖ ………（４）
【００６６】
このようにして、線路上での実測距離（例えば１メートル）の点（以下、「ポインタ」という。）ごとに、車軸距離程と、その車軸距離程の位置における線路曲率相当値（１／Ｒ：以下、「既知線路曲率相当値」という。）を対応させた線路情報データベースを作成する。ポインタと距離程と既知線路曲率相当値を関係づけたデータテーブルを、以下「曲率相当値マップテーブル」という。この曲率相当値マップテーブルには、線区コードも一緒に記憶される。線区コードは、鉄道の各線区を特定するためのコードであり、同一の線区であっても、上り線と下り線では異なるコードが割り当てられる。
【００６７】
また、走行距離１メートルごとの各ポインタにおいて、ＤＧＰＳ位置座標（緯度の値，経度の値）が得られるが、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、これらのデータから、ポインタと緯度データのみを並べたデータテーブル（以下、「緯度インデックス」という。）と、ポインタと経度データのみを並べたデータテーブル（以下、「経度インデックス」という。）を作成し、これらを上記の線路情報データベースに組み込む。
【００６８】
次に、上記のようにして作成した線路情報データベースを列車２に実装して、運用走行を行う。ここでは、作成された線路情報データベースは、その後、列車２の情報記憶部２３に記憶されたものとする。この列車２の運用走行においては、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、その時点でＧＰＳ処理部２６から入力されてきたＧＰＳ情報と位置補正情報から、受信信頼度係数を演算する。受信信頼度係数は、ＧＰＳ情報と位置補正情報の信頼性の程度である受信信頼度を表す値である。
【００６９】
受信信頼度係数をｃと表すと、受信信頼度係数ｃは、下式（５）で表される。ｃ＝｛ｆ（ｎ）＋ｇ（ＨＤＯＰ）｝×ｈ（ｔ）………（５）
この場合、ｃの値が大きいほど受信の信頼性が高いことを示している。
【００７０】
上式（５）において、第１項であるｆ（ｎ）は、ＧＰＳ情報の受信に用いたＧＰＳ衛星の個数ｎの関数を示している。ｆ（ｎ）の値は、ｎの値が零から３までの間は、零となっている。また、ｎの値が４以上の場合には、ｆ（ｎ）の値は、ｎに等しい。すなわち、ｎの値が４の場合には、ｆ（ｎ）の値は４となり、ｎの値が５の場合には、ｆ（ｎ）の値は５となる。以下は同様である。
【００７１】
上記したように、ＤＧＰＳにおいて受信位置でのＤＧＰＳ位置座標を求めるためには、一般のＧＰＳの単独測位の場合と同様に、ＧＰＳ衛星の個数ｎは、少なくとも４個は必要である。したがって、ｎが３以下の場合には、測位の信頼性の程度は最も低いので、零と設定した。また、ｎが４以上となれば、ＧＤＯＰ（又はＨＤＯＰ）が最良となるようにＧＰＳ衛星の組み合わせ（４個）を選定することができ、ｎの値が大きくなるほど、精度のよい組み合わせを選定できると考えられるため、測位の信頼性の程度は増加する。この性質を表すため、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｎとした。
【００７２】
なお、ｆ（ｎ）の関数は、上記以外のものであってもよい。例えば、ｎが３以下の場合には、零以外の一定値ｋとするようにしてもよい。また、この場合で、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｎ２＋ｋとしてもよい。あるいは、ｎが３以下の場合には、零以外の一定値ｋとし、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｎａ＋ｋとしてもよい。この場合、ａは、１以上の整数である。あるいは、ｎが３以下の場合には、零以外の一定値ｋとし、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｆ１（ｎ）＋ｋとしてもよい。この場合、ｆ１（ｎ）は、ｎが増加するにつれて増加する関数である。要は、関数ｆ（ｎ）は、ｎが３以下の場合には、一定値ｋであり、ｎが４以上の場合には、ｋから増加するような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【００７３】
また、上式（５）において、第２項であるｇ（ＨＤＯＰ）は、水平方向位置精度低下率ＨＤＯＰの関数を示している。簡単にするためにＨＤＯＰをｐと表すと、ｇ（ｐ）は、ｐが小さくなるにつれて、その値が大きくなるような関数となる。例えば、ｇ（ｐ）は、ｐに反比例する関数、ｇ（ｐ）＝１／ｐとしてもよい。あるいは、ｇ（ｐ）は、ｐ２に反比例する関数、ｇ（ｐ）＝１／ｐ２としてもよい。一般に、ｇ（ｐ）は、ｐｂに反比例する関数、ｇ（ｐ）＝１／ｐｂとしてもよい。この場合、ｂは、１以上の整数である。
【００７４】
上記したように、ＤＧＰＳにおいて、受信位置での水平方向の位置精度を増加させるためには、水平方向位置精度低下率ＨＤＯＰの値が小さいほど有利である。このため、ｇ（ｐ）は、ＨＤＯＰが小さいほど大きな値となる関数となるように設定した。
【００７５】
なお、ｇ（ｐ）の関数は、上記以外のものであってもよい。例えば、一般に、ｇ（ｐ）は、ｐｂに反比例するとともに、ｂが零のときに切片を持つ関数、ｇ（ｐ）＝１／（ｐ＋ｅ）ｂとしてもよい。この場合、ｂは１以上の整数であり、ｅは正の実数である。要は、関数ｇ（ＨＤＯＰ）は、ＨＤＯＰが小さいほど大きな値となるような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【００７６】
また、上式（５）において、第３項であるｈ（ｔ）は、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数を示している。ｈ（ｔ）は、ｔ２が大きくなるにつれて、その値が小さくなり、ｔが零のときに切片を持つような関数となる。例えば、ｈ（ｔ）は、ｈ（ｔ）＝１／（ｔ２＋ｑ）ｒとしてもよい。この場合、ｑは正の実数であり、ｒは１以上の整数である。
【００７７】
上記したように、ＤＧＰＳにおいて、受信位置での位置精度を増加させるためには、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの値が小さいほど有利である。また、ｔ２の値に比例して誤差は増大する。このため、ｈ（ｔ）は、ｔ２が小さいほど大きな値となる関数となるように設定した。
【００７８】
なお、ｈ（ｔ）の関数は、上記以外のものであってもよい。要は、関数ｈ（ｔ）は、ｔ２が小さいほど大きな値となるような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【００７９】
なお、受信信頼度係数ｃは、上式（５）の関数には限定されない。一般には、上式（５）の第１項ｆ（ｎ）、第２項ｇ（ＨＤＯＰ）、第３項ｈ（ｔ）のうちの少なくとも１つを有して構成される関数であれば、どのような関数であってもよい。例えば、第１項ｆ（ｎ）と第２項ｇ（ＨＤＯＰ）と第３項ｈ（ｔ）の総和であってもよい。あるいは、第１項ｆ（ｎ）と第２項ｇ（ＨＤＯＰ）と第３項ｈ（ｔ）を乗算したものであってもよい。あるいは、第１項ｆ（ｎ）と第３項ｈ（ｔ）の和に第２項ｇ（ＨＤＯＰ）を乗算することにより得られる関数であってもよい。あるいは、第２項ｇ（ＨＤＯＰ）と第３項ｈ（ｔ）の和に第１項ｆ（ｎ）を乗算することにより得られる関数であってもよい。あるいは、いずれか２つの項を乗算したものに残りの１項を加算することによって得られる関数であってもよい。
【００８０】
次に、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、算出された受信信頼度係数ｃの値を、情報記憶部２３にあらかじめ記憶されている判別値と比較する。判別値としては、例えば、ｓ１＜ｓ２となる２つの実数ｓ１（以下、「第１判別値」という。）とｓ２（以下、「第２判別値」という。）が用いられる。
【００８１】
この場合、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、算出された受信信頼度係数ｃが第２判別値ｓ２より大きい場合、すなわち、ｓ２＜ｃの場合には、ＤＧＰＳの受信の信頼度が「高程度」であると判別する。この場合には、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、ＤＧＰＳ位置座標に基づいて、この走行区間における列車の現在位置（例えば距離程）を特定する。これは、ＤＧＰＳからのデータの信頼性が高い場合には、ＤＧＰＳのデータのみによって位置を特定する方が精度が高いと考えられるからである。
【００８２】
また、算出された受信信頼度係数ｃが、第１判別値ｓ１以上でかつ第２判別値ｓ２以下の場合、すなわち、ｓ１≦ｃ≦ｓ２の場合には、ＤＧＰＳの受信の信頼度が「中程度」であると判別する。この場合には、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、ＤＧＰＳ位置座標から得られるＤＧＰＳ距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する。これは、ＤＧＰＳからのデータの信頼性がそれほど高くない場合には、ＤＧＰＳから得られるＤＧＰＳ距離程に、方位角のデータを付加して位置を特定する方が、ＤＧＰＳのデータのみによる方法よりも精度が高いと考えられるからである。
【００８３】
また、算出された受信信頼度係数ｃが、第１判別値ｓ１よりも小さい場合、すなわち、ｃ＜ｓ１の場合には、ＤＧＰＳの受信の信頼度が「低程度」であると判別する。この場合には、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、車軸回転数に基づく車軸距離程に基づいて、走行区間における列車の現在位置を特定する。これは、ＤＧＰＳからのデータの信頼性が低い場合には、ＤＧＰＳのデータは採用せず、車軸回転数に基づく距離程である車軸距離程に基づいて位置を特定する方が、精度が高いと考えられるからである。
【００８４】
次に、上記した３つの自車現在位置特定方法のうちの第１の方法、すなわちＤＧＰＳ位置座標に基づいて走行区間における列車の現在位置（距離程）を特定する方法について、さらに詳細に説明する。
【００８５】
図３において、符号１は、鉄道線路の平面形状を示している。この場合、列車は、図３の下方から上方へ向けて走行しているとする。このとき、ＤＧＰＳ位置座標（緯度λ，経度μ）が得られたとする。また、この位置は、図３において、鉄道線路１の上の点ではない点Ｃであったとする。ここまでの過程を、以下、「第１ステップ」という。
【００８６】
この場合、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、上記した緯度インデックスの中から、緯度λが中間に含まれるようにして、緯度λよりも小さな緯度を有するポインタをｎ個、緯度λよりも大きな緯度を有するポインタをｎ個、合計２ｎ個のポインタを選択する。ここまでの過程を、以下、「第２ステップ」という。
【００８７】
また、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、上記した経度インデックスの中から、経度μが中間に含まれるようにして、経度μよりも小さな経度を有するポインタをｎ個、経度μよりも大きな経度を有するポインタをｎ個、合計２ｎ個のポインタを選択する。ここまでの過程を、以下、「第３ステップ」という。
【００８８】
次に、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、上記のようにして選択されたポインタのうち、一致する（同一の）ポインタのみを選び出す。次に、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、これらのポインタと、上記の点Ｃとの距離を計算する。
【００８９】
例えば、点ＣのＤＧＰＳ位置座標を、ある位置を基準としたｘｙ座標系に変換して（ｘ１，ｙ１）を算出し、距離を算出する対象となるポインタのＤＧＰＳ位置座標を上記のｘｙ座標系に変換して（ｘ２，ｙ２）を算出すれば、点Ｃとこのポインタの２点間の距離Ｌは、下式（６）によって算出することができる。
Ｌ＝｛（ｘ２−ｘ１）２＋（ｙ２−ｙ１）２｝１／２………（６）
【００９０】
このようにして、点Ｃと各ポインタの距離Ｌを求めた後、距離Ｌが最小となる点（ポインタ）と、その次に距離が小さくなる点（ポインタ）の２点を選び出す。図３においては、これらの２点（ポインタ）として、点Ａと点Ｂが図示されている。この場合、点Ｂの距離程は、点Ａの距離程よりも大きくなっている。ここまでの過程を、以下、「第４ステップ」という。
【００９１】
図３において、点Ａと点Ｃの距離をａとし、点Ｃと点Ｂの距離をｂとし、点Ａと点Ｂの距離をｃとする。この場合には、点Ｃから線分ＡＢにおろした垂線が線分ＡＢと交差する点をＰとすると、点Ａと点Ｐの距離ｄは、下式（７）によって算出することができる。ここまでの過程を、以下、「第５ステップ」という。
ｄ＝（ａ２−ｂ２＋ｃ２）／２ｃ ………（７）
【００９２】
情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、点Ａの距離程に、上式（７）によって算出された値ｄを加算した距離程を、現在時点の距離程とし出力するとともに、情報記憶部２３に記憶させる。ここまでの過程を、以下「第６ステップ」という。
【００９３】
上記において、点Ｃの位置は、特許請求の範囲における第１位置に相当し、点Ａの位置は、特許請求の範囲における第２位置に相当し、点Ｂの位置は、特許請求の範囲における第３位置に相当している。あるいは、点Ａの位置を、特許請求の範囲における第３位置とし、点Ａの位置を、特許請求の範囲における第２位置としてもよい。
【００９４】
なお、上記した方法の第４ステップにおいて、選び出された各ポインタと点Ｃとの距離を計算し、距離が最小となる点（ポインタ）と、その次に距離が小さくなる点（ポインタ）の２点を選び出す場合には、線区コードについても判別が行われ、線区コードに応じて所定の処理が行われる。すなわち、選び出された各ポインタの線区コードが、列車が現在走行している線路の線区コードと同一の場合は、上記した方法がそのまま適用される。
【００９５】
しかし、選び出された各ポインタのうちのいずれかが、列車が現在走行している線路の線区コードと異なる線区コードを有する場合には、点Ｃとの距離が算出された後、その距離値に所定のペナルティ値ｍが加算される。ｍの値としては、例えば、ポインタどうしの間隔が１メートルの場合に、ｍ＝２０メートルなどの大きな値とする。これは、分岐器の箇所等において、分岐していく別の線路の距離程と本線の距離程を混同することを防止するためである。
【００９６】
次に、上記した３つの自車現在位置特定方法のうちの第２の方法、すなわち、ＤＧＰＳ位置座標から得られるＤＧＰＳ距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値（以下、「運用時線路曲率相当値」という。）を演算し、上記の線路情報データベース内の既知線路曲率相当値と比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する方法について、さらに詳細に説明する。
【００９７】
この方法では、まず、ＤＧＰＳ位置座標から得られるＤＧＰＳ距離程を初期値とする。これは、ＤＧＰＳのデータの信頼性は、高程度ではないが、中程度であり、車軸回転数から求めた車軸距離程よりも、ＤＧＰＳ距離程の方が初期値として信頼性が高い、と考えられるためである。
【００９８】
次に、運用走行時に算出された運用時線路曲率相当値と、既知線路曲率相当値との比較を行う。この方法について、図４を参照しつつ詳細に説明する。
【００９９】
まず、今回の運用走行では、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、車軸回転数より得られる列車走行速度ｖと、方位角変化率θ´から、上式（４）によって曲率相当値１／Ｒを演算する。
【０１００】
次に、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、今回の運用走行時の線路曲率相当値と、曲率相当値マップテーブル内の既知線路曲率相当値との比較を行う。この場合には、まず、今回の運用時線路曲率相当値と、線路情報データベース内の既知線路曲率相当値のデータについて、偏差係数を演算する。
【０１０１】
この偏差係数は、以下のようにして計算される。すなわち、まず、既知曲率相当値データの中から、距離程初期値が含まれるある区間、例えば、曲率相当値マップテーブルの距離程Ｋ１からＫ２までの区間を選ぶ。この区間の中には、ｉ個（ｉ：２以上の整数）の連続するポインタが含まれているとする。これらのポインタの既知曲率相当値データを、距離程の最小のポインタの曲率相当値データから距離程の最大のポインタの曲率相当値データまで順に並べ、δ１１，δ２，…，δｉであったとする。
【０１０２】
次に、今回の運用走行時において一定の距離でサンプルされた直前のｉ個の曲率相当値データを、距離程の最小のポインタの曲率相当値データから距離程の最大のポインタの曲率相当値データまで順に並べ、ξ１１，ξ２，…，ξｉであったとする。
【０１０３】
次に、これらの既知曲率相当値データと今回曲率相当値データを用いて、互いに対応するデータ値どうしの差の２乗値、例えば、（δ１−ξ１）２，（δ２−ξ２）２，…，（δｉ−ξｉ）２を求める。ポインタ個数はｉであるから、これらの２乗値は、ｉ個求められる。次に、これらのｉ個の２乗値の総和を演算する。これが偏差係数であり、これをｗとすると、偏差係数ｗは、下式（８）によって算出することができる。
ｗ＝Σ（δｋ−ξｋ）２ ………（８）
【０１０４】
情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、既知曲率相当値データの中から選ぶ区間の距離程を、例えば１ポインタずつ大きくしていったり、１ポインタずつ小さくしていったりして、その場合の偏差係数を計算する。その結果、偏差係数が最小となる区間が検索された場合は、その場合の距離程の移動量（距離程初期値から何ポインタ分ずらしたかを示す量）を求め、距離程初期値をその分だけ増減させて比較時点における距離程とする。
【０１０５】
上記の処理を図４のグラフを用いて説明する。図４（Ａ）は、既知線路曲率相当値と運用時線路曲率相当値の比較のために切り出された既知線路曲率相当値データの集合Ｓ１を、走行距離との関係において図示したグラフであり、横軸は走行距離（単位：１０４メートル）を、縦軸は線路曲率相当値（単位：１／メートル）を、それぞれ示している。この切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１は、上記の説明における距離程初期値Ｋｃに対応する既知線路曲率相当値データδｃを中心とするデータ集合であり、そのデータ個数は、ｉ個よりも数倍大きいｊ個（ｊ：ｊ＞ｉを満たす整数）とする。図４（Ａ）においては視認しやすいように、既知線路曲率相当値全体を実線で示し、そこから切り出された既知曲率相当値データ集合Ｓ１を太実線で図示している。
【０１０６】
次に、図４（Ｂ）は、今回の運用走行時における運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２、例えば、上記の説明におけるξ１１，ξ２，…，ξｉを、走行距離との関係において図示したグラフであり、横軸は走行距離（単位：１０４メートル）を、縦軸は線路曲率相当値（単位：１／メートル）を、それぞれ示している。図４（Ｂ）においては視認しやすいように、運用時線路曲率相当値データ集合Ｓ２を極太実線で図示している。
【０１０７】
次に、図４（Ｃ）は、上記した図４（Ａ）の切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、図４（Ｂ）の運用時線路曲率相当値データにｉ個のデータ集合Ｓ２を、同時に図示したものであり、横軸は走行距離（単位：１０４メートル）を、縦軸は線路曲率相当値（単位：１／メートル）を、それぞれ示している。図４（Ｃ）においては視認しやすいように、既知線路曲率相当値全体を実線で示し、そこから切り出された既知曲率相当値データ集合Ｓ１を太実線で図示し、また、運用時線路曲率相当値データ集合Ｓ２を極太実線で図示している。
【０１０８】
これらのデータ集合Ｓ１とデータ集合Ｓ２の波形は図４（Ｃ）において左から右へ向かう方向へ、距離Ｕだけ移動させれば、ほぼ重なり合う。このとき、波形がほぼ重なり合うことから、上記したように、両者のデータによって演算した偏差係数ｗの値は最小（例えばほぼ零）になる。また、図４（Ｃ）において、集合Ｓ２（運用時線路曲率相当値データ集合）を図における左から右へ向かう方向（距離程が増加する方向）へ補正量Ｕだけ移動させることにより、集合Ｓ１（既知線路曲率相当値データ集合）と、ほぼ重ね合わせることができたのであるから、今回の運用走行における比較時点の距離程初期値Ｋｃに、距離Ｕを加算した距離程が、この比較時点において情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）が出力する距離程となる。
【０１０９】
上記した３つの自車現在位置特定方法のうちの第３の方法としては、２つの方法が採用可能である。そのうちの一つの方法は、前回時点で特定された距離程を初期値として、この値に、車軸回転数から得られる車軸距離値を加算することにより、今回時点の距離程を算出する、という方法である。
【０１１０】
また、自車現在位置特定方法のうちの第３の方法の他の方法について、以下に説明する。まず、車軸回転数から得られる車軸距離程を初期値とする。そして、その後の過程、すなわち、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値である運用時線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する。この過程は、上記した第２の方法の場合と全く同様である。
【０１１１】
次に、本実施形態の列車自車位置検出システム１００の他の機能について説明する。本実施形態の列車自車位置検出システム１００においては、車軸距離程を算出する際の車輪直径Ｄの値を自動的に補正する機能を有している。
【０１１２】
情報処理部２２は、受信信頼度が高程度と判別される場合、例えば、上記したように、受信信頼度係数ｃが第２判別値ｓ２より大きい場合、すなわち、ｓ２＜ｃの場合には、ＤＧＰＳ位置座標により演算した走行距離ＬＧと、車軸回転数により演算した走行距離ＬＷとの比ＬＧ／ＬＷを演算する。
【０１１３】
上記の比ＬＧ／ＬＷ（以下、Ｒと表す。）の値が１であれば、補正は行わない。それ以外の場合は、ＤＧＰＳ位置座標により演算した走行距離ＬＧが正しいものとして、車輪２１の直径の値Ｄを補正する。
【０１１４】
例えば、上記の比Ｒの値が１より大きな値であれば、車軸回転数により演算した走行距離ＬＷが、正しい値よりも小さい、すなわち現在の演算に用いている車輪直径値Ｄの値が正しい値より小さいことを示している。このため、情報処理部２２は、情報記憶部２３に記憶されている車輪直径値Ｄの値を増加させるように補正する。補正の方法としては、その時点の記憶値Ｄに補正率Ｅを乗算する。この補正率Ｅ１は、下式（９）で表される。
Ｅ１＝１＋（Ｒ−１）×Ｊ１ ………（９）
【０１１５】
この場合、比Ｒの値は、１より大きな値であり、例えば１．１程度の値であるから、上式（９）の（Ｒ−１）は、正の小さな値、例えば０．１のような値となる。上式（９）のＪ１は、正の小さな値、例えば０．０５や０．１といった値である。
【０１１６】
上記のように、小さなＪ１の値を（Ｒ−１）に乗算する理由は、以下の通りである。もし、比Ｒの値が１．１であった場合に、その時点の車輪直径値Ｄに１．１を、そのまま乗算すると、車軸距離程の変化が大きすぎる場合がある。このため、車輪直径値を徐々に増大させるため、（Ｒ−１）の値の１／２０とか１／１０に相当する小さな値であるＪ１を乗算するのである。車輪直径値の増加程度が足りない場合には、次回の時点でも比Ｒが１より大きくなるため、再度、新たな増加のための補正率Ｅ１を乗算すればよい。
【０１１７】
また、上記の比Ｒの値が１より小さな値であれば、車軸回転数により演算した走行距離ＬＷが、正しい値よりも大きい、すなわち現在の演算に用いている車輪直径値Ｄの値が正しい値より大きいことを示している。このため、情報処理部２２は、情報記憶部２３に記憶されている車輪直径値Ｄの値を減少させるように補正する。補正の方法としては、その時点の記憶値Ｄに補正率Ｅ２を乗算する。この補正率Ｅ２は、下式（１０）で表される。
Ｅ２＝１−（１−Ｒ）×Ｊ２ ………（１０）
【０１１８】
この場合、比Ｒの値は、１より小さな値であり、例えば０．９程度の値であるから、上式（１０）の（１−Ｒ）は、正の小さな値、例えば０．１のような値となる。上式（１０）のＪ２は、正の小さな値、例えば０．０５や０．１といった値である。
【０１１９】
上記のように、小さなＪ２の値を（１−Ｒ）に乗算する理由は、上記したＪ１の場合と全く同様である。
【０１２０】
上記したように、本実施形態の列車自車位置検出システム１００を用いれば、ＧＰＳ衛星と基準位置局と列車搭載装置だけで列車の距離程を検出することができ、従来のシステムのようなＡＴＳ地上子等は不要となる。このため、ＡＴＳ地上子等が当初の位置から他の位置へ移設された場合であっても何らの支障もなく自車位置を検出することができる、という利点を有している。
【０１２１】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１２２】
例えば、上記実施形態においては、ＧＰＳ受信手段として、ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報と、基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、ＧＰＳ情報と位置補正情報に基づいてＤＧＰＳ位置座標を算出する手段を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成のＧＰＳ受信手段、例えば、位置補正情報を利用せずにＧＰＳ情報のみを受信し、ＧＰＳ情報に基づいて位置座標（ＧＰＳ位置座標）を算出する手段を用いてもよい。
【０１２３】
その場合には、受信信頼度係数は、上記したディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数ｈ（ｔ）を含まない関数とすることができる。例えば、以下に示すｃ１、ｃ２、ｃ３などが挙げられる。
ｃ１＝ｆ（ｎ）
ｃ２＝ｇ（ＨＤＯＰ）
ｃ３＝ｆ（ｎ）＋ｇ（ＨＤＯＰ）
【０１２４】
また、ＤＧＰＳではない一般のＧＰＳの場合には、受信信頼度係数を、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数ｈ（ｔ）を含ませるものの、ｔの値として、無限大に近い非常に大きな数値を用いるようにすることができる。このようにしても、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数ｈ（ｔ）の効果をほぼ零にすることができる。
【０１２５】
また、上記実施形態においては、車軸回転数検出手段として、列車の車軸に取り付けられた速度発電機を有するものを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の車軸回転数検出手段、例えば、列車が電気車の場合には、主電動機の回転軸に速度発電機を取り付けてもよい。また、列車が気動車の場合には、原動機の回転軸に速度発電機を取り付けてもよい。
【０１２６】
また、上記実施形態においては、鉄道の列車を例に挙げて説明したが、本発明は、他の交通機関、例えば、新交通システム、モノレール等にも応用可能である。
【０１２７】
また、情報記憶部２３は、上記した構成のもの以外に、フレキシブル・ディスク（ＦＤ）装置、ＭＯやＣＤ−ＲＷ等の光磁気ディスク装置、ＩＣカード装置と、これら装置に装填して情報を記録し又は読み出すためのディスク（記録媒体）によって構成してもよい。この場合には、上記した線路情報データベース（緯度及び経度と、線路の曲率相当値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づけるデータベース、例えば、上記の曲率相当値マップテーブル、緯度インデックス、経度インデックス等。）のデータを各ディスク等の記録媒体中に格納しておき、線路情報データベースのデータを記録媒体から読み出すようにしてもよい。このように、線路情報データベースのデータを記録媒体に記録しておけば、情報測定用走行で得られた線路情報データベースは、その情報測定用走行を行った列車以外の他の列車においても広く利用することができ、便利である。
【０１２８】
また、上記実施形態における式（８）の偏差係数ｗのかわりに、下式（１１）ないし下式（１４）で表される相互相関係数ρを演算し、この相互相関係数ρが最大となるように、切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２をずらし、ずらした移動量によって運用走行時に得た距離程を補正してもよい。相互相関係数ρは、ρ２≦１となる実数であり、切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２がほぼ重なり合う場合には、ρの値はほぼ１となる。
【０１２９】
ρ＝Ｖａｂ／（√Ｖａａ×√Ｖｂｂ） ……（１１）
Ｖａａ＝｛１／（ｉ−１）｝）×Σ｛（δｋ−ｍ１）２｝………（１２）
Ｖｂｂ＝｛１／（ｉ−１）｝）×Σ｛（ξｋ−ｍ２）２｝………（１３）
Ｖａｂ＝｛１／（ｉ−１）｝）×Σ｛（δｋ−ｍ１）×（ξｋ−ｍ２）｝……（１４）
【０１３０】
上式（１２）は、δのデータ集合における平均値ｍ１からのばらつきの度合いを示す「分散」を表している。また、上式（１３）は、ξのデータ集合における平均値ｍ２からのばらつきの度合いを示す「分散」を表している。また、上式（１４）は、２つのデータ集合であるδのデータ集合とξのデータ集合における「共分散」を表している。
【０１３１】
上式（１２）ないし上式（１４）において、Σは、ｋ＝１からｋ＝ｉまでの総和を表している。また、ｍ１は、ｉ個のデータδ１〜δｉの平均値を表している。また、ｍ２は、ｉ個のデータξ１〜ξｉの平均値を表している。
【０１３２】
なお、切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２を互いにずらしながら、ほぼ重なり合う状態を探索する方法は、上記実施形態の方法に限定されない。他の方法でもよい。例えば、距離程初期値Ｋｃに対応する既知線路曲率相当値データは、ある区間のδの集合のうちの最小となる値を選択してもよい。あるいは、距離程初期値Ｋｃに対応する既知線路曲率相当値データは、ある区間のδの集合のうちの最大となる値を選択してもよい。
【０１３３】
また、本発明は、ＧＰＳ処理部２６が、ＧＰＳ情報から方位角を出力する形式のＧＰＳ装置も使用可能である。この場合には、図１における方位角検出部２８は、ＧＰＳ処理部２６の中に含まれることになる。すなわち、この場合には、特許請求の範囲におけるＧＰＳ受信手段は、特許請求の範囲における方位角検出手段を含むことになる。
【０１３４】
また、上記した線路曲率相当値は、方位角変化率を用いて算出する方法のほか、上記した方位角変化量（θＢ−θＡ＝Δθ）を用いて算出してもよい。方位角を出力する時間間隔ΔＴが一定値の場合、例えば１秒ごとに方位角を出力するような場合には、上式（４）において、方位角変化率θ´（＝Δθ／ΔＴ）のかわりに方位角変化量Δθを用いても、方位角変化率θ´の場合とまったく同様にして線路曲率相当値（１／Ｒ）を求めることができる。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＧＰＳを列車走行システムに適用するとともに、方位角検出手段と、車軸回転数検出手段と、緯度及び経度と既知線路曲率相当値と距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、情報処理手段を設け、情報処理手段は、列車の運用走行時には、ＧＰＳ情報の信頼性の程度を表す受信信頼度係数を演算し、受信信頼度が高い場合には、ＧＰＳ位置座標に基づいて距離程を特定し、受信信頼度が中程度の場合には、ＧＰＳ距離程を初期値とし、運用走行時の線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより距離程を特定し、受信信頼度が低い場合には、車軸回転数に基づく距離程に基づいて、距離程を特定するように構成したので、ＧＰＳ衛星と基準位置局と列車搭載装置だけで列車の距離程を検出することができ、従来のシステムのようなＡＴＳ地上子等は不要となる。このため、ＡＴＳ地上子等が当初の位置から他の位置へ移設された場合であっても何らの支障もなく自車位置を検出することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である列車自車位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す列車自車位置検出システムにおける方位角変化率を説明する概念図である。
【図３】図１に示す列車自車位置検出システムの作用を説明する第１の図である。
【図４】図１に示す列車自車位置検出システムの作用を説明する第２の図である。
【符号の説明】
１ 鉄道線路
２ 列車
３ 基準位置局
１１ レール
２０ 列車搭載装置
２１ 車輪
２１ａ 車軸
２２ 情報処理部
２３ 情報記憶部
２４ 第１アンテナ
２５ 第２アンテナ
２６ ＧＰＳ処理部
２７ ディファレンシャル受信部
２８ 方位角検出部
２９ 車軸回転数検出部
３１ 送信アンテナ
１００ 列車自車位置検出システム
Ｇ１〜Ｇｎ ＧＰＳ衛星
Ｋ１ 切り出された既知線路曲率相当値データ集合に対応する距離程の最小値
Ｋ２ 切り出された既知線路曲率相当値データ集合に対応する距離程の最大値
Ｋｃ 距離程初期値
Ｓ１ 切り出された既知線路曲率相当値データ集合
Ｓ２ 運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合
Ｕ 補正量
【発明の属する技術分野】
本発明は、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報等に基づいて列車の位置を検出する方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道において、列車の走行している位置を検出する方法として、車輪の径を既知値とし、車輪の回転数を検出し、車輪が１回転するごとに、車輪の外周となる円の円周１個分だけ列車が移動するとして、走行距離を積算する原理を採用し、線路近傍に設置されたＡＴＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐ：自動列車停止装置）の地上子、又はＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動列車制御装置）の地上子等を基準の位置とし、ＡＴＳ地上子等の位置からの積算走行距離によって線路における自車の現在位置（例えば、その線路の起点からの距離程）を算出する方法が知られている。この方法では、ＡＴＳ地上子等の位置座標等は、あらかじめ計測され既知となっている。
【０００３】
上記した車輪の回転数は、列車の車軸などに取り付けられた速度発電機等によって検出され算出される。列車に搭載された位置検出装置は、得られた車軸等の回転数から、列車の移動距離を積算し、ＡＴＳ地上子等の位置座標から、列車の線路における現在位置を特定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２４８４６公報（第１−４頁、図１−３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の自車位置検出方法においては、列車の車輪は、走行により摩耗するため、すべての車両で正確な車輪径値を当初の設定値に維持することは困難であり、列車走行期間の経過に伴って誤差が生じるという問題がある。また、車輪の空転、滑走などにより、積算走行距離に誤差が混入する場合もある。また、保守作業や工事等により、ＡＴＳ地上子等が当初の位置から他の位置へ移設される場合があり、この場合には、移設後の位置座標を計測し、移設後のデータを上記の位置検出システムに再設定しておかないと、得られた自車位置は正確なものではなくなってしまう、という問題があった。また、自車の現在位置を一度見失うと、座標等が既知な特定駅に到達したときでないと、現在位置を検出できず、システムが復帰できない、という問題もあった。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報等に基づいて列車等の位置を検出する方法及びシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る列車自己位置検出方法は、列車に搭載される列車搭載装置と、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星を用い、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出する方法であって、
前記列車搭載装置に、
前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報を受信し、前記ＧＰＳ情報に基づいてＧＰＳ位置座標を算出するＧＰＳ受信手段と、
前記列車走行時の車体の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を設け、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記ＧＰＳ情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る列車自己位置検出方法は、
請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る列車自己位置検出方法は、
請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ＧＰＳ受信手段は、前記方位角検出手段を含み、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程により、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係る列車自己位置検出方法は、
請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記列車による情報測定用走行を行い、前記情報処理手段は、各時点での前記ＧＰＳ位置座標に基づいて走行区間の各位置を検出するとともに、前記車軸回転数に基づいて基準位置からの走行距離を演算し、かつ、各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から前記走行区間の各位置における線路曲率に相当する値を演算し既知線路曲率相当値として前記線路情報データベースに記憶させること
を特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項５に係る列車自己位置検出方法は、
請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
位置が計測されている基準位置局を備え、
前記ＧＰＳ受信手段は、前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報と、前記基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、前記ＧＰＳ情報及び前記位置補正情報に基づいてＤＧＰＳ位置座標を算出し、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を走行する際には、前記ＧＰＳ情報及び前記位置補正情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算すること
を特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項６に係る列車自己位置検出方法は、
請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記ＧＰＳ情報の受信に用いた前記ＧＰＳ衛星の個数ｎの関数であり、前記ｎが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第１項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるＨＤＯＰの関数であり、前記ＨＤＯＰが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第２項のうちの
少なくとも１つを有して構成される関数であること
を特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項７に係る列車自己位置検出方法は、
請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記ＧＰＳ情報の受信に用いた前記ＧＰＳ衛星の個数ｎの関数であり、前記ｎが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第１項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるＨＤＯＰの関数であり、前記ＨＤＯＰが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第２項と、
前記位置補正情報を受信した最近の時刻と、前記受信信頼度係数の演算時刻との時間差であるディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数であり、前記ｔが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第３項のうちの
少なくとも１つを有して構成される関数であること
を特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項８に係る列車自己位置検出方法は、
請求項７に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの値は、非常に大きな値に設定されること
を特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項９に係る列車自己位置検出方法は、
請求項７に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記第１項と前記第２項の和に、前記第３項を乗算することにより得られる関数であること
を特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項１０に係る列車自己位置検出方法は、
請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記ＤＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定する場合には、前記情報測定用走行により前記情報記憶手段に記憶されたＤＧＰＳ座標情報のうち、運用走行時のＧＰＳ情報及び位置補正情報から得られた位置である第１位置に近い２つの座標情報の位置である第２位置と第３位置を選択し、当該第２位置と第３位置を結ぶ線分に前記第１位置からおろした垂線が前記線分と交わる位置をもって列車の現在位置とすること
を特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項１１に係る列車自己位置検出方法は、
請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記運用時線路曲率相当値と前記既知線路曲率相当値との比較を行う場合には、前記既知線路曲率相当値データ群と前記運用時線路曲率相当値データ群とを、ある距離だけずらし、前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの差の２乗値の総和である偏差係数が最小となるか、又は前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの相互相関係数の値が最大となる場合に対応する距離程を前記列車の線路における現在位置として特定すること
を特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項１２に係る列車自己位置検出方法は、
請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＤＧＰＳ位置座標により演算した走行距離と、前記車軸回転数により演算した走行距離の比に応じて、前記車軸回転数から前記列車の走行距離を演算する際の前記列車の車輪径の値を補正すること
を特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項１３に係る列車自己位置検出システムは、
列車に搭載される列車搭載装置と、
地球を周回する複数のＧＰＳ衛星を有し、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出するシステムであって、
前記列車搭載装置は、
前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報を受信し、前記ＧＰＳ情報に基づいてＧＰＳ位置座標を算出するＧＰＳ受信手段と、
前記列車走行時の車体又は台車の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を備え、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記ＧＰＳ情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態である列車自車位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、この列車自車位置検出システム１００は、列車搭載装置２０と、基準位置局３と、ＧＰＳ衛星Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，…，Ｇｎを備えて構成されている。
【００２３】
列車搭載装置２０は、鉄道線路１を走行する列車２に搭載されている。また、基準位置局３は、公的な基準局であり、基準位置局３の位置は、あらかじめ計測等により既知である。基準位置局３は、送信アンテナ３１を有しており、基準位置局３の位置や時間等に関する位置補正情報を電波によって送信している。
【００２４】
また、複数のＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇｎは、地球を周回する人工衛星であり、その測位用コード、送信元のＧＰＳ衛星の軌道情報（送信元のＧＰＳ衛星の三次元位置座標と時間等に関する情報を含む）などのＧＰＳ情報を電波によって送信している。
【００２５】
したがって、列車搭載装置２０と複数のＧＰＳ衛星Ｇ１〜Ｇｎと基準基地局３により、ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：差動地球測位システム）が構成されている。
【００２６】
上記した列車搭載装置２０は、情報処理部２２と、情報記憶部２３と、第１アンテナ２４と、第２アンテナ２５と、ＧＰＳ処理部２６と、ディファレンシャル受信部２７と、方位角検出部２８と、車軸回転数検出部２９を有している。ここに、情報処理部２２は、特許請求の範囲における情報処理手段に相当し、情報記憶手段２３は、特許請求の範囲における情報記憶手段に相当している。また、第１アンテナ２４とＧＰＳ処理部２６と第２アンテナ２５とディファレンシャル受信部２７は、特許請求の範囲におけるＧＰＳ受信手段に相当している。また、方位角検出部２８は、特許請求の範囲における方位角検出手段に相当している。また、車軸回転数検出部２９は、特許請求の範囲における車軸回転数検出手段に相当している。
【００２７】
上記の第１アンテナ２４は、ＧＰＳ衛星Ｇ１等から送信される電波を検出し、ＧＰＳ処理部２６に出力する。また、第２アンテナ２５は、基準位置局３から送信される電波を検出し、ディファレンシャル受信部２７に出力する。ディファレンシャル受信部２７は、第２アンテナ２５が検出した電波により位置補正情報を得て、これをＧＰＳ処理部２６に出力する。ＧＰＳ処理部２６は、これらＧＰＳ情報と位置補正情報を用いて自車の位置座標を検出し、情報処理部２２に出力する。
【００２８】
ここで、方位角とは、地理的な北極へ向かう方向線と列車２の進行方向線とのなす角度をいう。方位角検出部２８は、地磁気センサ（図示せず）を有している。地磁気センサは、地球の磁界の強度を計測する磁気センサの一つである。地磁気センサとしては、探りコイル型磁気センサ、ホール素子型磁気センサ、磁気変調器型磁気センサなどが用いられる。これらの地磁気センサは、地球の磁界の北極（磁北極）の方向を検出する。
【００２９】
上記した磁気変調器型磁気センサの一として、フラックス・ゲート型磁気センサが用いられる。フラックス・ゲート型磁気センサは、透磁率の高い材料からなるコアに巻かれた交流駆動コイルによりコアを磁気飽和させておき、コアに巻かれた他の磁界検出コイルに現れる出力電圧から外部磁界を検出するセンサである。磁界検出コイルを２組（ｘ方向磁界検出コイル、ｙ方向磁界検出コイル）設け、ｘ方向磁界検出コイルとｙ方向磁界検出コイルが互いに垂直になるように配置することにより、外部磁界のｘ方向成分とｙ方向成分を検出することができる。
【００３０】
この原理を利用することにより、地球の磁界の北極（磁北極）の方向を検出することができる。磁北極と地理的北極の位置関係は既知であるから、磁北極への方向を求めることにより、地理的な北極へ向かう方向線と列車２の進行方向線とのなす角度である方位角を検出することができる。方位角検出部２８が他の形式の地磁気センサを有する場合も、原理は異なるが、磁北極の方向を検出することができ、これにもとづいて列車２の方位角を検出することができるようになっている。方位角検出部２８の検出した方位角を示す出力は、情報処理部２２に送られる。
【００３１】
また、車軸回転数検出部２９は、速度発電機（図示せず）を有している。速度発電機は、列車２の車軸２１ａに取り付けられた装置であり、車軸２１ａの回転数に応じてパルス（例えば１回転ごとにν個のパルス。ν：正の整数。）を発生させる。このパルスにより、車軸２１ａの回転数が検出される。車軸回転数を示す出力は、情報処理部２２に送られる。
【００３２】
情報処理部２２は、ＧＰＳ処理部２６から送られてくるＧＰＳ情報と位置補正情報を処理・解析する部分である。この情報処理部２２は、図示はしていないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）、ＲＡＭ、データ・指令入力部、画像表示部、出力部等を有している。
【００３３】
ＣＰＵは、図示はしていないが、各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。
【００３４】
情報記憶部２３は、図示はしていないが、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）等を有しており、ＣＰＵを制御するための制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。また、ＲＯＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００３５】
また、情報処理部２２は、図示はしていないが、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）等を有している。ＲＡＭは、ＣＰＵにより演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。ＲＡＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００３６】
また、情報処理部２２は、図示はしていないが、キーボードや各種キーやスイッチ等のデータ・入力部と、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：陰極線管表示装置）モニタや液晶表示パネル等の画像表示部を有している。また、情報処理部２２は、図示はしていないが、出力部を有している。出力部は、プリンタ、外部出力端子、モデムなどの通信装置、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ポート等を有しており、ＣＰＵの演算結果や処理したデータを、紙等に印字したり、あるいは電気信号として外部へ出力又は送信する部分である。なお、外部出力端子に、フレキシブル・ディスク（ＦＤ）装置、ＭＯやＣＤ−ＲＷ等の光磁気ディスク装置、ＩＣカード装置等の外部記録装置を接続すれば、設定すべきデータや、ＣＰＵが処理した結果データ等をディスク等の記録媒体に記録して外部に取り出すことができる。
【００３７】
また、本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６も、図示はしていないが、上記したものと同様の構成及び作用を有するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、データ・指令入力部、出力部等を有している。
【００３８】
上記した情報処理部２２は、車軸回転数検出部２９から送られてくる出力から車軸回転数を検出する。また、情報処理部２２は、単位時間当たりの車軸回転数から、車軸の回転速度を演算する。情報処理部２２は、演算された車軸の回転速度と、既知の値である車輪２１の径から、列車２の走行速度を演算する。
【００３９】
例えば、単位時間当たりの車軸回転数がＮ（回／秒）の場合、車軸の角速度ωは、ω＝２πＮ（ラジアン／秒）となる。ここに、πは円周率を示している。この場合、列車２の車輪２１の直径をＤ（メートル）とすると、車輪２１の外周での速度ＶＯは、ＶＯ＝（Ｄ／２）×ω＝πＮＤ（メートル／秒）と表される。車輪２１とレール１１の間に滑りなどがないとしているので、列車２の走行速度は、速度ＶＯと等しくなる。
【００４０】
情報処理部２２は、車軸回転数検出部２９からのパルス数を積算する。例えば、列車２の車輪２１の直径をＤ（メートル）とすると、車輪２１の外周（円周）の長さは、πＤ（メートル）となる。また、車軸の１回転でν個のパルスを車軸回転数検出部２９が発生する場合には、情報処理部２２は、積算されたパルスの個数がＭ個の場合には、πＭＤ／ν（メートル）を算出し、車輪２１とレール１１の間に滑りなどはないものとし、πＭＤ／ν（メートル）の値を列車２の移動距離として出力する。また、情報処理部２２は、算出された移動距離を用いて、起点（距離程：零）から当該地点までの距離程や、距離程が既知な中間地点から当該地点までの距離程を計算する。ここに、「距離程」とは、直線距離ではなく、鉄道線路１に沿って移動した長さであり、いわゆる「道のり」に相当する値である。また、上記した各演算結果は、情報記憶部２３、あるいは情報処理部２２内のＲＡＭ等に記憶される。上記のように車軸の回転から求められた距離程を、以下、「車軸距離程」という。
【００４１】
次に、上記した列車自車位置検出システム１００の行う作用について、図３ないし図４を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００４２】
列車自車位置検出システム１００の行う作用の説明に先立ち、ＤＧＰＳの構成及び作用について説明を行う。
【００４３】
ＧＰＳ衛星Ｇ１等は、地球の上空約２００００ｋｍで地球を取り巻く軌道上を周回する人工衛星である。軌道は、６個の異なる軌道があり、それぞれの軌道は、地球の赤道面を横切る経度が６０度ずつずらされている。ＧＰＳ衛星の総数は２４個であり、各軌道にはＧＰＳ衛星がそれぞれ４個ずつ配置されている。このような構成により、地球上のどの地点においても、４個以上のＧＰＳ衛星が視界に入るようになっている。
【００４４】
それぞれのＧＰＳ衛星Ｇ１等からは、測位用の電波信号が発信されている。この電波信号は、ディジタル信号であり、このディジタル信号の中には、所定周期（例えば１ミリ秒）ごとに繰り返される測位用コード、発信されたＧＰＳ衛星の軌道情報などが含まれている。この測位用コードは、ＧＰＳ処理部２６の内部でも生成されている。このため、ＧＰＳ衛星Ｇ１等が搭載している時計の時刻と、受信する側（例えばＧＰＳ処理部２６）の時計の時刻が誤差なく一致していれば、測位用コードの時間のずれ（以下、「時間差」という。）を検出することにより、受信したＧＰＳ衛星と、受信した装置の位置の間の距離（以下、「疑似距離」という。）を算出することができる。
【００４５】
すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波受信位置から、あるＧＰＳ衛星までの疑似距離は、上記の時間差に電波の速度（光速度）を乗算することにより得ることができる。各時刻におけるＧＰＳ衛星の三次元位置座標は、上記したディジタル信号中の軌道情報から算出することができる。ある時刻におけるあるＧＰＳ衛星の三次元位置座標を（α，β，γ）とし、ＧＰＳ電波受信位置の三次元位置座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、その時刻における疑似距離をＲとすれば、下式（１）が成立する。
（ｘ−α）２＋（ｙ−β）２＋（ｚ−γ）２＝Ｒ２………（１）
【００４６】
ＧＰＳ電波受信位置の三次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の変数の個数は３個であるから、同時に異なる３個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を３個求め、これらを解くことにより、ｘ，ｙ，ｚの値を得ることができることになる。しかし、ＧＰＳ衛星の時計と、受信装置の時計との間には時間の誤差があるため、算出された疑似距離Ｒには、誤差ΔＲが含まれる。このため、上記の方法では、ｘ，ｙ，ｚの値を一義的に決定することはできない。
【００４７】
これを解決するためには、同時に異なる少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を少なくとも４個求めれば、ΔＲを考慮しつつ、ｘ，ｙ，ｚの値を一義的に決定することができる。本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６は、受信したＧＰＳ衛星の個数ｎを情報処理部２２に出力するように構成されている。
【００４８】
４個以上のＧＰＳ衛星を捕捉して、その電波信号を得ても、ＧＰＳ衛星どうしの相対的な配置状態によっては、測位精度はかえって低下する。これは、幾何学的な性質によるものである。このため、このような場合の精度を、幾何学的精度低下率（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「ＧＤＯＰ」という。）という。
【００４９】
ＧＤＯＰの値が小さいほど精度は高くなる。例えば、ＧＰＳ電波信号の受信位置と、各ＧＰＳ衛星を結ぶ線どうしが作る相対角度が大きいほど、ＧＤＯＰの値は小さくなる。したがって、４つのＧＰＳ衛星を結んで作成される四面体の体積が大きいほどＧＤＯＰ値は小さくなる。このため、ＧＰＳ処理部２６においては、５個以上のＧＰＳ衛星を捕捉した場合には、ＧＤＯＰ値が最小となるような４個のＧＰＳ衛星の組み合わせを選択し、これを測位計算に採用するようにしている。
【００５０】
また、上記のＧＤＯＰは、下式（２）で表される。
ＧＤＯＰ２＝ＰＤＯＰ２＋ＴＤＯＰ２………（２）
【００５１】
上式（２）において、ＰＤＯＰは、地球上の観測点における位置精度の低下率（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「位置精度低下率」という。）を示しており、ＴＤＯＰは、時刻の精度低下率（Ｔｉｍｅ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「時刻精度低下率」という。）を示している。
【００５２】
また、ＰＤＯＰは、下式（３）で表される。
ＰＤＯＰ２＝ＨＤＯＰ２＋ＶＤＯＰ２………（３）
【００５３】
上式（３）において、ＨＤＯＰは、地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「水平方向位置精度低下率」という。）を示しており、ＶＤＯＰは、地球上の観測点における垂直方向での位置精度の低下率（ＶｅｒｔｉｃａｌＤｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：以下、「垂直方向位置精度低下率」という。）を示している。
【００５４】
本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６は、所定の比例定数を用いて算出したＨＤＯＰ値を情報処理部２２に出力するように構成されている。
【００５５】
上記の説明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：地球測位システム）の一般的な構成と作用に関するものである。通常のＧＰＳ衛星からの電波信号の中には、電離層や対流層の影響による電波の遅延、ＧＰＳ受信装置側の時計の誤差、ＧＰＳ衛星内の時計の誤差が含まれる。このため、これらの影響により、測位結果にも誤差が含まれるようになる。このような誤差を低減し、測位結果の精度を高めることを目的としたものがＤＧＰＳである。
【００５６】
ＤＧＰＳでは、ＧＰＳ衛星と受信装置に加え、正確な位置データ（緯度、経度、地球楕円体上の高さ）が測量等によって計測されている基準位置において、上記のＧＰＳによる測位（単独測位）を行う。これにより、基準位置の既知の位置データ（基準位置データ）と、その時点のＧＰＳによる位置データ（ＧＰＳ位置データ）の両方が得られる。基準位置データとＧＰＳ位置データの差は、他の位置における補正量として用いることが可能である。
【００５７】
このため、この基準位置データとＧＰＳ位置データの差のデータを、リアルタイムで演算し、位置補正情報として電波により発信すれば、この位置補正情報を受信した他の箇所においては、ＧＰＳの単独測位により算出された位置座標から位置補正情報に示す補正量の分だけ差し引く補正を行うことにより、さらに高精度の三次元位置座標を算出し、この三次元位置座標から、地球上の緯度と経度に変換した位置座標（以下、「ＤＧＰＳ位置座標」という。）の値を得ることができる。このようなシステムがＤＧＰＳである。本実施形態の列車自車位置検出システム１００においては、基準位置局３の位置が既知であり、基準位置局３がリアルタイムで位置補正情報を送信している。ここに、ＤＧＰＳ位置座標は、特許請求の範囲におけるＧＰＳ位置座標に相当している。
【００５８】
なお、ＤＧＰＳにおいては、基準位置局からの位置補正情報を、同時刻のＧＰＳ測位位置の補正に用いることが理想的であるが、実際には、基準位置局からの位置補正情報を、ある時間が経過した時点のＧＰＳ測位位置の補正に用いることになる。しかし、ＧＰＳ衛星は時々刻々と移動しているため、時間が経過するにしたがって、位置補正情報にも誤差が入ってくる。基準位置局からの位置補正情報の送信時刻を基準としたときの、他の箇所の補正を行う時刻を「遅延時間」とし、τで表した場合、位置補正情報の誤差は、τ２に比例することが知られている。本実施形態の列車自車位置検出システム１００におけるＧＰＳ処理部２６は、位置補正情報を受信した最近の時刻と、補正を行うデータの時刻との時間差を、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔとして、情報処理部２２に出力するように構成されている。
【００５９】
また、情報処理部２２は、上記したＤＧＰＳ位置座標（緯度，経度）から、距離程を求めることができる。すなわち、線路上の２点の距離が十分小さければ、２点の直線距離は距離程に等しいから、これを利用して距離程を求め、これらを加算することにより、起点からの距離程を算出することができる。このように、ＤＧＰＳ位置座標から求められた距離程を、以下、「ＤＧＰＳ距離程」という。
【００６０】
次に、上記のようなＤＧＰＳを備えた本実施形態の列車自車位置検出システム１００の作用について、さらに詳細に説明を行う。
【００６１】
まず、線路情報のデータベースを作成するため、図１に示すように、列車２によって、鉄道線路１の情報測定用走行が行われる。図１において、鉄道線路１は、図の左右方向に設置されており、列車２は、図の左から右へ向かって走行するように図示されている。
【００６２】
この情報測定用走行では、情報処理部２２は、各時点での車軸回転数より得られる列車走行速度と、各時点での方位角から、各時点での走行区間の各位置における「線路曲率相当値」を演算する。また、その時点での車軸距離程を算出する。
【００６３】
以下に、線路曲率相当値について、図２を参照しつつ説明する。図２（Ａ）に示すように、線路上の点Ａと、点Ａから微少距離だけ離れた線路上の点Ｂを考える。この場合、曲線ＡＢを円弧とみなすことができ、その曲率半径をＲ（単位：メートル）と考えると、円の中心をＯとして、円弧ＡＢの中心角を微少角度Δθ（単位：ラジアン）とすると、円弧ＡＢの長さＬＡＢ（単位：メートル）は、Ｒ×Δθにより算出することができる。したがって、Δθは、（ＬＡＢ／Ｒ）によって算出することができる。
【００６４】
また、図２（Ｂ）に示すように、点Ａにおける方位角をラジアンを単位としてθＡとし、点Ｂにおける方位角をラジアンを単位としてθＢとすると、点Ａから点Ｂに移動した場合の方位角の変化量（θＢ−θＡ）は、Δθに等しい。この方位角の変化量Δθを、経過した時間ΔＴ（単位：秒）で除した値（Δθ／ΔＴ）を、以下、「方位角変化率」θ´ということにする。この方位角変化率θ´すなわち（Δθ／ΔＴ）は、図２（Ａ）の関係より、（ＬＡＢ／ΔＴ）×（１／Ｒ）と表すことができる。
【００６５】
ここで、（ＬＡＢ／ΔＴ）は、曲線ＡＢの経路上を移動した場合の列車走行速度ｖ（単位：メートル／秒）である。また、（１／Ｒ）は、曲率半径Ｒの逆数であり、これを「線路曲率相当値」と定義すると、線路曲率相当値（１／Ｒ）は、下式（４）により得られる。
１／Ｒ＝θ´／ｖ ………（４）
【００６６】
このようにして、線路上での実測距離（例えば１メートル）の点（以下、「ポインタ」という。）ごとに、車軸距離程と、その車軸距離程の位置における線路曲率相当値（１／Ｒ：以下、「既知線路曲率相当値」という。）を対応させた線路情報データベースを作成する。ポインタと距離程と既知線路曲率相当値を関係づけたデータテーブルを、以下「曲率相当値マップテーブル」という。この曲率相当値マップテーブルには、線区コードも一緒に記憶される。線区コードは、鉄道の各線区を特定するためのコードであり、同一の線区であっても、上り線と下り線では異なるコードが割り当てられる。
【００６７】
また、走行距離１メートルごとの各ポインタにおいて、ＤＧＰＳ位置座標（緯度の値，経度の値）が得られるが、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、これらのデータから、ポインタと緯度データのみを並べたデータテーブル（以下、「緯度インデックス」という。）と、ポインタと経度データのみを並べたデータテーブル（以下、「経度インデックス」という。）を作成し、これらを上記の線路情報データベースに組み込む。
【００６８】
次に、上記のようにして作成した線路情報データベースを列車２に実装して、運用走行を行う。ここでは、作成された線路情報データベースは、その後、列車２の情報記憶部２３に記憶されたものとする。この列車２の運用走行においては、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、その時点でＧＰＳ処理部２６から入力されてきたＧＰＳ情報と位置補正情報から、受信信頼度係数を演算する。受信信頼度係数は、ＧＰＳ情報と位置補正情報の信頼性の程度である受信信頼度を表す値である。
【００６９】
受信信頼度係数をｃと表すと、受信信頼度係数ｃは、下式（５）で表される。ｃ＝｛ｆ（ｎ）＋ｇ（ＨＤＯＰ）｝×ｈ（ｔ）………（５）
この場合、ｃの値が大きいほど受信の信頼性が高いことを示している。
【００７０】
上式（５）において、第１項であるｆ（ｎ）は、ＧＰＳ情報の受信に用いたＧＰＳ衛星の個数ｎの関数を示している。ｆ（ｎ）の値は、ｎの値が零から３までの間は、零となっている。また、ｎの値が４以上の場合には、ｆ（ｎ）の値は、ｎに等しい。すなわち、ｎの値が４の場合には、ｆ（ｎ）の値は４となり、ｎの値が５の場合には、ｆ（ｎ）の値は５となる。以下は同様である。
【００７１】
上記したように、ＤＧＰＳにおいて受信位置でのＤＧＰＳ位置座標を求めるためには、一般のＧＰＳの単独測位の場合と同様に、ＧＰＳ衛星の個数ｎは、少なくとも４個は必要である。したがって、ｎが３以下の場合には、測位の信頼性の程度は最も低いので、零と設定した。また、ｎが４以上となれば、ＧＤＯＰ（又はＨＤＯＰ）が最良となるようにＧＰＳ衛星の組み合わせ（４個）を選定することができ、ｎの値が大きくなるほど、精度のよい組み合わせを選定できると考えられるため、測位の信頼性の程度は増加する。この性質を表すため、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｎとした。
【００７２】
なお、ｆ（ｎ）の関数は、上記以外のものであってもよい。例えば、ｎが３以下の場合には、零以外の一定値ｋとするようにしてもよい。また、この場合で、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｎ２＋ｋとしてもよい。あるいは、ｎが３以下の場合には、零以外の一定値ｋとし、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｎａ＋ｋとしてもよい。この場合、ａは、１以上の整数である。あるいは、ｎが３以下の場合には、零以外の一定値ｋとし、ｎが４以上の場合には、ｆ（ｎ）＝ｆ１（ｎ）＋ｋとしてもよい。この場合、ｆ１（ｎ）は、ｎが増加するにつれて増加する関数である。要は、関数ｆ（ｎ）は、ｎが３以下の場合には、一定値ｋであり、ｎが４以上の場合には、ｋから増加するような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【００７３】
また、上式（５）において、第２項であるｇ（ＨＤＯＰ）は、水平方向位置精度低下率ＨＤＯＰの関数を示している。簡単にするためにＨＤＯＰをｐと表すと、ｇ（ｐ）は、ｐが小さくなるにつれて、その値が大きくなるような関数となる。例えば、ｇ（ｐ）は、ｐに反比例する関数、ｇ（ｐ）＝１／ｐとしてもよい。あるいは、ｇ（ｐ）は、ｐ２に反比例する関数、ｇ（ｐ）＝１／ｐ２としてもよい。一般に、ｇ（ｐ）は、ｐｂに反比例する関数、ｇ（ｐ）＝１／ｐｂとしてもよい。この場合、ｂは、１以上の整数である。
【００７４】
上記したように、ＤＧＰＳにおいて、受信位置での水平方向の位置精度を増加させるためには、水平方向位置精度低下率ＨＤＯＰの値が小さいほど有利である。このため、ｇ（ｐ）は、ＨＤＯＰが小さいほど大きな値となる関数となるように設定した。
【００７５】
なお、ｇ（ｐ）の関数は、上記以外のものであってもよい。例えば、一般に、ｇ（ｐ）は、ｐｂに反比例するとともに、ｂが零のときに切片を持つ関数、ｇ（ｐ）＝１／（ｐ＋ｅ）ｂとしてもよい。この場合、ｂは１以上の整数であり、ｅは正の実数である。要は、関数ｇ（ＨＤＯＰ）は、ＨＤＯＰが小さいほど大きな値となるような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【００７６】
また、上式（５）において、第３項であるｈ（ｔ）は、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数を示している。ｈ（ｔ）は、ｔ２が大きくなるにつれて、その値が小さくなり、ｔが零のときに切片を持つような関数となる。例えば、ｈ（ｔ）は、ｈ（ｔ）＝１／（ｔ２＋ｑ）ｒとしてもよい。この場合、ｑは正の実数であり、ｒは１以上の整数である。
【００７７】
上記したように、ＤＧＰＳにおいて、受信位置での位置精度を増加させるためには、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの値が小さいほど有利である。また、ｔ２の値に比例して誤差は増大する。このため、ｈ（ｔ）は、ｔ２が小さいほど大きな値となる関数となるように設定した。
【００７８】
なお、ｈ（ｔ）の関数は、上記以外のものであってもよい。要は、関数ｈ（ｔ）は、ｔ２が小さいほど大きな値となるような関数であれば、どのような関数であってもよいのである。
【００７９】
なお、受信信頼度係数ｃは、上式（５）の関数には限定されない。一般には、上式（５）の第１項ｆ（ｎ）、第２項ｇ（ＨＤＯＰ）、第３項ｈ（ｔ）のうちの少なくとも１つを有して構成される関数であれば、どのような関数であってもよい。例えば、第１項ｆ（ｎ）と第２項ｇ（ＨＤＯＰ）と第３項ｈ（ｔ）の総和であってもよい。あるいは、第１項ｆ（ｎ）と第２項ｇ（ＨＤＯＰ）と第３項ｈ（ｔ）を乗算したものであってもよい。あるいは、第１項ｆ（ｎ）と第３項ｈ（ｔ）の和に第２項ｇ（ＨＤＯＰ）を乗算することにより得られる関数であってもよい。あるいは、第２項ｇ（ＨＤＯＰ）と第３項ｈ（ｔ）の和に第１項ｆ（ｎ）を乗算することにより得られる関数であってもよい。あるいは、いずれか２つの項を乗算したものに残りの１項を加算することによって得られる関数であってもよい。
【００８０】
次に、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、算出された受信信頼度係数ｃの値を、情報記憶部２３にあらかじめ記憶されている判別値と比較する。判別値としては、例えば、ｓ１＜ｓ２となる２つの実数ｓ１（以下、「第１判別値」という。）とｓ２（以下、「第２判別値」という。）が用いられる。
【００８１】
この場合、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、算出された受信信頼度係数ｃが第２判別値ｓ２より大きい場合、すなわち、ｓ２＜ｃの場合には、ＤＧＰＳの受信の信頼度が「高程度」であると判別する。この場合には、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、ＤＧＰＳ位置座標に基づいて、この走行区間における列車の現在位置（例えば距離程）を特定する。これは、ＤＧＰＳからのデータの信頼性が高い場合には、ＤＧＰＳのデータのみによって位置を特定する方が精度が高いと考えられるからである。
【００８２】
また、算出された受信信頼度係数ｃが、第１判別値ｓ１以上でかつ第２判別値ｓ２以下の場合、すなわち、ｓ１≦ｃ≦ｓ２の場合には、ＤＧＰＳの受信の信頼度が「中程度」であると判別する。この場合には、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、ＤＧＰＳ位置座標から得られるＤＧＰＳ距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する。これは、ＤＧＰＳからのデータの信頼性がそれほど高くない場合には、ＤＧＰＳから得られるＤＧＰＳ距離程に、方位角のデータを付加して位置を特定する方が、ＤＧＰＳのデータのみによる方法よりも精度が高いと考えられるからである。
【００８３】
また、算出された受信信頼度係数ｃが、第１判別値ｓ１よりも小さい場合、すなわち、ｃ＜ｓ１の場合には、ＤＧＰＳの受信の信頼度が「低程度」であると判別する。この場合には、情報処理部２２内のＣＰＵ（図示せず）は、車軸回転数に基づく車軸距離程に基づいて、走行区間における列車の現在位置を特定する。これは、ＤＧＰＳからのデータの信頼性が低い場合には、ＤＧＰＳのデータは採用せず、車軸回転数に基づく距離程である車軸距離程に基づいて位置を特定する方が、精度が高いと考えられるからである。
【００８４】
次に、上記した３つの自車現在位置特定方法のうちの第１の方法、すなわちＤＧＰＳ位置座標に基づいて走行区間における列車の現在位置（距離程）を特定する方法について、さらに詳細に説明する。
【００８５】
図３において、符号１は、鉄道線路の平面形状を示している。この場合、列車は、図３の下方から上方へ向けて走行しているとする。このとき、ＤＧＰＳ位置座標（緯度λ，経度μ）が得られたとする。また、この位置は、図３において、鉄道線路１の上の点ではない点Ｃであったとする。ここまでの過程を、以下、「第１ステップ」という。
【００８６】
この場合、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、上記した緯度インデックスの中から、緯度λが中間に含まれるようにして、緯度λよりも小さな緯度を有するポインタをｎ個、緯度λよりも大きな緯度を有するポインタをｎ個、合計２ｎ個のポインタを選択する。ここまでの過程を、以下、「第２ステップ」という。
【００８７】
また、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、上記した経度インデックスの中から、経度μが中間に含まれるようにして、経度μよりも小さな経度を有するポインタをｎ個、経度μよりも大きな経度を有するポインタをｎ個、合計２ｎ個のポインタを選択する。ここまでの過程を、以下、「第３ステップ」という。
【００８８】
次に、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、上記のようにして選択されたポインタのうち、一致する（同一の）ポインタのみを選び出す。次に、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、これらのポインタと、上記の点Ｃとの距離を計算する。
【００８９】
例えば、点ＣのＤＧＰＳ位置座標を、ある位置を基準としたｘｙ座標系に変換して（ｘ１，ｙ１）を算出し、距離を算出する対象となるポインタのＤＧＰＳ位置座標を上記のｘｙ座標系に変換して（ｘ２，ｙ２）を算出すれば、点Ｃとこのポインタの２点間の距離Ｌは、下式（６）によって算出することができる。
Ｌ＝｛（ｘ２−ｘ１）２＋（ｙ２−ｙ１）２｝１／２………（６）
【００９０】
このようにして、点Ｃと各ポインタの距離Ｌを求めた後、距離Ｌが最小となる点（ポインタ）と、その次に距離が小さくなる点（ポインタ）の２点を選び出す。図３においては、これらの２点（ポインタ）として、点Ａと点Ｂが図示されている。この場合、点Ｂの距離程は、点Ａの距離程よりも大きくなっている。ここまでの過程を、以下、「第４ステップ」という。
【００９１】
図３において、点Ａと点Ｃの距離をａとし、点Ｃと点Ｂの距離をｂとし、点Ａと点Ｂの距離をｃとする。この場合には、点Ｃから線分ＡＢにおろした垂線が線分ＡＢと交差する点をＰとすると、点Ａと点Ｐの距離ｄは、下式（７）によって算出することができる。ここまでの過程を、以下、「第５ステップ」という。
ｄ＝（ａ２−ｂ２＋ｃ２）／２ｃ ………（７）
【００９２】
情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、点Ａの距離程に、上式（７）によって算出された値ｄを加算した距離程を、現在時点の距離程とし出力するとともに、情報記憶部２３に記憶させる。ここまでの過程を、以下「第６ステップ」という。
【００９３】
上記において、点Ｃの位置は、特許請求の範囲における第１位置に相当し、点Ａの位置は、特許請求の範囲における第２位置に相当し、点Ｂの位置は、特許請求の範囲における第３位置に相当している。あるいは、点Ａの位置を、特許請求の範囲における第３位置とし、点Ａの位置を、特許請求の範囲における第２位置としてもよい。
【００９４】
なお、上記した方法の第４ステップにおいて、選び出された各ポインタと点Ｃとの距離を計算し、距離が最小となる点（ポインタ）と、その次に距離が小さくなる点（ポインタ）の２点を選び出す場合には、線区コードについても判別が行われ、線区コードに応じて所定の処理が行われる。すなわち、選び出された各ポインタの線区コードが、列車が現在走行している線路の線区コードと同一の場合は、上記した方法がそのまま適用される。
【００９５】
しかし、選び出された各ポインタのうちのいずれかが、列車が現在走行している線路の線区コードと異なる線区コードを有する場合には、点Ｃとの距離が算出された後、その距離値に所定のペナルティ値ｍが加算される。ｍの値としては、例えば、ポインタどうしの間隔が１メートルの場合に、ｍ＝２０メートルなどの大きな値とする。これは、分岐器の箇所等において、分岐していく別の線路の距離程と本線の距離程を混同することを防止するためである。
【００９６】
次に、上記した３つの自車現在位置特定方法のうちの第２の方法、すなわち、ＤＧＰＳ位置座標から得られるＤＧＰＳ距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値（以下、「運用時線路曲率相当値」という。）を演算し、上記の線路情報データベース内の既知線路曲率相当値と比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する方法について、さらに詳細に説明する。
【００９７】
この方法では、まず、ＤＧＰＳ位置座標から得られるＤＧＰＳ距離程を初期値とする。これは、ＤＧＰＳのデータの信頼性は、高程度ではないが、中程度であり、車軸回転数から求めた車軸距離程よりも、ＤＧＰＳ距離程の方が初期値として信頼性が高い、と考えられるためである。
【００９８】
次に、運用走行時に算出された運用時線路曲率相当値と、既知線路曲率相当値との比較を行う。この方法について、図４を参照しつつ詳細に説明する。
【００９９】
まず、今回の運用走行では、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、車軸回転数より得られる列車走行速度ｖと、方位角変化率θ´から、上式（４）によって曲率相当値１／Ｒを演算する。
【０１００】
次に、情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、今回の運用走行時の線路曲率相当値と、曲率相当値マップテーブル内の既知線路曲率相当値との比較を行う。この場合には、まず、今回の運用時線路曲率相当値と、線路情報データベース内の既知線路曲率相当値のデータについて、偏差係数を演算する。
【０１０１】
この偏差係数は、以下のようにして計算される。すなわち、まず、既知曲率相当値データの中から、距離程初期値が含まれるある区間、例えば、曲率相当値マップテーブルの距離程Ｋ１からＫ２までの区間を選ぶ。この区間の中には、ｉ個（ｉ：２以上の整数）の連続するポインタが含まれているとする。これらのポインタの既知曲率相当値データを、距離程の最小のポインタの曲率相当値データから距離程の最大のポインタの曲率相当値データまで順に並べ、δ１１，δ２，…，δｉであったとする。
【０１０２】
次に、今回の運用走行時において一定の距離でサンプルされた直前のｉ個の曲率相当値データを、距離程の最小のポインタの曲率相当値データから距離程の最大のポインタの曲率相当値データまで順に並べ、ξ１１，ξ２，…，ξｉであったとする。
【０１０３】
次に、これらの既知曲率相当値データと今回曲率相当値データを用いて、互いに対応するデータ値どうしの差の２乗値、例えば、（δ１−ξ１）２，（δ２−ξ２）２，…，（δｉ−ξｉ）２を求める。ポインタ個数はｉであるから、これらの２乗値は、ｉ個求められる。次に、これらのｉ個の２乗値の総和を演算する。これが偏差係数であり、これをｗとすると、偏差係数ｗは、下式（８）によって算出することができる。
ｗ＝Σ（δｋ−ξｋ）２ ………（８）
【０１０４】
情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）は、既知曲率相当値データの中から選ぶ区間の距離程を、例えば１ポインタずつ大きくしていったり、１ポインタずつ小さくしていったりして、その場合の偏差係数を計算する。その結果、偏差係数が最小となる区間が検索された場合は、その場合の距離程の移動量（距離程初期値から何ポインタ分ずらしたかを示す量）を求め、距離程初期値をその分だけ増減させて比較時点における距離程とする。
【０１０５】
上記の処理を図４のグラフを用いて説明する。図４（Ａ）は、既知線路曲率相当値と運用時線路曲率相当値の比較のために切り出された既知線路曲率相当値データの集合Ｓ１を、走行距離との関係において図示したグラフであり、横軸は走行距離（単位：１０４メートル）を、縦軸は線路曲率相当値（単位：１／メートル）を、それぞれ示している。この切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１は、上記の説明における距離程初期値Ｋｃに対応する既知線路曲率相当値データδｃを中心とするデータ集合であり、そのデータ個数は、ｉ個よりも数倍大きいｊ個（ｊ：ｊ＞ｉを満たす整数）とする。図４（Ａ）においては視認しやすいように、既知線路曲率相当値全体を実線で示し、そこから切り出された既知曲率相当値データ集合Ｓ１を太実線で図示している。
【０１０６】
次に、図４（Ｂ）は、今回の運用走行時における運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２、例えば、上記の説明におけるξ１１，ξ２，…，ξｉを、走行距離との関係において図示したグラフであり、横軸は走行距離（単位：１０４メートル）を、縦軸は線路曲率相当値（単位：１／メートル）を、それぞれ示している。図４（Ｂ）においては視認しやすいように、運用時線路曲率相当値データ集合Ｓ２を極太実線で図示している。
【０１０７】
次に、図４（Ｃ）は、上記した図４（Ａ）の切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、図４（Ｂ）の運用時線路曲率相当値データにｉ個のデータ集合Ｓ２を、同時に図示したものであり、横軸は走行距離（単位：１０４メートル）を、縦軸は線路曲率相当値（単位：１／メートル）を、それぞれ示している。図４（Ｃ）においては視認しやすいように、既知線路曲率相当値全体を実線で示し、そこから切り出された既知曲率相当値データ集合Ｓ１を太実線で図示し、また、運用時線路曲率相当値データ集合Ｓ２を極太実線で図示している。
【０１０８】
これらのデータ集合Ｓ１とデータ集合Ｓ２の波形は図４（Ｃ）において左から右へ向かう方向へ、距離Ｕだけ移動させれば、ほぼ重なり合う。このとき、波形がほぼ重なり合うことから、上記したように、両者のデータによって演算した偏差係数ｗの値は最小（例えばほぼ零）になる。また、図４（Ｃ）において、集合Ｓ２（運用時線路曲率相当値データ集合）を図における左から右へ向かう方向（距離程が増加する方向）へ補正量Ｕだけ移動させることにより、集合Ｓ１（既知線路曲率相当値データ集合）と、ほぼ重ね合わせることができたのであるから、今回の運用走行における比較時点の距離程初期値Ｋｃに、距離Ｕを加算した距離程が、この比較時点において情報処理部２２のＣＰＵ（図示せず）が出力する距離程となる。
【０１０９】
上記した３つの自車現在位置特定方法のうちの第３の方法としては、２つの方法が採用可能である。そのうちの一つの方法は、前回時点で特定された距離程を初期値として、この値に、車軸回転数から得られる車軸距離値を加算することにより、今回時点の距離程を算出する、という方法である。
【０１１０】
また、自車現在位置特定方法のうちの第３の方法の他の方法について、以下に説明する。まず、車軸回転数から得られる車軸距離程を初期値とする。そして、その後の過程、すなわち、運用走行時の各時点での方位角と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率相当値である運用時線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する。この過程は、上記した第２の方法の場合と全く同様である。
【０１１１】
次に、本実施形態の列車自車位置検出システム１００の他の機能について説明する。本実施形態の列車自車位置検出システム１００においては、車軸距離程を算出する際の車輪直径Ｄの値を自動的に補正する機能を有している。
【０１１２】
情報処理部２２は、受信信頼度が高程度と判別される場合、例えば、上記したように、受信信頼度係数ｃが第２判別値ｓ２より大きい場合、すなわち、ｓ２＜ｃの場合には、ＤＧＰＳ位置座標により演算した走行距離ＬＧと、車軸回転数により演算した走行距離ＬＷとの比ＬＧ／ＬＷを演算する。
【０１１３】
上記の比ＬＧ／ＬＷ（以下、Ｒと表す。）の値が１であれば、補正は行わない。それ以外の場合は、ＤＧＰＳ位置座標により演算した走行距離ＬＧが正しいものとして、車輪２１の直径の値Ｄを補正する。
【０１１４】
例えば、上記の比Ｒの値が１より大きな値であれば、車軸回転数により演算した走行距離ＬＷが、正しい値よりも小さい、すなわち現在の演算に用いている車輪直径値Ｄの値が正しい値より小さいことを示している。このため、情報処理部２２は、情報記憶部２３に記憶されている車輪直径値Ｄの値を増加させるように補正する。補正の方法としては、その時点の記憶値Ｄに補正率Ｅを乗算する。この補正率Ｅ１は、下式（９）で表される。
Ｅ１＝１＋（Ｒ−１）×Ｊ１ ………（９）
【０１１５】
この場合、比Ｒの値は、１より大きな値であり、例えば１．１程度の値であるから、上式（９）の（Ｒ−１）は、正の小さな値、例えば０．１のような値となる。上式（９）のＪ１は、正の小さな値、例えば０．０５や０．１といった値である。
【０１１６】
上記のように、小さなＪ１の値を（Ｒ−１）に乗算する理由は、以下の通りである。もし、比Ｒの値が１．１であった場合に、その時点の車輪直径値Ｄに１．１を、そのまま乗算すると、車軸距離程の変化が大きすぎる場合がある。このため、車輪直径値を徐々に増大させるため、（Ｒ−１）の値の１／２０とか１／１０に相当する小さな値であるＪ１を乗算するのである。車輪直径値の増加程度が足りない場合には、次回の時点でも比Ｒが１より大きくなるため、再度、新たな増加のための補正率Ｅ１を乗算すればよい。
【０１１７】
また、上記の比Ｒの値が１より小さな値であれば、車軸回転数により演算した走行距離ＬＷが、正しい値よりも大きい、すなわち現在の演算に用いている車輪直径値Ｄの値が正しい値より大きいことを示している。このため、情報処理部２２は、情報記憶部２３に記憶されている車輪直径値Ｄの値を減少させるように補正する。補正の方法としては、その時点の記憶値Ｄに補正率Ｅ２を乗算する。この補正率Ｅ２は、下式（１０）で表される。
Ｅ２＝１−（１−Ｒ）×Ｊ２ ………（１０）
【０１１８】
この場合、比Ｒの値は、１より小さな値であり、例えば０．９程度の値であるから、上式（１０）の（１−Ｒ）は、正の小さな値、例えば０．１のような値となる。上式（１０）のＪ２は、正の小さな値、例えば０．０５や０．１といった値である。
【０１１９】
上記のように、小さなＪ２の値を（１−Ｒ）に乗算する理由は、上記したＪ１の場合と全く同様である。
【０１２０】
上記したように、本実施形態の列車自車位置検出システム１００を用いれば、ＧＰＳ衛星と基準位置局と列車搭載装置だけで列車の距離程を検出することができ、従来のシステムのようなＡＴＳ地上子等は不要となる。このため、ＡＴＳ地上子等が当初の位置から他の位置へ移設された場合であっても何らの支障もなく自車位置を検出することができる、という利点を有している。
【０１２１】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１２２】
例えば、上記実施形態においては、ＧＰＳ受信手段として、ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報と、基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、ＧＰＳ情報と位置補正情報に基づいてＤＧＰＳ位置座標を算出する手段を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成のＧＰＳ受信手段、例えば、位置補正情報を利用せずにＧＰＳ情報のみを受信し、ＧＰＳ情報に基づいて位置座標（ＧＰＳ位置座標）を算出する手段を用いてもよい。
【０１２３】
その場合には、受信信頼度係数は、上記したディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数ｈ（ｔ）を含まない関数とすることができる。例えば、以下に示すｃ１、ｃ２、ｃ３などが挙げられる。
ｃ１＝ｆ（ｎ）
ｃ２＝ｇ（ＨＤＯＰ）
ｃ３＝ｆ（ｎ）＋ｇ（ＨＤＯＰ）
【０１２４】
また、ＤＧＰＳではない一般のＧＰＳの場合には、受信信頼度係数を、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数ｈ（ｔ）を含ませるものの、ｔの値として、無限大に近い非常に大きな数値を用いるようにすることができる。このようにしても、ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数ｈ（ｔ）の効果をほぼ零にすることができる。
【０１２５】
また、上記実施形態においては、車軸回転数検出手段として、列車の車軸に取り付けられた速度発電機を有するものを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の車軸回転数検出手段、例えば、列車が電気車の場合には、主電動機の回転軸に速度発電機を取り付けてもよい。また、列車が気動車の場合には、原動機の回転軸に速度発電機を取り付けてもよい。
【０１２６】
また、上記実施形態においては、鉄道の列車を例に挙げて説明したが、本発明は、他の交通機関、例えば、新交通システム、モノレール等にも応用可能である。
【０１２７】
また、情報記憶部２３は、上記した構成のもの以外に、フレキシブル・ディスク（ＦＤ）装置、ＭＯやＣＤ−ＲＷ等の光磁気ディスク装置、ＩＣカード装置と、これら装置に装填して情報を記録し又は読み出すためのディスク（記録媒体）によって構成してもよい。この場合には、上記した線路情報データベース（緯度及び経度と、線路の曲率相当値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づけるデータベース、例えば、上記の曲率相当値マップテーブル、緯度インデックス、経度インデックス等。）のデータを各ディスク等の記録媒体中に格納しておき、線路情報データベースのデータを記録媒体から読み出すようにしてもよい。このように、線路情報データベースのデータを記録媒体に記録しておけば、情報測定用走行で得られた線路情報データベースは、その情報測定用走行を行った列車以外の他の列車においても広く利用することができ、便利である。
【０１２８】
また、上記実施形態における式（８）の偏差係数ｗのかわりに、下式（１１）ないし下式（１４）で表される相互相関係数ρを演算し、この相互相関係数ρが最大となるように、切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２をずらし、ずらした移動量によって運用走行時に得た距離程を補正してもよい。相互相関係数ρは、ρ２≦１となる実数であり、切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２がほぼ重なり合う場合には、ρの値はほぼ１となる。
【０１２９】
ρ＝Ｖａｂ／（√Ｖａａ×√Ｖｂｂ） ……（１１）
Ｖａａ＝｛１／（ｉ−１）｝）×Σ｛（δｋ−ｍ１）２｝………（１２）
Ｖｂｂ＝｛１／（ｉ−１）｝）×Σ｛（ξｋ−ｍ２）２｝………（１３）
Ｖａｂ＝｛１／（ｉ−１）｝）×Σ｛（δｋ−ｍ１）×（ξｋ−ｍ２）｝……（１４）
【０１３０】
上式（１２）は、δのデータ集合における平均値ｍ１からのばらつきの度合いを示す「分散」を表している。また、上式（１３）は、ξのデータ集合における平均値ｍ２からのばらつきの度合いを示す「分散」を表している。また、上式（１４）は、２つのデータ集合であるδのデータ集合とξのデータ集合における「共分散」を表している。
【０１３１】
上式（１２）ないし上式（１４）において、Σは、ｋ＝１からｋ＝ｉまでの総和を表している。また、ｍ１は、ｉ個のデータδ１〜δｉの平均値を表している。また、ｍ２は、ｉ個のデータξ１〜ξｉの平均値を表している。
【０１３２】
なお、切り出された既知線路曲率相当値データ集合Ｓ１と、運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合Ｓ２を互いにずらしながら、ほぼ重なり合う状態を探索する方法は、上記実施形態の方法に限定されない。他の方法でもよい。例えば、距離程初期値Ｋｃに対応する既知線路曲率相当値データは、ある区間のδの集合のうちの最小となる値を選択してもよい。あるいは、距離程初期値Ｋｃに対応する既知線路曲率相当値データは、ある区間のδの集合のうちの最大となる値を選択してもよい。
【０１３３】
また、本発明は、ＧＰＳ処理部２６が、ＧＰＳ情報から方位角を出力する形式のＧＰＳ装置も使用可能である。この場合には、図１における方位角検出部２８は、ＧＰＳ処理部２６の中に含まれることになる。すなわち、この場合には、特許請求の範囲におけるＧＰＳ受信手段は、特許請求の範囲における方位角検出手段を含むことになる。
【０１３４】
また、上記した線路曲率相当値は、方位角変化率を用いて算出する方法のほか、上記した方位角変化量（θＢ−θＡ＝Δθ）を用いて算出してもよい。方位角を出力する時間間隔ΔＴが一定値の場合、例えば１秒ごとに方位角を出力するような場合には、上式（４）において、方位角変化率θ´（＝Δθ／ΔＴ）のかわりに方位角変化量Δθを用いても、方位角変化率θ´の場合とまったく同様にして線路曲率相当値（１／Ｒ）を求めることができる。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＧＰＳを列車走行システムに適用するとともに、方位角検出手段と、車軸回転数検出手段と、緯度及び経度と既知線路曲率相当値と距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、情報処理手段を設け、情報処理手段は、列車の運用走行時には、ＧＰＳ情報の信頼性の程度を表す受信信頼度係数を演算し、受信信頼度が高い場合には、ＧＰＳ位置座標に基づいて距離程を特定し、受信信頼度が中程度の場合には、ＧＰＳ距離程を初期値とし、運用走行時の線路曲率相当値を演算し、既知線路曲率相当値との比較を行うことにより距離程を特定し、受信信頼度が低い場合には、車軸回転数に基づく距離程に基づいて、距離程を特定するように構成したので、ＧＰＳ衛星と基準位置局と列車搭載装置だけで列車の距離程を検出することができ、従来のシステムのようなＡＴＳ地上子等は不要となる。このため、ＡＴＳ地上子等が当初の位置から他の位置へ移設された場合であっても何らの支障もなく自車位置を検出することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である列車自車位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す列車自車位置検出システムにおける方位角変化率を説明する概念図である。
【図３】図１に示す列車自車位置検出システムの作用を説明する第１の図である。
【図４】図１に示す列車自車位置検出システムの作用を説明する第２の図である。
【符号の説明】
１ 鉄道線路
２ 列車
３ 基準位置局
１１ レール
２０ 列車搭載装置
２１ 車輪
２１ａ 車軸
２２ 情報処理部
２３ 情報記憶部
２４ 第１アンテナ
２５ 第２アンテナ
２６ ＧＰＳ処理部
２７ ディファレンシャル受信部
２８ 方位角検出部
２９ 車軸回転数検出部
３１ 送信アンテナ
１００ 列車自車位置検出システム
Ｇ１〜Ｇｎ ＧＰＳ衛星
Ｋ１ 切り出された既知線路曲率相当値データ集合に対応する距離程の最小値
Ｋ２ 切り出された既知線路曲率相当値データ集合に対応する距離程の最大値
Ｋｃ 距離程初期値
Ｓ１ 切り出された既知線路曲率相当値データ集合
Ｓ２ 運用時線路曲率相当値データのｉ個のデータ集合
Ｕ 補正量
Claims (13)
- 列車に搭載される列車搭載装置と、地球を周回する複数のＧＰＳ衛星を用い、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出する方法であって、
前記列車搭載装置に、
前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報を受信し、前記ＧＰＳ情報に基づいてＧＰＳ位置座標を算出するＧＰＳ受信手段と、
前記列車走行時の車体の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を設け、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記ＧＰＳ情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ＧＰＳ受信手段は、前記方位角検出手段を含み、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程により、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項１に記載の列車自車位置検出方法において、
前記列車による情報測定用走行を行い、前記情報処理手段は、各時点での前記ＧＰＳ位置座標に基づいて走行区間の各位置を検出するとともに、前記車軸回転数に基づいて基準位置からの走行距離を演算し、かつ、各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から前記走行区間の各位置における線路曲率に相当する値を演算し既知線路曲率相当値として前記線路情報データベースに記憶させること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
位置が計測されている基準位置局を備え、
前記ＧＰＳ受信手段は、前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報と、前記基準位置局から電波によって送信される位置補正情報を受信し、前記ＧＰＳ情報及び前記位置補正情報に基づいてＤＧＰＳ位置座標を算出し、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を走行する際には、前記ＧＰＳ情報及び前記位置補正情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記ＧＰＳ情報の受信に用いた前記ＧＰＳ衛星の個数ｎの関数であり、前記ｎが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第１項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるＨＤＯＰの関数であり、前記ＨＤＯＰが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第２項のうちの
少なくとも１つを有して構成される関数であること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項４に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記ＧＰＳ情報の受信に用いた前記ＧＰＳ衛星の個数ｎの関数であり、前記ｎが大きいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第１項と、
地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率であるＨＤＯＰの関数であり、前記ＨＤＯＰが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第２項と、
前記位置補正情報を受信した最近の時刻と、前記受信信頼度係数の演算時刻との時間差であるディファレンシャル補正データ更新時間ｔの関数であり、前記ｔが小さいほど前記受信信頼度が高いことを表現する第３項のうちの
少なくとも１つを有して構成される関数であること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項７に記載の列車自車位置検出方法において、
前記ディファレンシャル補正データ更新時間ｔの値は、非常に大きな値に設定されること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項７に記載の列車自車位置検出方法において、
前記受信信頼度係数は、
前記第１項と前記第２項の和に、前記第３項を乗算することにより得られる関数であること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記ＤＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定する場合には、前記情報測定用走行により前記情報記憶手段に記憶されたＤＧＰＳ座標情報のうち、運用走行時のＧＰＳ情報及び位置補正情報から得られた位置である第１位置に近い２つの座標情報の位置である第２位置と第３位置を選択し、当該第２位置と第３位置を結ぶ線分に前記第１位置からおろした垂線が前記線分と交わる位置をもって列車の現在位置とすること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記運用時線路曲率相当値と前記既知線路曲率相当値との比較を行う場合には、前記既知線路曲率相当値データ群と前記運用時線路曲率相当値データ群とを、ある距離だけずらし、前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの差の２乗値の総和である偏差係数が最小となるか、又は前記運用時線路曲率相当値データと前記既知線路曲率相当値データの相互相関係数の値が最大となる場合に対応する距離程を前記列車の線路における現在位置として特定すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 請求項５に記載の列車自車位置検出方法において、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＤＧＰＳ位置座標により演算した走行距離と、前記車軸回転数により演算した走行距離の比に応じて、前記車軸回転数から前記列車の走行距離を演算する際の前記列車の車輪径の値を補正すること
を特徴とする列車自車位置検出方法。 - 列車に搭載される列車搭載装置と、
地球を周回する複数のＧＰＳ衛星を有し、前記列車の線路における現在位置を前記列車搭載装置により検出するシステムであって、
前記列車搭載装置は、
前記ＧＰＳ衛星から電波によって送信されるＧＰＳ情報を受信し、前記ＧＰＳ情報に基づいてＧＰＳ位置座標を算出するＧＰＳ受信手段と、
前記列車走行時の車体又は台車の方位角を検出する方位角検出手段と、
前記列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、
緯度及び経度と、前記線路の曲率に相当する値である既知線路曲率相当値と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、
情報処理手段を備え、
前記情報処理手段は、前記列車が前記線路を運用走行する際には、前記ＧＰＳ情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が高程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づいて前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が中程度と判別される場合には、前記ＧＰＳ位置座標に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点での前記方位角と、前記車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率に相当する値である運用時線路曲率相当値を演算し、前記線路情報データベース内の既知線路曲率相当値との比較を行うことにより、前記走行区間における列車の現在位置を特定し、
前記情報処理手段は、前記受信信頼度が低程度と判別される場合には、前記車軸回転数に基づく距離程に基づいて、前記走行区間における列車の現在位置を特定すること
を特徴とする列車自車位置検出システム。
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