JP2011225188A - 列車位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で列車の走行位置を車上で高精度に検出する。
【解決手段】速度発電機３からの信号によるＴＧ位置とＧＰＳ受信機４からのＧＰＳ位置を比較して列車の位置を検出するとともに、検出した列車の位置を、加速度センサ５から出力する列車の上下振動信号と集音装置６から出力する音響信号の両方の波形特徴を抽出して車上装置２がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過したときの特異点通過信号により補正して、ＧＰＳ受信機４の測位精度が変化した場合、あるいは速度発電機３からの信号が車輪の空転や滑走などにより不正確になっても列車位置を補正して高精度に列車位置を検出する。
【選択図】図２

Description

この発明は、走行している列車の現在位置を車上で検出する列車位置検出装置に関するものである。

列車の運行を安全に制御するため速度発電機から入力する信号により列車が走行している距離を積算して列車の走行位置を検出したり、特許文献１に示すように、ＧＰＳ衛星からの電波を列車に設けたＧＰＳ受信機で取得して列車の現在位置を検出して列車の速度を制御している。

速度発電機からの信号は、車輪の空転や滑走などにより速度が不正確となり、誤差が大きく、距離を積算すると誤差が蓄積して列車の走行位置を正確に検出することは困難である。また、ＧＰＳの測位精度は衛星搭載クロックの精度や衛星からの測距信号の伝播経路上にある電離層等で生じる遅延やＧＰＳ受信機の設置されている環境により定まる。列車に搭載したＧＰＳ受信機は列車の走行にしたがって位置が変化するとともに周囲の環境も変化し、ＧＰＳ受信機の測位精度は刻々と変化する。このＧＰＳ受信機を利用して列車の走行位置を検出する場合、ＧＰＳ受信機の測位精度が変化すると検出する位置精度も変動して列車の走行位置を正確に検出できなくなるという問題がある。

このような問題を解消するため、地上の所定の位置に地上子を設け、速度発電機からの信号により検出した列車の走行位置やＧＰＳ受信機で取得した列車の走行位置を地上子からの信号を受信して位置補正を行っている。列車の走行位置を正確に検出するためにはレールに沿って多くの地上子を設ける必要があり、地上設備の設置や保守点検が容易でなく、多くの費用を要するという問題がある。

この地上設備を設けずに列車の走行位置を検出する列車位置検出装置が特許文献２に開示されている。特許文献２に示された列車位置検出装置は、速度発電機から入力する信号により列車が走行している距離を積算して列車の走行位置を検出するとともに振動センサ又は集音装置を利用してレール継ぎ目を検出したとき、あらかじめ記憶したレール継ぎ目位置キロ程情報のなかから検出した列車の走行位置に最も近いキロ程情報を検索して速度発電機からの信号により検出した列車の走行位置を補正している。

特許文献２に示すように振動センサ又は集音装置を利用してレール継ぎ目を検出して列車の走行位置を補正するためには、レールの継ぎ目を連続的に検出する必要があり、外乱などによりレール継ぎ目を検出できなかった場合に誤差が蓄積して列車の走行位置を正確に検出できなくなるおそれがある。

また、保線によりレールの継ぎ目が変化した場合、レール継ぎ目位置キロ程情報を書き換える必要がある。このレール継ぎ目位置キロ程情報は、例えば５０ｍの長さのレールを使用した場合でも膨大であり、この書き換えが容易でないという短所がある。さらに走行経路の基点を検出することができないという短所もある。

この発明は、このような短所を改善し、簡単な構成で列車の走行位置を車上で高精度に検出することができる列車位置検出装置を提供することを目的とするものである。

この発明の列車位置検出装置は、列車に搭載された車上装置と速度発電機とＧＰＳ受信機と加速度センサ及び集音装置を有し、前記ＧＰＳ受信機は列車の絶対位置を検出し、前記加速度センサは列車の上下振動の変化を検出し、前記集音装置は列車がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過するときの音の変化を検出し、前記車上装置は距離積算部と特異点判定部と制御情報記憶部と列車位置検出部と列車位置補正部を有し、前記距離積算部は前記速度発電機から入力する信号により列車が走行している距離を積算して前記列車位置検出部に出力し、前記特異点判定部は前記加速度センサから出力する上下振動信号と前記集音装置から出力する音響信号を入力し、入力した上下振動信号及び音響信号の波形特徴を抽出し、あらかじめ設定されたレール継ぎ目や分岐部等の特異点における波形特徴パターンと比較し、入力した上下振動信号及び音響信号の波形特徴が設定された波形特徴パターンと一致又は近似したとき、列車がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過したと判定して特異点通過信号を前記列車位置補正部に出力し、前記制御情報記憶部には、あらかじめ測定して特定した位置補正用のレール継ぎ目位置と分岐部の位置を含む経路情報があらかじめ格納され、前記列車位置検出部は前記距離積算部から入力する列車の走行距離と前記制御情報記憶部に格納された経路情報により列車の走行位置（以下、ＴＧ位置という）を算出し、算出したＴＧ位置と前記ＧＰＳ受信機から入力する列車の走行位置（以下、ＧＰＳ位置という）とを比較し、ＴＧ位置とＧＰＳ位置とが一致又は近似している場合は、ＧＰＳ位置を列車位置として決定し、ＴＧ位置とＧＰＳ位置とが近似していない場合は、算出したＴＧ位置を列車位置として決定して前記列車位置補正部に出力し、前記列車位置補正部は入力した列車位置により前記制御情報記憶部に格納された経路情報の特異点の位置を検索し、入力した列車位置が特異点近傍にあるとき、前記特異点判定部から入力する特異点通過信号により列車位置を補正することを特徴とする。

前記列車位置補正部で補正した列車位置により前記制御情報記憶部に格納された経路情報を検索し、補正した列車位置の基点からの距離を読み出して前記距離積算部に出力し、前記距離積算部は前記列車位置補正部から入力する距離に基づいて列車の走行距離を算出することを特徴とする。

また、前記特異点判定部は前記加速度センサから入力する上下振動信号及び集音装置から入力する音響信号の波形特徴の変動からレール破断を検出してレール破断検出信号を前記列車位置補正部に出力し、前記列車位置補正部はレール破断検出信号を入力すると、前記列車位置検出部から入力する列車位置にレール破断検出信号を付加して前記制御情報記憶部の経路情報に書き込むことを特徴とする。

この発明は、加速度センサから出力する列車の上下振動信号と集音装置から出力する音響信号の両方の波形特徴を抽出して列車がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過するかどうかを判定するから、レール継ぎ目等の特異点を精度良く検出することができる。

また、速度発電機からの信号によるＴＧ位置とＧＰＳ受信機からのＧＰＳ位置を比較して列車位置を検出するとともに、検出した列車位置を位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部を列車が通過したときの特異点通過信号により補正するから、ＧＰＳ受信機の測位精度が変化したり、速度発電機からの信号が車輪の空転や滑走などにより不正確になっても列車位置を補正して高精度に列車位置を検出することができる。

さらに、列車位置を補正する特異点として位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部をあらかじめ設定しておくことにより、制御情報記憶部に格納する経路情報に含まれる特異点の情報を低減することができるとともに列車位置を補正するとき、保線によりレール継ぎ目が変動したときの影響を受けにくくすることができる。

また、ＧＰＳ受信機から出力する絶対位置により列車が走行する経路の基点を検出することができ、列車位置を精度良く検出することができる。

また、加速度センサから入力する上下振動信号と集音装置から入力する音響信号の波形特徴の変動によりレール破断を車上で検出することもできる。

この発明の列車位置検出装置の構成を示すブロック図である。 車上装置の構成を示すブロック図である。 列車位置検出装置による列車位置検出動作を示すフローチャートである。

図１はこの発明の列車位置検出装置の構成を示すブロック図である。図に示すように列車位置検出装置は、列車１に搭載された車上装置２と速度発電機３とＧＰＳ受信機４と加速度センサ５及び集音装置６を有する。ＧＰＳ受信機４はＧＰＳ衛星から送信されＧＰＳアンテナ７で受信した電波により列車１の位置（緯度・経度）を検出する。加速度センサ５は走行中の列車１の上下振動の変化を検出する。集音装置６は列車１の車輪がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過するときの音の変化を検出する。

車上装置２は、図２のブロック図に示すように、距離積算部１１と特異点判定部１２と制御情報記憶部１３と列車位置検出部１４と列車位置補正部１５と演算処理部１６及び速度制御部１７を有する。距離積算部１１は速度発電機３から入力する信号により列車１が走行している距離を積算して列車位置検出部１４に出力する。特異点判定部１２は加速度センサ５から列車１の上下振動を示す上下振動信号を入力するとともに集音装置６から出力する音響信号を入力し、入力した上下振動信号の波形特徴を抽出し、あらかじめ設定されたレール継ぎ目や分岐部等の特異点における振動パターンと比較するとともに入力した音響信号の波形特徴を抽出し、あらかじめ設定されたレール継ぎ目や分岐部等の特異点における音響パターンと比較し、入力した上下振動信号の波形特徴が振動パターンと一致又は近似し、入力した音響信号の波形特徴が音響パターンと一致又は近似したとき、列車１がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過したと判定して特異点通過信号を列車位置補正部１５に出力する。

このように特異点判定部１２は加速度センサ５から出力する上下振動信号と集音装置６から出力する音響信号の両方の波形特徴を抽出して列車１がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過するかどうかを判定するから、レール継ぎ目等の特異点の検出精度を高めることができる。

制御情報記憶部１３には列車１が走行する経路情報と速度制限区間毎の制限速度情報等の各種情報があらかじめ格納されている。この制御情報記憶部１３に格納された経路情報には、例えば所定距離毎に特定した位置補正用のレール継ぎ目位置と分岐部の位置があらかじめ測定されて含まれる。

列車位置検出部１４は距離積算部１１から入力する列車１の走行距離と制御情報記憶部１３に格納された経路情報により列車１の走行位置（以下、ＴＧ位置という）を算出し、算出したＴＧ位置とＧＰＳ受信機４から入力する列車１の走行位置（以下、ＧＰＳ位置という）とを比較し、ＴＧ位置とＧＰＳ位置とが一致又は近似している場合は、ＧＰＳ受信機４は正常に動作していると判定し、ＧＰＳ受信機４から入力したＧＰＳ位置を列車位置として決定し列車位置補正部１５に出力する。また、列車位置検出部１４はＴＧ位置とＧＰＳ位置とが近似していない場合は、算出したＴＧ位置を列車位置として決定し列車位置補正部１５に出力する。

列車位置補正部１５は入力した列車位置により制御情報記憶部１３に格納された経路情報の位置補正用のレール継ぎ目位置と分岐部の位置を検索し、入力した列車位置が位置補正用のレール継ぎ目位置又は分岐部の位置の近傍にあるとき、特異点判定部１２から特異点通過信号が入力すると、そのときの列車位置と一致又は近似する位置補正用のレール継ぎ目位置又は分岐部の位置を抽出し、抽出した位置補正用のレール継ぎ目位置又は分岐部の位置により入力した列車位置を補正し、補正した列車位置を演算処理部１６に出力するとともに補正した列車位置により制御情報記憶部１３に格納された経路情報を検索し、補正した列車位置の基点からの距離を読み出して距離積算部１１に出力する。距離積算部１１は列車位置補正部１５から入力した距離を基準として列車１の走行距離を算出する。

演算処理部１６は列車位置補正部１５から入力する列車位置と制御情報記憶部１３に格納された速度制御情報により速度パターンを作成して速度制御部１７に出力する。速度制御部１７は入力した速度パターンと速度発電機３から入力する速度情報により列車１の速度を制御する。

この列車位置検出装置で列車位置を検出するときの動作について図３のフローチャートを参照して説明する。

列車１が走行しているとき車上装置２の列車位置検出部１４は距離積算部１１から列車の走行距離を逐次入力し、入力した列車１の走行距離と制御情報記憶部１３に格納された経路情報によりＴＧ位置を算出するとともに（ステップＳ１，Ｓ２）、ＧＰＳ受信機４で検出しているＧＰＳ位置を入力する（ステップＳ３）。列車位置検出部１４は入力したＴＧ位置とＧＰＳ位置とを比較し、ＴＧ位置とＧＰＳ位置が一致又は近似しているかどうかを判定し（ステップＳ４）、ＴＧ位置とＧＰＳ位置が一致又は近似している場合は、ＧＰＳ受信機４は正常に動作していると判定し、ＧＰＳ受信機４から入力したＧＰＳ位置を列車位置として決定して列車位置補正部１５に出力する(ステップＳ５)。また、列車位置検出部１４はＴＧ位置とＧＰＳ位置とが近似していない場合は、算出したＴＧ位置を列車位置として決定して列車位置補正部１５に出力する（ステップＳ６）。列車位置補正部１５は入力している列車位置により制御情報記憶部１３に格納された経路情報の位置補正用のレール継ぎ目位置と分岐部の位置を照合し、入力している列車位置が位置補正用のレール継ぎ目や分岐部等の特異点近傍かどうかを判定する（ステップＳ７）。列車位置補正部１５は入力した列車位置が位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部の近傍にあり、特異点判定部１２から特異点通過信号が入力すると（ステップＳ８）、そのときの列車位置と一致又は近似する位置補正用のレール継ぎ目位置又は分岐部の位置を抽出し、抽出した位置補正用のレール継ぎ目位置又は分岐部の位置により入力した列車位置を補正し、補正した列車位置を演算処理部１６に出力するとともに補正した列車位置により制御情報記憶部１３に格納された経路情報を検索し、補正した列車位置の基点からの距離を読み出して距離積算部１１に出力する（ステップＳ９）。

また、列車位置補正部１５は入力した列車位置が位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部の近傍にないとき入力した列車位置を演算処理部１６に出力し（ステップＳ７)、入力した列車位置が位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部の近傍にあるが特異点判定部１２から特異点通過信号が入力しないときは位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部を検出できなかったと判定して入力した列車位置を演算処理部１６に出力する（ステップＳ８）。演算処理部１６は入力する列車位置と制御情報記憶部１３に格納された速度制御情報により速度パターンを作成して速度制御部１７に出力して列車１の速度を制御させる（ステップＳ１０）。一方、距離積算部１１は列車位置補正部１５から入力した距離を基準として列車１の走行距離を算出して列車位置検出部１４に出力する(ステップＳ１１，Ｓ１)。この処理を列車１が走行中に繰り返して列車位置を逐次検出する。

このように速度発電機３からの信号によるＴＧ位置とＧＰＳ受信機４からのＧＰＳ位置を比較して列車位置を検出するとともに、検出した列車位置を位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部を列車１が通過したときの特異点通過信号により補正するから、ＧＰＳ受信機４の測位精度が変化したり、速度発電機３からの信号が車輪の空転や滑走などにより不正確になっても列車位置を補正して高精度に列車位置を検出することができる。

また、列車位置を補正する特異点として位置補正用のレール継ぎ目又は分岐部をあらかじめ設定しておくことにより、制御情報記憶部１３に格納する経路情報に含まれる特異点の情報を低減することができるとともに列車位置を補正するとき、保線によりレール継ぎ目が変動したときの影響を受けにくくすることができる。

さらに、ＧＰＳ受信機４からのＧＰＳ位置により列車１が走行する経路の基点を検出することができ、列車位置を精度良く検出することができる。

前記説明では特異点判定部１２でレール継ぎ目や分岐部等の特異点を検出する場合について説明したが、加速度センサ５から入力する上下振動信号と集音装置６から入力する音響信号の変動によりレール破断を検出することもできる。すなわち加速度センサ５から入力する上下振動信号の波形特徴はあまり変動しないが、集音装置６から入力する音響信号の波形特徴が通常の状態から変動し、かつ特異点における音響パターンと異なるとき、特異点判定部１２はレール破断等の異常が生じていると判定してレール破断検出信号を列車位置補正部１５に出力する。列車位置補正部１５はレール破断検出信号を入力すると、そのとき列車位置検出部１４から入力する列車位置にレール破断検出信号を付加して制御情報記憶部１３の経路情報に書き込むとともに不図示の表示部に表示する。この処理を各列車１で行うことによりレールの破断位置と破断等の異常状態を精度良く検出することができる。

１；列車、２；車上装置、３；速度発電機、４；ＧＰＳ受信機、５；加速度センサ、
６；集音装置、７；ＧＰＳアンテナ、１１；距離積算部、１２；特異点判定部、
１３；制御情報記憶部、１４；列車位置検出部、１５；列車位置補正部、
１６；演算処理部、１７；速度制御部。

特許第４００１７８４号公報 特開２０００−４５０１号公報

Claims (3)

1. 列車に搭載された車上装置と速度発電機とＧＰＳ受信機と加速度センサ及び集音装置を有し、
   前記ＧＰＳ受信機は列車の絶対位置を検出し、前記加速度センサは列車の上下振動の変化を検出し、前記集音装置は列車がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過するときの音の変化を検出し、
   前記車上装置は距離積算部と特異点判定部と制御情報記憶部と列車位置検出部と列車位置補正部を有し、
   前記距離積算部は前記速度発電機から入力する信号により列車が走行している距離を積算して前記列車位置検出部に出力し、
   前記特異点判定部は前記加速度センサから出力する上下振動信号と前記集音装置から出力する音響信号を入力し、入力した上下振動信号及び音響信号の波形特徴を抽出し、あらかじめ設定されたレール継ぎ目や分岐部等の特異点における波形特徴パターンと比較し、入力した上下振動信号及び音響信号の波形特徴が設定された波形特徴パターンと一致又は近似したとき、列車がレール継ぎ目や分岐部等の特異点を通過したと判定して特異点通過信号を前記列車位置補正部に出力し、
   前記制御情報記憶部には、あらかじめ測定して特定した位置補正用のレール継ぎ目位置と分岐部の位置を含む経路情報があらかじめ格納され、
   前記列車位置検出部は前記距離積算部から入力する列車の走行距離と前記制御情報記憶部に格納された経路情報により列車の走行位置（以下、ＴＧ位置という）を算出し、算出したＴＧ位置と前記ＧＰＳ受信機から入力する列車の走行位置（以下、ＧＰＳ位置という）とを比較し、ＴＧ位置とＧＰＳ位置とが一致又は近似している場合は、ＧＰＳ位置を列車位置として決定し、ＴＧ位置とＧＰＳ位置とが近似していない場合は、算出したＴＧ位置を列車位置として決定して前記列車位置補正部に出力し、
   前記列車位置補正部は入力した列車位置により前記制御情報記憶部に格納された経路情報の特異点の位置を検索し、入力した列車位置が特異点近傍にあるとき、前記特異点判定部から入力する特異点通過信号により列車位置を補正することを特徴とする列車位置検出装置。
2. 前記列車位置補正部で補正した列車位置により前記制御情報記憶部に格納された経路情報を検索し、補正した列車位置の基点からの距離を読み出して前記距離積算部に出力し、前記距離積算部は前記列車位置補正部から入力する距離に基づいて列車の走行距離を算出することを特徴とする請求項１記載の列車位置検出装置。
3. 前記特異点判定部は前記加速度センサから入力する上下振動信号及び集音装置から入力する音響信号の波形特徴の変動からレール破断を検出してレール破断検出信号を前記列車位置補正部に出力し、前記列車位置補正部はレール破断検出信号を入力すると、前記列車位置検出部から入力する列車位置にレール破断検出信号を付加して前記制御情報記憶部の経路情報に書き込むことを特徴とする請求項１又は２記載の列車位置検出装置。

Images