JP2016016731A - 列車位置検出システムおよび列車位置検出方法、ならびに、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】軌道回路長より短い位置分解能で列車の位置を検出する。【解決手段】軌道回路２Ｔ’は、進入した列車３の車軸３１による短絡時の接触抵抗値が、その位置により異なる値となるように、従来の軌道回路の少なくとも一部を加工したものである。これにより、列車位置検出装置４１に供給される残留電圧Ｖｒは、列車位置と速度に応じた特徴的なパターンを示すようになる。列車位置検出装置４１は、軌道回路２Ｔ’の２本の線路間の電圧値Ｖｒの入力を受け、列車位置と速度に応じた電圧値Ｖｒの変動に基づいて、軌道回路２Ｔ’内のいずれの位置に列車３が存在するかを推定し、推定結果を位置情報として出力する。【選択図】図３

Description

本発明は、列車位置検出システムおよび列車位置検出方法、ならびに、プログラムに関する。

列車の在線位置検知方法には、軌道回路を用いる地上検知方式と、列車に搭載されている速度発電機などを用いる車上検知方式とがある。

軌道回路や、短小な軌道回路である踏切制御子を用いる地上検知方式は、踏切などの保安装置の警報制御に広く用いられている。

図１を用いて、閉電路式軌道回路を用いて軌道回路内に列車が在線しているか否かを検知する方法について説明する。

軌道１には、所定の距離を有する複数の軌道回路１Ｔ、２Ｔ、３Ｔ．．．が順次に設定されている。軌道回路１Ｔ、２Ｔ、３Ｔ．．．は、電気的に絶縁された有絶縁軌道回路であってもよいし、軌道回路間が絶縁されていない無絶縁軌道回路の何れであってもよい

送信器２１は、軌道回路２Ｔの一端側に列車検知信号Ｓ１を供給する。そして、軌道回路２Ｔの他端側の受信器２２は、軌道リレーを有し、受信される受信電圧値Ｖｒより列車３の有無を検知する。

軌道回路２Ｔに列車３が在線していない場合、軌道回路２Ｔの他端側の受信機２２において受信される受信電圧値Ｖｒが高レベルになる。受信電圧値Ｖｒが高レベルになると、受信機２２の軌道リレーが扛上する。

軌道回路２Ｔに列車３が進入すると、軌道回路２Ｔが列車３の車軸３１によって短絡（軌間短絡）されるので、軌道回路２Ｔの他端側の受信器２２において受信される受信電圧値Ｖｒが低レベルなる。受信電圧値Ｖｒが低レベルになると、受信機２２の軌道リレーが落下する。従って、軌道リレーの扛上および落下から、軌道回路２Ｔにおける列車３の有無を検知することができる。

左右のレールと車輪が接触している状態で電気が流された場合、車輪とレールの接触抵抗、および、車輪の導体抵抗により、軌間（車軸の両端）に電圧が残る。この電圧は残留電圧と称され、列車が軌道回路内に侵入している場合において、受信電圧値Ｖｒは、図２に示されるように、残留電圧まで低下する。

しかも、最近は、列車の軽量化が進んでいるため、残留電圧が発生し易くなってしまう恐れがある。残留電圧がある値以上である場合は、列車が在線するにもかかわらず、列車無しの判定結果が生じてしまうために、列車運行上、極めて危険である。

そこで、上述したように、閉電路式軌道回路を用いて列車が在線しているか否かを検知するとともに、さらに、軌道回路の残留電圧を検出することにより、軌道回路における列車の有無の検出の判定結果の精度が下がることを防止することができる技術がある（例えば、特許文献１）。

特開２００１−７１９０５号公報

また、踏切制御子は、特に、踏切保安装置の警報制御に用いられる短小な軌道回路である。検知区間の始動点においては、受信電圧値が低レベルになると、軌道リレーが落下し、列車の進入を検知することができ、点制御式の場合には、上述した閉電路式の制御子が用いられている。そして、検知区間の終止点においては、踏切制御子に列車が侵入している場合のみに検知装置に電流が供給されることにより列車の進入を検知する開電路式の制御子が用いられる。

上述した軌道回路（踏切制御子含む）を用いる地上検知方式においては、一定の長さを有する軌道回路長が検知範囲となり、軌道回路長よりも短い位置分解能で列車の位置を検出するためには、異なる位置検出手段を用いる必要があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決すること、すなわち、従来用いられていた軌道回路を用いて、軌道回路長より短い位置分解能で列車の位置を検出することができる、列車位置検出システムおよび列車位置検出方法、ならびに、プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の列車位置検出システムの第１の側面は、進入した列車の車軸による短絡時の接触抵抗値が、列車の位置により異なる値となる軌道回路と、軌道回路における、短絡時の残留電圧値を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出された残留電圧値の変動パターンを解析することにより軌道回路上における列車の位置を推定する推定処理手段とを備える。

本発明の列車位置検出システムの他の側面は、従来の軌道回路が閉電路式であった場合、軌道回路が、その少なくとも一部に対して、その部分に列車が進入した場合に接触抵抗値が他の場合と比較して低くなるように加工が施されていることを特徴とする。

本発明の列車位置検出システムの他の側面は、従来の軌道回路が開電路式であった場合、軌道回路が、その少なくとも一部に対して、その部分に列車が進入した場合に接触抵抗値が他の場合と比較して高くなるように加工が施されていることを特徴とする。

本発明の列車位置検出システムの他の側面は、推定処理手段が、ウェーブレット変換を用いて、軌道回路上における列車の位置を推定することを特徴とする。

本発明の列車位置検出システムの他の側面は、推定処理手段が、パーティクルフィルタを用いて、軌道回路上における列車の位置を推定することを特徴とする。

本発明の列車位置検出方法の一側面は、進入した列車の車軸による短絡時の接触抵抗値が列車の位置により異なる値となる軌道回路において発生する残留電圧値を検出する電圧検出ステップと、電圧検出ステップの処理により検出された残留電圧値の変動パターンを解析することにより、軌道回路上における列車の位置を推定する推定ステップとを含むことを特徴とする。

本発明のプログラムの一側面は、列車の位置を推定する処理を行うコンピュータが実行するプログラムであって、進入した列車の車軸による短絡時の接触抵抗値が列車の位置により異なる値となる軌道回路において発生する残留電圧値を検出する電圧検出ステップと、電圧検出ステップの処理により検出された残留電圧値の変動パターンを解析することにより、軌道回路上における列車の位置を推定する推定ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、軌道回路長より短い位置分解能で列車の位置を検出ことができる。

従来の軌道回路を用いた在線位置検知の概要を示す図である。 従来の残留電圧検出の概要を示す図である。 列車位置検出システムの一構成例を示す図である。 列車位置検出装置４１が検出する残留電圧の一例を示す図である。 列車位置検出装置４１が有する機能を示す機能ブロック図である。 列車位置検出処理について説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施の形態の列車位置検出システムについて、図３〜図６を参照しながら説明する。

図３を用いて、本発明を適応した列車位置検出システムの一構成例について説明する。なお、図１に対応する部分には、同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。

軌道１には、所定の距離を有する複数の軌道回路１Ｔ’、２Ｔ’、３Ｔ’．．．が順次に設定されている。軌道回路１Ｔ’、２Ｔ’、３Ｔ’．．．は、電気的に絶縁された有絶縁軌道回路であってもよいし、軌道回路間が絶縁されていない無絶縁軌道回路の何れであってもよい。有絶縁軌道回路の場合は、軌道回路境界にインピーダンスボンド（図示しない）等が備えられる。列車３は、軌道回路１Ｔ’、２Ｔ’、３Ｔ’．．．によって構成される軌道１の上を矢印ａで示す方向に走行する。

送信器２１は、軌道回路２Ｔの一端側に列車検知信号Ｓ１を供給する。そして、軌道回路２Ｔの他端側の受信器２２は、軌道リレーを有し、軌道回路２Ｔの他端側において受信される受信電圧値Ｖｒより列車３の有無を検知する。

軌道回路１Ｔ’、２Ｔ’、３Ｔ’・・・は、軌道回路１Ｔ’、２Ｔ’、３Ｔ’・・・に進入した列車３の車軸３１による短絡時の接触抵抗値が、その位置により異なる値となるように、図１を用いて説明した従来の軌道回路１Ｔ、２Ｔ、３Ｔ・・・のそれぞれの少なくとも一部を加工したものである。

軌道回路１Ｔ’、２Ｔ’、３Ｔ’・・・は、その構成および作用効果が同様のものであるので、以下、軌道回路２Ｔ’における場合について説明する。

軌道回路２Ｔ’に施される加工は、車軸３１による短絡時の接触抵抗値が高くなるものであっても、低くなるものであっても良いが、閉電路式の軌道回路を加工して接触抵抗値を高くする場合は、列車検知に影響を及ぼさない値とする必要がある。また、加工方法は、車軸３１による短絡時の接触抵抗値がその位置により異なる値になるものであればいずれの方法でも良いが、例えば、従来の軌道回路２Ｔの一部に対して、塗料の塗布やめっき加工等を施すことにより、車軸３１による短絡時の接触抵抗値がその部分のみ高くまたは低くなるようにすることができる。

列車位置検出装置４１は、受信機２２と同様にして、受信電圧値Ｖｒの供給を受ける。軌道回路２Ｔ’には、軌道回路２Ｔ’に進入した列車３の車軸３１による短絡時の接触抵抗値が、その位置により異なる値となるように加工が施されているので、これにより、列車位置検出装置４１に供給される残留電圧Ｖｒは、例えば、図４に示されるように、列車位置と速度に応じた特徴的なパターンを示すようになる。また、残留電圧変化のパターンにディジタル符号を採用した場合、残留電圧変化をパターンとノイズに分離し、より正確な位置検出を行うことが可能となる。

列車位置検出装置４１は、軌道回路２Ｔ’の２本の線路間の電圧値Ｖｒの入力を受け、その値に基づいて、軌道回路２Ｔ’上に列車３が侵入しているか否かを検出し、列車位置と速度に応じた電圧値Ｖｒの変動に基づいて、軌道回路２Ｔ’内のいずれの位置に列車３が存在するかを推定し、推定結果を列車位置情報として出力する。

図５は、列車位置検出装置４１が有する機能を示す機能ブロック図である。

列車位置検出装置４１は、電圧検出部５１、推定処理部５２、および、列車位置情報出力部５３の機能を有している。

電圧検出部５１は、軌道回路２Ｔ’の一端から供給される電圧値Ｖｒの入力を受け、検出された電圧値を、推定処理部５２に供給する。

推定処理部５２は、電圧検出部５１から供給される電圧値Ｖｒが有する、列車位置と速度に応じた特徴的なパターンを解析し、列車位置を推定して、列車位置情報出力部５３に供給する。

パターンの解析方法としては、さまざまな手法を用いることが可能であるが、例えば、ウェーブレット解析などを用いることにより有効に解析することが可能である。しかしながら、残留電圧は、レール、および、車輪の接触抵抗の不均一性等から元来変動が生じているため、解析の負荷が大きくなってしまう可能性がある。解析の負荷の増大に関しては、例えば、パーティクルフィルタを用いることで、車両のダイナミクスの知識を解析に活用することが可能となり、解析性能を向上させることができる。

列車位置情報出力部５３は、推定処理部５２から供給された列車位置の推定結果を列車位置情報として出力する。

このように、軌道回路２Ｔ’に関し、局所的に接触抵抗値が小さくなるよう、または、短絡不良の問題が顕在化しない範囲で局所的に接触抵抗値が大きくなるようにすることにより、残留電圧に、列車位置と速度に応じた特徴的なパターンを発生させることができる。そして、列車位置検出装置４１の推定処理部５２が、このパターンを精度よく解析することにより、列車位置情報を、軌道回路２Ｔ’の軌道回路長よりも短い位置分解能で列車の位置を検出することが可能となる。

次に、図６のフローチャートを参照して、列車位置検出装置４１が実行する列車位置検出処理について説明する。

ステップＳ１において、電圧検出部５１は、電圧値Ｖｒの入力を受け、推定処理部５２に供給する。

ステップＳ２において、推定処理部５２は、ステップＳ１において電圧検出部５１から供給された電圧値Ｖｒ、すなわち、軌道回路２Ｔ’の残留電圧値を用いて、所定のパターン解析手法を用いて列車位置を推定する処理を実行し、推定結果を列車位置情報出力部５３に供給する。

ステップＳ３において、列車位置情報出力部５３は、ステップＳ２において推定処理部５２から供給された列車位置の推定結果を、列車位置情報として出力し、処理が終了される。

このような処理により、列車位置と速度に応じた特徴的な残留電圧パターンを精度よく解析することができるので、列車位置情報を、軌道回路２Ｔ’の軌道回路長よりも短い位置分解能で列車の位置を検出することが可能となる。

なお、図１に示されるように、従来の軌道回路１Ｔ、２Ｔ、３Ｔ・・・のそれぞれの少なくとも一部に加工を施して、軌道回路１Ｔ’、２Ｔ’、３Ｔ’・・・としても良いし、従来の軌道回路１Ｔ、２Ｔ、３Ｔ・・・のうちの少なくとも１つの軌道回路の少なくとも一部に加工を施してもよい。そして、従来の軌道回路の少なくとも一部に加工が施された軌道回路ＸＴ’（Ｘ＝１，２，３・・・）の範囲においては、上述した作用効果が奏されることはいうまでもない。また、いわゆる踏切制御子も、軌道回路の一形態であり、同様の技術を用いることが可能であることは言うまでもない。

上述した技術を用いることにより、従来の軌道回路を利用して、軌道回路長よりも短い位置分解能で列車の位置を検出することが可能となる。

また、上述した技術を用いることにより、追加の設備を必要とせずに、短小な軌道回路である踏切制御子の制御区間長の推定が可能となる。

なお、従来の軌道回路が閉電路式の軌道回路である場合、従来の軌道回路の一部を残留電圧値が低くなるように加工すると好適であり、従来の軌道回路が開電路式の軌道回路である場合、従来の軌道回路の一部を残留電圧値が高くなるように加工すると好適である。

上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１…軌道、 １Ｔ，１Ｔ’，２Ｔ，２Ｔ’，３Ｔ，３Ｔ’…軌道回路、 ３…列車、 ２１…送信器、 ２２…受信機、 ３１…車軸、 ４１…列車位置検出装置、 ５１…電圧検出部、 ５２…推定処理部、 ５３…列車位置情報出力部

Claims (7)

1. 進入した列車の車軸による短絡時の接触抵抗値が、前記列車の位置により異なる値となる軌道回路と、
   前記軌道回路における、短絡時の前記残留電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記残留電圧値の変動パターンを解析することにより前記軌道回路上における前記列車の位置を推定する推定処理手段と
   を備えることを特徴とする列車位置検出システム。
2. 請求項１に記載の列車位置検出システムであって、
   前記軌道回路は、従来の軌道回路が閉電路式であった場合、その少なくとも一部に対して、その部分に前記列車が進入した場合に前記接触抵抗値が他の場合と比較して低くなるように加工が施されている
   ことを特徴とする列車位置検出システム。
3. 請求項１に記載の列車位置検出システムであって、
   前記軌道回路は、従来の軌道回路が開電路式であった場合、その少なくとも一部に対して、その部分に前記列車が進入した場合に前記接触抵抗値が他の場合と比較して高くなるように加工が施されている
   ことを特徴とする列車位置検出システム。
4. 請求項１に記載の列車位置検出システムであって、
   前記推定処理手段は、ウェーブレット変換を用いて、前記軌道回路上における前記列車の位置を推定する
   ことを特徴とする列車位置検出システム。
5. 請求項１に記載の列車位置検出システムであって、
   前記推定処理手段は、パーティクルフィルタを用いて、前記軌道回路上における前記列車の位置を推定する
   ことを特徴とする列車位置検出システム。
6. 進入した列車の車軸による短絡時の接触抵抗値が前記列車の位置により異なる値となる軌道回路において発生する前記残留電圧値を検出する電圧検出ステップと、
   前記電圧検出ステップの処理により検出された前記残留電圧値の変動パターンを解析することにより、前記軌道回路上における前記列車の位置を推定する推定ステップと
   を含むことを特徴とする列車位置検出方法。
7. 列車の位置を推定する処理を行うコンピュータが実行するプログラムであって、
   進入した前記列車の車軸による短絡時の接触抵抗値が前記列車の位置により異なる値となる軌道回路において発生する前記残留電圧値を検出する電圧検出ステップと、
   前記電圧検出ステップの処理により検出された前記残留電圧値の変動パターンを解析することにより、前記軌道回路上における前記列車の位置を推定する推定ステップと
   を含むことを特徴とするプログラム。
   
   

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