JP5436632B2 - 自動列車制御装置および列車制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、列車の速度を自動的に制御する自動列車制御装置および列車制御方法に関連し、特に、車上主体で列車位置を管理し、無線装置等の手段を用いて地上装置に列車位置情報を伝送し、地上装置が複数の列車位置をもとに列車の間隔制御を行う自動列車制御装置および列車制御方法に関するものである。

従来の鉄道では、車上装置と地上装置との間で無線により交信し、車上において速度制御パターンを生成し、自列車の速度を制御する列車制御装置が導入されてきた。ただし、自列車の前方に位置する列車（前方列車）の車上装置が電源断等によって交信不調に陥り地上装置がその前方列車を認識できない場合、自列車は、前方列車のさらに前方に位置する列車を前方列車と誤認識して速度制御パターンを生成する場合があった。そのため、速度制御パターンを生成して列車制御を行う上では、装置の電源断等の障害が発生した場合においても、前方列車の正確な位置情報を入手できる列車制御装置の開発が望まれていた。

このような問題を解決する手段として、下記特許文献１に示される従来技術は、地上装置の監視領域を設定し、この監視領域の範囲内に存在する各列車と無線で交信できるように構成されている。

以下、従来技術の構成を説明すると以下の通りである。各列車には、車上装置と地上装置との間で無線で交信するためのアンテナと、各地上子から送信された位置補正情報を受信するための車上子と、列車の走行位置を算出するための速度発電機とが搭載されている。地上装置には、各車上装置と交信するためのアンテナと、監視領域に在線している列車を識別するための列車識別情報（以下単に「列車ＩＤ」と称する）および列車位置情報を記憶するメモリが設けられている。

このように構成された下記特許文献１の従来技術は、例えば、地上装置が電源断になった場合であっても、復旧時には、メモリから先行列車の列車ＩＤおよび列車位置情報（以下単に「列車ＩＤ等」と称する）を読み出して、後続列車の速度制御パターンを演算することが可能である。

特開２０００−２１１５１３号公報

しかしながら、上記従来の技術は、地上装置または車上装置の無線機能がシステムダウンする前の列車ＩＤ等を、メモリに保持することは可能であるが、当該無線機能がシステムダウンしている最中の列車ＩＤ等を、当該メモリに保持することすることができないという問題があった。そのため、上記従来の技術は、無線機能が復旧した際、メモリに保持された先行列車の列車ＩＤ等をそのまま使用することができないため、通常運転に移行させるまでに要する時間が長いという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地上装置あるいは車上装置の無線機能がシステムダウンした場合であっても、通常運転への移行時間を短縮することが可能な自動列車制御装置および列車制御方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車の停止目標位置を演算する演算部を有する地上装置と、前記地上装置から無線で送信された前記停止目標位置を受信し路線の状況に対応する速度制御パタ−ンを演算して前記列車の速度を制御する車上装置と、を備えた自動列車制御装置であって、前記列車の先頭および最後尾には前記車上装置から送出された前記各列車を識別するための列車識別情報を送出する車上子が設置され、前記路線には前記車上子から送出された前記列車識別情報を受信する受信機能を有する地上子が設置され、前記地上装置は、前記各列車の先頭に搭載された車上子が前記受信機能を有する地上子を通過した場合、前記受信機能を有する地上子が受信した前記列車識別情報と、前記地上子を略中心とする列車長に対応する前記列車の在線区間とを、関連付けて管理する在線区間管理部を有すること、ことを特徴とする。

この発明によれば、位置補正用地上子を双方向通信可能な地上子とし、地上装置あるいは車上装置の無線機能がシステムダウンしている最中の列車ＩＤおよび列車位置情報を蓄積するようにしたので、通常運転への移行時間を短縮することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる自動列車制御装置の構成図である。 図２は、地上装置あるいは車上装置の無線機能がシステムダウンした場合における各列車の在線位置を説明するための図である。 図３は、本発明の実施の形態２にかかる自動列車制御装置の構成図である。 図４は、実施の形態１にかかる在線区間と実施の形態２にかかる在線区間とを比較した図である。

以下に、本発明にかかる自動列車制御装置および列車制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる自動列車制御装置の構成図であり、図２は、地上装置あるいは車上装置の無線機能がシステムダウンした場合における各列車の在線位置を説明するための図である。

図１において、路線には、一例として列車Ａおよび列車Ｂが示され、地上には、一例として地上装置７が設置されている。地上装置７は、主たる構成として、各列車から送信された列車ＩＤを用いて各列車の在線区間を記憶および管理する在線区間管理部（以下単に「管理部」と称する）１０と、在線区間管理部１０からの在線区間を用いて後方に存在する列車Ｂの停止目標位置を演算する演算部９と、を有して構成されている。なお、図１に示される管理部１０は、地上装置７の内部に組み込まれているが、この態様に限定されるものではなく、地上装置７の外部に設置して、地上装置７と連系する態様として構成してもよい。

さらに、地上装置７は、地上装置用アンテナ（以下単に「地上アンテナ」と称する）８を有する共に、当該地上アンテナ８を介して列車Ａおよび列車Ｂとの間で情報を送受信するための無線機能を有している。

列車Ａ在線区間２７は、列車Ａの在線範囲を示し、列車Ｂ在線区間１７は、列車Ｂの在線範囲を示している。上記の各在線区間は、一例として、各地上子の設置間隔としている。

列車Ａおよび列車Ｂが走行する路線には、ＩＤ検知機能付き位置補正用地上子（以下単に「地上子」と称する）１９および地上子２９が、例えば、数ｋｍ程度の間隔で設置されている。地上子１９および地上子２９は、管理部１０に接続され、後述するように、列車Ａおよび列車Ｂから送信された列車ＩＤや列車位置情報を受信する機能を備えている。

列車Ａには、車上装置２１、車上装置用アンテナ（以下単に「車上アンテナ」と称する）２５、速度発電機２４、および車上子２２が搭載されている。車上装置２１は、地上装置７との間で情報を授受するための無線機能を有している。そのため、車上装置２１は、地上装置７に対して無線で列車ＩＤを送信可能であり、また地上装置７から無線で送信された停止目標位置を受信可能である。

車上子２２は、地上子１９および地上子２９に対して、列車Ａであることを判別可能な列車ＩＤを送信する機能を有している。

列車Ｂには、車上装置１１、車上アンテナ１５、速度発電機１４、および車上子１２が搭載され、車上装置１１は、上述同様に、地上アンテナ８との間で情報を送受信するための無線機能を有している。そのため、車上装置１１は、地上装置７に対して無線で列車ＩＤを送信可能であり、また地上装置７から無線で送信された停止目標位置を受信可能である。

車上子１２は、地上子１９および地上子２９に対して、列車Ｂであることを判別可能な列車ＩＤを送信する機能を有している。

このように構成された車上装置１１および車上装置２１は、速度発電機によって列車位置情報を演算しており、地上子１９および地上子２９を通過する毎に、列車位置情報を補正する。すなわち、各地上子は、絶対的な位置情報を出力しているので、各車上装置は、その出力を用いて列車位置情報を補正し、補正された列車位置情報と列車ＩＤ（以下単に「列車ＩＤ等」と称する）とを対応付けて出力する。

なお、図１において、車上子１２および車上子２２は、各列車の先頭に設置されているが、列車の先頭以外の場所に設置してもよい。また、実際の車上装置２１、車上装置１１、および地上装置７は、電源回路等の他の機器や回路などを有して構成されているが、図１ではこれらを省略して記載している。

以下、本実施の形態にかかる地上子１９（地上子２９）と従来の地上子との相違点を説明すると以下の通りである。従来の地上子は、車上子に位置補正用の情報を送信する機能のみ有している。一方、本実施の形態にかかる地上子１９および地上子２９は、上述した位置補正用の情報を送信する機能だけでなく、車上子１２、２２から送出された列車ＩＤ等を受信する機能（ＩＤ検知機能）も有している。すなわち、地上子１９および地上子２９は双方向通信が可能である。

また、管理部１０は、車上装置１１または車上装置２１あるいは地上装置７が、システムダウンしてから復旧するまでの間に、地上子１９および地上子２９から送信された列車ＩＤ等を記憶して、各列車の在線区間を管理する。

より具体的に説明すると以下の通りである。管理部１０は、各地上子が受信した列車ＩＤと、各地上子の設置間隔（例えば、地上子１９から地上子２９までの間）に対応する在線区間とを関連付けて管理する。なお、上述したシステムダウンが発生した場合としては、各装置の無線機能や電源が故障したことによって、例えば、車上装置１１または車上装置２１から地上装置７に、無線で列車ＩＤを送信できない状態などが想定される。

（システムダウンが発生していないときの動作）
以下、本実施の形態にかかる自動列車制御装置の動作を説明する。まず、上述したシステムダウンが発生していないときの動作を説明する。

列車Ａの車上装置２１は、地上装置７に対し、車上アンテナ２５を介して列車ＩＤ等を送信する。列車Ｂも同様に、車上装置１１は、地上装置７に対し、車上アンテナ１５を介して列車ＩＤ等を送信する。

地上装置７は、各列車から受信した列車ＩＤ等を用いて各列車の在線区間を管理し、管理されている先行列車Ａの在線区間（列車Ａ在線区間２７）を用いて、後続列車Ｂの停止目標位置を算出する。地上装置７は、算出された停止目標位置情報を、無線で後続列車Ｂの車上装置１１に対して送信する。

停止目標位置情報を受信した列車Ｂの車上装置１１は、自ら保有する車上データーベースと受信した停止目標位置情報とに基づいて、速度制御パターン１６を演算する。速度制御パターン１６は、その高さが列車速度を意味し、その路線に接する部分が列車速度０を意味している。そして、車上装置１１は、速度制御パターン１６、自列車の位置および速度を逐次比較し、自列車の速度が速度制御パターン１６を超過した場合、ブレーキ出力制御を行う。

（システムダウン発生から復旧までの動作）
次に、図２を用いて、上述したシステムダウン発生から復旧までの動作を説明する。図２（ａ）は、従来の地上子３０および地上子３１が路線に設置されている場合の動作を説明するための図であり、図２（ｂ）は、本実施の形態にかかる地上子１９および地上子２９が路線に設置されている場合の動作を説明するための図である。

図２（ａ）において、列車Ａが地上子３０を通過した後で、システムダウンが発生した場合、地上装置７は、地上子３１の手間（区間１）に列車Ａが停車しているのか、地上子３１を越えた位置（区間２）に列車Ａが停車しているのか管理することができない。これは、従来の地上子が列車ＩＤ等を受信することができないためである。

そのため、各装置が復旧した際、従来の自動列車制御装置では、停車していた列車Ａを次の地上子まで移動させて、位置情報を確定させてから、通常走行モードに移行するという手順が実施されていた。

以下、本実施の形態にかかる自動列車制御装置の動作と従来技術の動作とを比較して説明する。まず、従来技術の場合を説明する。図２（ａ）に示される位置でシステムダウンし、列車Ａが、例えば区間１に停車した場合、従来の車上装置は、各装置が復旧した際に、列車Ａを地上子３１まで移動させて地上子３１から位置補正情報を受信する。そして、車上装置は、列車ＩＤと補正された列車位置情報とを、無線で地上装置に送信する。地上装置は、受信した列車ＩＤ等に基づいて停止目標位置を算出し、後続の列車に対して停止目標位置情報を送信する。このように、従来技術は、無線機能が復旧してから通常走行モードに移行するまでの時間が長いという問題があった。

一方、本実施の形態にかかる自動列車制御装置は、システムダウンが発生している最中にも、列車ＩＤ等が管理部１０に記憶されるため、無線機能が復旧してから通常走行モードに移行するまでの時間を短縮することが可能である。このことを具体的に説明すると以下の通りである。図２（ｂ）に示される位置でシステムダウンし、列車Ａが区間１に停車したと仮定した場合、地上子１９は、列車ＩＤ等を検知しているが、地上子２９は、列車ＩＤ等を検知していない状態である。そのため、管理部１０は、区間１に列車Ａが存在していることを認識しており、演算部９は、システムが復旧したとき、管理部１０で管理されている列車Ａ在線区間２７を用いて、列車Ａの後方に存在する列車Ｂの停止目標位置を演算する。そして、地上装置７は、算出された停止目標位置情報を列車Ｂに送信する。このように、本実施の形態にかかる自動列車制御装置では、従来の自動列車制御装置で行われていた手順、すなわち、停車していた列車Ａを次の地上子（例えば、地上子２９）まで移動させてから、通常走行モードに移行するという手順が不要である。

さらに、図１を用いて説明すると以下の通りである。例えば、地上装置７がシステムダウンしている最中に、車上装置１１および車上装置２１が正常に稼動していた場合、車上装置１１および車上装置２１は、自列車の列車位置情報を正しく更新している。地上装置７が復旧した際、地上装置７は、先行列車Ａの列車位置情報と後続列車Ｂの列車位置情報とを比較し、例えば、列車Ａが列車Ａ在線区間２７に存在する場合、列車Ｂの位置を列車Ｂ在線区間１７に設定して、各列車を通常走行モードに移行させる。

また、地上装置７がシステムダウンしている最中に、例えば、車上装置１１および車上装置２１が位置不定となった場合、車上装置１１および車上装置２１は、地上装置７が復旧した際、在線区間を受信し、自列車の仮位置として、列車の後尾位置を列車在線区間の最後尾に設定する。これは、先行列車との間隔に余裕を持たせるための処理である。地上装置７は、車上装置１１および車上装置２１が設定した先頭位置と最後尾位置とを受信し、これらの情報に基づいて、停止目標位置を算出し、対応する列車に停止目標位置を送信する。各列車は、仮位置に基づいて更新した自列車位置情報と停止目標位置とを用いて走行を開始し、地上子を通過した時点で列車位置を確定し、通常走行モードに移行する。

なお、上記実施例では、地上子１９および地上子２９が、いずれも双方向通信機能を有している場合に関して説明しているが、例えば、一方の地上子には従来の地上子を用いて、他方地上子には本実施の形態にかかる地上子を用いてもよい。このことを具体的に説明すると以下の通りである。例えば、路線には、従来の地上子と、本実施の形態にかかる地上子とが設置されていると仮定する。この場合、管理部７は、本実施の形態にかかる地上子が受信した列車ＩＤと、各地上子の設置間隔に対応する在線区間とを、関連付けて管理する。なお、管理部１０が、従来の地上子の設置区間において、在線区間を管理するためには、無線で送信された列車識別情報を用いるものとする。また、演算部９は、地上装置７等の障害が復旧したとき、管理部１０で管理された在線区間を用いて、後方に存在する列車Ｂの停止目標位置を演算する。その結果、双方向通信可能な地上子の数量を減らすことができるため、システム全体のコストを低減することが可能である。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる自動列車制御装置は、地上子１９および地上子２９を双方向通信可能な地上子とし、無線機能がシステムダウンしている最中であっても、管理部１０で列車ＩＤ等の履歴を蓄積するようにしたので、無線機能が復旧した際、各列車の在線区間を自動的に定めることが可能である。その結果、次の地上子まで、速度制限をかけた確認運転等の必要がなくなるため、従来技術よりも短時間で通常運転モードに移行させることが可能である。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる自動列車制御装置は、各列車の在線区間の分解能を更に向上させた構成である。以下、実施の形態１と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。

図３は、本発明の実施の形態２にかかる自動列車制御装置の構成図であり、図４は、実施の形態１にかかる在線区間と実施の形態２にかかる在線区間とを比較した図である。

図３において、図１と異なる点は、列車Ａに車上子２３が搭載されている点と、車上子２２が列車Ａの進行方向の先頭に設置され、車上子２３が最後尾に設置されている点である。車上子２２は、各地上子に対して、列車Ａの先頭であることを判別可能な列車ＩＤを送信し、車上子２３は、各地上子に対して、列車Ａの最後尾であることを判別可能な列車ＩＤを送信する機能を有している。

列車Ｂにも、上述同様に、車上子１２が列車Ｂの先頭に設置され、車上子１３が列車Ｂの最後尾に設置されている。車上子１２は、各地上子に対して、列車Ｂの先頭であることを判別可能な列車ＩＤを送信し、車上子１３は、各地上子に対して、列車Ｂの最後尾であることを判別可能な列車ＩＤを送信する機能を有している。

図３に示される列車Ａ在線区間２７には、列車Ａの列車長Ｌが示されている。この列車長Ｌと列車Ａ在線区間２７との関係を説明すると以下の通りである。列車Ａにおいて、車上子２２は、地上子２９を通過した状態であり、車上子２３は、地上子２９を通過していない状態である。

この場合、管理部１０は、地上子２９を略中心として列車長Ｌに対応する範囲を、列車Ａ在線区間２７として管理する。すなわち、管理部１０は、列車の先頭に搭載された車上子１２のみが地上子２９を通過した場合、地上子２９が受信した列車ＩＤと、地上子２９を略中心とする列車長Ｌに対応する在線区間とを関連付けて管理する。なお、この列車長Ｌに関する情報は、各車上装置が保有しており、後続の列車Ｂも同様に自列車の列車長を保有しているものとする。

次に、図４を用いて、実施の形態１にかかる在線区間と実施の形態２にかかる在線区間との差異を説明する。図４（ａ）に示されるように、実施の形態２では、列車Ｂ在線区間１７は、列車Ａの列車長Ｌが考慮されている。すなわち、列車Ｂ在線区間１７および列車Ａ在線区間２７の境界部分（Ｃ）が、列車Ａよりも後方に位置している。

一方、実施の形態１では、図４（ｂ）に示されるように、例えば、列車Ａの先頭に搭載された車上子が地上子２９を通過した、上述した境界部分（Ｃ）が地上子２９の部分に設定される。すなわち、実施の形態１にかかる演算部９は、列車Ａの一部が列車Ｂ在線区間１７に存在している状態であっても、列車Ａ全体が地上子２９を通過したものとして、列車Ｂの停止目標位置を算出する。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる自動列車制御装置は、各列車の先頭と後尾にそれぞれ車上子を設置し、列車の先頭であることを示すＩＤと列車の最後尾であることを示すＩＤとを、地上子に送信するようにしたので、例えば、先行する列車Ｂの在線区間２７を、より実態に即した範囲に設定することが可能である。その結果、本実施の形態にかかる自動列車制御装置は、実施の形態１に比して、列車の仮位置の精度を向上させることが可能である。

以上のように、本発明は、速度制御パターンを演算する自動列車制御装置および列車制御方法に適用可能であり、特に、地上装置や車上装置の無線機能がシステムダウンした場合であっても、短時間に通常運転モードに移行させることが可能な発明として有用である。

７ 地上装置、８ 地上装置用アンテナ、９ 演算部、１０ 在線区間管理部、１１，２１ 車上装置、１２，１３，２２，２３ 車上子、１４，２４ 速度発電機、１５，２５ 車上装置用アンテナ、１６ 速度制御パターン、１７ 列車Ｂ在線区間、１９，２９ ＩＤ検知機能つき位置補正用地上子、２７ 列車Ａ在線区間、３０，３１ 従来の地上子、Ａ，Ｂ 列車、Ｃ 列車Ｂ在線区間と列車Ａ在線区間の境界部分、Ｌ 列車長。

Claims (3)

1. 列車の停止目標位置を演算する演算部を有する地上装置と、前記地上装置から無線通信で送信された前記停止目標位置を受信し路線の状況に対応する速度制御パターンを演算して前記列車の速度を制御する車上装置と、を備えた自動列車制御装置であって、
   前記各列車の先頭および最後尾には、前記車上装置から送出された前記各列車を識別するための列車識別情報を送出する車上子が搭載され、
   前記路線には前記車上子から送出された前記列車識別情報を受信する受信機能と列車位置情報を補正するための位置補正情報を前記車上子へ送信する送信機能とを併せ持つ地上子が設置され、
   前記地上装置は、
   前記各列車の先頭に搭載された車上子が前記受信機能を有する地上子を通過した場合、前記受信機能を有する地上子が受信した前記列車識別情報と、前記地上子を略中心とする列車長に対応する前記列車の在線管理の区間とを、関連付けて管理する在線区間管理部を有し、
   前記車上装置は、前記地上装置に障害が発生して列車の位置が不定となった後に前記無線通信の機能が復旧したとき、前記在線区間管理部で管理される在線管理の区間情報を無線通信で受信し、この区間情報に基づいて、列車の後尾位置を当該列車が在線する区間の最後尾位置に設定し、
   前記地上装置は、前記車上装置で設定された位置情報を無線通信で受信し、この位置情報に基づいて前記停止目標位置を演算し、演算された停止目標位置を前記車上装置に送信すること、
   を特徴とする自動列車制御装置。
2. 前記演算部は、
   前記無線通信の機能が復旧したとき、無線通信の機能がシステムダウンしている間に前記在線区間管理部で管理される前記列車識別情報および前記在線管理の区間に基づいて、前記停止目標位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の自動列車制御装置。
3. 列車の停止目標位置を演算する演算部を有する地上装置と、前記地上装置から無線通信で送信された前記停止目標位置を受信し路線の状況に対応する速度制御パターンを演算して前記列車の速度を制御する車上装置と、を備えた自動列車制御装置に適用可能な列車制御方法であって、
   前記各列車の先頭および最後尾に搭載された車上子が前記各列車を識別するための列車識別情報を送出する送出ステップと、
   前記各車上子からの受信機能と列車位置情報を補正するための位置補正情報を前記車上子へ送信する送信機能とを併せ持つ地上子が前記列車識別情報を受信する受信ステップと、
   前記受信ステップにて前記地上子が受信した前記列車識別情報と、前記地上子を略中心とする列車長に対応する前記列車の在線区間とを、関連付けて管理する管理ステップと、
   前記地上装置に障害が発生して列車の位置が不定となった後に前記無線通信の機能が復旧したとき、前記管理ステップで管理される在線管理の区間情報を無線通信で受信し、この区間情報に基づいて、列車の後尾位置を当該列車が在線する区間の最後尾位置に設定する位置設定ステップと、
   前記位置設定ステップで設定された位置情報を無線通信で受信し、この位置情報に基づいて前記停止目標位置を演算し、演算された停止目標位置を前記車上装置に送信するステップと、
   を含むことを特徴とする列車制御方法。

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