JP5000675B2 - Ａｔｓシステムの登録データ検証装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の信号保安装置として新たに開発された車上速度照査式ＡＴＳ（ＡＴＳ−Ｘ）システムをはじめとする距離情報に基づく速度照査を実施するＡＴＳシステムにおける登録データの妥当性の検証装置に関する。前記登録データとは、ＡＴＳシステムの車上装置及び地上装置に登録された距離情報等の制御データである。

ＡＴＳシステムは、運転士が停止信号を誤認して進行するなどのヒューマンエラーが発生したときに、自動的に列車のブレーキを動作させて列車を停止信号手前までに停止させる機能を有する。また、線路の曲線などの速度制限箇所に対し、列車が許容速度以上で進入した場合においても、列車を許容速度以下に、又は停止させる機能を有する。

近年、導入が進んでいる連続制御式ＡＴＳシステムは、非特許文献２〜３に記載されている如く、車上での距離積算及び地上からの情報により、車上装置で目標地点までの距離並びに目標速度を算出し、現在速度と照査することで、ブレーキ制御を行っている。これらのＡＴＳシステムは、従来の点制御式ＡＴＳシステムと比較すると格段に保安度の向上が図られている。しかしながら、ＡＴＳシステムに登録する距離情報等の制御データに誤りがあると本来機能を発揮することが出来なくなるばかりか、誤り方によっては危険側となるという問題がある。

そこで、ＡＴＳシステムに登録する距離情報等の制御データを事前に検証することが必須である。ところが、距離情報に基づく速度照査を実施するＡＴＳシステムの登録データの妥当性は、従来は検証対象の登録データを机上並びにシミュレータを用いて検証するだけであった。特許文献１や特許文献２に記載されている制御データの妥当性の検証システムも同様である。しかしながら、このような机上やシミュレータでは、登録データの現実的な妥当性検証を行うことができないという問題がある。

特開２００３−３２０９３３号公報 特開２００８−１９８２３０号公報 特開平０９−２４０４７０号公報 特開２００８−２４７２１９号公報 特表２００１−５１６０７６号公報

論文番号５１７「ＧＰＳ利用過速度検知装置について」、第３７回鉄道におけるサイバネティクス利用国内シンポジウム論文集、２０００年１１月 財団法人鉄道総合技術研究所の会報ＲＲＲ ２００８．７「ＡＴＣとＡＴＳで列車を安全に走らせる」 財団法人鉄道総合技術研究所のホームページ 「主な研究成果（２００５年度） ８．現行ＡＴＳと互換性のある車上速度照査式ＡＴＳ」

本発明が解決しようとする課題は、机上又はシミュレータによらないで、現実的な妥当性検証を行うことができるＡＴＳシステムの登録データ検証装置を提供することである。

上述の課題を解決するＡＴＳシステムの登録データ検証装置は、ＡＴＳ車上装置を備えた列車を実際の運行条件で走行させて検証対象線路の登録データの検証を行う登録データ検証装置であって、前記列車に搭載され前記ＡＴＳ車上装置から登録データ及びその関連情報が入力される制御部と、列車の現在位置を測位して前記制御部に測位地点情報を入力するＧＰＳ受信器と、前記制御部に入力された情報並びに前記制御部から出力された情報を記憶する記憶部とから構成されている。
そして、本発明に係るＡＴＳシステムの登録データ検証装置は、列車位置を所定のサンプリング時間間隔でＧＰＳ受信器から取得し、サンプリング測位地点情報として記憶部に記憶し、列車が登録位置を通過した時刻に前記ＡＴＳ車上装置が発生する信号をトリガーとして当該時刻における列車位置をＧＰＳ受信器から取得し、登録位置対応情報として記憶部に記憶し、前記サンプリング測位地点情報と登録位置対応情報を前記制御部で処理して登録データに対応する実測データを生成し、前記実測データと比較することによって登録データを検証する。

本発明により、ＡＴＳシステム用の登録データの検証装置を低コストで提供できるようになった。また、本発明により、新規に導入するＡＴＳシステムの登録されたデータの妥当性を検証することができ、登録データの誤りによる保安度の低下を防ぐことができるようになった。

本発明の実施例１のＡＴＳシステムの登録データ検証装置のブロック構成図と使用態様の説明図である。 速度照査パターンの一例を示す図である。 本発明のＡＴＳシステムの登録データ検証装置により作成された登録データ検証用の列車走行軌跡図である。

列車位置検出などの分野で既に利用されているＧＰＳやジャイロコンパスの技術を利用して、実際の運行条件で検証対象の線路を走行する列車の位置情報を時系列的に取得するようにした。

本発明の実施例１は、ＡＴＳ車上装置６を備えた列車５を実際の運行条件で走行させて検証対象の線路１の登録データの検証を行う登録データ検証装置１０である。列車５には車上子３と速度発電機４が取り付けられている。

列車５が地上子２の上を通過すると、車上子３と地上子２との間に電磁的結合が行われ、地上子２から車上子３に固定情報が送信される。車上子３が受信した地上子２の固定情報は当該地上子の設置位置情報を含み、この情報は車上装置６に入力される。従って、車上子３が地上子２から固定情報を受信し車上装置６に入力した時刻が、地上子２を列車が通過した時刻である。車上装置６は、ＡＴＳシステムに必要なデータが登録されたデータ記憶部を備えており、車上子３が受信した地上子２の固定情報から、当該地上子の設置位置が速度照査パターン発生地点であると判断した場合には、トリガーパルスを検証装置１０に入力する。また、車上速度照査式ＡＴＳ−Ｘシステムでは、地上子結合だけでなく、車上装置に登録した曲線等の設備データにより速度照査パターンを作成するため、列車５が速度発電機による距離積算によって、あらかじめ車上装置６に登録している曲線等（基準地点からの距離を登録）のパターン発生地点と認識した時点でもトリガーパルスを検証装置１０に入力する。

検証装置１０は、車上装置６から登録データ及びその関連情報が入力される制御部と、列車５の現在位置を測位し前記制御部に測位地点情報を入力するＧＰＳ受信器１１と、列車５の進行方位を測定し前記制御部に方位情報を入力するジャイロコンパス１２と、前記制御部に入力された情報並びに前記制御部から出力された情報を記憶する記憶部とから構成されている。図示しないが、検証装置１０には前記制御部に接続されたキーボードなどの入力部、前記制御部の出力情報を表示する表示部、前記制御部の出力情報をプリントするプリンタ部を備える。

以下、表１並びに図２と図３を参照しながら、本発明の一実施例のＡＴＳシステムの登録データ検証装置１０の動作を説明する。

（サンプリング測位地点情報の取得と記憶）
検証装置１０は、実際の運行条件で検証対象の線路を走行する列車に搭載され、所定のサンプリング間隔でＧＰＳによる測位を行い、測位時刻における位置情報P_n、即ち緯度x_nと経度y_nで特定する測位地点情報P_ｎ（x_ｎ, y_ｎ）を記憶部に記憶する。

即ち、検証装置１０は、先ず、列車のスタート時刻T₁に始発地点である基準地点をＧＰＳ受信器１１で測位し、その測位地点情報P₁（x_1, y₁）を記憶部に記憶する。なお、ＡＴＳ−Ｘシステムでは車上子が位置確定用地上子と結合した時点を基準位置とするため、上記列車のスタート時刻T₁は車上子が位置確定用地上子と結合した時刻となる。
続いて、検証装置１０は、第２回目の測位時刻である測位時刻T₂に現在位置をＧＰＳ受信器１１で測位し、その測位地点情報P₂（x_2, y₂）を記憶部に記憶する。
続いて、第３回目の測位時刻である測位時刻T₃に現在位置をＧＰＳ受信器１１で測位し、その測位地点情報P₃（x_3, y₃）を記憶部に記憶する。
以下、ＧＰＳによる測位とその測位地点情報の記憶部への記憶は、列車５が対象線路１の終点に到達するまで続けられる。

（登録位置対応情報の取得と記憶）
検証装置１０には車上装置６から測位指令が入力されるようになっている。測位指令はトリガーパルス信号であって、列車が速度照査パターンの発生地点に到達した時刻T_α、列車が曲線開始地点を通過した時刻T_β、列車５が曲線終了地点を通過した時刻T_γに車上装置６において発生し、リアルタイムで検証装置１０に入力される。

図２に示す如く、速度照査パターンの発生地点はＡＴＳ地上子２の設置位置であって、ＡＴＳ車上子３がＡＴＳ地上子２と電磁的に結合した時刻に車上装置６は前記トリガーパルスを発生する。また、列車５が速度発電機による距離積算によって、あらかじめ車上装置６に登録している曲線等（基準地点からの距離を登録）のパターン発生地点と認識した時刻にも、トリガーパルスを発生する。

測位指令が入力されると、直ちに検証装置１０は現在位置をＧＰＳ受信器１１で測位し、その測位地点情報と、測位時刻を記憶部に記憶する。
即ち、車上装置６が速度照査パターンを発生する地点に列車５が到達した時刻T_αに測位指令のトリガーが入力されると、検証装置１０は現在位置をＧＰＳ受信器１１で測位し、その測位地点情報P_α（x_α, y_α）と、測位時刻T_αを記憶部に記憶する。
列車５が曲線開始地点を通過した時刻T_βに測位指令のトリガーが入力されると、検証装置１０は現在位置をＧＰＳ受信器１１で測位し、その測位地点情報P_β（x_β, y_β）と、測位時刻T_βを記憶部に記憶する。
列車５が曲線終了地点を通過した時刻T_γに測位指令のトリガーが入力されると、検証装置１０は現在位置をＧＰＳ受信器１１で測位し、その測位地点情報P_γ（x_γ, y_γ）と、測位時刻T_γを記憶部に記憶する。

所定のサンプリング時間間隔毎の測位時刻とその時刻における現在位置である測位地点、及び車上装置６から測位指令のトリガーパルスが入力された測位指令時刻とその時刻における現在位置である測位地点の情報が、検証対象線路１の始発駅から終着駅までの全工程にわたって記憶部に記憶された後に、検証作業員は登録データの検証作業を以下に説明する方法で行う。

（ＧＰＳによる測位ができない区間の走行距離の実測）
トンネル区間などのＧＰＳ受信器１１による測位ができない区間の走行距離等のデータの取得は、車上装置からの列車走行速度情報とジャイロコンパス１２による方位情報を用いて、例えば次のようにして行う。

第Ｍ回目の測位時刻T_mにＧＰＳによる測位ができなかったとする。すると、検証装置１０は車上装置６にアクセスして列車５の走行速度ｖ_mを取得して記憶部に記憶する。続いて、ジャイロコンパス１２による方位測定を行い、方位情報θ_mを取得し、記憶部に記憶する。第M+1回目の測位時刻T_m+1に、検証装置１０は車上装置６にアクセスして列車５の走行速度ｖ_m+1を取得して記憶部に記憶する。続いて、ジャイロコンパスによる方位測定を行い、その時刻における方位情報θ_m+1を取得し、記憶部に記憶する。以下、ＧＰＳによる測位ができる区間に達するまで、測位時刻毎の列車５の走行速度並びに方位情報の取得と記憶部への記憶を行う。なお、表２は、方位情報、走行速度、及び推定測位地点の対応関係を示す。

ＧＰＳ受信器１１による測位ができない区間の測位時刻における推定測位地点情報P_m（x_ｍ, y_ｍ）は、次のようにして求める。検証装置１０の制御部は第M−1回目の測位時刻T_m-1におけるＧＰＳによる測位地点情報P_ｍ-1（x_ｍ-１、y_m-１）を読み出し、走行速度ｖ_m、方位情報θ_m、サンプリング時間間隔、及び測位地点情報P_ｍ-1を用い、所定の演算を行って求められる。

（速度照査パターン発生地点の登録データの検証）
列車５が速度照査パターン発生地点に到達した時刻T_αが第Ｐ回目の測位時刻T_ｐと第P+1回目の測位時刻T_ｐ+1との間であるとすると、検証装置１０は測位地点P_αと隣接する直前の測位地点P_Pとの隣接地点間距離d_αを算出する。隣接地点間距離d_αは、検証装置１０の制御部が測位地点情報P_α（x_α, y_α）とP_P（x_ｐ, y_ｐ）を記憶部から読み出し、所定の演算を行って算出する。続いて、検証装置１０の制御部が基準地点から測位地点P_αまでの走行距離D_αを、数式１を用いて算出する。

上述の如く、検証装置１０の制御部はサンプリング測位地点情報と登録位置対応情報を処理し、登録データに対応する実測データを生成する。この場合のサンプリング測位地点情報は第１回目から第P回目のサンプリングにより取得され記憶部に記憶された全ての測位地点情報であり、登録位置対応情報は列車が速度照査パターン発生地点に到達した時刻T_αにおける測位地点情報P_α（x_α, y_α）である。

数式１で算出された基準地点である始発駅からの実際の走行距離D_α、即ち、登録データに対応する実測データを車上装置６に登録されている距離データL_αと比較し、登録データの妥当性を検証作業員が検証する。もしも妥当でないと判断したら、登録データを実データに置き換えるなどの修正を行う。

（列車が曲線開始地点を通過した地点の登録データの検証）
列車５が曲線開始地点を通過した時刻T_βが第Q回目の測位時刻T_ｑと第Q+1回目の測位時刻である測位時刻T_ｑ+1との間であるとすると、検証装置１０は測位地点P_βと隣接する直前の測位地点P_ｑとの隣接地点間距離ｄ_βを算出する。隣接地点間距離ｄ_βは、検証装置１０の制御部が測位地点情報P_β（x_β, y_β）とP_q（x_q, y_q）を記憶部から読み出し、所定の演算を行って算出する。続いて、検証装置１０の制御部が基準地点から測位地点P_βまでの走行距離D_βを、数式２を用いて算出する。

上述の如く、検証装置１０の制御部はサンプリング測位地点情報と登録位置対応情報を処理し、登録データに対応する実測データを生成する。この場合のサンプリング測位地点情報は第１回目から第Q回目のサンプリングにより取得され記憶部に記憶された全ての測位地点情報であり、登録位置対応情報は列車が速度照査パターン発生地点に到達した時刻T_βにおける測位地点情報P_β（x_β, y_β）である。

数式２で算出された基準地点である始発駅からの実際の走行距離D_β、即ち、登録データに対応する実測データを車上装置６に登録されている距離データL_βと比較し、登録データの妥当性を検証作業員が検証する。もしも妥当でないと判断したら、登録データを実データに置き換えるなどの修正を行う。

（列車が曲線終了地点を通過した地点の登録データの検証）
列車５が曲線終了地点を通過した時刻T_γが第Ｒ回目の測位時刻T_ｒと第R+1回目の測位時刻である測位時刻T_ｒ+1との間であるとすると、検証装置１０は測位地点P_γと隣接する直前の測位地点P_ｒとの隣接地点間距離ｄ_γを算出する。隣接地点間距離ｄ_βは、検証装置１０の制御部が測位地点情報P_γ（x_γ, y_γ）とP_r（x_r, y_r）を記憶部から読み出し、所定の演算を行って算出する。続いて、検証装置１０の制御部が基準地点から測位地点P_γまでの走行距離D_γを、数式３を用いて算出する。

上述の如く、検証装置１０の制御部はサンプリング測位地点情報と登録位置対応情報を処理し、登録データに対応する実測データを生成する。この場合のサンプリング測位地点情報は第１回目から第R回目のサンプリングにより取得され記憶部に記憶された全ての測位地点情報であり、登録位置対応情報は列車が速度照査パターン発生地点に到達した時刻T_γにおける測位地点情報P_γ（x_γ, y_γ）である。

数式3で算出された基準地点である始発駅からの実際の走行距離D_γ、即ち、登録データに対応する実測データを車上装置に登録されている距離データL_γと比較し、登録データの妥当性を検証作業員が検証する。もしも妥当でないと判断したら、登録データを実データに置き換えるなどの修正を行う。

（曲線開始地点と曲線終了地点の検証）
曲線開始地点と曲線終了地点の登録データは、実際の線路１の曲線で特定される曲線開始地点と曲線終了地点を図面上で対比することで妥当性を検証する。

検証装置１０は、特定の速度照査パターン発生地点、曲線開始地点、曲線終了地点の線路を、図３に示す如く、測位地点情報を表示画面上にプロットして表示する。表示に用いられた測位地点情報は、速度照査パターン発生地点P_αの直前の測位地点P_ｐより前の任意の測位地点から、曲線終了地点P_γの直後の測位地点P_ｒ+１より後の任意の測位地点までである。

次に検証装置１０は、速度照査パターン発生地点への到達時刻T_αの測位地点P_α、曲線開始地点の通過時刻T_βの測位地点P_β、曲線終了地点の通過時刻T_γの測位地点P_γを表示画面上にプロットする。

このようにして表示された表示画面上から、検証作業員は、実際の線路１の曲線の開始地点と終了地点を特定する。或いは、このようにして表示された表示画面をプリントした印刷画面を見て、検証作業員は、実際の線路の曲線の開始地点と終了地点を特定する。

なお、列車５が通過した軌跡及び列車が登録位置を通過した時刻における位置は、ＧＩＳから取得した地図情報を処理した地図上にプロット表示し、或いはこれをプリントアウトすることによって、登録データの妥当性の検証が更に容易になる。また、ＧＩＳに信号機建植位置や分岐器、橋梁等の情報を登録することで、これらに対するデータ検証を行うことも可能になる。

図３から表３の如きデータが一目瞭然に読み取れ、これによって登録データの妥当性の検証が容易になされることが理解されるであろう。

ところで、上述の実施例では、ＡＴＳ車上子３がＡＴＳ地上子２と電磁的に結合した時刻、又は、列車５が速度発電機による距離積算によって、あらかじめ車上装置６に登録している曲線等（基準地点からの距離を登録）のパターン発生地点と認識した時刻にトリガーパルスを発生するものとした。しかしながら、前記トリガーパルスは、列車に添乗している検証作業員が検証装置１０に備えた入力ボタンを操作して任意の時刻に発生させるようにしてもよい。任意時刻にトリガーパルスを発生させるようにすることで、キロポストや構造物等に対してのマーカーを検証作業員が検証装置１０に入力できるようになり、これらに関する登録データの検証が可能になる。

また、上述の実施例では、ＧＰＳによる測位ができない区間の走行距離の実測にジャイロコンパス１２により得られる方位情報を利用するとして説明した。しかしながら、ジャロコンパス１２により得られる方位情報θはサンプリング時刻毎に取得し、検証装置１０の記憶部に記憶するようにしてもよい。この場合、測位時刻T₁、T_２、T_３・・・・T_ｎにジャイロコンパス１２が出力した方位情報θ_１、θ_２、θ_３・・・・θ_ｎが測位地点情報と共に検証装置の記憶部に記憶される。このようにすることで、例えば或る測位時刻における測位地点情報が欠損し又は異常値を示した場合には、これらの方位情報と当該測位情報の前後の測位情報で当該測位情報を推定することができる。

１ 線路
２ 地上子
３ 車上子
４ 速度発電機
５ 列車
６ 車上装置
１０ 検証装置
１１ ＧＰＳ受信器
１２ ジャイロコンパス

Claims (8)

1. ＡＴＳ車上装置を備えた列車を実際の運行条件で走行させて検証対象線路の登録データの検証を行う登録データ検証装置であって、
   前記列車に搭載され前記ＡＴＳ車上装置から登録データ及びその関連情報が入力される制御部と、列車の現在位置を測位して前記制御部に測位地点情報を入力するＧＰＳ受信器と、前記制御部に入力された情報並びに前記制御部から出力された情報を記憶する記憶部とから構成され、
   列車位置を所定のサンプリング時間間隔でＧＰＳ受信器から取得し、サンプリング測位地点情報として記憶部に記憶し、
   列車が登録位置を通過した時刻に前記ＡＴＳ車上装置が発生する信号をトリガーとして当該時刻における列車位置をＧＰＳ受信器から取得し、登録位置対応情報として記憶部に記憶し、
   前記サンプリング測位地点情報と登録位置対応情報を前記制御部で処理して登録データに対応する実測データを生成し、
   前記実測データと比較することによって登録データを検証するＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
2. 前記列車が登録位置を通過した時刻は、車上子と地上子が電磁的に結合した時刻であることを特徴とする請求項１に記載のＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
3. 前記列車が登録位置を通過した時刻は、列車が速度発電機による距離積算によって予め車上装置に登録している曲線等のパターン発生地点と車上装置が認識した時刻であることを特徴とする請求項１に記載のＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
4. 前記列車には更にジャイロコンパスが搭載されており、ＧＰＳ受信器による測位ができない区間では、所定のサンプリング時間間隔で前記ジャイロコンパスの方位情報を取得してサンプリング方位情報として記憶部に記憶し、前記制御部は前記ＡＴＳ車上装置から入力された走行速度情報と前記サンプリング方位情報から推定サンプリング測位地点情報を生成して記憶部に記憶することを特徴とする請求項１に記載のＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
5. 前記制御部は表示器を備えたものであって、前記表示器には前記時サンプリング測位地点情報と前記登録対応位置情報に基づいて、列車が通過した軌跡及び列車が登録位置を通過した時刻における位置がプロット表示されることを特徴とする請求項１又は４に記載のＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
6. 前記列車が通過した軌跡及び列車が登録位置を通過した時刻における位置は、ＧＩＳから取得した地図情報を処理した地図上にプロット表示されることを特徴とする請求項５に記載のＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
7. 前記制御部はプリンタを備えたものであって、前記プリンタは前記サンプリング位置情報と前記登録対応位置情報に基づいて、列車が通過した軌跡及び列車が登録位置を通過した時刻における位置がプロットでプリントすることを特徴とする請求項１又は４に記載のＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
8. 前記列車が通過した軌跡及び列車が登録位置を通過した時刻における位置は、ＧＩＳから取得した地図情報を処理した地図上にプロットでプリントすることを特徴とする請求項７に記載のＡＴＳシステムの登録データ検証装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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