JP5629491B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、列車制御システムに関する。

近年、鉄道においては、地上と車上との間で安全にかかわる制御情報を無線を利用して伝送する列車制御システムの開発が進められている。

図８は無線を利用した列車制御システムの一例を示す図であり、指令所装置、複数の拠点装置１〜４、夫々の列車に設けられる車上制御装置とで構成される。また、指令所装置と各拠点装置は地上ネットワークで接続され、各拠点装置と夫々の車上制御装置は拠点装置側の無線基地局と車上制御装置側の無線移動局とを介して無線により制御情報の伝送を行っている。

このような列車制御システムにおいて、各列車には夫々固有の列車ＩＤが予め割り振られており、指令所装置、各拠点装置、夫々の車上制御装置は当該列車ＩＤによって列車を識別する。

指令所装置は、運行上、列車がどの線路や転てつ器を進行するべきかのルートを決定し、ルート要求として拠点装置へ送信する。車上制御装置は列車の位置検出手段から得た列車位置情報などを拠点装置へ無線で送信する。

拠点装置１〜４は、夫々に管理区間が割り振られており、指令所装置から受信したルート要求に基づき転てつ器の状態や自己管理区間内での在線状態などを確認の上で各列車のルートを設定し、車上制御装置から得た列車位置情報などを元に列車の停止限界位置を算出して無線により車上制御装置へ送信すると共に、地上側にて転てつ器の転換指令などを行う。

一方、無線列車制御システムの仕組みに関しては、例えば、無線によって車上制御装置から取得した列車の位置情報に異常がみられた場合に、当該列車と先行列車の位置検知誤差と先行列車の後退する可能性のある距離とを考慮することで、列車の安全性を確保するものがある。

特開２０００−１５９１０５号公報

上述したような複数の拠点装置が分散配置された無線による列車制御システムにおいて、各拠点装置は他の拠点装置の管理区間内における列車の情報を把握することができない。

すなわち、図９を参照しながら説明すると、図８における拠点装置１は自管理区間内の情報しか把握できないので、上記拠点装置１が列車Ｃに設定できる停止限界位置は拠点装置１の管理区間の終端までである。しかし実際には、図８における拠点装置２の管理区間内に在線する列車Ｂの尾端に停止限界位置を設定しても安全上問題がないことから、本来実現できるはずの運行効率を達成できなくなってしまう。

一方、拠点装置に異常が発生し復旧した際、拠点装置の在線管理情報が消失してしまう可能性がある。このような場合、当該拠点装置は、自管理区間内における全列車の在線状態を確認する必要がある。しかしながら、当該拠点装置は、列車位置情報無線を通じて各列車から取得できるが、それが自管理区間内の全ての列車から取得できているかを確認することが困難である。

このため、全ての拠点装置の在線情報を管理するための装置を新たに設置したり、常時全ての拠点装置間で列車の位置情報の同期や共有をとることが考えられるが、新たな装置の導入やメンテナンスのコストが高くなるだけでなく、地上ネットワークの利用効率が低下し、ソフトウェアの実装や検証が複雑になってしまう。

本発明の目的は、地上ネットワークを効率的に利用しながら安全性を確保できる列車制御システムを提供することにある。

上記課題を達成するために本発明の列車制御システムは、指令所装置と、この指令所装置と地上通信ネットワークで接続される複数の拠点装置と、複数の列車上に夫々設けられ、前記複数の拠点装置と無線にて情報伝送を行う車上制御装置とを有する列車制御システムにおいて、前記指令所装置は、列車のルート要求を生成するルート要求生成手段と、このルート要求生成手段で生成されたルート要求を前記拠点装置へ伝送する地上伝送手段を有し、前記複数の車上制御装置それぞれは、自列車の位置を検知する列車位置検出手段と、列車ＩＤと前記列車位置検出手段による列車位置情報とを前記拠点装置へ無線で伝送する無線伝送手段とを有し、前記複数の拠点装置それぞれは、前記車上制御装置から受信した夫々の列車位置情報をもとに、自拠点装置の管理区間内に在線する全列車の列車ＩＤと列車位置情報とを記憶する在線管理手段と、前記指令所装置からのルート要求情報に基づいてルートの設定が要求された列車のルートを設定するルート設定手段と、前記在線管理手段で記憶された情報に基づいて、自拠点装置の管理区間内に在線しない列車に対して前記ルート設定手段でルートを設定した場合にはこの列車を進入予定列車とし、前記ルート要求情報と共に伝送された列車ＩＤと停止限界位置を記憶すると共にこの列車ＩＤと停止限界位置情報とを前記ルートの設定が要求された列車の進入側に隣接する拠点装置へ送信する進入予定列車管理手段と、前記ルートの設定が要求された列車が進出する側に隣接する拠点装置から、この隣接する拠点装置の管理区間内における前記ルートの設定が要求された列車の列車ＩＤと停止限界位置を受信して記憶する進出予定列車管理手段と、前記ルートの設定が要求され且つ自拠点装置の管理区間内に在線しない列車に対して停止限界位置を算出する場合、前記在線管理手段が記憶する前記列車ＩＤと列車位置情報、前記ルート設定手段により設定された列車のルート、及び前記列車が進出する側に隣接する拠点装置から受信し、この隣接する拠点装置の管理区間内における前記ルートの設定が要求された列車の停止限界位置情報とに基づいて、自拠点装置の管理区間の始端側に前記ルートの設定が要求された列車が在線すると仮定して停止限界位置を算出する停止限界位置算出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、地上ネットワークを効率的に利用しながら安全性を確保できる列車制御システムを提供することができる。

本発明に基づく実施例１の列車制御システムの機能構成図。 ［図１］を説明するためのルートの表現方法の一例を示す図。 ［図１］の停止限界位置の算出機能を説明するための図。 ［図１］の列車制御システムの動作を説明するための図。 本発明に基づく実施例２の列車制御システムの機能構成図。 ［図２］の停止限界位置の算出機能を説明するための図。 本発明に基づく実施例４の列車制御システムを説明するための全体構成図。 一般的な無線による列車制御システムの全体構成図。 ［図８］の停止限界位置の算出機能を説明するための図。

［実施例１］
以下、本発明に基づく実施例１の列車制御システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施例１における列車制御システムの構成を示す図である。

同図において、１は指令所装置、２は拠点装置、３は車上制御装置であり、指令所装置１と拠点装置２は地上伝送手段４として例えば有線ＬＡＮで接続され、拠点装置２と車上制御装置３は無線伝送手段５ａ、５ｂとして無線ＬＡＮにより情報伝送を行う。

指令所装置１において、ルート要求手段６は、ダイヤや運行状況等に基づいて各列車がどのルートを進むべきかを示すルート要求を生成し、地上伝送手段４を介して対象列車の列車ＩＤとルート要求とを拠点装置２へ送信する。ルートの表現方法については、特に限定しないが、例えば図２に示すように路線をブロック単位に分割し、そのブロックの並びでルートを表現する方法でよい。また、複数の拠点装置における夫々の管理区間をまたがってルートを要求する場合には、その区間を管理する全ての拠点装置に対して夫々ルート要求情報を送信する。この場合、指令所装置１で予めルートを分割してから各拠点装置へルート要求情報を送信しても良いし、各拠点装置に同一の長いルート要求情報を送信して拠点装置側で自管理区間内のルートのみを抽出する方法でも良いが、実施例１では前者の方法で送信するものとする。

車上制御装置３は、列車位置検出手段７として図示しないトランスポンダと速度発電機によって列車位置を算出し、周期的（例えば100msec周期）に無線伝送手段５ａによって拠点装置２の無線伝送手段５ｂに送信する。

拠点装置２は、車上制御装置３から受信した列車ＩＤと列車位置情報をもとに、自管理区間内に在線する列車とその位置とを在線管理情報として記憶する在線管理手段８を有する。また、拠点装置２のルート設定手段９は、指令所装置１から受信したルート要求に対して、他列車のルート設定状況や分岐器の状態を考慮して、対象列車のルート設定を行う。尚、ルートの設定方法については特に限定しないが、実施例１では、複数の列車に対して同一ルートを使用するような要求があった場合には、指令所装置１からルート要求が送信された順番に従った通りに列車が通過するようにルートを設定することとする。

この時、ルート設定を行った列車が在線管理手段８で記憶している在線管理情報にない列車であった場合には、対象列車を進入予定列車とみなし、進入予定列車管理手段１０にて対象の列車ＩＤを保持する。

更に拠点装置２は、停止限界位置算出手段１１により、自管理区間内にルートが設定された全列車に対して、周期的に停止限界位置を算出する。停止限界位置算出手段１１による停止限界位置の算出は、自管理区間内の列車に限られるものではなく、ルートが設定されていれば進入予定列車に対しても行われる。進入予定列車管理手段１０は、停止限界位置算出手段１１で算出した進入予定列車の停止限界位置を、前述した図８の如く、地上伝地上ネットワークを通じて進入方向に隣接する拠点装置に送信する。進出予定列車管理手段１２は、進出方向に隣接する拠点装置での進入予定列車を自拠点装置の進出予定列車として、その列車ＩＤと停止限界位置とを記憶する。

ここで、停止限界位置算出手段１１による停止限界位置の算出方法について、図３を参照しながら説明する。図３で示す停止限界位置の算出フローは、任意の一列車の停止限界位置を算出するものであり、ルート設定手段９で自区間内にルートが設定された全列車に対してこのフローによる計算を行う。停止限界位置算出の過程で利用する主な情報としては、停止限界位置算出の対象とする列車ＩＤ（対象列車ＩＤ）、対象列車設定ルート、在線管理情報、隣接拠点装置の進入予定列車と停止限界位置がある。算出結果として、対象列車の停止限界位置を出力する。

図３において、まずステップ３１で対象列車が進入予定列車かどうかを判定し、進入予定列車であった場合には、ステップ３２で列車位置がルート始端（自管理区間始端）であるものとして停止限界位置の算出を開始する。進入予定列車ではなく自管理区間内の列車であった場合には、ステップ３３で在線管理情報の列車位置と同じにする。次に、ステップ３４で自列車位置や支障位置（先行列車の尾端やルートの終端位置）をもとに、対象列車の停止限界位置を算出する。例えば、他列車の位置やルート終端などの支障位置の中で、自列車に最も近い位置に、位置検知誤差や車両性能による余裕距離を加味して停止限界位置とする。

ステップ３５、ステップ３６において、こうして算出された停止限界位置が自管理区間の終端であり、かつ、隣接拠点装置の進入予定列車に対象列車があった場合には、ステップ３７で進出予定列車管理手段１２にて保持している隣接拠点装置での停止限界位置算出結果を、対象列車の停止限界位置とする。そうでない場合には、ステップ３８において、前の処理で既に算出した結果を停止限界位置とする。

図４は前述した図８における列車Ｃの停止限界位置の算出方法について、各拠点装置の処理の概要を記したものである。前提として、列車Ｃのルートは図７における拠点装置３の中間まで設定されているものとする。そのため、図７における拠点装置１は列車Ｃを自管理区間の列車として、図７における拠点装置２と拠点装置３は列車Ｃを進入予定列車として、それぞれ列車Ｃの停止限界位置を算出する。上記拠点装置１は、自管理区間内に列車Ｃが在線しているので、列車Ｃの実際の位置情報を用いて停止限界位置を算出し始める。一方で、上記拠点装置２と上記拠点装置３では、列車Ｃは進入予定列車なので、夫々のルート始端（管理区間始端）に列車Ｃが在線すると仮定して、列車Ｃの停止限界位置を算出する。

上記拠点装置１では、列車Ｃの前方に支障がないため、まずは管理区間終端を停止限界位置として算出する。上記拠点装置２では、仮想の列車Ｃの前方に列車Ｂが在線するため、列車Ｂの尾端位置が停止限界位置となる。上記拠点装置３では、列車Ｃのルート終端が停止限界位置となる。

上記拠点装置２、拠点装置３での列車Ｃの停止限界位置算出結果は、夫々の進入予定列車情報として記憶され、同時に、上記拠点装置２の算出結果は上記点装置１へ、上記拠点装置３の算出結果は拠点装置２へと送信される。上記拠点装置２では、列車Ｃの停止限界位置が自管理区間の終端の手前なので、上記拠点装置３からの情報は利用せず、そのまま列車Ｂの尾端が列車Ｃの停止限界位置とし、拠点装置１へ送信する。上記拠点装置１では、列車Ｃの停止限界位置が自管理区間の終端であったので、上記拠点装置２から受信した停止限界位置情報を採用し、結果として、上記拠点装置１は列車Ｂの尾端位置を列車Ｃの停止限界位置として算出する。

尚、図４において、仮に列車Ｂが在線しておらず、また、列車Ｃのルートが図７における拠点装置４の管理区間にまで延びていた場合には、列車Ｃの停止限界位置は上記拠点装置４の区間内に設定できる。

このように、拠点装置において、ルート設定がされている任意の他拠点装置の管理区間内にも停止限界位置を設定することができる。また、複数の線路があったり、上り下りの方向があったりしても問題はない。

以上の通り、実施例１によれば、自管理区間内の列車の停止限界位置を、任意の他拠点装置管理区間内にも設定することができるので、停止限界位置を安全上問題ない最も遠方に設定することができる。その上で、通信が一方通行で単純なので、同期や共有を利用した方式と比較して実装や検証が容易である。不必要な地上局への通信や常時通信を行うわけではないので、地上間のネットワークを効率的に利用できる。また、列車位置と支障位置に基づく停止限界位置算出の基本部分は、拠点装置が１台の場合と同等なので、拠点装置１台の集中管理向けのものと互換が取れる。

［実施例２］
以下、本発明に基づく実施例２の列車制御システムについて、図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施例２における列車制御システムの構成を示す図である。

同図において、基本的なシステム構成は図１で示した実施例１と同様であるが、進出側に隣接する拠点装置に対して進出予定の列車を伝えるため、進出予定列車管理手段１２は、進出列車ＩＤを得ること、進出側に隣接する拠点装置の進入予定列車管理手段へ自区間の進出列車ＩＤを送信するようにしている。

すなわち、停止限界位置算出手段１１による自管理区間内での停止限界位置算出結果が自管理区間の終端位置となった場合には当該列車を進出予定列車とする。このとき、進出予定列車管理手段１２は、停止限界位置算出手段１１から進出予定列車の進出列車ＩＤを受信すると、進出側に隣接する拠点装置の進入予定列車管理手段に対し、当該進出列車ＩＤを送信して当該進出予定列車の停止限界位置算出の要求を行うようにしたものである。

ここで、隣接する拠点装置から停止限界位置の算出要求を受信したときの処理について、
図６を参照しながら説明する。尚、ステップ５１からステップ５５までは、実施例１で説明した図３におけるステップ３１からステップ３５までと同様であるので、説明を省略する。

ステップ５５で停止限界位置が自管理区間の終端である場合には、ステップ５６で進出予定列車管理手段に記憶された情報に基づいて対象列車が進出予定列車か否かを確認し、進出予定列車である場合には、ステップ５７で当該列車の停止限界位置を進出側に隣接する拠点装置から得る停止限界位置とする、逆に、対象列車が進出予定列車でない、すなわち進出予定列車管理手段に当該列車ＩＤが記憶されていない場合には、ステップ５８で当該列車を進出予定列車として進出予定列車管理手段に記憶し、ステップ５９において前の処理で既に算出した結果を停止限界位置とする。このようにして算出、得られた停止限界位置は、要求元の拠点装置に送信される。

尚、実施例２では、隣接拠点装置が算出した停止限界位置の手前側の位置が自管理装置で算出した停止限界位置より手前であっても、隣接拠点装置による停止限界位置を採用する。例えば、隣接する区間において列車のルートが設定されていない場合には、隣接拠点装置は該当列車の停止限界位置を設定できないため該当列車は、両拠点装置のオーバラップ区間へ進入もできない。ただし、自管理区間内で停止限界位置が設定されていれば、オーバラップ区間においても安全が確保されているとみなせるので、隣接拠点装置の停止限界位置算出結果（ルート設定状態）に関わらず、オーバラップ区間終端まで停止限界位置を設定可能としても良い。

以上の通り、実施例２によれば、実施例１で示した効果が得られるほか、隣接拠点装置が停止限界位置を必要とするタイミングになってから進入予定列車の停止限界位置を算出するので、ルートの設定タイミングが早くても無駄な処理や通信を抑えることができる。

［実施例３］
一方、上述した実施例２の構成において、停止限界位置算出手段１１は、停止限界位置が一度ルート終端位置になった列車（進出予定列車）に対しては、最初から隣接拠点装置が算出した停止限界位置を採用するようにしても良い。

また、設定済みのルートの削除など、停止限界位置が後退する要因となる異常事象があった場合には、進出予定列車管理手段で記憶している進入予定列車のリストを消去する。

以上の通り、実施例３によれば、実施例２の効果に加え、更に処理負荷を軽減することができる。

［実施例４］
以下、本発明に基づく実施例４の列車制御システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図７は、本発明の実施例４における列車制御システムの全体構成図である。

同図において、各拠点装置１〜４は、１日間といった予め定められた時間内で、自管理区間内に進入した列車と、自管理区間外に進出した列車の列車ＩＤをそれぞれ記憶する。

このとき、進入と進出とみなす際には、オーバラップ区間は除外する。例えば、拠点装置２において進入とみなすのは、拠点装置１の終端位置で、進出とみなすのは拠点装置３の始端位置である。尚、図７は下り方向（紙面での右方向）のみを記載しているが、上りがある場合も同様に記憶する（下りとは別々に記憶しても良いし、境界単位で列車ＩＤと列車方向を組にして記憶しても良い）。また、折返し等で同一列車が進入・進出した場合は、その列車を重複して記憶したり、進入・進出回数を記憶する。

ここで、拠点装置２に何らかの異常が発生し、在線管理手段で記憶されている在線管理情報がクリアされた状態で拠点装置２が復旧したとする。このとき、拠点装置２は隣接する拠点装置１、３に対して、拠点装置２との境界に関する進入列車リストと進出列車リストを要求し、進出列車リストから進入列車リストを差し引いて残った列車を、自区間内に在線する列車とみなす。例えば、図７においては、拠点装置２の進入側に隣接する拠点装置１の進出列車｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ｝から、拠点装置２の進出側に隣接する拠点装置３の進入列車｛Ａ，Ｂ，Ｃ｝を差し引き、拠点装置２の自管理区間内の列車は｛Ｄ，Ｅ｝と判定する。

こうして得られた列車情報と、その時点で無線通信を行っている列車情報とを照合し、完全に一致していたら、通常通りの制御を再開する。一方、一致していない場合には、列車の認識に異常があるとみなし（例えば列車の無線異常）、関連する列車を停止させておくなど安全側の制御を行う。

尚、実施例４では、両端の拠点装置には対応できないような構成としたが、環状路線のように、両端同士が互いの進入、進出列車を記憶するようにすれば、端の拠点装置が故障した場合にも対応することができる。

以上の通り、実施例４によれば、或る拠点装置が在線管理情報を紛失した状態で復旧した際、拠点装置のみの連携により、当該拠点装置における在線列車の確認をすることができる。

１ 指令所装置
８ 在線管理手段
９ ルート設定手段
１０ 進入予定列車管理手段
１１ 停止限界位置算出手段
１２ 進出予定列車管理手段

Claims (5)

1. 指令所装置と、この指令所装置と地上通信ネットワークで接続される複数の拠点装置と、複数の列車上に夫々設けられ、前記複数の拠点装置と無線にて情報伝送を行う車上制御装置とを有する列車制御システムにおいて、
   前記指令所装置は、
   列車のルート要求を生成するルート要求生成手段と、
   このルート要求生成手段で生成されたルート要求を前記拠点装置へ伝送する地上伝送手段を有し、
   前記複数の車上制御装置それぞれは、
   自列車の位置を検知する列車位置検出手段と、
   列車ＩＤと前記列車位置検出手段による列車位置情報とを前記拠点装置へ無線で伝送する無線伝送手段とを有し、
   前記複数の拠点装置それぞれは、
   前記車上制御装置から受信した夫々の列車位置情報をもとに、自拠点装置の管理区間内に在線する全列車の列車ＩＤと列車位置情報とを記憶する在線管理手段と、
   前記指令所装置からのルート要求情報に基づいてルートの設定が要求された列車のルートを設定するルート設定手段と、
   前記在線管理手段で記憶された情報に基づいて、自拠点装置の管理区間内に在線しない列車に対して前記ルート設定手段でルートを設定した場合にはこの列車を進入予定列車とし、前記ルート要求情報と共に伝送された列車ＩＤと停止限界位置を記憶すると共にこの列車ＩＤと停止限界位置情報とを前記ルートの設定が要求された列車の進入側に隣接する拠点装置へ送信する進入予定列車管理手段と、
   前記ルートの設定が要求された列車が進出する側に隣接する拠点装置から、この隣接する拠点装置の管理区間内における前記ルートの設定が要求された列車の列車ＩＤと停止限界位置を受信して記憶する進出予定列車管理手段と、
   前記ルートの設定が要求され且つ自拠点装置の管理区間内に在線しない列車に対して停止限界位置を算出する場合、前記在線管理手段が記憶する前記列車ＩＤと列車位置情報、前記ルート設定手段により設定された列車のルート、及び前記列車が進出する側に隣接する拠点装置から受信し、この隣接する拠点装置の管理区間内における前記ルートの設定が要求された列車の停止限界位置情報とに基づいて、自拠点装置の管理区間の始端側に前記ルートの設定が要求された列車が在線すると仮定して停止限界位置を算出する停止限界位置算出手段と
   を備えたことを特徴とする列車制御システム。
2. 前記進入予定列車管理手段は、始端が同一のルート設定が複数ある場合、前記停止限界位置算出手段が算出した前記指令所装置からのルート要求が最も早かった列車の停止限界位置とこの列車ＩＤを、前記進入側に隣接する拠点装置へ送信するようにしたことを特徴とする請求項１記載の列車制御システム。
3. 指令所装置と、この指令所装置と地上通信ネットワークで接続される複数の拠点装置と、複数の列車上に夫々設けられ、前記複数の拠点装置と無線にて情報伝送を行う車上制御装置とを有する列車制御システムにおいて、
   前記複数の車上制御装置それぞれは、
   自列車の位置を検知する列車位置検出手段と、
   列車ＩＤと前記列車位置検出手段による列車位置情報とを前記拠点装置へ無線で伝送する無線伝送手段とを有し、
   前記複数の拠点装置それぞれは、
   前記車上制御装置から受信した夫々の列車位置情報をもとに、自拠点装置の管理区間内に在線する全列車の列車ＩＤと列車位置情報とを記憶する在線管理手段と、
   進入側に隣接する拠点装置の管理区間終端を通過した列車を進入列車としてこの進入列車の列車ＩＤを記憶する進入列車記憶手段と、
   進出側に隣接する拠点装置の管理区間始端を通過した列車を進出列車としてこの進出列車の列車ＩＤを記憶する進出列車記憶手段と、
   前記在線管理手段に記憶された情報が失われた場合には、進入側又は進出側に隣接する拠点装置に対して進出列車情報又は進入列車情報を要求し、前記進入側に隣接する拠点装置の進出列車の列車ＩＤから前記進出側に隣接する拠点装置の進入列車の列車ＩＤを差し引いて残った列車ＩＤに対応する列車を自拠点装置の管理区間内に在線する列車として認識し、この認識した全列車の列車ＩＤを記憶する在線列車確認手段と
   を備えたことを特徴とする列車制御システム。
4. 隣接する拠点装置から進出列車情報又は進入列車情報の要求信号を受信した場合には、要求された進出列車情報又は進入列車情報に対応する進出列車の列車ＩＤ又は進入列車の列車ＩＤを要求元の拠点装置へ送信する応答手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の列車制御システム。
5. 両端に設置された拠点装置の前記進入列車記憶手段と前記進出列車記憶手段は、反対側の終端に設置された拠点装置におけるシステム境界側の列車入出情報を記憶すると共に、進出列車情報又は進入列車情報の要求や当該要求に対する応答は両端に設置された拠点装置間で行うようにしたことを特徴とする請求項３記載の列車制御システム。

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