JP5759331B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、列車の走行制御を行う列車制御システムに関し、特に、列車間隔を狭めて列車を走行させることが可能な列車制御システムに関する。

従来、列車の走行制御を行う列車制御システムが知られている。この種の列車制御システムとしては、例えば、特開２００２−６７９５７号公報に記載されているものが知られている。この列車制御システムは、例えば、列車の走行路（軌道）を、例えば、数百メートル間隔で区画した閉塞区間を設け、各閉塞区間単位で列車の走行制御を行うように構成されている。

特開２００２−６７９５７号公報

しかしながら、従来の列車制御システムは、閉塞区間単位での列車の走行制御であり、通常、１閉塞区間は数百メートルに設定されているため、自列車と前方列車間の距離（列車間隔）を、１閉そく区間より縮めることができず、列車間隔が長くなっていた。

本発明は上記課題に着目してなされたもので、列車制御システムにおいて、列車間隔を狭めて、列車の走行制御を行うことが可能な列車制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面による列車制御システムは、鉄道線路上を移動する各列車に設けられ無線通信可能な車上無線機を備えた車上装置と、前記鉄道線路に沿って配置され、前記車上無線機との間で無線通信が可能な複数の固定無線機であって、互いに隣り合うもの同士で無線通信して情報を中継しながら伝達する複数の固定無線機と、前記固定無線機を介して前記各列車の前記車上装置との間で情報の送受信が可能な地上装置と、を含み、前記地上装置は、各列車の位置情報に基づいて前記各列車とその前方列車の後端から余裕距離手前の位置との間の距離を生成し、該距離を含む情報を前記固定無線機へ送信し、前記各車上装置は、前記地上装置から前記各固定無線機を介して受信した前記距離を含む情報に、自身の車上無線機に対する指令が含まれている場合に、前記距離に基づいて停止パターンを生成して自列車の走行制御を行うように構成する。

本発明の一側面による列車制御システムによれば、地上装置は、各列車の位置情報に基づいて各列車とその前方列車の後端から余裕距離手前の位置との間の距離を生成し、この距離を含む情報を固定無線機へ送信し、各車上装置は、前記地上装置から前記各固定無線機を介して受信した前記距離を含む情報に、自身の車上無線機に対する指令が含まれている場合に、前記距離に基づいて停止パターンを生成して自列車の走行制御を行う構成であるため、各列車を前方列車の後端から余裕距離手前の位置まで進行させることができ、安全性を確保しつつ各列車の前方列車との間隔（列車間隔）を狭めることができる。そして、複数の固定無線機が互いに隣り合うもの同士で無線通信して情報を中継しながら伝達する構成において、前記各車上装置は、前記地上装置から前記各固定無線機を介して受信した前記距離を含む情報に、自身の車上無線機に対する指令が含まれている場合に、前記距離に基づいて停止パターンを生成して自列車の走行制御を行うことができる。

本発明による列車制御システムの一実施形態を示すブロック図である。 上記実施形態の列車制御システムによる列車の走行制御を説明するための説明図である。 上記実施形態における無線通信において、固定無線機及び車上無線機に割当てられたタイムスロットを示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による列車制御システムの一実施形態を示すブロック図である。
図１において、本実施形態の列車制御システム１０は、列車の走行制御を行うものであり、車上無線機ＶＲＳ１を備えた車上装置１と、複数の沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７と、拠点無線機ＳＲＳ１と、地上装置２と、を備えて構成される。なお、本実施形態において、上記拠点無線機ＳＲＳ１と沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７が、本発明に係る固定無線機に相当する。

前記車上装置１は、鉄道線路Ｒ上を移動する列車に設けられ、自列車の走行制御を行うとともに、自列車の位置を検出するものであり、例えば、車上無線機ＶＲＳ１と車上装置本体ＶＣ１とを備えて構成されている。

前記車上無線機ＶＲＳ１は、移動しながら前記複数の沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７及び拠点無線機ＳＲＳ１との間で各種情報を無線通信可能なものであり、車上装置本体ＶＣ１に接続されている。

前記車上装置本体ＶＣ１は、車上無線機ＶＲＳ１と例えば有線ケーブルで接続されており、該車上無線機ＶＲＳ１で受信された各種情報に基づき、自列車の走行制御を行うとともに、自列車の列車位置を検出する。

車上装置本体ＶＣ１は、車上無線機ＶＲＳ１と固定無線機（ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７、ＳＲＳ１）との間の無線通信によって、自列車の列車位置を検出し、該列車位置の情報を車上無線機ＶＲＳ１及び固定無線機（ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７、ＳＲＳ１）を介して地上装置２へ伝送させる。地上装置２へ伝送された列車イの位置情報は、当該列車イから前方列車ロ手前の停止点（図２参照）までの距離の算出に利用される。

車上装置本体ＶＣ１は、具体的には、車上無線機ＶＲＳ１と固定無線機との間の無線の送受信における電波の伝播遅延時間によって、固定無線機と車上無線機ＶＲＳ１間の距離を測定（測距）し、例えば、この測距結果と車上装置本体ＶＣ１に予め記憶させた各沿線無線機の位置情報に基づいて、自列車の列車位置を検出し、この列車位置の情報を、各固定無線機を介して地上装置２に送信するように構成されている。

また、車上装置本体ＶＣ１は、地上装置２から伝送される上記停止点までの距離に基づき自列車イから停止点までの停止パターン（図２参照）を生成し、自列車イが停止パターン以下の速度で走行するように走行制御を行う。この停止パターンとは、自列車イが停止点に到達して停止するまでの速度のパターンであり、例えば、図２に示すように、停止点に近づくにしたがって、列車速度は低くなり、停止点でゼロになるパターンである。

前記拠点無線機ＳＲＳ１は、例えば拠点駅に設けられ、地上装置２と有線ケーブルで接続されており、地上装置２から列車や沿線無線機への制御情報や制御指令を沿線無線機側へ無線送信し、列車や沿線無線機から地上装置２への情報を沿線無線機側から無線で受信する。

前記沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７は、車上無線機ＶＲＳ１や拠点無線機ＳＲＳ１と各種情報を送受信するもので、鉄道線路Ｒに沿って間隔を置いて複数個配置され、互いに隣り合うもの同士で無線通信して情報を中継しながら伝達する伝播型の無線機である。これら固定無線機（ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７、ＳＲＳ１）と車上無線機ＶＲＳ１との間の各無線通信は、後述する時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式で行われる。

前記地上装置２は、車上無線機ＶＲＳ１と固定無線機との間の無線通信によって得られた列車の位置情報に基づいて、当該列車イから前方列車ロ手前の停止点までの距離を算出するものであり、算出した停止点までの距離の情報を車上無線機ＶＲＳ１、拠点無線機ＳＲＳ１及び複数の沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７を介して車上装置本体ＶＣ１へ送信するように構成されている。なお、本実施形態においては、前記停止点は、図２に示すように、前方列車ロの後端から予め設定した余裕距離ｄ０手前に設定した位置である。

また、地上装置２は、車上無線機ＶＲＳ１、拠点無線機ＳＲＳ１及び複数の沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７の通信を制御・管理する機能も備えており、車上無線機及び固定無線機が予め割当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式で通信を行うように各無線機の通信の制御・管理を行う。

このように構築された各無線機（ＶＲＳ１，ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７、ＳＲＳ１）間の無線通信のネットワーク（ＴＤＭＡネットワーク）は、図３に示すように、１周期Ｔ（ｍｓｅｃ）をＮ個に分割したＴ／Ｎ（ms）で１回の送信を終わるように制御されている。Ｎ個の単位時間には、例えばｔ０，ｔ１，ｔ２，・・・ｔｎのように連番が付けられている。最後のｔｎまで来るとｔ０に戻り、それらを繰り返す。このｔ０，ｔ１，ｔ２，・・・ｔｎを一般形としてｔｉ（０≦ｉ≦Ｎ−１）で表し、このｔｉをタイムスロットと呼び、ｉをタイムスロット番号と呼ぶ。また、Ｎはタイムスロット数である。例えば、１周期Ｔ（ｍｓｅｃ）は５００ｍｓｅｃ、タイムスロット数Ｎは２５６、１タイムスロットＴ／Ｎは約２ｍｓｅｃに設定する。なお、周期Ｔ、タイムスロット数Ｎ及びタイムスロットＴは、これらに限らず、適宜設定することができる。

前記無線通信ネットワーク（ＴＤＭＡネットワーク）の１周期Ｔは、例えば、車上無線機ＶＲＳ１と地上装置２によって選択された２つの沿線無線機ＷＲＳ間の測距を行うための測距ブロック、車上無線機ＶＲＳ１が送信元になるＶＲＳ送信ブロック、各無線機の送受信動作の同期をとるための同期ブロック等に区分して構成されている。そして、各ブロックは、所定数のタイムスロットで構成されている。

また、地上装置２は、車上無線機ＶＲＳ１との測距用の無線の送受信に供される固定無線機を選択する機能も有している。地上装置２は、例えば、列車の初期位置を認識しており、車上装置１からの列車位置の情報に基いて、列車位置を列車の移動に追従してリアルタイムに認識し、その近傍の前後２つの固定無線機を車上無線機ＶＲＳ１との測距用の送受信に供する測距無線組として選択する。そして、地上装置２は、例えば、選択した測距無線組と車上無線機ＶＲＳ１に対する測距指令を、拠点無線機ＳＲＳ１及び沿線無線機を介して送信する。地上装置２は、例えば、図１に示すように、列車イが沿線無線機ＷＲＳ６と沿線無線機ＷＲＳ７の間に位置する場合、測距無線組としてＷＲＳ６及びＷＲＳ７を選択し、この測距無線組（ＷＲＳ６−ＷＲＳ７）及び列車イの車上無線機ＶＲＳ１に対する測距指令を送信する。

次に、本実施形態の列車制御システム１０の列車位置の検出動作及び走行制御の動作を、図１〜図３に基づいて説明する。なお、図１に示すように、列車イが沿線無線機ＷＲＳ６と沿線無線機ＷＲＳ７の間を走行し、前方列車ロが沿線無線機ＷＲＳ１と沿線無線機ＷＲＳ２の間を走行している場合における列車イの位置検出及び走行制御について説明する。前方列車ロの走行制御については、前方列車ロの前方の列車（図示せず）の位置に基いて、列車イと同様に行われるため説明を省略する。また、地上装置２は、前回の車上装置１からの列車位置情報に基いて、列車イが沿線無線機ＷＲＳ６と沿線無線機ＷＲＳ７の間を走行していることを認識しているもとして、以下説明する。

まず、列車位置の検出動作について説明する。
地上装置２は、列車イの車上無線機ＶＲＳ１の近傍の前後２つの沿線無線機として、ＷＲＳ６及びＷＲＳ７を選択し、この測距無線組（ＷＲＳ６−ＷＲＳ７）と列車イの車上無線機ＶＲＳ１に対する測距指令を生成する。また、地上装置２は、前方列車ロの車上無線機ＶＲＳ１の近傍の前後２つの沿線無線機として、ＷＲＳ１及びＷＲＳ２を選択し、この測距無線組（ＷＲＳ１−ＷＲＳ２）と前方列車ロの車上無線機ＶＲＳ１に対する測距指令を生成する。地上装置２によって生成された測距指令は、有線ケーブルを介して拠点無線機ＳＲＳ１に送られる。拠点無線機ＳＲＳ１は、自分に割当てられた送信用タイムスロットの時間になったときに、受信した測距指令を第１の沿線無線機ＷＲＳ１に無線で送信し、第２の沿線無線機ＷＲＳ２は測距指令を同じタイムスロットで受信する。第２の沿線無線機は、自分に割当てられた送信用タイムスロットの時間になったときに、受信した測距指令をその隣の第３の沿線無線機ＷＲＳに無線で送信する。以下、同様に沿線無線機間で送受信が行われ情報が順次中継されてこのネットワークの制御エリアの末端の沿線無線機まで伝達される。

ここで、各沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７及び車上無線機ＶＲＳ１は、図１に示すように、順次伝播してくる指令に自局に対する指令が含まれている場合に、その指令を実行する。列車イの車上無線機ＶＲＳ１及び測距無線機組ＷＲＳ６−ＷＲＳ７は、自局を指令先とする指令が含まれているため、測距ブロックにおける所定のタイムスロットの時間になったときに、測距用の無線の送受信を実行する。列車イの車上装置本体ＶＣ１は、この測距用の無線電波の伝播遅延時間に基づいて、無線機間（ＷＲＳ６−ＶＲＳ１、ＷＲＳ７−ＶＲＳ１）の距離をそれぞれ測定し、この測距結果と記憶部（図示せず）に予め記憶させた各沿線無線機の位置情報に基づいて、自列車イの列車位置を検出する。列車イの車上無線機ＶＲＳ１は、自身に割当てられた送信用タイムスロットの時間になったときに、自列車イの列車位置情報を発信する。列車位置情報は、車上無線機ＶＲＳ１に一番近い所に位置する沿線無線機によって受信される。列車位置情報を受信した沿線無線機は、自身に割当てられた送信用タイムスロットの時間になった時に受信した列車位置情報を拠点無線機ＳＲＳ１の方向へ送信する。この送信された列車位置情報は、拠点無線機ＳＲＳ１との間に存在する沿線無線機で前述したように時分割で順次中継され、拠点無線機ＳＲＳ１及び有線ケーブルを介して地上装置２へ送られる。このように、地上装置２からの情報と列車からの情報の伝達方向は互いに逆方向となる。

また、前方列車ロの車上無線機ＶＲＳ１及び測距無線機組ＷＲＳ１−ＷＲＳ２は、自局を指令先とする指令が含まれているため、測距ブロックにおける所定のタイムスロットの時間になったときに、測距用の無線の送受信を実行する。前方列車ロの車上装置本体ＶＣ１は、無線機間（ＷＲＳ１−ＶＲＳ１、ＷＲＳ２−ＶＲＳ１）の測距結果と記憶部に予め記憶させた各沿線無線機の位置情報に基づいて、前方列車ロの列車位置を検出する。前方列車ロの車上装置本体ＶＣ１は、検出した列車位置の情報を、各固定無線機を介して地上装置２に送信する。例えば、図２に示すように、列車イ及び前方列車ロが走行しているとき、車上装置本体ＶＣ１は、各時刻（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・）における自列車イ及び前方列車ロの列車位置をリアルタイムに検出し、その列車位置情報を、各無線機（車上無線機及び固定無線機）を介して地上装置２へ随時送信する。

次に、列車の走行制御の動作について説明する。
地上装置２は、列車イ及び前方列車ロの車上装置１から各固定無線機を介して伝送される各列車位置情報に基づいて、列車イから前方列車ロ手前の停止点までの距離を算出する。そして、地上装置２は、算出した停止点までの距離の情報を、測距指令と同様にして、拠点無線機ＳＲＳ１、複数の沿線無線機ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７及び車上無線機ＶＲＳ１を介して車上装置本体ＶＣ１へ送信する。

車上装置本体ＶＣ１は、地上装置２から伝送される停止点までの距離に基づき自列車イから停止点までの停止パターン（図２参照）を生成し、自列車イが停止パターン以下の速度で走行するように走行制御を行う。車上装置本体ＶＣ１は、例えば、従来の１固定閉塞区間長（例えば数百ｍ）よりも余裕距離ｄ０を短く設定し、列車イを前方列車ロの後端ぎりぎりまで進行させて停止させるように走行制御する。なお、車上装置本体ＶＣ１は、各時刻における距離情報に基き各時刻（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・）における停止パターンをそれぞれ生成している。このように、停止パターンは、前方列車までの距離に基いて、随時更新される。

上記実施形態による列車制御システム１０によれば、固定無線機と車上無線機間の時分割多重アクセス方式による無線通信によって得られた前方列車手前の停止点までの距離に基づいて生成された停止パターン以下の速度で走行するように列車の走行制御を行う構成であるため、列車を前方列車の手前の停止点まで進行させることができ、該停止点の位置を適宜設定することにより、安全性を維持しつつ前方列車との間隔（列車間隔）を狭めることができる。

本実施形態においては、列車位置の検出は車上装置側で行い、車上装置１から列車情報を地上装置２に伝送するものとして説明したが、これに限らず、例えば、地上装置側で各列車位置の検出を行い、地上装置２からその検出結果に基づく列車位置情報を各列車の車上装置１に伝送ように構成してもよい。

なお、本実施形態では、沿線無線機を７台として説明したが、沿線無線機の設置台数はこれに限るものでないことは言うまでもなく、例えば、地上装置２の制御対象エリアの長さに応じて沿線無線機の台数を増減するものである。

１・・・・・・・・・・車上装置
２・・・・・・・・・・地上装置
１０・・・・・・・・・列車制御システム
ＳＲＳ１・・・・・・・拠点無線機
ＷＲＳ１〜ＷＲＳ７・・沿線無線機
ＶＲＳ１・・・・・・・車上無線機
Ｒ・・・・・・・・・・鉄道線路
ロ・・・・・・・・・・前方列車

Claims (4)

1. 鉄道線路上を移動する各列車に設けられ無線通信可能な車上無線機を備えた車上装置と、
   前記鉄道線路に沿って配置され、前記車上無線機との間で無線通信が可能な複数の固定無線機であって、互いに隣り合うもの同士で無線通信して情報を中継しながら伝達する複数の固定無線機と、
   前記固定無線機を介して前記各列車の前記車上装置との間で情報の送受信が可能な地上装置と、
   を含み、
   前記地上装置は、各列車の位置情報に基づいて前記各列車とその前方列車の後端から余裕距離手前の位置との間の距離を生成し、該距離を含む情報を前記固定無線機へ送信し、
   前記各車上装置は、前記地上装置から前記各固定無線機を介して受信した前記距離を含む情報に、自身の車上無線機に対する指令が含まれている場合に、前記距離に基づいて停止パターンを生成して自列車の走行制御を行うことを特徴とする列車制御システム。
2. 前記車上装置は、自列車の前後２つの前記固定無線機との間の無線電波の伝播時間に基づいて自列車の位置を検出し、該列車の位置情報を前記車上無線機及び前記固定無線機を介して前記地上装置へ伝送させることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記各車上装置は、前記地上装置から前記各固定無線機を介して受信した前記距離に基づいて自列車から前記余裕距離手前の位置までの停止パターンを生成し、自列車が前記停止パターン以下の速度で走行するように走行制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
4. 前記複数の固定無線機と前記車上装置との間の前記無線通信は、予め割当てられたタイムスロットのみ通信可能に時間同期された時分割多重アクセス方式により行われることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。

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