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技術 鉄道用設備監視システム及びデータ通信装置

出願人 東日本旅客鉄道株式会社日本ユニシス株式会社
発明者 鈴木雅彦加藤尚志小林雅浩
出願日 2014年3月4日 (6年9ヶ月経過) 出願番号 2014-041447
公開日 2015年9月24日 (5年3ヶ月経過) 公開番号 2015-166217
状態 特許登録済
技術分野 移動無線通信システム 鉄道交通の監視、制御、保安
主要キーワード 収集データ量 接点入力端子 代替通信経路 固定無線機 信号機器 通信ウィンドウ データ送信制御処理 送信経路情報
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

鉄道沿線に沿って設置された複数の信号制御機器のいずれかの通信装置故障が発生したり、沿線の途中で電波干渉電波障害が発生した場合にもかなり高い確率で通信が行なえるようにする。

解決手段

複数の信号制御機10と、信号制御機10の動作状態遠隔地監視する監視装置20とを備えた鉄道設備監視システムにおいて、監視装置20に直接または間接的に接続され異なる複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な主たる無線通信手段と、信号制御機10に直接または間接的に接続され複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な従たる無線通信手段と、複数の周波数帯を使用した無線通信によって受信したデータを転送する機能を有する中継器31とを備え、主たる無線通信手段と従たる無線通信手段と中継器31とを、無線通信可能距離の2分の1以下の距離をおいて配置する。

概要

背景

鉄道事業においては、安全な鉄道運行を行うために、鉄道沿線に多くの踏切遮断機信号機などの機器およびそれらの機器をそれぞれ制御する踏切制御装置等の制御機器(以下、信号制御機器と称する)が配置されている。従来、鉄道沿線の信号制御機器の異常検知は、通信帯域が非常に狭いアナログ回線を使用した監視ステム運転士による目視で行なっており、異常が検知された場合には、監視システムおよび指令室から保守担当部署異常発生通報し、担当者現場に駆けつけ障害対応を実施している。

また、従来、有線のアナログ回線を経由してそれら機器の状況を取得するための遠隔監視も一部実施しているが、アナログ回線はデータの送信量が少なく詳細なデータが得られないため、信号制御機器の保守管理に必要な動作記録は、担当者が現場に行き現地機器動作記録装置から直接データを読み出して確認するようにしている。このように、従来の鉄道用信号制御機器の監視およびデータ収集人手を要すると共に時間がかかるため、信号制御機器の状態を遠隔から監視したり制御できるとともに、現場に行かずに信号制御機器の動作記録を取得して異常原因を解析できるシステムが望まれている。

概要

鉄道沿線に沿って設置された複数の信号制御機器のいずれかの通信装置故障が発生したり、沿線の途中で電波干渉電波障害が発生した場合にもかなり高い確率で通信が行なえるようにする。複数の信号制御機10と、信号制御機10の動作状態遠隔地で監視する監視装置20とを備えた鉄道用設備監視システムにおいて、監視装置20に直接または間接的に接続され異なる複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な主たる無線通信手段と、信号制御機10に直接または間接的に接続され複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な従たる無線通信手段と、複数の周波数帯を使用した無線通信によって受信したデータを転送する機能を有する中継器31とを備え、主たる無線通信手段と従たる無線通信手段と中継器31とを、無線通信可能距離の2分の1以下の距離をおいて配置する。

目的

このように、従来の鉄道用信号制御機器の監視およびデータ収集は人手を要すると共に時間がかかるため、信号制御機器の状態を遠隔から監視したり制御できるとともに、現場に行かずに信号制御機器の動作記録を取得して異常原因を解析できるシステムが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

鉄道沿線に沿って配置されている1または2以上の信号制御機器と、これらの信号制御機器の動作状態遠隔地監視する監視装置とを備えた鉄道設備監視システムであって、前記監視装置に直接または間接的に接続され、異なる複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な主たる無線通信手段と、前記信号制御機器に直接または間接的に接続され、前記複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な従たる無線通信手段と、前記複数の周波数帯を使用した無線通信によって受信したデータを転送する機能を有する中継手段と、を備え、前記主たる無線通信手段と、前記従たる無線通信手段と、前記中継手段とが、前記無線通信による通信可能距離の2分の1以下の距離をおいて鉄道沿線に沿って配置されていることを特徴とする鉄道用設備監視システム。

請求項2

前記従たる無線通信手段は、通信状態を判定する機能を備え、前記複数の周波数帯のすべての無線通信が可能な場合にはすべての周波数帯の無線通信を実行してデータを送信し、前記複数の周波数帯のうちいずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、無線通信が可能な他の周波数帯を使用した無線通信によってデータを送信することを特徴とする請求項1に記載の鉄道用設備監視システム。

請求項3

前記従たる無線通信手段は、前記いずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、縮退処理をしたデータを送信することを特徴とする請求項2に記載の鉄道用設備監視システム。

請求項4

送信すべきデータはその種類に応じて優先度が付けられており、前記縮退処理は、前記優先度が低いデータを送信対象としない処理であることを特徴とする請求項3に記載の鉄道用設備監視システム。

請求項5

鉄道沿線に沿って配置されている1または2以上の信号制御機器と、これらの信号制御機器の動作状態を遠隔地で監視する監視装置とを備えた鉄道用設備監視システムにおいて、前記信号制御機器または前記監視装置に直接または間接的に接続されて通信を行なうデータ通信装置であって、異なる複数の周波数帯のすべてまたはいずれか1つを使用した無線通信が可能に構成されていることを特徴とするデータ通信装置。

請求項6

前記異なる複数の周波数帯を使用した無線通信の通信状態を判定する機能を備え、前記複数の周波数帯のすべての無線通信が可能な場合にはすべての周波数帯の無線通信を実行してデータを送信し、前記複数の周波数帯のうちいずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、無線通信が可能な他の周波数帯を使用した無線通信によってデータを送信することを特徴とする請求項5に記載のデータ通信装置。

請求項7

前記いずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、縮退処理をしたデータを送信することを特徴とする請求項6に記載のデータ通信装置。

請求項8

送信すべきデータはその種類に応じて優先度が付けられており、前記縮退処理は、前記優先度が低いデータを送信対象としない処理であることを特徴とする請求項7に記載のデータ通信装置。

技術分野

0001

本発明は、離れた位置に配設されている複数の電気機器の状態を監視する監視システム及びそれに用いられる無線方式データ通信装置に関し、特に鉄道設備監視システム及びデータ通信装置に利用して有効な技術に関するものである。

背景技術

0002

鉄道事業においては、安全な鉄道運行を行うために、鉄道沿線に多くの踏切遮断機信号機などの機器およびそれらの機器をそれぞれ制御する踏切制御装置等の制御機器(以下、信号制御機器と称する)が配置されている。従来、鉄道沿線の信号制御機器の異常検知は、通信帯域が非常に狭いアナログ回線を使用した監視システムや運転士による目視で行なっており、異常が検知された場合には、監視システムおよび指令室から保守担当部署異常発生通報し、担当者現場に駆けつけ障害対応を実施している。

0003

また、従来、有線のアナログ回線を経由してそれら機器の状況を取得するための遠隔監視も一部実施しているが、アナログ回線はデータの送信量が少なく詳細なデータが得られないため、信号制御機器の保守管理に必要な動作記録は、担当者が現場に行き現地機器動作記録装置から直接データを読み出して確認するようにしている。このように、従来の鉄道用信号制御機器の監視およびデータ収集人手を要すると共に時間がかかるため、信号制御機器の状態を遠隔から監視したり制御できるとともに、現場に行かずに信号制御機器の動作記録を取得して異常原因を解析できるシステムが望まれている。

先行技術

0004

特開2002−012150号公報
特開2013−042344号公報
特許第5224871号公報
特開2013−085099号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明者らは、鉄道用設備監視システムにおける信号制御機器とそれを監視する装置との通信方式について検討した。その結果、有線方式では、中継器故障した場合にその先の有線に繋がっている信号制御機器との通信ができなくなるなど、一つの通信機器故障による影響が大きいので、妥当でないとの結論に達した。また、光回線等の大容量通信網を鉄道沿線に施設し、信号制御機器と監視装置とを光回線を接続することで、信号機器動作状況確認・異常検知・保守のための機器制御を実現することも考えられるが、光回線の場合、光ケーブル敷設工事等のコストが膨大になるため、現実的ではない。
また、断線による通信不能を考慮して、所定のルートに沿って設置された複数個固定局間を複数の有線ネットワークで接続する技術(特許文献1)が提案されているが、ネットワーク構築コストが高くなるとともに、有線ネットワークの場合、多重化したとしても、延線で火災が発生したような場合には、複数の回線が同時に通信不能になることが多いと予想される。

0006

そこで、本発明者らは、無線通信方式に着目した。無線通信方式には、携帯電話や、WiFi等の無線LANを利用する方法があるが、前者は通信コストがかかり、後者は電波干渉の問題がある。特に都会では、既存の通信会社が施設した無線LANの中継機器から発せられる電波干渉を起こし易い。また、無線通信方式には、大容量通信可能なBluetooth(登録商標)やUWB(Ultra Wide Band)などに代表されるワイヤレスPAN(近距離無線)があるが、鉄道沿線をカバーするには通信距離が短いという課題がある。

0007

ところで、無線通信を使用してデータを送信する発明としては、例えば所定のルートに沿って移動する移動局と上記ルートに沿って複数個設置された伝播型の固定局とこれらの通信の制御・管理を行う制御局とを備え、時分割多重アクセス方式で通信を行うようにした無線通信ネットワークシステムに関する発明がある(特許文献2)。
なお、特許文献2のような無線通信ネットワークシステムにおいては、互いに隣合う沿線無線機同士で順次無線通信しながら情報を中継して行く伝播型ネットワークを構成しているので、この無線通信ネットワークを例えばトンネル内で用いる場合には、列車本体とトンネルとの間隙が小さくなり、その間隙を電波が伝播したときに減衰して沿線無線機間に通信障害が発生し、無線通信ネットワークは列車が存在する地点で切断されてしまうおそれがある。

0008

そこで、特許文献2の発明は、移動無線機を前記移動体の前部と後部に配置して互いに通信可能とし、互いに無線通信可能な固定無線機間に前記移動体が存在するときに、前記固定無線機間の情報伝達を、移動体に搭載した前記2つの移動無線機で中継可能な構成とすることで、上記のような不具合を回避するようにしている。
しかしながら、上記特許文献2に開示されている無線通信にあっては、いずれかの固定無線機に故障が発生した場合には、通信が行なえなくなってしまうという課題がある。

0009

また、リレー方式の無線通信を用いて複数の計測装置から計測データを収集する遠隔監視システムにおいて、通信経路の途中に通信不能な装置が存在する場合の代替通信経路を予め定めておくようにした発明も提案されている(特許文献3)。
しかし、特許文献3の発明は、いずれかの装置に故障が発生した場合には有効であるが、電波干渉や電波障害によって通信が不能になった場合には、対応することができないという課題がある。また、すべての設置箇所の装置に対応して代替通信経路を用意しておくことで通信不能を回避することも考えられるが、そのようにするとシステムが冗長になり、多大なコストアップを招いてしまう。

0010

さらに、一般的な無線通信ネットワークシステムにおいては、電波干渉や電波障害によって通信が不能になる場所はある程度予想することができるので、そのような場所に迂回通信ルートを設定すればコストの上昇を抑えることができる。しかし、本発明が適用を想定している鉄道の通信ネットワークシステムにおいては、故障や事故が発生することで例えばパンタグラフ高圧線からの火花の発生に伴う電磁ノイズの発生等が考えられ、電波障害がいつどこで発生するか予想しにくいので、迂回通信ルートの設定が困難であるとともに、すべての場所に迂回通信ルートを設定しようとすると、多大なコストアップを招いてしまうという鉄道固有の課題がある。

0011

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、無線通信方式を採用した場合に、鉄道沿線に沿って設置された複数の信号制御機器のいずれかにおいて通信装置に故障が発生したり、沿線の途中で電波干渉や電波障害が発生したとしてもかなり高い確率で通信が行なえる鉄道用設備監視システム及びそれに用いて好適なデータ通信装置を提供することを目的とする。
なお、2.4GHz帯と955MHz帯の2つの周波数帯による無線通信が可能な無線デバイスを用いてデータを送信するようにした無線通信システムに関する発明(特許文献4)が提案されていることが、本発明の開発後における本発明者らの調査によって明らかになった。しかし、特許文献4に記載されている発明は、普段はいずれか一方の周数波帯で通信を行うとともに、一方の周波数帯の通信品質が低下した場合に他の周波数帯に切り替えるという技術です。しかも、周波数帯の切替えに際しては一方のデバイスから他方のデバイスへ切替え要求を行い、許可応答を受けてから周波数帯を切り替えるという方式であるため、使用中の周波数帯による通信が完全に遮断されてしまうと切り替えが行えないという課題がある。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を解決するために、本出願に係る第1の発明は、
鉄道沿線に沿って配置されている1または2以上の信号制御機器と、これらの信号制御機器の動作状態遠隔地で監視する監視装置とを備えた鉄道用設備監視システムであって、
前記監視装置に直接または間接的に接続され、異なる複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な主たる無線通信手段と、
前記信号制御機器に直接または間接的に接続され、前記複数の周波数帯を使用した無線通信が可能な従たる無線通信手段と、
前記複数の周波数帯を使用した無線通信によって受信したデータを転送する機能を有する中継手段と、を備え、
前記主たる無線通信手段と、前記従たる無線通信手段と、前記中継手段とが、前記無線通信による通信可能距離の2分の1以下の距離をおいて鉄道沿線に沿って配置されているようにした。

0013

また、本出願に係る第2の発明は、
鉄道沿線に沿って配置されている1または2以上の信号制御機器と、これらの信号制御機器の動作状態を遠隔地で監視する監視装置とを備えた鉄道用設備監視システムにおいて、前記信号制御機器または前記監視装置に直接または間接的に接続されて通信を行なうデータ通信装置において、
異なる複数の周波数帯のすべてまたはいずれか1つを使用した無線通信が可能に構成されているようにした。

0014

上記第1の発明によれば、無線通信手段と中継手段とが、通信可能距離の2分の1以下の距離をおいて鉄道沿線に沿って配置されているので、複数の信号制御機器のいずれかにおいて無線通信手段に故障が発生したとしても、無線通信手段が故障している信号制御機器を飛ばして次の信号制御機器の無線通信手段と通信することで監視装置へデータを送信することができる。
また、第1の発明や第2の発明によれば、監視装置および信号制御機器にそれぞれ接続されている無線通信手段が各々複数の周波数帯を使用した無線通信を行うことができるため、沿線の途中で電波干渉や電波障害が発生した場合にも複数の周波数帯のすべてで電波干渉や電波障害が発生するのは稀であるので、かなり高い確率で通信を行なうことができる。

0015

ここで、望ましくは、前記無線通信手段またはデータ通信装置は、通信状態を判定する機能を備え、前記複数の周波数帯のすべての無線通信が可能な場合にはすべての周波数帯の無線通信を実行してデータを送信し、前記複数の周波数帯のうちいずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、無線通信が可能な他の周波数帯を使用した無線通信によってデータを送信するように構成する。
複数の周波数帯のすべての無線通信が可能な場合にはすべての周波数帯の無線通信を実行してデータを送信することにより、監視装置によって多くの信号制御機器の動作状態を、短い周期で収集することができるため、精度の高い監視が可能になる。

0016

また、望ましくは、前記無線通信手段またはデータ通信装置は、前記いずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、縮退処理をしたデータを送信するように構成する。
これにより、いずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、縮退処理をしたデータを送信するので、監視に必要な情報量は減少するが全く信号制御機器の動作状態を把握できなくなる事態が発生するのを回避することができる。

0017

さらに、望ましくは、送信すべきデータはその種類に応じて優先度が付けられており、前記縮退処理は、前記優先度が低いデータを送信対象としない処理であるようにする。
このように構成することにより、いずれかの周波数帯を使用した無線通信が不能な場合には、優先度が低いデータを送信対象としないので、詳細な監視に必要な情報量は減少するものの最小限の監視に必要な情報は得ることができ、信号制御機器の動作状態をリアルタイムで把握できなくなる事態が発生するのを回避することができる。

発明の効果

0018

本発明によれば、無線通信方式を採用した場合に、鉄道沿線に沿って設置された複数の信号制御機器のいずれかにおいて通信装置に故障が発生したり、沿線の途中で電波干渉や電波障害が発生したとしてもかなり高い確率で通信が行なえる監視システム及びデータ通信装置を実現することができるという効果がある。

図面の簡単な説明

0019

本発明に係る鉄道用設備監視システムの一実施形態を示す概略図である。
実施形態の鉄道用設備監視システムにおける信号制御機器監視サーバの構成例を示すブロック図である。
実施形態の鉄道用設備監視システムにおけるZigBee子機(以下、ジグビー子機と記す)の構成例を示すブロック図である。
実施形態の鉄道用設備監視システムにおける中継器の構成例を示すブロック図である。
実施形態の鉄道用設備監視システムにおけるZigBee親機(以下、ジグビー親機と記す)の構成例を示すブロック図である。
ジグビー子機におけるデータバッファの構成例を示す図である。
ジグビー子機におけるデータ送信処理の手順の一例を示すフローチャートである。
ジグビー子機における通信回復処理の手順の一例を示すフローチャートである。
信号制御機器監視サーバにおける信号制御機への制御情報送信処理の手順の一例を示すフローチャートである。
アナログ回線を使用してデータを収集する現行の信号制御機器監視システムの構成図である。
現行のシステムにおけるアナログ回線の代わりに本発明の実施形態のジグビー通信機器を適用した信号制御機器監視システムの構成例を示す図である。
アナログ回線の代わりにジグビー通信機器を適用した信号制御機器監視システムの他の構成例を示す図である。

実施例

0020

以下、本発明に係る鉄道用設備監視システム及びそれに用いられるデータ通信装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の鉄道用設備監視システムは、例えば図1に示すように、鉄道沿線に沿って配置されている複数の踏切遮断機の信号制御機10を監視するもので、信号制御機10には、IEEE.802.15.4規格(ZigBee通信規格)に従った無線通信(以下、ジグビー通信と称する)の機能を有するジグビー子機11がそれぞれ設けられている。

0021

また、指令室等に配置されている信号制御機器監視サーバ20には、ジグビー通信可能なジグビー親機21が、LAN22等を介して接続されている。ジグビー親機21とジグビー子機11との間や、ジグビー子機11間のうち距離が比較的離れている機器間中間地点、所定の長さ以上のトンネルの出入口には、ジグビー中継器31がそれぞれ配置されている。
信号制御機10は、踏切遮断機や警報装置スピーカ警報灯)等の信号機器を制御する機能を有するとともに、信号機器に設けられているセンサ(遮断用バーの位置検出器等)や障害物検知装置、非常ボタンスイッチからの信号が入力されており、これらの信号の動作状態を記録する記録装置を備えている。

0022

本実施形態におけるジグビー子機11は、上記記録装置に記録されている情報の他、信号制御機10に設けられているセンサや検出器からの信号を読み取って情報として送信する機能を備えている。また、ジグビー子機11は、隣接するジグビー子機11や中継器31から送信されて来るデータを受信して、自身に接続されている信号制御機10からのデータと共に他のジグビー子機11または中継器31へ転送する機能も備える。一方、中継器31は、隣接するジグビー子機11や中継器31から送信されて来るデータを受信して他のジグビー子機11または中継器31へ転送する機能を備える。
ジグビー子機11の電源は、もともと信号制御機10が自己の制御下のモータランプなどを駆動させるために設置されている電源装置から電源を分岐して利用することができる。中継器31の電源は、新たにソーラーパネルおよび蓄電池を設置して太陽光発電で得たものを供給しても良い。

0023

さらに、本実施形態に係る信号制御機器監視システムの第1の特徴として、鉄道沿線に沿って配置される中継器31が、各信号制御機10のジグビー子機11に隣接するジグビー子機11や中継器31との間隔が、ジグビー通信の通信可能距離(例えば1000m)の半分の距離(例えば500m)以下になるように、配置されている点があげられる。このような配置をすることにより、仮に1つのジグビー子機11または中継器31が故障したとしても、該故障機器飛び越して次に近いジグビー子機11や中継器31と通信をすることで、システム全体として通信が不能になるのを回避することができる。

0024

次に、本実施形態に係る信号制御機器監視システムの第2の特徴として、IEEE.802.15.4規格では、2.4GHz、902−928MHz(以下、920MHz帯と称する)、868−870MHzの3つの周波数帯域を使用する通信を許容しており、本実施形態ではこのうち2.4GHzと920MHz帯の2つの周波数帯域の通信を行なえるように、ジグビー子機11とジグビー親機21および中継器31のハードウェアが設計されている点があげられる。このように2つの周波数帯域の通信を行なえるようにすることにより、電波干渉や電波障害で一方の周波数帯の通信が遮断されても他の周波数帯で通信を継続することで、電波干渉や電波障害でシステム全体として通信が不能になるのを回避することができる。

0025

本実施形態に係る信号制御機器監視システムの第3の特徴として、通常は上記2つの周波数帯域の両方を使用してデータを送信する一方で、2つの周波数帯域の通信のうち一方が電波干渉や電波障害で不能になった場合には、送信するデータを縮退して通信を継続する点があげられる。このように、送信するデータを縮退することにより、電波干渉や電波障害が発生したとしても最小限のデータ通信を行うことで、各信号制御機10の状態が把握不能になる事態が発生するのを回避することができる。また、通常は2つの周波数帯域を使用してデータを送信するので、通信が正常な状態における収集データ量を多くし詳細な監視を行うことができる。
ここで、送信データの縮退とは、収集したデータを間引いて送信する形態の他、重要なデータすなわち予め決定された優先度に従い、優先度の高いデータから順次送信する形態や、データを圧縮して送信する形態を含むようにすることができる。また、列車運行時間帯に信号制御機10から収集したデータのうち送信できなかったデータを記憶しておいて、夜間の列車が運行しない時間帯に送信するようにしても良い。

0026

なお、図1では、監視する信号制御機器として踏切遮断機の信号制御機10のみが示されているが、信号制御機器はそれに限定されるものでなく、信号機や転てつ機を制御する制御機を含ませても良い。
また、トンネルの出入口に配置されるジグビー中継器31は、ジグビー通信機能の他に、既存のアナログ回線を介した有線通信機能も持たせて、トンネル内事故、故障発生時予備的な通信として使用可能に構成しても良い。

0027

次に、図2図5を用いて、図1に示されている本実施形態の信号制御機器監視システムを構成する信号制御機器監視サーバ20、ジグビー子機11、中継器31、ジグビー親機21のそれぞれのハードウェア構成について説明する。
このうち信号制御機器監視サーバ20は、図2に示すように、サーバコンピュータ201とデータベースを構成するファイルを記憶する記憶装置202とを備え、サーバコンピュータ201には、記憶装置202内のファイルへIDやデータを登録する機能を実現する登録部201Aや、ジグビー親機21との間でLANを介して通信を行う機能を実現するLAN通信部201Bが設けられている。記憶装置202は、サーバコンピュータ201の内蔵メモリであっても良いし、外部の記憶装置であっても良い。

0028

記憶装置(データベース)202には、ジグビー機器の構成ファイル202A、信号制御機器ファイル202B、ルール構成ファイル202Cが格納されている。このうち、機器構成ファイル202Aには、システムを構成するジグビー機器のグループID(2.4GHz/920MHz)や、機器に固有の機器ID、機器の種別(ジグビー親機/ジグビー子機/中継器)、機器の動作状態、機器と連携する信号制御機器のIDが格納される。また、信号制御機器ファイル202Bには、システムを構成するジグビー子機に接続されている信号制御機器のID、信号制御機器の種別、機器の動作状態が格納される。

0029

さらに、ルール構成ファイル202Cには、信号制御機器からジグビー子機への入力方式や信号制御機器からのデータのサンプリング周期(データの取得間隔)、デフォルトの通信帯域(2.4GHz/920MHz)、通信の優先度(データの重要度)、ジグビー子機から信号制御機器へどのように制御データを出力するのか指定する情報、故障判定ロジック、各通信帯ウィンドウバッファサイズ、各通信帯のウィンドウバッファ数、ウィンドウバッファを通信するまでの待ち時間、電波障害検出のための受信確認通知ACK)の待ち時間、待ち時間を超えた場合のリトライ回数、電波障害発生時の回線回復確認ための通信間隔、電波障害の発生を判定するための最大通信障害時間(判定値)等が格納される。

0030

ジグビー子機11は、図3に示すように、2.4GHzの通信を行う第1ジグビー通信モジュール111Aと、920MHz帯の通信を行う第2ジグビー通信モジュール111Bと、それぞれの周波数帯の信号の送受信を行うアンテナ112A,112Bと、入出力制御データ処理を実行するマイクロコンピュータ113と、信号制御機10が備える動作記録装置等からのデータが入力されるRS232CやRS485のようなシリアル通信用のインタフェース114(以下、RS232Cインタフェースと称する)等を備える。

0031

また、ジグビー子機11は、信号制御機10によって制御される信号機器に設けられているスイッチ等からの信号が入力される接点入力端子入力ポート)115や、信号機器に設けられているセンサ等からのパルス信号が入力されるパルス入力端子116、その他予備の端子117、当該ジグビー子機に接続されている信号制御機器のID、信号制御機器の種別、機器の動作状態を記憶する記憶部(信号制御機器ファイル)118、電源入力端子119等を備える。

0032

マイクロコンピュータ113には、上記記憶部118内の信号制御機器ファイルへIDやデータを登録する機能を実現する登録部113Aや、通信モジュール111Aと111Bを介して他のジグビー機器との間でジグビー通信を行う機能を実現するジグビー通信部113B、RS232Cインタフェース114や接点入力端子115、パルス入力端子116を介して信号制御機器のデータを取得するデータ取得部111C、ジグビー通信部113Bとデータ取得部111Cにより受信、取得したデータを時系列的に記憶したり通信状態の判定等を行うデータバッファリング部111D、信号制御機器へ制御データを送信(出力)する機能を実現する制御データ送信部111Eが設けられている。

0033

上記記憶部118内の信号制御機器ファイルには、監視サーバ20の記憶装置(データベース)202に格納されているルール構成ファイル202Cと同一の内容もしくはその一部およびルール構成ファイル202Cのルールのうち当該ジグビー子機に関連するルールが登録される。このファイルのデータは、子機の設置場所にてノートパソコン等によって上記RS232Cインタフェース114を介して伝送し、登録する。ジグビー通信機能を利用して、監視サーバ20からジグビー親機21を介してルール構成ファイルを転送して登録させるようにすることも可能である。

0034

中継器31は、図4に示すように、2.4GHzの通信を行う第1ジグビー通信モジュール311Aと、920MHz帯の通信を行う第2ジグビー通信モジュール211Bと、それぞれのアンテナ312A,312Bと、電源入力端子319等を備える。
通信モジュール311A,311Bは、ZigBee通信規格に従ったレイヤ構造および通信プロトコルを備える。また、受信したデータをそのまま送信する中継機能ホッピング機能)を備える。

0035

ジグビー親機21は、図5に示すように、2.4GHzの通信を行う第1ジグビー通信モジュール211Aと、920MHz帯の通信を行う第2ジグビー通信モジュール211Bと、それぞれのアンテナ212A,212Bと、入出力制御やデータ処理を実行するマイクロコンピュータ213と、指令室等に配置されている信号制御機器監視サーバ20との間でLANを介した通信を行うためのLAN通信モジュール214と、LAN接続端子215、電源入力端子219等を備える。
マイクロコンピュータ213には、通信モジュール211Aと211Bを介して他のジグビー機器との間でジグビー通信を行う機能を実現するジグビー通信部213Aや、信号制御機器監視サーバ20との間でLANを介して通信を行う機能を実現するLAN通信部213Bが設けられている。

0036

次に、ジグビー子機11において、2つの周波数帯域の通信を行なえるようにするためのバッファの構成と、電波干渉や電波障害が発生した場合にも通信を継続できるようにするための具体的なデータ送信制御処理の方法について、図6図8を用いて説明する。

0037

図6はジグビー子機11におけるバッファの構成を示す。このうち、図6(A)は2.4GHz帯用の通信ウィンドウバッファの構成を、また図6(B)は920MHz帯用の通信ウィンドウバッファの構成を示す。
図6(A),(B)に示されているように、2.4GHz帯用の通信ウィンドウバッファと920MHz帯用の通信ウィンドウバッファは、それぞれ複数のウィンドウバッファWB1,WB2,WB3……により構成されており、信号制御機器から取得されたデータは、図6(C)に示すように、各ウィンドウバッファWB1,WB2,WB3……に順次格納される。そして、通信に異常がない場合には、格納された順にデータが送信され、最後のバッファが一杯になると、最初の送信済みバッファに戻ってデータ格納されて行く。

0038

図7および図8は、ジグビー子機11のマイクロコンピュータ113によるデータ送信制御処理の方法を示す。このうち、図7はデータ送信処理の手順の一例を、図8は通信回復処理の手順の一例を示す。
先ず、図7に示すデータ送信処理の手順について説明する。このデータ送信処理は、所定のサンプリング周期ごとに実行される。
データ送信処理が開始されると、先ず信号制御機器からデータを取得する(ステップS1)。続いて、後述の通信異常フラグを参照して通信異常(電波干渉、電波障害)が発生しているか否か判定する(ステップS2)。ここで、通信異常が発生していない(No)と判定すると、ステップS3へ進み、ルール構成ファイル202C内のデフォルトの通信帯域を参照して、ステップS1で取得したデータの送信経路通信周波数帯)が2.4GHzであるか920MHzであるかを判定する。

0039

そして、送信経路が2.4GHzであればステップS4へ進み、920MHzであればステップS6へ進む。ステップS4,S6では、対応するウィンドウバッファに空いているバッファがあるか否か判定する。ここで、空いているバッファがある(Yes)と判定すると、ステップS5,S7へそれぞれ進み、空きバッファ取得データを格納する。このとき、空きバッファが途中から空いている場合には空いている場所に続けて格納し、バッファが一杯の場合には次の空きバッファへ取得データを格納する。
一方、ステップS4,S6で、空いているバッファがない(No)と判定すると、ステップS8へ進み、取得データを破棄してから、ステップS1へ戻る。

0040

ステップS5,S7で、空きバッファへ取得データを格納した後は、ステップS9へ進み、バッファが一杯であるか否か判定する。ここで、バッファが一杯である(Yes)と判定すると、ステップS11へ進み、バッファ内のデータを送信する。また、ステップS9で、バッファが一杯でない(No)と判定すると、ステップS10へ進み、タイマを参照して所定の送信周期が経過したか否か判定する。そして、所定の送信周期が経過した(Yes)と判定すると、ステップS11へ進み、バッファ内のデータを送信する。なお、ステップS10で所定の送信周期が経過していない(No)判定すると、ステップS1へ戻る。

0041

ステップS11の次は、他のジグビー機器(ジグビー親機または中継器)から“ACK”(受信確認通知)が帰って来たか否か判定する(ステップS12)。そして、“ACK”が帰って来た(Yes)と判定すると、ステップS13へ進み、送信済みのバッファのデータをクリアして処理を終了する。
また、ステップS12で“ACK”(受信確認通知)が帰って来ていない(No)と判定すると、ステップS14へ進み、リトライ回数を更新(+1)した後、リトライ回数が最大値に達したか否か判定する(ステップS15)。そして、リトライ回数が最大値に達していない(No)と判定すると、ステップS11へ戻り、バッファ内のデータを再度送信する。

0042

一方、ステップS15で、リトライ回数が最大値に達した(Yes)と判定すると、ステップS16へ進み、リトライ回数を計数するカウンタをクリアするとともに通信異常フラグに“1”を立てる。これにより、電波干渉あるいは電波障害が発生していてデータを所定回数送信できない場合に通信異常と判断することができる。通信異常フラグはそれぞれの周波数帯に毎に設けられている。
次に、ステップS17へ進み、そのときの送信処理側のバッファをロックしてデータを格納できないように設定した後、ステップS2へ戻る。
ステップS16で通信異常フラグに“1”を立ててから、ステップS2へ戻ると、通信異常が発生している(Yes)と判定され、ステップS18へ移行する。そして、ステップS18では、通信異常が発生しているのは2.4GHzと920MHzの両方であるか否かを判定する。ここで、両方の周波数帯でない(No)と判定すると、ステップS19へ進み、既に取得しているデータの優先度が高いか否か判定する。

0043

そして、優先度が高い(Yes)と判定すると、ステップS13へ進み、通信異常が発生しているのは2.4GHzであるか否かを判定し、2.4GHzであると判定すると、ステップS6へ移行して、920MHz側のウィンドウバッファに空きバッファがあるか否か判定して空きがあればデータを格納する(ステップS7)。
一方、ステップS20で通信異常が発生しているのは2.4GHzでない(No)つまり920MHzであると判定すると、ステップS4へ移行して、2.4GHz側のウィンドウバッファに空きバッファがあるか否か判定して空きがあればデータを格納する(ステップS5)。
一方、上記ステップS19で、既に取得しているデータの優先度が高くない(No)と判定すると、ステップS8へジャンプして、データを破棄してステップS1へ戻る。

0044

次に、図8の通信回復処理の手順について説明する。この通信回復処理は、例えばタイマ割込みで実行する。
通信回復処理では、先ず前述の通信異常フラグを参照して通信異常(電波干渉または電波障害)が発生しているか否か判定する(ステップS31)。ここで、通信異常が発生していない(No)と判定すると、何もせずに通信回復処理を終了する。一方、ステップS31で、通信異常が発生している(Yes)と判定すると、ステップS32へ進み、タイマを更新(+1)する。それから、タイマを参照して所定時間(ルール構成ファイル202Cに格納されている電波障害検出のための待ち時間)を経過したか否か判定する(ステップS33)。

0045

ここで、所定時間を経過していなければステップS32へ戻り、所定時間を経過していれば、ステップS34へ進んで、上記タイマをリセットから、通信異常フラグが立っているのは2.4GHzであるか否かを判定する(ステップS35)。そして、次のステップS36,S37で、通信異常フラグが立っている方の周波数帯を使用した通信によりダミーデータの送信を行う。それから、ACK(受信確認通知)を受信したか判定し(ステップS38)、ACKを受信していない(No)と判定すると、ステップS31へ戻り、S31〜S38を繰り返す。
また、ステップS38で、ACK(受信確認通知)を受信した(Yes)と判定すると、通信異常が正常に復帰(電波干渉や電波障害が解消)したと判断してステップS39へ進み、対応する周波数帯の通信異常フラグをクリアし、ウィンドウバッファのロックを解除して当該通信回復処理を終了する。

0046

なお、2つの周波数帯の通信異常フラグが両方とも立っている場合には、上記処理で2.4GHzの通信異常フラグがクリアされても、再度割込みで図8の通信回復処理が実行された際に、ステップS31で通信異常発生中(Yes)と判定され、ステップS35で2.4GHzでない(No)と判定されてステップS37へ移行し、920MHzによるダミーデータの送信を行う。そして、ACK(受信確認通知)を受信すると、ステップS39でへ進み、920MHz帯の通信異常フラグをクリアし、対応するウィンドウバッファのロックを解除して当該通信回復処理を終了する。

0047

次に、図9を用いて、信号制御機器監視サーバ20から信号制御機器への制御情報(コマンド)を送信する制御情報送信処理の手順について説明する。
この制御情報送信処理においては、先ず、監視サーバ20が、ジグビー機器の構成ファイル202Aと信号制御機器ファイル202Bを参照して、制御対象の信号制御機器に連携しているジグビー子機を特定(子機のIDを取得)する(ステップS41)。次に、ルール構成ファイル202C内のデフォルトの通信帯域を参照して、ステップS41で特定したジグビー子機への制御情報の送信経路(通信周波数帯)を取得する(ステップS42)。続いて、監視サーバ20は、送信先のジグビー子機のIDと送信経路情報を制御情報と共にジグビー親機21へ渡し(ステップS43)、結果が来るまで待機する。

0048

ジグビー親機21は、監視サーバ20からジグビー子機のIDと送信経路情報および制御情報を受け取ると(ステップS44)、指定された送信経路を使用してジグビー子機11へ制御情報を送信する(ステップS45)。ジグビー子機11は、ジグビー親機21により送信された制御情報を受信すると(ステップS46)、受信した制御情報を制御対象の信号制御機器へ出力する(ステップS47)。
その後、ジグビー子機11は制御結果をジグビー親機21へ返信し(ステップS48)、ジグビー親機21はジグビー子機11から制御結果を受信すると(ステップS49)、受信した制御結果情報を監視サーバ20へ送信する(ステップS50)。
すると、監視サーバ20が制御結果を受信し(ステップS51)、受信した制御結果情報を表示装置へ表示して(ステップS52)、制御情報送信処理を終了する。

0049

次に、アナログ回線を使用して信号制御機器からデータを収集する現行システムにおいて、アナログ回線の代わりに上記実施形態のジグビー通信機器を使用してデータを収集する信号制御機器監視システムを構築する方法を、図10図12を用いて説明する。
アナログ回線を使用して信号制御機器からデータを収集する現行システムにおいては、図10に示すように、鉄道沿線に設置されている各信号制御機器10に、アナログ入力信号接点入力を収集して信号変換を行う駅装置50を設け、駅装置50からアナログ回線51を介して機器室に配置されている集約装置61へデータを送り、さらにアナログ回線52を介して保守担当部署の集約装置62や指令室の集約装置63へデータを送り、表示制御盤(監視用コンピュータ)20’で収集するように構成されている。なお、機器室の集約装置61には、駅装置50を介して信号制御機器に設けられているセンサからの信号が入力されることが可能である。

0050

前記実施例を適用して、図10のアナログ回線51の代わりにジグビー通信機器を用いて、各信号制御機器からのデータを表示制御盤(監視用コンピュータ)20’で収集するシステムに変更したい場合、図6に示すような構成を有するジグビー子機11に、駅装置50から出力されるアナログ信号を受ける端子および信号を判別する回路を設ける。そして、このジグビー子機11を、図11実線で示すように、各駅装置50に接続する一方、集約装置61にはジグビー親機21を接続することによって、ジグビー通信で各信号制御機器からのデータを表示制御盤(監視用コンピュータ)20’へ送信するシステムを構築することができる。図11のシステムにおいては、ジグビー子機11は信号制御機器に駅装置50を介して間接的に接続されることになる。さらに、図11破線で示すように、既存の有線通信方式の信号制御機器を併存して接続するように構成することも可能である。

0051

なお、ジグビー親機21と表示制御盤(監視用コンピュータ)20’との間は、アナログ回線52と集約装置61〜63の代わりに、LANを設けて接続するように構成しても良い。また、ジグビー機器を使用することで、図12に示すように、駅装置50を備える信号制御機器と、駅装置50を備えない信号制御機器と、が混在するシステムを構築することも可能である。
図11図12に示すように、アナログ回線52と集約装置61〜63とを有するシステムにあっては、ジグビー親機21は監視装置としてのコンピュータ20’に、有線通信網を構成する通信装置を介して間接的に接続されることとなる。

0052

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、2.4GHzと920MHz帯の2つの周波数帯域を使用した通信を行うように構成した信号制御機器監視システムを説明したが、さらに868−870MHzの周波数帯域を加えた計3つの周波数帯域を使用した通信を行うように構成してもよい。

0053

また、前記実施形態においては、IEEE.802.15.4規格に従ったジグビー通信でデータを送信するシステムを説明したが、他の無線通信規格に従った通信を行うように構成してもよい。さらに、異なる複数の無線通信規格に従った通信を並行して行えるように構成しても良い。
また、前記実施形態においては、中継器31は受信したデータをそのまま送信する機能のみを有するとしたが、中継器31にも通信異常(電波干渉や電波障害)を検出する機能や通信異常のない方の周波数帯を使用したデータ送信機能およびデータを縮退する機能を設けても良い。

0054

10信号制御機(信号制御機器)
11ジグビー子機
20 信号制御機器監視サーバ(監視装置)
21 ジグビー親機
22 LAN
31 中継器

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