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技術 無線式鉄道制御システム及び地上装置

出願人 大同信号株式会社
発明者 宮地正和
出願日 2015年3月2日 (6年3ヶ月経過) 出願番号 2015-040654
公開日 2016年9月5日 (4年9ヶ月経過) 公開番号 2016-159784
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 時間同期用 管理時刻 電気技術 サイバ 送信遅れ 一般解 オーバーリーチ 拠点装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

通信回線の追加無しで地上装置管理時刻を合わせることにより不都合なく一連の地上装置にも時分割多元接続通信方式TDMA)を拡張適用する。

解決手段

軌道11を走行する列車12に搭載されて列車情報無線伝送する車上装置30と、軌道11に沿って点在設置されて時分割多元接続通信方式の無線伝送にて車上装置30から列車情報を取得する複数の地上装置40,40,…とを備えた無線式鉄道制御システム30+40において、地上装置40が、GPS受信器(44)と、その受信信号から時刻情報を取得して無線伝送の送信タイミング校正する時刻情報抽出校正部(45)とを具備したものであって、隣りの地上装置40を含む近くの地上装置40,40,…と時分割して無線伝送を行うようになっている。

概要

背景

無線式鉄道制御システムの代表的な一例である無線式踏切警報制御システムとしては、鉄道の軌道走行する列車に搭載された車上装置と、地上の踏切に設置された地上装置とが、無線にて列車情報踏切情報遣り取りすることにより、踏切制御子が無くても的確に踏切制御装置が踏切警報を発することができるようになったものが知られている(例えば特許文献1〜3参照)。

また、無線式鉄道制御システムのもう一つの代表例である無線式列車制御システムとしては、車上装置と地上の拠点装置とが無線にて列車情報等を遣り取りするとともに、地上装置が連動装置などと有線通信することにより、転てつ器などの地上設備を制御するようになったものが知られている(例えば非特許文献1〜2参照)。
これらの無線式列車制御システムについては、車上装置と地上装置との無線伝送無線通信)に時分割多元接続(TDMA,Time Division Multiple Access,時分割多重通信方式が採用されていることが知られており、さらに、一つの地上装置の通信範囲である通信ゾーン内で地上装置と複数の車上装置とが時分割多元接続通信方式で交信する際に用いられるスロット送信のタイミング管理(以下、スロット送信タイミング管理ともいう)の具体例も知られている(例えば特許文献4〜5、非特許文献1〜2参照)。

図4(a)は、その典型例を図示したものであり、一つの通信ゾーン内で、例えば軌道11に沿って配設された地上装置14がスロット番号S1〜S8の8スロット分の電文無線信号送信用周波数fb1で且つ1秒間毎の時分割で送信し、軌道11を走行する列車12に搭載された車上装置13は、自装置宛ての電文スロット(例えば地上装置の送信電文におけるスロット番号5のスロットであるスロットS5)を受信した場合、その受信から予め決定済みの一定時間(図では返信オフセット)が経過したときに、返信用の周波数fv1で、自装置用の電文スロット(例えば車上装置の送信電文におけるスロット番号5のスロットであるスロットs5)を使用して返信することで、1台の地上装置14が最大8台の車上装置13と無線で情報交換することができる。
なお、非特許文献1のものは、16スロットを使用している。

ところで、同一周波数を使用して通信する無線装置同士の距離が近すぎると同一周波数の相互干渉によって無線伝送が阻害されるので、そのような不都合事態を回避するために、同一周波数の無線装置は十分に離隔させることが必要である。また、その目安になるものとして、D/U比すなわち[(Desired level)/(Undesired level)]が知られており、無線機メーカー推奨するD/U比の値は、20dB(デシベル)以上となっている。地上装置14と車上装置13との距離は列車走行に伴って変化するので、地上装置14と車上装置13との無線伝送には別の周波数を使用するとしても、地上装置14,14同士の距離は固定されているので、D/U比が推奨値以上になるほど離隔している地上装置14,14同士には同一周波数を使用させることができる。

この推奨値を確保するのに必要となる同一周波数の地上装置の離隔距離を具体的に把握するために、奥・秦モデルで地上装置14と車上装置13との通信状態試算してみると(図4(b)参照)、一方の地上装置14のアンテナ(図では左端の距離“0”の所)から半径1.5kmの通信範囲をD値(Desired level)とすれば、−20dBのU値(Undesired level)の所は一方の地上装置14のアンテナから約5km遠方となり(一点鎖線グラフ及び矢付き一点鎖線を参照)、同じことが他方の地上装置14についても成り立つので、同一周波数の地上装置14,14の離隔距離は6.5km以上が必要となる。

そのため(図5参照)、それより近い地上装置14,14には異なった周波数を使用させることで同一周波数の相互干渉を避けるには、最低でも3波繰り返し(図ではA,B駅,C駅,D駅に一つずつ設置された一連の地上装置14,14,14,14について3周波数fb1〜fb3が必要でありそれぞれの通信ゾーン内を走行している列車の車上装置13,13,13,13についても同様に3周波数fv1〜fv3を割り振るとすれば合計で6周波数)が必要である。
このような3波繰り返しの場合、同一周波数の地上装置の離隔距離は9kmとなり、D/U比は26dB以上を確保することができる(図4(b)二点鎖線グラフ参照)。

概要

通信回線の追加無しで地上装置の管理時刻を合わせることにより不都合なく一連の地上装置にも時分割多元接続通信方式(TDMA)を拡張適用する。軌道11を走行する列車12に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置30と、軌道11に沿って点在設置されて時分割多元接続通信方式の無線伝送にて車上装置30から列車情報を取得する複数の地上装置40,40,…とを備えた無線式鉄道制御システム30+40において、地上装置40が、GPS受信器(44)と、その受信信号から時刻情報を取得して無線伝送の送信タイミングを校正する時刻情報抽出校正部(45)とを具備したものであって、隣りの地上装置40を含む近くの地上装置40,40,…と時分割して無線伝送を行うようになっている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

軌道走行する列車に搭載されて列車情報無線伝送する車上装置と、前記軌道に沿って点在設置されて時分割多元接続通信方式無線伝送にて前記車上装置から前記列車情報を取得する複数の地上装置とを備えた無線式鉄道制御システムにおいて、前記地上装置が、GPS受信器とその受信信号から時刻情報を取得する手段とその時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミング校正する手段とを具備したものであって、隣りの地上装置を含む近くの地上装置と時分割して前記無線伝送を行うようになっていることを特徴とする無線式鉄道制御システム。

請求項2

軌道に沿って点在設置されると、前記軌道を走行する列車に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置から、時分割多元接続通信方式の無線伝送にて前記列車情報を取得する地上装置において、GPS受信器と、その受信信号から時刻情報を取得する手段と、その時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミングを校正する手段とを備え、隣りの地上装置を含む近くの地上装置と時分割して前記無線伝送を行えるようになっていることを特徴とする地上装置。

技術分野

0001

この発明は、列車制御システム踏切警報制御システムといった鉄道制御システムを構成する車上装置地上装置とが無線にて情報を遣り取りする無線式鉄道制御システムに関し、詳しくは、同一周波数相互干渉を避けるために同一周波数を使用する地上装置同士の離隔を確保する時分割無線伝送方式の無線式鉄道制御システムに関する。
特に、列車密度の低い即ち単位時間当たりの列車本数の少ない地方交通線などの鉄道に対して適用するのに好都合な無線式鉄道制御システムに関する。

背景技術

0002

無線式鉄道制御システムの代表的な一例である無線式踏切警報制御システムとしては、鉄道の軌道走行する列車に搭載された車上装置と、地上の踏切に設置された地上装置とが、無線にて列車情報踏切情報を遣り取りすることにより、踏切制御子が無くても的確に踏切制御装置が踏切警報を発することができるようになったものが知られている(例えば特許文献1〜3参照)。

0003

また、無線式鉄道制御システムのもう一つの代表例である無線式列車制御システムとしては、車上装置と地上の拠点装置とが無線にて列車情報等を遣り取りするとともに、地上装置が連動装置などと有線通信することにより、転てつ器などの地上設備を制御するようになったものが知られている(例えば非特許文献1〜2参照)。
これらの無線式列車制御システムについては、車上装置と地上装置との無線伝送無線通信)に時分割多元接続(TDMA,Time Division Multiple Access,時分割多重通信方式が採用されていることが知られており、さらに、一つの地上装置の通信範囲である通信ゾーン内で地上装置と複数の車上装置とが時分割多元接続通信方式で交信する際に用いられるスロット送信のタイミング管理(以下、スロット送信タイミング管理ともいう)の具体例も知られている(例えば特許文献4〜5、非特許文献1〜2参照)。

0004

図4(a)は、その典型例を図示したものであり、一つの通信ゾーン内で、例えば軌道11に沿って配設された地上装置14がスロット番号S1〜S8の8スロット分の電文無線信号送信用周波数fb1で且つ1秒間毎の時分割で送信し、軌道11を走行する列車12に搭載された車上装置13は、自装置宛ての電文スロット(例えば地上装置の送信電文におけるスロット番号5のスロットであるスロットS5)を受信した場合、その受信から予め決定済みの一定時間(図では返信オフセット)が経過したときに、返信用の周波数fv1で、自装置用の電文スロット(例えば車上装置の送信電文におけるスロット番号5のスロットであるスロットs5)を使用して返信することで、1台の地上装置14が最大8台の車上装置13と無線で情報交換することができる。
なお、非特許文献1のものは、16スロットを使用している。

0005

ところで、同一周波数を使用して通信する無線装置同士の距離が近すぎると同一周波数の相互干渉によって無線伝送が阻害されるので、そのような不都合事態を回避するために、同一周波数の無線装置は十分に離隔させることが必要である。また、その目安になるものとして、D/U比すなわち[(Desired level)/(Undesired level)]が知られており、無線機メーカー推奨するD/U比の値は、20dB(デシベル)以上となっている。地上装置14と車上装置13との距離は列車走行に伴って変化するので、地上装置14と車上装置13との無線伝送には別の周波数を使用するとしても、地上装置14,14同士の距離は固定されているので、D/U比が推奨値以上になるほど離隔している地上装置14,14同士には同一周波数を使用させることができる。

0006

この推奨値を確保するのに必要となる同一周波数の地上装置の離隔距離を具体的に把握するために、奥・秦モデルで地上装置14と車上装置13との通信状態試算してみると(図4(b)参照)、一方の地上装置14のアンテナ(図では左端の距離“0”の所)から半径1.5kmの通信範囲をD値(Desired level)とすれば、−20dBのU値(Undesired level)の所は一方の地上装置14のアンテナから約5km遠方となり(一点鎖線グラフ及び矢付き一点鎖線を参照)、同じことが他方の地上装置14についても成り立つので、同一周波数の地上装置14,14の離隔距離は6.5km以上が必要となる。

0007

そのため(図5参照)、それより近い地上装置14,14には異なった周波数を使用させることで同一周波数の相互干渉を避けるには、最低でも3波繰り返し(図ではA,B駅,C駅,D駅に一つずつ設置された一連の地上装置14,14,14,14について3周波数fb1〜fb3が必要でありそれぞれの通信ゾーン内を走行している列車の車上装置13,13,13,13についても同様に3周波数fv1〜fv3を割り振るとすれば合計で6周波数)が必要である。
このような3波繰り返しの場合、同一周波数の地上装置の離隔距離は9kmとなり、D/U比は26dB以上を確保することができる(図4(b)二点鎖線グラフ参照)。

0008

特開2011-105117号公報
特開2011-195117号公報
特開2012-076563号公報
特表平7−507752号公報
特開2002−12150号公報

先行技術

0009

内浩一著『無線による列車制御システム(ATACS)』、 社団法人 日本鉄道電気技術協会 平成18年4月発行「鉄道と電気技術」 第17巻 第4号 24−27頁
八木遵・案西理・地正和・安井良次・福丸淳夫・共著「無線式踏切制御装置の機能と構成」日本鉄道サイバネティクス協議会 2010年11月発行、第47回鉄道サイバネ・シンポジウム論文集論文番号612

発明が解決しようとする課題

0010

上述したように、従来の無線式鉄道制御システムの場合、同一周波数の相互干渉を避けるために、個々の通信ゾーンの中で行われる地上装置と車上装置との通信については時分割多元接続通信方式が採用されていたが、複数の通信ゾーンの相互関係については、時分割多元接続通信方式でなく、周波数分割が採用されていた(図5参照)。このため、個々の通信ゾーン内の地上装置はスロット管理に際して他の地上装置と送信タイミングを調整する必要が無い。例えば、図5において、スロットS1〜S8の時間軸上の位置が一連の地上装置14,14,14,14で揃っていないが、不都合なく無線伝送が行われる。

0011

このように、鉄道線路に沿って連なる一連の通信ゾーンのうち異なる通信ゾーンに属していて十分には離隔していない地上装置14,14同士さらにはそこを走行する列車に搭載された車上装置については、同一周波数の相互干渉を避けるために、鉄道用に使用できる電波条件等により個々の通信範囲が約3kmになるとともに最低限の離隔距離が6.5km以上になる状況下では、上述したように3波(地上装置用の3周波数fb1〜fb3と車上装置用の3周波数fv1〜fv3とで計6周波数)以上の繰り返しが必要である。

0012

そして、高密度運転線区への適用を前提とした非特許文献1の記載の列車制御システム(ATACS)では、同一周波数の相互干渉を招くオーバーリーチ等に対処できるように、上例より余裕を持たせた4波繰り返し(8周波数)が認可されて採用されている。
これまでの無線式鉄道制御システムでは全線区を網羅するに際して、同一周波数の相互干渉のために、一連の通信ゾーン相互については、一般解とも言える上述の周波数分割方式すなわち多周波数の繰り返ししか検討されていない。都市部等の高密度運転線区については多周波数の無線帯域の使用が管理官から認可を得られたためである。

0013

ところが、列車密度の低い地方交通線については、無線周波数の有効利用の観点から、無線式列車制御システムや無線式踏切警報制御システムを導入する際に4波繰り返し用の8周波数の無線帯域の使用の認可を管理官庁から授かるのが、極めて困難である。最低限の3波繰り返し(計6周波数)の認可すら、地方交通線では、困難である。
そのため、従来より少ない無線周波数で全線区を網羅しても同一周波数の相互干渉を避けることができる鉄道向け無線通信方式を、列車密度の低い地方交通線に限定してでも、実現することが必要である。

0014

そして、その要請応えるべく、列車密度の低い地方交通線では通信トラフィックが少ないうえ高速交信の必要性が少ないこと等を案して、個々の通信ゾーン内だけでなく一連の通信ゾーン相互についても同一周波数の相互干渉を回避しながら地上装置と車上装置に使用する無線周波数を出来るだけ少なくすることができる地方交通線向け無線通信方式として、通信ゾーン内ばかりか通信ゾーン相互にも時分割多元接続通信方式を用いることを検討した。これは、地上装置や車上装置毎に電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を通信ゾーン内から通信ゾーン相互へも拡張適用することで、全線区について同一周波数の相互干渉の可能性のある範囲において同一周波数で同時には無線送信が行われないように考慮したものである。

0015

とは言え、時間同期がなされる時分割多元接続通信方式ではスロット送信のタイミング管理が重要であるところ、車上装置に関しては地上装置から受信したスロット信号から返信オフセットの経過を待つことで的確なスロット送信タイミング管理の遂行が可能であり、個々の通信ゾーン内の無線伝送についても通信ゾーン内の地上装置が管理する時刻に基づいて同期をとることでやはり的確にスロット送信タイミング管理が遂行されるのに対し、一連の通信ゾーン相互の無線伝送については、属する通信ゾーンの異なる複数の地上装置同士で、送信タイミングがずれないように、それぞれの管理する時刻を一致または整合させなければ、的確なスロット送信タイミング管理の実現は叶わない。

0016

そのため、全線区の多数の地上装置で管理する時刻を合わせることができるように、全線区の地上装置が互いに時刻情報を遣り取りできるようにするか又は全線区の地上装置に基準の時刻情報を送り付けることができるようにすることが必要になる。そして、その実現手段として時刻情報送信用の通信接続を有線か無線で構築することが考えられる。
しかしながら、このような直截的手法は、有線の場合、余分で未使用の鉄道用通信回線が全線区に亘って存在していれば良いが、そのような幸運な場合を除けば、新たに鉄道用通信回線を全線区に敷設しなければならず、費用負担が過大となるので、採用し難い。

0017

また、無線の場合、多数の地上装置同士の間やそれらの地上装置と基準の時刻の管理装置との間に新たな無線通信回線を開設するのに、無線周波数の追加認可が必要であり、本末転倒なので、やはり採用し難い。
そこで、地上装置同士の時刻整合手段の具体化を更に工夫することにより、地上装置や車上装置ごとに電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を個々の地上装置だけでなく一連の地上装置についても適用するとともに新規通信回線の追加が無くても多数の地上装置で管理する時刻を合わせることができる無線式鉄道制御システム及び地上装置を実現することが技術的な課題となる。

課題を解決するための手段

0018

本発明の無線式鉄道制御システムは、このような課題を解決するために創案されたものであり、軌道を走行する列車に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置と、前記軌道に沿って点在設置されて時分割多元接続通信方式の無線伝送にて前記車上装置から前記列車情報を取得する複数の地上装置とを備えた無線式鉄道制御システムにおいて、前記地上装置が、GPS受信器とその受信信号から時刻情報を取得する手段とその時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミングを校正する手段とを具備したものであって、隣りの地上装置を含む近くの地上装置と時分割して前記無線伝送を行うようになっていることを特徴とする。

0019

また、本発明の地上装置は、上記の無線式鉄道制御システムのうち地上装置を特定したものであり、具体的には、軌道に沿って点在設置されると、前記軌道を走行する列車に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置から、時分割多元接続通信方式の無線伝送にて前記列車情報を取得する地上装置において、GPS受信器と、その受信信号から時刻情報を取得する手段と、その時刻情報に基づいて前記無線伝送の送信タイミングを校正する手段とを備え、隣りの地上装置を含む近くの地上装置と時分割して前記無線伝送を行えるようになっていることを特徴とする。

発明の効果

0020

このような本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置にあっては、地上装置がGPSを利用して時刻情報を得ることにより的確なスロット送信タイミング管理に必要な送信タイミングの校正が行われる。
GPS受信器は、衛星航法システム(Global Positioning System)用のGPS(Global Positioning Satellite)衛星から送られてくるGPS電波を受信するものであり、GPS電波には位置情報ばかりか時刻情報も含まれているので、新規通信回線の追加が無くても地上装置は所望の時刻情報を取得することができる。西2018年に運用を開始する予定の準天頂システム「みちびき」も利用できる。安定した高精度測位には4機以上が見える必要があるが、時刻情報の取得のみに利用するのであれば1〜2機が見えれば良い。

0021

これにより、全線区の多数の地上装置で管理する送信タイミング同期用の時刻を合わせられるので、地上装置や車上装置ごとに電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を、不都合なく、通信ゾーン内から通信ゾーン相互へ拡張適用することができる。
したがって、この発明によれば、地上装置や車上装置ごとに電文スロットを割り振る時分割多元接続通信方式を個々の地上装置だけでなく一連の地上装置についても適用するとともに新規通信回線の追加が無くても多数の地上装置で管理する時刻を合わせることができる無線式鉄道制御システム及び地上装置を実現することができる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の実施例1について、無線式鉄道制御システムの一構成例を示す模式図である。
同じく実施例1に係り、地上装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施例2について、無線式鉄道制御システムの他の構成例を示す模式図である。
従来の無線式鉄道制御システムに関し、(a)が時分割多元接続通信方式で用いるスロット送信のタイミング管理の典型例を示す模式図であり、(b)が地上装置と車上装置との通信状態を示す車上装置受信レベルのグラフである。
従来の無線式鉄道制御システムに関し、3波繰り返し(計6周波数)での周波数振分状態を示す模式図である。

0023

このような本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例1〜2により説明する。
図1図2に示した実施例1は、上述した解決手段(出願当初の請求項1〜2)を総て具現化したものであり、図3に示した実施例2は、その変形例である。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、機械回路などの詳細な図示は割愛し、ブロック図や記号図などを多用して、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。

0024

本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置の実施例1について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図1は、無線式鉄道制御システム30+40の一構成例を示す模式図である。また、図2は、地上装置40の構成を示すブロック図である。

0025

この無線式鉄道制御システム30+40は(図1参照)、軌道11を走行する列車12に搭載されて列車情報を無線で伝送する車上装置30と(図ではスペース都合で列車12と車上装置30が軌道11から離れて描かれている)、軌道11に沿って点在するA駅,B駅,C駅,D駅に一つずつ設置された一連の地上装置40,40,40,40とからなる。ここでは、地上装置40の通信範囲(通信ゾーン)が、片側で約1.5km、両側で約3kmであり、その約3kmの離隔距離でA駅〜D駅も一連の地上装置40,40…も固定設置されているものとする。また、既述したように一つの通信ゾーンについて8台の車上装置30にまで電文スロットを割り振ることができるが、ここでは、列車12と車上装置30の組が夫々の通信ゾーンに一組ずつ進入しているものとする。

0026

車上装置30は(図1図2参照)、無線アンテナ31を具備していて地上装置40と無線伝送(無線通信)を行うものであり、既述した従来の車上装置13(図4(a)参照)と同様に、列車位置情報と地上装置の配置データとの照合等によって進入先の通信ゾーン毎に無線伝送相手無線通信相手)の地上装置40を特定するとともに、その地上装置40から周波数fb1の無線信号を受信することを試みて、自装置宛ての電文スロット例えばスロットS5から地上情報を取得するとともに、返信オフセット経過後の自装置用の電文スロット例えばスロットs5の時に返信用の周波数fv1で列車情報を無線送信するようになっている。

0027

ただし、車上装置30は、既述した従来の車上装置13と異なり、時分割多元接続通信方式が通信ゾーン内だけでなく通信ゾーン相互にも拡張適用されたことに伴って、それも1波(計2周波数)だけの完全時分割が導入されたことに対応して、何れの装置30も無線信号を周波数fb1で受信し周波数fv1で送信するようになっている。
また、車上装置30は、受信間隔が広がっても、具体的には通信ゾーン相互の時分割が3分割になったことに対応して受信間隔が2回受信分より長くなっても、それだけで直ちに受信失敗時・受信欠落時の処理を行うのでなく、更なる時間経過や他の条件も確認してから上記の処理を行うようになっている点でも、既述した車上装置13と異なる。

0028

なお(図2参照)、列車情報は、搭載された列車に係る情報であり、具体例としては、列車番号や、種別、位置、速度、編成長、運転方向線区番号、通信終了了解などが挙げられるが、その総てが含まれている必要は無く、応用目的に応じてそれらのうちの適宜な部分の情報や他の情報が用いられる。
また(図2参照)、地上情報は、駅の現場機器や踏切その他の地上設備に係る情報であり、具体例としては、運転方向別停止点や、信号防護パターン更新臨時速度制限、踏切遮断完了、踏切支障、通信終了などが挙げられるが、やはり、その総てが含まれている必要は無く、応用目的に応じてそれらのうち適宜な部分の情報や他の情報が用いられる

0029

地上装置40は(図1図2参照)、既述した従来の地上装置14と同様に通信ゾーン内の車上装置30に対して時分割多元接続通信方式の無線伝送にて地上情報を送信するとともに列車情報を受信して取得するものであり、そのために、周波数fb1での無線送信と周波数fv1での無線受信とを行うための無線アンテナ41及びデジタル無線機42と、送信電文の符号化と受信電文復号化に際して誤り訂正や暗号の処理を行って無線伝送の電文を処理する電文処理部43と、この電文処理部43の指示に応じてデジタル無線機42が無線送信を開始し継続するタイミングである送信タイミングを決める時刻を管理している送信タイミング同期用クロック発生回路46とを具備している。

0030

しかも、この地上装置40は、それだけでなく、GPS電波をGPSアンテナにて受信するGPS受信器44と、その受信信号から時刻情報を抽出して取得するとともにその取得した時刻情報に基づいて送信タイミング同期用クロック発生回路46の時刻を正確な値に加減調整や再設定することにより無線伝送の送信タイミングを校正する時刻情報抽出校正部45と、送信タイミング同期用クロック発生回路46から電文処理部43へ延いてはデジタル無線機42へ送信開始等の指示を出すタイミングを外部から設定するための送信タイミング設定部47も、具備したものとなっている。

0031

この送信タイミング設定部47は、通信ゾーン内の時分割多元接続通信方式については既述した従来の地上装置14と同様に8スロットS1〜S8の送信タイミングを決めるようになっているが、既述した従来の地上装置14と異なり、通信ゾーン相互に拡張された時分割多元接続通信方式をも(図1参照)サポートするために、時分割の数と送信タイミングのずれ量とを設定器等にて設定しうるようにもなっている。そして、本例では時分割が3分割になったことに対応して、時分割の数として「3」が設定されると、3秒のうち1秒だけ8スロットS1〜S8の無線送信を行わせるようになる。3秒のうち残りの2秒は無線送信を行わないようになっている。しかも、軌道11に沿って点在設置されている又は点在設置される一連の地上装置40,40,…に送信タイミングを設定する際には、1秒ずつ送信タイミングがずれるように送信タイミングのずれ量が設定される。

0032

例えば、A駅の地上装置40に対しては、毎分、0秒,3秒,6秒,…,57秒から1秒間送信するように送信タイミングが設定される。A駅の終点側の隣りに位置するB駅の地上装置40に対しては、毎分、1秒,4秒,7秒,…,58秒から1秒間送信するように送信タイミングが設定される。B駅の終点側の隣りに位置するC駅の地上装置40に対しては、毎分、2秒,5秒,8秒,…,59秒から1秒間送信するように送信タイミングが設定される。更にその終点側の隣りに位置するD駅の地上装置40に対してはA駅の地上装置40に対するのと同じ送信タイミングが設定される。

0033

さらに、電文処理部43は(図2参照)、車上装置30へ送る地上情報を列車制御部や踏切制御部さらには図示しない駅装置や現場機器といった地上設備から収集するとともに、車上装置30から受け取った列車情報を列車制御部や踏切制御部に引き渡すようにもなっている。列車制御部や踏切制御部は、公知の列車制御システムや踏切警報制御システムの制御部で良く、ここでは地上装置40とは別体になっているものを図示したが、地上装置40と一体になっていても良く、何れか一方だけでも良く、例えば軌道脇に設置された照明器具案内装置を列車到来時に作動させるような他の鉄道制御部であっても良い。

0034

このような無線式鉄道制御システム30+40について、その使用態様及び動作を説明する。図1は、一連の地上装置40,40,…がそれぞれの通信ゾーン内の車上装置30と行う無線伝送の様子を示しており、図2は、一組の地上装置40と車上装置30とが行う無線伝送の様子を示している。

0035

この例では、軌道11に沿って点在する各駅毎に即ち一連のA駅〜D駅に一台ずつ、地上装置40が設置されている。そして、上述したように、通信ゾーン相互に拡張された時分割多元接続通信方式における時分割が3分割になったことに対応して、一連の地上装置40,40,…について3台毎に送信タイミングが1秒ずつずれるように送信タイミング設定部47に対する設定作業が行われる。この作業はクロックタイマー等に与える秒単位の値たとえば「0」か「1」か「2」をセットする程度のことなので簡単で迅速に済ませることができる。また、駅間が何れも3km以上なので、何れかの駅とその隣の隣の隣の駅との離隔距離、例えばA駅とD駅との離隔距離、ひいては何れかの地上装置40とその隣の隣の隣の地上装置40との離隔距離は、9km以上になる。これは上述した無線伝送同一周波数の相互干渉の回避に最低限必要な6.5kmより大きい。

0036

そして、これらの地上装置40,40,…を作動させると、或る1秒の間には、A駅の地上装置40とD駅の地上装置40とが無線伝送にてポーリングを行う一方、両駅の間のB駅とC駅の地上装置40,40は無線伝送を行わない。次の1秒の間には、B駅の地上装置40が無線伝送にてポーリングを行う一方、その両隣のA駅とC駅さらには隣の隣のD駅の地上装置40,40,40は無線伝送を行わない。それに続く1秒の間には、C駅の地上装置40が無線伝送にてポーリングを行う一方、その両隣のB駅とD駅さらには隣の隣のA駅の地上装置40,40,40は無線伝送を行わない。更にそれに続く1秒の間には、A駅の地上装置40とD駅の地上装置40とが無線伝送にてポーリングを行う一方、両駅の間のB駅とC駅の地上装置40,40は無線伝送を行わない。

0037

また、軌道11を走行する列車12によって何れかの地上装置40の通信ゾーンに連れて来られた車上装置30は、少なくとも進入先の通信ゾーン内の地上装置40とは無線伝送が可能になるので、ポーリングに応じて所定の一定時間(返信オフセット)の経過後に返信を行う。
こうして、各地上装置40とその通信ゾーン内の車上装置30とが無線伝送にて地上情報と列車情報とを遣り取りし、それらの情報を用いる列車制御部や踏切制御部の処理によって列車12の制御や軌道11の踏切の警報制御などが行われる。

0038

しかも、上述の無線伝送では、何れの地上装置40も無線周波数fb1で送信し、何れの車上装置30も無線周波数fv1で送信するが、すなわち使用周波数の少ない1波繰り返し(計2周波数)が採用されているが、個々の通信ゾーン内の無線伝送がスロット振り分けによる時分割多元接続通信方式で行われるのに加え、通信ゾーン相互についても時分割多元接続通信方式で無線伝送が行われるとともに、GPS衛星を利用して同期をとるスロット送信タイミング管理まで一連の地上装置40,40,…で行われて近隣の地上装置同士(具体的には最低限離隔距離6.5km以内の例えばA駅〜C駅の地上装置同士やB駅〜D駅の地上装置同士)の8スロットS1〜S8が時間軸上で重ならないようになっているため、無線伝送が適切に行われる。なお、時分割が3分割なので通信量が1/3になるが、列車密度の低い地方交通線等では、鉄道制御に不都合が無い。

0039

すなわち、認可を受けなくても利用することができるインフラストラクチャー社会的基盤)の一つにGPS衛星があり、そのGPS電波を受信すればそれに含まれている時間情報から正確な時刻を知ることができるので、それを有効なツールとして利用するために地上装置40に簡単なGPSアンテナ及びGPS受信器44を追加することで、線区全体に設置されている一連の地上装置40,40,…が必要な時間同期をとることができる。そして、時間同期が正確であれば、一連の地上装置40,40,…の送信タイミングが一定時間ずつずれるように送信タイミング設定部47の設定を行うことにより、簡便に、同一周波数の地上装置40,40間に不都合なく時分割多元接続通信方式(TDMA)が採用導入されることとなる。また、GPS受信器44等の追加や設置は、比較的容易であり、時間同期用ケーブルを軌道11に沿って敷設するより格段に経済性が高い。地上装置40は周波数fb1、車上装置30は周波数fv1で、使用周波数は異なるが、地上装置40と車上装置30とに同じタイプ(同型)のデジタル無線機を使用できるので、装置価格が低減でき、コストを掛けられない地方交通線の無線式鉄道制御システムに適している。

0040

また、1波繰り返し(地上装置40,車上装置30,各1周波数で,計2周波数)を採用した本実施例の無線式鉄道制御システム30+40では、総ての地上装置40が無線送信に同一の周波数fb1を使用するため、9km離れた地上装置40,40同士なら同じタイミングで送信することができる。このときのD/U比は26dB以上になるので、同一周波数かつ同一送信タイミングで無線伝送が行われても、相互干渉はない。
なお、この場合、3台の地上装置40,40,40毎に時分割で伝送(TDMA伝送)するため、車上装置30への情報送信は最大3秒遅れることになり、同様に車上装置30から地上装置40への情報送信も最大3秒遅れることになるが、その程度の遅れなら、地方交通線では、不都合が無い。

0041

本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置の実施例2について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。
図3は、上述した無線式鉄道制御システム30+40の変形例である。

0042

この無線式鉄道制御システム30+40が上述した実施例1のものと相違するのは、無線伝送に4周波数fb1,fv1,fb2,fv2の認可が得られることを前提に、スロット送信タイミング管理に関して2波繰り返し(4周波数)の送信タイミング設定が行われて、通信ゾーン相互に拡張された時分割多元接続通信方式における時分割が2分割になっていることである。具体的には、一連の地上装置40,40,…について、1台置きのA駅とC駅の地上装置の無線送信には一方の周波数fb1が割り当てられ、残りの1台置きのB駅とD駅の地上装置の無線送信には他方の周波数fb2が割り当てられる。

0043

また、送信周波数の異なるA駅とB駅の地上装置40,40は時分割されることなく同じタイミングの1秒間で無線伝送を行い、やはり送信周波数の異なるC駅とD駅の地上装置40,40も時分割されることなく同じタイミングの1秒間で無線伝送を行うが、送信周波数が同じで而も離隔距離が同一周波数の相互干渉を回避可能な最低限の6.5kmより近いA,B駅の地上装置40,40の組とC,D駅の地上装置40,40の組とについては、送信タイミングが1秒ずつずれていて、無線伝送が交互に行われる。これにより、同一周波数で同時に無線伝送を行う地上装置40,40同士の離隔距離は、A〜D駅間の9kmより一駅分遠い12km以上が確保される。

0044

さらに、送信を周波数fb1で行うA駅とC駅の地上装置40は受信を周波数fv1で行い、送信を周波数fb2で行うB駅とD駅の地上装置40は受信を周波数fv2で行う。そして、そのような地上装置40の周波数割当とスロット送信タイミング管理とに対応して、車上装置30は、既述した従来の車上装置13と同様、列車12の走行する通信ゾーンに応じて使用周波数を切り替える。具体的には、A駅とC駅の通信ゾーンでは送信を周波数fv1で行うとともに受信を周波数fb1で行い、B駅とD駅の通信ゾーンでは送信を周波数fv2で行うとともに受信を周波数fb2で行う。この場合も、無線伝送が適切に行われ、時分割が2分割なので通信量が1/2になるが、地方交通線等の鉄道制御に不都合は無い。

0045

すなわち、2波繰り返し(地上装置40,車上装置30,各2周波数で,計4周波数)を採用した本実施例の無線式鉄道制御システム30+40では、何れの地上装置40から見ても、隣の地上装置40と隣の隣の隣の地上装置40は送信周波数が異なるうえ、隣の隣の地上装置40は送信タイミングが異なるため、同一周波数で同時に無線伝送を行う他の地上装置は12kmも離れている。そのため、D/U比は34dB以上が確保できるので、やはり同一周波数かつ同一送信タイミングで無線伝送が行われても相互干渉はない。
なお、この場合は、2台の地上装置40,40毎に時分割で伝送(TDMA伝送)するため、車上装置30への情報送信は最大2秒遅れることになる。同様に車上装置30から地上装置40への情報送信も最大2秒遅れることになる。

0046

このように、時分割多元接続通信方式(TDMA)を採用した場合、同一周波数の相互干渉のおそれがある範囲内においては、地上装置が送信しているタイミングに他の地上装置が同一周波数で送信することができないため、時分割数に応じた送信遅れが生じる。しかし、列車密度の低い地方交通線では、車上装置と駅や踏切その他の場所の地上装置とが情報伝送を行う際に2秒や3秒程度の送信遅れがあっても、列車制御や踏切警報制御その他の鉄道機器制御に支障は無い。例えば、列車制御において信号機現示アップによる停止パターン更新情報の送信が3秒ほど遅れても、それによる列車の駅への到着時間の変動が不都合な大幅遅延につながることにはならない。

0047

[その他]
上記実施例では、地上装置40の設置先としてA駅,B駅,C駅,D駅が図示されていたが、地上装置40の設置先は駅に限定される訳でなく、踏切の近くでも良く、そのような設備の無い単なる軌道の脇等でも良い。
上記実施例では、一連の地上装置40,40,…が軌道11に沿って通信範囲の3km毎に設置されていたが、これは、本願発明で着目している同一周波数の相互干渉の発生しやすい最密設置状態を示したものであり、それより離れていても良く、離隔距離や通信範囲が等しく無くても良い。

実施例

0048

上記実施例では、地上装置40と列車制御部や踏切制御部との情報送受が有線伝送で行われるかのように図示したが、それらが離れている場合等には、地上装置40と車上装置30とが使用する無線伝送の一部を振り分けて無線化するのも良い。例えば、スロットS1〜S2を地上装置40と列車制御部との無線伝送に使用し、スロットS3〜S6を地上装置40と車上装置30との無線伝送に使用し、スロットS7〜S8を地上装置40と踏切制御部との無線伝送に使用するといったことで、新規の設備を追加するまでも無く、地上装置40と列車制御部や踏切制御部との情報送受まで無線化することができる。

0049

本発明の無線式鉄道制御システム及び地上装置は、列車密度の低い地方交通線などの鉄道への適用を主眼として開発されたものであるが、それに適用が限られる訳でなく、通信量に問題が無ければ都市部や複線の鉄道にも適用することができる。

0050

11…軌道(鉄道路線,線区)、
12…列車、13…車上装置、14…地上装置、
30+40…無線式鉄道制御システム、
30…車上装置、31…無線アンテナ、
40…地上装置、41…無線アンテナ、42…デジタル無線機、
43…電文処理部、44…GPS受信器、45…時刻情報抽出校正部、
46…送信タイミング同期用クロック発生回路、47…送信タイミング設定部、
fb1〜fb3…周波数(地上装置用)、fv1〜fv3…周波数(車上装置用)

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