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技術 列車位置検知システム

出願人 株式会社東芝東芝インフラシステムズ株式会社
発明者 関口孝公平野竜馬桧垣誠井上和弘出口典孝
出願日 2016年3月7日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2016-043627
公開日 2017年9月14日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2017-159703
状態 特許登録済
技術分野 鉄道交通の監視、制御、保安 デジタルマーク記録担体
主要キーワード 停止位置目標 上り線路 構内無線局 位置検知精度 電波遮断 半球殻状 位置検知システム EIRP
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(2017年9月14日)のものです。
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図面 (7)

課題

RFIDタグを有する地上子を用いて、列車の位置を高い精度で検知することができる列車位置検知システムを提供する。

解決手段

列車位置検知システム1は、地上に設置され、識別情報が記憶されたRFIDタグ11を有する地上子10と、列車20に設置され、RFIDタグ11の識別情報を読み取るRFIDリーダ21とを備え、RFIDタグ11から読み取られた識別情報に基づいて列車20の位置を検知する。地上子10は、RFIDタグ11から放射された電波遮断する電波遮断部12を有する。電波遮断部12は、RFIDリーダ21のアンテナ21aから見たRFIDタグ11の見通し角度を制限するようにRFIDタグ11の列車進行方向の両側に設けられている。

概要

背景

従来、線路上を走行する列車の位置を検知する列車位置検知システムとして、線路上に設置されるトランスポンダ地上子軌道回路を用いたものが知られている。しかしながら、高い耐久性および耐候性が要求されるためトランスポンダ地上子は高価である。軌道回路については、軌道の敷設時に閉塞長に合わせて設置されるため、新たに設置することが困難である。また、閉塞境界に設けられるインピーダンスボンドや、軌道回路に信号電流を送信する機器等をメンテナンスする費用も大きい。したがって、トランスポンダ地上子や軌道回路を用いた列車位置検知システムは高コストである。

近年、列車位置検知システムのコストを低減するために、RFID(Radio Frequency Identification)を用いることが検討されている。コスト的に有利な形態として、RFIDリーダを車両に設置し、RFIDタグを有する地上子を地上に設置することが考えられる。この場合、車上のRFIDリーダが地上のRFIDタグを読み取り、読み取られた識別情報に基づいて列車の位置が検知される。例えば、RFIDタグの識別情報と地点情報を関連付けたデータベースを車上に用意しておき、RFIDリーダがRFIDタグから識別情報を読み取った後、車上のデータベースに照会することで識別情報に対応した地点情報を得ることが可能である。

RFIDタグを利用した地上子は、トランスポンダ地上子に比べると格段に低価格である。さらに、RFIDタグとしてパッシブタグを用いる場合は電源を供給する必要がないため、設置コストやメンテナンスコストも低減することが可能である。このようにRFIDを利用することで、列車位置検知システムのコストを低減することができる。

RFIDは元来、商品識別や管理等を目的としたものであり、RFIDタグの位置検知を目的としたものではないものの、RFIDリーダの受信電力理想的にはRFIDタグから離れるにつれて山なりに落ちていくため、ある程度の精度でRFIDタグの位置を推定することは可能である。

しかしながら、列車位置検知システムにおいては、列車と地面との間の距離が短い上に、床下装置等により列車の下面には凹凸が多いため、RFIDタグから放射された電波反射回折により複雑に伝播する。このため、RFIDリーダの受信電力は理想的な山なりの曲線にならず、RFIDタグの位置を高精度に検知することは困難であった。

概要

RFIDタグを有する地上子を用いて、列車の位置を高い精度で検知することができる列車位置検知システムを提供する。列車位置検知システム1は、地上に設置され、識別情報が記憶されたRFIDタグ11を有する地上子10と、列車20に設置され、RFIDタグ11の識別情報を読み取るRFIDリーダ21とを備え、RFIDタグ11から読み取られた識別情報に基づいて列車20の位置を検知する。地上子10は、RFIDタグ11から放射された電波を遮断する電波遮断部12を有する。電波遮断部12は、RFIDリーダ21のアンテナ21aから見たRFIDタグ11の見通し角度を制限するようにRFIDタグ11の列車進行方向の両側に設けられている。

目的

RFIDは元来、商品の識別や管理等を目的としたものであり、RFIDタグの位置検知を目的とした

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

地上に設置され、識別情報が記憶されたRFIDタグを有する地上子と、列車に設置され、前記RFIDタグの識別情報を読み取るRFIDリーダとを備え、前記RFIDタグから読み取られた識別情報に基づいて前記列車の位置を検知する列車位置検知システムであって、前記地上子は、前記RFIDリーダのアンテナから見た前記RFIDタグの見通し角度を制限するように前記RFIDタグの列車進行方向の両側に設けられ、前記RFIDタグから放射された電波遮断する電波遮断部を有する列車位置検知システム。

請求項2

前記電波遮断部の内側面には、前記RFIDタグから放射された電波を吸収する電波吸収体が配置されている請求項1に記載の列車位置検知システム。

請求項3

前記地上子は、前記RFIDタグが載置される底部をさらに有し、前記底部の上に、前記RFIDタグから放射された電波を吸収する電波吸収体が配置されている請求項1または2に記載の列車位置検知システム。

請求項4

前記電波遮断部の上端部には、前記RFIDタグから放射された電波を吸収する電波吸収体が配置されている請求項1〜3のいずれかに記載の列車位置検知システム。

請求項5

前記地上子は、前記RFIDタグの枕木方向の両側には、前記RFIDタグから放射された電波を遮断する電波遮断部を有しない請求項1〜4のいずれかに記載の列車位置検知システム。

請求項6

に設置される地上子の前記見通し角度は、駅間に設置される地上子の前記見通し角度よりも狭い請求項1〜5のいずれかに記載の列車位置検知システム。

請求項7

前記RFIDタグの両側に設けられた前記電波遮断部の内側面の間隔は、駅に設置される地上子が駅間に設置される地上子よりも狭い請求項6に記載の列車位置検知システム。

請求項8

前記RFIDタグの両側に設けられた前記電波遮断部の内側面の高さは、駅に設置される地上子が駅間に設置される地上子よりも高い請求項6に記載の列車位置検知システム。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、列車位置検知システムに関する。

背景技術

0002

従来、線路上を走行する列車の位置を検知する列車位置検知システムとして、線路上に設置されるトランスポンダ地上子軌道回路を用いたものが知られている。しかしながら、高い耐久性および耐候性が要求されるためトランスポンダ地上子は高価である。軌道回路については、軌道の敷設時に閉塞長に合わせて設置されるため、新たに設置することが困難である。また、閉塞境界に設けられるインピーダンスボンドや、軌道回路に信号電流を送信する機器等をメンテナンスする費用も大きい。したがって、トランスポンダ地上子や軌道回路を用いた列車位置検知システムは高コストである。

0003

近年、列車位置検知システムのコストを低減するために、RFID(Radio Frequency Identification)を用いることが検討されている。コスト的に有利な形態として、RFIDリーダを車両に設置し、RFIDタグを有する地上子を地上に設置することが考えられる。この場合、車上のRFIDリーダが地上のRFIDタグを読み取り、読み取られた識別情報に基づいて列車の位置が検知される。例えば、RFIDタグの識別情報と地点情報を関連付けたデータベースを車上に用意しておき、RFIDリーダがRFIDタグから識別情報を読み取った後、車上のデータベースに照会することで識別情報に対応した地点情報を得ることが可能である。

0004

RFIDタグを利用した地上子は、トランスポンダ地上子に比べると格段に低価格である。さらに、RFIDタグとしてパッシブタグを用いる場合は電源を供給する必要がないため、設置コストやメンテナンスコストも低減することが可能である。このようにRFIDを利用することで、列車位置検知システムのコストを低減することができる。

0005

RFIDは元来、商品識別や管理等を目的としたものであり、RFIDタグの位置検知を目的としたものではないものの、RFIDリーダの受信電力理想的にはRFIDタグから離れるにつれて山なりに落ちていくため、ある程度の精度でRFIDタグの位置を推定することは可能である。

0006

しかしながら、列車位置検知システムにおいては、列車と地面との間の距離が短い上に、床下装置等により列車の下面には凹凸が多いため、RFIDタグから放射された電波反射回折により複雑に伝播する。このため、RFIDリーダの受信電力は理想的な山なりの曲線にならず、RFIDタグの位置を高精度に検知することは困難であった。

先行技術

0007

特開2009−149216号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明が解決しようとする課題は、RFIDタグを有する地上子を用いて、列車の位置を高い精度で検知することができる列車位置検知システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0009

実施形態に係る列車位置検知システムは、地上に設置され、識別情報が記憶されたRFIDタグを有する地上子と、列車に設置され、前記RFIDタグの識別情報を読み取るRFIDリーダとを備え、前記RFIDタグから読み取られた識別情報に基づいて前記列車の位置を検知する。前記地上子は、前記RFIDタグから放射された電波を遮断する電波遮断部を有する。前記電波遮断部は、前記RFIDリーダのアンテナから見た前記RFIDタグの見通し角度を制限するように前記RFIDタグの列車進行方向の両側に設けられる。

図面の簡単な説明

0010

実施形態に係る列車位置検知システム1の概略的な構成を示す図である。
(a)は実施形態に係る地上子10の斜視図であり、(b)は実施形態に係る地上子10の枕木方向から見た側面図である。
実施形態に係る列車位置検知システム1の動作を説明するための図である。
(a)は電波吸収体14,15が設けられた第1の変形例に係る地上子10Aの側面図であり、(b)は電波吸収体14,15,16が設けられた第2の変形例に係る地上子10Bの側面図である。
(a)は半球殻状外形を有する第3の変形例に係る地上子10Cの上面図であり、(b)は(a)のI−I線に沿う断面図である。
列車の走行場所によって位置検知精度が調整された列車位置検知システム1を説明するための図である。

実施例

0011

以下、実施形態に係る列車位置検知システムについて図面を参照しながら説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付す。

0012

列車位置検知システム1は、図1に示すように、地上に設置された地上子10と、列車20に設置されたRFIDリーダ21とを備えている。

0013

地上子10は、識別情報が記憶されたRFIDタグ11を有する。RFIDタグ11の種類は特に限定されるものではなく、電源不要のパッシブタグでも、アクティブタグでもよい。地上子10は、例えば、線路30の枕木の上や枕木間に設置される。その他、地上子10は上り線路下り線路の中間地点に設置されてもよい。

0014

RFIDリーダ21は、アンテナ21aを有し、このアンテナ21aによりRFIDタグ11の識別情報(ID)を読み取る。例えば、RFIDリーダ21は所定周期でRFIDタグ11の識別情報を読み取り、読み取られた識別情報が所定回数連続して同じ値である場合に、その識別情報を確定する。

0015

なお、日本国内で使用可能なRFIDの方式は使用周波数帯(13.56MHz帯、920MHz帯(UHF帯)、2.45GHz帯)により大別される。RFIDの読み取り特性は一般に、RFIDリーダ21の出力電力およびRFIDタグ11の特性(主としてRFIDタグ11のアンテナ利得)に依存する。UHF帯のRFIDの場合、RFIDリーダ21の最大出力電力構内無線局特定小電力無線局とで異なる。前者は、送信電力1W、アンテナ利得6dBi(アンテナからの最大出力電力;EIRP36dBm)であり、後者は、送信電力250mW、アンテナ利得3dBi(EIRP27dBm)である。一方、RFIDタグ11は、種類によって様々な特性のものが存在する。UHF帯のRFIDを使用した場合、読み取り可能距離は、RFIDリーダ21の種別(構内無線局タイプ、特定小電力無線局タイプ)およびRFIDタグ11の種類に依存するが、数十cm〜数m程度と比較的大きい。

0016

列車位置検知システム1は、RFIDリーダ21によってRFIDタグ11から読み取られた識別情報に基づいて列車20の位置を検知する。例えば、識別情報と地点情報を関連付けて記憶したデータベースを用意しておき、RFIDタグ11の識別情報をキーにして当該データベースの検索を行うことにより地点情報を取得する。あるいは、RFIDタグ11の識別情報自体が地点情報を示すようにしてもよい。なお、地点情報は列車20により取得されてもよいし、RFIDリーダ21に通信可能に接続された外部装置により取得されてもよい。

0017

次に、RFIDタグ11を有する地上子10について、図2を参照して詳しく説明する。

0018

地上子10は、RFIDタグ11から放射された電波を遮断する電波遮断部12を有する。ここで、「RFIDタグ11から放射された電波」とは、RFIDタグ11がパッシブタグの場合、RFIDリーダ21のアンテナ21aから放射され、RFIDタグ11のアンテナ(図示せず)により反射された電波のことであり、RFIDタグ11がアクティブタグの場合は、RFIDタグ11に接続された電源の電力によってアンテナから発せられる電波のことである。

0019

また、「電波を遮断する」とは、電波を透過しないということであり、電波を反射させることも含む。電波遮断部12は、例えば、使用周波数帯の電波を十分に遮断する金属等から構成される。

0020

電波遮断部12は、図1および図2(a),(b)に示すように、RFIDリーダ21のアンテナ21aから見たRFIDタグ11の見通し角度(以下、単に「見通し角度」ともいう。)を制限するようにRFIDタグ11の列車進行方向の両側に設けられている。なお、RFIDタグによっては、アンテナと、当該アンテナに接続されたICチップ等の電子部品とが離れた場所に配置される場合があるが、電波遮断部12は、RFIDタグ11のアンテナの列車進行方向の両側に設けられている。すなわち、電波遮断部12は、RFIDタグ11の構成要素うち少なくともアンテナを列車進行方向に挟むように設けられる。

0021

本実施形態では、図2(a),(b)に示すように、電波遮断部12の内側面12aは、RFIDタグ11に対向し、列車進行方向と略垂直な(すなわち枕木方向と略平行な)平面である。また、地上子10は、板状の底部13を有しており、この底部13の上面13aにRFIDタグ11が載置されている。

0022

なお、電波遮断部12と底部13とは、一体に形成されていてもよい。例えば、金属板を折り曲げ加工して形成される。また、水や塵等から保護するために、RFIDタグ11を電波の伝播を妨げない材質樹脂等)で封止してもよい。

0023

また、図2(a),(b)に示すように、地上子10は、RFIDタグ11の枕木方向の両側には、RFIDタグ11から放射された電波を遮断する電波遮断部を有しなくてもよい。これにより、例えば、上り線路と下り線路との間に地上子10を設置して上り下り兼用とすることができる。

0024

上記のように本実施形態では、電波遮断部12が見通し角度を制限するようにRFIDタグ11の列車進行方向の両側に設けられている。このため、RFIDリーダ21の読み取り可能範囲を狭めることができる。ここで、「読み取り可能範囲」とは、RFIDリーダ21がRFIDタグ11の識別情報を読み取ることが可能な範囲のことである。このように電波遮断部12により読み取り可能範囲を狭めることで、本実施形態によれば、列車20の位置を高い精度で検知することができる。これについて図3を参照して、より具体的に説明する。

0025

図3中の実線Aは電波遮断部12が設けられている場合におけるRFIDリーダ21の受信電力を示し、破線Bは電波遮断部12が設けられてない場合におけるRFIDリーダ21の受信電力を示している。また、実線Pは電波遮断部12が設けられている場合におけるRFIDリーダ21の受信ステータスを示し、破線Qは電波遮断部12が設けられてない場合におけるRFIDリーダ21の受信ステータスを示している。受信ステータスは、RFIDリーダ21の受信電力が閾値を超え、RFIDタグ11を読み取り可能な状態の範囲を示している。

0026

受信電力の閾値は、RFIDリーダ21が読み取り可能範囲においてRFIDタグ11の識別情報を確実に読み取れるように、ある程度余裕を持たせた値(すなわち低めの値)に設定されている。

0027

RFIDリーダ21の受信電力は理想的にはRFIDタグ11から離れるにつれて山なりに落ちていく。しかし、列車20と地面との間の距離が短い上に、列車20の床下装置22(図1参照)等により列車の下面には凹凸が多いため、図3の破線Bに示すように、電波の回折や反射等によって受信電力の強度が強まる場合がある。

0028

上記の理由により、図3に示すように、RFIDリーダ21の読み取り可能範囲外であっても、受信電力の強度が閾値を超えてしまい、RFIDタグ11の識別情報を読み取ることが可能となる範囲が存在する。

0029

これに対して、本実施形態では見通し角度を制限するようにRFIDタグ11の両側に電波遮断部12が設けられている。このため、RFIDタグ11から放射された電波が読み取り可能範囲を超えて列車進行方向に伝播してRFIDリーダ21に直接到達することが防止される。すなわち、電波遮断部12を設けることで、図3の実線Aから分かるように、読み取り可能範囲の内側におけるRFIDタグ11の感度を保ちつつ、読み取り可能範囲の外側におけるRFIDタグ11の感度を低下させることが可能となる。これにより、RFIDリーダ21の読み取り可能範囲を狭めることができ、列車20の位置を高い精度で検知することができる。

0030

次に、地上子10の3つの変形例(第1〜第3の変形例)について説明する。図4(a)は、電波吸収体14,15が設けられた地上子10Aの側面図を示し、図4(b)は、電波吸収体14,15,16が設けられた地上子10Bの側面図を示している。電波吸収体14,15,16は、例えばスポンジ状の合成樹脂炭素粒子塗り込めて導電性を持たせた材料から構成されるが、特に限定されるものではなく、使用周波数帯の電波を十分に吸収できるものであればよい。

0031

第1の変形例に係る地上子10Aは、図4(a)に示すように、電波遮断部12の内側面12aに配置された電波吸収体14を有している。なお、電波吸収体14は内側面12aを覆うことが望ましい。

0032

このように電波遮断部12の内側面12aに電波吸収体14を設けることで、内側面12aでの電波の反射が抑制される。このため、RFIDリーダ21のアンテナ21aが、RFIDタグ11から放射され内側面12aで反射した電波を受信することが抑制される。その結果、RFIDリーダ21の読み取り可能範囲をより効果的に狭めることができ、列車20の位置をより高い精度で検知することができる。

0033

なお、図4(a)に示すように、底部13の上に電波吸収体15が配置されていてもよい。電波吸収体15は上面13aを覆うことが望ましい。電波吸収体15を設けることで、列車20の下面で反射された電波が上面13aで再反射されて乱反射することが抑制される。よって、RFIDリーダ21の読み取り可能範囲外において受信電力強度が強まることを抑制することができる。その結果、列車20の位置をより高い精度で検知することができる。

0034

第2の変形例に係る地上子10Bは、図4(b)に示すように、電波遮断部12の上端部に配置された電波吸収体16を有している。電波吸収体16は電波遮断部12の上端部を覆うことが望ましい。

0035

このように電波遮断部12の上端部に電波吸収体16を設けることで、RFIDタグ11から放射された電波が遮断部12の上端部で回折することを抑制することができる。その結果、RFIDリーダ21の読み取り可能範囲外で受信電力強度が強まることを抑制することができ、列車20の位置をより高い精度で検知することができる。

0036

次に、第3の変形例に係る地上子10Cについて図5を参照して説明する。図5(a)は地上子10Cの上面図であり、図5(b)は図5(a)のI−I線に沿う断面図である。

0037

地上子10Cは、RFIDタグ11と、RFIDタグ11から放射された電波を遮断する電波遮断部17と、RFIDタグ11が上面18aに載置された円板状の底部18とを有している。

0038

電波遮断部17は、前述の電波遮断部12と同様に、RFIDリーダ21のアンテナ21aから見たRFIDタグ11の見通し角度を制限するようにRFIDタグ11の列車進行方向の両側に設けられている。図5(b)に示すように、電波遮断部17は、球殻の一部の形状を有しており、内側面17aは曲面である。このような半球殻状の外形を有する地上子10Cによっても、前述の地上子10と同様の作用効果を得ることができる。

0039

なお、地上子10A,10Bと同様に、電波遮断部17の内側面17aおよび/または底部18の上面18aに電波吸収体(図示せず)を配置してもよい。

0040

次に、車位置検知システム1において、列車20の走行場所に応じてRFIDリーダ21の読み取り可能範囲を調整可能であることについて説明する。

0041

列車位置検知システムにおいては、列車の走行場所に応じて、必要とされる位置検知精度は異なる。例えば、列車がおよびその周辺(以下、「駅等」という。)を走行中のときは、駅の停止位置目標ホームドア等に合わせて列車を停車させるために、高い精度で列車の位置を検知することが求められる。一方、列車が駅間を走行中のときは比較的低い精度で列車の位置を検知できればよい。これに対し、駅等には低感度のRFIDタグを設置してRFIDリーダ21の読み取り可能範囲を狭め、高い位置検知精度を確保し、駅間には高感度のRFIDタグを設置することが考えられる。しかし、電波の反射や回折により読み取り可能範囲外で受信電波強度が高くなる現象は依然として発生する可能性があり、十分な位置検知精度が確保できない。

0042

本実施形態では、RFIDリーダ21のアンテナ21aから見たRFIDタグ11の見通し角度は、駅等に設置される地上子10の方が駅間に設置される地上子10よりも狭くなるようにする。すなわち、駅等に設置される地上子10の見通し角度は、駅間に設置される地上子10の見通し角度よりも狭くする。これにより、所要の位置検知精度を満たすように、RFIDリーダ21の読み取り可能範囲を調整することができる。

0043

例えば、地上子10の設置場所に応じて内側面12aの間隔を変えることにより見通し角度を調整する。すなわち、RFIDタグ11の両側に設けられた電波遮断部12の内側面12aの間隔は、駅等では駅間よりも狭くなるようにする。この場合、図6(a)に示すように、駅等に設置された地上子10における内側面12aの間隔W1は、駅間に設置された地上子10における内側面12aの間隔W2よりも狭い(すなわちW1<W2)。

0044

あるいは、地上子10の設置場所に応じて内側面12aの高さを変えることにより見通し角度を調整してもよい。すなわち、RFIDタグ11の両側に設けられた電波遮断部12の内側面12aの高さは、駅等では駅間よりも高くなるようにする。この場合、図6(b)に示すように、駅等に設置された地上子10における内側面12aの高さH1は、駅間に設置された地上子10における内側面12aの高さH2よりも高い(すなわちH1>H2)。

0045

上記のように、列車位置検知システム1では、RFIDタグ11の種類を増やすことなく、読み取り可能範囲を所要の位置検知精度に応じて調整することができる。その結果、列車の走行場所に応じた位置検知精度を確保することができる。

0046

以上説明した少なくとも一つの実施形態・変形例によれば、RFIDタグを有する地上子を用いて、列車の位置を高い精度で検知することができる列車位置検知システムを提供することができる。

0047

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

0048

1列車位置検知システム
10,10A,10B,10C地上子
11RFIDタグ
12,17電波遮断部
12a,17a 内側面
13,18 底部
13a,18a 上面
14,15,16電波吸収体
20列車
21RFIDリーダ
21aアンテナ
22床下装置
30線路
A,P実線
B,Q破線
H1,H2 (内側面の)高さ
W1,W2 (内側面の)間隔

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