专利名称：列车控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于由各列车计算出的列车位置来进行列车控制的系统及其方法。
背景技术：
在铁道系统中，由铁道信号系统进行行驶控制以使列车不彼此相撞。在使用了现有的轨道电路的信号系统中，通过在I个轨道电路中仅许可I个列车的在线，确保了列车间的安全。故而，轨道电路的长短通常确定了运行的列车间隔。由于为了实施高密度运行而需要缩短列车间隔，因此使用短的轨道电路。在此，轨道电路需要每隔数百米来设置设备，故具有设备的导入·维护费用高的缺点。另外，在包含信号系统的铁道保安系统中，从成本削减或列车控制的高功能化的观点出发，作为不依赖于轨道电路而进行列车控制的方式，探讨了无线信号方式。在无线信 号方式中，一般由搭载于车上的装置(以下，车上装置)来计算本列车位置，通过无线将本列车位置传输至设置于地上的控制装置(以下，地上装置)，地上装置计算该列车能安全地行进的界限地点并传输至列车。将该界限地点设为停止目标，对本列车进行控制以使各列车能安全停止到停止目标。作为该位置估计手法，广泛使用了利用速度发电机的手法，但由于车轮的空转或车轮直径的变化等原因，估计位置的误差会随列车行驶距离延长而蓄积。为了对所蓄积的位置探测误差进行校正，利用转发器(transponder)。转发器是将位置信息向车上装置发送的装置，沿着线路被设置。根据转发器的设置间隔来假设能产生的位置误差的最差值，并将用于保障安全的富余距离设定为固定，来计算停止目标。此外，若转发器的数目少且间隔宽，则位置误差变大，安全余量距离也变大。若安全余量距离大，则会产生因列车间隔的扩大而带来的运行密度的下降等课题。另外，在车上装置丢失转发器的位置校正信息的情况下，位置误差变大，以所设定的安全余量距离将不能保障安全。为此，考虑到信息丢失，预先将安全余量距离设定为容许行驶过2个转发器的值，在连续2个而丢失了信息的情况下，通过紧急停车来确保安全。故而，存在如下问题需要将安全余量距离设定为比需要长度更长，列车因转发器的异常而停车，为了缩短安全余量距离而增加转发器的设置数从而导致成本增加。作为用于对其解决的技术，如专利文献I所示，存在如下方式在未由转发器进行位置校正的情况下，使安全余量距离增加固定量(至到达下一转发器之前产生的误差量)来行驶。专利文献I :日本特开2010-120484号公报在此,速度发电机或GPS (Global Positioning System ;全球定位系统)、加速度传感器、多普勒雷达等的位置估计手法中，估计精度根据列车状态或周边环境等而始终变化，因此难以在行驶前假设适当的误差作为安全余量距离进行设定。故而，存在设定过多的安全余量距离的可能性。
另外，在为GPS的情况下，提出了多种用于提高位置估计精度的方式，但存在误差因多径(基于障碍物的反射)或电离层中的传播延迟等影响而变大的可能性，无法保证GPS的最大误差。在铁道信号系统等安全性与位置信息直接关联的应用中，不能保证最大误差的位置信息的利用是容易导致致命故障的。以往，在使用了 GPS的位置估计方式中，从4个GPS卫星接收GPS数据，并基于GPS数据的发送时刻与接收时刻之差，来进行了接收地的3维位置(纬度、经度、高度)以及GPS接收部的时刻误差校正。在发生了多径或电离层中的传播延迟的情况下，位置估计结果含有误差，因此存在有通过应用地图匹配来校正位置误差的方式。但在延迟误差大的情况下，存在校正为错误的位置的可能性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能以铁道信号系统为应用对象，使用来自外部的数
据(例如，来自所述GPS的时刻信息和位置信息)来计算列车在线范围，从而实现安全的列车控制的系统。为了达成上述目的，本发明的第I特征是一种列车控制系统，在列车与列车的外部之间收发信息，并基于该信息来对列车的运行进行控制，所述列车控制系统具有收发部，其从外部接收由位置信息和时刻信息构成的位置时刻信息；计测部，其对接收到位置时刻信息的车上时刻信息进行计测；在线范围计算部，其根据接收到所述位置时刻信息的车上时刻信息来计算列车的在线范围信息；和行驶控制部，其对列车的行驶进行控制，并且，根据所述在线范围信息来对列车的行驶开始、速度、停止进行控制。为了达成上述目的，本发明的第2特征是一种列车控制系统，在列车与列车的外部之间收发信息，并基于该信息来对列车的运行进行控制，所述列车控制系统具有列车以及地上装置，所述列车具有收发部，其从外部接收由位置信息和时刻信息构成的位置时刻信息；计测部，其对接收到位置时刻信息的车上时刻信息进行计测；在线范围计算部，其根据接收到所述位置时刻信息的车上时刻信息来计算列车的在线范围信息；和行驶控制部，其对列车的行驶进行控制，所述地上装置将所述在线范围信息、所述位置时刻信息发送到列车的外部，并对所述在线范围信息、所述位置时刻信息进行接收，所述地上装置由进行收发的地上通信部、以及根据接收到的所述在线范围信息、所述位置时刻信息来计算列车控制信息的列车控制信息计算部构成，将所述列车控制信息从地上通信部发送到列车，并根据该在线范围信息、列车控制信息来进行列车的行驶控制。根据本发明，能实现即使在本列车或先行列车所接收的来自外部的数据接收时刻产生了延迟误差的情况下，也能追随其变化，计算从列车的安全性/运行密度/节能的观点出发最佳的停止目标的列车控制系统。
图I是表示作为本发明的第I实施例的列车控制系统的构成的图。图2是表示在本发明的第I实施例中的车上装置20中的控制流程的图。图3是表示在本发明的第I实施例中的地上装置30中的控制流程的图。图4是表示在本发明的第I实施例中的在线范围场景的概念图。
图5是说明本发明的第I实施例中的在线范围计算方法的图。图6是以本发明的第I实施例说明基于GPS数据和地图信息的在线范围计算的图。图7是以本发明的第I实施例说明利用了多个GPS卫星的发送数据的在线范围计算的图。图8是表示作为本发明的第2实施例的列车控制系统的构成的图。图9是以本发明的第3实施例表示正常时的监视器显示的图。图10是以本发明的第3实施例表示异常探测时的监视器显示的图。图11是表示作为本发明的第3实施例的列车控制系统的构成的图。 标号说明IOaUOb GPS 卫星101接收距离102虚拟距离2、5 列车20车上装置21 GPS 接收部22车上时钟部23在线范围计算部24车上通信部25速度控制部26 GPS 监视部27地图信息部204a、204b、203c、504a 在线范围30地上装置31地上通信部32停止目标计算部33在线范围计算部34在线范围预测部35地上时钟部4监视器6 线路61在线范围
具体实施例方式对用于实施本发明的最佳实施例进行说明。实施例I参照图I至图7、图9来说明本发明的第I实施方式。图I示出了列车控制系统的构成。在图I中，车上装置20具有GPS接收部21，其对从GPS卫星IOa发送的GPS数据Ila(轨道信息、数据发送时刻信息)进行接收；车上时钟22，其对GPS数据的接收时刻221进行确定；以及在线范围计算部23，其根据由GPS接收部21接收到的GPS数据211和接收时刻221来计算本列车的在线范围信息231。还具备车上通信部24，其向地上装置30发送在线范围信息231以及接收从地上装置30发送来的停止目标信息321等信息；以及速度控制部25，其以通过接收到的停止目标信息321所算出的速度控制信号241来进行列车的行驶速度控制。另外，地上装置30构成为具备地上通信部31，其执行从各列车发送来的在线范围信息的接收以及将停止目标信息321向该列车的发送；以及停止目标计算部32，其基于在同一行驶道路上行驶的列车的在线范围来计算各列车的停止目标。 图2示出了车上装置20的控制流程，图3示出了地上装置30的控制流程。首先，车上装置20确认是否从地上装置30接收到停止目标(步骤9100)。在未接收到的情况下(分流到“否”)，确认GPS接收部21是否接收到GPS数据IIa (步骤9102)。在接收到的情况下(分流到“是”)，由车上时钟22确定GPS接收部21接收到该GPS数据Ila的时刻(GPS数据接收时刻221)(步骤9103)。接下来，对在线范围计算部23输入接收到的GPS数据211和GPS数据接收时刻221(步骤9104)。在在线范围计算部23中，根据输入数据来计算该列车的在线范围信息231 (步骤9105)，并通过车上通信部24向地上装置30发送(步骤9106)。另一方面，在图3所示的地上装置30接收到由车上装置20的在线范围计算部23算出的在线范围信息231的情况下(分流到步骤9200的“是”)，考虑在同一行驶道路上行驶的先行列车的在线范围来计算该列车的停止目标信息321 (步骤9201)，并经由地上通信部31向车上装置20发送(步骤9202)。接下来，车上装置20由于接收到停止目标信息，因此在图2的步骤9100中分流到“否”，执行步骤9101的速度控制，使本列车安全地停止于停止目标。接下来，图4、图5示出了由在线范围计算部23计算在线范围的场景。以下，将从GPS卫星IOa起至搭载于列车2的车上装置20上的GPS接收部21为止的距离称为接收距离，在图4中相应为标号101。在本方式中，由于将从至少一个GPS卫星IOa接收到的GPS数据Ila中所含的GPS数据发送时刻Ts(HH:MM:SS. SSSS)、与GPS接收部21接收到该GPS数据的接收时刻Tr之差设为传播延迟时间Ttl，因此表示为〔数式I〕传播延迟时间Ttl = GPS数据接收时刻Tr-GPS数据发送时刻Ts，该接收距离101成为〔数式2〕Lnl =传播延迟时间Ttl X光速C。以该接收距离101为半径的球体与地球表面(地面)重合的圆周部分成为该列车的在线范围。根据与从GPS卫星Ia发送发送时刻信息Ts —起而发送的轨道信息PS (Px，Py, Pz)来计算该圆周部分。以中心坐标14a(Px, Py),以〔数式3〕Lhol_iil=、厂(Lnl2-Pz )所表示的半径(图5的2031)的圆203a的内周部分成为在线范围。然而，来自在高的高度(数十Km上空)盘旋的GPS卫星Ia的发送数据因电离层的影响或经由障碍物的接收即多径等，会产生进一步的传播延迟时间Td。故而，考虑到该影响的传播延迟时间Tt2成为〔数式4〕传播延迟时间Tt2 =传播延迟时间Ttl+传播延迟时间Td，虚拟的接收距离(以下，虚拟距离)102成为〔数式5〕Ln2 =传播延迟时间Tt2X光速C。以该虚拟距离102为半径的球体与地球表面(地面)进行重合的圆周部分是该列车的在线范围，以其中心坐标14a(Px，Py)，以·
〔数式6〕Lliol_π2 —/" (Ln2" — Pz )所示的半径(图5的2041)的圆204a的内周部分成为在线范围。接下来，说明在在线范围204a的外侧能保证该列车不在线的依据。将从GPS卫星Ia接收到的GPS数据中所含的信息(轨道信息、GPS数据发送时刻等)设为正确，进而将GPS卫星Ia所保持的时刻信息、车上装置20的时钟所保持的时刻也设为正确。在不发生多径或电离层中的传播延迟时间Td的情况下，虚拟距离102与接收距离101相等。另一方面，在发生了多径或电离层中的传播延迟Td的情况下，虚拟距离102大于接收距离101。其原因在于，较之于未发生多径或电离层中的传播延迟Td的情况，在多径或电离层中接收时刻会延迟传播延迟部分的量。S卩，在发生了多径或电离层中的传播延迟的情况下，虚拟距离大于接收距离，不会小于接收距离。即，较之于根据接收距离求出的圆周203a，根据虚拟距离而求出的圆周204a要大205a的量。故而，即使发生多径或电离层等的传播延迟，也保证列车在根据虚拟距离而求出的圆周的更远处不在线，即，必须在圆周内在线。这不仅是列车2，对于在同一线路6上行驶的其他的列车5 (从GPS卫星Ia以外的GPS卫星接收)也同样，较之于根据接收距离而求出的圆周503a，根据虚拟距离而求出的圆周504a要大505a的量。在线范围计算部23能保持正在行驶的线路6的2维或3维地图信息。另外，列车2通过以仅在线路6上行驶为前提，使用保持的该地图信息，仅将上述计算出的在线范围内所含的线路上的范围61作为在线范围对待，能确定更准确的在线范围。图6示出了通过从GPS卫星IOa接收到的GPS数据、以及地图信息来计算在线范围61的场景。顺便提及的是，地图信息还能从地上装置30经由无线、有线31依次取入，追随行驶状态的变化。另外，还能对应于该地图信息的精度来变更在线范围。例如，在该地图信息包含一定的位置误差的情况下，将包含该误差的范围应用为在线范围。由此，例如，能通过利用详细的地图信息来缩窄在线范围，能实现高的运行密度。另一方面，在低密度的线区不需要详细的地图，因此能减少在地图创建时地形调查等所花的成本。在由图I的在线范围计算部23计算列车在线范围的情况下，例如通过兼用轨道电路、加速度传感器、陀螺传感器、速度发电机、转发器、应答器(balise)、无线LAN的电波信息、超声波传感器、多普勒雷达、照相机、红外线传感器、车轴探测器(加速计数器)中的任一装置来进行计算，能确定更准确的在线范围。在线范围计算部23可以组合上述装置中的一种装置，也可以组合多种装置。另外，还能根据行驶地点而适当区分地使用要使用的装置。进而，可以使用在现有的列车控制系统或车载导航系统等中所广泛利用的定位技术。作为在在线范围计算部23中兼用GPS以外的装置来计算在线范围的情况的一例，说明兼用了速度发电机的情况的处理。速度发电机是为了测量行驶距离而使用的装置，但由于行驶中的打滑或车轮直径的误差等，误差会与行驶距离成正比地增加。故而，将行驶距离的百分之几左右考虑为误差范围来计算在线范围。通过将使用GPS数据所算出的在线范围、与使用该速度发电机所算出的在线范围相重复的范围作为在线范围进行计算，能掌握准确的在线范围。由此，即使在例如隧道内等环境下，GPS数据的接收困难的区域中，通过兼用速度发电机等装置来计算在线范围，也能防止在线范围的急剧的扩大，能确保列车运行的可靠性。在由图I的速度控制部25控制行驶速度的情况下，使用列车的在线范围、行驶速度、到停止目标为止的距离、地形信息(行驶道路的曲率、斜率等)、车辆性能(马达性能、刹车性能、重量等)中的至少一个来进行计算。作为在确保安全性的同时考虑运行密度或节 能来计算行驶速度的方法，有创建考虑了车站间的速度限制的节能运转曲线的方法。在由停止目标计算部32计算停止目标的情况下，例如，像图5那样，计算在同一行驶道路6上行驶的先行列车50的在线范围504a，并将离本列车2的在线范围204a最近的地点206设为停止目标。通过本控制，地上装置30能设定与各列车的在线范围的变化相应的停止目标，能在满足所要求的安全性的同时，进行与各列车的在线范围计算部23的性能相应的列车控制。另外，还能不经由地上装置30而直接在列车彼此(例如，图5的列车2和列车5)间交换在线范围来对各列车的运行进行控制。在通过所述手法来计算停止目标的情况下，若先行列车或本列车中的GPS数据的传播延迟误差根据周边环境的变化等而增加，则还有停止目标在行进方向上比以前的停止目标的地点而落在后方的情况。在此情况下，可假设本列车根据状况而不能到停止目标停下，进行紧急刹车，从而乘车舒适度和节能性显著恶化。故而，例如在GPS数据的传播延迟误差增加从而计算作为比当前时间点的停止目标更后方的地点的停止目标的情况下，不更新停止目标而继续使用当前时间点的停止目标。例如在隧道内等GPS的接收环境极端劣化的情况下，隧道通过过程中，在隧道入口附近固定停止目标，而在已通过隧道的时间点，在隧道出口附近，停止目标发生移动。此外，在存在先行列车后退的可能性的情况下，能通过将减去存在后退的可能性的距离后的地点设为停止目标来进行对应。另外，如图9所示，所述车上装置20或所述地上装置30具备监视器4，还能具备对所述各装置的处理状况进行显示的、或通过语音来通知处理状况的单元。上述是地上装置30向车上装置20发送停止目标信息，但也可以取代停止目标而将各地点的该列车的限制速度向车上装置20发送。在本实施例的构成中，车上装置20具备在线范围计算部23，但也可以由地上装置30具备在线范围计算部23。在此情况下，车上装置20在由GPS接收部21接收到GPS数据Ila后，向地上装置30发送该GPS数据Ila和该GPS接收部21所得到的接收时刻信息221。还能兼用GPS以外的装置(例如，上述的速度发电机、转发器等)，还包含通过这些装置而得到的信息来向地上装置30发送，计算在线范围。地上装置30将从车上装置20接受的信息向在线范围计算部33输入来计算在线范围331，考虑在同一行驶道路上行驶的先行列车的在线范围来计算该列车的停止目标321，并向车上装置20发送。将以后的处理设为与上述构成中的处理相同。在上述构成中，车上装置20不需要具备在线范围计算部23，因此能简化车上装置20的构成。地上装置30具有在线范围计算部33，在车上装置20不具备在线范围计算部23的构成中，地上装置30使用从车上装置20发送的信息来掌握在线范围。然而，地上装置30还能使用从车上装置20发送的信息以外的信息来计算在线范围。该构成是不经由车上装置20而直接向地上装置30输入信息的构成，作为其例示，列举来自轨道电路或加速计数器等设置于地上侧的装置的信息输入。在本构成中，地上装置30除了从各列车的车上装置20输入的信息以外，还基于通过设置于地上侧的上述装置而取得的信息，计算在线范围，对运行进行控制。以上，在说明的列车控制系统中，列举了使用美国的GPS的情况作为应用例，但还能应用于除此以外的全球定位系统(例如，欧州的Galileo、俄罗斯的GL0NASS、中国的北斗 坐')
寸/ ο在本实施例的构成中，由地上装置30计算了停止目标，但也可以设为由车上装置20计算停止目标的构成。在本构成中，车上装置20例如具备在线范围计算部23以及停止目标计算部32。在本构成中，车上装置20通过在线范围计算部23来计算本列车的在线范围，并对行驶在同一行驶道路6上的其他列车5发送本列车的在线范围204a。另外，由行驶在同一行驶道路6上的其他列车5接收在线范围504a。在其他列车5接收到在线范围504a的情况下，将离本列车2的在线范围204a最近的地点206作为停止目标进行计算，来控制本列车2的行驶速度。在本实施例的构成中，车上装置20设成为具备I台GPS接收部21，能接收来自I个以上的GPS卫星的数据，但也可以具备多个GPS接收部21并由各GPS接收部21与各GPS卫星I对I地对应来接收数据。另外，可以按每台列车车辆来设置具备I台GPS接收部21的车上装置20，设为将多个列车车辆相连来进行编组的列车2。另外，在线范围计算部23还能基于由多台GPS接收部21接收到的GPS数据来计算在线范围。这在基于多个GPS接收部21的GPS数据来计算在线范围的情况下，能通过事先测量各GPS接收部21的设置位置，在计算在线范围时使用相对位置关系作为补偿而达成。例如，在编组长度100米的列车的前端和后端各设置一台GPS接收部21的情况下，将根据由后端的GPS接收部21接收到的GPS数据所算出的在线范围沿正在行驶的线路的行进方向而向前方移动100米，并与根据由前端的GPS接收部21接收到的GPS数据所算出的在线范围进行比较，将重复部分设为该列车的前端所在线的范围。另外，在从多个GPS卫星接收到GPS数据的情况下，按每个GPS卫星来计算接收距离(、虚拟距离)内的球体与地球地面重复的圆周部分，并将该圆周全部相重合的部分设为在线范围。图7示出了根据从多个GPS卫星10接收到的GPS数据来计算在线范围的场景。像这样通过从多个GPS卫星接收轨道信息(位置信息)和时刻信息，能确定精度更高的在线范围。此外，即使对从列车2的外部接收的信息进行发送，也不局限于GPS卫星。实施例2在第I实施例中，在线范围计算部23基于在当前时间点接收到的GPS数据来进行行驶控制，未考虑从此所开始的行驶中的误差变化。例如，当先行列车在隧道内通过时，GPS数据接收环境急剧劣化，因此在线范围扩大，后方的列车需要考虑紧急减速的情况。反之，当先行列车通过了隧道时，GPS数据接收环境急剧改善，在线范围变窄，因此为了提高运行密度，需要紧急的加速。为此，在第2实施例的构成中，在车上装置20或地上装置30中具备用于对各列车的在线范围的变化进行预测的在线范围预测部34。图8示出了在地上装置30具备在线范围预测部34的情况下的构成。地上装置30使用由在线范围预测部34预测出的预测在线范围，来预测在未来的某个时间点上的该列车的在线范围。然后，考虑在同一时间点上同一行驶道路上行驶的先行列车的预测在线范围来计算该列车的预测停止目标，并向车上装置20发送。车上装置20在接收到预测停止目标的情况下，对行驶速度进行控制，以考虑到安全且节能性而使本列车能在上述时间点上停止于预测停止目标。根据本构成，在先行列车行驶于能事先预测GPS数据的接收环境劣化的区域中的情况下，车上装置20通过基于预测停止目标来控制速度进行行驶，能实现抑制了多余的加减速的行驶。由此，地上装置30还能对应于各车上装置20的在线范围的将来的变化来设定停止目标，能实现进一步提高了 安全性/运行密度/节能性的列车控制。关于对基于各种信息而逐次变化的数据的趋势进行预测的方法，提出了多种手法，例如卡尔曼滤波还用于基于传感器信息来计算过去、现在、未来的各时间点上的目标物的位置。通过应用这些方法，能计算位置计算精度、以及在线概率。在线范围预测部34还能基于在过去的行驶时取得的在线范围的变化数据，来预测将来的在线范围。此外，在地上装置30中具备对在过去的行驶中所收集的各列车的在线范围信息进行记录的数据库，具备基于所记录的该信息来预测在线范围的变化的所述在线范围预测部34，也能得到同样的效果。还能使在线范围预测部34具有图6那样的地图信息(隧道位置、斜率、转弯率等)，且根据该地图信息来预测GPS接收环境的变化。此外，在地上装置30中具备对行驶道路的地形数据、转发器的设置位置数据、周边的构造物数据(隧道位置等)、行驶时刻表、车辆性能数据、GPS卫星数据、天气数据中的至少一个进行记录的数据库，具备基于所记录的该信息来预测在线范围的变化的所述在线范围预测部34，也能得到与前述同样的预测效果O在进行考虑了节能的列车行驶的情况下，减少多余的加减速、增加惰行运转是重要的。在停止目标根据在线范围计算精度的变化而变动大的环境下，若追随停止目标来变更速度，则成为多余的加减速发生增加、节能性发生下降的原因。由于能通过使用所述在线范围预测部34来预测停止目标的变动，因此能考虑到将来的停止目标的变动来计算最佳的行驶速度。实施例3在第I实施例以及第2实施例中，将由GPS卫星Ia接收到的GPS数据的轨道信息(位置信息)和发送时刻信息以及车上装置20的车上时钟所确定的接收时刻信息设为正确来进行了说明。然而，也必须考虑信息错误的可能性。于是，在第3实施例中，在车上装置20或地上装置30中具备对由GPS卫星发送的GPS数据进行监视的GPS监视部26，在该GPS数据中所含的信息(轨道信息、GPS数据发送时刻等)中含有错误的情况下，向车上装置20输出警报。车上装置20在接收到警报的情况下，对应于该错误来对停止目标、在线范围、限制速度中的至少一个进行修正，并执行对地上装置30的通知、以及列车控制。图11示出了车上装置20在具备GPS监视部26的情况下的构成。作为GPS监视部26探测错误的方法，例如设置具有准确的时钟的、知道坐标的固定站，根据基于GPS接收数据所算出的位置与固定站的位置之差来提高精度的机制即Differential GPS(以下DGPS)、或静止卫星型卫星航法增强系统(Satellite-based Augmentation System)等。作为对车上时钟22的时刻误差进行校正的方法，一般采用使用从4个GPS卫星接收到的GPS数据来进行时刻校正的方式。然而，由于含有多径等的传播延迟误差，因此存在基于GPS数据的时刻校正而不能保证充分的安全性的可能性。为此，在本发明中，在根据接收到的GPS数据来计算在线范围时，车上装置20与保持准确的时钟的地上装置30进行通信，并以所接收到的准确的时钟信息222来对车上时钟22的时刻误差进行校正。 此外，地上装置30以所述DGPS或像图6那样使对网络70的连接设备所具备的钟表同步于准确的时刻的通信协议即NTP(Network Time Protocol)等来保持准确的时钟。即使校正了时刻，车上时钟22的时刻也会随时间经过而再度产生误差。于是，本发明的在线范围计算部23还能保持该车上时钟22的厂商的标称误差，来对以时刻校正后的时刻与GPS数据接收时刻之差而扩大后的在线范围进行计算。例如,在使用标称误差为±lppm的车上时钟22从接收GPS数据起200毫秒后进行了时刻校正的情况下，车上时钟22在200毫秒的期间最大偏差500万分之I秒。电波在500万分之I秒间前进约60米，因此在线范围计算部23以扩大了 60米的虚拟距离来计算在线范围。作为对车上时钟22的时刻误差进行校正的方法，可以采用从以往就一般采用的、使用从GPS卫星接收到的GPS数据来进行时刻校正的方式。在使用了 GPS卫星的情况下，计算接收地点的坐标值以及校正时刻。为了防止多径等的传播延迟误差所带来的时刻校正错误，将根据GPS数据所算出的接收地点的坐标值与以速度发电机等别的位置估计方式而求出的在线地点的坐标值进行比较，并基于其偏差来验证时刻校正的可靠性。另外，在GPS数据中所含的信息(轨道信息、GPS数据发送时刻等)无误、且GPS卫星所保持的时刻信息以及车上装置20的时钟所确定的接收时刻正确的前提下，该列车在根据GPS数据而得到的在线范围内在线。故而，如图7所示，在使用由多个GPS卫星在同一时间段接收到的GPS数据来计算在线范围的情况下，必定存在根据该GPS数据所算出的在线范围全部重复的场所。然而，在所述前提不成立的情况下，存在产生在线范围的一部分不重复的场所的可能性。这是因车上时钟22比正常的时钟更早地动作，虚拟距离比接收距离短而产生。于是，所述GPS监视部26对根据来自各GPS数据的接收数据211所算出的在线范围263进行比较，并确认存在根据该GPS数据所算出的在线范围全部重复的场所(例如，图7的204c)。即使存在一处不重复的场所的情况下，也判断为GPS数据的错误或车上时钟22的异常，并作为警报信息262输出至车上装置20、地上装置30。根据本构成，能即刻探测出GPS的异常。同时将速度控制信息261输出至速度控制部25，执行列车2的减速(将行驶速度从图9的41a变更至图10的41b，同样地将行驶模式也从44a变更至44b)、停止目标地点的变更(从46a向46b近前200m，可行驶距离也从45a的1900m变为45b的1700m)、紧急停止。另外，GPS监视部26对由GPS接收部21接收到的接收信息212 (接收卫星数、接收灵敏度等)进行监视。例如，如图9的47a所示，正常时捕捉的GPS卫星数是5个，与此对t匕，在异常时，如图10的47b所示，是只能捕捉到3个的情况。在此情况下，也能像前述那样进行异常通知、运行控制。进而，所述车上装置20或所述地上装置30能通过监视器4来掌握状态，从而能实现其原因确定或手动下的列车运行控制(减速、停止目标的变更等)。 在以上的实施例中，以列车控制系统为对象进行了说明，但还能以同样的构成在飞机运行控制、汽车控制、电梯控制等移动体控制系统中应用本发明。
权利要求
1.一种列车控制系统，在列车与列车的外部之间收发信息，并基于该接收到的信息来对列车的运行进行控制，所述列车控制系统的特征在于，具有 收发部，其从外部接收由位置信息和时刻信息构成的位置时刻信息； 时刻计测部，其对接收到位置时刻信息的车上时刻信息进行计测； 在线范围计算部，其根据接收到所述位置时刻信息的车上时刻信息来计算列车的在线范围信息；和 行驶控制部，其对列车的行驶进行控制， 并且，根据所述在线范围信息来对列车的行驶开始、速度、停止进行控制。
2.—种列车控制系统，在列车与列车的外部之间收发信息，并基于该接收到的信息来对列车的运行进行控制，所述列车控制系统的特征在于具有列车以及地上装置， 所述列车具有 收发部，其从外部接收由位置信息和时刻信息构成的位置时刻信息； 时刻计测部，其对接收到位置时刻信息的车上时刻信息进行计测； 在线范围计算部，其根据接收到所述位置时刻信息的车上时刻信息来计算列车的在线范围信息；和 行驶控制部，其对列车的行驶进行控制， 所述地上装置将所述在线范围信息、所述位置时刻信息发送到列车的外部，并对所述在线范围信息、所述位置时刻信息进行接收， 所述地上装置构成为具备进行收发的地上通信部、以及根据接收到的所述在线范围信息、所述位置时刻信息来计算列车控制信息的列车控制信息计算部，并且将所述列车控制信息从地上通信部发送到列车，根据该在线范围信息、列车控制信息来进行列车的行驶控制。
3.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 在线范围计算部对包含正在行驶的线路的2维或3维的位置信息、该地图的位置精度信息中的至少一个信息在内的地图信息进行记录，并基于该地图信息来计算在线范围。
4.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 在线范围计算部在计算列车在线范围时，将使用轨道电路、加速度传感器、陀螺传感器、速度发电机、转发器、应答器、无线LAN的电波信息、超声波传感器、多普勒雷达、照相机、红外线传感器、车轴探测器即加速计数器中的至少一个装置而取得的信息与所述外部数据并用来计算在线范围。
5.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 停止目标计算部在计算停止目标时，在先行列车或本列车的停止目标较上次计算时间点相对于行进方向而落在后方的情况下，计算上次计算时间点的停止目标，或者在存在先行列车后退的可能性的情况下，对减去存在后退的可能性的距离后的地点进行计算。
6.根据权利要求2所述的列车控制系统，其特征在于， 地上装置具备在线范围计算部，该地上装置向该在线范围计算部输入从所述车上装置接收到的所述数据来计算在线范围。
7.根据权利要求2所述的列车控制系统，其特征在于， 地上装置不经由车上装置而使用输入至地上装置的信息来计算在线范围，对利用轨道电路、超声波传感器、多普勒雷达、照相机、红外线传感器、车轴探测器即加速计数器中的至少一个设置于地上侧的装置而取得的信息进行使用。
8.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 车上装置或地上装置具备对各装置的处理状况进行显示的监视器、或通过语音来通知处理状况的单元。
9.根据权利要求2所述的列车控制系统，其特征在于， 地上装置取代停止目标而将各地点处的该列车的限制速度向车上装置发送。
10.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 车上装置具备在线范围计算部以及停止目标计算部， 该车上装置通过该在线范围计算部来计算本列车的在线范围，并与在同一行驶道路上行驶的其他列车收发在线范围，该停止目标计算部基于该在线范围来计算停止目标，并对本列车的行驶速度进行控制。
11.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 车上装置相对于I列编组的列车而具备多台接收装置，所述在线范围计算部事先测量所述接收装置的设置位置信息并记录，并基于由多个接收装置接收到的数据、以及接收装置的设置位置信息，来计算在线范围。
12.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 车上装置或地上装置具备在线范围预测部，所述在线范围预测部对未来的某时间点的各列车的在线范围进行预测，考虑在同一时间点同一行驶道路上行驶的先行列车的在线范围，来计算该列车的预测停止目标。
13.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 车上装置或地上装置具备对从外部接收的信息进行监视的外部信息监视部， 所述地上装置具备时钟，而且，对该地上装置的设置位置预先进行记录， 所述外部信息监视装置具备对由所述外部接收装置接收到的外部数据所含的信息中的位置信息、外部数据发送时刻的至少一个信息的错误进行探测的单元，在探测到外部数据的错误的情况下，向该车上装置输出警报。
14.根据权利要求I或2所述的列车控制系统，其特征在于， 作为对时刻计测部中的时刻误差进行校正的方法，将根据外部数据所算出的在线地点的坐标值以及校正时刻与根据利用轨道电路、加速度传感器、陀螺传感器、速度发电机、转发器、应答器、无线LAN的电波信息、超声波传感器、多普勒雷达、照相机、红外线传感器、车轴探测器(加速计数器)中的至少一个装置而取得的信息所算出的在线地点进行比较，基于其偏差来验证时刻校正的可靠性。
15.根据权利要求13所述的列车控制系统，其特征在于， 外部信息监视装置对根据外部数据所算出的在线范围进行比较，确认存在根据外部数据所算出的在线范围全部重复的场所，在不存在全部重复的场所的情况下，判断为外部数据所含的信息中的位置信息、数据发送时刻的至少一个信息错误、或时刻计测部异常，并向车上装置输出警报。
全文摘要
在列车控制系统中，关于速度发电机或加速度传感器等的位置估计手法，估计精度始终随列车状态或周边环境等变化，因此难以在行驶前假设适当的误差作为安全余量距离进行设定，从而会设定过多的安全余量距离，运行密度会下降。为此，列车(2)的车上装置(20)构成为具备车上时钟(22)，其对来自GPS卫星(1a)的轨道信息和发送时刻信息、信息的接收时刻进行确定；在线范围计算部(23)，其根据接收信息和接收时刻来计算在线范围；车上通信部(24)，其向地上装置(30)发送本列车在线范围信息以及从地上装置(30)接收停止目标信息；以及速度控制部(25)，其基于停止目标信息来控制本列车的行驶速度。地上装置(30)具有根据各列车的在线范围信息来计算停止目标的停止目标计算部(32)，并将该停止目标信息向该列车发送，达成高安全性、以及运行密度和节能最佳的运行。
文档编号B61L23/00GK102887150SQ201210245778
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月16日 优先权日2011年7月20日
发明者今本健二, 前川景示, 杉田洋一 申请人:株式会社日立制作所