列车位置检测装置及列车位置检测方法与流程

本发明公开了一种列车位置检测装置及列车位置检测方法，特别涉及采用列车速率计测方法的列车位置检测装置及列车位置检测方法，该列车速率计测方法为利用多普勒雷达型传感器检测列车速度。

背景技术：

作为列车的速度检测方法，已知有检测车轮回转而加以计算的方法。在过去的手法中，根据速度与经过时间求出列车的移动距离，再以累加运算来确定列车位置。然而，会因为车轮的空转、滑走等事的发生而导致在计测速度中发生误差。此外，由于因为列车行驶而磨耗车轮的事态会造成车轮直径的变化，因此在计测速度中会产生误差。近年来，要求通过由搭载于列车上的车上装置辨识自车位置，并与所赋予的列车控制讯号进行比较，从而得以确定自车的停止目标位置等技术。在此情况下，通过车上装置正确的辨识自车位置这一点是相当重要的。因此，需要搭载于列车的全新列车位置检测装置。

作为这种技术，例如提案有检测利用多普勒雷达型传感器检测列车速度的列车速度检测装置，例如，参照非专利文献1。具体而言，将具备毫米波的收发天线的装置设置在车辆底部的状态下，朝轨道照射毫米波、取得反射波。利用多普勒效应计算车辆的速度。以该列车速度检测装置为基础，求出自车位置。

先前技术文献

非专利文献

非专利文献1笠井贵之等「使用毫米波的非接触式速率计的开发」，铁路自动控制研讨会论文集通号49，2012年11月。

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在使用相对于传感器的道床的倾斜角，校正自传感器所得的斜向速度 分量的方法中，当传感器偏移而造成倾斜角不正确的情况、或是例如光束并非像是如雷射般的传感器检测区域过广的情况下，将会有速度估计误差过大的问题。

图1显示在检测区域使用无线的传感器，例如，多普勒雷达传感器而估计速度分量的情况下的，雷达波的扩大范围。如图所示，其估计速度分量中具有扩大范围份量的误差。实线表示的箭头为雷达传感器的中心，其周围以虚线所示的箭头为表示扩大范围。在维持这样的状态下，由于不清楚检测在图中范围内的哪个位置所反射的反射波，而有可发产生误差。

特别关于列车的位置检测，列车的速度信息为相当重要，当累积速度信息有误差的情况下，也有对列车的顺利运行造成不良影响的虞，因而必须要有解决对策的技术。尤其在列车运行间隔较短的情况下，由安全性的观点来看，必须要有相当高精度的速度检测，在导入使用通过多普勒雷达型传感器来检测列车速度的列车速度检测装置的列车位置检测装置时，成为相当重要的课题。

揭示于非专利文献1的技术中，未充分考虑到针对于与上述相同倾斜角的偏差，而需要寻求其他的技术。

本发明鉴于以上所述状况，提供解决上述课题的技术。

本发明的列车位置检测装置，具备：多普勒雷达型传感器，将对道床呈指定的倾斜角作为送出波的照射方向，设置于列车底部；实际倾斜角计算部，根据所述传感器所计算出的至反射位置为止距离、以及被设置的所述传感器的高度，计算所述送出波的所述反射位置方向的实际角度；列车速度计算部，根据所述实际倾斜角计算部所计算出的所述角度与所述传感器检测出的速度信息，计算所述列车的速度；特征点提取部，其特定出所述列车速度计算部所计算出的速度特征点；位置信息记录部，其预先记录假定所述特征点出现的位置；位置估计部，根据所述特征点与所述位置信息记录部的位置，估计列车位置。

另外，本发明的位置估计部依据所述特征点，检测已反射所述送出波的道床的状态。

发明的列车位置检测方法，具备：实际倾斜角计算步骤，根据以多普勒雷达型传感器所计算出的至反射位置为止距离、以及被设置的所述传感器的高度，计算所述送出波的所述反射位置方向的实际角度，其中，所述多普勒雷达型传感器为对道床呈指定的倾斜角作为送出波的照射方向，设置于列车底部；列车速度计算步骤，根据以所述实际倾斜角计算部所计算的所述角度与所述传感器检测出的 速度信息，计算所述列车的速度；特征点提取步骤，特定出所述列车速度计算步骤所计算出的速度特征点；位置估计步骤，将所述特征点、以及已记录有假定出现所述特征点的位置的数据进行对照，估计列车位置。

发明效果

依据本发明，将可提供一种提高利用多普勒雷达型传感器的列车速度检测及特定列车位置精度的技术。

附图说明

图1是背景技术所涉及的、模式性地显示使用检测区域非线传感器，在估计速度分量的情况下的、雷达波的扩大范围状况的图。

图2是本实施方式所涉及的、揭示列车1结构的功能块图。

图3是本实施方式所涉及的，用以说明在列车底面设置对道床呈倾斜角的多普勒雷达型传感器，计测列车速度即主估计速度的原理的图。

图4是本实施方式所涉及的、用以说明在列车底面设置对道床呈倾斜角的多普勒雷达型传感器，计测列车速度即比较估计速度的原理的图。

图5是本实施方式所涉及的、揭示主估计速度、比较估计速度、以及GPS速度的实地操作试验结果的图表。

具体实施方式

接着参照图面，具体说明用以实施本发明的方式，以下，单称为[实施方式]。

图2是本实施方式所涉及的，表示列车1构成的功能块图，在此所示内容着眼于速度计算机能。

列车1于底面2具备多普勒雷达型传感器20。多普勒雷达型传感器20被设置为对道床90呈指定的倾斜角θ。从而，多普勒雷达型传感器20检测倾斜方向的速度分量。换言的，将送出波的送出方向设为指定倾斜角θ的方向。

还有，列车1具备：速度计算部10，以多普勒雷达型传感器20检测的速度分量为基础，估计列车1水平方向的速度、也就是估计行进速度；位置信息部15，以速度计算部10所估计的速度为基础，特定出列车1的位置。此外，以往，以在轨道91上转动车轮的车轴的回转数及车轮直径为基础，计算了速度。

速度计算部10以后述计算手法，依据相对于斜前方照射送出波的反射波， 计算距离信息RH_Pk及速度信息V_Pk，根据设置多普勒雷达型传感器20时的设置高度信息h，估计列车速度RV1即主估计速度。换言的，利用多普勒雷达型传感器20及速度计算部10而得以实现与习知的速率计相同的机能。

具体而言，速度计算部10具备实际倾斜角计算部11及列车速度计算部12。实际倾斜角计算部11根据由多普勒雷达型传感器20所得的距离信息RH_Pk与设置时的多普勒雷达型传感器20的高度即设置高度h，计算相对于道床90的实际的送出波及反射波的倾斜角(倾角θ_Pk)。

列车速度计算部12的作用在于，根据实际倾斜角计算部11已计算的倾角θ_Pk与雷达的速度信息V_Pk，估计各个速度信息的水平分量VH_Pk，再将这些的算术平均估计作为列车速度RV1。所估计的列车速度RV1为例如显示于速率计等的上。

位置信息部15为以速度计算部10所估计的列车速度RV1为基础，特定出列车1的位置、亦即特定出现在地。因此，位置信息部15具备：位置估计部16、位置信息记録部17、以及特征点提取部18。

如上所述，速度计算部10以多普勒雷达型传感器20的高度即设置高度h与速度信息V_Pk为基础，反映出实际的倾斜角(倾角θ_Pk)而检测速度。其结果，当作为反射面的道床90在状态上有所变化时，换言的，当道床90高度与设置高度h形成为相异时，于所估计的列车速度RV1的图表上便产生特征性的倾向，以下，称的为「特征点」。

例如，在道口中，由于为了通过的车辆或人而将轨道的高度设成与道路相同高度，因此反射面即道床90形成为略与轨道91的高度一致，故而在使用设置高度h进行检测的速度上，显示出特异值。此外，在铁桥等并无道床的桥梁方面，由于反射面形成为比一般的道床还低的铁桥或铁桥下的河道，因此反射面即道床90形成较低，因此在使用设置高度h进行检测的速度上，显示出特异值。特征点提取部18为提取作为特征点的特异値。另外，在后述图5的验证实验结果中，表示出关于特征点的具体例。另一方面，预先正确地知道道口或铁桥的位置。在此，位置信息记録部17记录有道口或铁桥的位置或长度。位置估计部16将发生有提取部18提取的特征点的地点与信息记録部17进行对照，而正确地特定出列车1的位置。

参照图3，具体说明在本实施方式中基本的速度检测方法即主估计速度。在此，照射的送出波作为反射波而返回多普勒雷达型传感器20，该送出波为由多普 勒雷达型传感器20的线中心C、以指定倾角θ_Pk照射至作为反射面的道床90。

如式(1)所示，使用检测抽样的各个距离信息RH_Pk，估计各个的倾角θ_Pk。在此，为将下标Pk设为该抽样编号。设置高度信息h为由道床90至多普勒雷达型传感器20的天线中心C为止的高度。

···式(1)

h：天线中心的设置高度

Pk：抽样编号，0≦Pk≦TN

接着，如式(2)所示，根据以式(1)所求出的倾角θ_Pk与多普勒雷达型传感器20的速度信息V_Pk，分别估计其速度信息V_Pk的水平分量VH_Pk。

···式(2)

如式(3)所示，取得以式(2)所求的水平分量VH_Pk在指定期间内的算术平均，将该算术平均设为列车速度RV1。

···式(3)

接着参照图4，利用在图1所示的背景技术所采用的计算手法，说明比较估计速度的估计方法。

在此，根据以多普勒雷达型传感器20所估计的速度信息V_Pk、以及将多普勒雷达型传感器20设置在底面2时所设定作为送出波送出方向的倾角信息θ即固定値；例如，45°，估计列车速度RV2。

如式(4)所示，根据速度信息V_Pk与倾角信息θ，估计各个检测抽样的速度信息V_Pk的水平分量VH_Pk。且将下标Pk设为其抽样编号。与上述式(2)的不同点在于_cosθ为固定値。

···式(4)

其次，如式(5)所示，取得以式(4)所求出的水平分量VH_Pk的指定期间的算术平均，将其算术平均设为列车速度RV2。

···式(5)

在图5中揭示运转试验的比较结果，其比较使用本实施方式提案的校正方法所估计的列车速度即主估计速度、以习知手法计算的比较估计速度、以及使用GPS计算的速度(GPS速度)。图5(a)为显示约360秒的计测结果，图5(B)为扩大显示图5(a)的区域A1，图5(c)为扩大显示图5(b)的区域A2。在运转试验中，使用24GHz的微波作为送出波。

如图所示，比较估计速度方面，相对于GPS速度产生有4～5％的误差。另一方面，在主估计速度方面，形成略与GPS相同，而实质上的解除上述误差。从而，当将多普勒雷达型传感器20适用于速率计的情况下，将可实现精度较高的速率计。

此外，如区域B1及区域B2所示，在这些区间中，主估计速度的图表为呈现出上凸状即山状。在这些地点设置有道口，与直到现实反射地点为止的高度相互比较的下，上述式(1)的设置高度h形成为较大值。其结果，也增大计算的主估计速度。此外，如区域C1及区域C2所示，在这些区间中，主估计速度的图表为呈现出朝下凸状即谷状。在这些地点设置有铁桥，与直到现实反射地点为止的高度相互比较的下，上述式(1)的设置高度h形成为较小值。其结果，被计算的主估计速度也变小。

在此，参照比较估计速度的图表可知，虽在如铁桥这种于道床(道床90)产生有较大变化的地点上，特征点以较易明白的状态下出现，但是在如道口这种道床(道床90)变化较小的地点上，特征点则以不易明白的状态出现。另一方面，在主估计速度的图表中，即便是如道口这种变化较小的地点，仍明确出现有特征 点。其结果，可有效的活用特征点、进行正确的位置特定。

此外，当特征点的出现状态与假设状态相异的情况下，位置估计部16也可将此情况通知至进行列车1的运行管理的输送指令部署。当输送指令部署由多个辆列车1接收到相同的通知时，便可判断路线上有可能产生异常状况，而可早期采取处理对策。例如可例示为：当特征点出现期间较长的情况，或是原本不会出现特征点的地方却出现特征点的情况，或是原本应该出现特征点的地方却没有出现特征点的情况。

据上所述，整理本实施方式的效果如下。

(1)即使多普勒雷达型传感器20的倾斜角因为行驶等而偏移的情况下，由于估计有形成实际送出波(反射波)方向的倾斜角，因此可进行适当的校正。其结果，将可提高计测列车速率的精度。

(2)即使多普勒雷达型传感器20的检测范围、也就是照射方向扩大，由于可以估计相较于实际反射而回的检测波速度分量的倾斜角，因此可提高估计速度的精度。

(3)通过比较以倾斜角校正速度分量而估计速度的方法、以及使用距离分量估计倾斜角且使用该倾斜角校正速度分量的方法，当道床90即道床的高度发生变化的际，便可检测该地点即特征点。并且，通过将已记录道口或铁桥的位置或长度的位置信息记録部17与特征点进行对照，便可正确掌握列车1的位置。

(4)因应特征点的出现状态，便可掌握路线即轨道状态的变化，而可早期进行安全对策的确认作业。

以上，依据实施方式说明本发明。该实施方式仅为示例，同业者应当可理解的是，可将这些各个构成要素进行组合，以构成各式各样的变形例，此外，该等变形例应该在本发明的范围的中。

符号说明

1 列车

2 底面

10 速度计算部

11 实际倾斜角计算部

12 列车速度计算部

15 位置信息部

16 位置估计部

17 位置信息记録部

18 特征点提取部

20 多普勒雷达型传感器

90 道床

91 轨道