列車位置檢測裝置及列車位置檢測方法與流程

2023-10-25 01:31:00 3

本發明公開了一種列車位置檢測裝置及列車位置檢測方法，特別涉及採用列車速率計測方法的列車位置檢測裝置及列車位置檢測方法，該列車速率計測方法為利用都卜勒雷達型傳感器檢測列車速度。

背景技術：

作為列車的速度檢測方法，已知有檢測車輪迴轉而加以計算的方法。在過去的手法中，根據速度與經過時間求出列車的移動距離，再以累加運算來確定列車位置。然而，會因為車輪的空轉、滑走等事的發生而導致在計測速度中發生誤差。此外，由於因為列車行駛而磨耗車輪的事態會造成車輪直徑的變化，因此在計測速度中會產生誤差。近年來，要求通過由搭載於列車上的車上裝置辨識自車位置，並與所賦予的列車控制訊號進行比較，從而得以確定自車的停止目標位置等技術。在此情況下，通過車上裝置正確的辨識自車位置這一點是相當重要的。因此，需要搭載於列車的全新列車位置檢測裝置。

作為這種技術，例如提案有檢測利用都卜勒雷達型傳感器檢測列車速度的列車速度檢測裝置，例如，參照非專利文獻1。具體而言，將具備毫米波的收發天線的裝置設置在車輛底部的狀態下，朝軌道照射毫米波、取得反射波。利用都卜勒效應計算車輛的速度。以該列車速度檢測裝置為基礎，求出自車位置。

先前技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1笠井貴之等「使用毫米波的非接觸式速率計的開發」，鐵路自動控制研討會論文集通號49，2012年11月。

技術實現要素：

發明要解決的課題

然而，在使用相對於傳感器的道床的傾斜角，校正自傳感器所得的斜向速度 分量的方法中，當傳感器偏移而造成傾斜角不正確的情況、或是例如光束並非像是如雷射般的傳感器檢測區域過廣的情況下，將會有速度估計誤差過大的問題。

圖1顯示在檢測區域使用無線的傳感器，例如，都卜勒雷達傳感器而估計速度分量的情況下的，雷達波的擴大範圍。如圖所示，其估計速度分量中具有擴大範圍份量的誤差。實線表示的箭頭為雷達傳感器的中心，其周圍以虛線所示的箭頭為表示擴大範圍。在維持這樣的狀態下，由於不清楚檢測在圖中範圍內的哪個位置所反射的反射波，而有可發產生誤差。

特別關於列車的位置檢測，列車的速度信息為相當重要，當累積速度信息有誤差的情況下，也有對列車的順利運行造成不良影響的虞，因而必須要有解決對策的技術。尤其在列車運行間隔較短的情況下，由安全性的觀點來看，必須要有相當高精度的速度檢測，在導入使用通過都卜勒雷達型傳感器來檢測列車速度的列車速度檢測裝置的列車位置檢測裝置時，成為相當重要的課題。

揭示於非專利文獻1的技術中，未充分考慮到針對於與上述相同傾斜角的偏差，而需要尋求其他的技術。

本發明鑑於以上所述狀況，提供解決上述課題的技術。

本發明的列車位置檢測裝置，具備：都卜勒雷達型傳感器，將對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；實際傾斜角計算部，根據所述傳感器所計算出的至反射位置為止距離、以及被設置的所述傳感器的高度，計算所述送出波的所述反射位置方向的實際角度；列車速度計算部，根據所述實際傾斜角計算部所計算出的所述角度與所述傳感器檢測出的速度信息，計算所述列車的速度；特徵點提取部，其特定出所述列車速度計算部所計算出的速度特徵點；位置信息記錄部，其預先記錄假定所述特徵點出現的位置；位置估計部，根據所述特徵點與所述位置信息記錄部的位置，估計列車位置。

另外，本發明的位置估計部依據所述特徵點，檢測已反射所述送出波的道床的狀態。

發明的列車位置檢測方法，具備：實際傾斜角計算步驟，根據以都卜勒雷達型傳感器所計算出的至反射位置為止距離、以及被設置的所述傳感器的高度，計算所述送出波的所述反射位置方向的實際角度，其中，所述都卜勒雷達型傳感器為對道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向，設置於列車底部；列車速度計算步驟，根據以所述實際傾斜角計算部所計算的所述角度與所述傳感器檢測出的 速度信息，計算所述列車的速度；特徵點提取步驟，特定出所述列車速度計算步驟所計算出的速度特徵點；位置估計步驟，將所述特徵點、以及已記錄有假定出現所述特徵點的位置的數據進行對照，估計列車位置。

發明效果

依據本發明，將可提供一種提高利用都卜勒雷達型傳感器的列車速度檢測及特定列車位置精度的技術。

附圖說明

圖1是背景技術所涉及的、模式性地顯示使用檢測區域非線傳感器，在估計速度分量的情況下的、雷達波的擴大範圍狀況的圖。

圖2是本實施方式所涉及的、揭示列車1結構的功能塊圖。

圖3是本實施方式所涉及的，用以說明在列車底面設置對道床呈傾斜角的都卜勒雷達型傳感器，計測列車速度即主估計速度的原理的圖。

圖4是本實施方式所涉及的、用以說明在列車底面設置對道床呈傾斜角的都卜勒雷達型傳感器，計測列車速度即比較估計速度的原理的圖。

圖5是本實施方式所涉及的、揭示主估計速度、比較估計速度、以及GPS速度的實地操作試驗結果的圖表。

具體實施方式

接著參照圖面，具體說明用以實施本發明的方式，以下，單稱為[實施方式]。

圖2是本實施方式所涉及的，表示列車1構成的功能塊圖，在此所示內容著眼於速度計算機能。

列車1於底面2具備都卜勒雷達型傳感器20。都卜勒雷達型傳感器20被設置為對道床90呈指定的傾斜角θ。從而，都卜勒雷達型傳感器20檢測傾斜方向的速度分量。換言的，將送出波的送出方向設為指定傾斜角θ的方向。

還有，列車1具備：速度計算部10，以都卜勒雷達型傳感器20檢測的速度分量為基礎，估計列車1水平方向的速度、也就是估計行進速度；位置信息部15，以速度計算部10所估計的速度為基礎，特定出列車1的位置。此外，以往，以在軌道91上轉動車輪的車軸的迴轉數及車輪直徑為基礎，計算了速度。

速度計算部10以後述計算手法，依據相對於斜前方照射送出波的反射波， 計算距離信息RHPk及速度信息VPk，根據設置都卜勒雷達型傳感器20時的設置高度信息h，估計列車速度RV1即主估計速度。換言的，利用都卜勒雷達型傳感器20及速度計算部10而得以實現與習知的速率計相同的機能。

具體而言，速度計算部10具備實際傾斜角計算部11及列車速度計算部12。實際傾斜角計算部11根據由都卜勒雷達型傳感器20所得的距離信息RHPk與設置時的都卜勒雷達型傳感器20的高度即設置高度h，計算相對於道床90的實際的送出波及反射波的傾斜角(傾角θPk)。

列車速度計算部12的作用在於，根據實際傾斜角計算部11已計算的傾角θPk與雷達的速度信息VPk，估計各個速度信息的水平分量VHPk，再將這些的算術平均估計作為列車速度RV1。所估計的列車速度RV1為例如顯示於速率計等的上。

位置信息部15為以速度計算部10所估計的列車速度RV1為基礎，特定出列車1的位置、亦即特定出現在地。因此，位置信息部15具備：位置估計部16、位置信息記録部17、以及特徵點提取部18。

如上所述，速度計算部10以都卜勒雷達型傳感器20的高度即設置高度h與速度信息VPk為基礎，反映出實際的傾斜角(傾角θPk)而檢測速度。其結果，當作為反射面的道床90在狀態上有所變化時，換言的，當道床90高度與設置高度h形成為相異時，於所估計的列車速度RV1的圖表上便產生特徵性的傾向，以下，稱的為「特徵點」。

例如，在道口中，由於為了通過的車輛或人而將軌道的高度設成與道路相同高度，因此反射面即道床90形成為略與軌道91的高度一致，故而在使用設置高度h進行檢測的速度上，顯示出特異值。此外，在鐵橋等並無道床的橋梁方面，由於反射面形成為比一般的道床還低的鐵橋或鐵橋下的河道，因此反射面即道床90形成較低，因此在使用設置高度h進行檢測的速度上，顯示出特異值。特徵點提取部18為提取作為特徵點的特異値。另外，在後述圖5的驗證實驗結果中，表示出關於特徵點的具體例。另一方面，預先正確地知道道口或鐵橋的位置。在此，位置信息記録部17記錄有道口或鐵橋的位置或長度。位置估計部16將發生有提取部18提取的特徵點的地點與信息記録部17進行對照，而正確地特定出列車1的位置。

參照圖3，具體說明在本實施方式中基本的速度檢測方法即主估計速度。在此，照射的送出波作為反射波而返回都卜勒雷達型傳感器20，該送出波為由多普 勒雷達型傳感器20的線中心C、以指定傾角θPk照射至作為反射面的道床90。

如式(1)所示，使用檢測抽樣的各個距離信息RHPk，估計各個的傾角θPk。在此，為將下標Pk設為該抽樣編號。設置高度信息h為由道床90至多普勒雷達型傳感器20的天線中心C為止的高度。

···式(1)

h：天線中心的設置高度

Pk：抽樣編號，0≦Pk≦TN

接著，如式(2)所示，根據以式(1)所求出的傾角θPk與都卜勒雷達型傳感器20的速度信息VPk，分別估計其速度信息VPk的水平分量VHPk。

···式(2)

如式(3)所示，取得以式(2)所求的水平分量VHPk在指定期間內的算術平均，將該算術平均設為列車速度RV1。

···式(3)

接著參照圖4，利用在圖1所示的背景技術所採用的計算手法，說明比較估計速度的估計方法。

在此，根據以都卜勒雷達型傳感器20所估計的速度信息VPk、以及將都卜勒雷達型傳感器20設置在底面2時所設定作為送出波送出方向的傾角信息θ即固定値；例如，45°，估計列車速度RV2。

如式(4)所示，根據速度信息VPk與傾角信息θ，估計各個檢測抽樣的速度信息VPk的水平分量VHPk。且將下標Pk設為其抽樣編號。與上述式(2)的不同點在於cosθ為固定値。

···式(4)

其次，如式(5)所示，取得以式(4)所求出的水平分量VHPk的指定期間的算術平均，將其算術平均設為列車速度RV2。

···式(5)

在圖5中揭示運轉試驗的比較結果，其比較使用本實施方式提案的校正方法所估計的列車速度即主估計速度、以習知手法計算的比較估計速度、以及使用GPS計算的速度(GPS速度)。圖5(a)為顯示約360秒的計測結果，圖5(B)為擴大顯示圖5(a)的區域A1，圖5(c)為擴大顯示圖5(b)的區域A2。在運轉試驗中，使用24GHz的微波作為送出波。

如圖所示，比較估計速度方面，相對於GPS速度產生有4～5％的誤差。另一方面，在主估計速度方面，形成略與GPS相同，而實質上的解除上述誤差。從而，當將都卜勒雷達型傳感器20適用於速率計的情況下，將可實現精度較高的速率計。

此外，如區域B1及區域B2所示，在這些區間中，主估計速度的圖表為呈現出上凸狀即山狀。在這些地點設置有道口，與直到現實反射地點為止的高度相互比較的下，上述式(1)的設置高度h形成為較大值。其結果，也增大計算的主估計速度。此外，如區域C1及區域C2所示，在這些區間中，主估計速度的圖表為呈現出朝下凸狀即谷狀。在這些地點設置有鐵橋，與直到現實反射地點為止的高度相互比較的下，上述式(1)的設置高度h形成為較小值。其結果，被計算的主估計速度也變小。

在此，參照比較估計速度的圖表可知，雖在如鐵橋這種於道床(道床90)產生有較大變化的地點上，特徵點以較易明白的狀態下出現，但是在如道口這種道床(道床90)變化較小的地點上，特徵點則以不易明白的狀態出現。另一方面，在主估計速度的圖表中，即便是如道口這種變化較小的地點，仍明確出現有特徵 點。其結果，可有效的活用特徵點、進行正確的位置特定。

此外，當特徵點的出現狀態與假設狀態相異的情況下，位置估計部16也可將此情況通知至進行列車1的運行管理的輸送指令部署。當輸送指令部署由多個輛列車1接收到相同的通知時，便可判斷路線上有可能產生異常狀況，而可早期採取處理對策。例如可例示為：當特徵點出現期間較長的情況，或是原本不會出現特徵點的地方卻出現特徵點的情況，或是原本應該出現特徵點的地方卻沒有出現特徵點的情況。

據上所述，整理本實施方式的效果如下。

(1)即使都卜勒雷達型傳感器20的傾斜角因為行駛等而偏移的情況下，由於估計有形成實際送出波(反射波)方向的傾斜角，因此可進行適當的校正。其結果，將可提高計測列車速率的精度。

(2)即使都卜勒雷達型傳感器20的檢測範圍、也就是照射方向擴大，由於可以估計相較於實際反射而回的檢測波速度分量的傾斜角，因此可提高估計速度的精度。

(3)通過比較以傾斜角校正速度分量而估計速度的方法、以及使用距離分量估計傾斜角且使用該傾斜角校正速度分量的方法，當道床90即道床的高度發生變化的際，便可檢測該地點即特徵點。並且，通過將已記錄道口或鐵橋的位置或長度的位置信息記録部17與特徵點進行對照，便可正確掌握列車1的位置。

(4)因應特徵點的出現狀態，便可掌握路線即軌道狀態的變化，而可早期進行安全對策的確認作業。

以上，依據實施方式說明本發明。該實施方式僅為示例，同業者應當可理解的是，可將這些各個構成要素進行組合，以構成各式各樣的變形例，此外，該等變形例應該在本發明的範圍的中。

符號說明

1 列車

2 底面

10 速度計算部

11 實際傾斜角計算部

12 列車速度計算部

15 位置信息部

16 位置估計部

17 位置信息記録部

18 特徵點提取部

20 都卜勒雷達型傳感器

90 道床

91 軌道