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GPS測位による列車走行情報検出装置及びその列車走行情報検出方法

国内特許コード P07A011573
整理番号 /NO33313
掲載日 2007年11月16日
出願番号 特願2002-337629
公開番号 特開2004-168216
登録番号 特許第4090852号
出願日 平成14年11月21日(2002.11.21)
公開日 平成16年6月17日(2004.6.17)
登録日 平成20年3月7日(2008.3.7)
発明者
  • 山本 春生
  • 池田 昌俊
  • 増成 友宏
出願人
  • 公益財団法人鉄道総合技術研究所
発明の名称 GPS測位による列車走行情報検出装置及びその列車走行情報検出方法
発明の概要

【課題】連続性、完全性および信頼性の向上を図ることができるGPS測位による列車走行情報検出装置およびその列車走行情報検出方法を提供する。
【解決手段】複数の鉄道車両からなる列車に分散配置された複数のGPSアンテナ111,131と、このGPSアンテナ111,131に接続されるGPS受信機112,133と、このGPS受信機112,133に接続される列車位置検知装置113,133と、この列車位置検知装置113,133に3次元線路マップとGPSアンテナ設置位置情報とを格納する記憶装置と、前記GPS受信機、列車位置検知装置を含む列車位置検知システム113,133間を接続する車内LAN121とを備え、前記GPSアンテナ111,131の設置位置情報に基づき、前記列車位置検知装置113,133が列車上の全てのGPS受信機がそれぞれ少なくとも2機の衛星からのGPS信号を受信して測位計算を行うことにより、列車全体の在線位置と向きを把握する。
【選択図】 図5

従来技術、競合技術の概要
近年、衛星測位システムに関する話題として、GPS(Global Positioning System)(米国)の近代化、GLONASS(ロシア)の再生、Galileo(欧州)の構築などの計画が相次いで発表されている。我が国においても、2008年頃の運用開始に向けて、準天頂衛星システムの構築が検討されている。
【0003】
この準天頂衛星システムでは、最低1機の衛星をその名の如く天頂付近に配置するため、常時仰角70°以上で捕捉できるようになり、建物等による影響を受けにくいという特長がある。また、国土地理院の電子基準点を活用することなどによって、静止体で1cm、移動体で25cm程度の測位精度の確保を目標とした開発が進められている。
【0004】
このような情勢から、衛星測位の利用アプリケーション側の開発も進展することが予想される。航空分野では既に航法装置としてGPS測位を主体的に用いるため、飛行フェーズ毎に定められた測位精度、信頼性、連続性(コンテュイニティ)、完全性(インテグリティ)の要求仕様を満たすGPS補強システムが構築されつつある。
【0005】
鉄道においても、同様の手法によれば、列車制御などの安全性が重要なアプリケーションの位置検知手段にまで適用範囲を拡げることができると考えられる。しかし、建物等による遮蔽などGPS信号の受信環境が航空機に比べ著しく不利な鉄道では、この問題を改善する何らかの対策が求められる。
【0006】
ところで、情報技術を適用するいわゆる列車の知能化には、位置検知機能と共に路線情報が欠かせない。例えば車体傾斜制御システムでは、線形データベースを記憶した車両上コンピュータが、位置検知をしながら曲線で予見的に目標角度を生成し制御を行う。
【0007】
また、山手線・京浜東北線に導入予定のデジタルATCや移動閉塞を実現する列車制御システムCARAT(Computer And Radio Aided Train control system)〔非特許文献1〕も、路線情報を拠り所として位置検知しながら保安速度制御を行う。鉄道においてこのようなシステムが成立する理由は、線路上の移動が本質的に1次元であり、道路などよりも路線情報を作り易いためである。
【0008】
このような特性を備えた鉄道の列車位置検知にGPS測位を利用する場合には、カーナビゲーションシステムで行われているようなマップマッチングよりも精密な3次元線路マップを用意して、1本の線路上のどこかに列車が在線していることを前提とすれば、衛星2機からのGPS信号のみで測位計算ができると考えられる。測位に必要な衛星数が、従来の衛星4機からのGPS信号による測位方式に比べて半減できるということは、航空機と比較してGPS信号の受信環境が劣る鉄道において、信頼性等の性能の向上を図ることができる。
【0009】
本願発明者らは、既に、鉄道車両にGPS受信機を搭載して、鉄道車両のGPS測位を行うことを〔特許文献1〕として提案した。なお、ここでは鉄道車両に1台のGPS受信機を搭載してGPS測位を行うようにしている。
【0010】
【特許文献1】
特開2001-56234 第3-5頁 図1
【0011】
【非特許文献1】
山本春生、西堀典幸:CARAT、RRR、Vol.56、No.9、pp.8~9、1999.9
【0012】
【非特許文献2】
松本雅行、細川明良、河田智太郎:デジタルATC車上装置のデータベース構成、鉄道におけるサイバネティクス利用国内シンポジウム論文集、pp.226~229、2000.11
【0013】
【非特許文献3】
奥谷正:国土マネジメントのための情報基盤、国総研アニュアルレポート、No.1、pp.24~28、2002.3
【0014】
【非特許文献4】
安田明生:GPSとその応用、GPSシンポジウム2001、pp.193~216、2001.11
【0015】
【非特許文献5】
池田昌俊:列車位置検知手法の動向、鉄道総研報告、Vol.13、No.8、pp.1~6、1999.8
産業上の利用分野
本発明は、GPS測位による列車走行情報検出装置およびその列車走行情報検出方法に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】(a)複数の鉄道車両からなる一編成の列車に分散配置された複数のGPSアンテナと、
(b)該GPSアンテナに接続されるGPS受信機と、
(c)該GPS受信機に接続される列車位置検知装置と、
(d)該列車位置検知装置に配置されるレール頭頂面の高さで3次元の線形を忠実に表現する軌道中心線と空間座標の中心(地球の中心)から前記軌道中心線上の位置に延ばした直線に対する偏角であるカント角を含む3次元線路マップと、レール頭頂面からのGPSアンテナ高さを含むGPSアンテナ設置位置情報とを格納する記憶装置と、
(e)前記GPS受信機、列車位置検知装置を含む列車位置検知システム間を接続する車内LANとを備え、
(f)前記列車上の複数のGPS受信機がそれぞれ少なくとも2機の衛星からのGPS信号を受信して、前記GPSアンテナ設置位置情報に基づき、前記列車位置検知装置が空間曲線である前記軌道中心線を前記レール頭頂面からのGPSアンテナ高さと前記カント角により補正しながら測位計算を行うことにより、前記列車全体の在線位置と向きを把握することを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出装置。
【請求項2】 請求項1記載のGPS測位による列車走行情報検出装置において、前記列車上の異なるGPS受信機間の距離、高低角を不変、及び時計誤差を予測可能とすることにより、前記列車上の複数のGPS受信機が少なくとも1機の衛星からのGPS信号を受信してから全体として少なくとも異なる2機の衛星からのGPS信号を受信して、前記列車位置検知装置が測位計算を行うことを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出装置。
【請求項3】 請求項1記載のGPS測位による列車走行情報検出装置において、前記列車位置検知システムは慣性センサを有することを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出装置。
【請求項4】 請求項記載のGPS測位による列車走行情報検出装置において、前記慣性センサは、角速度センサであることを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出装置。
【請求項5】 請求項記載のGPS測位による列車走行情報検出装置において、前記慣性センサは、角速度センサおよび加速度センサであることを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出装置。
【請求項6】 請求項1記載のGPS測位による列車走行情報検出装置において、走行距離計を搭載させることを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出装置。
【請求項7】 複数の鉄道車両からなる一編成の列車に分散配置されたGPSアンテナとGPS受信機と、列車位置検知装置、レール頭頂面の高さで3次元の線形を忠実に表現する軌道中心線と空間座標の中心(地球の中心)から前記軌道中心線上の位置に延ばした直線に対する偏角であるカント角を含む3次元線路マップとを備え前記列車上の複数のGPS受信機がそれぞれ少なくとも2機の衛星からのGPS信号を受信して、レール頭頂面からのGPSアンテナ高さを含むGPSアンテナ設置位置情報に基づき、前記列車位置検知装置が空間曲線である前記軌道中心線を前記レール頭頂面からのGPSアンテナ高さと前記カント角により補正しながら測位計算を行うことにより、前記列車全体の在線位置と向きを把握することを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出方法。
【請求項8】 請求項記載のGPS測位による列車走行情報検出方法において、前記列車上の異なるGPS受信機間の距離、高低角を不変、及び時計誤差を予測可能とすることにより、前記列車上の複数のGPS受信機が少なくとも1機の衛星からのGPS信号を受信してから全体として少なくとも異なる2機の衛星からのGPS信号を受信して、前記列車位置検知装置が測位計算を行うことを特徴とするGPS測位による列車走行情報検出方法。
産業区分
  • その他通信
  • 鉄道
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2002337629thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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