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列車位置檢測(cè)裝置及列車位置檢測(cè)方法與流程

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列車位置檢測(cè)裝置及列車位置檢測(cè)方法與制造工藝

本發(fā)明公開了一種列車位置檢測(cè)裝置及列車位置檢測(cè)方法,特別涉及采用列車速率計(jì)測(cè)方法的列車位置檢測(cè)裝置及列車位置檢測(cè)方法,該列車速率計(jì)測(cè)方法為利用多普勒雷達(dá)型傳感器檢測(cè)列車速度。



背景技術(shù):

作為列車的速度檢測(cè)方法,已知有檢測(cè)車輪回轉(zhuǎn)而加以計(jì)算的方法。在過(guò)去的手法中,根據(jù)速度與經(jīng)過(guò)時(shí)間求出列車的移動(dòng)距離,再以累加運(yùn)算來(lái)確定列車位置。然而,會(huì)因?yàn)檐囕喌目辙D(zhuǎn)、滑走等事的發(fā)生而導(dǎo)致在計(jì)測(cè)速度中發(fā)生誤差。此外,由于因?yàn)榱熊囆旭偠ズ能囕喌氖聭B(tài)會(huì)造成車輪直徑的變化,因此在計(jì)測(cè)速度中會(huì)產(chǎn)生誤差。近年來(lái),要求通過(guò)由搭載于列車上的車上裝置辨識(shí)自車位置,并與所賦予的列車控制訊號(hào)進(jìn)行比較,從而得以確定自車的停止目標(biāo)位置等技術(shù)。在此情況下,通過(guò)車上裝置正確的辨識(shí)自車位置這一點(diǎn)是相當(dāng)重要的。因此,需要搭載于列車的全新列車位置檢測(cè)裝置。

作為這種技術(shù),例如提案有檢測(cè)利用多普勒雷達(dá)型傳感器檢測(cè)列車速度的列車速度檢測(cè)裝置,例如,參照非專利文獻(xiàn)1。具體而言,將具備毫米波的收發(fā)天線的裝置設(shè)置在車輛底部的狀態(tài)下,朝軌道照射毫米波、取得反射波。利用多普勒效應(yīng)計(jì)算車輛的速度。以該列車速度檢測(cè)裝置為基礎(chǔ),求出自車位置。

先前技術(shù)文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1笠井貴之等「使用毫米波的非接觸式速率計(jì)的開發(fā)」,鐵路自動(dòng)控制研討會(huì)論文集通號(hào)49,2012年11月。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

發(fā)明要解決的課題

然而,在使用相對(duì)于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(dāng)傳感器偏移而造成傾斜角不正確的情況、或是例如光束并非像是如雷射般的傳感器檢測(cè)區(qū)域過(guò)廣的情況下,將會(huì)有速度估計(jì)誤差過(guò)大的問(wèn)題。

圖1顯示在檢測(cè)區(qū)域使用無(wú)線的傳感器,例如,多普勒雷達(dá)傳感器而估計(jì)速度分量的情況下的,雷達(dá)波的擴(kuò)大范圍。如圖所示,其估計(jì)速度分量中具有擴(kuò)大范圍份量的誤差。實(shí)線表示的箭頭為雷達(dá)傳感器的中心,其周圍以虛線所示的箭頭為表示擴(kuò)大范圍。在維持這樣的狀態(tài)下,由于不清楚檢測(cè)在圖中范圍內(nèi)的哪個(gè)位置所反射的反射波,而有可發(fā)產(chǎn)生誤差。

特別關(guān)于列車的位置檢測(cè),列車的速度信息為相當(dāng)重要,當(dāng)累積速度信息有誤差的情況下,也有對(duì)列車的順利運(yùn)行造成不良影響的虞,因而必須要有解決對(duì)策的技術(shù)。尤其在列車運(yùn)行間隔較短的情況下,由安全性的觀點(diǎn)來(lái)看,必須要有相當(dāng)高精度的速度檢測(cè),在導(dǎo)入使用通過(guò)多普勒雷達(dá)型傳感器來(lái)檢測(cè)列車速度的列車速度檢測(cè)裝置的列車位置檢測(cè)裝置時(shí),成為相當(dāng)重要的課題。

揭示于非專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中,未充分考慮到針對(duì)于與上述相同傾斜角的偏差,而需要尋求其他的技術(shù)。

本發(fā)明鑒于以上所述狀況,提供解決上述課題的技術(shù)。

本發(fā)明的列車位置檢測(cè)裝置,具備:多普勒雷達(dá)型傳感器,將對(duì)道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向,設(shè)置于列車底部;實(shí)際傾斜角計(jì)算部,根據(jù)所述傳感器所計(jì)算出的至反射位置為止距離、以及被設(shè)置的所述傳感器的高度,計(jì)算所述送出波的所述反射位置方向的實(shí)際角度;列車速度計(jì)算部,根據(jù)所述實(shí)際傾斜角計(jì)算部所計(jì)算出的所述角度與所述傳感器檢測(cè)出的速度信息,計(jì)算所述列車的速度;特征點(diǎn)提取部,其特定出所述列車速度計(jì)算部所計(jì)算出的速度特征點(diǎn);位置信息記錄部,其預(yù)先記錄假定所述特征點(diǎn)出現(xiàn)的位置;位置估計(jì)部,根據(jù)所述特征點(diǎn)與所述位置信息記錄部的位置,估計(jì)列車位置。

另外,本發(fā)明的位置估計(jì)部依據(jù)所述特征點(diǎn),檢測(cè)已反射所述送出波的道床的狀態(tài)。

發(fā)明的列車位置檢測(cè)方法,具備:實(shí)際傾斜角計(jì)算步驟,根據(jù)以多普勒雷達(dá)型傳感器所計(jì)算出的至反射位置為止距離、以及被設(shè)置的所述傳感器的高度,計(jì)算所述送出波的所述反射位置方向的實(shí)際角度,其中,所述多普勒雷達(dá)型傳感器為對(duì)道床呈指定的傾斜角作為送出波的照射方向,設(shè)置于列車底部;列車速度計(jì)算步驟,根據(jù)以所述實(shí)際傾斜角計(jì)算部所計(jì)算的所述角度與所述傳感器檢測(cè)出的 速度信息,計(jì)算所述列車的速度;特征點(diǎn)提取步驟,特定出所述列車速度計(jì)算步驟所計(jì)算出的速度特征點(diǎn);位置估計(jì)步驟,將所述特征點(diǎn)、以及已記錄有假定出現(xiàn)所述特征點(diǎn)的位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照,估計(jì)列車位置。

發(fā)明效果

依據(jù)本發(fā)明,將可提供一種提高利用多普勒雷達(dá)型傳感器的列車速度檢測(cè)及特定列車位置精度的技術(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1是背景技術(shù)所涉及的、模式性地顯示使用檢測(cè)區(qū)域非線傳感器,在估計(jì)速度分量的情況下的、雷達(dá)波的擴(kuò)大范圍狀況的圖。

圖2是本實(shí)施方式所涉及的、揭示列車1結(jié)構(gòu)的功能塊圖。

圖3是本實(shí)施方式所涉及的,用以說(shuō)明在列車底面設(shè)置對(duì)道床呈傾斜角的多普勒雷達(dá)型傳感器,計(jì)測(cè)列車速度即主估計(jì)速度的原理的圖。

圖4是本實(shí)施方式所涉及的、用以說(shuō)明在列車底面設(shè)置對(duì)道床呈傾斜角的多普勒雷達(dá)型傳感器,計(jì)測(cè)列車速度即比較估計(jì)速度的原理的圖。

圖5是本實(shí)施方式所涉及的、揭示主估計(jì)速度、比較估計(jì)速度、以及GPS速度的實(shí)地操作試驗(yàn)結(jié)果的圖表。

具體實(shí)施方式

接著參照?qǐng)D面,具體說(shuō)明用以實(shí)施本發(fā)明的方式,以下,單稱為[實(shí)施方式]。

圖2是本實(shí)施方式所涉及的,表示列車1構(gòu)成的功能塊圖,在此所示內(nèi)容著眼于速度計(jì)算機(jī)能。

列車1于底面2具備多普勒雷達(dá)型傳感器20。多普勒雷達(dá)型傳感器20被設(shè)置為對(duì)道床90呈指定的傾斜角θ。從而,多普勒雷達(dá)型傳感器20檢測(cè)傾斜方向的速度分量。換言的,將送出波的送出方向設(shè)為指定傾斜角θ的方向。

還有,列車1具備:速度計(jì)算部10,以多普勒雷達(dá)型傳感器20檢測(cè)的速度分量為基礎(chǔ),估計(jì)列車1水平方向的速度、也就是估計(jì)行進(jìn)速度;位置信息部15,以速度計(jì)算部10所估計(jì)的速度為基礎(chǔ),特定出列車1的位置。此外,以往,以在軌道91上轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的車軸的回轉(zhuǎn)數(shù)及車輪直徑為基礎(chǔ),計(jì)算了速度。

速度計(jì)算部10以后述計(jì)算手法,依據(jù)相對(duì)于斜前方照射送出波的反射波, 計(jì)算距離信息RHPk及速度信息VPk,根據(jù)設(shè)置多普勒雷達(dá)型傳感器20時(shí)的設(shè)置高度信息h,估計(jì)列車速度RV1即主估計(jì)速度。換言的,利用多普勒雷達(dá)型傳感器20及速度計(jì)算部10而得以實(shí)現(xiàn)與習(xí)知的速率計(jì)相同的機(jī)能。

具體而言,速度計(jì)算部10具備實(shí)際傾斜角計(jì)算部11及列車速度計(jì)算部12。實(shí)際傾斜角計(jì)算部11根據(jù)由多普勒雷達(dá)型傳感器20所得的距離信息RHPk與設(shè)置時(shí)的多普勒雷達(dá)型傳感器20的高度即設(shè)置高度h,計(jì)算相對(duì)于道床90的實(shí)際的送出波及反射波的傾斜角(傾角θPk)。

列車速度計(jì)算部12的作用在于,根據(jù)實(shí)際傾斜角計(jì)算部11已計(jì)算的傾角θPk與雷達(dá)的速度信息VPk,估計(jì)各個(gè)速度信息的水平分量VHPk,再將這些的算術(shù)平均估計(jì)作為列車速度RV1。所估計(jì)的列車速度RV1為例如顯示于速率計(jì)等的上。

位置信息部15為以速度計(jì)算部10所估計(jì)的列車速度RV1為基礎(chǔ),特定出列車1的位置、亦即特定出現(xiàn)在地。因此,位置信息部15具備:位置估計(jì)部16、位置信息記録部17、以及特征點(diǎn)提取部18。

如上所述,速度計(jì)算部10以多普勒雷達(dá)型傳感器20的高度即設(shè)置高度h與速度信息VPk為基礎(chǔ),反映出實(shí)際的傾斜角(傾角θPk)而檢測(cè)速度。其結(jié)果,當(dāng)作為反射面的道床90在狀態(tài)上有所變化時(shí),換言的,當(dāng)?shù)来?0高度與設(shè)置高度h形成為相異時(shí),于所估計(jì)的列車速度RV1的圖表上便產(chǎn)生特征性的傾向,以下,稱的為「特征點(diǎn)」。

例如,在道口中,由于為了通過(guò)的車輛或人而將軌道的高度設(shè)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(shè)置高度h進(jìn)行檢測(cè)的速度上,顯示出特異值。此外,在鐵橋等并無(wú)道床的橋梁方面,由于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(shè)置高度h進(jìn)行檢測(cè)的速度上,顯示出特異值。特征點(diǎn)提取部18為提取作為特征點(diǎn)的特異値。另外,在后述圖5的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,表示出關(guān)于特征點(diǎn)的具體例。另一方面,預(yù)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(zhǎng)度。位置估計(jì)部16將發(fā)生有提取部18提取的特征點(diǎn)的地點(diǎn)與信息記録部17進(jìn)行對(duì)照,而正確地特定出列車1的位置。

參照?qǐng)D3,具體說(shuō)明在本實(shí)施方式中基本的速度檢測(cè)方法即主估計(jì)速度。在此,照射的送出波作為反射波而返回多普勒雷達(dá)型傳感器20,該送出波為由多普 勒雷達(dá)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(cè)抽樣的各個(gè)距離信息RHPk,估計(jì)各個(gè)的傾角θPk。在此,為將下標(biāo)Pk設(shè)為該抽樣編號(hào)。設(shè)置高度信息h為由道床90至多普勒雷達(dá)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(shè)置高度

Pk:抽樣編號(hào),0≦Pk≦TN

接著,如式(2)所示,根據(jù)以式(1)所求出的傾角θPk與多普勒雷達(dá)型傳感器20的速度信息VPk,分別估計(jì)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(nèi)的算術(shù)平均,將該算術(shù)平均設(shè)為列車速度RV1。

···式(3)

接著參照?qǐng)D4,利用在圖1所示的背景技術(shù)所采用的計(jì)算手法,說(shuō)明比較估計(jì)速度的估計(jì)方法。

在此,根據(jù)以多普勒雷達(dá)型傳感器20所估計(jì)的速度信息VPk、以及將多普勒雷達(dá)型傳感器20設(shè)置在底面2時(shí)所設(shè)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(jì)列車速度RV2。

如式(4)所示,根據(jù)速度信息VPk與傾角信息θ,估計(jì)各個(gè)檢測(cè)抽樣的速度信息VPk的水平分量VHPk。且將下標(biāo)Pk設(shè)為其抽樣編號(hào)。與上述式(2)的不同點(diǎn)在于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(shù)平均,將其算術(shù)平均設(shè)為列車速度RV2。

···式(5)

在圖5中揭示運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)的比較結(jié)果,其比較使用本實(shí)施方式提案的校正方法所估計(jì)的列車速度即主估計(jì)速度、以習(xí)知手法計(jì)算的比較估計(jì)速度、以及使用GPS計(jì)算的速度(GPS速度)。圖5(a)為顯示約360秒的計(jì)測(cè)結(jié)果,圖5(B)為擴(kuò)大顯示圖5(a)的區(qū)域A1,圖5(c)為擴(kuò)大顯示圖5(b)的區(qū)域A2。在運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)中,使用24GHz的微波作為送出波。

如圖所示,比較估計(jì)速度方面,相對(duì)于GPS速度產(chǎn)生有4~5%的誤差。另一方面,在主估計(jì)速度方面,形成略與GPS相同,而實(shí)質(zhì)上的解除上述誤差。從而,當(dāng)將多普勒雷達(dá)型傳感器20適用于速率計(jì)的情況下,將可實(shí)現(xiàn)精度較高的速率計(jì)。

此外,如區(qū)域B1及區(qū)域B2所示,在這些區(qū)間中,主估計(jì)速度的圖表為呈現(xiàn)出上凸?fàn)罴瓷綘?。在這些地點(diǎn)設(shè)置有道口,與直到現(xiàn)實(shí)反射地點(diǎn)為止的高度相互比較的下,上述式(1)的設(shè)置高度h形成為較大值。其結(jié)果,也增大計(jì)算的主估計(jì)速度。此外,如區(qū)域C1及區(qū)域C2所示,在這些區(qū)間中,主估計(jì)速度的圖表為呈現(xiàn)出朝下凸?fàn)罴垂葼?。在這些地點(diǎn)設(shè)置有鐵橋,與直到現(xiàn)實(shí)反射地點(diǎn)為止的高度相互比較的下,上述式(1)的設(shè)置高度h形成為較小值。其結(jié)果,被計(jì)算的主估計(jì)速度也變小。

在此,參照比較估計(jì)速度的圖表可知,雖在如鐵橋這種于道床(道床90)產(chǎn)生有較大變化的地點(diǎn)上,特征點(diǎn)以較易明白的狀態(tài)下出現(xiàn),但是在如道口這種道床(道床90)變化較小的地點(diǎn)上,特征點(diǎn)則以不易明白的狀態(tài)出現(xiàn)。另一方面,在主估計(jì)速度的圖表中,即便是如道口這種變化較小的地點(diǎn),仍明確出現(xiàn)有特征 點(diǎn)。其結(jié)果,可有效的活用特征點(diǎn)、進(jìn)行正確的位置特定。

此外,當(dāng)特征點(diǎn)的出現(xiàn)狀態(tài)與假設(shè)狀態(tài)相異的情況下,位置估計(jì)部16也可將此情況通知至進(jìn)行列車1的運(yùn)行管理的輸送指令部署。當(dāng)輸送指令部署由多個(gè)輛列車1接收到相同的通知時(shí),便可判斷路線上有可能產(chǎn)生異常狀況,而可早期采取處理對(duì)策。例如可例示為:當(dāng)特征點(diǎn)出現(xiàn)期間較長(zhǎng)的情況,或是原本不會(huì)出現(xiàn)特征點(diǎn)的地方卻出現(xiàn)特征點(diǎn)的情況,或是原本應(yīng)該出現(xiàn)特征點(diǎn)的地方卻沒(méi)有出現(xiàn)特征點(diǎn)的情況。

據(jù)上所述,整理本實(shí)施方式的效果如下。

(1)即使多普勒雷達(dá)型傳感器20的傾斜角因?yàn)樾旭偟榷频那闆r下,由于估計(jì)有形成實(shí)際送出波(反射波)方向的傾斜角,因此可進(jìn)行適當(dāng)?shù)男UF浣Y(jié)果,將可提高計(jì)測(cè)列車速率的精度。

(2)即使多普勒雷達(dá)型傳感器20的檢測(cè)范圍、也就是照射方向擴(kuò)大,由于可以估計(jì)相較于實(shí)際反射而回的檢測(cè)波速度分量的傾斜角,因此可提高估計(jì)速度的精度。

(3)通過(guò)比較以傾斜角校正速度分量而估計(jì)速度的方法、以及使用距離分量估計(jì)傾斜角且使用該傾斜角校正速度分量的方法,當(dāng)?shù)来?0即道床的高度發(fā)生變化的際,便可檢測(cè)該地點(diǎn)即特征點(diǎn)。并且,通過(guò)將已記錄道口或鐵橋的位置或長(zhǎng)度的位置信息記録部17與特征點(diǎn)進(jìn)行對(duì)照,便可正確掌握列車1的位置。

(4)因應(yīng)特征點(diǎn)的出現(xiàn)狀態(tài),便可掌握路線即軌道狀態(tài)的變化,而可早期進(jìn)行安全對(duì)策的確認(rèn)作業(yè)。

以上,依據(jù)實(shí)施方式說(shuō)明本發(fā)明。該實(shí)施方式僅為示例,同業(yè)者應(yīng)當(dāng)可理解的是,可將這些各個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行組合,以構(gòu)成各式各樣的變形例,此外,該等變形例應(yīng)該在本發(fā)明的范圍的中。

符號(hào)說(shuō)明

1 列車

2 底面

10 速度計(jì)算部

11 實(shí)際傾斜角計(jì)算部

12 列車速度計(jì)算部

15 位置信息部

16 位置估計(jì)部

17 位置信息記録部

18 特征點(diǎn)提取部

20 多普勒雷達(dá)型傳感器

90 道床

91 軌道

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