本發(fā)明公開了一種列車位置檢測裝置及列車位置檢測方法，特別涉及采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多普勒雷達(dá)型傳感器檢測列車速度。

背景技術(shù)：

作為列車的速度檢測方法，已知有檢測車輪回轉(zhuǎn)而加以計算的方法。在過去的手法中，根據(jù)速度與經(jīng)過時間求出列車的移動距離，再以累加運(yùn)算來確定列車位置。然而，會因?yàn)檐囕喌目辙D(zhuǎn)、滑走等事的發(fā)生而導(dǎo)致在計測速度中發(fā)生誤差。此外，由于因?yàn)榱熊囆旭偠ズ能囕喌氖聭B(tài)會造成車輪直徑的變化，因此在計測速度中會產(chǎn)生誤差。近年來，要求通過由搭載于列車上的車上裝置辨識自車位置，并與所賦予的列車控制訊號進(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，通過車上裝置正確的辨識自車位置這一點(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裝置。

作為這種技術(shù)，例如提案有檢測利用多普勒雷達(dá)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(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)計算車輛的速度。以該列車速度檢測裝置為基礎(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的開發(fā)」，鐵路自動控制研討會論文集通號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區(qū)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(qū)域使用無線的傳感器，例如，多普勒雷達(dá)傳感器而估計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，由于不清楚檢測在圖中范圍內(nèi)的哪個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，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)來看，必須要有相當(dāng)高精度的速度檢測，在導(dǎo)入使用通過多普勒雷達(dá)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(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)明的列車位置檢測裝置，具備：多普勒雷達(dá)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(shè)置于列車底部；實(shí)際傾斜角計算部，根據(jù)所述傳感器所計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；列車速度計算部，根據(jù)所述實(shí)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；特征點(diǎn)提取部，其特定出所述列車速度計算部所計算出的速度特征點(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，估計列車位置。

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

發(fā)明的列車位置檢測方法，具備：實(shí)際傾斜角計算步驟，根據(jù)以多普勒雷達(dá)型傳感器所計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；列車速度計算步驟，根據(jù)以所述實(shí)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；特征點(diǎn)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征點(diǎn)；位置估計步驟，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)行對照，估計列車位置。

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及特定列車位置精度的技術(shù)。

附圖說明

圖1是背景技術(shù)所涉及的、模式性地顯示使用檢測區(qū)域非線傳感器，在估計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，用以說明在列車底面設(shè)置對道床呈傾斜角的多普勒雷達(dá)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(shí)施方式所涉及的、用以說明在列車底面設(shè)置對道床呈傾斜角的多普勒雷達(dá)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(shí)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(shí)地操作試驗(yàn)結(jié)果的圖表。

具體實(shí)施方式

接著參照圖面，具體說明用以實(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：速度計算部10，以多普勒雷達(dá)型傳感器20檢測的速度分量為基礎(chǔ)，估計列車1水平方向的速度、也就是估計行進(jìn)速度；位置信息部15，以速度計算部10所估計的速度為基礎(chǔ)，特定出列車1的位置。此外，以往，以在軌道91上轉(zhuǎn)動車輪的車軸的回轉(zhuǎn)數(shù)及車輪直徑為基礎(chǔ)，計算了速度。

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

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

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

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(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V_Pk為基礎(chǔ)，反映出實(shí)際的傾斜角(傾角θ_Pk)而檢測速度。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，換言的，當(dāng)?shù)来?0高度與設(shè)置高度h形成為相異時，于所估計的列車速度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)行檢測的速度上，顯示出特異值。此外，在鐵橋等并無道床的橋梁方面，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度。位置估計部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(shí)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θ_Pk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RH_Pk，估計各個的傾角θ_Pk。在此，為將下標(biāo)Pk設(shè)為該抽樣編號。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，0≦Pk≦TN

接著，如式(2)所示，根據(jù)以式(1)所求出的傾角θ_Pk與多普勒雷達(dá)型傳感器20的速度信息V_Pk，分別估計其速度信息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)

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

在此，根據(jù)以多普勒雷達(dá)型傳感器20所估計的速度信息V_Pk、以及將多普勒雷達(dá)型傳感器20設(shè)置在底面2時所設(shè)定作為送出波送出方向的傾角信息θ即固定値；例如，45°，估計列車速度RV2。

如式(4)所示，根據(jù)速度信息V_Pk與傾角信息θ，估計各個檢測抽樣的速度信息V_Pk的水平分量VH_Pk。且將下標(biāo)Pk設(shè)為其抽樣編號。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VH_Pk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的列車速度即主估計速度、以習(xí)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(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，比較估計速度方面，相對于GPS速度產(chǎn)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(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適用于速率計的情況下，將可實(shí)現(xiàn)精度較高的速率計。

此外，如區(qū)域B1及區(qū)域B2所示，在這些區(qū)間中，主估計速度的圖表為呈現(xiàn)出上凸?fàn)罴瓷綘睢Ｔ谶@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，也增大計算的主估計速度。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輛列車1接收到相同的通知時，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策。例如可例示為：當(dāng)特征點(diǎn)出現(xiàn)期間較長的情況，或是原本不會出現(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?。其結(jié)果，將可提高計測列車速率的精度。

(2)即使多普勒雷達(dá)型傳感器20的檢測范圍、也就是照射方向擴(kuò)大，由于可以估計相較于實(shí)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(dāng)?shù)来?0即道床的高度發(fā)生變化的際，便可檢測該地點(diǎn)即特征點(diǎn)。并且，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與特征點(diǎn)進(jìn)行對照，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)行安全對策的確認(rèn)作業(yè)。

以上，依據(jù)實(shí)施方式說明本發(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。

符號說明

1 列車

2 底面

10 速度計算部

11 實(shí)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 特征點(diǎn)提取部

20 多普勒雷達(dá)型傳感器

90 道床

91 軌道