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(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RH_Pk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θ_Pk)。

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θ_Pk與雷達(dá)的速度信息V_Pk，估計(jì)各個(gè)速度信息的水平分量VH_Pk，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V_Pk為基礎(chǔ)，反映出實(shí)際的傾斜角(傾角θ_Pk)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θ_Pk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RH_Pk，估計(jì)各個(gè)的傾角θ_Pk。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(jì)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?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V_Pk、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V_Pk與傾角信息θ，估計(jì)各個(gè)檢測(cè)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(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(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