JP6322384B2 - 対向車両検知方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両における対向車両検知方法及び装置に関する。

新幹線（登録商標）などの鉄道車両は、軌道狂いなどの異常がある場合、動揺が大きくなって乗り心地が悪化する。異常の度合が大きい場合には、脱線事故に繋がる恐れもある。このため、鉄道車両に搭載した動揺センサーで動揺を検知し、軌道狂いなどの異常をその度合が小さい段階で発見するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

鉄道車両の動揺は、軌道狂いなどの異常に起因するだけでなく、対向車両とすれ違う際に生じる風圧などに起因して発生する。このため、鉄道車両に搭載したセンサーで対向車両を検知し、対向車両に起因する動揺を除外した上で、軌道狂いなどの異常に起因する動揺を検知するようにしている（例えば、特許文献２参照）。

対向車両を検知するセンサーとして、運転室内に設置する赤外線センサーがある。この赤外線センサーは、室外に向けて赤外線を送信し、室外で反射した赤外線を受信する反射型であり、窓ガラス越しに赤外線を送受信する。

特許第３６２４３９０号公報 特許第４４９２９８３号公報

最近の鉄道車両は、窓ガラスに熱線吸収ガラスを採用している。このため、対向車両を検知するセンサーとして、運転室内に設置する赤外線センサーを用いることができない。熱線吸収ガラスが赤外線を遮断して、赤外線センサーが機能しないからである。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、対向車両を検知することができる対向車両検知方法及び装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、鉄道車両の室内に配置された対向車両検知装置による対向車両検知方法であって、窓ガラス越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信する送信ステップと、室外で反射した前記マイクロ波信号を前記窓ガラス越しに受信する受信ステップと、受信した前記マイクロ波信号に基づく電気信号を解析して、対向車両の有無を判別する車両有無判別ステップと、を備えていることを特徴とする、対向車両検知方法である。

本発明によれば、赤外線センサーが機能しないような状況であっても、対向車両を検知することができる。

（２）本発明はまた、前記マイクロ波信号は、側面の前記窓ガラスに対して略直交する方向、又は前記鉄道車両の進行方向に略直交する方向に送信されることを特徴とする、上記（１）に記載の対向車両検知方法である。

ところで、鉄道車両の進行方向に略直交する方向から斜めの方向にマイクロ波信号を送信する場合には、室外で反射したマイクロ波信号の受信感度が低下する恐れがある。なぜなら、対向車両までの距離が長くなってマイクロ波信号が拡散して外乱の影響を受けやすくなり、反射したマイクロ波信号が鉄道車両（自車両）の窓ガラスに斜めに入射して屈折したりするからである。また、対向車両に斜めにマイクロ波信号が当たって、対向車両検知装置がある方向とは異なる逆（反対）方向に反射してしまい、マイクロ波信号の戻り（受信）が少なくなる為である。一方、上記発明によれば、側面の窓ガラスに対して略直交する方向、又は鉄道車両の進行方向に略直交する方向にマイクロ波信号を送信するので、室外で反射したマイクロ波信号を対向車両検知装置で正確に受信することができる。

（３）本発明はまた、前記窓ガラスは、熱線吸収ガラス又は熱線反射ガラスからなることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の対向車両検知方法である。

上記発明によれば、赤外線をカットして室内の日焼けを防止することができる。

（４）本発明はまた、前記車両有無判別ステップでは、前記電気信号の値の移動平均値を算出し、該移動平均値を閾値とする閾値決定ステップと、前記電気信号の値と前記閾値とを比較して、前記電気信号の値が、前記閾値に予め設定されている所定値を乗じた値を超えたか否かを判断する判断ステップと、を実行し、前記電気信号の値が、前記閾値に前記所定値を乗じた値を超えたと判断した場合に、対向車両が有ると判別することを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の対向車両検知方法である。

（５）本発明はまた、前記所定値は、変更可能であることを特徴とする、上記（４）に記載の対向車両検知方法である。

（６）本発明はまた、鉄道車両の室内に配置される対向車両検知装置であって、室内から窓ガラス越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信すると共に、室外で反射した前記マイクロ波信号を前記窓ガラス越しに受信して、該マイクロ波信号に基づく電気信号を出力するマイクロ波センサーと、前記電気信号を解析して、対向車両の有無を判別する車両有無判別手段と、を備えていることを特徴とする、対向車両検知装置である。

上記発明によれば、対向車両を検知することができる。

本発明の上記（１）〜（５）に記載の対向車両検知方法、及び上記（６）に記載の対向車両検知装置によれば、窓ガラスの種類に関わらず対向車両を検知することができる。

本発明の実施形態に係る対向車両検知装置を採用した新幹線（登録商標）自動動揺計測システムの構成図である。 新幹線（登録商標）自動動揺計測システムにおける車上側装置の構成を示すブロック図である。 対向車両検知装置の構成を示すブロック図である。 対向車両検知装置の構成を示す図であり、（Ａ）は窓ガラス越しに視た正面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は上面図である。 対向車両検知装置による対向車両検知方法の流れを示すフローチャートである。 対向車両検知装置による車両有無判別ステップの詳細を示すフローチャートである。 対向車両検知装置の別の構成を示す上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る対向車両検知装置１３の構成について説明する。図１は、新幹線（登録商標）自動動揺計測システム１の構成図である。図２は、車上側装置２の構成を示すブロック図である。図３は、対向車両検知装置１３の構成を示すブロック図である。図４は、対向車両検知装置１３の構成を示す図である。図４（Ａ）は、対向車両検知装置１３を窓ガラスＷＩＮ越しに視た正面図である。図４（Ｂ）は、対向車両検知装置１３の側面図である。図４（Ｃ）は、対向車両検知装置１３の上面図である。なお、各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。

図１に示される新幹線（登録商標）自動動揺計測システム（以下、計測システムという。）１は、軌道狂いなどの異常を早期に発見するために、鉄道事業者に利用される。この計測システム１は、新幹線（登録商標）車両の動揺を逐次計測し、クライアント端末７で解析・表示・印刷することを実現する。具体的に、計測システム１は、複数の車上側装置２と、携帯電話回線３と、専用回線４と、回線ルーター５と、通信端末６ａと、サーバー６ｂと、クライアント端末７と、などを備えている。

なお、計測システム１が動揺を計測する新幹線（登録商標）車両の窓ガラスＷＩＮには、積層ガラスが採用されている。具体的に、窓ガラスＷＩＮには、４枚の熱線吸収フロート板ガラスを、３枚の中間膜を介在させて積層したものが採用されている。熱線吸収フロート板ガラスの一部には、電熱素線を入れたものが採用されている場合もある。

車上側装置２は、新幹線（登録商標）車両の動揺及び対向車両を逐次検知する。そして、車上側装置２は、検知したデータを、携帯電話回線３、専用回線４、回線ルーター５、通信端末６ａを経由して、サーバー６ｂに逐次送信する。

携帯電話回線３は、外部の固定通信回線であり、電気通信事業者が提供するものが利用される。

専用回線４は、鉄道事業者専用の回線であり、固定通信回線に接続されている。

回線ルーター５は、通信端末６ａ及びサーバー６ｂを専用回線４に接続する。

通信端末６ａは、車上側装置２から送信されたデータを受信して、サーバー６ｂに転送する。

サーバー６ｂは、通信端末６ａから転送されたデータを記憶する。

クライアント端末７は、サーバー６ｂから一方通行となるように、当該サーバー６ｂにケーブル接続されている。このクライアント端末７は、サーバー６ｂに記憶されたデータを読み出して、解析・表示・印刷を行う。なお、回線ルーター５からクライアント端末７までの間に、中継用のサーバーや端末を適宜配置するようにしてもよい。

図２に示されるように、車上側装置２には、新幹線（登録商標）装置１０などが接続されている。この車上側装置２は、アンテナ８と、自動動揺計測器１１と、加速度センサーユニット１２と、対向車両検知装置１３と、などを備えている。

アンテナ８は、移動通信手段として機能して、携帯電話回線３に無線で接続される。

新幹線（登録商標）装置１０は、いわゆる「キロ程補正」に用いる速度発電機（図示省略）からの信号などを、自動動揺計測器１１に送信する。なお、キロ程補正の詳細は、特開２００１−２８７６４７号公報を参照されたい。

自動動揺計測器１１は、加速度センサーユニット１２及び対向車両検知装置１３で取得されたデータを処理し、そのデータを携帯電話回線３に向けて送信する。

加速度センサーユニット１２は、新幹線（登録商標）車両の動揺の度合を示す値を逐次取得して、自動動揺計測器１１に出力する。

対向車両検知装置１３は、対向車両の有無を判別する検知信号を自動動揺計測器１１に出力する。

図３に示されるように、対向車両検知装置１３は、内部構成として、各種制御を実行するＣＰＵなどの制御手段（図示省略）の他に、マイクロ波センサー１４と、バンドパスフィルター１５ａと、移動平均処理手段１５ｂと、車両有無判別手段１６と、などを備えている。これら内部構成は、筐体１７（図４参照）の内部に収容されている。

マイクロ波センサー１４は、マイクロ波信号を送受信する反射型のセンサーであり、対向車両の有無を検知する。このマイクロ波センサー１４は、新幹線（登録商標）車両における側面の窓ガラスＷＩＮ越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信すると共に、室外で反射したマイクロ波信号を窓ガラスＷＩＮ越しに受信して、当該マイクロ波信号に基づく電気信号を、バンドパスフィルター１５ａに出力する。

なお、マイクロ波センサー１４は、検知可能な距離が３ｍ程度に設定されていることが好ましい。そして、マイクロ波センサー１４は、自車両との相対速度が１００ｋｍ／ｈ以上の対向車両を検知可能な能力を有していることが好ましい。また、マイクロ波センサー１４は、発振周波数が２４ＧＨｚ程度（２４．０５〜２４．２５ＧＨｚ）のマイクロ波を送受信することが好ましい。さらに、マイクロ波センサー１４は、発振出力が１０ｍＷｍａｘ．（空中線利得を除く。）に設定されていることが好ましい。

バンドパスフィルター１５ａは、マイクロ波信号に基づく電気信号について、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算によるバンドパスフィルター処理を行い、所定帯域から外れたノイズを除去する。そして、バンドパスフィルター１５ａは、ノイズを除去した電気信号を、移動平均処理手段１５ｂ及び車両有無判別手段１６に出力する。なお、バンドパスフィルター１５ａは、ノイズを除去することができればどのように実現してもよく、ハードウエアで実現しても、ソフトウエアで実現してもよい。

移動平均処理手段１５ｂは、電気信号の移動平均処理を行い、移動平均値を算出する。そして、移動平均処理手段１５ｂは、算出した移動平均値を閾値として車両有無判別手段１６に出力する。このように、移動平均値を閾値として取り扱う理由は、対向車両で反射したマイクロ波信号に基づく電気信号の波形が、それ以外の波形と比較して、がたついているからである。なお、移動平均処理手段１５ｂは、移動平均処理を行うことができればどのように実現してもよく、ハードウエアで実現しても、ソフトウエアで実現してもよい。

車両有無判別手段１６は、バンドパスフィルター１５ａでノイズが除去された電気信号について、移動平均処理手段１５ｂから出力された閾値との比較処理を行う。具体的に、車両有無判別手段１６は、電気信号の値が、閾値の所定倍（例えば４倍）を超えたか否かを判断する。すなわち、車両有無判別手段１６は、電気信号の値が、閾値に予め設定されている所定値（例えば４倍）を乗じた値を超えたか否かを判断する。そして、車両有無判別手段１６は、電気信号の値が、閾値の所定倍（例えば４倍）を超えたと判断した場合に、対向車両を検知したことを意味する検知信号を自動動揺計測器１１に出力する。すなわち、車両有無判別手段１６は、電気信号の値が、閾値に所定値（例えば４倍）を乗じた値を超えたと判断した場合に、対向車両が有ると判別し、検知信号を自動動揺計測器１１に出力する。

また、車両有無判別手段１６は、検知信号を自動動揺計測器１１に出力している間に、電気信号の値が、閾値の所定倍（１倍より大きい値であることが好ましく、例えば１．３倍）を下回ったか否かを判断する。そして、車両有無判別手段１６は、電気信号の値が、閾値の所定倍（例えば１．３倍）を下回ったと判断した場合に、自動動揺計測器１１への検知信号の出力を終了する。なお、車両有無判別手段１６は、ＹＥＳとＮＯの判別処理を実行することができればどのように実現してもよく、ハードウエアで実現しても、ソフトウエアで実現してもよい。そして、検知信号の出力の契機となる閾値の所定倍は、スイッチの切替えで容易に変更（例えば４倍、５倍、６倍、７倍で変更）できるようになっている。すなわち、閾値に乗じる所定値は、スイッチの切替えで容易に選択できるようになっている。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示されるように、対向車両検知装置１３は、筐体１７と、コネクター１８と、スライダー１９と、台座２０と、を備えている。

筐体１７は、マイクロ波信号を送受信するセンサー面１７ａを有する。この筐体１７は、センサー面１７ａが窓ガラスＷＩＮ（日本のように左側通行の場合には進行方向向かって右側の窓ガラスＷＩＮ、右側通行の場合には進行方向向かって左側の窓ガラスＷＩＮ）と対向するように、かつ、軌道（二点鎖線で図示）と平行となるように配置されている。

コネクター１８には、車両有無判別手段１６を自動動揺計測器１１に接続するケーブルＣＡＢが接続されている。

スライダー１９は、軌道と直交する方向（新幹線（登録商標）車両の幅方向）に沿うように、台座２０に配置されている。このスライダー１９は、筐体１７をスライド移動可能にし、当該筐体１７を窓ガラスＷＩＮに出来るだけ近付けるように、窓ガラスＷＩＮとの間隔を調整させる。

台座２０は、車両有無判別手段１６の筐体１７を新幹線（登録商標）車両の運転室内に固定する。

次に、図５及び図６を用いて、対向車両検知装置１３による対向車両検知方法の流れについて説明する。図５は、対向車両検知装置１３による対向車両検知方法の流れを示すフローチャートである。図６は、対向車両検知装置１３による車両有無判別ステップの詳細を示すフローチャートである。

図５に示されるように、対向車両検知装置１３は、センサー面１７ａから窓ガラスＷＩＮ越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信する送信ステップ（ステップ（以下、Ｓと略す。）１００）を連続的に行う。そして、対向車両検知装置１３は、室外で反射したマイクロ波信号を窓ガラスＷＩＮ越しにセンサー面１７ａで受信する受信ステップ（Ｓ２００）を連続的に行う。また、対向車両検知装置１３は、センサー面１７ａで受信したマイクロ波信号に基づく電気信号を解析して、対向車両の有無を判別する車両有無判別ステップ（Ｓ３００）を行う。

図６に示されるように、対向車両検知装置１３は、車両有無判別ステップ（Ｓ３００）として、バンドパスフィルター１５ａがバンドパスフィルター処理を行い、所定帯域から外れるノイズを除去する（Ｓ３１０）。そして、移動平均処理手段１５ｂが移動平均処理を行い、閾値を決定する（Ｓ３２０：閾値決定ステップ）。また、車両有無判別手段１６は、マイクロ波センサーに基づく電気信号が閾値の所定倍（例えば４倍）を超えたか否かを判断する（Ｓ３３０：判断ステップ）。このＳ３３０でＮＯの場合、Ｓ３１０に戻る。さらに、車両有無判別手段１６は、マイクロ波信号に基づく電気信号の値が、閾値の所定倍（例えば４倍）を超えたと判断した場合（Ｓ３３０でＹＥＳの場合）に、検知信号をＯＮにして自動動揺計測器１１に出力する（Ｓ３４０）。

引き続き、バンドパスフィルター１５ａがバンドパスフィルター処理を行い、所定帯域から外れるノイズを除去する（Ｓ３５０）。そして、移動平均処理手段１５ｂが移動平均処理を行い、閾値を決定する（Ｓ３６０：閾値決定ステップ）。また、車両有無判別手段１６は、マイクロ波センサーに基づく電気信号が閾値の所定倍（例えば１．３倍）を下回ったか否かを判断する（Ｓ３７０：判断ステップ）。このＳ３７０でＮＯの場合、Ｓ３５０に戻る。さらに、車両有無判別手段１６は、マイクロ波信号に基づく電気信号の値が、閾値の所定倍（例えば１．３倍）を下回ったと判断した場合（Ｓ３７０でＹＥＳ）に、検知信号をＯＦＦにして自動動揺計測器１１への出力を終了し（Ｓ３８０）、Ｓ３１０に戻る。

このように、対向車両検知装置１３、及びこの対向車両検知装置１３による対向車両検知方法によれば、赤外線センサーが機能しないような状況であっても、対向車両を検知することができる。

ところで、鉄道車両の進行方向に略直交する方向から斜めの方向にマイクロ波信号を送信する場合には、室外で反射したマイクロ波信号の受信感度が低下する恐れがある。なぜなら、対向車両までの距離が長くなってマイクロ波信号が拡散して外乱の影響を受けやすくなり、反射したマイクロ波信号が鉄道車両（自車両）の窓ガラスＷＩＮに斜めに入射して屈折したりするからである。また、対向車両に斜めにマイクロ波信号が当たって、対向車両検知装置１３がある方向とは異なる逆（反対）方向に反射してしまい、マイクロ波信号の戻り（受信）が少なくなる為である。一方、上記対向車両検知装置１３によれば、鉄道車両の進行方向に略直交する方向にマイクロ波信号を送信するので、室外で反射したマイクロ波信号を対向車両検知装置１３で正確に受信することができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

すなわち、上記実施形態において、新幹線（登録商標）車両の動揺を検知する場合を例に説明したが、本発明は、これに限定されず、在来線車両その他の鉄道車両の動揺を検知する場合に採用できる。

あるいは、上記実施形態において、対向車両検知装置１３のセンサー面１７ａが、軌道（図４（Ｃ）に二点鎖線で図示）と平行となるように配置されている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、図７に示されるように、センサー面１７ａが、窓ガラスＷＩＮと平行となるように配置されていてもよい。

１３ 対向車両検知装置
１４ マイクロ波センサー
１６ 車両有無判別手段
ＷＩＮ 窓ガラス
Ｓ１００ 送信ステップ
Ｓ２００ 受信ステップ
Ｓ３００ 車両有無判別ステップ
Ｓ３２０，Ｓ３６０ 閾値決定ステップ
Ｓ３３０，Ｓ３７０ 判断ステップ

Claims (6)

1. 鉄道車両の室内に配置された対向車両検知装置による対向車両検知方法であって、
   窓ガラス越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信する送信ステップと、
   室外で反射した前記マイクロ波信号を前記窓ガラス越しに受信する受信ステップと、
   受信した前記マイクロ波信号に基づく電気信号を解析して、対向車両の有無を判別する車両有無判別ステップと、を備え、
   前記車両有無判別ステップでは、
   前記電気信号の値の移動平均値を算出し、該移動平均値を閾値とする閾値決定ステップと、
   前記電気信号の値と前記閾値とを比較して、前記電気信号の値が、前記閾値に予め設定されている所定値を乗じた値を超えたか否かを判断する判断ステップと、を実行し、
   前記電気信号の値が、前記閾値に前記所定値を乗じた値を超えたと判断した場合に、対向車両が有ると判別し、
   前記所定値は、変更可能であることを特徴とする、
   対向車両検知方法。
2. 前記マイクロ波信号は、側面の前記窓ガラスに対して略直交する方向、又は前記鉄道車両の進行方向に略直交する方向に送信されることを特徴とする、
   請求項１に記載の対向車両検知方法。
3. 前記窓ガラスは、熱線吸収ガラス又は熱線反射ガラスからなることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の対向車両検知方法。
4. 鉄道車両の室内に配置される対向車両検知装置であって、
   窓ガラス越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信すると共に、室外で反射した前記マイクロ波信号を前記窓ガラス越しに受信して、該マイクロ波信号に基づく電気信号を出力するマイクロ波センサーと、
   前記電気信号を解析して、対向車両の有無を判別する車両有無判別手段と、を備え、
   前記車両有無判別手段は、
   前記電気信号の値の移動平均値を算出し、該移動平均値を閾値とする閾値決定手段と、
   前記電気信号の値と前記閾値とを比較して、前記電気信号の値が、前記閾値に予め設定されている所定値を乗じた値を超えたか否かを判断する判断手段と、を有することで、
   前記電気信号の値が、前記閾値に前記所定値を乗じた値を超えたと判断した場合に、対向車両が有ると判別し、且つ、前記所定値は、変更可能となっていることを特徴とする、
   対向車両検知装置。
5. 鉄道車両の室内に配置された対向車両検知装置による対向車両検知方法であって、
   前記鉄道車両の側面に配置される窓ガラスの内側に設置されるマイクロ波センサーにより、前記窓ガラス越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信する送信ステップと、
   室外で反射した前記マイクロ波信号を前記窓ガラス越しに前記マイクロ波センサーが受信する受信ステップと、
   受信した前記マイクロ波信号に基づく電気信号を解析して、対向車両の有無を判別する車両有無判別ステップと、を備え、
   前記マイクロ波信号は、前記マイクロ波センサーにより、前記窓ガラスに対して略直交する方向、又は前記鉄道車両の進行方向に略直交する方向に送信されることを特徴とする、
   対向車両検知方法。
6. 鉄道車両の室内に配置される対向車両検知装置であって、
   前記鉄道車両の側面に配置される窓ガラスの内側に設置され、前記窓ガラス越しに室外に向けてマイクロ波信号を送信すると共に、室外で反射した前記マイクロ波信号を前記窓ガラス越しに受信して、該マイクロ波信号に基づく電気信号を出力するマイクロ波センサーと、
   前記電気信号を解析して、対向車両の有無を判別する車両有無判別手段と、を備え、
   前記マイクロ波信号は、前記マイクロ波センサーにより、前記窓ガラスに対して略直交する方向、又は前記鉄道車両の進行方向に略直交する方向に送信されることを特徴とする、
   対向車両検知装置。

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