JP6933967B2 - 無線システム及び無線式列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道における無線式列車制御システム及びその無線システムに関する。

従来から、鉄道において無線を利用して地上と車上との間で安全にかかわる制御情報を交信する無線式列車制御システムが知られている（非特許文献１参照）。図４に示すように、無線式列車制御システム１０１は、地上システム１０２と車上システム１０３とに大別される（非特許文献２参照）。地上システム１０２は、地上に設置され、指令所装置２１、地上装置２２及び無線基地局４等を有する。車上システム１０３は、車上に設置され、車上制御装置３１及び車上無線局１０５等を有する。指令所装置２１は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である（非特許文献２の附属書Ｂ参照）。地上装置２２は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。車上制御装置３１は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム１０６を介して地上装置２２と接続される。無線システム１０６は、列車無線システムとも呼ばれ、地上装置２２と車上制御装置３１との間で無線データ伝送を提供するシステムであり、無線基地局４及び車上無線局１０５を有する。無線基地局４は、地上伝送路を介して地上装置２２と接続され、無線によって車上無線局１０５とのデータ通信を行う。車上無線局１０５は、車上制御装置３１と接続され、無線によって無線基地局４とのデータ通信を行う。

無線基地局４及び車上無線局１０５は、無線の送受信装置として、それぞれ地上無線装置４１及び車上無線装置５１を有する。無線基地局４及び車上無線局１０５は、ハンドオーバーの機能を提供する装置として、それぞれ拠点装置４２及び車上装置５２を有する。無線基地局４は、無線の到達距離に応じて沿線に１か所以上配置され、地上伝送路を介して地上装置とインタフェースする（非特許文献２の４．２参照）。複数の無線基地局４ａ、４ｂが沿線に配置されている場合、無線システム１０６は、列車が無線基地局４のエリア境界を通過する時、地上無線装置４１と車上無線装置５１との間の通信が継続的に行えるようにハンドオーバーを行う必要がある。

従来から、鉄道において、ハンドオーバーを行う無線システムが知られている。このような無線システムでは、例えば、車上無線局のアンテナの位置がハンドオーバー点を越えた時に無線基地局を切り替える（例えば、特許文献１参照）。また、車両内の無線通信部（車上無線局）がハンドオーバー点を越えると、超えた先の無線基地局経由で情報を通信する無線システムが知られている（特許文献２参照）。

無線式列車制御システム１０１の無線システム１０６は、無線基地局４等を鉄道事業者が設けることが技術常識である。このため、無線システム１０６は、導入コストが高くなる。しかし、鉄道事業者が無線基地局４を設ける代わりに、電気通信事業者の移動体通信を利用すると、鉄道事業者がハンドオーバー時期を指定することができない。また、利用している電気通信事業者のサービスがダウンする可能性がある。さらに、電気通信事業者のエリアカバーや通信の輻輳の問題も生じうる。このため、従来の無線式列車制御システムにおいて、電気通信事業者の移動体通信を利用すると地上と車上との間で通信が継続的に行えないおそれがあるので、電気通信事業者の移動体通信を利用することができなかった。なお、電気通信事業者とは、電気通信事業法に基づき電気通信役務を行う者のことである。

特開２０１５−１３７０７９号公報 特開２０１５−１３９２０５号公報

ＪＩＳ Ｅ ３８０１−１：２００９ 「無線式列車制御システム−第１部：一般要求事項及び機能要求事項」 ＪＩＳ Ｅ ３８０１−２：２０１０ 「無線式列車制御システム−第２部：システム要求事項」

本発明は、上記問題を解決するものであり、無線式列車制御システムにおいて、電気通信事業者の移動体通信を利用し、地上と車上との間で通信が継続的に行える無線システムを提供することを目的とする。

本発明の無線システムは、車上に搭載される車上装置と地上に設けられる拠点装置とを有し、前記車上装置と拠点装置の間で列車を制御するための制御情報を無線通信する無線システムであって、前記車上装置と複数の電気通信事業者の無線局との間で無線通信を行う車上無線接続装置と、各々の前記電気通信事業者の回線に前記拠点装置を接続する複数の地上無線接続装置とをさらに有し、前記回線は、それぞれ前記無線局を有しており、前記車上装置は、前記拠点装置に送る制御情報を複数の電気通信事業者の前記無線局に並行して前記車上無線接続装置に送信させ、前記拠点装置は、同じ制御情報を複数受信した場合、その同じ制御情報のうち最も早く受信した制御情報を採用し、前記拠点装置は、前記車上装置に送る制御情報を複数の前記通信事業者の回線に前記地上無線接続装置を介して並行して送信し、前記車上装置は、同じ制御情報を複数受信した場合、その同じ制御情報のうち最も早く受信した制御情報を採用することを特徴とする。

この無線システムにおいて、前記電気通信事業者の回線は、携帯電話網であり、前記無線局は、その携帯電話網の基地局又は移動局であることが好ましい。

この無線システムにおいて、前記地上無線接続装置は、前記電気通信事業者の回線に有線又は無線で接続されることが好ましい。

この無線式列車制御システムは、制御対象線区の制御を地上側で行う地上装置と、制御対象の列車の監視制御を行う車上制御装置とを有する無線式列車制御システムであって、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線システムを備え、前記地上装置は、前記無線システムの拠点装置と接続され、前記車上制御装置は、前記無線システムの車上装置と接続されることを特徴とする。

本発明の無線システム及び無線式列車制御システムは、複数の電気通信事業者の通信を利用するので、一つの電気通信事業者のサービスがダウン等しても、地上と車上との間で通信が継続的に行われる。

本発明の一実施形態に係る無線システムを有する無線式列車制御システムのブロック構成図。 同実施形態の変形例に係る無線システムを有する無線式列車制御システムのブロック構成図。 同無線システムの動作を示すシーケンス図。 従来の無線式列車制御システムのブロック構成図。

本発明の一実施形態に係る無線システム及び無線式列車制御システムを図１を参照して説明する。図１に示すように、無線式列車制御システム１は、無線システム６を有する。無線式列車制御システム１は、日本工業規格（非特許文献１及び非特許文献２）に規定されている従来の無線式列車制御システムと一部同様の構成を有し、無線システム６が従来の無線システムと異なる。図１において、従来の無線式列車制御システムと同等の箇所には同じ符号を付している。

無線式列車制御システム１は、無線システム６以外に、指令所装置２１、地上装置２２及び車上制御装置３１を有する。

指令所装置２１は、制御対象線区における列車運行の監視及び管理を行う装置である（非特許文献２の附属書Ｂ参照）。

地上装置２２は、制御対象線区の列車制御及び転てつ器などの制御を地上側で行う装置である。地上装置２２は、処理装置、記憶装置等のハードウェアを有し、ソフトウェアを実行することによって動作する。

車上制御装置３１は、制御対象となる列車の監視制御を行う装置であり、無線システム６を介して地上装置２２と接続される。

無線システム６は、車上に搭載される車上装置６１と地上に設けられる拠点装置６２とを有する。この無線システム６は、車上装置６１と拠点装置６２の間で列車を制御するための制御情報を無線通信するシステムである。制御情報は、分割して複数のスロットに収容して通信してもよい。

地上装置２２は、無線システム６の拠点装置６２と地上伝送路又は無線を介して接続される。車上制御装置３１は、無線システム６の車上装置６１と車上で接続される。

無線システム６は、車上無線接続装置６３と、複数の地上無線接続装置６４（６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ）とをさらに有する。地上無線接続装置６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃは、各々の電気通信事業者Ａ、Ｂ、Ｃの回線７Ａ、７Ｂ、７Ｃに拠点装置６２を接続する。すなわち、地上無線接続装置６４Ａは、電気通信事業者Ａの回線７Ａに拠点装置６２を接続する。地上無線接続装置６４Ｂは、電気通信事業者Ｂの回線７Ｂに拠点装置６２を接続する。地上無線接続装置６４Ｃは、電気通信事業者Ｃの回線７Ｃに拠点装置６２を接続する。つまり、地上無線接続装置６４Ａは、電気通信事業者Ａ対向であり、地上無線接続装置６４Ｂは、電気通信事業者Ｂ対向であり、地上無線接続装置６４Ｃは、電気通信事業者Ｃ対向である。回線７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、電気通信事業者Ａ、Ｂ、Ｃの通信網である。地上無線接続装置６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃは、Ａ、Ｂ、Ｃの回線７Ａ、７Ｂ、７Ｃに有線又は無線で接続される。

回線７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、それぞれ無線局７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃを有している。車上無線接続装置６３は、複数の電気通信事業者Ａ、Ｂ、Ｃの無線局７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃとの間で無線通信を行う。なお、電気通信事業者Ａ、Ｂ、Ｃは、無線局７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃを有しているので、移動体通信の事業者である。

指令所装置２１、地上装置２２、拠点装置６２、地上無線接続装置６４は、地上に設置されるので、地上システム２と呼ばれる。車上制御装置３１、車上装置６１及び車上無線接続装置６３は、車上に設置されるので、車上システム３と呼ばれる。車上装置６１及び車上無線接続装置６３は、車上無線局５を構成する。なお、無線式列車制御システム１は、電気通信事業者Ａ、Ｂ、Ｃの回線７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び無線局７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃを利用しており、回線７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び無線局７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃは、無線式列車制御システム１の一部ではない。

本実施形態では、電気通信事業者Ａ、Ｂ、Ｃの回線７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、携帯電話網である。無線局７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃは、その携帯電話網の基地局又は移動局である。基地局とは、陸上の移動しない無線局である（総務省令電波法施行規則）。移動局とは、移動中又は特定しない地点に停止中運用する無線局である。

本実施形態の変形例に係る無線システム６を図２に示す。この変形例では、拠点装置６２は一つであり、複数の電気通信事業者Ａ、Ｂの各回線７Ａ、７Ｂに対して、無線システム６は、それぞれ２系の地上無線接続装置６４を有する。すなわち、地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２は、電気通信事業者Ａの回線７Ａに拠点装置６２を接続する。地上無線接続装置６４Ｂ１、６４Ｂ２は、電気通信事業者Ｂの回線７Ｂに拠点装置６２を接続する。なお、拠点装置６２の数、地上無線接続装置６４の多重化の有無や程度は、図１及び図２に示す例に限定されない。また、利用する電気通信事業者は、複数であれば、その具体的な数は限定されない。

図２に示す無線システム６の動作を図３を参照して説明する。図１に示す無線システム６も動作は同様である。この無線システム６を構築する際に、電気通信事業者Ａ、Ｂの通信エリアが無線式列車制御システム１の制御対象線区をカバーしていることが確認される。また、無線式列車制御システム１を有する鉄道事業者は、電気通信事業者Ａ、Ｂと帯域の保証及びＳＬＡ（サービス・レベル・アグリーメント）について予め契約を行う。

初期動作として、車上無線接続装置６３は、各地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２、６４Ｂ１、６４Ｂ２と相互認証を行う。そして、車上無線接続装置６３は、地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２、６４Ｂ１、６４Ｂ２を通信相手として登録し、各地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２、６４Ｂ１、６４Ｂ２は、車上無線接続装置６３を通信相手として登録する。

先ず、車上から地上に制御情報を送る場合について説明する。車上装置６１は、拠点装置６２に送る制御情報を複数の電気通信事業者の無線局７１Ａ、７１Ｂに並行して車上無線接続装置６３に送信させる。本実施形態では、車上無線接続装置６３は、各無線局７１Ａ、７１Ｂに二重に制御情報を送信する。なお、車上無線接続装置６３が各無線局７１Ａ、７１Ｂに制御情報を送信する多重化の有無及び程度はこれに限定されない。

回線７Ａ、７Ｂは、それぞれ無線局７１Ａ、７１Ｂを有しており（図２参照）、車上無線接続装置６３が送信した制御情報は、拠点装置６２に送られるものであるので、その制御情報は、回線７Ａ、７Ｂを介して地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２、６４Ｂ１、６４Ｂ２によって受信される（図３参照）。その制御情報は拠点装置６２の拠点番号を有しており、地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２、６４Ｂ１、６４Ｂ２は、その拠点番号を拠点装置６２のＩＰアドレスに変換する。これにより、地上に到達した制御情報は適切な拠点装置６２にルーティングされる。

拠点装置６２は、同じ制御情報を地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２、６４Ｂ１、６４Ｂ２から並行して受信することになる。このため、拠点装置６２は、同じ制御情報を複数受信した場合、その同じ制御情報のうち最も早く受信した制御情報を採用する。なお、制御情報が同じであることは、例えば、制御情報に付された識別符号又は制御情報が収容されたスロットの識別符号に基づいて判定される。

次に、地上から車上に制御情報を送る場合について説明する。拠点装置６２は、車上装置６１に送る制御情報を複数の通信事業者の回線７Ａ、７Ｂに地上無線接続装置６４Ａ１、６４Ａ２、６４Ｂ１、６４Ｂ２を介して並行して送信する。

回線７Ａ、７Ｂは、それぞれ無線局７１Ａ、７１Ｂを有しているので、その制御情報は、無線局７１Ａ、７１Ｂに送られる。その制御情報は、車上装置６１に送られるものであるので、車上無線接続装置６３に送信される。車上無線接続装置６３は、受信した制御情報を車上装置６１に伝える。

車上装置６１は、同じ制御情報を車上無線接続装置６３から並行して受信することになる。このため、車上装置６１は、同じ制御情報を複数受信した場合、その同じ制御情報のうち最も早く受信した制御情報を採用する。なお、制御情報が同じであることは、例えば、制御情報に付された識別符号又は制御情報が収容されたスロットの識別符号に基づいて判定される。

以上、本実施形態に係る無線システム６及び無線式列車制御システム１によれば、複数の電気通信事業者の通信を利用するので、一つの電気通信事業者のサービスがダウン等しても、地上と車上との間で通信が継続的に行われる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、無線式列車制御システム１において、従来の無線システム１０６に本発明の無線システム６の構成及び機能を付加してもよい。

１ 無線式列車制御システム
２２ 地上装置
３１ 車上制御装置
６ 無線システム
６１ 車上装置
６２ 拠点装置
６３ 車上無線接続装置
６４ 地上無線接続装置
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ 回線
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ 無線局
Ａ、Ｂ、Ｃ 電気通信事業者

Claims (4)

1. 車上に搭載される車上装置と地上に設けられる拠点装置とを有し、前記車上装置と拠点装置の間で列車を制御するための制御情報を無線通信する無線システムであって、
   前記車上装置と複数の電気通信事業者の無線局との間で無線通信を行う車上無線接続装置と、
   各々の前記電気通信事業者の回線に前記拠点装置を接続する複数の地上無線接続装置とをさらに有し、
   前記回線は、それぞれ前記無線局を有しており、
   前記車上装置は、前記拠点装置に送る制御情報を複数の電気通信事業者の前記無線局に並行して前記車上無線接続装置に送信させ、
   前記拠点装置は、同じ制御情報を複数受信した場合、その同じ制御情報のうち最も早く受信した制御情報を採用し、
   前記拠点装置は、前記車上装置に送る制御情報を複数の前記通信事業者の回線に前記地上無線接続装置を介して並行して送信し、
   前記車上装置は、同じ制御情報を複数受信した場合、その同じ制御情報のうち最も早く受信した制御情報を採用することを特徴とする無線システム。
2. 前記電気通信事業者の回線は、携帯電話網であり、
   前記無線局は、その携帯電話網の基地局又は移動局であることを特徴とする請求項１に記載の無線システム。
3. 前記地上無線接続装置は、前記電気通信事業者の回線に有線又は無線で接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線システム。
4. 制御対象線区の制御を地上側で行う地上装置と、制御対象の列車の監視制御を行う車上制御装置とを有する無線式列車制御システムであって、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線システムを備え、
   前記地上装置は、前記無線システムの拠点装置と接続され、
   前記車上制御装置は、前記無線システムの車上装置と接続されることを特徴とする無線式列車制御システム。
   
   

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