特許 5732498 鉄道用通信システム、車上装置、地上装置及び通信制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5732498

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】鉄道用通信システム、車上装置、地上装置及び通信制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 56/00 20090101AFI20150521BHJP

   H04W 24/08 20090101ALI20150521BHJP

   H04W 4/04 20090101ALI20150521BHJP

   H04L 12/841 20130101ALI20150521BHJP

【ＦＩ】

   H04W56/00 150

   H04W24/08

   H04W4/04 130

   H04L12/841

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-182966(P2013-182966)

(22)【出願日】2013年9月4日

(65)【公開番号】特開2015-50732(P2015-50732A)

(43)【公開日】2015年3月16日

【審査請求日】2013年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001292

【氏名又は名称】株式会社京三製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(72)【発明者】

【氏名】浅野 晃

【審査官】 齋藤 浩兵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１４８３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３３０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１６２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０６８１８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１５７９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３５２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５９１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４ − ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ − ９９／００

Ｈ０４Ｌ １２／８４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測位衛星から発信されている衛星信号又は標準電波（以下包括して「外部信号」という）を受信することで精確な時刻情報を取得し、当該時刻情報を取得できた場合に自律的な時刻補正を行う時刻補正機能により計時時刻を補正する車上側時計部を備えた車上装置と、前記時刻補正機能により計時時刻を補正する地上側時計部を備えた地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システムであって、
前記車上装置が搭載された列車の走行位置には、前記外部信号の受信ができずに前記時刻補正機能が働かない場所が含まれ、
前記車上装置は、
前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であれば、互いの時計部が同期していると判定し、前であれば非同期であると判定する車上側受信時時刻検定手段と、
前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の車上側許容遅延時間内であるか否かを判定する車上側通信遅延判定手段と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側通信遅延判定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する車上側電文破棄手段と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側通信遅延判定手段により肯定判定された場合に、当該電文に応答する電文（以下、「応答電文」という）を前記地上装置に送信する車上側応答手段と、
送信した電文に対する応答電文を前記地上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記車上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であるか否かを判定し、肯定判定であれば互いの時計部が同期していると判定し、否定判定であれば非同期であると判定する車上側送信時時刻検定手段と、
前記車上側受信時時刻検定手段により非同期と判定された場合、または、前記車上側送信時時刻検定手段により非同期と判定された場合には、前記地上装置に非同期である旨を通知する車上側非同期通知手段と、
を備え、
前記地上装置は、
前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であれば、互いの時計部が同期していると判定し、前であれば非同期であると判定する地上側受信時時刻検定手段と、
前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の地上側許容遅延時間内であるか否かを判定する地上側通信遅延判定手段と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側通信遅延判定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する地上側電文破棄手段と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側通信遅延判定手段により肯定判定された場合に、応答電文を前記車上装置に送信する地上側応答手段と、
送信した電文に対する応答電文を前記車上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記地上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であるか否かを判定し、肯定判定であれば互いの時計部が同期していると判定し、否定判定であれば非同期であると判定する地上側送信時時刻検定手段と、
前記地上側受信時時刻検定手段により非同期と判定された場合、または、前記地上側送信時時刻検定手段により非同期と判定された場合には、前記車上装置に非同期である旨を通知する車上側非同期通知手段と、
を備え、
更に、
前記車上装置および前記地上装置は、それぞれ、電文を送信後、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定する手段を備えた、
鉄道用通信システム。

【請求項2】

測位衛星から発信されている衛星信号又は標準電波（以下包括して「外部信号」という）を受信することで精確な時刻情報を取得し、当該時刻情報を取得できた場合に自律的な時刻補正を行う時刻補正機能により計時時刻を補正する車上側時計部を備えた車上装置と、前記時刻補正機能により計時時刻を補正する地上側時計部を備えた地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システムの前記車上装置であって、
前記車上装置が搭載された列車の走行位置には、前記外部信号の受信ができずに前記時刻補正機能が働かない場所が含まれ、
前記地上装置が、前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であれば、互いの時計部が同期していると判定し、前であれば非同期であると判定する地上側受信時時刻検定手段と、前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の地上側許容遅延時間内であるか否かを判定する地上側通信遅延判定手段と、前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側通信遅延判定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する地上側電文破棄手段と、前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側通信遅延判定手段により肯定判定された場合に、当該電文に応答する電文（以下、「応答電文」という）を前記車上装置に送信する地上側応答手段と、送信した電文に対する応答電文を前記車上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記地上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であるか否かを判定し、肯定判定であれば互いの時計部が同期していると判定し、否定判定であれば非同期であると判定する地上側送信時時刻検定手段と、前記地上側受信時時刻検定手段により非同期と判定された場合、または、前記地上側送信時時刻検定手段により非同期と判定された場合には、前記車上装置に非同期である旨を通知する車上側非同期通知手段と、を備えており、
前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であれば、互いの時計部が同期していると判定し、前であれば非同期であると判定する車上側受信時時刻検定手段と、
前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の車上側許容遅延時間内であるか否かを判定する車上側通信遅延判定手段と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側通信遅延判定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する車上側電文破棄手段と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側通信遅延判定手段により肯定判定された場合に、応答電文を前記地上装置に送信する車上側応答手段と、
送信した電文に対する応答電文を前記地上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記車上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であるか否かを判定し、肯定判定であれば互いの時計部が同期していると判定し、否定判定であれば非同期であると判定する車上側送信時時刻検定手段と、
前記車上側受信時時刻検定手段により非同期と判定された場合、または、前記車上側送信時時刻検定手段により非同期と判定された場合には、前記地上装置に非同期である旨を通知する車上側非同期通知手段と、
電文を送信後、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定する手段と、
を備えた車上装置。

【請求項3】

測位衛星から発信されている衛星信号又は標準電波（以下包括して「外部信号」という）を受信することで精確な時刻情報を取得し、当該時刻情報を取得できた場合に自律的な時刻補正を行う時刻補正機能により計時時刻を補正する車上側時計部を備えた車上装置と、前記時刻補正機能により計時時刻を補正する地上側時計部を備えた地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システムの前記地上装置であって、
前記車上装置が搭載された列車の走行位置には、前記外部信号の受信ができずに前記時刻補正機能が働かない場所が含まれ、
前記車上装置が、前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であれば、互いの時計部が同期していると判定し、前であれば非同期であると判定する車上側受信時時刻検定手段と、前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の車上側許容遅延時間内であるか否かを判定する車上側通信遅延判定手段と、前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側通信遅延判定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する車上側電文破棄手段と、前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側通信遅延判定手段により肯定判定された場合に、当該電文に応答する電文（以下、「応答電文」という）を前記地上装置に送信する車上側応答手段と、送信した電文に対する応答電文を前記地上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記車上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であるか否かを判定し、肯定判定であれば互いの時計部が同期していると判定し、否定判定であれば非同期であると判定する車上側送信時時刻検定手段と、前記車上側受信時時刻検定手段により非同期と判定された場合、または、前記車上側送信時時刻検定手段により非同期と判定された場合には、前記地上装置に非同期である旨を通知する車上側非同期通知手段と、を備えており、
前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であれば、互いの時計部が同期していると判定し、前であれば非同期であると判定する地上側受信時時刻検定手段と、
前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の地上側許容遅延時間内であるか否かを判定する地上側通信遅延判定手段と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側通信遅延判定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する地上側電文破棄手段と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側通信遅延判定手段により肯定判定された場合に、応答電文を前記車上装置に送信する地上側応答手段と、
送信した電文に対する応答電文を前記車上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記地上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であるか否かを判定し、肯定判定であれば互いの時計部が同期していると判定し、否定判定であれば非同期であると判定する地上側送信時時刻検定手段と、
前記地上側受信時時刻検定手段により非同期と判定された場合、または、前記地上側送信時時刻検定手段により非同期と判定された場合には、前記車上装置に非同期である旨を通知する車上側非同期通知手段と、
電文を送信後、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定する手段と、
を備えた地上装置。

【請求項4】

測位衛星から発信されている衛星信号又は標準電波（以下包括して「外部信号」という）を受信することで精確な時刻情報を取得し、当該時刻情報を取得できた場合に自律的な時刻補正を行う時刻補正機能により計時時刻を補正する時計部を備えた車上装置と、前記時刻補正機能により計時時刻を補正する時計部を備えた地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システムの通信制御方法であって、
前記車上装置が搭載された列車の走行位置には、前記外部信号の受信ができずに前記時刻補正機能が働かない場所が含まれており、
前記車上装置および前記地上装置は、電文を受信した際に、自機の時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であれば、互いの時計部が同期していると判定し、前であれば非同期であると判定する受信時時刻検定ステップと、前記受信時時刻検定ステップで非同期と判定された場合に、相手機に非同期である旨を通知するステップと、自機の時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の許容遅延時間内であるか否かを判定する通信遅延判定ステップと、前記通信遅延判定ステップで否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する電文破棄ステップと、前記通信遅延判定ステップで肯定判定された場合に、当該電文に応答する電文（以下、「応答電文」という）を当該電文の送信元に送信する応答ステップとを実行し、
前記車上装置および前記地上装置は、送信した電文に対する応答電文を受信した際に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と自機の時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であるか否かを判定し、肯定判定であれば互いの時計部が同期していると判定し、否定判定であれば非同期であると判定する送信時時刻検定ステップと、前記送信時時刻検定ステップで非同期と判定された場合に、相手機に非同期である旨を通知するステップとを実行し、
前記車上装置および前記地上装置は、電文を送信した後に、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定するステップを実行する、
通信制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車上装置と地上装置とが通信接続された鉄道用通信システム等に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、鉄道では、車上・地上間の通信手段として無線通信を用いた列車制御システムの開発が進んでいる。無線通信には、有線通信に比較して、設置や保守にかかるコストを大幅に削減できるというメリットがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平２−１０９７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、無線通信には、有線通信と比較して、通信遅延や通信途絶といった通信不良が発生し易く、通信の信頼性が劣る欠点がある。特に、列車は山間部やトンネル等の様々な場所を走行するため、無線通信環境が安定し難い。通信不良によって情報の遅延や欠落が発生すると、正確且つリアルタイムな列車の在線が把握できず、例えば“古い”情報による誤った列車制御を行うといった事態が発生し得るため、非常に危険である。鉄道では、列車の安全走行が最重要である。このため、無線通信を用いる場合には、車上・地上間の通信手段の信頼性を確保するため、専用の無線通信網を構築するのが一般的であった。

【0005】

しかし、専用の無線通信網を構築するために、通信機の設置や保守にコストがかかっていた。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鉄道の無線通信システムにおいて、低コスト、且つ、信頼性が確保された通信手段の実現である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための第１の発明は、
自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される車上側時計部を備えた車上装置（例えば、図１の車上装置２０）と、自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される地上側時計部を備えた地上装置（例えば、図１の地上装置３０）とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システム（例えば、図１の通信システム１）であって、
前記車上装置は、
前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の車上側許容遅延時間内であるか否かを判定する車上側受信時検定手段（例えば、図８の受信時時刻検定部２４２、通信遅延判定部２４４）と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側受信時検定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する車上側電文破棄手段（例えば、図８の電文受信制御部２４０）と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側受信時検定手段により肯定判定された場合に、当該電文に応答する電文（以下「応答電文」という）を前記地上装置に送信する車上側応答手段（例えば、図８の応答電文生成部２４６）と、
を備え、
前記地上装置は、
前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の地上側許容遅延時間内であるか否かを判定する地上側受信時検定手段（例えば、図１１の受信時時刻検定部６４２、通信遅延判定部６４４）と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側受信時検定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する地上側電文破棄手段（例えば、図１１の電文受信制御部６４０）と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側受信時検定手段により肯定判定された場合に、応答電文を前記車上装置に送信する地上側応答手段（例えば、図１１の応答電文生成部６４６）と、
を備え、
更に、
前記車上装置および前記地上装置は、それぞれ、電文を送信後、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定する手段を備えた、
鉄道用通信システムである。

【0007】

また、他の発明として、
自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される車上側時計部を備えた車上装置と、自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される地上側時計部を備えた地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システムの前記車上装置であって、
前記地上装置が、前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の地上側許容遅延時間内であるか否かを判定する地上側受信時検定手段と、前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側受信時検定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する地上側電文破棄手段と、前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側受信時検定手段により肯定判定された場合に、当該電文に応答する応答電文を前記車上装置に送信する地上側応答手段とを備えており、
前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の車上側許容遅延時間内であるか否かを判定する車上側受信時検定手段と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側受信時検定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する車上側電文破棄手段と、
前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側受信時検定手段により肯定判定された場合に、応答電文を前記地上装置に送信する車上側応答手段と、
電文を送信後、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定する手段と、
を備えた車上装置を構成しても良い。

【0008】

また、他の発明として、
自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される車上側時計部を備えた車上装置と、自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される地上側時計部を備えた地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システムの前記地上装置であって、
前記車上装置が、前記地上装置から電文を受信した場合に、前記車上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の車上側許容遅延時間内であるか否かを判定する車上側受信時検定手段と、前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側受信時検定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する車上側電文破棄手段と、前記地上装置から電文を受信し、且つ、前記車上側受信時検定手段により肯定判定された場合に、当該電文に応答する応答電文を前記地上装置に送信する車上側応答手段とを備えており、
前記車上装置から電文を受信した場合に、前記地上側時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の地上側許容遅延時間内であるか否かを判定する地上側受信時検定手段と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側受信時検定手段により否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する地上側電文破棄手段と、
前記車上装置から電文を受信し、且つ、前記地上側受信時検定手段により肯定判定された場合に、応答電文を前記車上装置に送信する地上側応答手段と、
電文を送信後、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定する手段と、
を備えた地上装置を構成しても良い。

【0009】

また、他の発明として、
自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される時計部を備えた車上装置と、自律的な時刻補正機能により計時時刻が随時補正される時計部を備えた地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続され、互いの通信時に自機の時計部の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信する鉄道用通信システムの通信制御方法であって、
前記車上装置および前記地上装置は、電文を受信した際に、自機の時計部で計時された受信時刻が当該電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の許容遅延時間内であるか否かを判定する受信時検定ステップと、前記受信時検定ステップで否定判定された場合に、当該電文を無効とみなして破棄する電文破棄ステップと、前記受信時検定ステップで肯定判定された場合に、当該電文に応答する応答電文を当該電文の送信元に送信する応答ステップとを実行し、
前記車上装置および前記地上装置は、電文を送信した後に、当該電文に対する応答電文の受信有無に基づいて、当該電文の再送信の要否を判定するステップを実行する、
通信制御方法を構成しても良い。

【0010】

この第１の発明等によれば、車上装置と地上装置との通信手段として公衆無線通信サービスを利用することで、専用通信網を構築する場合に比較して大幅なコスト削減を図ることができる。

【0011】

また、車上装置と地上装置とが公衆無線通信サービスを利用して通信接続された通信システムにおいて、互いの通信時に自機の計時時刻を送信時刻として付加して電文を送信することで、通信不良の有無や、双方の装置の計時時刻の同期／非同期を判定することができ、通信の信頼性の確保が実現される。

【0012】

すなわち、車上装置、及び、地上装置それぞれは、電文を受信した場合には、受信時刻が受信した電文に含まれる送信時刻より後であり、且つ、その時刻差が所定の許容遅延時間内であるならば、電文に応答する応答電文を送信し、そうでないならば、電文を無効とみなして破棄する。つまり、通信遅延が発生している場合には、通信電文の送信時刻と受信時刻との時刻差は、通信不良が発生していない場合に比較して大きく（長く）なる。このため、この時刻差が所定の許容遅延時間内であるか否かによって、通信不良の発生有無を判定することが可能である。また、双方の装置の計時時刻の同期が取れている場合には、電文の受信時刻は、この電文に含まれる送信時刻よりも後となる。このため、電文の受信時刻が送信時刻の前であるか否かによって、計時時刻の同期がとれているか否かを判定することが可能である。

【0013】

また、車上装置、及び、地上装置それぞれは、電文を送信した場合には、応答電文の受信有無に基づいて、電文の再送信の要否を判定する。送信した電文が受信されていない、或いは、電文を受信したが無効とみなして破棄された場合に、応答電文が受信無しとなる。このため、応答電文が受信無しの場合には、電文を再送信することで、通信電文の確実な送信が実現される。

【0014】

また、第２の発明として、第１の発明の鉄道用通信システムであって、
前記車上装置は、
送信した電文に対する応答電文を前記地上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記車上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であり、且つ、当該送信時刻と当該受信時刻との時刻差が所定の車上側許容時間間隔内であるか否かを判定する車上側送受信検定手段（例えば、図８の送信時時刻検定部２３４、通信不良判定部２３６）と、
前記車上側送受信検定手段により否定判定された場合に、前記地上装置に通信不良を通知する車上側通知手段（例えば、図８の電文送信制御部２３０）と、
を更に備え、
前記地上装置は、
送信した電文に対する応答電文を前記車上装置から受信した場合に、当該応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文に含めた送信時刻と前記地上側時計部で計時された当該応答電文の受信時の受信時刻との間であり、且つ、当該送信時刻と当該受信時刻との時刻差が所定の地上側許容時間間隔内であるか否かを判定する地上側送受信検定手段（例えば、図１１の送信時時刻検定部６３４、通信不良判定部６３６）と、
前記地上側送受信検定手段により否定判定された場合に、前記車上装置に通信不良を通知する地上側通知手段（例えば、図１１の電文送信制御部６３０）と、
を更に備えた鉄道用通信システムを構成しても良い。

【0015】

この第２の発明によれば、車上装置、及び、地上装置それぞれは、応答電文を受信した場合においても、通信不良の有無や、双方の装置の計時時刻の同期／非同期を判定することができる。すなわち、応答電文を受信した場合には、応答電文に含まれる送信時刻が、送信した電文の送信時刻と応答電文の受信時刻との間であり、且つ、電文の送信時刻と応答電文の受信時刻との時刻差が所定の許容時間内でないならば、通信不良を通知する。

【0016】

つまり、通信遅延が発生している場合には、電文の送信時刻と応答電文の受信時刻との時刻差は、通信不良が発生していない場合に比較して大きく（長く）なる。このため、この時刻差が所定の許容時間内であるか否かによって、通信不良の発生有無を判定することが可能である。また、双方の装置の計時時刻の同期が取れている場合には、応答電文の送信時刻は、電文の送信時刻と応答電文の受信時刻との間となる。このため、送信した電文に対する応答電文の送信時刻が、送信した電文の送信時刻と応答電文の受信時刻との間であるか否かによって、計時時刻の同期がとれているか否かを判定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】鉄道用の通信システムの概略構成図。

【図2】正常時の通信手順。

【図3】携帯電話回線を用いた実車試験の結果を示す図。

【図4】通信遅延が生じている場合の通信手順。

【図5】通信途絶が生じている場合の通信手順。

【図6】内部時計の同期が取れていない場合の通信手順。

【図7】内部時計の同期が取れていない場合の通信手順。

【図8】車上装置の機能構成図。

【図9】送信制御用データのデータ構成例。

【図10】受信制御用データのデータ構成例。

【図11】地上装置の機能構成図。

【図12】電文送信制御処理のフローチャート。

【図13】電文受信制御処理のフローチャート。

【図14】通信システムの連動制御システムへの適用例。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［システム構成］
図１は、本実施形態における鉄道用の通信システム１の概略構成図である。図１に示すように、通信システム１は、列車１０に搭載される車上装置２０と、地上に設置される地上装置３０とが、通信回線Ｎを介して通信接続されて構成される。通信回線Ｎは、公衆無線通信サービスを利用した無線通信回線であり、例えば、携帯電話網や無線ＬＡＮ等である。

【0019】

車上装置２０は、地上装置３０との無線通信を行うことで、自列車の走行を制御する。また、車上装置２０は、ＧＰＳ衛星３から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信し、自装置（自列車）の位置及び速度を含む測位情報や、ＧＰＳ衛星に搭載されている原子時計による精確な時刻情報（絶対時刻）を取得することができる。そして、取得した精確な時刻情報を用いて、内部時計を自律的に補正することができる。

【0020】

地上装置３０は、車上装置２０との間で無線通信を行うことで、各列車の走行制御を行う。また、地上装置３０は、車上装置２０と同様に、ＧＰＳ衛星３から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信し、取得した精確な時刻情報を用いて内部時計を自律的に補正することができる。

【0021】

［原理］
（Ａ）通信手順
車上装置２０と地上装置３０の間の通信手順について説明する。本実施形態の通信システム１では、車上装置２０と地上装置３０との間の通信として公衆無線通信を用いているが、公衆無線通信は、鉄道専用に敷設された有線通信と比較して、通信遅延や通信途絶といった通信不良が発生しやすいという短所がある。

【0022】

このため、本実施形態では、電文は、自装置の内部時計による送信時の時刻（送信時刻）を付加して送信するとともに、電文を受信すると、これに対応する応答電文を返信することで、通信不良の発生有無を判定している。またこのためには、車上装置２０及び地上装置３０それぞれの内部時計が同期している必要があるが、車上装置２０及び地上装置３０それぞれが内部時計を自律的に精確な時刻に補正することでこれを担保している。但し、各装置が実施する時刻補正のタイミングの違いや、ＧＰＳ衛星３からの信号を受信できない場所（例えばトンネル内や天空が開けていない場所など）に列車１０が位置するといったことが原因で、同期が取れない場合がある。そこで、内部時計の計時時刻と、受信した電文に付加されている時刻とを用いることで、互いの内部時計の同期／非同期を判定している。

【0023】

（Ｂ）正常時
図２は、正常時の通信手順を示す図である。図２では、車上装置２０及び地上装置３０の一方が電文を送信する送信側であり、他方がこの電文を受信する受信側としている。また、横軸を、送信側及び受信側それぞれの内部時計による計時時刻ｔ_ｓ，ｔ_ｒとしている。以降の図４〜図７においても同様である。なお正常時とは、通信不良（通信遅延、及び、通信途絶）が発生しておらず、且つ、内部時計が同期している状態である。

【0024】

先ず、送信側が通信電文を送信する。この通信電文には、送信側の内部時計による送信時刻ｔ_ｓ１が付加されている。すると、受信側は、内部時計による受信時刻ｔ_ｒ２において、この通信電文を受信する。受信側は、通信電文を受信すると、これに応答する電文（応答電文）を送信する。この応答電文には、受信側の内部時計による送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３が付加されている。そして、送信側は、内部時計による受信時刻ｔ_ｓ４において、この応答電文を受信する。送信側は、応答電文を受信したことで、通信電文が正常に受信されたことを確認する。

【0025】

この場合、送受信時刻ｔ_ｓ１〜ｔ_ｓ４の時系列関係は、ｔ_ｓ１＜ｔ_ｒ２＜ｔ_ｒ３＜ｔ_ｓ４、となる。また、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と受信時刻ｔ_ｒ２との時刻差（＝ｔ_ｓ１−ｔ_ｒ２）、及び、応答電文の送信時刻ｔ_ｒ３と受信時刻ｔ_ｓ４との時刻差（＝ｔ_ｒ３−ｔ_ｓ４）は、通信回線Ｎに応じて想定される標準通信時間Ｔ０にほぼ近い値となる。

【0026】

本実施形態では、標準通信時間Ｔ０を前提とした通信の許容時間を定めるが、この前提に関する実証実験を行った。図３は、公衆無線通信の１つである携帯電話回線を用いて実車試験を行った結果を示す図である。図３（１）は、車上装置と地上装置間で行った約４０００回の往復通信それぞれについて、車上装置が電文を送信してから、地上装置が受信および応答電文を返信し、更に車上装置が受信するまでの往復通信時間を示した図である。また、図３（２）は、横軸を往復通信時間とした図３（１）の度数分布を示す図である。図３から分かる通り、殆どの往復通信が０．５秒以下となった。このため、車上装置と地上装置間を公衆無線通信で通信する場合であっても、標準通信時間Ｔ０を定めることは可能であり、通信の許容時間を定めて通信の正常／異常（同期／非同期）を判定することが有意であることが実証された。

【0027】

（Ｃ）通信不良１（通信遅延）
図４は、通信遅延が生じている場合の通信手順を示す図である。但し、送信側と受信側との内部時計は同期している。先ず、送信側が、送信時刻ｔ_ｓ１を付加した通信電文を送信する。すると、受信側は、受信時刻ｔ_ｒ２において、この通信電文を受信する。

【0028】

送信側と受信側との間に通信遅延が生じている場合、その通信時間は標準通信時間Ｔ０より長くなる。つまり、受信側では、通信電文に付加されている送信時刻ｔ_ｓ１と、通信電文の受信時刻ｔ_ｒ２との時刻差Δｔ_１２（＝ｔ_ｒ２−ｔ_ｓ１）によって、通信遅延を判断できる。例えば、時刻差Δｔ_１２が、標準通信時間Ｔ０より長い所定の遅延許容時間Ｔ１を超える場合に、受信側が、通信遅延が発生していると判断することが可能である。

【0029】

また、送信側において、通信電文を送信した送信時刻ｔ_ｓ１から、応答電文を受信した受信時刻ｔ_ｓ４までの時刻差が、所定の応答待機時間Ｔ２を超える場合に、送信側が、通信遅延が発生していると判断することが可能である。

【0030】

（Ｄ）通信不良２（通信途絶）
図５は、通信途絶が発生した場合の通信手順を示す図である。但し、内部時計は同期している。先ず、送信側が、送信時刻ｔ_ｓ１を付加した通信電文を送信する。すると、受信側は、受信時刻ｔ_ｒ２においてこの通信電文を受信し、続いて、送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３を付加した応答電文を送信するが、このとき、受信側と送信側との間に発生した通信途絶によって、送信側において応答電文が受信されない。

【0031】

つまり、送信側では、送信した通信電文に対する応答電文の受信有無によって、受信側との間の通信途絶を判断することができる。例えば、応答電文が受信されないまま、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１からの経過時間が所定の応答待機時間Ｔ２に達したことで、通信途絶と判断することが可能である。

【0032】

（Ｅ）内部時計の非同期１
図６は、内部時計が同期していない（非同期の）場合の通信手順を示す図である。図６では、非同期となっているため、送信側および受信側それぞれの内部時計の時間軸を、絶対時刻に合わせてずらして示している。詳細には、送信側の内部時計に対して、受信側の内部時計が遅れている場合の例であり、受信側の内部時計の時間軸が相対的に左側にずれている。但し、通信遅延は発生していないとする。

【0033】

先ず、送信側が、送信時刻ｔ_ｓ１を付加した通信電文を送信する。すると、受信側は、受信時刻ｔ_ｒ２において、この通信電文を受信し、続いて、送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３において、送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３を付加した応答電文を送信する。そして、送信側は、受信時刻ｔ_ｓ４において、この応答電文を受信する。

【0034】

しかし、相対的に受信側の内部時計が遅れており（換言すると、送信側の内部時計が進んでいるため）、図６の例では、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と、受信時刻ｔ_ｒ２とが逆転している（ｔ_ｓ１＞ｔ_ｒ２）。つまり、受信側では、受信した通信電文に付加されている送信時刻ｔ_ｓ１と、内部時計による受信時刻ｔ_ｒ２とを比較することで、互いの内部時計の非同期（詳細には、受信側の内部時計の相対的な遅れ、送信側の内部時計の相対的な進み）を判断することができる。

【0035】

また、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と、応答電文の送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３とが逆転することもある（ｔ_ｓ１＞ｔ_ｒ３）。つまり、送信側では、内部時計による通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と、応答電文に付加されている送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３とを比較することで、内部時計の非同期（詳細には、送信側の内部時計の相対的な進み、受信側の内部時計の相対的な遅れ）を判断することができる。

【0036】

（Ｆ）内部時計の非同期２
図７は、内部時計が同期していない（非同期の）場合の通信手順を示す図である。非同期となっているため、送信側および受信側それぞれの内部時計の時間軸を、絶対時刻に合わせてずらして示している。詳細には、送信側の内部時計に対して、受信側の内部時計が進んでいる場合の例であり、受信側の内部時計の時間軸が相対的に右側にずれている。但し、通信遅延は発生していない。

【0037】

先ず、送信側が、送信時刻ｔ_ｓ１を付加した通信電文を送信する。すると、受信側では、受信時刻ｔ_ｒ２においてこの通信電文を受信し、続いて、送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３を付加した応答電文を送信する。そして、送信側は、受信時刻ｔ_ｓ４において、この応答電文を受信する。

【0038】

しかし、相対的に受信側の内部時計が進んでおり（換言すると、送信側の内部時計が遅れているため）、図７の例では、応答電文の送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３と、受信時刻ｔ_ｓ４とが逆転している（ｔ_ｒ３＞ｔ_ｓ４）。つまり、受信側では、受信した応答電文に含まれる送信時刻ｔ_ｒ３と、内部時計による応答電文の受信時刻ｔ_ｓ４とを比較することで、互いの内部時計の非同期（詳細には、送信側の内部時計の相対的な遅れ、受信側の内部時計の相対的な進み）を判断することができる。

【0039】

［機能構成］
（Ａ）車上装置
図８は、車上装置２０の本実施形態に係る構成図である。図８に示すように、車上装置２０は、車上操作部１１０と、表示部１２０と、時計部１３０と、ＧＰＳ受信部１４０と、無線通信部１５０と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて、１枚又は複数の制御基板などによって一種のコンピュータとして構成される。

【0040】

操作部１１０は、例えばキーボードやタッチパネル、各種スイッチ、各種センサ等の入力装置で実現され、なされた操作入力に応じた操作信号を処理部２００に出力する。表示部１２０は、例えばＬＣＤ等の表示装置で実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。時計部１３０は、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、計時した現在時刻や、指定タイミングからの経過時間等の時間信号を処理部２００に出力する。

【0041】

ＧＰＳ受信部１４０は、ＧＰＳ衛星３から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信し、所定時間（例えば１秒）毎に、緯度経度で表される自装置の位置及び速度を含む測位情報や、精確な時刻（以下、ＧＰＳ時刻という）である時刻情報を生成する。

【0042】

無線通信部１５０は、通信回線Ｎに接続して、外部装置（主に、地上装置３０）との無線通信を行う。

【0043】

処理部２００は、例えばＣＰＵ等の演算装置で実現され、記憶部３００に記憶されるプログラムやデータ、無線通信部１５０を介した受信データ等に基づいて、車上装置２０の全体制御を行う。また、処理部２００は、時刻算出部２１０と、位置速度算出部２２０と、電文送信制御部２３０と、電文受信制御部２４０と、走行制御部２５０とを有する。

【0044】

時刻算出部２１０は、車上装置２０の内部時計であり、時計部１３０によって計時されている現在時刻を取得する。また、ＧＰＳ受信部１４０によって時刻情報が生成されると、この時刻情報に含まれるＧＰＳ時刻に基づいて、現在時刻を補正する。

【0045】

位置速度算出部２２０は、車軸に取り付けられた速度発電機１２の計測値をもとに、自列車の現在の走行位置（走行距離やキロ程）及び走行速度を算出する。

【0046】

電文送信制御部２３０は、通信電文生成部２３２と、送信時時刻検定部２３４と、通信不良判定部２３６とを有し、通信電文の送信に係る制御を行う。つまり、この電文送信制御部２３０は、車上装置２０が、図２，図４〜７における“送信側”である場合に機能する。

【0047】

通信電文生成部２３２は、送信する通信データに送信時刻ｔ_ｓ１を付加して通信電文を生成し、車上無線通信部１５０を介して地上装置３０へ送信する。

【0048】

送信時時刻検定部２３４は、地上装置３０の内部時計との同期／非同期を判定する時刻検定を行う。すなわち、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と、この通信電文に対応する応答電文の受信時刻ｔ_ｓ４と、この応答電文に含まれる送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３とを比較し、その時系列関係が、ｔ_ｓ１＜ｔ_ｒ３＜ｔ_ｓ４、となっているならば同期と判断し、なっていないならば非同期と判断する。これは、図２に示したように、正常の場合には、応答電文の送信時刻ｔ_ｒ３は、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と、応答電文の受信時刻ｔ_ｓ４との間に位置する。しかし、図６，図７に示したように、内部時計が非同期の場合には、送信時刻ｔ_ｒ３が、送信時刻ｔ_ｓ１と受信時刻ｔ_ｓ４との間に位置しないことがあるからである。

【0049】

通信不良判定部２３６は、地上装置３０との間の通信不良を判定する。すなわち、送信した通信電文に対応する応答電文が受信されないまま、この通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１からの経過時間が所定の応答待機時間Ｔ２に達した場合に、通信遅延、或いは、通信途絶による通信不良と判断する。

【0050】

ここで、電文送信制御部２３０による通信電文の送信の際に用いられるデータは、送信制御用データ３３０として蓄積記憶される。図９は、送信制御用データ３３０のデータ構成例である。図９に示すように、送信制御用データ３３０は、送信した通信電文それぞれについて、電文ＩＤと、送信時刻ｔ_ｓ１と、対応する応答電文の受信有無と、応答電文に付加されている送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３と、応答電文の受信時刻ｔ_ｓ４と、送信時時刻検定部２３４による時刻検定結果（同期／非同期）と、通信不良判定部２３６による通信不良判定結果とを対応付けて格納している。

【0051】

電文受信制御部２４０は、受信時時刻検定部２４２と、通信遅延判定部２４４と、応答電文生成部２４６とを有し、通信電文の受信に係る制御を行う。つまり、この電文受信制御部２４０は、車上装置２０が、図２，図４〜図７における“受信側”である場合に機能する。

【0052】

受信時時刻検定部２４２は、地上装置３０との内部時計の同期／非同期を判定する時刻検定を行う。すなわち、受信した通信電文に含まれる送信時刻ｔ_ｓ１と、この通信電文の受信時刻ｔ_ｒ２とを比較し、その時系列関係が、ｔ_ｓ１＜ｔ_ｒ２、となっているならば同期と判断し、なっていないならば非同期と判断する。これは、図２に示したように、正常時には、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１、及び、受信時刻ｔ_ｒ２の時系列関係は、ｔ_ｓ１＜ｔ_ｒ２、である。しかし、図６，図７に示したように、内部時計が非同期の場合には、これらの送受信時刻ｔ_ｓ１，ｔ_ｒ２の順序が逆転することがあるからである。

【0053】

通信遅延判定部２４４は、地上装置３０との間の通信遅延を判定する。すなわち、受信した通信電文に含まれる送信時刻ｔ_ｓ１と、通信電文の受信時刻ｔ_ｒ２との時刻差（＝ｔ_ｒ２−ｔ_ｓ１）が、所定の遅延許容時間Ｔ１を超える場合に、通信遅延の有りを判定する。

【0054】

応答電文生成部２４６は、受信した通信電文に対する応答電文を生成し、無線通信部１５０を介して、送信元の地上装置３０へ送信する。このとき、応答電文に送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３を付加して応答電文を生成・送信する。

【0055】

ここで、電文受信制御部２４０による通信電文の受信の際に用いられるデータは、受信制御用データ３４０として蓄積記憶される。図１０は、受信制御用データ３４０のデータ構成例である。図１０に示すように、受信制御用データ３４０は、受信した通信電文それぞれについて、電文ＩＤと、通信電文の受信時刻ｔ_ｒ２と、通信電文に付加されている送信時刻ｔ_ｓ１と、対応する応答電文の送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３と、受信時時刻検定部２４２による時刻検定結果と、通信遅延判定部２４４による通信遅延判定結果とを対応付けて格納している。

【0056】

走行制御部２５０は、地上装置３０から受信した走行制御データ３５０に基づく自列車の走行制御を行う。例えば、線路条件や自列車の走行性能等をもとに、指定された停止目標に停止させるための速度照査を行う。具体的には、現在の走行位置の照査速度と現在の走行速度とを比較し、走行速度が照査速度を超える場合には、ブレーキ機構１４を動作させて減速させる。また、現在の走行位置に応じて車内信号機１６の表示を制御する。

【0057】

記憶部３００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、車上処理部２００が車上装置２０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部の作業領域として用いられ、処理部２００が実行した演算結果や、ＧＰＳ受信部１４０や無線通信部１５０による受信データ等が一時的に格納される。本実施形態では、電文送信制御プログラム３１０と、電文受信制御プログラム３２０と、送信制御用データ３３０と、受信制御用データ３４０と、走行制御データ３５０とが記憶される。

【0058】

（Ｂ）地上装置
図１１は、地上装置３０の構成図である。図１１に示すように、地上装置３０は、操作部５１０と、表示部５２０と、時計部５３０と、ＧＰＳ受信部５４０と、無線通信部５５０と、処理部６００と、記憶部７００とを備えて構成される。

【0059】

操作部５１０は、例えばキーボードやタッチパネル、各種スイッチ、各種センサ等の入力装置で実現され、なされた操作入力に応じた操作信号を処理部６００に出力する。表示部５２０は、例えばＬＣＤ等の表示装置で実現され、処理部６００からの表示信号に基づく各種表示を行う。時計部５３０は、水晶発振器等を有する発振回路によって構成され、計時した現在時刻や、指定タイミングからの経過時間等の時間信号を処理部６００に出力する。

【0060】

ＧＰＳ受信部５４０は、ＧＰＳ衛星３から発信されているＧＰＳ衛星信号を受信し、所定時間（例えば１秒）毎に、緯度経度で表される自装置の位置及び速度を含む測位情報や、精確な時刻（以下、ＧＰＳ時刻という）である時刻情報を生成する。

【0061】

無線通信部５５０は、通信回線Ｎに接続して、外部装置（主に、車上装置２０）との無線通信を行う。

【0062】

処理部６００は、例えばＣＰＵ等の演算装置で実現され、記憶部７００に記憶されるプログラムやデータ、無線通信部５５０を介した受信データ等に基づいて、地上装置３０の全体制御を行う。また、処理部６００は、時刻算出部６１０と、電文送信制御部６３０と、電文受信制御部６４０とを有する。

【0063】

時刻算出部６１０は、地上装置３０の内部時計であり、時計部５３０によって計時されている現在時刻を取得する。また、地上ＧＰＳ受信部５４０によって時刻情報が生成されると、この時刻情報に含まれるＧＰＳ時刻に基づいて、現在時刻を補正する。

【0064】

電文送信制御部６３０、及び、電文受信制御部６４０は、それぞれ、車上装置２０における電文送信制御部２３０、及び、電文受信制御部２４０と同一の機能部である。すなわち、電文送信制御部６３０は、通信電文生成部６３２と、送信時時刻検定部６３４と、通信不良判定部６３６とを有する。そして、地上装置３０が、図２，図４〜図7における“送信側”である場合に機能し、車上装置２０への通信電文の送信の際の制御を行う。また、電文受信制御部６４０は、受信時時刻検定部６４２と、通信遅延判定部６４４と、応答電文生成部６４６とを有する。そして、地上装置３０が、図２，図４〜図７における“受信側”である場合に機能し、車上装置２０から通信電文を受信した際の制御を行う。

【0065】

記憶部７００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部６００が地上装置３０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部６００の作業領域として用いられ、処理部６００が実行した演算結果、ＧＰＳ受信部５４０や無線通信部５５０による受信データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部７００には、電文送信制御プログラム７１０と、電文受信制御プログラム７２０と、送信制御用データ７３０と、受信制御用データ７４０とが記憶される。これらのプログラム及びデータも、車上装置２０の記憶部３００に記憶されたプログラム及びデータに対応するものである。

【0066】

［処理の流れ］
（Ａ）送信
図１２は、通信電文の送信の際の処理を説明するフローチャートである。この処理は、車上装置２０、及び、地上装置３０それぞれの電文送信制御部２３０，６３０が、電文送信制御プログラム３１０，７１０に従って実行する処理であり、他装置（相手装置）への通信データの送信が要求された際に実行される。

【0067】

この処理では、先ず、通信電文生成部２３２，６３２が、通信データに送信時刻ｔ_ｓ１を付加して通信電文を生成し、送信先として指定された他装置へ送信する（ステップＡ１）。そして、送信した通信電文に対応する応答電文の受信を待機する。

【0068】

応答電文が受信されないまま（ステップＡ３：ＮＯ）、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１からの経過時間が所定の応答待機時間Ｔ２に達したならば（ステップＡ５：ＹＥＳ）、通信不良判定部２３６，６３６が、送信先の他装置との間に通信不良が発生していると判定する（ステップＡ７）。そして、通信電文生成部２３２，６３２が、送信時刻ｔ_ｓ１を更新して通信電文を再送信した後（ステップＡ９）、ステップＡ３に戻り、応答電文の受信を待機する。

【0069】

一方、応答電文を受信したならば（ステップＡ３：ＹＥＳ）、続いて、送信時時刻検定部２３４，６３４が、内部時計の同期／非同期を判定する時刻検定を行う。すなわち、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と、応答電文の受信時刻ｔ_ｓ４と、応答電文に付加されている送信時刻（応答時刻）ｔ_ｒ３との時系列順序が、正常な順序である「ｔ_ｓ１＜ｔ_ｒ３＜ｔ_ｓ４」となっているかを判断する。

【0070】

正常な順序となっているならば（ステップＡ１１：ＹＥＳ）、送信先の他装置の内部時計との間で同期がとれている（同期）と判定する（ステップＡ１３）。そして、送信先の他装置へ正常に送信されたことを判定する（ステップＡ１５）。

【0071】

一方、正常な順序となっていないならば（ステップＡ１１：ＮＯ）、送信先の他装置との間で内部時計の同期がとれていない（非同期）と判定し（ステップＡ１７）、送信先の他装置に対して、内部時計が非同期である旨を通知する（ステップＡ１９）。以上の処理を行うと、電文送信制御部２３０，６３０は、電文送信制御処理を終了する。

【0072】

（Ｂ）受信
図１３は、通信電文を受信した際の処理を説明するフローチャートである。この処理は、車上装置２０、及び、地上装置３０それぞれの電文受信制御部２４０，６４０が電文受信制御プログラム３２０，７２０に従って実行する処理であり、他装置からの通信電文が受信された際に実行される。

【0073】

この処理では、他装置からの通信電文を受信すると（ステップＢ１）、先ず、受信時時刻検定部２４２，６４２が、内部時計の同期／非同期を判定する時刻検定を行う。すなわち、通信電文の受信時刻ｔ_ｒ２、及び、通信電文に含まれている送信時刻ｔ_ｓ１の時系列順序が、正常な順序である「ｔ_ｓ１＜ｔ_ｒ２」となっているかを判定する。正常な順序となっていないならば（ステップＢ３：ＮＯ）、送信元の他装置との間で内部時計が非同期と判定し（ステップＢ５）、その旨を送信元の装置へ通知する（ステップＢ７）。

【0074】

一方、正常な順序となっているならば（ステップＢ３：ＹＥＳ）、送信元の他装置との間で内部時計が同期していると判定する（ステップＢ９）。続いて、通信遅延判定部２４４，６４４が、通信遅延の有無を判定する。すなわち、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と応答電文の受信時刻ｔ_ｒ２との時刻差Δｔ_１２を算出し（ステップＢ１１）、この時刻Δｔ_１２を、所定の遅延許容時間Ｔ１と比較する。

【0075】

時刻差Δｔ_１２が遅延許容時間Ｔ１以下ならば（ステップＢ１３：ＹＥＳ）、通信遅延が無く、通信電文を正常に受信したと判断し（ステップＢ１５）、受信した通信電文を利用可能とする（ステップＢ１７）。そして、応答電文生成部２４６，６４６が、通信電文に対応する応答電文を生成し、送信時刻ｔ_ｒ３を付加して、送信元の他装置へ送信する（ステップＢ１９）。

【0076】

一方、時刻差Δｔ_１２が遅延許容時間Ｔ１を超えるならば（ステップＢ１３：ＮＯ）、通信遅延による通信不良と判断し（ステップＢ２１）、受信した通信電文を、例えば破棄して利用不可能とする（ステップＢ２３）。以上の処理を行うと、電文受信制御部２４０，６４０は、電文送信制御処理を終了する。

【0077】

［実施例］
続いて、鉄道用の通信システム１の具体的な適用例を説明する。

【0078】

（１）集中連動に適用
図１４は、通信システム１を連動制御システムに適用した場合の構成例である。この場合、地上装置３０は集中連動装置であり、転てつ機４２や信号機４４といった現場機器を制御する駅装置４０と通信回線Ｎを介して通信接続される。そして、地上装置３０は、車上装置２０と無線通信を行うことで、各列車の在線位置（在線情報）を把握するとともに、駅装置４０と無線通信を行って転てつ機４２や信号機４４を制御することで、要求された進路の設定を行う。地上装置３０と車上装置２０との間の無線通信や、地上装置３０と駅装置４０との間の無線通信に、上述した通信システム１の原理を適用することができる。

【0079】

［作用効果］
このように、本実施形態の鉄道用の通信システム１では、車上装置２０と地上装置３０との通信手段として公衆無線通信サービスを利用することで、専用の有線通信網を構築する場合に比較して大幅なコスト削減を図ることができる。

【0080】

また、車上装置２０と地上装置３０との通信として無線通信を行うが、電文を送信する場合には電文に内部時計による送信時刻を付加して送信するとともに、電文を受信すると、対応する応答電文を送信（返信）する。このことにより、通信遅延や通信途絶といった通信不良の発生有無や、双方の装置の内部時計の同期がとれているか否か（同期／非同期）を判定することができ、通信の信頼性を確保することが可能となる。

【0081】

すなわち、車上装置２０及び地上装置３０それぞれは、通信電文を受信した場合には、受信時刻ｔ_ｒ２が、受信した通信電文に含まれる送信時刻ｔ_ｓ１より後であり、且つ、その時刻差Δｔ_１２（＝ｔ_ｒ２−ｔ_ｓ１）が所定の許容遅延時間Ｔ１内であるならば、正常に受信したと判断してこの通信電文を利用可能とし、そうでないならば、通信遅延或いは内部時計の非同期が発生していると判断して、この通信電文を利用不可能とする。

【0082】

また、車上装置２０及び地上装置３０それぞれは、通信電文を送信した場合には、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１から所定の通信待機時間Ｔ２が経過する前に対応する応答電文を受信し、且つ、受信した応答電文に付加されている送信時刻ｔ_ｒ３が、通信電文の送信時刻ｔ_ｓ１と応答電文の受信時刻ｔ_ｓ４との間に位置するならば、通信電文が正常に受信されたと判断し、そうでないならば、通信遅延或いは内部時計の非同期が発生していると判断して通信電文を再送信する。

【0083】

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

【0084】

（Ａ）
上述の実施形態では、ＧＰＳ衛星信号を受信することで絶対時刻を取得し、車上装置２０と地上装置３０との内部時計の同期を取るようにしたが、例えば、時刻データであるタイムコードを含む標準電波を受信することで、絶対時刻を取得するようにしても良い。

【符号の説明】

【0085】

１ 通信システム
２０ 車上装置
１１０ 操作部、１２０ 表示部、１３０ 時計部
１４０ ＧＳＰ受信部、１５０ 無線通信部
２００ 処理部
２１０ 時刻算出部、２２０ 位置速度算出部
２３０ 電文送信制御部
２３２ 通信電文生成部、２３４ 送信時時刻検定部、２３６ 通信不良判定部
２４０ 電文受信制御部
２４２ 受信時時刻検定部、２４４ 通信遅延判定部、２４６ 応答電文生成部
２５０ 走行制御部
３００ 記憶部
３１０ 電文送信制御プログラム、３２０ 電文受信制御プログラム
３３０ 送信制御用データ、３４０ 受信制御用データ、３５０ 走行制御データ
３０ 地上装置
５１０ 操作部、５２０ 表示部、５３０ 時計部
５４０ ＧＳＰ受信部、５５０ 無線通信部
６００ 処理部
６１０ 時刻算出部
６３０ 電文送信制御部
６３２ 通信電文生成部、６３４ 送信時時刻検定部、６３６ 通信不良判定部
６４０ 電文受信制御部
６４２ 受信時時刻検定部、６４４ 通信遅延判定部、６４６ 応答電文生成部
７００ 記憶部
７１０ 電文送信制御プログラム、７２０ 電文受信制御プログラム
７３０ 送信制御用データ、７４０ 受信制御用データ
Ｎ 通信回線
３ ＧＳＰ衛星
１０ 列車
１２ 速度発電機、１４ ブレーキ機構、１６ 車内信号機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】