特開 2023-162471 位置検知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023162471

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】位置検知システム

(51)【国際特許分類】

   B61L 25/02 20060101AFI20231101BHJP

   G01C 21/28 20060101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

B61L25/02 G

G01C21/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022072795

(22)【出願日】2022-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】317005022

【氏名又は名称】独立行政法人自動車技術総合機構

(74)【代理人】

【識別番号】100113712

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 裕弘

(72)【発明者】

【氏名】山口 大助

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 智紀

(72)【発明者】

【氏名】森 崇

(72)【発明者】

【氏名】八木 誠

【テーマコード（参考）】

2F129

5H161

【Ｆターム（参考）】

2F129AA08

2F129BB15

2F129BB33

2F129BB66

2F129EE78

2F129GG18

5H161AA01

5H161BB02

5H161CC20

5H161DD20

5H161DD22

5H161FF07

(57)【要約】

【課題】軌道上を走行する車両において、低コストに精度良く車両の位置を検知する。
【解決手段】位置検知システム１は、軌道上を走行する車両２の位置を検知するためのシステムである。位置検知システム１は、軌道又は軌道近傍に設けられた標示３と、車両２に設けられたＬｉＤＡＲ４及び処理部５を備える。標示３は、複数の再帰性反射体６を有し、その再帰性反射体６の配置パターンによって情報を示す。ＬｉＤＡＲ４は、車両２の前方に向けてレーザ光を照射し、その反射光によって再帰性反射体６の配置パターンを検知するとともに、標示３までの距離を測定する。処理部５は、再帰性反射体６の配置パターンが示す情報に基づいてその標示３の位置情報を取得し、その標示３の位置情報とその標示３までの距離から車両２の位置を算出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軌道上を走行する車両の位置を検知するための位置検知システムであって、
軌道又は軌道近傍に設けられた標示と、
車両に設けられたＬｉＤＡＲ及び処理部を備え、
前記標示は、複数の再帰性反射体を有し、その再帰性反射体の配置パターンによって情報を示し、
前記ＬｉＤＡＲは、車両の前方に向けてレーザ光を照射し、その反射光によって前記配置パターンを検知するとともに、前記標示までの距離を測定し、
前記処理部は、前記配置パターンが示す情報に基づいてその標示の位置情報を取得し、その標示の前記位置情報とその標示までの前記距離から前記車両の位置を算出することを特徴とする位置検知システム。

【請求項2】

前記各再帰性反射体は、前記標示におけるドット又は線を構成することを特徴とする請求項１に記載の位置検知システム。

【請求項3】

前記標示は、複数の線を構成する前記再帰性反射体に挟まれた領域に複数のドットを構成する前記再帰性反射体を有することを特徴とする請求項２に記載の位置検知システム。

【請求項4】

前記標示が示す情報は、その標示を一意に識別するための識別情報であり、
前記処理部は、標示の前記識別情報と、付加情報を対応させて予め記憶しており、
前記付加情報は、前記標示の位置情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の位置検知システム。

【請求項5】

前記車両は、駅間を列車として運転され、
前記標示は、駅に設けられ、
前記付加情報は、前記駅に関する駅情報をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の位置検知システム。

【請求項6】

前記駅情報は、駅名又は駅番号を含むことを特徴とする請求項５に記載の位置検知システム。

【請求項7】

前記駅情報は、自列車の停車駅と通過駅との区別を含むことを特徴とする請求項５に記載の位置検知システム。

【請求項8】

前記駅情報は、駅の番線を含むことを特徴とする請求項５に記載の位置検知システム。

【請求項9】

前記駅情報は、列車停止位置目標の情報を含むことを特徴とする請求項５に記載の位置検知システム。

【請求項10】

前記駅情報は、駅で開扉するドアの情報を含むことを特徴とする請求項５に記載の位置検知システム。

【請求項11】

前記配置パターンは、誤り検知又は誤り訂正のための冗長性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の位置検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の位置を検知するための位置検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

地上側で車両の位置を検知する方法として、軌道回路を用いる検知方法がある。軌道回路は、鉄道事業者にとって保守管理の負担が大きい。車両側で車両の位置を検知する方法としては、速度発電機を用いる検知方法が一般的である。衛星測位は、トンネル内で使用できないからである。

【0003】

速度発電機を用いる検知方法では、速度発電機で車輪の回転を検知し、車輪の回転数と車輪径から車両の走行距離を積算する。

【0004】

しかし、車輪の回転数は、車輪の滑走や空転によって誤差が生じる。また、車輪径が摩耗によって小さくなり、計算に用いる初期径との差が大きくなるため、走行距離の積算に誤差が生じる。このため、速度発電機を用いる検知方法は、積算する走行距離に誤差が累積し、誤差補正のための情報が必要である。

【0005】

また、車両の位置を知るためには、走行距離だけでなく車両の初期位置又は固有地点の絶対位置の情報も必要である。

【0006】

従来から、速度発電機を用いて走行距離を積算し、位置が分かっている地上子を車上子で検知して自列車の位置情報を補正する列車位置検知装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、地上子の設置は高コストである。また、地上子は、車両からの落雪等によって破損することがあり、修理にコストがかかる。

【0007】

また、無線を用いて列車位置を検知する列車において、列車に車上子と車上トランスポンダを搭載し、地上に地上子と地上トランスポンダを設置する列車初期位置設定装置が知られている（特許文献２参照）。この列車初期位置設定装置は、車上子と地上子との電磁的な結合と、車上トランスポンダと地上トランスポンダとの間の通信を用いて列車の初期位置を設定する。しかしながら、地上子と地上トランスポンダの設置は高コストである。

【0008】

なお、車上子は、地上子の真上で電磁的に結合するので、地上子の真上に来るまでその地上子の存在が分からない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】実開平４－１０８４７９号公報

【特許文献2】特開２００４─３５９１５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記問題を解決するものであり、軌道上を走行する車両において、低コストに精度良く車両の位置を検知することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の位置検知システムは、軌道上を走行する車両の位置を検知するためのシステムであって、軌道又は軌道近傍に設けられた標示と、車両に設けられたＬｉＤＡＲ及び処理部を備え、前記標示は、複数の再帰性反射体を有し、その再帰性反射体の配置パターンによって情報を示し、前記ＬｉＤＡＲは、車両の前方に向けてレーザ光を照射し、その反射光によって前記配置パターンを検知するとともに、前記標示までの距離を測定し、前記処理部は、前記配置パターンが示す情報に基づいてその標示の位置情報を取得し、その標示の前記位置情報とその標示までの前記距離から前記車両の位置を算出することを特徴とする。

【0012】

この位置検知システムにおいて、前記各再帰性反射体は、前記標示におけるドット又は線を構成することが好ましい。

【0013】

この位置検知システムにおいて、前記標示は、複数の線を構成する前記再帰性反射体に挟まれた領域に複数のドットを構成する前記再帰性反射体を有してもよい。

【0014】

この位置検知システムにおいて、前記標示が示す情報は、その標示を一意に識別するための識別情報であり、前記処理部は、標示の前記識別情報と、付加情報を対応させて予め記憶しており、前記付加情報は、前記標示の位置情報を含むことが好ましい。

【0015】

この位置検知システムにおいて、前記車両は、駅間を列車として運転され、前記標示は、駅に設けられ、前記付加情報は、前記駅に関する駅情報をさらに含んでもよい。

【0016】

この位置検知システムにおいて、前記駅情報は、駅名又は駅番号を含んでもよい。

【0017】

この位置検知システムにおいて、前記駅情報は、自列車の停車駅と通過駅との区別を含んでもよい。

【0018】

この位置検知システムにおいて、前記駅情報は、駅の番線を含んでもよい。

【0019】

この位置検知システムにおいて、前記駅情報は、列車停止位置目標の情報を含んでもよい。

【0020】

この位置検知システムにおいて、前記駅情報は、駅で開扉するドアの情報を含んでもよい。

【0021】

この位置検知システムにおいて、前記配置パターンは、誤り検知又は誤り訂正のための冗長性を有することが好ましい。

【発明の効果】

【0022】

本発明の位置検知システムによれば、再帰性反射体を有する標示を軌道又は軌道近傍に設けるので、地上子を軌道に設けるよりも低コストに車両の位置を検知することができる。また、標示までの距離の測定にＬｉＤＡＲのレーザ光を用いるので、精度良く車両の位置を検知することができる。さらに、ＬｉＤＡＲが車両の前方に向けてレーザ光を照射するので、標示の手前から車両の位置を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は本発明の一実施形態に係る位置検知システムの構成図である。

【図2】図２は同システムにおける標示の配置を例示する平面図である。

【図3】図３（ａ）～（ｄ）は同システムにおけるＬｉＤＡＲの表示例である。

【図4】図４は本発明の実施形態の変形例に係る位置検知システムにおける標示の配置を例示する平面図である。

【図5】図５（ａ）、（ｂ）は同変形例におけるＬｉＤＡＲの表示例である。

【図6】図６は本発明の実施例における標示の配置を示す平面図である。

【図7】図７は本発明の別の実施例における標示の配置を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の一実施形態に係る位置検知システムを図１乃至図５を参照して説明する。図１に示すように、位置検知システム１は、軌道上を走行する車両２の位置を検知するためのシステムである。位置検知システム１は、標示３と、ＬｉＤＡＲ４及び処理部５を備える。標示３は、軌道又は軌道近傍に設けられる。ＬｉＤＡＲ４及び処理部５は、車両２に設けられる。標示３は、複数の再帰性反射体６を有し、その再帰性反射体６の配置パターンによって情報を示す。

【0025】

ＬｉＤＡＲ４は、車両２の前方に向けてレーザ光Ｌを照射し、その反射光によって標示３における再帰性反射体６の配置パターンを検知するとともに、その標示３までの距離を測定する。

【0026】

処理部５は、再帰性反射体６の配置パターンが示す情報に基づいて標示３の位置情報を取得し、取得した標示３の位置情報と測定した標示３までの距離から車両２の位置を算出する。車両２の位置は、例えばキロ程で表される。

【0027】

位置検知システム１についてさらに詳述する。車両２は、例えば路面電車である（軌道法参照）。車両２は、普通鉄道の車両であってもよい（鉄道事業法参照）。

【0028】

処理部５は、コンピュータであり、ＣＰＵとメモリ等を有し、プログラムを実行することによって機能する（図１参照）。処理部５は、ＬｉＤＡＲ４から入力されたデータを処理し、その処理結果を出力する。処理結果の出力先は、例えば、車両２に搭載されたディスプレイ、又は処理結果を利用する装置又は他のシステム等である。

【0029】

ＬｉＤＡＲとは、Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ（光による検知と測距）、又はＬａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ（レーザによる画像化検知と測距）の略称であり、ＬＩＤＡＲとも書かれる。一般的に、ＬｉＤＡＲは、レーザ光を照射し、その光を反射した物体までの距離を測定するとともに、その物体の位置や形状を検知する。

【0030】

位置検知システム１では、ＬｉＤＡＲ４は、標示３の再帰性反射体６の配置パターンを検知するとともに、その標示３までの距離を測定するために用いられる。すなわち、標示３は、ＬｉＤＡＲ４のターゲットマーカである。

【0031】

再帰反射とは、広い照射角にわたって、入射光の光路にほぼ沿う方向に、選択的に反射光が戻るような反射である（ＪＩＳ Ｚ８７１３「再帰性反射体―光学的特性―用語」参照）。再帰性反射体は、その反射光のほとんどが戻る表面を有する（同ＪＩＳ参照）。例えば、屈折率が高い微小なガラス球が多数埋め込まれた透明な合成樹脂は、ガラス球によって入射光を再帰反射する。

【0032】

図２に示すように、本実施形態では、各再帰性反射体６は、標示３におけるドット（大きさを有する点）を構成する。ドットを構成する再帰性反射体６の一具体例は、再帰反射をする道路鋲である。道路鋲は、路面から突出する外形を有し、少なくとも進来する車両に向いている側に反射面を有する。例えば、道路鋲は、四角錐等の多角錐又は円錐の外形を有し、進来する車両に向いている錐体面が反射面となるように設けられる。道路鋲は、軌道に設けられる。例えば、路面電車の併用軌道の場合、道路鋲は、路面に固定される。スラブ軌道の場合、道路鋲は、スラブに固定される。バラスト軌道の場合、道路鋲は、マクラギに固定される。

【0033】

図２の例では、再帰性反射体６の配置パターンは、３セル×３セルの２次元コードである。各セルは、ドットの有無から成る２値（１ビット）である。セル数は、３×３より多くてもよい。

【0034】

再帰性反射体６の配置パターンは、誤り検知又は誤り訂正のための冗長性を有する。すなわち、再帰性反射体６の配置パターンにおいて、エラー検出符号又はエラー訂正符号（冗長ビット）がデータ部に付加される。これにより、位置検知システム１は、少数の再帰性反射体６を読み取れなくても標示３が示す情報を取得できるので、ノイズ（太陽光等の外乱光）に対して強くなるとともに、再帰性反射体６の修理や交換の頻度が低減される。

【0035】

図３（ａ）～（ｄ）は、標示３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）をＬｉＤＡＲ４から見たＬｉＤＡＲ４の表示例を示す。同図の表示例は、ＬｉＤＡＲ４から見た標示３の斜視図と同等である。なお、ＬｉＤＡＲによっては、真上から俯瞰しているような表示が可能なものもある。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図２の標示３ａ、標示３ｂ、標示３ｃ、標示３ｄに対応する。

【0036】

ＬｉＤＡＲ４が照射したレーザ光は、標示３だけでなく、その周辺物体によっても反射される。反射の強さは、ＬｉＤＡＲ４から見た輝度として表される。標示３の再帰性反射体６は、ＬｉＤＡＲ４が照射したレーザ光を再帰反射するので、輝度が高くなる。ＬｉＤＡＲ４は、検知する輝度に閾値を設けることにより、再帰性反射体６を周辺物体から区別して検知する。

【0037】

ＬｉＤＡＲ４が検知した再帰性反射体６の配置パターンに基づき、処理部５は、その配置パターンが示す情報を読み取る（図１参照）。

【0038】

図４に示すように、本実施形態における標示３の変形例として、各再帰性反射体６は、標示３における線を構成する。その線は、例えば、直線であり、折れ線、多角形、開曲線、閉曲線等であってもよい。線を構成する再帰性反射体６の一具体例は、再帰反射をする反射テープである。反射テープは、軌道に設けられる。例えば、路面電車の併用軌道の場合、反射テープは、路面に貼り付けられる。スラブ軌道の場合、反射テープは、スラブに貼り付けられる。バラスト軌道の場合、反射テープは、マクラギに貼り付けられる。

【0039】

図４の例では、再帰性反射体６の配置パターンは、複数の反射テープの各々の長さ及び相対位置によって構成される。

【0040】

再帰性反射体６の配置パターンは、誤り検知又は誤り訂正のための冗長性を有する。

【0041】

図５（ａ）、（ｂ）は標示３（３ｅ、３ｆ）をＬｉＤＡＲ４から見たＬｉＤＡＲ４の表示例を示す。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図４の標示３ｅ、標示３ｆに対応する。

【0042】

標示３は、ドットを構成する再帰性反射体６と線を構成する再帰性反射体の組み合わせであってもよい。

【0043】

本実施形態では、標示３が示す情報は、その標示３を一意に識別するための識別情報である。処理部５は、標示３の識別情報と、付加情報を対応させて予め記憶している。付加情報は、標示３の位置情報を含む。

【0044】

例えば、処理部５は、そのメモリ又は記憶装置にデータベースを有する。そのデータベースは、データを表形式のテーブルとして有する。テーブルの行に該当するレコードは、各標示３に対応する。テーブルの列に該当するカラムは、識別情報と付加情報に対応する。付加情報のカラムは、複数あってもよく、少なくとも標示３の位置情報のカラムがある。処理部５は、このようなデータベースを用い、標示３の識別情報を条件にして、その識別情報を有する標示３の付加情報を参照する。

【0045】

これにより、処理部５は、標示３が示す識別情報に基づいて、その識別情報に対応する付加情報に含まれる位置情報を取得することができ、車両２の位置を算出することができる。

【0046】

なお、本実施形態の変形例として、標示３が示す情報は、識別情報ではなく、その標示３の位置情報そのものであってもよい。これにより、処理部５における処理がシンプルになる。但し、その場合、標示３の情報量（ビット数）が大きくなる可能性がある。

【0047】

以上、本実施形態に係る位置検知システム１によれば、再帰性反射体６を有する標示３を軌道又は軌道近傍に設けるので、地上子を設けるよりも低コストに車両２の位置を検知することができる（図１参照）。また、位置検知システム１は、標示３までの距離の測定にＬｉＤＡＲ４のレーザ光を用いるので、精度良く車両２の位置を検知することができる。さらに、位置検知システム１は、ＬｉＤＡＲ４が車両２の前方に向けてレーザ光を照射するので、標示３の手前から車両２の位置を検知することができる。

【0048】

位置検知システム１のＬｉＤＡＲ４は、速度発電機と異なり、車輪の滑走や空転の影響を受けない。位置検知システム１によって検知した車両２の位置は、速度発電機を用いて得られる位置情報を補正するために用いてもよい。また、車両２の位置情報が必要な箇所に標示３を設けることによって、速度発電機を省略してもよい。

【0049】

位置検知システム１の処理部５が予め記憶している付加情報として、位置情報以外の情報を付加することにより、位置検知システム１を車両２の位置検知以外にも利用することができる。その利用例について説明する。

【0050】

車両２は、駅間を列車として運転される。列車の編成は、１両でも複数両でもよい。標示３は、駅の軌道又は軌道近傍に設けられる。標示３は、軌道における軌間（左右のレールの間）に設けられることが望ましい。標示３は、軌道におけるレール外側に設けてもよい。標示３は、軌道近傍に設けてもよい。軌道近傍とは、軌道に近いＬｉＤＡＲ４の検知範囲内であり、例えば、駅のホームの長手方向の端部である。付加情報は、位置情報に加えて、駅に関する駅情報を含む。なお、列車の運転区間において、標示３は、駅だけでなく、駅と駅の中間に設けてもよい。

【0051】

これにより、位置検知システム１を用いて、自列車の位置に加えて、駅に関する駅情報を得ることができる。その駅情報は、例えば、車上改札システム、自動案内放送、案内表示器の表示自動切り替え、運転支援システム、定点停止システム等に利用される。それらを可能にするための駅情報の例について説明する。

【0052】

例えば、処理部５が付加情報として予め記憶している駅情報は、駅名又は駅番号を含む。駅番号は、駅に付与される番号である。

【0053】

これにより、位置検知システム１を用いて、自列車が進入する駅又は停車している駅を特定することできる。

【0054】

また、例えば、処理部５が付加情報として予め記憶している駅情報は、自列車の停車駅と通過駅との区別を含む。

【0055】

これにより、位置検知システム１を用いて、列車が停車駅を誤って通過する駅誤通過を防止することができる。

【0056】

また、例えば、処理部５が付加情報として予め記憶している駅情報は、駅の番線を含む。

【0057】

これにより、位置検知システム１を用いて、自列車が進入する駅の番線又は停車している番線を特定することができる。なお、そのような駅の番線は、速度発電機を用いても分からない情報である。

【0058】

また、例えば、処理部５が付加情報として予め記憶している駅情報は、列車停止位置目標の情報を含む。列車停止位置目標の情報は、駅における自列車が停止すべき位置の情報である。

【0059】

これにより、位置検知システム１が出力する情報をブレーキの制御に利用することができる。この位置検知システム１を用いることにより、定点停止システムを低コストに実現することができる。

【0060】

また、例えば、処理部５が付加情報として予め記憶している駅情報は、駅で開扉するドアの情報を含む。そのドアの情報とは、例えば、駅で開扉するドアが列車の右側か左側かの情報である。位置検知システム１が取得したドアの情報は、乗務員に提供しても、ドアの制御に用いてもよい。

【0061】

これにより、位置検知システム１を用いて、駅で開けてはいけないドアが誤って開くことを防ぐことができる。

【実施例0062】

本発明の位置検知システム１を実際の車両で試験を行った。車両２として、路面電車事業者が所有する車両を用いた。位置検知システム１のＬｉＤＡＲ４として、非反復走査パターン方式のＬｉＤＡＲを用いた。そのＬｉＤＡＲを路面電車の車内運転席に設置した。標示３の再帰性反射体６として道路鋲を用いた。その道路鋲は、四角錐の外形を有し、底面１００×１００ｍｍ角、高さ１８ｍｍである。図６に示すように、複数の道路鋲を軌道に設置し、標示３ｇ、３ｈ、３ｉを構成した。なお、標示３ｈは、標示３ｇの道路鋲の線路方向の離隔を広げたものである。

【0063】

車両２の走行方向を白抜き矢印で示す。ＬｉＤＡＲ４は、白抜き矢印の方向（前方）にレーザ光を照射する。

【0064】

車両２の停止時に、位置検知システム１は、ＬｉＤＡＲ４を用いて標示３ｇを正確に読み取ることができた。車両２の走行時に、位置検知システム１は、ＬｉＤＡＲ４を用いて標示３ｇ、３ｈ、３ｉをそれぞれ正確に読み取ることができた。

【実施例0065】

標示３の再帰性反射体６として、幅４５ｍｍの反射テープを用いた。図７に示すように、複数の反射テープを軌道に貼り付け、標示３ｊ、３ｋを構成した。それ以外の試験条件は、実施例１と同じにした。

【0066】

車両２の停止時及び走行時に、位置検知システム１は、ＬｉＤＡＲ４を用いて標示３ｊ、３ｋをそれぞれ正確に読み取ることができた。