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(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】P2024074026
(43)【公開日】2024-05-30
(54)【発明の名称】位置推定装置及び位置推定方法
(51)【国際特許分類】
B61L 25/02 20060101AFI20240523BHJP
G01C 21/28 20060101ALI20240523BHJP
B60L 3/00 20190101ALI20240523BHJP
【ＦＩ】
B61L25/02 G
G01C21/28
B60L3/00 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022185071
(22)【出願日】2022-11-18
(71)【出願人】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(71)【出願人】
【識別番号】390021577
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000958
【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100120237
【弁理士】
【氏名又は名称】石橋 良規
(72)【発明者】
【氏名】神山 雅子
(72)【発明者】
【氏名】坂井 宏隆
(72)【発明者】
【氏名】永沼 泰州
【テーマコード（参考）】
2F129
5H125
5H161
【Ｆターム（参考）】
2F129AA08
2F129BB22
2F129BB26
2F129BB33
2F129BB50
2F129BB66
5H125AA05
5H125EE51
5H125EE53
5H125EE55
5H161AA01
5H161BB02
5H161BB06
5H161BB20
5H161DD01
(57)【要約】
【課題】測定者が簡易な測定装置を持って乗車するだけでも走行中の鉄道車両の位置を推定することができる位置推定装置を提供する。
【解決手段】位置推定装置は、距離と曲率との関係を取得する曲率データ取得部１１と、距離とロール角との関係を取得するロール角データ取得部１２と、６軸慣性計測装置により各時刻での６軸データを取得する６軸データ取得部１３と、を有する。また、当該位置推定装置は、時刻及び位置を表すノードを含むグラフに基づいて、ノード同士を結合するエッジのコストの総和が一定の範囲内に含まれるような経路を探索して、各時刻での鉄道車両の位置を推定する位置推定部１４を有する。位置推定部１４は、各ノードで表される時刻及び位置での曲率同士及びロール角同士の乖離度に基づいて、エッジのコストを算出する。
【選択図】図２
【解決手段】位置推定装置は、距離と曲率との関係を取得する曲率データ取得部１１と、距離とロール角との関係を取得するロール角データ取得部１２と、６軸慣性計測装置により各時刻での６軸データを取得する６軸データ取得部１３と、を有する。また、当該位置推定装置は、時刻及び位置を表すノードを含むグラフに基づいて、ノード同士を結合するエッジのコストの総和が一定の範囲内に含まれるような経路を探索して、各時刻での鉄道車両の位置を推定する位置推定部１４を有する。位置推定部１４は、各ノードで表される時刻及び位置での曲率同士及びロール角同士の乖離度に基づいて、エッジのコストを算出する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
線路上の第１基準位置から第２基準位置までの間の互いに異なる複数の位置の各々について、前記第１基準位置から前記位置までの距離と、前記位置での前記線路の曲率と、の関係を示す第１データを取得する第１データ取得部と、
前記複数の位置の各々について、前記第１基準位置から前記位置までの前記距離と、前記位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示す第２データを取得する第２データ取得部と、
鉄道車両が前記線路上の前記第１基準位置に第１基準時刻に位置した後、前記鉄道車両が前記線路上の前記第２基準位置に第２基準時刻に位置する場合において、前記鉄道車両の互いに交差する３つの方向の各々にそれぞれ沿った３つの加速度の３軸加速度センサによる測定、並びに、前記鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の３軸ジャイロセンサによる測定、を繰り返すことにより、前記第１基準時刻から前記第２基準時刻までの間の互いに異なる複数の時刻の各々について、前記時刻と、前記時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度と、の関係を示す第３データを取得する第３データ取得部と、
前記複数の時刻の各々及び前記複数の位置の各々をそれぞれ表す複数の第１ノードと、前記複数の第１ノードのうち互いに異なるいずれか２つの時刻の各々をそれぞれ表す２つの第１ノードをそれぞれ結合する複数の第１エッジと、を含み、且つ、前記複数の第１エッジの各々が有する第１コストが算出された、第１グラフを作成し、作成された前記第１グラフに基づいて、前記複数の第１ノードのうち前記第１基準時刻及び前記第１基準位置を表す第１基準ノードと、前記複数の第１ノードのうち前記第２基準時刻及び前記第２基準位置を表す第２基準ノードと、の間の第１経路であって、且つ、前記複数の第１ノードのうちの複数の第２ノードと、前記複数の第１エッジのうちの複数の第２エッジと、を含む前記第１経路、に含まれる前記複数の第２エッジの各々がそれぞれ有する複数の前記第１コストの総和が一定の範囲内に含まれるように、前記第１経路を探索し、探索された前記第１経路に基づいて、前記複数の時刻の各々における前記鉄道車両の速度及び位置を推定する位置推定部と、
を有し、
前記位置推定部は、
前記複数の時刻から、第１時刻、及び、前記第１時刻の次の第２時刻、を選択する時刻選択部と、
前記複数の位置から、前記第１基準位置からの前記距離が第１距離である第１位置、及び、前記第１基準位置からの前記距離が前記第１距離以上の第２距離である第２位置、を選択し、
前記第１グラフに含まれる前記複数の第１ノードとして、前記時刻選択部により選択された前記第１時刻及び前記第１位置を表す第３ノード、及び、前記時刻選択部により選択された前記第２時刻及び前記第２位置を表す第４ノードを設定し、
前記第３ノードと前記第４ノードとを結合する第３エッジを設定し、
前記第１時刻、前記第１距離、前記第２時刻及び前記第２距離に基づいて、前記第４ノードにおける前記鉄道車両の速度である第１速度を設定し、
前記第１データ及び前記第２データから、前記第２位置における前記線路の曲率である第１曲率、及び、前記第２位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角である第１ロール角を選択し、
前記第３データから、前記第２時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度を含む第４データを選択し、
選択された前記第４データに基づいて、前記第２時刻に前記鉄道車両が走行している前記線路の曲率である第２曲率、及び、前記第２時刻での前記鉄道車両のロール角である第２ロール角、を算出し、
選択された前記第１曲率と、算出された前記第２曲率と、の乖離度を表す第１指標、及び、選択された前記第１ロール角と、算出された前記第２ロール角と、の乖離度を表す第２指標、を算出し、
算出された前記第１指標、及び、算出された前記第２指標に基づいて、前記第３エッジが有する第２コストを算出する、算出処理を実行するコスト算出部と、
前記第１位置、又は、前記第２位置を変更しながら、前記コスト算出部による前記算出処理を繰り返し、算出された複数の前記第２コストの各々をそれぞれ前記第１コストとして有する複数の前記第３エッジを、前記複数の第１エッジとして含む、前記第１グラフを作成する第１グラフ作成部と、
を含む、位置推定装置。
前記複数の位置の各々について、前記第１基準位置から前記位置までの前記距離と、前記位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示す第２データを取得する第２データ取得部と、
鉄道車両が前記線路上の前記第１基準位置に第１基準時刻に位置した後、前記鉄道車両が前記線路上の前記第２基準位置に第２基準時刻に位置する場合において、前記鉄道車両の互いに交差する３つの方向の各々にそれぞれ沿った３つの加速度の３軸加速度センサによる測定、並びに、前記鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の３軸ジャイロセンサによる測定、を繰り返すことにより、前記第１基準時刻から前記第２基準時刻までの間の互いに異なる複数の時刻の各々について、前記時刻と、前記時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度と、の関係を示す第３データを取得する第３データ取得部と、
前記複数の時刻の各々及び前記複数の位置の各々をそれぞれ表す複数の第１ノードと、前記複数の第１ノードのうち互いに異なるいずれか２つの時刻の各々をそれぞれ表す２つの第１ノードをそれぞれ結合する複数の第１エッジと、を含み、且つ、前記複数の第１エッジの各々が有する第１コストが算出された、第１グラフを作成し、作成された前記第１グラフに基づいて、前記複数の第１ノードのうち前記第１基準時刻及び前記第１基準位置を表す第１基準ノードと、前記複数の第１ノードのうち前記第２基準時刻及び前記第２基準位置を表す第２基準ノードと、の間の第１経路であって、且つ、前記複数の第１ノードのうちの複数の第２ノードと、前記複数の第１エッジのうちの複数の第２エッジと、を含む前記第１経路、に含まれる前記複数の第２エッジの各々がそれぞれ有する複数の前記第１コストの総和が一定の範囲内に含まれるように、前記第１経路を探索し、探索された前記第１経路に基づいて、前記複数の時刻の各々における前記鉄道車両の速度及び位置を推定する位置推定部と、
を有し、
前記位置推定部は、
前記複数の時刻から、第１時刻、及び、前記第１時刻の次の第２時刻、を選択する時刻選択部と、
前記複数の位置から、前記第１基準位置からの前記距離が第１距離である第１位置、及び、前記第１基準位置からの前記距離が前記第１距離以上の第２距離である第２位置、を選択し、
前記第１グラフに含まれる前記複数の第１ノードとして、前記時刻選択部により選択された前記第１時刻及び前記第１位置を表す第３ノード、及び、前記時刻選択部により選択された前記第２時刻及び前記第２位置を表す第４ノードを設定し、
前記第３ノードと前記第４ノードとを結合する第３エッジを設定し、
前記第１時刻、前記第１距離、前記第２時刻及び前記第２距離に基づいて、前記第４ノードにおける前記鉄道車両の速度である第１速度を設定し、
前記第１データ及び前記第２データから、前記第２位置における前記線路の曲率である第１曲率、及び、前記第２位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角である第１ロール角を選択し、
前記第３データから、前記第２時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度を含む第４データを選択し、
選択された前記第４データに基づいて、前記第２時刻に前記鉄道車両が走行している前記線路の曲率である第２曲率、及び、前記第２時刻での前記鉄道車両のロール角である第２ロール角、を算出し、
選択された前記第１曲率と、算出された前記第２曲率と、の乖離度を表す第１指標、及び、選択された前記第１ロール角と、算出された前記第２ロール角と、の乖離度を表す第２指標、を算出し、
算出された前記第１指標、及び、算出された前記第２指標に基づいて、前記第３エッジが有する第２コストを算出する、算出処理を実行するコスト算出部と、
前記第１位置、又は、前記第２位置を変更しながら、前記コスト算出部による前記算出処理を繰り返し、算出された複数の前記第２コストの各々をそれぞれ前記第１コストとして有する複数の前記第３エッジを、前記複数の第１エッジとして含む、前記第１グラフを作成する第１グラフ作成部と、
を含む、位置推定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の位置推定装置において、
前記コスト算出部は、前記算出処理では、
前記第１時刻に前記第１位置に位置した前記鉄道車両が前記第２時刻に前記第２位置に位置することについての実現可能性を表す第３指標を算出し、
算出された前記第１指標、算出された前記第２指標、及び、算出された前記第３指標に基づいて、前記第２コストを算出する、位置推定装置。
前記コスト算出部は、前記算出処理では、
前記第１時刻に前記第１位置に位置した前記鉄道車両が前記第２時刻に前記第２位置に位置することについての実現可能性を表す第３指標を算出し、
算出された前記第１指標、算出された前記第２指標、及び、算出された前記第３指標に基づいて、前記第２コストを算出する、位置推定装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の位置推定装置において、
前記コスト算出部は、
前記第４データに含まれる前記ヨー角速度を前記第１速度で除することにより、前記第２曲率を算出する、位置推定装置。
前記コスト算出部は、
前記第４データに含まれる前記ヨー角速度を前記第１速度で除することにより、前記第２曲率を算出する、位置推定装置。
【請求項4】
請求項１又は２に記載の位置推定装置において、
前記コスト算出部は、
前記第４データに含まれる前記ヨー角速度に前記第１速度を乗じて得られた第１値を前記第４データに含まれる前記３つの加速度のうち前記鉄道車両の幅方向の加速度である第１加速度に加えて得られた第２加速度、前記第４データに含まれる前記３つの加速度のうち前記鉄道車両の長さ方向の加速度である第３加速度、前記第４データに含まれる前記３つの加速度のうち前記鉄道車両の上下方向の加速度である第４加速度、並びに、前記第４データに含まれる前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度に基づいて、前記第２ロール角を算出する、位置推定装置。
前記コスト算出部は、
前記第４データに含まれる前記ヨー角速度に前記第１速度を乗じて得られた第１値を前記第４データに含まれる前記３つの加速度のうち前記鉄道車両の幅方向の加速度である第１加速度に加えて得られた第２加速度、前記第４データに含まれる前記３つの加速度のうち前記鉄道車両の長さ方向の加速度である第３加速度、前記第４データに含まれる前記３つの加速度のうち前記鉄道車両の上下方向の加速度である第４加速度、並びに、前記第４データに含まれる前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度に基づいて、前記第２ロール角を算出する、位置推定装置。
【請求項5】
請求項１又は２に記載の位置推定装置において、
前記第１データ取得部は、前記線路上の前記第１基準位置から前記第２基準位置までの間に互いに等しい第１間隔で配置された前記複数の位置の各々について、前記距離と、前記位置での前記線路の曲率と、の関係を示す前記第１データを取得し、
前記複数の位置の各々について、前記第１データ取得部により取得される前記第１データにより前記距離との関係が示される前記線路の曲率は、前記位置での前記線路の通り変位を２倍して得られる第２値を、前記第１間隔を２乗して得られる第３値で除して得られる第４値に等しい、位置推定装置。
前記第１データ取得部は、前記線路上の前記第１基準位置から前記第２基準位置までの間に互いに等しい第１間隔で配置された前記複数の位置の各々について、前記距離と、前記位置での前記線路の曲率と、の関係を示す前記第１データを取得し、
前記複数の位置の各々について、前記第１データ取得部により取得される前記第１データにより前記距離との関係が示される前記線路の曲率は、前記位置での前記線路の通り変位を２倍して得られる第２値を、前記第１間隔を２乗して得られる第３値で除して得られる第４値に等しい、位置推定装置。
【請求項6】
請求項１又は２に記載の位置推定装置において、
前記複数の位置の各々について、前記第２データ取得部により取得される前記第２データにより前記距離との関係が示される前記ロール角は、前記位置での前記線路の水準変位に基づいて、算出される、位置推定装置。
前記複数の位置の各々について、前記第２データ取得部により取得される前記第２データにより前記距離との関係が示される前記ロール角は、前記位置での前記線路の水準変位に基づいて、算出される、位置推定装置。
【請求項7】
鉄道車両の位置を推定する位置推定装置を用いた位置推定方法において、
（ａ）線路上の第１基準位置から第２基準位置までの間の互いに異なる複数の位置の各々について、前記第１基準位置から前記位置までの距離と、前記位置での前記線路の曲率と、の関係を示す第１データを、前記位置推定装置により取得するステップ、
（ｂ）前記複数の位置の各々について、前記第１基準位置から前記位置までの前記距離と、前記位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示す第２データを、前記位置推定装置により取得するステップ、
（ｃ）鉄道車両が前記線路上の前記第１基準位置に第１基準時刻に位置した後、前記鉄道車両が前記線路上の前記第２基準位置に第２基準時刻に位置する場合において、前記鉄道車両の互いに交差する３つの方向の各々にそれぞれ沿った３つの加速度の３軸加速度センサによる測定、並びに、前記鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の３軸ジャイロセンサによる測定、を前記位置推定装置により繰り返すことにより、前記第１基準時刻から前記第２基準時刻までの間の互いに異なる複数の時刻の各々について、前記時刻と、前記時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度と、の関係を示す第３データを、前記位置推定装置により取得するステップ、
（ｄ）前記複数の時刻の各々及び前記複数の位置の各々をそれぞれ表す複数の第１ノードと、前記複数の第１ノードのうち互いに異なるいずれか２つの時刻の各々をそれぞれ表す２つの第１ノードをそれぞれ結合する複数の第１エッジと、を含み、且つ、前記複数の第１エッジの各々が有する第１コストが算出された、第１グラフを、前記位置推定装置により作成し、作成された前記第１グラフに基づいて、前記複数の第１ノードのうち前記第１基準時刻及び前記第１基準位置を表す第１基準ノードと、前記複数の第１ノードのうち前記第２基準時刻及び前記第２基準位置を表す第２基準ノードと、の間の第１経路であって、且つ、前記複数の第１ノードのうちの複数の第２ノードと、前記複数の第１エッジのうちの複数の第２エッジと、を含む前記第１経路、に含まれる前記複数の第２エッジの各々がそれぞれ有する複数の前記第１コストの総和が一定の範囲内に含まれるように、前記第１経路を前記位置推定装置により探索し、探索された前記第１経路に基づいて、前記複数の時刻の各々における前記鉄道車両の速度及び位置を、前記位置推定装置により推定するステップ、
を有し、
前記（ｄ）ステップは、
（ｅ）前記複数の時刻から、第１時刻、及び、前記第１時刻の次の第２時刻、を前記位置推定装置により選択するステップ、
（ｆ）前記複数の位置から、前記第１基準位置からの前記距離が第１距離である第１位置、及び、前記第１基準位置からの前記距離が前記第１距離以上の第２距離である第２位置、を前記位置推定装置により選択し、
前記第１グラフに含まれる前記複数の第１ノードとして、前記（ｅ）ステップにて選択された前記第１時刻及び前記第１位置を表す第３ノード、及び、前記（ｅ）ステップにて選択された前記第２時刻及び前記第２位置を表す第４ノードを、前記位置推定装置により設定し、
前記第３ノードと前記第４ノードとを結合する第３エッジを、前記位置推定装置により設定し、
前記第１時刻、前記第１距離、前記第２時刻及び前記第２距離に基づいて、前記第４ノードにおける前記鉄道車両の速度である第１速度を、前記位置推定装置により設定し、
前記第１データ及び前記第２データから、前記第２位置における前記線路の曲率である第１曲率、及び、前記第２位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角である第１ロール角を、前記位置推定装置により選択し、
前記第３データから、前記第２時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度を含む第４データを、前記位置推定装置により選択し、
選択された前記第４データに基づいて、前記第２時刻に前記鉄道車両が走行している前記線路の曲率である第２曲率、及び、前記第２時刻での前記鉄道車両のロール角である第２ロール角、を前記位置推定装置により算出し、
選択された前記第１曲率と、算出された前記第２曲率と、の乖離度を表す第１指標、及び、選択された前記第１ロール角と、算出された前記第２ロール角と、の乖離度を表す第２指標、を前記位置推定装置により算出し、
算出された前記第１指標、及び、算出された前記第２指標に基づいて、前記第３エッジが有する第２コストを、前記位置推定装置により算出するステップ、
（ｇ）前記第１位置、又は、前記第２位置を前記位置推定装置により変更しながら、前記（ｆ）ステップを前記位置推定装置により繰り返し、算出された複数の前記第２コストの各々をそれぞれ前記第１コストとして有する複数の前記第３エッジを、前記複数の第１エッジとして含む、前記第１グラフを、前記位置推定装置により作成するステップ、
を含む、位置推定方法。
（ａ）線路上の第１基準位置から第２基準位置までの間の互いに異なる複数の位置の各々について、前記第１基準位置から前記位置までの距離と、前記位置での前記線路の曲率と、の関係を示す第１データを、前記位置推定装置により取得するステップ、
（ｂ）前記複数の位置の各々について、前記第１基準位置から前記位置までの前記距離と、前記位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示す第２データを、前記位置推定装置により取得するステップ、
（ｃ）鉄道車両が前記線路上の前記第１基準位置に第１基準時刻に位置した後、前記鉄道車両が前記線路上の前記第２基準位置に第２基準時刻に位置する場合において、前記鉄道車両の互いに交差する３つの方向の各々にそれぞれ沿った３つの加速度の３軸加速度センサによる測定、並びに、前記鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の３軸ジャイロセンサによる測定、を前記位置推定装置により繰り返すことにより、前記第１基準時刻から前記第２基準時刻までの間の互いに異なる複数の時刻の各々について、前記時刻と、前記時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度と、の関係を示す第３データを、前記位置推定装置により取得するステップ、
（ｄ）前記複数の時刻の各々及び前記複数の位置の各々をそれぞれ表す複数の第１ノードと、前記複数の第１ノードのうち互いに異なるいずれか２つの時刻の各々をそれぞれ表す２つの第１ノードをそれぞれ結合する複数の第１エッジと、を含み、且つ、前記複数の第１エッジの各々が有する第１コストが算出された、第１グラフを、前記位置推定装置により作成し、作成された前記第１グラフに基づいて、前記複数の第１ノードのうち前記第１基準時刻及び前記第１基準位置を表す第１基準ノードと、前記複数の第１ノードのうち前記第２基準時刻及び前記第２基準位置を表す第２基準ノードと、の間の第１経路であって、且つ、前記複数の第１ノードのうちの複数の第２ノードと、前記複数の第１エッジのうちの複数の第２エッジと、を含む前記第１経路、に含まれる前記複数の第２エッジの各々がそれぞれ有する複数の前記第１コストの総和が一定の範囲内に含まれるように、前記第１経路を前記位置推定装置により探索し、探索された前記第１経路に基づいて、前記複数の時刻の各々における前記鉄道車両の速度及び位置を、前記位置推定装置により推定するステップ、
を有し、
前記（ｄ）ステップは、
（ｅ）前記複数の時刻から、第１時刻、及び、前記第１時刻の次の第２時刻、を前記位置推定装置により選択するステップ、
（ｆ）前記複数の位置から、前記第１基準位置からの前記距離が第１距離である第１位置、及び、前記第１基準位置からの前記距離が前記第１距離以上の第２距離である第２位置、を前記位置推定装置により選択し、
前記第１グラフに含まれる前記複数の第１ノードとして、前記（ｅ）ステップにて選択された前記第１時刻及び前記第１位置を表す第３ノード、及び、前記（ｅ）ステップにて選択された前記第２時刻及び前記第２位置を表す第４ノードを、前記位置推定装置により設定し、
前記第３ノードと前記第４ノードとを結合する第３エッジを、前記位置推定装置により設定し、
前記第１時刻、前記第１距離、前記第２時刻及び前記第２距離に基づいて、前記第４ノードにおける前記鉄道車両の速度である第１速度を、前記位置推定装置により設定し、
前記第１データ及び前記第２データから、前記第２位置における前記線路の曲率である第１曲率、及び、前記第２位置で前記線路上を走行している時の鉄道車両のロール角である第１ロール角を、前記位置推定装置により選択し、
前記第３データから、前記第２時刻での前記鉄道車両の前記３つの加速度並びに前記鉄道車両の前記ロール角速度、前記ピッチ角速度及び前記ヨー角速度を含む第４データを、前記位置推定装置により選択し、
選択された前記第４データに基づいて、前記第２時刻に前記鉄道車両が走行している前記線路の曲率である第２曲率、及び、前記第２時刻での前記鉄道車両のロール角である第２ロール角、を前記位置推定装置により算出し、
選択された前記第１曲率と、算出された前記第２曲率と、の乖離度を表す第１指標、及び、選択された前記第１ロール角と、算出された前記第２ロール角と、の乖離度を表す第２指標、を前記位置推定装置により算出し、
算出された前記第１指標、及び、算出された前記第２指標に基づいて、前記第３エッジが有する第２コストを、前記位置推定装置により算出するステップ、
（ｇ）前記第１位置、又は、前記第２位置を前記位置推定装置により変更しながら、前記（ｆ）ステップを前記位置推定装置により繰り返し、算出された複数の前記第２コストの各々をそれぞれ前記第１コストとして有する複数の前記第３エッジを、前記複数の第１エッジとして含む、前記第１グラフを、前記位置推定装置により作成するステップ、
を含む、位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置及び位置推定方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置として、速度発電機が発するパルス信号（速度発電機のパルス）を用いるものがある。或いは、鉄道車両の位置を推定する位置推定装置として、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムを用いるものがある。或いは、鉄道車両の位置を推定する位置推定装置として、自動列車停止装置（Automatic Train Stop：ＡＴＳ）の地上子（以下、「ＡＴＳ地上子」とも称する。）又はデータデポ等の、地上に設置された発信機を地上子として用いるものがある。
【0003】
このうち、例えば、衛星測位システムと速度発電機とを併用するものがある。特開２００３－２９４８２５号公報（特許文献１）には、列車自車位置検出方法において、列車搭載装置に、ＧＰＳ情報に基づいてＧＰＳ位置座標を算出するＧＰＳ受信手段と、列車走行時の車体又は台車のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段と、列車の車軸回転数を検出する車軸回転数検出手段と、緯度及び経度と、線路の曲率である既知線路曲率と、距離程とを関係づける線路情報データベースを保存する情報記憶手段と、情報処理手段を設ける技術が開示されている。
【0004】
上記特許文献１に記載された技術では、情報処理手段は、ＧＰＳ情報の受信時点での信頼性の程度である受信信頼度を表す受信信頼度係数を演算し、受信信頼度が低程度と判別される場合には、情報処理手段は、車軸回転数に基づく距離程を初期値とし、運用走行時の各時点でのヨー角速度と、車軸回転数より得られる列車走行速度から運用走行時の線路曲率である運用時線路曲率を演算し、線路情報データベース内の既知線路曲率との比較を行うことにより、走行区間における列車の現在位置を特定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００３－２９４８２５号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】S.Madgwick, “An efficient orientation filter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays”, Technical report, Department of Mechanical Engineering, University of Bristol, Apr. 2010.
【非特許文献2】神谷進、「鉄道曲線」、交友社、１９６１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
走行中の鉄道車両内で、例えば車両動揺加速度等の何らかの測定値を測定する際に、測定値が測定された時刻ではなく、測定値が測定された地点、即ち位置を推定したい場合がある。例えば、測定後、複数の測定値を整理する際に、複数の測定値の各々が測定された地点、即ち位置を取得する用途がある。或いは、測定者が、測定中に発生した事象を地上設備と関連付けて考察する際の、参考にする用途がある。
【0008】
ところが、従来の鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置は、例えば上記特許文献１に記載された技術等、いずれも複雑なものであり、測定者にとって使いにくいものであり、測定者が簡易な測定装置を持って乗車するだけで、走行中の鉄道車両の位置を推定することは、困難であった。
【0009】
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置において、測定者が簡易な測定装置を持って乗車するだけでも走行中の鉄道車両の位置を推定することができ、簡便で且つ測定者にとって使いやすい位置推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0011】
本発明の一態様としての位置推定装置は、線路上の第１基準位置から第２基準位置までの間の互いに異なる複数の位置の各々について、第１基準位置から位置までの距離と、位置での線路の曲率と、の関係を示す第１データを取得する第１データ取得部と、複数の位置の各々について、第１基準位置から位置までの距離と、位置で線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示す第２データを取得する第２データ取得部と、を有する。また、当該位置推定装置は、鉄道車両が線路上の第１基準位置に第１基準時刻に位置した後、鉄道車両が線路上の第２基準位置に第２基準時刻に位置する場合において、鉄道車両の互いに交差する３つの方向の各々にそれぞれ沿った３つの加速度の３軸加速度センサによる測定、並びに、鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の３軸ジャイロセンサによる測定、を繰り返すことにより、第１基準時刻から第２基準時刻までの間の互いに異なる複数の時刻の各々について、時刻と、時刻での鉄道車両の３つの加速度並びに鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度と、の関係を示す第３データを取得する第３データ取得部を有する。また、当該位置推定装置は、複数の時刻の各々及び複数の位置の各々をそれぞれ表す複数の第１ノードと、複数の第１ノードのうち互いに異なるいずれか２つの時刻の各々をそれぞれ表す２つの第１ノードをそれぞれ結合する複数の第１エッジと、を含み、且つ、複数の第１エッジの各々が有する第１コストが算出された、第１グラフを作成し、作成された第１グラフに基づいて、複数の第１ノードのうち第１基準時刻及び第１基準位置を表す第１基準ノードと、複数の第１ノードのうち第２基準時刻及び第２基準位置を表す第２基準ノードと、の間の第１経路であって、且つ、複数の第１ノードのうちの複数の第２ノードと、複数の第１エッジのうちの複数の第２エッジと、を含む第１経路、に含まれる複数の第２エッジの各々がそれぞれ有する複数の第１コストの総和が一定の範囲内に含まれるように、第１経路を探索し、探索された第１経路に基づいて、複数の時刻の各々における鉄道車両の速度及び位置を推定する位置推定部を有する。位置推定部は、複数の時刻から、第１時刻、及び、第１時刻の次の第２時刻、を選択する時刻選択部を含む。また、位置推定部は、複数の位置から、第１基準位置からの距離が第１距離である第１位置、及び、第１基準位置からの距離が第１距離以上の第２距離である第２位置、を選択し、第１グラフに含まれる複数の第１ノードとして、時刻選択部により選択された第１時刻及び第１位置を表す第３ノード、及び、時刻選択部により選択された第２時刻及び第２位置を表す第４ノードを設定し、第３ノードと第４ノードとを結合する第３エッジを設定し、第１時刻、第１距離、第２時刻及び第２距離に基づいて、第４ノードにおける鉄道車両の速度である第１速度を設定し、第１データ及び第２データから、第２位置における線路の曲率である第１曲率、及び、第２位置で線路上を走行している時の鉄道車両のロール角である第１ロール角を選択し、第３データから、第２時刻での鉄道車両の３つの加速度並びに鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を含む第４データを選択し、選択された第４データに基づいて、第２時刻に鉄道車両が走行している線路の曲率である第２曲率、及び、第２時刻での鉄道車両のロール角である第２ロール角、を算出し、選択された第１曲率と、算出された第２曲率と、の乖離度を表す第１指標、及び、選択された第１ロール角と、算出された第２ロール角と、の乖離度を表す第２指標、を算出し、算出された第１指標、及び、算出された第２指標に基づいて、第３エッジが有する第２コストを算出する、算出処理を実行するコスト算出部を含む。また、位置推定部は、第１位置、又は、第２位置を変更しながら、コスト算出部による算出処理を繰り返し、算出された複数の第２コストの各々をそれぞれ第１コストとして有する複数の第３エッジを、複数の第１エッジとして含む、第１グラフを作成する第１グラフ作成部を含む。
【0012】
また、他の一態様として、コスト算出部は、算出処理では、第１時刻に第１位置に位置した鉄道車両が第２時刻に第２位置に位置することについての実現可能性を表す第３指標を算出し、算出された第１指標、算出された第２指標、及び、算出された第３指標に基づいて、第２コストを算出してもよい。
【0013】
また、他の一態様として、コスト算出部は、第４データに含まれるヨー角速度を第１速度で除することにより、第２曲率を算出してもよい。
【0014】
また、他の一態様として、コスト算出部は、第４データに含まれるヨー角速度に第１速度を乗じて得られた第１値を第４データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の幅方向の加速度である第１加速度に加えて得られた第２加速度、第４データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の長さ方向の加速度である第３加速度、第４データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の上下方向の加速度である第４加速度、並びに、第４データに含まれるロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度に基づいて、第２ロール角を算出してもよい。
【0015】
また、他の一態様として、第１データ取得部は、線路上の第１基準位置から第２基準位置までの間に互いに等しい第１間隔で配置された複数の位置の各々について、距離と、位置での線路の曲率と、の関係を示す第１データを取得してもよい。複数の位置の各々について、第１データ取得部により取得される第１データにより距離との関係が示される線路の曲率は、位置での線路の通り変位を２倍して得られる第２値を、第１間隔を２乗して得られる第３値で除して得られる第４値に等しくてもよい。
【0016】
また、他の一態様として、複数の位置の各々について、第２データ取得部により取得される第２データにより距離との関係が示されるロール角は、位置での線路の水準変位に基づいて、算出されてもよい。
【0017】
本発明の一態様としての位置推定方法は、鉄道車両の位置を推定する位置推定装置を用いた位置推定方法である。当該位置推定方法は、線路上の第１基準位置から第２基準位置までの間の互いに異なる複数の位置の各々について、第１基準位置から位置までの距離と、位置での線路の曲率と、の関係を示す第１データを、位置推定装置により取得する（ａ）ステップと、複数の位置の各々について、第１基準位置から位置までの距離と、位置で線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示す第２データを、位置推定装置により取得する（ｂ）ステップと、を有する。また、当該位置推定方法は、鉄道車両が線路上の第１基準位置に第１基準時刻に位置した後、鉄道車両が線路上の第２基準位置に第２基準時刻に位置する場合において、鉄道車両の互いに交差する３つの方向の各々にそれぞれ沿った３つの加速度の３軸加速度センサによる測定、並びに、鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の３軸ジャイロセンサによる測定、を位置推定装置により繰り返すことにより、第１基準時刻から第２基準時刻までの間の互いに異なる複数の時刻の各々について、時刻と、時刻での鉄道車両の３つの加速度並びに鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度と、の関係を示す第３データを、位置推定装置により取得する（ｃ）ステップを有する。また、当該位置推定方法は、複数の時刻の各々及び複数の位置の各々をそれぞれ表す複数の第１ノードと、複数の第１ノードのうち互いに異なるいずれか２つの時刻の各々をそれぞれ表す２つの第１ノードをそれぞれ結合する複数の第１エッジと、を含み、且つ、複数の第１エッジの各々が有する第１コストが算出された、第１グラフを、位置推定装置により作成し、作成された第１グラフに基づいて、複数の第１ノードのうち第１基準時刻及び第１基準位置を表す第１基準ノードと、複数の第１ノードのうち第２基準時刻及び第２基準位置を表す第２基準ノードと、の間の第１経路であって、且つ、複数の第１ノードのうちの複数の第２ノードと、複数の第１エッジのうちの複数の第２エッジと、を含む第１経路、に含まれる複数の第２エッジの各々がそれぞれ有する複数の第１コストの総和が一定の範囲内に含まれるように、第１経路を位置推定装置により探索し、探索された第１経路に基づいて、複数の時刻の各々における鉄道車両の速度及び位置を、位置推定装置により推定する（ｄ）ステップを有する。（ｄ）ステップは、複数の時刻から、第１時刻、及び、第１時刻の次の第２時刻、を位置推定装置により選択する（ｅ）ステップを含む。また、（ｄ）ステップは、複数の位置から、第１基準位置からの距離が第１距離である第１位置、及び、第１基準位置からの距離が第１距離以上の第２距離である第２位置、を位置推定装置により選択し、第１グラフに含まれる複数の第１ノードとして、（ｅ）ステップにて選択された第１時刻及び第１位置を表す第３ノード、及び、（ｅ）ステップにて選択された第２時刻及び第２位置を表す第４ノードを、位置推定装置により設定し、第３ノードと第４ノードとを結合する第３エッジを、位置推定装置により設定し、第１時刻、第１距離、第２時刻及び第２距離に基づいて、第４ノードにおける鉄道車両の速度である第１速度を、位置推定装置により設定し、第１データ及び第２データから、第２位置における線路の曲率である第１曲率、及び、第２位置で線路上を走行している時の鉄道車両のロール角である第１ロール角を、位置推定装置により選択し、第３データから、第２時刻での鉄道車両の３つの加速度並びに鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を含む第４データを、位置推定装置により選択し、選択された第４データに基づいて、第２時刻に鉄道車両が走行している線路の曲率である第２曲率、及び、第２時刻での鉄道車両のロール角である第２ロール角、を位置推定装置により算出し、選択された第１曲率と、算出された第２曲率と、の乖離度を表す第１指標、及び、選択された第１ロール角と、算出された第２ロール角と、の乖離度を表す第２指標、を位置推定装置により算出し、算出された第１指標、及び、算出された第２指標に基づいて、第３エッジが有する第２コストを、位置推定装置により算出する（ｆ）ステップを含む。また、（ｄ）ステップは、第１位置、又は、第２位置を位置推定装置により変更しながら、（ｆ）ステップを位置推定装置により繰り返し、算出された複数の第２コストの各々をそれぞれ第１コストとして有する複数の第３エッジを、複数の第１エッジとして含む、第１グラフを、位置推定装置により作成する（ｇ）ステップを含む。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一態様を適用することで、鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置において、測定者が簡易な測定装置を持って乗車するだけでも走行中の鉄道車両の位置を推定することができ、簡便で且つ測定者にとって使いやすい位置推定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】実施の形態の位置推定方法の概略を示すフロー図である。
【図2】実施の形態の位置推定装置を示すブロック図である。
【図3】実施の形態の位置推定方法の一部のステップを示すフロー図である。
【図4】鉄道車両の３つの加速度、並びに、ロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を示す図である。
【図5】時刻を横軸とし、距離を縦軸としたグラフモデルであって複数のノードと複数のエッジとを含むグラフモデルを示す図である。
【図6】時刻を横軸とし、距離を縦軸としたグラフモデルであって複数のノードと複数のエッジとを含むグラフモデルを示す図である。
【図7】軌道検測車により検測された検測データに含まれる通り変位から曲率を算出する方法を模式的に説明する図である。
【図8】時刻を横軸とし、距離を縦軸としたグラフモデルであって複数のノードと複数のエッジとを含むグラフモデルを示す図である。
【図9】時刻を横軸とし、距離を縦軸としたグラフモデルであって複数のノードと複数のエッジとを含むグラフモデルを示す図である。
【図10】時刻を横軸とし、距離を縦軸としたグラフモデルであって複数のノードと複数のエッジとを含むグラフモデルを示す図である。
【図11】実施例１の位置推定装置を用いて各時刻における鉄道車両の位置を推定した結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0021】
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【0022】
また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【0023】
更に、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチング（網掛け）を省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。
【0024】
なお、以下の実施の形態においてＡ～Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
【0025】
（実施の形態）
＜位置推定方法の概略＞
初めに、実施の形態の位置推定方法の概略について説明する。本実施の形態の位置推定方法は、鉄道車両の位置を推定する位置推定装置を用いた位置推定方法である。図１は、実施の形態の位置推定方法の概略を示すフロー図である。
＜位置推定方法の概略＞
初めに、実施の形態の位置推定方法の概略について説明する。本実施の形態の位置推定方法は、鉄道車両の位置を推定する位置推定装置を用いた位置推定方法である。図１は、実施の形態の位置推定方法の概略を示すフロー図である。
【0026】
図１に示すように、本実施の形態の位置推定方法では、予め、軌道検測車ＴＭ１（後述する図２参照）による等距離サンプリングを実行して、軌道形状に関する検測データを検測しておく（図１のステップＳ１）。そして、検測された検測データに基づいて、等距離サンプリングを実行した各位置での線路の曲率、即ち等距離サンプリングによる曲率を換算しておき（図１のステップＳ２）、等距離サンプリングを実行した各位置での鉄道車両のロール角、即ち等距離サンプリングによるロール角を換算しておく（図１のステップＳ３）。
【0027】
また、本実施の形態の位置推定方法では、鉄道車両が線路上を走行する際に６軸慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：ＩＭＵ）ＩＭ１（後述する図２参照）による等時間サンプリングを実行し、軌道形状に関する計測データを計測する（図１のステップＳ４）。そして、計測された計測データに基づいて、等時間サンプリングを実行した各時刻での線路の曲率、即ち等時間サンプリングによる曲率を算出し（図１のステップＳ５）、等時間サンプリングを実行した各時刻での鉄道車両のロール角、即ち等時間サンプリングによるロール角を算出する（図１のステップＳ６）。
【0028】
次に、本実施の形態の位置推定方法では、例えば弾性マッチングを実行し（図１のステップＳ７）、等時間サンプリングによる曲率及びロール角と、等距離サンプリングによる曲率及びロール角と、を照合する。そして、等時間サンプリングを実行した各時刻、即ち各時間と、等距離サンプリングを実行した各位置、即ち各距離と、を対応させる（図１のステップＳ８）。また、等時間サンプリングのサンプリング間隔と、等距離サンプリングのサンプリング間隔と、を相互に変換する（図１のステップＳ９）。
【0029】
これにより、後述する図２乃至図６を用いて説明するように、従来用いることが必要であった、地点検知システムを用いる必要がなく、測定者が６軸慣性測定装置を持って乗車するだけで、走行中の鉄道車両の位置を推定することができる。
【0030】
但し、６軸慣性計測装置により計測された計測データには、鉄道車両の走行速度（以下、単に「速度」とも称する。）が含まれないので、６軸慣性計測装置により計測された計測データに基づいて、線路の曲率、及び、ロール角を直接算出することはできない。そのため、以下の具体例を用いて説明する方法、即ち、等時間サンプリングによる曲率の算出（図１のステップＳ５）、等時間サンプリングによるロール角の算出（図１のステップＳ６）、及び、等時間サンプリングによる曲率及びロール角と等距離サンプリングによる曲率及びロール角との照合（図１のステップＳ７）、を組み合わせた方法を用いることができる。これにより、走行中の鉄道車両の位置を推定することができ、且つ、走行中の鉄道車両の速度を推定することができる。
【0031】
＜位置推定装置及び位置推定方法＞
次に、本実施の形態の位置推定装置、及び、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法、の具体例を説明する。
次に、本実施の形態の位置推定装置、及び、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法、の具体例を説明する。
【0032】
図２は、実施の形態の位置推定装置を示すブロック図である。図３は、実施の形態の位置推定方法の一部のステップを示すフロー図である。図４は、鉄道車両の３つの加速度、並びに、ロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を示す図である。図５及び図６は、時刻を横軸とし、距離を縦軸としたグラフモデルであって複数のノードと複数のエッジとを含むグラフモデルを示す図である。図５及び図６は、グラフモデルに基づいて、複数の時刻Ｔの各々における鉄道車両の位置Ｐを推定するための経路を探索する方法を説明するための図である。
【0033】
図２に示すように、本実施の形態の位置推定装置は、曲率データ取得部１１と、ロール角データ取得部１２と、６軸データ取得部１３と、位置推定部１４と、を有する。
【0034】
曲率データ取得部１１は、軌道検測車ＴＭ１により検測された検測データに基づいて、線路上の基準位置ＰＳ（図５参照）から基準位置ＰＧ（図５参照）までの間の互いに異なる複数の位置Ｐの各々について、線路に沿った基準位置ＰＳから位置Ｐまでの距離Ｄと、位置Ｐでの線路の曲率と、の関係を示す曲率データを取得する（図３のステップＳ１１）。なお、線路の曲率半径をＲ［ｍ］とし、線路の曲率をχ（＝１／Ｒ）［１／ｍ］とすることができる。
【0035】
ロール角データ取得部１２は、軌道検測車ＴＭ１により検測された検測データに基づいて、線路上の基準位置ＰＳ（図５参照）から基準位置ＰＧ（図５参照）までの間の互いに異なる複数の位置Ｐの各々について、線路に沿った基準位置ＰＳから位置Ｐまでの距離Ｄと、位置Ｐで鉄道車両が線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示すロール角データ、即ち等距離サンプリングによるロール角を取得する（図３のステップＳ１２）。なお、ロール角をφ［°］とすることができる。また、後述する図１１のグラフＧＥ１に、実際に取得された等距離サンプリングによるロール角の一例を示す。
【0036】
６軸データ取得部１３は、６軸慣性計測装置ＩＭ１により測定を一定時間ごとに繰り返すことにより、鉄道車両の３つの加速度、並びに、ロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を含むデータ、即ち６軸データを取得する（図３のステップＳ１３）。
【0037】
このステップＳ１３では、６軸データ取得部１３は、鉄道車両が線路上の基準位置ＰＳに基準時刻ＴＳ（図５参照）に位置した後、鉄道車両が線路上の基準位置ＰＧに基準時刻ＴＧ（図５参照）に位置する場合において、鉄道車両の互いに交差又は好適には直交する３つの方向の各々にそれぞれ沿った３つの加速度の３軸加速度センサによる測定、並びに、鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の３軸ジャイロセンサによる測定、を繰り返すことにより、基準時刻ＴＳから基準時刻ＴＧまでの間の互いに異なる複数の時刻Ｔの各々について、時刻Ｔと、時刻Ｔでの鉄道車両の３つの加速度並びに鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度と、の関係を示す６軸データを取得する。
【0038】
なお、図４に示すように、３つの加速度のうち、線路ＲＡ１上を走行する鉄道車両ＲＣ１の前後方向（図４のＸ軸方向）の加速度をａｘ［ｍ／ｓ２］とし、線路ＲＡ１上を走行する鉄道車両ＲＣ１の幅方向（図４のＹ軸方向）の加速度をａｙ［ｍ／ｓ２］とし、線路ＲＡ１上を走行する鉄道車両ＲＣ１の上下方向（図４のＺ軸方向）の加速度をａｚ［ｍ／ｓ２］とすることができる。また、線路ＲＡ１上を走行する鉄道車両ＲＣ１のロール角速度をωｘ［°／ｓ］とし、線路ＲＡ１上を走行する鉄道車両ＲＣ１のピッチ角速度をωｙ［°／ｓ］とし、線路ＲＡ１上を走行する鉄道車両ＲＣ１のヨー角速度をωｚ［°／ｓ］とすることができる。
【0039】
位置推定部１４は、複数の時刻Ｔの各々における鉄道車両の速度及び位置Ｐを推定する（図３のステップＳ１４）。
【0040】
このステップＳ１４では、位置推定部１４は、図５に示すように、複数の時刻Ｔの各々及び複数の位置Ｐの各々をそれぞれ表す複数のノードＮ１と、複数のノードＮ１のうち互いに異なるいずれか２つの時刻Ｔの各々をそれぞれ表す２つのノードＮ１をそれぞれ結合する複数のエッジＥ１と、を含み、且つ、複数のエッジＥ１の各々が有するコストＣ１が算出された、グラフ（グラフモデル）ＧＲ１を作成する。なお、図５に示すように、基準位置ＰＳに対応した距離Ｄは距離ＤＳであり、基準位置ＰＧに対応した距離Ｄは距離ＤＧである。
【0041】
また、ステップＳ１４では、位置推定部１４は、図５に示すように、作成されたグラフＧＲ１に基づいて、複数のノードＮ１のうち基準時刻ＴＳ及び基準位置ＰＳを表す基準ノードＮＳと、複数のノードＮ１のうち基準時刻ＴＧ及び基準位置ＰＧを表す基準ノードＮＧと、の間の経路ＰＡ１であって、且つ、複数のノードＮ１のうちの複数のノードＮ２と、複数のエッジＥ１のうちの複数のエッジＥ２と、を含む経路ＰＡ１、に含まれる複数のエッジＥ２の各々がそれぞれ有する複数のコストＣ１の総和が一定の範囲内に含まれるように、経路ＰＡ１を探索する。
【0042】
また、ステップＳ１４では、位置推定部１４は、図５に示すように、探索された経路ＰＡ１に基づいて、複数の時刻Ｔの各々における鉄道車両の速度及び位置Ｐを推定する。このとき、鉄道車両が線路上を走行する際に６軸慣性計測装置ＩＭ１（図２参照）による等時間サンプリングを実行し、軌道形状に関する計測データを計測することにより算出されるはずのロール角、即ち等時間サンプリングによるロール角も算出される。なお、鉄道車両の速度をＶ［ｍ／ｓ］とすることができる。また、後述する図１１のグラフＧＥ２に、実際に算出された等時間サンプリングによるロール角の一例を示す。また、後述する図１１のグラフＧＥ３に、実際に推定された複数の時刻の各々における鉄道車両の位置を示すグラフの一例を示す。
【0043】
ここで、位置推定部１４により鉄道車両の位置を推定する位置推定方法の技術的思想について、説明する。
【0044】
前述したように、グラフＧＲ１に基づいて探索される経路ＰＡ１は、基準ノードＮＳと基準ノードＮＧとの間の複数の経路のうち、経路に含まれる各エッジが有するコストの総和が最小になる経路である。このような経路ＰＡ１の条件について、説明する。
【0045】
鉄道車両が基準位置ＰＳに基準時刻ＴＳに位置した後、鉄道車両が基準位置ＰＧに基準時刻ＴＧに位置する場合、同じ時刻に互いに異なる複数の位置に位置することは、あり得ないが、互いに異なる複数の時刻に同じ位置に位置することは、速度が０の場合にはあり得る。そのため、グラフＧＲ１に基づいて探索される経路ＰＡ１は、縦軸方向と平行な方向に進むこと、即ちグラフＧＲ１において垂直方向の真上に向かって進むことはあり得ないが、横軸方向と平行な方向、即ちグラフＧＲ１において水平方向の右に向かって進むことはあり得る。また、鉄道車両が走行している最中は、グラフＧＲ１に基づいて探索される経路ＰＡ１は、グラフＧＲ１において斜め右上に進む。但し、鉄道車両の速度には限界があるため、グラフＧＲ１に基づいて探索される経路ＰＡ１のグラフＧＲ１中の傾きが大きくなり過ぎることはできない。
【0046】
次に、経路に含まれる各エッジが有するコスト、即ち経路のコストの算出方法について説明する。各ノードごとのデータの差（乖離度）の関数を関数ｆとし、経路そのもののコストの関数である関数を関数ｇとすると、経路のコストは、以下の式（１）で表される。
〔経路のコスト〕＝Σf（ノードごとのデータの差）+Σg（経路そのもののコスト）
・・・（１）
上記式（１）において、Σは時間に関する総和を表す。
〔経路のコスト〕＝Σf（ノードごとのデータの差）+Σg（経路そのもののコスト）
・・・（１）
上記式（１）において、Σは時間に関する総和を表す。
【0047】
また、上記式（１）において、関数ｆは、等時間サンプリングによる曲率と等距離サンプリングによる曲率との差が大きくなるほど関数fが大きくなるような関数であり、且つ、関数ｆが、等時間サンプリングによるロール角と等距離サンプリングによるロール角との差が大きくなるほど大きくなるような関数であればよく、限定されない。関数ｆは、等時間サンプリングによる曲率と等距離サンプリングによる曲率との差（曲率の差）の二乗と、等時間サンプリングによるロール角と等距離サンプリングによるロール角との差の二乗と、の和でもよい。或いは、関数ｆは、等時間サンプリングによる曲率と等距離サンプリングによる曲率との差の絶対値と、等時間サンプリングによるロール角と等距離サンプリングによるロール角との差の絶対値と、の和でもよい。
【0048】
図６に示すように、時刻Ｔ１及び距離Ｄ１（位置Ｐ１）を表すノードＮ３と、時刻Ｔ２及び距離Ｄ２（位置Ｐ２）を表すノードＮ４と、を結合するエッジＥ３が、探索される経路に含まれる場合を考える。このような場合、上記式（１）で表されるΣf（ノードごとのデータの差）については、以下の式（２）で表される。
Σf（ノードごとのデータの差）＝・・・
＋ｆ（ノードＮ３における曲率の差）＋ｆ（ノードＮ３におけるロール角の差）
＋ｆ（ノードＮ４における曲率の差）＋ｆ（ノードＮ４におけるロール角の差）
＋・・・ ・・・（２）
Σf（ノードごとのデータの差）＝・・・
＋ｆ（ノードＮ３における曲率の差）＋ｆ（ノードＮ３におけるロール角の差）
＋ｆ（ノードＮ４における曲率の差）＋ｆ（ノードＮ４におけるロール角の差）
＋・・・ ・・・（２）
【0049】
また、上記式（１）で表されるΣg（経路そのもののコスト）は、経路のもっともらしさ、即ち実現可能性を表す。例えば、鉄道車両の速度には上限値があり、鉄道車両が上限値よりも速い速度で走行することはあり得ない。そのため、このような上限値よりも速い速度で走行する場合のコストが無限大になるように設定することが望ましい。また、距離Ｄ１の位置Ｐ１が駅から近い位置である場合には、位置Ｐ１を鉄道車両が最高速度で走行することはあり得ないので、このような位置Ｐ１を鉄道車両が最高速度で走行する場合のコストが大きくなるように設定することが望ましい。
【0050】
また、時刻Ｔ１の前の時刻Ｔ、及び、距離Ｄ１の前の距離Ｄ（位置Ｐ１の前の位置Ｐ）を設定し、探索される経路が、時刻Ｔ１の前の時刻Ｔ及び位置Ｐ１の前の位置Ｐを表すノードＮ１、並びに、時刻Ｔ１及び位置Ｐ１を表すノードＮ３を通ることが分かっている場合であって、且つ、時刻Ｔ２及び位置Ｐ２を表すノードＮ４を通る場合には、加速度の近似値に相当する２階時間差分は、以下の式（３）で表される。
〔２階時間差分〕＝（２Δｘ－Δｘ）／（Δｔ）２ ・・・（３）
〔２階時間差分〕＝（２Δｘ－Δｘ）／（Δｔ）２ ・・・（３）
【0051】
上記式（３）において、２Δｘは位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離であり、Δｘは距離サンプリングの間隔であり、Δｔは時間サンプリングの間隔である。このように２階時間差分が上記式（３）で表される場合、鉄道車両が原則として急な加減速をしないため、上記式（３）で表される２階時間差分が大きくなり過ぎることはできない。
【0052】
このようにして、上記式（１）で表される経路のコストを、適宜設定し、設定された経路のコストを算出し、算出された経路のコストが小さくなって一定の範囲内に含まれるように、好適には最小になるように、経路を探索する。
【0053】
仮に、上記式（１）で表される経路のコストを、g（経路そのもののコスト）が０になるように、設定した場合を考える。このような場合には、等時間サンプリングによる曲率と等距離サンプリングによる曲率との差と、等時間サンプリングによるロール角と等距離サンプリングによるロール角との差を小さくし、且つ、曲率とロール角の差を小さくすることだけを考えた、現実離れした加減速だらけの経路、即ち実現可能性の低い経路が探索されることになる。
【0054】
このような技術的思想に基づくと、位置推定部１４による位置推定方法の詳細については、例えば以下のようにすることができる。
【0055】
まず、位置推定装置が有する曲率データ取得部１１、ロール角データ取得部１２、６軸データ取得部１３及び位置推定部１４の各々として、例えば、演算部（Central Processing Unit：ＣＰＵ）及び記憶部（メモリ）を含み、記憶部に記憶されたプログラムであって、且つ、本実施の形態の位置推定方法が有する各ステップを実行するためのプログラム、を演算部により実行するコンピュータ、を用いることができる。また、曲率データ取得部１１、ロール角データ取得部１２、６軸データ取得部１３及び位置推定部１４をまとめた位置推定装置全体として、１台のコンピュータを用いることができる。
【0056】
また、位置推定部１４は、時刻選択部２１と、コスト算出部２２と、グラフ作成部２３と、を含む。
【0057】
時刻選択部２１は、図６に示すように、複数の時刻から、時刻Ｔ１、及び、時刻Ｔ１の次の時刻Ｔ２、を選択する。即ち、時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１よりも後の時刻である。
【0058】
コスト算出部２２は、２つのノードＮ１を結合するエッジのコストを算出する算出処理を行う（図３のステップＳ２１）。
【0059】
コスト算出部２２は、算出処理において、図６に示すように、複数の位置Ｐから、基準位置ＰＳからの距離Ｄが距離Ｄ１である位置Ｐ１、及び、基準位置ＰＳからの距離Ｄが距離Ｄ１以上の距離Ｄ２である位置Ｐ２、を選択する。
【0060】
次に、コスト算出部２２は、算出処理において、グラフＧＲ１に含まれる複数のノードＮ１として、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ１及び距離Ｄ１（位置Ｐ１）を表すノードＮ３、及び、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ２及び距離Ｄ２（位置Ｐ２）を表すノードＮ４を設定する。
【0061】
また、コスト算出部２２は、算出処理において、ノードＮ３とノードＮ４とを結合するエッジＥ３を設定する。
【0062】
また、コスト算出部２２は、算出処理において、時刻Ｔ１、距離Ｄ１（位置Ｐ１）、時刻Ｔ２及び距離Ｄ２（位置Ｐ２）に基づいて、ノードＮ３及びノードＮ４における鉄道車両の速度である速度Ｖ１を設定する。
【0063】
また、コスト算出部２２は、算出処理において、曲率データ及びロール角データから、位置Ｐ２における線路の曲率である曲率ＣＲ１、位置Ｐ１における線路の曲率である曲率ＣＲ２、及び、位置Ｐ２で線路上を走行している時の鉄道車両のロール角であるロール角ＲＬ１、及び、位置Ｐ１で線路上を走行している時の鉄道車両のロール角であるロール角ＲＬ２を選択する。なお、少なくとも位置Ｐ２における曲率ＣＲ１、及び、位置Ｐ２でのロール角ＲＬ１を選択すればよく、位置Ｐ１における曲率ＣＲ２、及び、位置Ｐ１でのロール角ＲＬ２を選択しなくてもよい。
【0064】
次に、コスト算出部２２は、算出処理において、６軸データから、時刻Ｔ２での鉄道車両の３つの加速度並びに鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を含む６軸データである時刻Ｔ２での６軸データ、並びに、時刻Ｔ１での鉄道車両の３つの加速度並びに鉄道車両のロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を含む６軸データである時刻Ｔ１での６軸データを選択する。なお、少なくとも時刻Ｔ２での６軸データを選択すればよく、時刻Ｔ１での６軸データを選択しなくてもよい。
【0065】
また、コスト算出部２２は、算出処理において、選択された時刻Ｔ２での６軸データに基づいて、時刻Ｔ２に鉄道車両が走行している線路の曲率である曲率ＣＲ３、及び、時刻Ｔ２での鉄道車両のロール角であるロール角ＲＬ３、を算出する。また、選択された時刻Ｔ１での６軸データに基づいて、時刻Ｔ１に鉄道車両が走行している線路の曲率である曲率ＣＲ４、及び、時刻Ｔ１での鉄道車両のロール角であるロール角ＲＬ４、を算出する。なお、少なくとも時刻Ｔ２での曲率ＣＲ３、及び、時刻Ｔ２でのロール角ＲＬ３を算出すればよく、時刻Ｔ１での曲率ＣＲ４、及び、時刻Ｔ１でのロール角ＲＬ４を算出しなくてもよい。
【0066】
また、コスト算出部２２は、算出処理において、選択された曲率ＣＲ１と、算出された曲率ＣＲ３と、の乖離度を表す指標ＩＮ１、及び、選択されたロール角ＲＬ１と、算出されたロール角ＲＬ３と、の乖離度を表す指標ＩＮ２、を算出する。また、コスト算出部２２は、算出処理において、選択された曲率ＣＲ２と、算出された曲率ＣＲ４と、の乖離度を表す指標ＩＮ３、及び、選択されたロール角ＲＬ２と、算出されたロール角ＲＬ４と、の乖離度を表す指標ＩＮ４、を算出する。なお、少なくとも指標ＩＮ１及び指標ＩＮ２を算出すればよく、指標ＩＮ３及び指標ＩＮ４を算出しなくてもよい。
【0067】
また、コスト算出部２２は、算出処理において、算出された指標ＩＮ１、算出された指標ＩＮ２、算出された指標ＩＮ３、及び、算出された指標ＩＮ４に基づいて、エッジＥ３が有するコストＣ２を算出する。なお、指標ＩＮ３及び指標ＩＮ４には基づかず、指標ＩＮ１及び指標ＩＮ２のみに基づいて、コストＣ２を算出してもよい。
【0068】
図６に示すように、グラフ作成部２３は、距離Ｄ１（位置Ｐ１）、又は、距離Ｄ２（位置Ｐ２）を変更しながら、コスト算出部２２による算出処理を繰り返し、算出された複数のコストＣ２の各々をそれぞれコストＣ１として有する複数のエッジＥ３を、複数のエッジＥ１として含む、グラフＧＲ１（図５参照）を作成する。
【0069】
グラフ作成部２３は、繰り返し処理部２４と、繰り返し処理部２５と、を含む。繰り返し処理部２４は、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ１を保持した状態で、位置Ｐ１及び位置Ｐ２（図６参照）を変更しながら算出処理を繰り返す繰り返し処理を行う（図６参照）。繰り返し処理部２５は、時刻選択部２１により選択される時刻Ｔ１（図６参照）を順次進めながら、繰り返し処理部２４による繰り返し処理を更に繰り返し、グラフＧＲ１（図５参照）を作成する。
【0070】
言い換えれば、グラフ作成部２３は、時刻Ｔ１及び距離Ｄ１（位置Ｐ１）を表すノードＮ３と、時刻Ｔ２及び距離Ｄ２としての距離Ｄ２１乃至Ｄ２３（位置Ｐ２としての位置Ｐ２１乃至Ｐ２３）の各々をそれぞれ表す複数のノードＮ４としてのノードＮ４１乃至Ｎ４３と、の間のエッジＥ３としてのエッジＥ３１乃至Ｅ３３、の各々にそれぞれ対応した速度Ｖ１としての速度Ｖ１１乃至Ｖ１３を設定することになる。また、グラフ作成部２３は、設定された速度Ｖ１１乃至Ｖ１３を用い、エッジＥ３１乃至Ｅ３３を経由して到達したときの、ノードＮ４１乃至Ｎ４３における、等時間サンプリングによる曲率及びロール角を算出する。また、グラフ作成部２３は、エッジＥ３１乃至Ｅ３３即ちノードＮ４１乃至Ｎ４３の各々にそれぞれ対応した複数のコストＣ２であるコストＣ２１乃至Ｃ２３であって、少なくとも、曲率の乖離度、即ち各ノードにおける等時間サンプリングによる曲率と等距離サンプリングによる曲率との差分等、及び、ロール角の乖離度、即ち各ノードにおける等時間サンプリングによるロール角と等距離サンプリングによるロール角との差分等、を表す指標である、コストＣ２１乃至Ｃ２３を算出することになる。
【0071】
ここで、本願発明が解決しようとする課題について、説明する。走行中の鉄道車両内で、例えば車両動揺加速度等の何らかの測定値を測定する際に、又は、被験者を乗車させて試験を行って何らかの測定値を測定する際に、測定値が測定された時刻ではなく、測定値が測定された地点、即ち位置を推定したい場合がある。推定された地点、即ち位置を用いる用途として、大別すると以下の２種類の用途が挙げられる。
【0072】
１つ目の用途として、測定後、複数の測定値を整理する際に、複数の測定値の各々が測定された地点、即ち位置を取得する用途がある。この１つ目の用途の具体例としては、車両動揺加速度の測定値を測定した後、測定された測定値について、各測定値が測定された地点に位置する地上設備、特に軌道形状と併記することにより、保守作業を行う際の優先順位を決定する用途が、挙げられる。或いは、軌道形状と車両動揺加速度との応答関数を求め、将来の車両動揺加速度を予想する用途が、挙げられる。或いは、被験者を乗車させて、被験者が「乗り心地が悪い」と感じてスイッチを押す試験を行った後、被験者がスイッチを押した地点に位置する地上設備、即ち被験者による評価が低い地点に位置する地上設備の傾向を取得する用途が、挙げられる。
【0073】
或いは、２つ目の用途として、測定者が、測定中に発生した事象を地上設備と関連付けて考察する際の、参考にする用途がある。
【0074】
ところが、従来の鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置は、以下の複数の種類のうち、いずれか１種類を単独で用いるか、又は、複数の種類を併用するものであった。
【0075】
例えば、位置推定装置として、速度発電機が発するパルス信号（速度発電機のパルス）を用いるものがある。このような場合、速度発電機が発するパルス信号を鉄道車両から取り出す配線を、鉄道車両に設置する必要がある。
【0076】
或いは、位置推定装置として、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムを用いるものがある。このような場合、鉄道車両が、山間部又はトンネル内等、衛星を測位することができない区間を走行している間は、走行中の鉄道車両の位置を推定することができない。
【0077】
或いは、位置推定装置として、ＡＴＳ地上子又はデータデポ等の、地上に設置された発信機を地上子として用いるものがある。このような場合、車両の床下に地上子の検知子である車上子を設置する必要があり、地上子が地上設備の工事等の都合で移動されると、走行中の鉄道車両の位置を正確に推定することができない。
【0078】
このように、従来の鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置は、いずれも複雑なものであり、測定者にとって使いにくいものであり、測定者が簡易な測定装置を持って乗車するだけで、走行中の鉄道車両の位置を推定することは困難であった。
【0079】
一方、本実施の形態の位置推定装置は、曲率データ取得部１１と、ロール角データ取得部１２と、６軸データ取得部１３と、位置推定部１４と、を有する。また、位置推定部１４は、複数の時刻Ｔの各々及び複数の位置Ｐの各々をそれぞれ表す複数のノードＮ１と、複数のノードＮ１のうち互いに異なるいずれか２つの時刻Ｔの各々をそれぞれ表す２つのノードＮ１をそれぞれ結合する複数のエッジＥ１と、を含むグラフＧＲ１に基づいて、エッジＥ１が有するコストＣ１の総和が一定の範囲内に含まれるように経路ＰＡ１を探索し、探索された経路ＰＡ１に基づいて、複数の時刻Ｔの各々における鉄道車両の速度Ｖ及び位置Ｐを推定する。
【0080】
言い換えれば、本実施の形態では、６軸慣性計測装置ＩＭ１の出力信号（等時間サンプリング）から推定した軌道形状と、軌道検測車ＴＭ１により検測された検測データ（等距離サンプリング）から換算した軌道形状と、の弾性パターンマッチングを行う。
【0081】
更に言い換えれば、本実施の形態の位置推定装置は、距離と曲率との関係を取得する曲率データ取得部１１と、距離とロール角との関係を取得するロール角データ取得部１２と、６軸慣性計測装置により各時刻での６軸データを取得する６軸データ取得部１３と、を有する。また、当該位置推定装置は、時刻及び位置を表すノードを含むグラフに基づいて、ノード同士を結合するエッジのコストの総和が一定の範囲内に含まれるような経路を探索して、各時刻での鉄道車両の位置を推定する位置推定部１４を有する。位置推定部１４は、各ノードで表される時刻及び位置での、等時間サンプリングと等距離サンプリングとの間の曲率同士の乖離度、及び、等時間サンプリングと等距離サンプリングとの間のロール角同士の乖離度、に基づいて、エッジのコストを算出する。
【0082】
これにより、従来用いることが必要であった地点検知システムを用いる必要がなく、測定者が６軸慣性測定装置を持って乗車するだけで、走行中の鉄道車両の位置を推定することができる。例えば、走行中の鉄道車両の位置を推定するために、速度発電機が発するパルス信号を用いる必要がないので、速度発電機が発するパルス信号を鉄道車両から取り出す配線を、鉄道車両に設置する必要がない。また、走行中の鉄道車両の位置を推定するために、衛星測位システムを用いる必要がないので、鉄道車両が山間部又はトンネル内を走行している場合でも、走行中の鉄道車両の位置を正確に推定することができる。また、走行中の鉄道車両の位置を推定するために、ＡＴＳ地上子等の地上に設置された発信機を地上子として用いる必要がないので、車両の床下に地上子の検知子である車上子を設置する必要がなく、地上子が地上設備の工事等の都合で移動された場合でも、走行中の鉄道車両の位置を正確に推定することができる。
【0083】
また、本実施の形態では、６軸慣性計測装置ＩＭ１の出力信号（等時間サンプリング）から推定した軌道形状と、軌道検測車ＴＭ１により検測された検測データ（等距離サンプリング）から換算した軌道形状と、の弾性パターンマッチングを実行する際に、照合する軌道形状として、曲率と、ロール角と、を用いる。照合する軌道形状として、曲率とロール角とを用いる利点は、以下の２点である。
【0084】
まず、鉄道車両が高速で走行している場合には、等時間サンプリングから推定した軌道形状として、ロール角よりも曲率の方が、精度が高く信頼性が高い。一方、鉄道車両が低速で走行している場合には、等時間サンプリングから推定した軌道形状として、曲率よりもロール角の方が、精度が高く信頼性が高い。そのため、軌道形状として曲率とロール角とを用いる場合、広い速度範囲に亘って、走行中の鉄道車両の位置を更に高精度で推定することができる。
【0085】
また、軌道検測車ＴＭ１により検測データを検測する場合には、曲率は、変位計により検測され、ロール角はジャイロスコープにより検測されるため、軌道検測車ＴＭ１により検測された検測データ（等距離サンプリング）から選択される曲率とロール角とは、互いに独立した２つの測定装置により検測されることになる。そのため、曲率とロール角とに対して、同時に大きな雑音が混入する確率が小さくなるため、走行中の鉄道車両の位置を更に高精度で推定することができる。
【0086】
次に、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法の好適例を説明する。
【0087】
好適には、コスト算出部２２は、算出処理において、時刻Ｔ１に位置Ｐ１に位置した鉄道車両が時刻Ｔ２に位置Ｐ２に位置することについての実現可能性を表す指標ＩＮ５を算出する。図５では、指標ＩＮ５の閾値に対応した速度の上限値であって、基準ノードＮＳから基準ノードＮＳよりも１つ後のノードＮ１へ移動する際の速度の上限値、に対応した傾きを有するエッジＥＳを示している。また、図５では、指標ＩＮ５の閾値に対応した速度の上限値であって、基準ノードＮＧよりも１つ前のノードＮ１から基準ノードＮＧへ移動する際の速度の上限値、に対応した傾きを有するエッジＥＧを示している。
【0088】
また、コスト算出部２２は、算出された指標ＩＮ１、算出された指標ＩＮ２、算出された指標ＩＮ３、算出された指標ＩＮ４、及び、算出された指標ＩＮ５に基づいて、エッジＥ３が有するコストＣ２を算出する。なお、指標ＩＮ３及び指標ＩＮ４には基づかず、指標ＩＮ１、指標ＩＮ２及び指標ＩＮ５のみに基づいて、コストＣ２を算出してもよい。
【0089】
前述したように、鉄道車両の速度には上限値があり、鉄道車両が上限値よりも速い速度で走行することはあり得ない。そのため、指標ＩＮ５を用いることにより、上限値よりも速い速度で走行する場合のコストが無限大になるように、設定することができる。これにより、グラフＧＲ１に基づいて経路を探索する際に、実現不可能な経路を除外しやすくなるので、走行中の鉄道車両の位置を迅速且つ高精度で推定することができる。
【0090】
好適には、コスト算出部２２は、算出処理において、時刻Ｔ２での６軸データに含まれるヨー角速度ωｚを速度Ｖ１で除することにより、曲率ＣＲ３を算出し、時刻Ｔ１での６軸データに含まれるヨー角速度ωｚを速度Ｖ１で除することにより、曲率ＣＲ４を算出する。なお、少なくとも時刻Ｔ２での曲率ＣＲ３を算出すればよく、時刻Ｔ１での曲率ＣＲ４を算出しなくてもよい。
【0091】
このような場合、前述したように、線路の曲率をχ［１／ｍ］とし、鉄道車両の速度Ｖ１をＶ［ｍ／ｓ］としたとき、線路の曲率は、以下の式（４）で表される。
χ＝ωｚ／Ｖ ・・・（４）
χ＝ωｚ／Ｖ ・・・（４）
【0092】
これにより、６軸データに含まれるヨー角速度を用いて、各時刻での線路の曲率を容易に算出することができるので、走行中の鉄道車両の位置を容易且つ高精度で推定することができる。
【0093】
好適には、コスト算出部２２は、算出処理において、時刻Ｔ２での６軸データに含まれるヨー角速度ωｚに速度Ｖ１を乗じて得られた値を時刻Ｔ２での６軸データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の幅方向の加速度である加速度ａｙに加えて得られた加速度ａｙｍ、時刻Ｔ２での６軸データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の長さ方向の加速度である加速度ａｘ、時刻Ｔ２での６軸データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の上下方向の加速度である加速度ａｚ、並びに、時刻Ｔ２での６軸データに含まれるロール角速度ωｘ、ピッチ角速度ωｙ及びヨー角速度ωｚに基づいて、ロール角ＲＬ３を算出する。
【0094】
また、コスト算出部２２は、算出処理において、時刻Ｔ１での６軸データに含まれるヨー角速度ωｚに速度Ｖ１を乗じて得られた値を時刻Ｔ１での６軸データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の幅方向の加速度である加速度ａｙに加えて得られた加速度ａｙｍ、時刻Ｔ１での６軸データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の長さ方向の加速度である加速度ａｘ、時刻Ｔ１での６軸データに含まれる３つの加速度のうち鉄道車両の上下方向の加速度である加速度ａｚ、並びに、時刻Ｔ１での６軸データに含まれるロール角速度ωｘ、ピッチ角速度ωｙ及びヨー角速度ωｚに基づいて、ロール角ＲＬ４を算出する。なお、少なくとも時刻Ｔ２でのロール角ＲＬ３を算出すればよく、時刻Ｔ１でのロール角ＲＬ４を算出しなくてもよい。
【0095】
これにより、６軸データを用いて、各時刻での鉄道車両のロール角を容易に算出することができるので、走行中の鉄道車両の位置を容易且つ高精度で推定することができる。
【0096】
具体的には、コスト算出部２２は、算出処理において、ロール角ＲＬ３及びロール角ＲＬ４を算出する際に、非特許文献１に記載されたＭａｄｇｗｉｃｋフィルタを用いることができる。Ｍａｄｇｗｉｃｋフィルタは、例えばドローン等の飛行物体等の移動体に備えられた６軸慣性計測装置により測定された、３つの加速度、ロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度の各々の６種の測定値、即ち６軸信号を入力することにより、当該移動体のロール角、ピッチ角及びヨー角の各姿勢角を算出して出力するためのフィルタである。
【0097】
但し、本実施の形態では、Ｍａｄｇｗｉｃｋフィルタに通常入力される６種の測定値、即ち６軸信号のうち、鉄道車両の幅方向の加速度の測定値については、測定値に代えて、ヨー角速度に鉄道車両の速度を乗じて得られた値を鉄道車両の幅方向の加速度の測定値に加えて補正された補正値を用いる。
【0098】
前述したように、本実施の形態において鉄道車両の幅方向の加速度として入力される補正値をａｙｍ［ｍ／ｓ２］とし、補正前の鉄道車両の幅方向の加速度をａｙ［ｍ／ｓ２］とし、鉄道車両のヨー角速度をωｚ［°／ｓ］とし、鉄道車両の速度をＶ［ｍ／ｓ］としたとき、本実施の形態において鉄道車両の幅方向の加速度として入力される補正値は、以下の式（５）で表される。
ａｙｍ＝ａｙ＋ωｚ×Ｖ ・・・（５）
ａｙｍ＝ａｙ＋ωｚ×Ｖ ・・・（５）
【0099】
移動体が鉄道車両である場合、鉄道車両である移動体が線路上を移動する際に、線路から幅方向の拘束力を受ける点において、移動体がドローン等の飛行物体等である場合と異なる。そのため、鉄道車両である移動体の姿勢角であるロール角をＭａｄｇｗｉｃｋフィルタを用いて算出する場合、鉄道車両の幅方向の加速度として、上記式（５）で表されるように補正された補正値をＭａｄｇｗｉｃｋフィルタに入力することにより、ロール角を精度良く算出することができる。
【0100】
図７は、軌道検測車により検測された検測データに含まれる通り変位から曲率を算出する方法を模式的に説明する図である。
【0101】
通り変位から曲率を算出する方法として、例えば非特許文献２に記載された方法を用いることができる。また、好適には、曲率データ取得部１１は、線路上の基準位置ＰＳから基準位置ＰＧまでの間に互いに等しい間隔ＩＮＴで配置された複数の位置Ｐの各々について、距離Ｄと、位置Ｐでの線路の曲率と、の関係を示す曲率データを取得する。また、複数の位置Ｐの各々について、曲率データ取得部１１により取得される曲率データにより距離Ｄとの関係が示される線路の曲率は、位置Ｐでの線路の通り変位を２倍して得られる値を、間隔ＩＮＴを２乗して得られる値で除して得られる値に等しい。
【0102】
図７に示すように、端部ＥＰ１及び端部ＥＰ１と反対側の端部ＥＰ２を有する円弧ＡＲ１であって、円弧ＡＲ１の半径即ち曲率半径がＲ［ｍ］である線路を考える。このような場合、円弧ＡＲ１の中央部ＣＰ１から、端部ＥＰ１及び端部ＥＰ２を有する弦ＢＳ１の中央部ＣＰ２に下ろした線である正矢の長さをｖ［ｍ］とし、弦ＢＳ１の中央部ＣＰ２と端部ＥＰ１との距離、及び、中央部ＣＰ２と端部ＥＰ２との距離を、軌道検測車による検測が行われた位置同士の間隔ＩＮＴである間隔ｐ［ｍ］とする。また、前述したように、線路の曲率をχ［１／ｍ］とする。このような場合、曲率χは、以下の式（６）で表される。
χ＝１／Ｒ＝２ｖ／ｐ２ ・・・（６）
χ＝１／Ｒ＝２ｖ／ｐ２ ・・・（６）
【0103】
また、上記式（６）における正矢の長さに代えて、軌道検測車により検測された通り変位（通り狂い）を用いることができる。このような場合、通り変位をｗ［ｍ］とすると、曲率χは、以下の式（７）で表される。
χ＝１／Ｒ＝２ｗ／ｐ２ ・・・（７）
χ＝１／Ｒ＝２ｗ／ｐ２ ・・・（７）
【0104】
これにより、軌道検測車により検測された検測データを用いて、各位置での線路の曲率を容易に換算することができるので、走行中の鉄道車両の位置を容易且つ高精度で推定することができる。
【0105】
好適には、複数の位置の各々について、ロール角データ取得部１２により取得されるロール角データにより距離Ｄとの関係が示されるロール角φは、位置Ｐでの線路の水準変位（水準狂い）に基づいて、算出される。
【0106】
水準変位は、幅方向における左右両側に敷設されている２つのレールである左側レールと右側レールとの間の高さの差である。鉄道車両の床面が、左側レールの頭頂部と右側レールの頭頂部とを結んだ線と略平行とみなすことができ、このような場合、水準変位によりロール角を算出することができる。
【0107】
水準変位をＬ［ｍ］とするとき、ロール角φは、以下の式（８）で表される。
φ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ／α） ・・・（８）
上記式（８）において、αは定数である。なお、αとして、線路の軌間（１０６７ｍｍ又は１４３５ｍｍ）に準じる何らかの値を用いることができる。
φ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ／α） ・・・（８）
上記式（８）において、αは定数である。なお、αとして、線路の軌間（１０６７ｍｍ又は１４３５ｍｍ）に準じる何らかの値を用いることができる。
【0108】
これにより、軌道検測車により検測された検測データを用いて、各位置での線路の曲率を容易に換算することができるので、走行中の鉄道車両の位置を容易且つ高精度で推定することができる。
【0109】
＜弾性マッチングの具体例＞
次に、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法のうち弾性マッチングの具体例について、詳細に説明する。なお、以下に説明する弾性マッチングの具体例は、一例であって、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法のうち弾性マッチングは、以下の具体例によって限定されるものではない。
次に、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法のうち弾性マッチングの具体例について、詳細に説明する。なお、以下に説明する弾性マッチングの具体例は、一例であって、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法のうち弾性マッチングは、以下の具体例によって限定されるものではない。
【0110】
図５に示したグラフＧＲ１に基づいて、経路ＰＡ１を探索する場合、グラフＧＲ１として、複数のノードＮ１のうちの２つのノードＮ１をそれぞれ結合する複数のエッジＥ１の全てを含むグラフＧＲ１を作成し、作成されたグラフＧＲ１に基づいて、経路ＰＡ１を探索する場合には、想定される全ての経路ＰＡ１に含まれる全てのエッジＥ１が有するコストＣ１の総和を算出することになる。そのため、経路を探索するための計算量が著しく増大する。
【0111】
一方、弾性マッチングを用いることにより、経路ＰＡ１を探索するための計算量を低減することができる。なお、弾性マッチングは、動的計画法（Dynamic Programming：ＤＰ）とも称される。以下では、弾性マッチングを用いて経路ＰＡ１を探索して鉄道車両の位置を推定する位置推定方法の技術的思想について、説明する。
【0112】
例えば、時刻Ｔ２及び位置Ｐ２２を表すノードＮ４２（図６参照）を経由する経路（以下、「全体経路」とも称する。）は多数存在するものの、その全体経路ＴＰ１（図５参照）とは別に、基準ノードＮＳからノードＮ４２までの多数の経路（以下、「部分経路」とも称する。）のうちコストＣ１の総和が最小となる部分経路である部分経路ＰＰ１（後述する図９参照）を探索することはできる。
【0113】
また、基準ノードＮＳから基準ノードＮＧまで到達する多数の全体経路ＴＰ１（図５参照）のうちコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１である全体経路ＴＰ１１（図５参照）がノードＮ４２（図６参照）を経由する場合には、当該全体経路ＴＰ１１（図５参照）のうち基準ノードＮＳからノードＮ４２（図６参照）まで到達する部分経路ＰＰ１（後述する図９参照）は、部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）である。これを、最適性の原理と称する。そのため、ノードＮ４２（図６参照）を経由する全体経路ＴＰ１１（図５参照）は多数存在するものの、それらを記憶しておく必要はなく、ノードＮ４２（図６参照）と部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）とを関連付けて記憶しておけばよいことになる。
【0114】
このように、弾性マッチングでは、格子状に配列された全てのノードＮ１に対して、当該ノードＮ１を経由し且つ基準ノードＮＳから基準ノードＮＧまでの多数の全体経路ＴＰ１（図５参照）のうちコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１１（図５参照）における、当該ノードＮ１よりも１つ前のノードＮ１とその時のコストＣ１を記憶する。そして、格子状に配列された全てのノードＮ１に対して、当該コストＣ１を記憶する処理を実行することにより、基準ノードＮＳから基準ノードＮＧまで到達した後は、
１）「基準ノードＮＧまで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１１（図５参照）における、基準ノードＮＧよりも１つ前のノードＮ１」を探索し、
２）「「基準ノードＮＧまで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１（図５参照）における、基準ノードＮＧよりも１つ前のノードＮ１」まで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）における、１つ前のノードＮ１」を探索し、
３）「「「基準ノードＮＧまで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１１（図５参照）における、基準ノードＮＧよりも１つ前のノードＮ１」まで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）における、１つ前のノードＮ１」まで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）における、１つ前のノードＮ１」を探索し、
・・・と基準ノードＮＳに達するまで１つずつ遡ることにより、最適な経路ＰＡ１（図５参照）を探索することができる。
１）「基準ノードＮＧまで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１１（図５参照）における、基準ノードＮＧよりも１つ前のノードＮ１」を探索し、
２）「「基準ノードＮＧまで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１（図５参照）における、基準ノードＮＧよりも１つ前のノードＮ１」まで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）における、１つ前のノードＮ１」を探索し、
３）「「「基準ノードＮＧまで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる全体経路ＴＰ１１（図５参照）における、基準ノードＮＧよりも１つ前のノードＮ１」まで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）における、１つ前のノードＮ１」まで到達し且つコストＣ１の総和が最小となる部分経路ＰＰ１１（後述する図９参照）における、１つ前のノードＮ１」を探索し、
・・・と基準ノードＮＳに達するまで１つずつ遡ることにより、最適な経路ＰＡ１（図５参照）を探索することができる。
【0115】
弾性マッチング自体は、パターンマッチングを実行するための汎用的な方法であるが、本実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法のうち弾性マッチングは、パターンマッチングを実行する対象のデータに、鉄道車両の速度としての「経路の傾き」に対する依存性と、「経路の１つ前のノード」に対する依存性と、を持たせた点に、特徴を有する。
【0116】
このような技術的思想に基づくと、位置推定部１４による位置推定方法の詳細については、例えば以下のようにすることができる。以下、図５、及び、図８乃至図１０を用いて位置推定部の位置推定方法の一例について説明する。図８乃至図１０は、時刻を横軸とし、距離を縦軸としたグラフモデルであって複数のノードと複数のエッジとを含むグラフモデルを示す図である。
【0117】
位置推定部１４は、図２に示すように、グラフ作成部３１と、グラフ更新部３２と、グラフ作成部３３と、を含む。グラフ更新部３２と、グラフ作成部３３とは、グラフ作成部２３に含まれている。
【0118】
【0119】
次に、グラフ更新部３２は、グラフ作成部３１により作成され、且つ、複数のノードＮ１を含むグラフＧＲ１を更新する、更新処理を実行する（図３のステップＳ３２）。
【0120】
グラフ更新部３２は、更新処理において、図８に示すように、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ１（図６参照）が基準時刻ＴＳと同時刻であるとき、時刻Ｔ１を保持した状態で距離Ｄ２（位置Ｐ２、図６参照）を変更しながら、コスト算出部２２による算出処理を繰り返し、基準ノードＮＳとしてのノードＮ３１と、複数のノードＮ４４の各々と、をそれぞれ結合する複数のエッジＥ３４の各々がそれぞれ有する複数のコストＣ２１を算出し、複数のノードＮ４４の各々と、基準ノードＮＳとしてのノードＮ３１と、をそれぞれ結合する複数のエッジＥ３４が、複数のエッジＥ３４としてグラフＧＲ１に含まれるように、グラフＧＲ１を更新する。
【0121】
また、グラフ更新部３２は、更新処理において、図８に示すように、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ１（図６参照）が基準時刻ＴＳよりも後の時刻であるとき、時刻Ｔ１を保持した状態で距離Ｄ１（位置Ｐ１、図６参照）及び距離Ｄ２（位置Ｐ２、図６参照）を変更しながら、コスト算出部２２による算出処理を繰り返し、複数のノードＮ３２の各々と、複数のノードＮ４５の各々と、をそれぞれ結合する複数のエッジＥ３５の各々がそれぞれ有する複数のコストＣ２２をコストＣ１（図５参照）として算出する。
【0122】
また、グラフ更新部３２は、更新処理において、図９に示すように、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ１（図６参照）が基準時刻ＴＳよりも後の時刻であるとき、複数のノードＮ４５の各々について、ノードＮ４５と基準ノードＮＳとの間の部分経路ＰＰ１であって、且つ、複数のノードＮ３２のうちのいずれかであるノードＮ３３と、複数のエッジＥ３５のうちノードＮ４５とノードＮ３３とを結合するエッジＥ３６と、既にグラフＧＲ１に含まれている１つ又は複数のエッジＥ１であってノードＮ３３と基準ノードＮＳとを結合する１つ又は複数のエッジＥ１と、を含む部分経路ＰＰ１、に含まれるエッジＥ３６及び１つ又は複数のエッジＥ１の各々がそれぞれ有する複数のコストＣ１の総和が最小になるように、部分経路ＰＰ１を探索する。
【0123】
また、グラフ更新部３２は、更新処理において、図９に示すように、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ１（図６参照）が基準時刻ＴＳよりも後の時刻であるとき、探索された部分経路ＰＰ１に含まれるエッジＥ３６と、ノードＮ４５と、ノードＮ３３と、を含む組データＧＤを取得する。
【0124】
また、グラフ更新部３２は、更新処理において、図９に示すように、時刻選択部２１により選択された時刻Ｔ１（図６参照）が基準時刻ＴＳよりも後の時刻であるとき、複数のノードＮ４５の各々をそれぞれ含む複数の組データＧＤがグラフＧＲ１に含まれ、且つ、複数の組データＧＤの各々に含まれるエッジＥ３６がエッジＥ１としてグラフＧＲ１に含まれるように、グラフＧＲ１を更新する。
【0125】
次に、グラフ作成部３３は、図１０に示すように、時刻選択部２１により選択される時刻Ｔ１（図６参照）を、時刻Ｔ２（図６参照）が基準時刻ＴＧと同時刻になるまで順次進めながら、更新処理を繰り返し、グラフＧＲ１を作成する（図３のステップＳ３３）。
【0126】
また、位置推定部１４は、図２に示すように、組データ選択部４１と、組データ選択部４２と、を含む。
【0127】
組データ選択部４１は、図１０に示すように、グラフ作成部３３により作成されたグラフＧＲ１に含まれる複数の組データＧＤのうち、基準ノードＮＧをノードＮ４５として含む組データＧＤを被選択組データＧＤ１として選択する第１組データ選択処理を実行する（図３のステップＳ４１）。
【0128】
組データ選択部４２は、図１０に示すように、組データ選択部４１による第１組データ選択処理の後、グラフＧＲ１に含まれる複数の組データＧＤのうち、選択されている被選択組データＧＤ１である被選択組データＧＤ１１とは異なる被選択組データＧＤ１２であって、且つ、被選択組データＧＤ１２に含まれるノードＮ４５が、被選択組データＧＤ１１に含まれるノードＮ３３と同一である被選択組データＧＤ１２を、被選択組データＧＤ１として新たに選択し直す第２組データ選択処理を実行する（図３のステップＳ４２）。
【0129】
また、位置推定部１４は、図１０に示すように、組データ選択部４２が、第２組データ選択処理にて選択された被選択組データＧＤ１に含まれるノードＮ３３により表される時刻Ｔが基準時刻ＴＳになるまで第２組データ選択処理を複数回繰り返すことにより、複数の組データＧＤのうち、第１組データ選択処理、及び、複数回繰り返された第２組データ選択処理にて被選択組データＧＤ１として選択された全ての組データＧＤの各々に含まれるエッジＥ３６を含む経路ＰＡ１を探索する。
【0130】
これにより、経路ＰＡ１を探索するための計算量を低減することができるので、走行中の鉄道車両の位置を迅速且つ高精度で推定することができる。
【0131】
＜実施の形態の位置推定方法の第１変形例＞
実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法の第１変形例として、以下の例１）のような位置推定方法を実施することができ、例１）として、更に以下の例１－１）及び例１－２）のような位置推定方法を実施することができる。
実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法の第１変形例として、以下の例１）のような位置推定方法を実施することができ、例１）として、更に以下の例１－１）及び例１－２）のような位置推定方法を実施することができる。
【0132】
例１）（動揺計としての使用）鉄道設備の保守をする部署にいる使用者が、車両動揺の実態を調査するために営業車両に小型の６軸慣性測定装置だけを持って乗車し、車内で装置を起動する。
【0133】
例１－１）３軸加速度と３軸角速度（等時間サンプリング）を測定して職場に戻る。本発明に基づいて作られたコンピュータシステムである位置推定装置によって、測定データが等距離サンプリングに直され、且つ、線路のキロ程と照合される。これにより、線路上各点での車両動揺などが分かり、地上設備の保守計画の策定の参考になる。
【0134】
例１－２）３軸加速度と３軸角速度の測定中、本発明に基づいて作られたリアルタイムの位置推定システムである位置推定装置によって、測定値が車両位置の推定値と共に表示される。これにより、使用者が自らの体感で動揺が大きいと感じた地点を確認することができる。
【0135】
＜実施の形態の位置推定方法の第２変形例＞
実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法の第２変形例として、以下の例２）のような位置推定方法を実施することができ、例２）として、更に以下の例２－１）及び例２－２）のような位置推定方法を実施することができる。
実施の形態の位置推定装置を用いた位置推定方法の第２変形例として、以下の例２）のような位置推定方法を実施することができ、例２）として、更に以下の例２－１）及び例２－２）のような位置推定方法を実施することができる。
【0136】
例２）（位置推定装置としての使用）走行中の車両の中で何らかの実験を行う使用者が、実験装置に加えて小型の６軸慣性測定装置を持って乗車する。
【0137】
例２－１）自分が測定したい信号と共に、慣性測定装置の出力をデータレコーダに収録する。実験後にデータを整理するとき、本発明に基づいて作られたコンピュータシステムである位置推定装置によって、測定データが等距離サンプリングに直され、且つ、線路のキロ程と照合される。これにより、測定データと地上設備とが対応付けられる。一例として、乗り心地試験で被験者が手持ちスイッチを押した地点が分かる。
【0138】
例２－２）本発明に基づいて作られたリアルタイムの位置推定システムである位置推定装置によって、実験中に現在位置を確認することができる。
【実施例0139】
以下、実施例に基づいて本実施の形態を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
【0140】
（実施例１）
図１１は、実施例１の位置推定装置を用いて各時刻における鉄道車両の位置を推定した結果の一例を示すグラフである。実施例１の位置推定装置は、実施の形態の位置推定装置である。
図１１は、実施例１の位置推定装置を用いて各時刻における鉄道車両の位置を推定した結果の一例を示すグラフである。実施例１の位置推定装置は、実施の形態の位置推定装置である。
【0141】
図１１は、グラフＧＥ１、グラフＧＥ２及びグラフＧＥ３を示す。
【0142】
図１１のグラフＧＥ１は、軌道検測車ＴＭ１（図２参照）により検測された検測データに基づいて、線路に沿った基準位置ＰＳから位置Ｐまでの距離Ｄ（図５参照）と、位置Ｐで鉄道車両が線路上を走行している時の鉄道車両のロール角と、の関係を示すロール角データ、即ち等距離サンプリングによるロール角として、実際に取得されたロール角の一例を示す。グラフＧＥ１の横軸（図１１ではグラフＧＥ１が反時計方向に９０°回転しているため縦軸）は、位置を示し、グラフＧＥ１の縦軸（図１１ではグラフＧＥ１が反時計方向に９０°回転しているため横軸）は、ロール角を示している。
【0143】
図１１のグラフＧＥ２は、鉄道車両が線路上を走行する際に、６軸慣性測定装置（図１１ではＩＭＵと表記）による等時間サンプリングを実行し、軌道形状に関する計測データを計測することにより算出されるはずのロール角、即ち等時間サンプリングによるロール角として、実際に算出されたロール角の一例を示す。グラフＧＥ２の横軸は、時間を示し、グラフＧＥ２の縦軸は、ロール角を示している。
【0144】
図１１のグラフＧＥ３は、弾性マッチングを行って、等時間サンプリングによる曲率及びロール角と、等距離サンプリングによる曲率及びロール角と、を照合し、等時間サンプリングを実行した各時刻、即ち各時間と、等距離サンプリングを実行した各位置、即ち各距離と、を対応させることにより、実際に推定された、複数の時刻の各々における鉄道車両の位置の一例を示す。グラフＧＥ３の横軸は、時間を示し、グラフＧＥ３の縦軸は、位置を示している。
【0145】
図１１のグラフＧＥ１に示すように、まず、軌道検測車ＴＭ１（図２参照）により検測された検測データに基づいて、等距離サンプリングによる曲率及びロール角を取得した。その後、測定者が６軸慣性測定装置を持って乗車した鉄道車両が線路上を走行する際に、６軸慣性測定装置により等時間サンプリングを実行し、等時間サンプリングによる６軸データを取得し、実施の形態の位置推定装置及び位置推定方法を用いて、複数の時刻の各々における鉄道車両の位置を推定した。
【0146】
その結果、弾性マッチングを行って、等時間サンプリングによる曲率及び等時間サンプリングによるロール角（図１１のグラフＧＥ１参照）と、等距離サンプリングによる曲率及びロール角と、を照合することができ、図１１のグラフＧＥ２に示すように、等時間サンプリングによるロール角を算出することができ、図１１のグラフＧＥ３に示すように、複数の時刻の各々における鉄道車両の位置を推定することができた。また、推定された各時刻における鉄道車両の位置は、別の方法で計測された各時刻における鉄道車両の位置と略一致していた。従って、実施の形態の位置推定装置及び位置推定方法によれば、測定者が簡易な測定装置を持って乗車するだけでも走行中の鉄道車両の位置を容易且つ精度良く推定することができ、簡便で且つ測定者にとって使いやすい位置推定装置を実現することができる。
【0147】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0148】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【0149】
例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0150】
本発明は、鉄道車両が線路上を走行する際の鉄道車両の位置を推定する位置推定装置及び位置推定方法に適用して有効である。
【符号の説明】
【0151】
１１ 曲率データ取得部
１２ ロール角データ取得部
１３ ６軸データ取得部
１４ 位置推定部
２１ 時刻選択部
２２ コスト算出部
２３、３１、３３ グラフ作成部
２４、２５ 繰り返し処理部
３２ グラフ更新部
４１、４２ 組データ選択部
ＡＲ１ 円弧
ＢＳ１ 弦
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２１、Ｃ２２ コスト
ＣＰ１、ＣＰ２ 中央部
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ２１、ＤＧ、ＤＳ 距離
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ３１～Ｅ３６、ＥＧ、ＥＳ エッジ
ＥＰ１、ＥＰ２ 端部
ＧＤ 組データ
ＧＤ１、ＧＤ１１、ＧＤ１２ 被選択組データ
ＧＥ１～ＧＥ３、ＧＲ１ グラフ
ＩＭ１ ６軸慣性計測装置
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ３１～Ｎ３３、Ｎ４、Ｎ４１～Ｎ４５ ノード
ＮＧ、ＮＳ 基準ノード
Ｐ、Ｐ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２１～Ｐ２３ 位置
ＰＡ１ 経路
ＰＧ、ＰＳ 基準位置
ＰＰ１、ＰＰ１１ 部分経路
ＲＡ１ 線路
ＲＣ１ 鉄道車両
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２ 時刻
ＴＧ、ＴＳ 基準時刻
ＴＭ１ 軌道検測車
ＴＰ１、ＴＰ１１ 全体経路
Ｖ１、Ｖ１１ 速度
１２ ロール角データ取得部
１３ ６軸データ取得部
１４ 位置推定部
２１ 時刻選択部
２２ コスト算出部
２３、３１、３３ グラフ作成部
２４、２５ 繰り返し処理部
３２ グラフ更新部
４１、４２ 組データ選択部
ＡＲ１ 円弧
ＢＳ１ 弦
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２１、Ｃ２２ コスト
ＣＰ１、ＣＰ２ 中央部
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ２１、ＤＧ、ＤＳ 距離
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ３１～Ｅ３６、ＥＧ、ＥＳ エッジ
ＥＰ１、ＥＰ２ 端部
ＧＤ 組データ
ＧＤ１、ＧＤ１１、ＧＤ１２ 被選択組データ
ＧＥ１～ＧＥ３、ＧＲ１ グラフ
ＩＭ１ ６軸慣性計測装置
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ３１～Ｎ３３、Ｎ４、Ｎ４１～Ｎ４５ ノード
ＮＧ、ＮＳ 基準ノード
Ｐ、Ｐ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２１～Ｐ２３ 位置
ＰＡ１ 経路
ＰＧ、ＰＳ 基準位置
ＰＰ１、ＰＰ１１ 部分経路
ＲＡ１ 線路
ＲＣ１ 鉄道車両
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２ 時刻
ＴＧ、ＴＳ 基準時刻
ＴＭ１ 軌道検測車
ＴＰ１、ＴＰ１１ 全体経路
Ｖ１、Ｖ１１ 速度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】