特許 7360306 列車自動運転用通信システム

(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】

(24)【登録日】2023-10-03

(45)【発行日】2023-10-12

(54)【発明の名称】列車自動運転用通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 12/06 20210101AFI20231004BHJP

   B61L 27/00 20220101ALI20231004BHJP

   B60L 15/40 20060101ALI20231004BHJP

   H04W 64/00 20090101ALI20231004BHJP

   H04W 4/42 20180101ALI20231004BHJP

   G06F 21/44 20130101ALI20231004BHJP

   B61L 3/12 20060101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H04W12/06

B61L27/00

B60L15/40 J

H04W64/00

H04W4/42

G06F21/44

B61L3/12 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019208850

(22)【出願日】2019-11-19

(65)【公開番号】P2021082943

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-08-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000221616

【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉原 健爾

【審査官】永田 義仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３４８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３５０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０２５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２９２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９８１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３２５２１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１２１００３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１４７５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１８６８３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ１／００－３／１２

７／００－１３／００

１５／００－５８／４０

Ｂ６１Ｌ１／００－９９／００

Ｇ０６Ｆ２１／００

２１／３０－２１／４６

Ｇ０９Ｃ１／００－５／００

Ｈ０４Ｂ７／２４－７／２６

Ｈ０４Ｋ１／００－３／００

Ｈ０４Ｌ９／００－１２／２２

１２／５０－１２／６６

４５／００－４９／９０５７

Ｈ０４Ｗ４／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

列車自動運転に関わる情報処理を行う自動運転用車上装置と、該自動運転用車上装置に接続され車外の閉域ネットワークとの無線通信のための第１の移動局と、前記自動運転用車上装置に接続され公衆無線通信ネットワークとの無線通信のための第２の移動局を有する車上システムと、
列車の在線位置に関わる情報を収集し提供する在線管理装置および該在線管理装置に接続された第１の閉域ネットワークと、列車自動運転に関わる制御を行う自動運転用地上装置と、該自動運転用地上装置に接続された第２の閉域ネットワークと、前記第１の閉域ネットワークと前記第２の閉域ネットワークを接続する経路及び前記第２の閉域ネットワークと公衆無線ネットワークを介した前記自動運転用車上装置－地上装置間の接続の認証を行う認証装置を有する列車運行系システムと、
を備えた列車自動運転用通信システムであって、
前記在線管理装置は、前記第１の閉域ネットワークを介して前記自動運転用車上装置より当該列車の最新の在線位置情報を繰り返し取得し、
前記自動運転用車上装置は、自列車の最新の在線位置情報を用いて前記自動運転用地上装置との間の通信のための認証コードを生成して前記認証装置へ送信し、
前記認証装置は、前記在線管理装置より列車の在線位置情報を取得して自ら当該列車の認証コードを生成し、生成した認証コードと前記自動運転用車上装置より受信した認証コードとを照合して、合致した場合に当該認証コードを承認して前記自動運転用地上装置に対して通信を許可し、
前記自動運転用地上装置は、前記在線管理装置から取得した列車の最新の在線位置情報を利用して当該在線位置情報と同一の情報を最新の在線位置情報として保有している列車を通信相手として特定し、前記認証装置による認証があったことを条件に、前記第２の閉域ネットワークおよび前記公衆無線通信ネットワークを介して前記認証装置による承認を受けた認証コードを用いて前記自動運転用車上装置との間の通信を実施することを特徴とする列車自動運転用通信システム。

【請求項2】

前記車上システムは速度検出手段を備え、
前記車上システムは、前記速度検出手段からの信号に基づいて在線位置を算出する装置を備え、算出した在線位置情報を、前記第１の閉域ネットワークを介して前記在線管理装置へ送信することを特徴とする請求項１に記載の列車自動運転用通信システム。

【請求項3】

前記車上システムは、車両固有情報を提供する車両情報制御装置を備え、
前記自動運転用車上装置は、前記車両情報制御装置より取得した車両固有情報および自列車の在線位置情報を用いて前記自動運転用地上装置との間の通信のための認証コードを生成して前記認証装置へ送信し、
前記認証装置は、前記在線管理装置より列車の車両固有情報および在線位置情報を取得して自ら当該列車の認証コードを生成し、生成した認証コードと前記自動運転用車上装置より受信した認証コードとを照合して、合致した場合に当該認証コードを承認して前記自動運転用地上装置に対して通信を許可することを特徴とする請求項１または２に記載の列車自動運転用通信システム。

【請求項4】

前記車上システムは、自動列車制御機能を有するＡＴＣ車上装置を備え、
前記第１の閉域ネットワークには、走行中の列車へＡＴＣ制御情報を送信するＡＴＣ地上装置およびプロキシサーバが接続されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の列車自動運転用通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、列車自動運転用通信システムに関し、特に公衆無線通信ネットワークを使用した列車自動運転用通信システムに利用して有用な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道信号保安システムの分野では、情報ネットワーク技術の進歩により、古くから踏襲されてきた事業用の通信ネットワークを用いた信号制御や運行管理、及び列車の運転支援システムの改良が積み重ねられている。しかし、事業用の通信ネットワークは、主に信号保安システムに使用するため、認可された周波数帯域を使用した無線通信は、符号化率を下げて接続性を優先した変調方式を採用しており、通信速度は数Ｍbpsが限界であった。そのため、従来のやり方では、近年実用化のための研究が盛んになされている列車の自動運転等の新たな用途に拡張する場合には、その都度、新規の事業用無線周波数の使用認可を取得する必要があり、開発期間が長期化するとともに、通信基盤からシステムを再構築する必要があるため、アプリケーション開発にも多くの時間やコストを要してしまう。

【0003】

そこで、自動運転を実現するための通信ネットワークとして、大容量伝送が可能な公衆無線ネットワークを利用することが考えられるが、公衆無線通信ネットワークは、閉域ネットワークとしてセキュアなデータ通信に使用するための設備管理（セキュリティ対策）が複雑である。また、無線基地局のエリア品質管理や異常発生時の復旧は外部事業者に委託することとなるため、システムが脆弱性を有することとなり、自動運転システムへの公衆無線通信ネットワークの採用は、鉄道事業者にとってリスクが伴うという課題がある。なお、通信システムにおけるセキュリティ性能の向上を図る技術としては、例えば特許文献１に記載されている発明がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８-２５２５６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されている通信システムの発明は、ネットワーク上に通信路を確立する通信路確立手段を有する通信端末と、通信路を中継する一つ以上の中継装置とを備え、通信端末が、中継装置に対し認証情報の送信要求を行う認証情報要求手段と、中継装置からの認証情報が適正であるときに通信路確立手段による通信路の確立を許可する確立許可手段を備え、中継装置が、通信端末からの送信要求に応じて認証情報を送信する認証情報送信手段を備えるようにしたものである。

【0006】

しかながら、特許文献１の通信システムにおいては、認証情報を適正に管理しないと通信の安全性が低下するとともに、特許文献１の発明を、鉄道の列車自動運転システムに適用した場合、認証情報の管理すなわちセキュリティ対策が外部のネットワーク管理者の管理能力に依存することになるので、セキュリティ対策上のリスクを完全に回避することができないという課題がある。

【0007】

本発明は、上記のような課題に着目してなされたもので、低コストでかつ短期間に信頼性の高い列車自動運転用通信システムを構築することができる技術を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、公衆無線通信ネットワークを使用して列車と地上装置との間のデータ通信を行うようにしても、データ通信の安全性を確保し、セキュリティ上のリスクを回避することができる列車自動運転用通信システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本出願に係る発明は、
列車自動運転に関わる情報処理を行う自動運転用車上装置と、該自動運転用車上装置に接続され車外の閉域ネットワークとの無線通信のための第１の移動局と、前記自動運転用車上装置に接続され公衆無線通信ネットワークとの無線通信のための第２の移動局を有する車上システムと、
列車の在線位置に関わる情報を収集し提供する在線管理装置および該在線管理装置に接続された第１の閉域ネットワークと、列車自動運転に関わる制御を行う自動運転用地上装置と、該自動運転用地上装置に接続された第２の閉域ネットワークと、前記第１の閉域ネットワークと前記第２の閉域ネットワークを接続する経路及び前記第２の閉域ネットワークと公衆無線ネットワークを介した前記自動運転用車上装置－地上装置間の接続の認証を行う認証装置を有する列車運行系システムと、
を備えた列車自動運転用通信システムであって、
前記在線管理装置は、前記第１の閉域ネットワークを介して列車の在線位置情報を繰り返し取得し、
前記自動運転用地上装置は、前記認証装置による認証があったことを条件に、前記在線管理装置から取得した列車の在線位置情報を利用して通信相手を特定し、前記公衆無線通信ネットワークを介して当該列車の前記自動運転用車上装置と通信可能になるように構成したものである。

【0009】

上記のように構成された列車自動運転用通信システムによれば、自動運転用車上装置（ＡＴＯ車上サーバ）とＡＴＯ地上装置との間の通信に公衆無線通信ネットワークを利用するため、新たに閉域ネットワークを構築する方法に比べて、低コストでかつ短期間に通信システムを構築することができる。また、認証装置（認証サーバ）による認証があったことを条件に、列車の在線位置情報を利用して通信相手を特定して通信を行うため、通信の信頼性の高いシステムを構築することができる。また、公衆無線通信ネットワークを使用して列車（車上装置）と地上装置との間のデータ通信を行うようにしても、セキュリティ対策を外部事業者に委託する必要がなく、データ通信の安全性を確保し、公衆無線通信ネットワークの利用に伴うセキュリティ上のリスクを回避することができる。

【0010】

ここで、望ましくは、前記自動運転用車上装置は、自列車に固有の値を用いて前記自動運転用地上装置との間の通信のための認証コードを生成して前記認証装置へ送信し、
前記自動運転用地上装置は、前記認証装置による承認を受けた認証コードを用いて前記自動運転用車上装置との間の通信を実施するように構成する。
かかる構成によれば、外部から知ることが困難である在線位置情報等の車両に固有の情報を用いてネットワーク接続用の認証コードを生成して通信を行うため、通信の信頼性の高いシステムを構築することができる。

【0011】

さらに、望ましくは、前記車上システムは速度検出手段を備え、
前記自列車に固有の値は当該列車の在線位置情報であり、
前記車上システムは、前記速度検出手段からの信号に基づいて在線位置を算出する装置を備え、算出した在線位置情報を、前記第１の閉域ネットワークを介して前記在線管理装置へ送信するように構成する。
かかる構成によれば、在線管理装置（在線管理サーバ）は、軌道回路からの信号に基づいて各列車の在線位置を取得する場合に比べて、頻繁に変化する精度の高い在線位置情報を取得することができ、在線位置情報を用いて生成されるネットワーク接続用の認証コードとして同一の認証コードが長時間にわたって使用されることで通信の信頼性が低下するのを防止することができる。

【0012】

また、前記車上システムは、車両固有情報を提供する車両情報制御装置を備え、
前記自動運転用車上装置は、前記車両情報制御装置より取得した車両固有情報を用いて前記自動運転用地上装置との間の通信のための認証コードを生成して前記認証装置へ送信するように構成しても良い。
かかる構成によれば、外部から知ることが困難である車両に固有の情報を用いてネットワーク接続用の認証コードを生成して通信を行うため、通信の信頼性の高いシステムを構築することができる。なお、車両固有情報には、例えば車両もしくは編成の荷重や消費電力量などがあり、経時的に変化する情報であればさらに通信の信頼性の高めることができる。

【0013】

また、望ましくは、前記車上システムは、自動列車制御機能を有するＡＴＣ車上装置を備え、
前記第１の閉域ネットワークには、走行中の列車へＡＴＣ制御情報を送信するＡＴＣ地上装置およびプロキシサーバが接続されているように構成する。

【0014】

かかる構成によれば、ＡＴＣ制御に用いる列車の在線位置情報とＡＴＯ制御に用いる列車の在線位置情報を共通の在線管理装置（在線管理サーバ）で管理することができるため、システムを簡素化することができる。また、ＡＴＣ地上装置と在線管理装置（在線管理サーバ）が接続され、セキュアな通信環境が求められる第１の閉域ネットワークにプロキシサーバを置くことで、第１の閉域ネットワークが、公衆無線ネットワークを含むＡＴＯ系の第２のネットワーク等の外部から不正にアクセスされるのを防止することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る列車自動運転用通信システムによれば、低コストかつ短期間に信頼性の高いシステムを構築することができる。また、公衆無線通信ネットワークを使用して列車と地上装置との間のデータ通信を行うようにしても、セキュリティ対策を外部事業者に委託する必要がなく、データ通信の安全性を確保し、公衆無線通信ネットワークの利用に伴うセキュリティ上のリスクを回避することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る列車自動運転用通信システムの一実施形態を示すシステム構成図である。

【図2】実施形態の列車自動運転用通信システムにおける通信経路確立の手順の概略を示すフローチャートである。

【図3】実施形態の列車自動運転用通信システムを構成するＡＴＣ車上装置による処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【図4】ＡＴＯ車上サーバによる処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【図5】ネットワーク認証サーバによる処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【図6】ＡＴＯ地上装置による処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら本発明に係る列車自動運転用通信システムの一実施形態について説明する。図１は本発明に係る列車自動運転用通信システム全体の一実施形態を示すシステム構成図、図２は該システムにおける通信経路確立の手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、サーバとはマイクロプロセッサとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリを備えたコンピュータ装置と同様な構成を備えた情報処理装置である。

【0018】

図１に示すように、本実施形態に係る列車自動運転用通信システムは、列車Ｔに搭載された自動列車制御機能を有するＡＴＣ車上装置１１、自動運転制御に必要な各種データを記憶するＡＴＯ車上サーバ１２、列車内閉域ネットワーク１３、該ネットワーク１３を介してＡＴＯ車上サーバ１２に車両固有情報を提供する車両情報制御装置１４、列車内閉域ネットワーク１３に接続された列車無線用移動局１５Ａおよび公衆無線通信用移動局１５Ｂなどを有する車上システム１０を備え、事業用閉域ネットワーク２１，２２を介した上記ＡＴＯ車上サーバ１２とＡＴＯ地上装置２３との間の通信および公衆無線通信ネットワークを使用したＡＴＯ車上サーバ１２とＡＴＯ地上装置２３との間の通信を実行可能に構成されている。ここで、移動局１５Ａが無線通信に使用する周波数帯は、移動局１５Ｂが使用する周波数帯とは異なる周波数帯である。閉域ネットワーク２２には運行管理中央装置２７が接続され、事業用閉域ネットワーク２１，２２とＡＴＯ地上装置２３と運行管理中央装置２７と、閉域ネットワーク２１に接続された図示しないＡＴＣ地上装置等により列車運行系システム２０が構成されている。

【0019】

本実施形態においては、ＡＴＯ車上サーバ１２は、駅間走行パターンに従って走行モータやブレーキを制御する自動運転機能を有するが、該サーバとは別個に自動運転機能を有する制御装置（ＡＴＯ車上装置）を設けても良い。
ＡＴＣ車上装置１１が備える自動列車制御機能は、走行速度が、ＡＴＣパターンが示す制限速度以下であるかどうかをチェックし、速度超過の場合は自動的にブレーキを作動させて制限速度以下に抑える機能である。ＡＴＯ車上サーバ１２には駅間走行パターン情報が記憶されており、ＡＴＯ車上サーバ１２は記憶装置から駅間走行パターン情報を読出し、当該走行パターンに従って走行モータやブレーキ装置を制御する自動運転制御を実行する。列車内閉域ネットワーク１３には、現存する列車に搭載されている列車情報管理システムに用いられている伝送路を利用することができる。

【0020】

事業用閉域ネットワーク２１は、例えば信号保安用ネットワークのような従来の信号保安システムで使用されている既設のネットワークであり、列車無線用移動局１５Ａと通信する列車無線用基地局２４および在線管理サーバ２５、ファイヤーウォール機能やフィルタリング機能を備えたＡＴＣネットワークプロキシサーバ２６などが接続されている。列車無線には、漏洩同軸ケーブル方式（ＬＣＸ方式）や空間波無線方式の無線など既存のデジタル列車無線を利用することができ、ＡＴＣ車上装置１１は列車無線を利用して自列車の在線位置情報を車両ＩＤ（識別情報）とともに在線管理サーバ２５へ送信する。

【0021】

事業用閉域ネットワーク２２は、ＡＴＯ制御専用のネットワークであり、ＡＴＯ車上サーバ１２に対する制御情報を生成するＡＴＯ地上装置２３および該ＡＴＯ地上装置２３へ実施ダイヤ情報を提供する運行管理中央装置２７が接続されている。

【0022】

本実施形態においては、ＡＴＯ地上装置２３が接続されている事業用閉域ネットワーク２２は、汎用のモバイル通信ネットワークのような既設の公衆無線通信ネットワーク３１および無線通信基地局３２を介して、車上システム１０の公衆無線通信用移動局１５Ｂと通信可能に構成されている。また、事業用閉域ネットワーク２１と２２との間には、公衆無線通信ネットワーク３１側から在線管理サーバ２５等に対する不正アクセスを防止しつつＡＴＯ地上装置２３から公衆無線通信ネットワーク３１を使ってＡＴＯ車上サーバ１２との間の通信を可能にするためのネットワーク認証サーバ（以下、認証サーバと称する）２８が接続されている。認証サーバ２８には、例えばネットワーク上のユーザ認証プロトコルの１つであるラディアス（Radius）による認証処理が可能なサーバ（ラディアスサーバ）が使用されている。

【0023】

なお、図示しないが、車上システム１０は、列車の車軸等に設けられ走行駆動モータの回転数を検出する速度発電機を備えており、ＡＴＣ車上装置１１が速度発電機からの信号に基づいて起点からの走行距離さらには走行距離と起点の位置情報とから当該列車の在線位置を算出し、在線位置情報を生成してＡＴＯ車上サーバ１２へ渡す。
ＡＴＯ車上サーバ１２には、所定の路線の各駅間の走行パターンが記憶されている。ＡＴＯ車上サーバ１２は、当該列車の在線位置情報に基づいて駅出発時に駅間走行パターンを読出し、速度発電機からの信号に基づいて算出した走行速度と上記走行パターンを比較しながら、走行駆動装置（モータ）およびブレーキ装置を制御することで走行パターンに従って列車を走行させる機能を有する。

【0024】

また、ＡＴＣ車上装置１１は、生成した当該列車の在線位置情報を、編成ごとの固有値である車両ＩＤとともに列車無線用移動局１５Ａを介して無線通信で在線管理サーバ２５へ送信する機能を有し、在線管理サーバ２５は受信した情報に基づいて各列車の位置（在線位置）をリアルタイムに把握し在線位置情報を車両ＩＤ（識別情報）と紐づけて記憶する。
なお、図示しないが、車上システム１０はＡＴＣトランスポンダ車上子を備えており、ＡＴＣ車上装置１１は、トランスポンダ地上子からの受信情報に基づいて、算出した在線位置を補正するように構成されている。

【0025】

次に、本実施形態の列車自動運転用通信システムにおける通信経路確立の手順の概略を、図２のフローチャートを用いて説明する。
車上システム１０の電源が投入されてＡＴＣ車上装置１１が起動されると、ＡＴＣ車上装置１１は、速度発電機からの信号に基づいて走行距離を算出し、算出した走行距離と出発点の位置とに基づいて当該列車の在線位置（キロ程等）を取得する処理を開始する（ステップＳ１）。ここで、在線位置は、例えば在線ブロック番号とブロック内距離としても良い。

【0026】

次に、ＡＴＣ車上装置１１は、取得した在線位置情報と位置算出時の時刻情報と自列車の車両ＩＤとを紐付けて記憶し、これらの情報を列車無線により地上側の在線管理サーバ２５へ送信する処理を開始する（ステップＳ２）。また、同時に、ＡＴＣ車上装置１１は、在線管理サーバ２５へ送信した情報と同一の情報を、列車内閉域ネットワーク１３を介してＡＴＯ車上サーバ１２へ送信する。在線管理サーバ２５は、ＡＴＣ車上装置１１から送信された在線位置情報と時刻情報と車両ＩＤを受信して記憶する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ２とＳ３の処理は、周期的もしくは在線位置情報が更新されるたびに実行される。

【0027】

一方、ＡＴＯ車上サーバ１２は、列車内閉域ネットワーク１３を介してＡＴＣ車上装置１１に対して在線位置情報を要求し（ステップＳ４）、ＡＴＣ車上装置１１から送られて来る在線位置情報を受信する（ステップＳ５）。
在線管理サーバ２５は、ＡＴＯ地上装置２３から車両ＩＤと在線位置情報の要求（ステップＳ６）があると、記憶している在線位置情報と時刻情報と車両ＩＤを、閉域ネットワーク２１，２２および認証サーバ２８を介してＡＴＯ地上装置２３へ送信する。また、認証サーバ２８は、閉域ネットワーク２２を介してＡＴＯ地上装置２３に車両ＩＤと在線位置情報を要求し（ステップＳ７）、ＡＴＯ地上装置２３から送られて来る応答情報を受信する。これにより、ＡＴＯ車上サーバ１２と認証サーバ２８の双方において、共通の情報をベースとしたセキュアなＩＤ（トークン）の生成が可能となる。また、ＡＴＯ地上装置２３が在線管理サーバ２５からリアルタイムで走行中の列車の車両ＩＤと在線位置情報を取得しているため、取得した最新の列車の在線位置情報を利用して通信相手を特定し、公衆無線通信ネットワーク３１を介して当該列車のＡＴＯ車上サーバ１２と通信可能になる。

【0028】

また、ＡＴＯ車上サーバ１２は、上記処理（ステップＳ４，Ｓ５）と並行して、公衆無線通信ネットワーク３１を介して閉域ネットワーク２１とＡＴＯ地上装置２３のゲートウェイに相当する認証サーバ２８に対する認証要求処理（ステップＳ８）を開始する。このとき、ＡＴＯ車上サーバ１２は、車両ＩＤと自身の在線位置情報に基づいて生成したセキュアＩＤを照合用ＩＤ（認証コード）として付加して要求を行う。
ＡＴＯ車上サーバ１２からの認証要求を受けた認証サーバ２８は、在線管理サーバ２５から取得した当該車両の在線位置情報を用いて照合用ＩＤを生成し、ＡＴＯ車上サーバ１２から受信した照合用ＩＤと照合して合致すればＡＴＯ地上装置２３に対して通信を許可し（ステップＳ９）、ＡＴＯ車上サーバ１２に対して認証完了の応答を行う。これにより、ＡＴＯ車上サーバ１２とＡＴＯ地上装置２３との間で公衆無線通信ネットワーク３１および閉域ネットワーク２２を使用した双方向のデータ通信が可能となる。

【0029】

次に、図２のフローチャートに従った処理を実行する際に、ＡＴＣ車上装置１１とＡＴＯ車上サーバ１２と認証サーバ２８とＡＴＯ地上装置２３によりそれぞれ実行される具体的な処理の内容を、図３～図６を用いて詳しく説明する。
ＡＴＣ車上装置１１は、車上システム１０の電源の投入により起動され、図３に示すように、先ず、例えば自身のワークメモリあるいは履歴用メモリを参照するなどして所定のアドレス領域に格納されている位置情報を読み込み（ステップＳ１１）、在線位置が確定しているか否か判定する（ステップＳ１２）。具体的には、例えば読み込んだ位置情報が正規の範囲から外れている（ありえない位置に在線している）場合には位置が確定していない（位置不定）と判定し、正規の範囲に入っている場合には位置が確定していると判定する。ステップＳ１２で、位置が確定していないつまり位置不定であると判定すると、ステップＳ１３へ移行してＡＴＣ地上子より位置補正電文を受信しているか判定する。そして、位置補正電文を受信している（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１４へ進んで、受信した位置補正電文の情報に基づいて在線位置を補正し、ステップＳ１１へ戻る。

【0030】

一方、ステップＳ１２で位置が確定していると判定すると、ステップＳ１５へ進み、車両情報制御装置１４より、車両ＩＤなど自列車に固有の車両情報および時刻情報を取得し、取得した固有車両情報と在線位置情報を、列車無線を使用し閉域ネットワーク２１を介して在線管理サーバ２５へ送信する（ステップＳ１６）。
続いて、列車内閉域ネットワーク１３を介してＡＴＯ車上サーバ１２から在線位置情報の要求があったか否か判定し（ステップＳ１７）、在線位置情報の要求があった場合にはＡＴＯ車上サーバ１２へ在線位置情報および車両ＩＤを送信する（ステップＳ１８）。その後、ステップＳ１１へ戻って、在線位置が変化すると上記処理を繰り返し実行する。

【0031】

次に、ＡＴＯ車上サーバ１２による処理の手順を、図４を用いて説明する。
ＡＴＯ車上サーバ１２は、車上システム１０の電源の投入により起動されると、先ず、公衆無線通信ネットワーク３１および閉域ネットワーク２２を介したＡＴＯ地上装置２３との間の通信が未接続であるため認証待ちの状態となり（ステップＳ２１）、ネットワーク接続認証準備処理を開始する（ステップＳ２２）。
ステップＳ２２のネットワーク接続認証準備処理では、列車内閉域ネットワーク１３を介して車両情報制御装置１４より時刻情報および車両ＩＤなど自列車に固有の車両情報を取得するとともに、ＡＴＣ車上装置１１へ在線位置情報の要求を行い、在線位置情報を取得する。また、速度センサ（速度発電機）からの信号に基づいて車両の状態（停車／走行）の検出を行う。

【0032】

次に、ＡＴＯ車上サーバ１２は、ＡＴＣ車上装置１１から受信した情報があるか否か判定する（ステップＳ２３）。そして、受信した情報がない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ２２へ戻る。ステップＳ２３で、受信した情報がある（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ２４へ進んで、ステップＳ２２で取得した在線位置情報を用いてトークン変換用テーブルを検索し、認証用のトークン（照合用ＩＤ）を生成する。
続いて、ＡＴＯ車上サーバ１２は、公衆無線通信ネットワーク３１と閉域ネットワーク２２を介して認証サーバ２８に対して、ステップＳ２４で生成したトークンを送信してネットワークの接続認証要求処理を実行する（ステップＳ２５）。

【0033】

このとき、認証サーバ２８は、閉域ネットワーク２１,２２とＡＴＯ地上装置２３を介して在線管理サーバ２５から列車の在線位置情報を取得しており、その在線位置情報を使用して自ら認証用のトークンを生成しているため、認証要求があるとＡＴＯ車上サーバ１２から受信したトークンとの照合を行なって可否を判定し、認証結果を応答する。すると、ＡＴＯ車上サーバ１２は、認証サーバ２８からの認証結果を受信して判定し（ステップＳ２６）、認証が不可（ＮＧ）のときは所定時間（例えば１０秒）経過するのを待ってからステップＳ２４へ戻って、再度トークンを生成し認証サーバ２８へ認証要求を行う。

【0034】

また、ＡＴＯ車上サーバ１２は、ステップＳ２６で認証に成功した（ＯＫ）と判定するとステップＳ２７へ進んで、認証されたトークンを使用して公衆無線通信ネットワーク３１および閉域ネットワーク２２を介した通信経路の開通（ＡＴＯ-ＮＷ接続）を行い、ＡＴＯ地上装置２３とのデータ通信を開始する。
その後、ＡＴＯ車上サーバ１２は、公衆無線通信の圏外あるいは電源オフなどのネットワーク切断条件が成立しているか否かの判定（ステップＳ２８）を行い、条件が成立していないときはステップＳ２７へ戻ってデータ通信を継続し、切断条件が成立したと判定したときはステップＳ２９へ進んで、ネットワーク（ＮＷ）の切断処理を実行してからステップＳ２１へ戻る。

【0035】

次に、ネットワーク認証サーバ２８による処理の手順を、図５を用いて説明する。
認証サーバ２８は、電源の投入により起動されると、先ず認証ＩＤ作成用情報の取得処理を実行する（ステップＳ３１）。具体的には、ＡＴＯ地上装置２３を介して在線管理サーバ２５より、時刻情報、車両固有情報、車両ＩＤおよび在線位置情報を取得する。次に、認証サーバ２８は、取得した在線位置情報を用いてトークン変換用テーブルを検索して認証用のトークンを生成する（ステップＳ３２）。

【0036】

続いて、認証サーバ２８は、ＡＴＯ車上サーバ１２よりネットワーク認証要求があったか否か判定する（ステップＳ３３）。ここで、認証要求があったと判定すると、認証要求に付随して送られてきたトークンとステップＳ３２で生成したトークンを照合して認証の可否を判定する（ステップＳ３４）。そして、認証が不可（ＮＧ）のときは所定時間（例えば１０秒）経過するのを待ってからステップＳ３２へ戻って、再度トークンの生成および認証の可否判定を行う。
また、認証サーバ２８は、ステップＳ３４で認証が可（ＯＫ）すなわちトークンが合致しかつ重複した認証要求がないと判定するとステップＳ３５へ進んで、ＡＴＯ地上装置２３に対してネットワーク（ＮＷ）の接続を許可する。

【0037】

次に、ＡＴＯ地上装置２３による処理の手順を、図６を用いて説明する。
ＡＴＯ地上装置２３は、電源の投入により起動されると、先ず公衆無線通信ネットワーク３１および閉域ネットワーク２２を介したＡＴＯ車上サーバ１２との間の通信が未接続であり、認証待ちの状態となり（ステップＳ４１）、在線管理サーバ２５に対して認証ＩＤ作成用情報の要求を行う（ステップＳ４２）。ここで「認証ＩＤ作成用情報」とは、認証サーバ２８が図５のステップＳ３１で在線管理サーバ２５より取得する情報と同じ情報であり、時刻情報、車両固有情報、車両ＩＤおよび在線位置情報が含まれる。従って、認証ＩＤ作成用情報の要求は、認証サーバ２８に対して行っても良い。

【0038】

続いて、ＡＴＯ地上装置２３は、認証サーバ２８からの要求に応じてステップＳ４２で受信した認証ＩＤ作成用情報を認証サーバ２８へ送信する（ステップＳ４３）。これにより、在線管理サーバ２５より取得した認証ＩＤ作成用情報が認証サーバ２８へ渡される。つまり、ここではＡＴＯ地上装置２３が認証ＩＤ作成用情報の中継装置として機能する。
その後、ＡＴＯ地上装置２３は、ネットワーク接続確認の問い合わせすなわち認証許可待ちを行う（ステップＳ４４）。そして、次のステップＳ４５で、認証許可があったと判定すると、閉域ネットワーク２２および公衆無線通信ネットワーク３１を介して認証許可があった列車のＡＴＯ車上サーバ１２とネットワーク接続状態となり（ステップＳ４６）、在線管理サーバ２５から取得した列車の最新の在線位置情報を利用して当該在線位置情報と同一の情報を最新の在線位置情報として保有している列車を通信相手として特定し、閉域ネットワーク２２および公衆無線通信ネットワーク３１を介して当該列車のＡＴＯ車上装置１２との間の通信を実施することができる。また、ＡＴＯ地上装置２３は、当該列車のＡＴＯ車上サーバ１２からの情報のトレース（受信）を開始する。このような情報のトレースを、走行中の全ての列車について列車ごとに実行する。

【0039】

その後、ＡＴＯ地上装置２３は、各列車のＡＴＯ車上サーバ１２から受信した在線位置情報と、在線管理サーバ２５より取得し保持している在線位置情報とを比較し（ステップＳ４７）、差分があるか否か判定する（ステップＳ４８）。そして、差分があると判定したときはステップＳ５０へ移行して当該列車のＡＴＯ車上サーバ１２との間のネットワーク接続を遮断する。
一方、ステップＳ４６におけるＡＴＯ車上サーバ１２からの情報のトレース中に、ＡＴＯ車上サーバ１２から切断要求があったか否か判定し（ステップＳ４９）、切断要求があったと判定したときはステップＳ５０へ移行して当該列車のＡＴＯ車上サーバ１２との間のネットワーク接続を切断する。

【0040】

上記のように、本実施形態の列車自動運転用通信システムにおいては、ＡＴＯ車上装置（サーバ）と地上装置との間の通信に公衆無線通信ネットワークを利用するため、新たに閉域ネットワークを構築する方法に比べて、低コストでかつ短期間に通信システムを構築することができる。また、認証装置（認証サーバ）による認証があったことを条件に、外部から知ることが困難である列車の在線位置情報を利用して例えばトークンのようなセキュアＩＤ（認証コード）を生成するとともに通信相手を特定し通信を行うため、通信の信頼性の高いシステムを構築することができる。

【0041】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ＡＴＣ車上装置１１は、走行駆動モータの回転数を検出する速度発電機からの信号に基づいて演算した走行距離から自身の在線位置を算出して位置情報としているが、列車に搭載したＧＰＳ（全地球測位システム）の信号受信装置からの情報（緯度、経度情報）を自列車の位置情報として用いるようにしても良い。

【0042】

また、上記実施形態では、セキュアＩＤ（トークン）の生成に疑似乱数として車両の在線位置情報を使用しているが、車両位置を補正する際に使用する位置補正情報や編成重量や架線電圧、エアーブレーキ用の空気圧など各編成に固有の値あるいは走行中（駅停車中を含む）に変化する値など車両固有情報を疑似乱数として用いてセキュアＩＤを生成するようにしても良い。この場合、車両固有情報は車両情報制御装置１４から提供するように構成することができる。
さらに、上記実施形態では本発明を列車の自動運転システムにおける無線通信に適用した場合を説明したが、本発明はバスなどの自動運転システムにおける無線通信に利用することも可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０ 車上システム
１１ ＡＴＣ車上装置
１２ ＡＴＯ車上サーバ（自動運転用車上装置）
１３ 列車内閉域ネットワーク
１４ 車両情報制御装置
１５Ａ 列車無線用移動局（第１の移動局）
１５Ｂ 公衆無線通信用移動局（第２の移動局）
２０ 列車運行系システム
２１ 事業用閉域ネットワーク（第１の閉域ネットワーク）
２２ 事業用閉域ネットワーク（第２の閉域ネットワーク）
２３ ＡＴＯ地上装置（自動運転用地上装置）
２４ 列車無線用基地局
２５ 在線管理サーバ（在線管理装置）
２７ 運行管理中央装置
２８ 認証サーバ（認証装置）
３１ 公衆無線通信ネットワーク
３２ 無線通信基地局

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】