検出装置および鉄道車両
【課題】移動体の位置情報を低コストで検出することができる技術を提供する。
【解決手段】鉄道やエレベータかご等の移動体の位置情報を、電磁波の反射強度変化を利用して検出する。第１電波を放射する電波送信機ＳＮＤと、放射された第１電波からそれぞれの絶対位置において固有の反射強度およびその時間変化のパターンを生成する位置マーカーＭＫと、位置マーカーＭＫにより反射された第２電波を受信し、位置情報を取り出すための信号形式に変換し出力する電波受信機ＲＣＶと、電波受信機ＲＣＶの出力から位置を求めるマーカー認識装置ＬＣＣから構成される。これにより、設備コスト・メンテナンスコストの削減、１センチメートル以下の分解能での高精度な位置特定、車輪の空転・滑走に影響を受けない高信頼な位置特定が可能となる。
【解決手段】鉄道やエレベータかご等の移動体の位置情報を、電磁波の反射強度変化を利用して検出する。第１電波を放射する電波送信機ＳＮＤと、放射された第１電波からそれぞれの絶対位置において固有の反射強度およびその時間変化のパターンを生成する位置マーカーＭＫと、位置マーカーＭＫにより反射された第２電波を受信し、位置情報を取り出すための信号形式に変換し出力する電波受信機ＲＣＶと、電波受信機ＲＣＶの出力から位置を求めるマーカー認識装置ＬＣＣから構成される。これにより、設備コスト・メンテナンスコストの削減、１センチメートル以下の分解能での高精度な位置特定、車輪の空転・滑走に影響を受けない高信頼な位置特定が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置および鉄道車両に関し、特に鉄道やエレベータ等の移動体の位置情報を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した技術として、移動体の位置情報を検出する技術においては、以下の技術が考えられる。
【０００３】
例えば、鉄道輸送の分野では、運転の省力化や設備コストの低減を図る新しい鉄道システムの開発が望まれている。その実現に不可欠なのが、鉄道車両自身が現在走行している位置や速度を高精度に認識するセンサ技術である。各鉄道車両の位置を検知する方法としては、地上側装置で検知する方法と、鉄道車両側装置で検知する方法とが考えられる。現在のシステムでは、地上側装置での位置検出が一般的である。この方法では設備コストおよびメンテナンスコストがかかるため、鉄道車両側で位置を検知する装置が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の鉄道位置管理は、一般にトランスポンダが用いられている。トランスポンダとは、線路上の任意の地点に設置され、地上−車上間での情報伝送を行う装置である。トランスポンダは固有に付けられたＩＤ（識別情報）を発信しており、車上側では、各トランスポンダのＩＤとそれに対応する絶対位置を記憶しておき、鉄道車両はトランスポンダを通過した際にその位置をＩＤから判断するという位置確定方法が用いられている。
【０００５】
しかし、この方法はコストが高くメンテナンスも必要なため、トランスポンダを数多く設置するのは困難である。また、トランスポンダだけでは鉄道車両位置を常時検知することができないため、必然的に、相対位置検知装置と組み合わせて連続的に位置検知を行うことになる。現在は、速度発電機を用いて車輪回転数を検出することで相対位置を推定しており、この方法では、空転や滑走時に数メートルの誤差が生じてしまうという問題がある。このため、高価なトランスポンダの設置数を減らすことができない状態である。
【０００６】
そこで、本発明の１つの目的は、移動体の位置情報を低コストで検出することができる技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される実施例のうち、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。
【０００９】
すなわち、代表的な実施例による検出装置は、鉄道車両・エレベータかご等の移動体に搭載され、その移動体の位置情報を検出するものである。そして、その検出装置は、第１電波を放射する電波送信機と、第１電波が物体に当たりその物体により反射された第２電波を受信する電波受信機と、第２電波の強度の変化パターンに基づいて移動体の位置情報を検出する認識装置とを有するものである。
【００１０】
また、代表的な実施例による鉄道車両は、上記の検出装置を搭載したものである。
【発明の効果】
【００１１】
代表的な実施例によれば、移動体の位置情報を低コストで検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、特にことわらない限り、端子名を表す記号は同時に配線名、信号名も兼ね、電源の場合はその電圧値も兼ねるものとする。
【００１３】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明は、あらゆる移動体を対象にした位置特定手段を与えるが、鉄道車両においては、例えば、定位置停止制御に対して有効である。そこで、定位置停止制御における本発明の実施形態を以下説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムの構成例を示すブロック図、図２は本実施の形態１の移動体位置特定システムにおいて、電波送信機・電波受信機の構成例を示すブロック図、図３は電波反射材と電波吸収材とを組み合わせた位置マーカーの構成例を示す斜視図、図４は図３の位置マーカーによる電波反射強度の変化を示す図である。
【００１６】
まず、図１により、本実施の形態１による移動体位置特定システムの構成の一例を説明する。本実施の形態１の移動体位置特定システムは、移動体の位置情報を検出する移動体位置検出装置ＭＥＵと、位置マーカーＭＫなどから構成されている。移動体位置検出装置ＭＥＵは、例えば、電波送信機ＳＮＤと、電波受信機ＲＣＶと、マーカー認識装置ＬＣＣなどから構成されている。
【００１７】
電波送信機ＳＮＤは、所望の周波数の電波（第１電波）を生成し放射する。位置マーカーＭＫは、電波送信機ＳＮＤから放射された電波を位置固有の反射強度もしくは反射強度変化で反射する。電波受信機ＲＣＶは、位置マーカーＭＫから反射された電波（第２電波）を受信し、その受信信号を直流信号へ変換する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶで変換された直流信号を離散化し、反射強度変化パターンから得られるデータ列をインデックスとして、位置マーカーＭＫの設置位置が記された位置情報テーブルを参照し、現在位置を特定する。もしくは、マーカー認識装置ＬＣＣは、反射強度が一定周期で特定の信号レベルに達する状況において、特定の信号レベルに達した回数をカウントし、そのカウント数をインデックスとして、前記位置情報テーブルを参照し、現在位置を特定する。また、位置マーカーの反射強度変化を単に強弱の繰り返しとし、マーカー認識装置が、信号強度が弱から強となる回数をカウントして現在位置を特定する方法もある。
【００１８】
本実施の形態１の移動体位置特定システムにおいて、電波送信機ＳＮＤ、電波受信機ＲＣＶ、マーカー認識装置ＬＣＣを含む移動体位置検出装置ＭＥＵを移動体に取り付け、固定体側には、電波反射材や電波吸収材を組み合わせて固有の反射強度変化を作り出す位置マーカーＭＫを設置する。位置マーカーＭＫは、鉄道車両の軌道に沿って配置される。より具体的には、位置マーカーＭＫは線路上もしくは駅ホームの側壁などに固定される。移動体位置検出装置ＭＥＵは、位置マーカーＭＫの設置場所に応じて、適宜、鉄道車両の底面または側壁に設置する。
【００１９】
なお、位置マーカーＭＫの設置場所については、可能であれば駅のホーム側壁が適していると考えられ、これは、地表よりも目的外の反射要因が限定されることや、鉄道車両が駅で停車する際に近接する箇所であることによる。位置マーカーＭＫは、停止動作の開始地点から停止位置まで側壁に沿って設置する。
【００２０】
ここで、電波は１センチメートル以下の位置分解能を達成可能で、かつ環境耐性に優れているミリ波帯を用いることとする。
【００２１】
電波送信機ＳＮＤ、電波受信機ＲＣＶの構成が図２に示される。電波送信機ＳＮＤは、例えば７６ＧＨｚなどミリ波帯の周波数信号を生成する発振器ＯＳＣと、発振器ＯＳＣの出力信号を増幅するアンプＡＭＰ１、ミリ波信号を放射するためのアンテナＡＮＴを持つ。一方、電波受信機ＲＣＶは、電波を受信するためのアンテナＡＮＴ（電波送信機ＳＮＤと電波受信機ＲＣＶとで共有）、受信信号の振幅を増幅するアンプＡＭＰ２、整流平滑回路ＡＣ−ＤＣなどから構成される。アンプＡＭＰ２で増幅された受信信号は、整流平滑回路ＡＣ−ＤＣを通して直流信号に変換されて出力信号ＯＵＴが出力される。なお、図２では、アンテナＡＮＴは、電波送信機ＳＮＤと電波受信機ＲＣＶとで共有しているが、別々にしてもよい。
【００２２】
位置マーカーＭＫは、電波送信機ＳＮＤからの放射電波を設置位置に固有の反射強度変化で反射する。このように固有の反射強度変化を作り出すには、いくつかの方法が考えられる。一つは、電波反射材と電波吸収材を交互に組み合わせ、電波反射材を通過するときの信号強度を１と判定、電波吸収材の上を通過するときの信号強度を０と判定するように決めておくことで、反射強度変化を作り出す方法である。この方法はノイズ耐性に勝ている。他に、異なる材質の組み合わせや、異なる反射面積、反射距離など異なる形状の組み合わせなどから反射強度変化を作り出す方法も考えられる。
【００２３】
上記手段により、位置マーカーが反射した固有の反射強度変化を有する信号は、電波受信機ＲＣＶから取り込まれ直流信号へ変換された後、マーカー認識装置ＬＣＣに伝達される。マーカー認識装置ＬＣＣでは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴをＡ／Ｄ変換器を用いて数段階の階調に分ける。
【００２４】
図３に、電波反射材ＭＴＬと電波吸収材ＡＳＢとを交互に組み合わせた例が示される。移動体位置検出装置ＭＥＵを搭載した移動体（鉄道車両等）が、電波を放射しながら図３の位置マーカーＭＫ上を右から左方向へ通過すると、反射信号の強度は強、弱、強、弱、・・・と変化する。図４に、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧ＶＯＵＴの時間変化が示される。なお、図４において、縦軸は電圧ＶＯＵＴ、横軸は時間ｔである。しきい値電圧ＶＴＨを基準に反射強度の変化を離散化できる。なお、位置マーカーＭＫ以外にノイズとなるような反射物がない状況においては、特に反射吸収材を組み込む必要はなく、反射材のみ設置すれば十分である。
【００２５】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図、図６は本実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧変化を示す図、図７はマーカー認識装置ＬＣＣの処理手順を示すフローチャート、図８は位置情報テーブルＬＴＢの構成例を示す図である。
【００２６】
図５に、鉄道車両の定位置停止制御に本発明を適用した場合の位置特定システムの設置状態が示される。本実施の形態２の移動体位置特定システムは、定位置停止制御装置ＴＡＳＣと、移動体位置検出装置ＭＥＵと、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４，ＳＴＡ，ＳＴＰなどから構成されている。定位置停止制御装置ＴＡＳＣと移動体位置検出装置ＭＥＵは、鉄道車両に搭載されている。移動体位置検出装置ＭＥＵは、前記実施の形態１による移動体位置検出装置ＭＥＵと同じものである。位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４，ＳＴＡ，ＳＴＰは、電波反射材で構成されている。位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４，ＳＴＡ，ＳＴＰの間には、砂利などが敷かれており電波吸収材の役目を果たしている。
【００２７】
位置マーカーＳＴＡは停止制御の開始地点、位置マーカーＳＴＰは鉄道車両の停止地点にそれぞれ設置されており、その間の途中地点を示す他の位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４とは異なる高さを持たせる。こうすることで、マーカー認識装置が位置を特定する際の基準地点を認識できる。なお、図５では位置マーカーは拡大表示しているが、実際は鉄道車両のサイズに対して非常に小さく、例えば、鉄道車両進行方向に数ミリメートルの幅を有していれば十分認識されるものである。このサイズの位置マーカーであれば、反射電波のサンプリングレートを既存のマイクロコンピュータなどで十分実現可能な数十ＭＨｚ以上に設定すれば、検出を取りこぼすことはない。
【００２８】
図５の位置マーカーは１種類の反射材からなるもので、移動する鉄道車両から放射された電波を反射した場合、図６に示される反射強度の変化（電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧ＶＯＵＴ）が得られるものである。なお、図６において、縦軸は電圧ＶＯＵＴ、横軸は時間ｔである。この反射強度を示す電圧ＶＯＵＴを位置マーカーの種類を特定するために事前に設定した図６のしきい値電圧ＶＳＰ、およびしきい値電圧ＶＴＨと比較し、反射強度に従って分類することで、マーカー認識装置は各位置マーカーを認識できる。特定した位置情報は、図５に示すように移動体位置検出装置ＭＥＵから定位置停止制御装置ＴＡＳＣへ送られる。
【００２９】
なお、図５、図６で説明した例では、各位置マーカーの設置距離は均等でなく、停止位置に近づくにつれて狭くする方法をとっている。これは、停止動作開始時と停止直前とで位置精度の要求は異なるため、本方法によって、設置コストを抑えつつ位置検出精度を向上させることが可能であるためである。
【００３０】
次に、図７を用いてマーカー認識装置ＬＣＣの位置特定処理手順について説明する。処理手順は、停止制御開始位置マーカーＳＴＡを検出する処理ＲＡ１と、停止位置マーカーＳＴＰまでの各位置マーカーを検出し、残りの距離を求める処理ＲＡ２に分けられる。それぞれの処理は、例えば、マイクロコンピュータ内のメモリにプログラムとして格納されＣＰＵで処理される。
【００３１】
まず、処理ＲＡ１について説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングする（ステップＰ７０１）。サンプルレートは、信号変化に対して十分高い必要がある。次に、サンプリングした電圧値Ｖと、停止制御開始位置マーカーＳＴＡを識別するしきい値電圧ＶＳＰとを比較し（ステップＰ７０２）、しきい値電圧ＶＳＰを上回る場合、つまり開始位置マーカーＳＴＡを検出した場合、処理ＲＡ２に遷移する。ここで、前記判定（ステップＰ７０２）は、１サンプルのみで行わず、複数サンプル期間で継続してしきい値電圧ＶＳＰを上回った場合としてもよい。停止制御開始位置マーカーＳＴＡを検出するまで、前記処理ＲＡ１を繰り返す。
【００３２】
次に、処理ＲＡ２を説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングし（ステップＰ７０３）、サンプル電圧値Ｖを前回のサンプル電圧値と比較する（ステップＰ７０４）。前回のサンプル電圧値と同じ場合は前の処理（ステップＰ７０３）に戻り、異なる場合は、サンプル電圧値Ｖと停止位置マーカーＳＴＰを識別するしきい値電圧ＶＳＰと比較する（ステップＰ７０５）。そして、しきい値電圧ＶＳＰを上回る、つまり、停止位置マーカーＳＴＰを検出して停止位置への到達を認識すると、マーカー認識装置ＬＣＣは、定位置停止制御装置ＴＡＳＣへ到達を伝達して、位置特定処理を終了する（ステップＰ７０６）。しきい値電圧ＶＳＰを下回る場合、今度は、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４を識別できるしきい値電圧ＶＴＨとサンプル電圧値Ｖを比較する（ステップＰ７０７）。そして、しきい値電圧ＶＴＨを上回る、つまり位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４のいずれかが検出された場合、検出済み位置マーカーのカウント数（Ｃｏｕｎｔ）をカウントアップ（＋１）する（ステップＰ７０８）。このカウント数に基づき、図８の位置情報テーブル（ＬＴＢ）を参照し（ステップＰ７０９）、停止位置までの残り距離（Ｄｉｓｔ）を得て、定位置停止制御装置ＴＡＳＣへ伝達する。
【００３３】
したがって、本実施の形態２によれば、停止位置までの距離を１センチメートル以下の誤差で検出できるようになり、定位置停止制御の精度向上を安価で高信頼に実現できる。
【００３４】
（実施の形態３）
前記実施の形態１，２では、主に停止動作に関わる位置特定方法についての構成例であり、基本的には信号の立ち上り回数をカウントしておくことで、位置を特定する方法であった。
【００３５】
本実施の形態３では、鉄道車両の自動運転や駅間の運行管理など既定された走行パターンに沿うための制御に関する実施形態を示す。
【００３６】
図９は本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図、図１０は本実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、位置マーカーＭＫの構成例を示す斜視図、図１１は電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧変化を示す図、図１２はマーカー認識装置ＬＣＣの処理手順を示すフローチャート、図１３は位置情報テーブルＬＴＢの構成例を示す図である。
【００３７】
図９に、鉄道車両の自動運転制御に本発明を適用した場合の位置特定システムの設置状態が示される。本実施の形態３の移動体位置特定システムは、自動運転制御装置ＡＴＯと、移動体位置検出装置ＭＥＵと、位置マーカーＭＫ１，ＭＫ２などから構成されている。自動運転制御装置ＡＴＯと移動体位置検出装置ＭＥＵは、鉄道車両に搭載されている。移動体位置検出装置ＭＥＵは、前記実施の形態１，２による移動体位置検出装置ＭＥＵと同じものである。
【００３８】
位置マーカーＭＫ１，ＭＫ２は、それぞれ任意の距離間隔で設置された位置マーカーを示しており、それぞれ固有の反射強度変化を有する。移動体（鉄道車両）側に取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵがこれらの位置マーカーを検出し、ここで特定した位置情報を自動運転制御装置ＡＴＯへ伝達する。
【００３９】
図１０は、本実施の形態３で用いる４階調（２ｂｉｔ）４変数の情報を持つ位置マーカーＭＫ（位置マーカーＭＫ１，ＭＫ２に相当）の構成例が示され、図１１は、位置マーカーＭＫによる反射強度（電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔ）の変化が示される。なお、図１１において、縦軸は電圧ＶＯＵＴ、横軸は時間ｔである。
【００４０】
図１０に示すように、位置マーカーＭＫは２つの反射部分から構成され、一つは、マーカー認識装置ＬＣＣが位置マーカーの開始地点を識別できるように強い反射強度が一定時間継続するよう作られた反射面（ＳＰ）、もう一つは、反射面に高低差を設けて４階調（図１１のしきい値電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）の反射強度を４変数分設定された反射面である。なお、４つの変数を表すそれぞれの反射面の間には、区切りを明確にするため、反射強度の強い反射面が挿入されている。
【００４１】
マーカー認識装置ＬＣＣは、図１１の位置マーカーの例では、反射強度を示す電圧ＶＯＵＴを４階調で離散化し、位置マーカー開始信号（ＳＴＲ）と、１，３，４，２の４変数からなる位置ＩＤ（ＬＩＤ）を検出する処理を行う。
【００４２】
すなわち、マーカー認識装置ＬＣＣでは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴをＡ／Ｄ変換器を用いて数段階の階調に分ける。識別が可能な階数は、反射強度のバラツキや周辺環境に起因するノイズの程度で限界が定まるが、４階調程度までは実現可能な範囲である。ここで、例えば４階調４変数を１つの位置マーカーと定めた場合、２５６地点を識別できることになる。これは、山手線なら１５０ｍ以下の距離間隔で位置を特定できる計算である。
【００４３】
次に、図１２を用いてマーカー認識装置ＬＣＣの位置特定処理手順について説明する。処理手順は、位置マーカーの存在を検出する処理ＲＢ１と、位置マーカーの反射強度変化より固有の位置情報を検出し、位置情報を得る処理ＲＢ２に分けられる。それぞれの処理は、例えば、マイクロコンピュータ内のメモリにプログラムとして格納されＣＰＵで処理される。
【００４４】
まず、処理ＲＢ１について説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングし、例えばＡ／Ｄ変換機などで２ｂｉｔの離散データに変換する（ステップＰ１２０１）。そして、得られたサンプル電圧値Ｖが一定時間継続してＶＳＰの信号レベルが維持されているか否かを判定し（ステップＰ１２０２）、これが真、つまり位置マーカーの開始位置を示す信号を検出した場合、処理ＲＢ２へ遷移する。そうでない場合、処理ＲＢ１を繰り返す。
【００４５】
次に、処理ＲＢ２を説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ変換機などで２ｂｉｔの離散データに変換する（ステップＰ１２０３）。前回のサンプル値と同じ場合は前の処理（ステップＰ１２０３）に戻り、異なる場合は、次に、サンプル値Ｖと変数間の区切り部分のしきい値電圧ＶＳＰとを比較する（ステップＰ１２０４，Ｐ１２０５）。これらが一致、つまり、サンプル電圧値Ｖが変数間の区切り部分であった場合、前の処理（ステップＰ１２０３）に戻る。一致しなかった場合は、サンプル電圧値は有効な変数データであるとして、配列ＬＩＤのｎ番目の変数として格納される（ステップＰ１２０６）。なお、ｎは初期値０で、配列に変数が加わるとカウントアップ（＋１）される（ステップＰ１２０７）。このｎが４を上回るまで、上記処理（ステップＰ１２０３〜Ｐ１２０６）が繰り返される。そして、４変数すべてが格納されると、次に、既定時間内に全ての変数データが格納されたか判定し（ステップＰ１２０９）、既定の時間を超えていた場合については、検出エラー信号を自動運転制御装置ＡＴＯへ伝達する（ステップＰ１２１０）。これは、検出漏れや誤検出により二つの位置マーカーをまたいで変数検出している可能性があるためである。既定時間内に検出終了した場合、図１３に示す位置情報テーブル（ＬＴＢ）を参照し（ステップＰ１２１１）、検出した変数データ列ＬＩＤと登録されているＬＩＤを照合し、位置情報を得る。ここで、位置情報テーブル（ＬＴＢ）には、次の到着駅（ＳＴ）、絶対位置（ＬＯＣ）などの情報が含まれる。マーカー認識装置ＬＣＣは、これらの位置情報を自動運転制御装置ＡＴＯへ伝達する。
【００４６】
したがって、本実施の形態３によれば、高い位置精度に加えて、速度発電機とトランスポンダから構成される現在の位置管理システムと比べると非常に安価でメンテナンスが容易な構成を実現できる。
【００４７】
（実施の形態４）
図１４は本発明の実施の形態４による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【００４８】
図１４は、移動体としてのエレベータに本発明を適用した場合の位置特定システムの設置状態を示している。本実施の形態４の移動体位置特定システムは、エレベータかごＥＬＶに取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵ１，ＭＥＵ２と、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４を含む反射ユニットＲＥＦなどから構成されている。移動体位置検出装置ＭＥＵ１，ＭＥＵ２は、前記実施の形態１〜３による移動体位置検出装置ＭＥＵと同様のものである。また、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４は、前記実施の形態１〜３による位置マーカーＭＫと同様のものであり、それぞれ各階に取り付けられる。
【００４９】
本実施の形態４では、エレベータの位置特定を高精度かつ高信頼に行うことができる。
エレベータでは、各階で高い位置精度で停止することが要求されている。現在のエレベータかごＥＬＶの位置管理は、ロータリーエンコーダＲＯＴが用いられており、エレベータかごＥＬＶを吊り下げるロープの機械的変位をロータリーエンコーダＲＯＴで電気的なパルス信号へ変換し、そのパルス数をカウントすることで位置を検出している。
【００５０】
しかし、近年、エレベータかごＥＬＶの移動速度が高速化しており、ロープのたわみによる計測誤差が大きくなる傾向にある。このように、ロータリーエンコーダＲＯＴによる間接的な測定方法では、万一ロープが切れた場合には位置が特定できなくなることもあり、エレベータかご自体の位置を直接特定する方法が望まれている。そこで、本発明の電波を利用した非接触な位置検出装置により、エレベータかごＥＬＶの位置管理の高信頼化および高精度化が期待できる。
【００５１】
図１４に示される移動体位置特定システムでは、移動体位置検出装置ＭＥＵ１，ＭＥＵ２は、移動体としてのエレベータかごＥＬＶの上下に取り付けられる。反射ユニットＲＥＦは、移動体の位置特定のために新たに取り付けてもよいが、既に各階に取り付けられているシルと呼ばれるエレベータ用敷居を用いることもできる。シルは、各階に必ず存在する金属突起であり、かつ高い位置精度で取り付けられているため、このシルを検出することで停止位置制御に利用できる。上り時には、エレベータかごＥＬＶの上に取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵ１で上階のシルをプレビューする。下り時には、エレベータかごＥＬＶの下に取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵ２で下階のシルをプレビューする。
【００５２】
本実施の形態４では、前述のようにロープのたわみの影響がないため、停止位置の直前まで速度をゆるめず高速移動できる。このため、よりスピーディな昇降システムが実現できる。
【００５３】
したがって、前記実施の形態１〜４の移動体位置特定システムによれば、以下の効果を得ることができる。
【００５４】
（１）現在主流の位置管理方式と比べて設備コストやメンテナンスコストが削減できる。
【００５５】
（２）１センチメートル以下の分解能で位置検知が可能となる。
【００５６】
（３）車輪の空転・滑走やロープのたわみなどに影響を受けない高信頼な位置特定が可能となる。
【００５７】
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いうまでもない。また、前記実施の形態１〜４をそれぞれ適宜組み合わせてもよい。
【００５８】
例えば、前記実施の形態１〜４においては、設置場所に関しては、移動体側に移動体位置検出装置ＭＥＵを設置し、固定体側には位置マーカーＭＫを設置する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、その逆の設置方法も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムにおいて、電波送信機・電波受信機の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムにおいて、電波反射材と電波吸収材とを組み合わせた位置マーカーの構成例を示す斜視図である。
【図４】図３の位置マーカーによる電波反射強度の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、電波受信機の出力信号の電圧変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、マーカー認識装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、位置情報テーブルの構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、位置マーカーの構成例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、電波受信機の出力信号の電圧変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、マーカー認識装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、位置情報テーブルの構成例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
ＡＣ−ＤＣ 整流平滑回路
ＡＭＰ アンプ（増幅器）
ＡＮＴ アンテナ
ＡＳＢ 電波吸収材
ＡＴＯ 自動運転制御装置
ＥＬＶ エレベータかご
ＬＣＣ マーカー認識装置
ＬＩＤ 位置ＩＤ
ＬＯＣ 位置情報
ＬＴＢ 位置情報テーブル
ＭＥＵ 移動体位置検出装置
ＭＫ 位置マーカー
ＭＴＬ 電波反射材
ＯＳＣ 発振器
ＯＵＴ 電波受信機の出力信号
ＲＣＶ 電波受信機
ＲＥＦ 反射ユニット
ＲＯＴ ロータリーエンコーダ
ＳＮＤ 電波送信機
ＳＰ 反射強度の強い反射材
ＳＴ 駅ＩＤ
ＳＴＡ 停止動作開始位置の位置マーカー
ＳＴＰ 停止位置の位置マーカー
ＳＴＲ 位置ＩＤの開始信号
ＴＡＳＣ 定位置停止制御装置
ＶＴＨ，ＶＳＰ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ しきい値電圧
ＶＯＵＴ 出力信号の電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置および鉄道車両に関し、特に鉄道やエレベータ等の移動体の位置情報を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した技術として、移動体の位置情報を検出する技術においては、以下の技術が考えられる。
【０００３】
例えば、鉄道輸送の分野では、運転の省力化や設備コストの低減を図る新しい鉄道システムの開発が望まれている。その実現に不可欠なのが、鉄道車両自身が現在走行している位置や速度を高精度に認識するセンサ技術である。各鉄道車両の位置を検知する方法としては、地上側装置で検知する方法と、鉄道車両側装置で検知する方法とが考えられる。現在のシステムでは、地上側装置での位置検出が一般的である。この方法では設備コストおよびメンテナンスコストがかかるため、鉄道車両側で位置を検知する装置が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在の鉄道位置管理は、一般にトランスポンダが用いられている。トランスポンダとは、線路上の任意の地点に設置され、地上−車上間での情報伝送を行う装置である。トランスポンダは固有に付けられたＩＤ（識別情報）を発信しており、車上側では、各トランスポンダのＩＤとそれに対応する絶対位置を記憶しておき、鉄道車両はトランスポンダを通過した際にその位置をＩＤから判断するという位置確定方法が用いられている。
【０００５】
しかし、この方法はコストが高くメンテナンスも必要なため、トランスポンダを数多く設置するのは困難である。また、トランスポンダだけでは鉄道車両位置を常時検知することができないため、必然的に、相対位置検知装置と組み合わせて連続的に位置検知を行うことになる。現在は、速度発電機を用いて車輪回転数を検出することで相対位置を推定しており、この方法では、空転や滑走時に数メートルの誤差が生じてしまうという問題がある。このため、高価なトランスポンダの設置数を減らすことができない状態である。
【０００６】
そこで、本発明の１つの目的は、移動体の位置情報を低コストで検出することができる技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される実施例のうち、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。
【０００９】
すなわち、代表的な実施例による検出装置は、鉄道車両・エレベータかご等の移動体に搭載され、その移動体の位置情報を検出するものである。そして、その検出装置は、第１電波を放射する電波送信機と、第１電波が物体に当たりその物体により反射された第２電波を受信する電波受信機と、第２電波の強度の変化パターンに基づいて移動体の位置情報を検出する認識装置とを有するものである。
【００１０】
また、代表的な実施例による鉄道車両は、上記の検出装置を搭載したものである。
【発明の効果】
【００１１】
代表的な実施例によれば、移動体の位置情報を低コストで検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、特にことわらない限り、端子名を表す記号は同時に配線名、信号名も兼ね、電源の場合はその電圧値も兼ねるものとする。
【００１３】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明は、あらゆる移動体を対象にした位置特定手段を与えるが、鉄道車両においては、例えば、定位置停止制御に対して有効である。そこで、定位置停止制御における本発明の実施形態を以下説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムの構成例を示すブロック図、図２は本実施の形態１の移動体位置特定システムにおいて、電波送信機・電波受信機の構成例を示すブロック図、図３は電波反射材と電波吸収材とを組み合わせた位置マーカーの構成例を示す斜視図、図４は図３の位置マーカーによる電波反射強度の変化を示す図である。
【００１６】
まず、図１により、本実施の形態１による移動体位置特定システムの構成の一例を説明する。本実施の形態１の移動体位置特定システムは、移動体の位置情報を検出する移動体位置検出装置ＭＥＵと、位置マーカーＭＫなどから構成されている。移動体位置検出装置ＭＥＵは、例えば、電波送信機ＳＮＤと、電波受信機ＲＣＶと、マーカー認識装置ＬＣＣなどから構成されている。
【００１７】
電波送信機ＳＮＤは、所望の周波数の電波（第１電波）を生成し放射する。位置マーカーＭＫは、電波送信機ＳＮＤから放射された電波を位置固有の反射強度もしくは反射強度変化で反射する。電波受信機ＲＣＶは、位置マーカーＭＫから反射された電波（第２電波）を受信し、その受信信号を直流信号へ変換する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶで変換された直流信号を離散化し、反射強度変化パターンから得られるデータ列をインデックスとして、位置マーカーＭＫの設置位置が記された位置情報テーブルを参照し、現在位置を特定する。もしくは、マーカー認識装置ＬＣＣは、反射強度が一定周期で特定の信号レベルに達する状況において、特定の信号レベルに達した回数をカウントし、そのカウント数をインデックスとして、前記位置情報テーブルを参照し、現在位置を特定する。また、位置マーカーの反射強度変化を単に強弱の繰り返しとし、マーカー認識装置が、信号強度が弱から強となる回数をカウントして現在位置を特定する方法もある。
【００１８】
本実施の形態１の移動体位置特定システムにおいて、電波送信機ＳＮＤ、電波受信機ＲＣＶ、マーカー認識装置ＬＣＣを含む移動体位置検出装置ＭＥＵを移動体に取り付け、固定体側には、電波反射材や電波吸収材を組み合わせて固有の反射強度変化を作り出す位置マーカーＭＫを設置する。位置マーカーＭＫは、鉄道車両の軌道に沿って配置される。より具体的には、位置マーカーＭＫは線路上もしくは駅ホームの側壁などに固定される。移動体位置検出装置ＭＥＵは、位置マーカーＭＫの設置場所に応じて、適宜、鉄道車両の底面または側壁に設置する。
【００１９】
なお、位置マーカーＭＫの設置場所については、可能であれば駅のホーム側壁が適していると考えられ、これは、地表よりも目的外の反射要因が限定されることや、鉄道車両が駅で停車する際に近接する箇所であることによる。位置マーカーＭＫは、停止動作の開始地点から停止位置まで側壁に沿って設置する。
【００２０】
ここで、電波は１センチメートル以下の位置分解能を達成可能で、かつ環境耐性に優れているミリ波帯を用いることとする。
【００２１】
電波送信機ＳＮＤ、電波受信機ＲＣＶの構成が図２に示される。電波送信機ＳＮＤは、例えば７６ＧＨｚなどミリ波帯の周波数信号を生成する発振器ＯＳＣと、発振器ＯＳＣの出力信号を増幅するアンプＡＭＰ１、ミリ波信号を放射するためのアンテナＡＮＴを持つ。一方、電波受信機ＲＣＶは、電波を受信するためのアンテナＡＮＴ（電波送信機ＳＮＤと電波受信機ＲＣＶとで共有）、受信信号の振幅を増幅するアンプＡＭＰ２、整流平滑回路ＡＣ−ＤＣなどから構成される。アンプＡＭＰ２で増幅された受信信号は、整流平滑回路ＡＣ−ＤＣを通して直流信号に変換されて出力信号ＯＵＴが出力される。なお、図２では、アンテナＡＮＴは、電波送信機ＳＮＤと電波受信機ＲＣＶとで共有しているが、別々にしてもよい。
【００２２】
位置マーカーＭＫは、電波送信機ＳＮＤからの放射電波を設置位置に固有の反射強度変化で反射する。このように固有の反射強度変化を作り出すには、いくつかの方法が考えられる。一つは、電波反射材と電波吸収材を交互に組み合わせ、電波反射材を通過するときの信号強度を１と判定、電波吸収材の上を通過するときの信号強度を０と判定するように決めておくことで、反射強度変化を作り出す方法である。この方法はノイズ耐性に勝ている。他に、異なる材質の組み合わせや、異なる反射面積、反射距離など異なる形状の組み合わせなどから反射強度変化を作り出す方法も考えられる。
【００２３】
上記手段により、位置マーカーが反射した固有の反射強度変化を有する信号は、電波受信機ＲＣＶから取り込まれ直流信号へ変換された後、マーカー認識装置ＬＣＣに伝達される。マーカー認識装置ＬＣＣでは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴをＡ／Ｄ変換器を用いて数段階の階調に分ける。
【００２４】
図３に、電波反射材ＭＴＬと電波吸収材ＡＳＢとを交互に組み合わせた例が示される。移動体位置検出装置ＭＥＵを搭載した移動体（鉄道車両等）が、電波を放射しながら図３の位置マーカーＭＫ上を右から左方向へ通過すると、反射信号の強度は強、弱、強、弱、・・・と変化する。図４に、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧ＶＯＵＴの時間変化が示される。なお、図４において、縦軸は電圧ＶＯＵＴ、横軸は時間ｔである。しきい値電圧ＶＴＨを基準に反射強度の変化を離散化できる。なお、位置マーカーＭＫ以外にノイズとなるような反射物がない状況においては、特に反射吸収材を組み込む必要はなく、反射材のみ設置すれば十分である。
【００２５】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図、図６は本実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧変化を示す図、図７はマーカー認識装置ＬＣＣの処理手順を示すフローチャート、図８は位置情報テーブルＬＴＢの構成例を示す図である。
【００２６】
図５に、鉄道車両の定位置停止制御に本発明を適用した場合の位置特定システムの設置状態が示される。本実施の形態２の移動体位置特定システムは、定位置停止制御装置ＴＡＳＣと、移動体位置検出装置ＭＥＵと、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４，ＳＴＡ，ＳＴＰなどから構成されている。定位置停止制御装置ＴＡＳＣと移動体位置検出装置ＭＥＵは、鉄道車両に搭載されている。移動体位置検出装置ＭＥＵは、前記実施の形態１による移動体位置検出装置ＭＥＵと同じものである。位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４，ＳＴＡ，ＳＴＰは、電波反射材で構成されている。位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４，ＳＴＡ，ＳＴＰの間には、砂利などが敷かれており電波吸収材の役目を果たしている。
【００２７】
位置マーカーＳＴＡは停止制御の開始地点、位置マーカーＳＴＰは鉄道車両の停止地点にそれぞれ設置されており、その間の途中地点を示す他の位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４とは異なる高さを持たせる。こうすることで、マーカー認識装置が位置を特定する際の基準地点を認識できる。なお、図５では位置マーカーは拡大表示しているが、実際は鉄道車両のサイズに対して非常に小さく、例えば、鉄道車両進行方向に数ミリメートルの幅を有していれば十分認識されるものである。このサイズの位置マーカーであれば、反射電波のサンプリングレートを既存のマイクロコンピュータなどで十分実現可能な数十ＭＨｚ以上に設定すれば、検出を取りこぼすことはない。
【００２８】
図５の位置マーカーは１種類の反射材からなるもので、移動する鉄道車両から放射された電波を反射した場合、図６に示される反射強度の変化（電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧ＶＯＵＴ）が得られるものである。なお、図６において、縦軸は電圧ＶＯＵＴ、横軸は時間ｔである。この反射強度を示す電圧ＶＯＵＴを位置マーカーの種類を特定するために事前に設定した図６のしきい値電圧ＶＳＰ、およびしきい値電圧ＶＴＨと比較し、反射強度に従って分類することで、マーカー認識装置は各位置マーカーを認識できる。特定した位置情報は、図５に示すように移動体位置検出装置ＭＥＵから定位置停止制御装置ＴＡＳＣへ送られる。
【００２９】
なお、図５、図６で説明した例では、各位置マーカーの設置距離は均等でなく、停止位置に近づくにつれて狭くする方法をとっている。これは、停止動作開始時と停止直前とで位置精度の要求は異なるため、本方法によって、設置コストを抑えつつ位置検出精度を向上させることが可能であるためである。
【００３０】
次に、図７を用いてマーカー認識装置ＬＣＣの位置特定処理手順について説明する。処理手順は、停止制御開始位置マーカーＳＴＡを検出する処理ＲＡ１と、停止位置マーカーＳＴＰまでの各位置マーカーを検出し、残りの距離を求める処理ＲＡ２に分けられる。それぞれの処理は、例えば、マイクロコンピュータ内のメモリにプログラムとして格納されＣＰＵで処理される。
【００３１】
まず、処理ＲＡ１について説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングする（ステップＰ７０１）。サンプルレートは、信号変化に対して十分高い必要がある。次に、サンプリングした電圧値Ｖと、停止制御開始位置マーカーＳＴＡを識別するしきい値電圧ＶＳＰとを比較し（ステップＰ７０２）、しきい値電圧ＶＳＰを上回る場合、つまり開始位置マーカーＳＴＡを検出した場合、処理ＲＡ２に遷移する。ここで、前記判定（ステップＰ７０２）は、１サンプルのみで行わず、複数サンプル期間で継続してしきい値電圧ＶＳＰを上回った場合としてもよい。停止制御開始位置マーカーＳＴＡを検出するまで、前記処理ＲＡ１を繰り返す。
【００３２】
次に、処理ＲＡ２を説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングし（ステップＰ７０３）、サンプル電圧値Ｖを前回のサンプル電圧値と比較する（ステップＰ７０４）。前回のサンプル電圧値と同じ場合は前の処理（ステップＰ７０３）に戻り、異なる場合は、サンプル電圧値Ｖと停止位置マーカーＳＴＰを識別するしきい値電圧ＶＳＰと比較する（ステップＰ７０５）。そして、しきい値電圧ＶＳＰを上回る、つまり、停止位置マーカーＳＴＰを検出して停止位置への到達を認識すると、マーカー認識装置ＬＣＣは、定位置停止制御装置ＴＡＳＣへ到達を伝達して、位置特定処理を終了する（ステップＰ７０６）。しきい値電圧ＶＳＰを下回る場合、今度は、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４を識別できるしきい値電圧ＶＴＨとサンプル電圧値Ｖを比較する（ステップＰ７０７）。そして、しきい値電圧ＶＴＨを上回る、つまり位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４のいずれかが検出された場合、検出済み位置マーカーのカウント数（Ｃｏｕｎｔ）をカウントアップ（＋１）する（ステップＰ７０８）。このカウント数に基づき、図８の位置情報テーブル（ＬＴＢ）を参照し（ステップＰ７０９）、停止位置までの残り距離（Ｄｉｓｔ）を得て、定位置停止制御装置ＴＡＳＣへ伝達する。
【００３３】
したがって、本実施の形態２によれば、停止位置までの距離を１センチメートル以下の誤差で検出できるようになり、定位置停止制御の精度向上を安価で高信頼に実現できる。
【００３４】
（実施の形態３）
前記実施の形態１，２では、主に停止動作に関わる位置特定方法についての構成例であり、基本的には信号の立ち上り回数をカウントしておくことで、位置を特定する方法であった。
【００３５】
本実施の形態３では、鉄道車両の自動運転や駅間の運行管理など既定された走行パターンに沿うための制御に関する実施形態を示す。
【００３６】
図９は本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図、図１０は本実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、位置マーカーＭＫの構成例を示す斜視図、図１１は電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧変化を示す図、図１２はマーカー認識装置ＬＣＣの処理手順を示すフローチャート、図１３は位置情報テーブルＬＴＢの構成例を示す図である。
【００３７】
図９に、鉄道車両の自動運転制御に本発明を適用した場合の位置特定システムの設置状態が示される。本実施の形態３の移動体位置特定システムは、自動運転制御装置ＡＴＯと、移動体位置検出装置ＭＥＵと、位置マーカーＭＫ１，ＭＫ２などから構成されている。自動運転制御装置ＡＴＯと移動体位置検出装置ＭＥＵは、鉄道車両に搭載されている。移動体位置検出装置ＭＥＵは、前記実施の形態１，２による移動体位置検出装置ＭＥＵと同じものである。
【００３８】
位置マーカーＭＫ１，ＭＫ２は、それぞれ任意の距離間隔で設置された位置マーカーを示しており、それぞれ固有の反射強度変化を有する。移動体（鉄道車両）側に取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵがこれらの位置マーカーを検出し、ここで特定した位置情報を自動運転制御装置ＡＴＯへ伝達する。
【００３９】
図１０は、本実施の形態３で用いる４階調（２ｂｉｔ）４変数の情報を持つ位置マーカーＭＫ（位置マーカーＭＫ１，ＭＫ２に相当）の構成例が示され、図１１は、位置マーカーＭＫによる反射強度（電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔ）の変化が示される。なお、図１１において、縦軸は電圧ＶＯＵＴ、横軸は時間ｔである。
【００４０】
図１０に示すように、位置マーカーＭＫは２つの反射部分から構成され、一つは、マーカー認識装置ＬＣＣが位置マーカーの開始地点を識別できるように強い反射強度が一定時間継続するよう作られた反射面（ＳＰ）、もう一つは、反射面に高低差を設けて４階調（図１１のしきい値電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）の反射強度を４変数分設定された反射面である。なお、４つの変数を表すそれぞれの反射面の間には、区切りを明確にするため、反射強度の強い反射面が挿入されている。
【００４１】
マーカー認識装置ＬＣＣは、図１１の位置マーカーの例では、反射強度を示す電圧ＶＯＵＴを４階調で離散化し、位置マーカー開始信号（ＳＴＲ）と、１，３，４，２の４変数からなる位置ＩＤ（ＬＩＤ）を検出する処理を行う。
【００４２】
すなわち、マーカー認識装置ＬＣＣでは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴをＡ／Ｄ変換器を用いて数段階の階調に分ける。識別が可能な階数は、反射強度のバラツキや周辺環境に起因するノイズの程度で限界が定まるが、４階調程度までは実現可能な範囲である。ここで、例えば４階調４変数を１つの位置マーカーと定めた場合、２５６地点を識別できることになる。これは、山手線なら１５０ｍ以下の距離間隔で位置を特定できる計算である。
【００４３】
次に、図１２を用いてマーカー認識装置ＬＣＣの位置特定処理手順について説明する。処理手順は、位置マーカーの存在を検出する処理ＲＢ１と、位置マーカーの反射強度変化より固有の位置情報を検出し、位置情報を得る処理ＲＢ２に分けられる。それぞれの処理は、例えば、マイクロコンピュータ内のメモリにプログラムとして格納されＣＰＵで処理される。
【００４４】
まず、処理ＲＢ１について説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングし、例えばＡ／Ｄ変換機などで２ｂｉｔの離散データに変換する（ステップＰ１２０１）。そして、得られたサンプル電圧値Ｖが一定時間継続してＶＳＰの信号レベルが維持されているか否かを判定し（ステップＰ１２０２）、これが真、つまり位置マーカーの開始位置を示す信号を検出した場合、処理ＲＢ２へ遷移する。そうでない場合、処理ＲＢ１を繰り返す。
【００４５】
次に、処理ＲＢ２を説明する。マーカー認識装置ＬＣＣは、電波受信機ＲＣＶの出力信号ＯＵＴを一定周期でサンプリングし、Ａ／Ｄ変換機などで２ｂｉｔの離散データに変換する（ステップＰ１２０３）。前回のサンプル値と同じ場合は前の処理（ステップＰ１２０３）に戻り、異なる場合は、次に、サンプル値Ｖと変数間の区切り部分のしきい値電圧ＶＳＰとを比較する（ステップＰ１２０４，Ｐ１２０５）。これらが一致、つまり、サンプル電圧値Ｖが変数間の区切り部分であった場合、前の処理（ステップＰ１２０３）に戻る。一致しなかった場合は、サンプル電圧値は有効な変数データであるとして、配列ＬＩＤのｎ番目の変数として格納される（ステップＰ１２０６）。なお、ｎは初期値０で、配列に変数が加わるとカウントアップ（＋１）される（ステップＰ１２０７）。このｎが４を上回るまで、上記処理（ステップＰ１２０３〜Ｐ１２０６）が繰り返される。そして、４変数すべてが格納されると、次に、既定時間内に全ての変数データが格納されたか判定し（ステップＰ１２０９）、既定の時間を超えていた場合については、検出エラー信号を自動運転制御装置ＡＴＯへ伝達する（ステップＰ１２１０）。これは、検出漏れや誤検出により二つの位置マーカーをまたいで変数検出している可能性があるためである。既定時間内に検出終了した場合、図１３に示す位置情報テーブル（ＬＴＢ）を参照し（ステップＰ１２１１）、検出した変数データ列ＬＩＤと登録されているＬＩＤを照合し、位置情報を得る。ここで、位置情報テーブル（ＬＴＢ）には、次の到着駅（ＳＴ）、絶対位置（ＬＯＣ）などの情報が含まれる。マーカー認識装置ＬＣＣは、これらの位置情報を自動運転制御装置ＡＴＯへ伝達する。
【００４６】
したがって、本実施の形態３によれば、高い位置精度に加えて、速度発電機とトランスポンダから構成される現在の位置管理システムと比べると非常に安価でメンテナンスが容易な構成を実現できる。
【００４７】
（実施の形態４）
図１４は本発明の実施の形態４による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【００４８】
図１４は、移動体としてのエレベータに本発明を適用した場合の位置特定システムの設置状態を示している。本実施の形態４の移動体位置特定システムは、エレベータかごＥＬＶに取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵ１，ＭＥＵ２と、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４を含む反射ユニットＲＥＦなどから構成されている。移動体位置検出装置ＭＥＵ１，ＭＥＵ２は、前記実施の形態１〜３による移動体位置検出装置ＭＥＵと同様のものである。また、位置マーカーＭＫ１〜ＭＫ４は、前記実施の形態１〜３による位置マーカーＭＫと同様のものであり、それぞれ各階に取り付けられる。
【００４９】
本実施の形態４では、エレベータの位置特定を高精度かつ高信頼に行うことができる。
エレベータでは、各階で高い位置精度で停止することが要求されている。現在のエレベータかごＥＬＶの位置管理は、ロータリーエンコーダＲＯＴが用いられており、エレベータかごＥＬＶを吊り下げるロープの機械的変位をロータリーエンコーダＲＯＴで電気的なパルス信号へ変換し、そのパルス数をカウントすることで位置を検出している。
【００５０】
しかし、近年、エレベータかごＥＬＶの移動速度が高速化しており、ロープのたわみによる計測誤差が大きくなる傾向にある。このように、ロータリーエンコーダＲＯＴによる間接的な測定方法では、万一ロープが切れた場合には位置が特定できなくなることもあり、エレベータかご自体の位置を直接特定する方法が望まれている。そこで、本発明の電波を利用した非接触な位置検出装置により、エレベータかごＥＬＶの位置管理の高信頼化および高精度化が期待できる。
【００５１】
図１４に示される移動体位置特定システムでは、移動体位置検出装置ＭＥＵ１，ＭＥＵ２は、移動体としてのエレベータかごＥＬＶの上下に取り付けられる。反射ユニットＲＥＦは、移動体の位置特定のために新たに取り付けてもよいが、既に各階に取り付けられているシルと呼ばれるエレベータ用敷居を用いることもできる。シルは、各階に必ず存在する金属突起であり、かつ高い位置精度で取り付けられているため、このシルを検出することで停止位置制御に利用できる。上り時には、エレベータかごＥＬＶの上に取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵ１で上階のシルをプレビューする。下り時には、エレベータかごＥＬＶの下に取り付けられた移動体位置検出装置ＭＥＵ２で下階のシルをプレビューする。
【００５２】
本実施の形態４では、前述のようにロープのたわみの影響がないため、停止位置の直前まで速度をゆるめず高速移動できる。このため、よりスピーディな昇降システムが実現できる。
【００５３】
したがって、前記実施の形態１〜４の移動体位置特定システムによれば、以下の効果を得ることができる。
【００５４】
（１）現在主流の位置管理方式と比べて設備コストやメンテナンスコストが削減できる。
【００５５】
（２）１センチメートル以下の分解能で位置検知が可能となる。
【００５６】
（３）車輪の空転・滑走やロープのたわみなどに影響を受けない高信頼な位置特定が可能となる。
【００５７】
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いうまでもない。また、前記実施の形態１〜４をそれぞれ適宜組み合わせてもよい。
【００５８】
例えば、前記実施の形態１〜４においては、設置場所に関しては、移動体側に移動体位置検出装置ＭＥＵを設置し、固定体側には位置マーカーＭＫを設置する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、その逆の設置方法も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムにおいて、電波送信機・電波受信機の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１による移動体位置特定システムにおいて、電波反射材と電波吸収材とを組み合わせた位置マーカーの構成例を示す斜視図である。
【図４】図３の位置マーカーによる電波反射強度の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、電波受信機の出力信号の電圧変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、マーカー認識装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２による移動体位置特定システムにおいて、位置情報テーブルの構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、位置マーカーの構成例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、電波受信機の出力信号の電圧変化を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、マーカー認識装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態３による移動体位置特定システムにおいて、位置情報テーブルの構成例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による移動体位置特定システムの構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
ＡＣ−ＤＣ 整流平滑回路
ＡＭＰ アンプ（増幅器）
ＡＮＴ アンテナ
ＡＳＢ 電波吸収材
ＡＴＯ 自動運転制御装置
ＥＬＶ エレベータかご
ＬＣＣ マーカー認識装置
ＬＩＤ 位置ＩＤ
ＬＯＣ 位置情報
ＬＴＢ 位置情報テーブル
ＭＥＵ 移動体位置検出装置
ＭＫ 位置マーカー
ＭＴＬ 電波反射材
ＯＳＣ 発振器
ＯＵＴ 電波受信機の出力信号
ＲＣＶ 電波受信機
ＲＥＦ 反射ユニット
ＲＯＴ ロータリーエンコーダ
ＳＮＤ 電波送信機
ＳＰ 反射強度の強い反射材
ＳＴ 駅ＩＤ
ＳＴＡ 停止動作開始位置の位置マーカー
ＳＴＰ 停止位置の位置マーカー
ＳＴＲ 位置ＩＤの開始信号
ＴＡＳＣ 定位置停止制御装置
ＶＴＨ，ＶＳＰ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ しきい値電圧
ＶＯＵＴ 出力信号の電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載され、前記移動体の位置情報を検出する検出装置であって、
前記検出装置は、
第１電波を放射する電波送信機と、
前記第１電波が物体に当たり前記物体により反射された第２電波を受信する電波受信機と、
前記第２電波の強度の変化パターンに基づいて前記移動体の位置情報を検出する認識装置とを有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の検出装置において、
前記第１電波は、ミリ波帯の電磁波であることを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の検出装置において、
前記電波受信機は、整流平滑回路を含み、前記整流平滑回路により前記第２電波を直流信号に変換して出力することを特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の検出装置において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンと前記位置情報テーブルとを比較し、前記移動体の位置情報を検出することを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１記載の検出装置において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンから得られるデータ列をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項１記載の検出装置において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンを、所定のしきい値を基準に複数の強度レベルに分類し、特定の強度レベルに分類された回数をカウントし、そのカウント数をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の検出装置において、
前記物体は、複数の電波反射材が分離して前記移動体の軌道に沿って配置されているものであることを特徴とする検出装置。
【請求項８】
請求項１記載の検出装置において、
前記物体は、１つ以上の電波反射材と１つ以上の電波吸収材との組み合わせから成ることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
請求項８記載の検出装置において、
前記物体は、前記電波反射材と前記電波吸収材の形状が異なる組み合わせから成ることを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
請求項１記載の検出装置において、
前記移動体は、鉄道車両又はエレベータかごであることを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
位置情報を検出する検出装置を搭載した鉄道車両であって、
前記検出装置は、
第１電波を放射する電波送信機と、
前記第１電波が物体に当たり前記物体により反射された第２電波を受信する電波受信機と、
前記第２電波の強度の変化パターンに基づいて移動体の位置情報を検出する認識装置とを有することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１２】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記第１電波は、ミリ波帯の電磁波であることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１３】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記電波受信機は、整流平滑回路を含み、前記整流平滑回路により前記第２電波を直流信号に変換して出力することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１４】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンと前記位置情報テーブルとを比較し、前記移動体の位置情報を検出することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１５】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンから得られるデータ列をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１６】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンを、所定のしきい値を基準に複数の強度レベルに分類し、特定の強度レベルに分類された回数をカウントし、そのカウント数をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１７】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記物体は、複数の電波反射材が分離して前記移動体の軌道に沿って配置されているものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１８】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記物体は、１つ以上の電波反射材と１つ以上の電波吸収材との組み合わせから成ることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１９】
請求項１８記載の鉄道車両において、
前記物体は、前記電波反射材と前記電波吸収材の形状が異なる組み合わせから成ることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１】
移動体に搭載され、前記移動体の位置情報を検出する検出装置であって、
前記検出装置は、
第１電波を放射する電波送信機と、
前記第１電波が物体に当たり前記物体により反射された第２電波を受信する電波受信機と、
前記第２電波の強度の変化パターンに基づいて前記移動体の位置情報を検出する認識装置とを有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の検出装置において、
前記第１電波は、ミリ波帯の電磁波であることを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の検出装置において、
前記電波受信機は、整流平滑回路を含み、前記整流平滑回路により前記第２電波を直流信号に変換して出力することを特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の検出装置において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンと前記位置情報テーブルとを比較し、前記移動体の位置情報を検出することを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１記載の検出装置において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンから得られるデータ列をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項１記載の検出装置において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンを、所定のしきい値を基準に複数の強度レベルに分類し、特定の強度レベルに分類された回数をカウントし、そのカウント数をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の検出装置において、
前記物体は、複数の電波反射材が分離して前記移動体の軌道に沿って配置されているものであることを特徴とする検出装置。
【請求項８】
請求項１記載の検出装置において、
前記物体は、１つ以上の電波反射材と１つ以上の電波吸収材との組み合わせから成ることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
請求項８記載の検出装置において、
前記物体は、前記電波反射材と前記電波吸収材の形状が異なる組み合わせから成ることを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
請求項１記載の検出装置において、
前記移動体は、鉄道車両又はエレベータかごであることを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
位置情報を検出する検出装置を搭載した鉄道車両であって、
前記検出装置は、
第１電波を放射する電波送信機と、
前記第１電波が物体に当たり前記物体により反射された第２電波を受信する電波受信機と、
前記第２電波の強度の変化パターンに基づいて移動体の位置情報を検出する認識装置とを有することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１２】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記第１電波は、ミリ波帯の電磁波であることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１３】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記電波受信機は、整流平滑回路を含み、前記整流平滑回路により前記第２電波を直流信号に変換して出力することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１４】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンと前記位置情報テーブルとを比較し、前記移動体の位置情報を検出することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１５】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンから得られるデータ列をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１６】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記認識装置は、前記物体の設置位置情報を含む位置情報テーブルを有し、前記第２電波の強度の変化パターンを、所定のしきい値を基準に複数の強度レベルに分類し、特定の強度レベルに分類された回数をカウントし、そのカウント数をインデックスとし、前記位置情報テーブルを参照して前記移動体の位置を特定することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１７】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記物体は、複数の電波反射材が分離して前記移動体の軌道に沿って配置されているものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１８】
請求項１１記載の鉄道車両において、
前記物体は、１つ以上の電波反射材と１つ以上の電波吸収材との組み合わせから成ることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１９】
請求項１８記載の鉄道車両において、
前記物体は、前記電波反射材と前記電波吸収材の形状が異なる組み合わせから成ることを特徴とする鉄道車両。
【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】
【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】
【公開番号】特開２０１０−３８６０７（Ｐ２０１０−３８６０７Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９９３９８（Ｐ２００８−１９９３９８）
【出願日】平成２０年８月１日（２００８．８．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１日（２００８．８．１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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